工业安全鞋和战术靴的刚性物理结构显著增强了高频地面振动信号的清晰度。与会吸收能量的软底鞋不同，重型靴子上的硬质鞋底能更有效地将冲击力传递到地面。这使得在脚部接触地面时产生更清晰、更明显的波形。
硬底鞋最大限度地减少能量吸收，产生清晰的高频冲击载荷。这种物理特性使得提取算法能够比减震运动鞋更精确地识别脚后跟撞击地面模式。
信号传输的力学原理
硬底鞋与减震
影响振动提取的主要因素是鞋底的刚度。软底运动鞋的设计旨在吸收冲击，这会固有地衰减高频振动分量，然后再传递到地面。
相比之下，工业靴和战术靴采用坚硬、致密的材料。这些材料充当刚性传输介质，保留冲击的尖锐能量，而不是将其消散。
冲击力特征
由于鞋底在撞击时不会显著压缩，硬底靴会产生更高频率的冲击载荷。这会导致与地板发生“更硬”的碰撞，从而产生具有快速上升时间和明显峰值的振动信号。
对特征提取的影响
改进的波形定义
安全鞋缺乏缓冲性，可以实现更清晰的初始接触波形。当坚硬的脚后跟撞击地面时，会产生一个独特的信号特征，使其在背景噪声中脱颖而出。
便于识别脚后跟撞击地面模式
对于旨在分析步态的算法来说，硬底鞋提供的清晰度是有利的。清晰的初始波形使得在数学上更容易精确分离出脚后跟撞击地面模式的确切时刻。
理解权衡
过度优化的风险
虽然硬底鞋提供了出色的数据，但依赖它们会导致算法出现偏差。如果您的系统专门针对战术靴的高频尖峰进行了调整，那么它可能无法检测到软底鞋的模糊信号。
混合环境中的信号衰减
认识到减震鞋底有效地充当低通滤波器至关重要。在人员穿着不同鞋类混合的环境中，算法必须足够健壮，能够处理安全鞋的尖锐冲击和运动鞋的衰减信号。
为您的目标做出正确的选择
理解鞋类变量对于校准传感器和算法至关重要。
- 如果您的主要重点是高精度事件检测：利用高频分量，因为硬底靴可提供最清晰、最明显的冲击数据。
- 如果您的主要重点是通用人员跟踪：设计您的算法以检测低频分量，以确保您不会丢失穿着柔软、减震鞋类的人员的数据。
针对鞋类的特定物理特性进行优化是可靠振动分析的关键。
摘要表：
| 鞋类特性 | 对振动信号的影响 | 数据提取的优势 |
|---|---|---|
| 硬/刚性鞋底 | 最小的能量吸收 | 尖锐、高频的波形 |
| 致密材料 | 高效的冲击力传输 | 快速上升时间和明显峰值 |
| 低缓冲性 | 减少信号衰减 | 清晰的脚后跟撞击地面模式识别 |
| 重型结构 | 高冲击载荷生成 | 更强的信噪比 |
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参考文献
- Yiwen Dong, Hae Young Noh. Ubiquitous Gait Analysis through Footstep-Induced Floor Vibrations. DOI: 10.3390/s24082496
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
