选择 20 Hz 采样频率是一种经过计算的工程平衡。该速率经过专门选择，旨在捕捉步态周期的完整机械细节——例如从脚跟着地到脚尖离地的过渡——同时严格管理可穿戴设备固有的功耗和数据处理开销。
20 Hz 的采样速率为智能步态分析提供了最佳平衡，它提供了足够的时间分辨率来绘制老年人的压力中心 (COP) 轨迹，同时保持连续可穿戴监测所需的能源效率。
捕捉关键生物力学
绘制完整的步态周期
任何步态分析系统的主要要求是能够记录足部运动的完整频谱。
20 Hz 的频率提供了足够的数据点来可靠地记录行走的关键阶段。这包括从最初的脚跟着地到最终的脚尖离地的整个过程。
跟踪压力中心 (COP)
对于特定人群，尤其是老年人，数据的精细度对于分析稳定性至关重要。
在 20 Hz 下，系统能够捕捉压力中心 (COP) 的动态迁移轨迹。这确保了平衡和压力分布的细微变化能够被准确记录，而不是在数据点之间丢失。
确保分析数据的可靠性
收集的最终目标是生成足够强大的原始时间序列数据以供算法处理。
在此频率下收集的数据被认为对于提取复杂特征是可靠的。这包括计算步态对称性和评估时间一致性，这两者对于评估跌倒风险和活动能力下降至关重要。
管理硬件限制
优化功耗
可穿戴设备在严格的电池限制下运行。
高采样率会迅速耗尽电力。通过将频率限制在 20 Hz，系统可以显著延长其运行寿命，从而在无需频繁充电的情况下进行更长时间的监测。
减少处理负载
数据传输和板载计算需要处理能力。
将采样率降低到必要的最低限度，可以减少微处理器必须处理的数据量。这可以防止系统瓶颈，并确保设备平稳运行，而不会过热或延迟。
理解工程权衡
平衡分辨率与效率
每一次采样率的选择都涉及信号保真度和资源使用之间的权衡。
如果频率设置得远低于 20 Hz，系统将面临“混叠”的风险，即错过 COP 轨迹中的关键时刻，导致数据对医学分析无效。
相反，显著更高的频率可能会捕捉到与老年人步态分析无关的微观细节。这将导致电池寿命浪费和存储使用过量，而诊断价值却没有任何提高。对于此特定应用，20 Hz 被确定为足够低的最低要求。
为您的目标做出正确选择
要确定此配置是否符合您的项目需求，请考虑以下重点：
- 如果您的主要重点是延长监测时间：依靠 20 Hz 来最大化电池寿命，同时为老年受试者保留临床有效性。
- 如果您的主要重点是特征提取的准确性：使用 20 Hz 来确保您拥有计算步态对称性和 COP 迁移所需的足够数据密度，而不会产生噪声。
通过选择 20 Hz，您可以将硬件的功能与老年人步态分析的特定生物力学要求相匹配。
摘要表：
| 特征 | 20 Hz 采样频率影响 |
|---|---|
| 生物力学捕捉 | 完整的步态周期（脚跟着地到脚尖离地）和 COP 轨迹 |
| 功耗 | 低；针对长期可穿戴设备电池寿命进行了优化 |
| 数据完整性 | 足以进行步态对称性与跌倒风险分析的分辨率 |
| 处理负载 | 最小化；减少微处理器开销和过热 |
| 目标应用 | 非常适合老年人活动能力监测和稳定性跟踪 |
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参考文献
- Zhen Song, Zhuoming Chen. Fall Risk Assessment for the Elderly Based on Weak Foot Features of Wearable Plantar Pressure. DOI: 10.1109/tnsre.2022.3167473
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .