一种高精度步行速度和距离的计算方法

摘要

本发明一种高精度步行速度和距离的计算方法属于生物医学信号处理领域，具体涉及一种基于单个三轴加速度传感器信号的步行速度与行走距离的分析方法，实现对步行速度与距离的高精度计算。其计算方法为：1）加速度信号的预处理；2）动态加窗处理；3）计算步行距离；4）计算步行速度v。本发明计算方法从时频特征分析角度出发，对加速度信号的处理更能反映人体运动过程中的加速度变化状态；通过构造三维加速度球，在一时间窗范围内，加速度球内散点体现了该窗内加速度变化的趋势，从而综合多因素后得到此时间窗内加速度特征的散点质心；计算出来的平均距离误差在近匀速运动情况下小于11.5%，平均误差在变速运动情况下小于18.7%。

主权项

1.一种高精度步行速度和距离的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：1）加速度信号的预处理        所述的预处理包括：1-1）采用三阶滑动平均滤波器进行信号的平滑处理，所述三阶滑动平均滤波器的平滑滤波参数为5；1-2）采用一维零均值高斯滤波器进一步完成对噪声的滤除，高斯滤波器的标准差参数为2.5；        2）动态加窗处理        加窗是将较长的加速度信号分割成许多具有相同长度的重叠的窗口，步骤（2）中采用50%重叠的滑动窗对经过预处理的加速度信号进行加窗操作，窗宽采用基于小波系数估计的分形维数与小波能量分布的动态窗宽调增算法确定；3）计算步行距离所述的步行距离采用基于三维加速度球质心的步行距离分析方法得到，其计算公式为：（9）其中，p为特征标定参数，通过实验方法确定；A表示对本次滑动窗所得的与运动相关的距离参数；步行距离L与参数A之间由公式(9)的离散化形式决定；所述距离参数A是通过如下方法得到的：将三轴加速度传感器的X、Y、Z三个轴向的加速度信号值，分别作为一个球体的X、Y、Z三维坐标，在窗宽N内，对每个函数值f(x,y,z)赋值为1，整个窗宽N内的加速度信号最终组成一个球体；对球内函数值为1的点进行滤波操作，去除奇异点，然后对剩余的点求其质心，质心到球心的欧式距离即为对本次滑动窗所得的与运动相关的距离参数，记为A，其反映了窗宽N内加速度的整体趋势；4）计算步行速度v        该滑动窗口内的平均步行速度计算公式为（10）(10)   其中t表示时间，由预先设置的采样率f与窗口宽度N决定，其计算公式为（11）(11)。