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提出了一种基于时空关系和多观察值的三层隐马尔科夫扩展模型识别复杂交互活动的方法。根据多目标交互活动具有分层的性质和目标之间的时空关系，给出了提取3个粒度（整体，双人，单人）行为特征的方法。同时提出与之对应的多观测值三层隐马尔科夫扩展模型。实验结果表明：将新的特征提取方法和新的模型应用于复杂交互行为识别能得到较高的识别准确率和较好的鲁棒性。