1 背景

随着社会和技术的发展，住宅的功能也在变化，从为人类提供遮蔽的最原始功能，到如今转变为提供高品质生活的功能。

研究人类的居住行为将有助于高品质的住宅设计，然而相关研究是现代时期才出现的。从日本家庭的发展变迁与相应生活方式改变的角度，日本研究者（Hirai，1989）解释了家庭生活、个人行为与居住的关系。陈力等（1997）基于行为心理学分析了居民与居住空间的关系[1]，也有研究者对居住者进行行为监测，但目的是探讨人类行为对建筑节能性能的影响。在麻省理工学院，一个多学科的团队（Intille，2002）在为未来的家庭开发技术和设计策略，他们运用无处不在的传感器，如基于图像的经验采样和反射，来定量和定性地研究家庭中人的行为[2]。

在本研究中，室内定位系统（IPS）被用来连续、实时地定位人们在家中的具体位置[3]。由于精确的室内定位技术的复杂性，该领域的研究者已经提出了各种解决方案。其中，超宽带（UWB）是一种新兴技术，与其他技术相比，它的性能更好[4]。UWB是信息传输的一个通道，它在很大一部分频谱上传播。这允许UWB发射机在消耗少量传输能量的同时能传输大量数据[5]。Bharadwaj等（2014）利用超宽带技术对人体定位进行了研究，并比较了不同基站数的研究结果，在使用8个基站时，研究获得了最小的定位误差。

文章尝试将UWB设备应用于人们居住行为的研究中，其优势在于它可以连续并且准确地实时追踪人的移动，希望这种方法可以为未来建筑设计提供一些量化的数据支撑。

1 Introduction

With the development of society and technology, the function of the residential house has changed. Its original function was providing shelter for , the residence is dedicated to providing people with high-quality life.

Research on the dwelling behaviour is needed for it contributes to good housing design, however, it was only in modern times that we began to study the behaviour of human habitation. From the perspective of the change of Japanese family and the corresponding relation of living form, Japanese researchers (Hirai, 1989) explained the relationship between family life, individual behaviour and dwelling. Chen et al (1997) analysed the relation between dweller and living space based on the behaviour psychology. There are also researches on occupant behaviour monitoring, but the purpose is to explore the impact of human behaviour on building energy saving performance (Yan et al, 2015). At MIT, a multi-disciplinary team (Intille, 2002) was developing technologies and design strategies for the future home, the ubiquitous sensing such as image-based experience sampling and reflection was used to study human behaviour at home quantitatively and qualitatively.

In this research, indoor positioning systems (IPSs) was used to determine the position of human in their home continuously and in real-time. Due to the complexity of accurate indoor positioning, various solutions have been proposed in this filed. Ultra-wideband (UWB) is an emerging technology that has exhibited better performance compared to others. UWB is a channel of information transmission, which spreads on a large part of the allows the UWB transmitter to transmit large amounts of data while consuming a small amount of transmission energy. Bharadwaj et al (2014) presented a study of human body localization using ultra-wideband technology with various base-stations. The smallest location error has been obtained when using eight base-stations.

1 TOA算法示意图

2 住宅布局与设备安装示意图、调研过程照片

2 研究方法

2.1 UWB定位系统

UWB是一种信号带宽与中心频率之比大于20%，或者带宽超过500Mbps的无线射频信号[6]。UWB发射极短的脉冲，使用能在很低的功率谱密度下传播无线电能量的技术（宽频带）。高带宽为通信提供了高数据吞吐量，UWB脉冲的低频使信号能够有效地穿过障碍物，如墙壁和目标物。瞬间脉冲有着明显的波峰波谷，因此信号发射的起止时间更容易测量。这意味着两个UWB设备之间的距离可以通过测量无线电波在它们之间传递所需的时间来被精确计算，这种技术提供了比用信号强度估计距离更精确的距离测量方法[7]。

针对UWB开发的最常用算法可分为五大类，TOA（Time of Arrival）是其中较为常用的方法，也是本研究所使用的算法[8]。TOA通过计算多个信号发射方所发射的圆的交集来定位目标。这些圆以信号发射方为中心，半径是发射方和接收方之间的距离（图1）[9]。由于所有信号发射方的时间是同步的，接收方可以通过信号的到达时间（TOA）来确定它们之间的距离，即通过信号传播时间乘以光速来计算它们的距离[10]。

文章来源：《心理与行为研究》 网址: http://www.xlyxwyj.cn/qikandaodu/2021/0629/638.html