英才計劃：栽下一?？茖W的種子

栽下一?？茖W的種子

小時候，我曾好奇于各式各類電子產品的工作原理，包括電腦與手機軟件如何制作等。上小學時第一次接觸到計算機編程，我便十分感興趣，開始潛心學習并探索。在學習過程中，我經常嘗試編寫一些代碼實現一些小功能，比如“掃雷”等小游戲，或是找到一個問題的最優解。這些都是我在計算機學習道路上所積攢的能量，鼓勵著我繼續前行。

懷著對科學的探索之心，2022 年年底，我報名參加“中學生英才計劃”的選拔，經過層層篩選，我有幸成為2023 年英才計劃計算機學科的正式學員，有機會進入中國科學技術大學，在導師的帶領下進行交流與探索。

研究內容與成果

在與導師的探討過程中，我確定了研究方向——構建基于毫米波雷達的跌倒檢測系統，項目靈感來源于社會現狀：由于學習和工作上的壓力，現代年輕人往往缺少對家里老人的關注，獨居老人摔倒通常很難被發現。因此，當家中老人無人看護時，或許可以通過一種設備實時監測家中老人的狀態。毫米波雷達通過發射毫米波能精確檢測出人體的位置信息，可根據跌倒的毫米波雷達數據與正常動作數據之間的差異判斷老人是否跌倒。

我的研究內容主要分為5 個部分：準備工作、程序燒錄、采集數據、數據處理、分析數據。首先，我準備了TIIWR6843ISK 毫米波雷達， 以及配套的數據采集工具，并使用軟件UniFlash 將點云檢測程序燒錄到雷達中，使其具有檢測功能。隨后，開始數據采集，將毫米波雷達安裝至可伸縮支架上，將USB 數據線與筆記本電腦連接，再將其高度升高至大約2 m處。由于雷達僅有一面可發射和接收毫米波，需將發射毫米波的面正對采集區域。由于不確定雷達檢測的人體點云是否精準，我打開了Toolbox 中的數據可視化工具，觀察人體移動時檢測到的數據是否精準。確認無誤之后，我開始著手編寫Python 數據采集代碼，以便后期將數據交給代碼處理。雖然編寫與改進代碼的過程充滿困難和荊棘，但在導師的幫助與指導下，經過反復調整，最終取得了成功。

采集數據后， 需要在數據處理的代碼上進行修改，以實現點云可視化，核心操作為將采集到的數據轉化為空間直角坐標，顯示為人體的一個個點出現在空間直角坐標系內。這時，問題又出現了，由于毫米波雷達在室內的精準度問題，可能將從墻體或其他物體反射回來的毫米波誤判為人體，會在坐標系內顯示出非人體的雜點。這個問題著實讓人頭疼，所幸經過一段時間的思考，以及與導師的探討，我也成功找到了解決方法，即在數據處理的過程中添加一個聚類算法（DBSCAN），其原理是尋找一定范圍內達到一定數量的點，并將這些點聚類為一個簇，以實現聚類人體目標和消除雜點。這樣一來，雜點便會因為數量和距離達不到聚類的要求而被濾除。至此，人體在空間中移動的數據就可以被全部捕捉，用于跌倒檢測。

那么，跌倒應如何檢測呢？我選擇分析跌倒時的人體特點。由于人在跌倒時，一般是頭部的瞬時速度最大，頭部所處高度變化也最快，我便想到，不妨采集人體在不同動作下的最大高度和最大速度，以此得到跌倒的綜合特點。于是，我比較了行走、蹲下和跌倒動作下的3 組數據，成功地驗證了我的想法。然后，我就用熟悉的C++ 語言編寫了判斷跌倒的代碼，將行走、蹲下和跌倒動作的3 組數據分別導入，最后得到輸出“未跌倒”“未跌倒”“跌倒了”。此時，我對跌倒檢測的初步探究結束?？梢钥闯?，毫米波雷達檢測跌倒的效果很好，精度高、采集速度快、容易分析，如果將其真正應用于跌倒檢測，將給老人和家庭提供很大的幫助。

相信明天會更好

對于跌倒檢測還有更深、更遠的空間等待我挖掘，目前僅完成了對“是否跌倒”的判斷，未來我還可以持續追蹤人體跌倒后的狀態，判斷跌倒的嚴重程度?？傊?，科學探索之路無邊無際，我也將懷揣對毫米波雷達的興趣在這條道路上不斷探索和學習。

感謝英才計劃為我提供了一個提高能力的平臺，讓我在科研中體會到獨一無二的快樂。感謝李向陽教授及課題組其他導師和學長的指導和幫助，為我點亮了指引未來學習之路的明燈。我將繼續學習、深化信息學知識，努力成為更好的自己！

周俊豪

2023 級英才計劃計算機學科學生

就讀于安徽省合肥市第六中學，師從中國科學技術大學李向陽導師組。培養期間完成“基于毫米波雷達的跌倒檢測”項目，并在2023 年CSP-S 復賽中獲得二等獎。