【摘 要】
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我国是世界上人口最多的国家,社会老龄化的问题日益严重。统计显示,与绊倒相关的跌倒是导致65岁以上的老年人因伤害而致死的主要因素之一。因此,对于绊倒问题的研究是十分重要的。本项研究的主要目的是探索绊脚后平衡恢复反应机制。实验采用随机征集受试者的形式,招募了133名受试者参与本实验。VICON运动捕捉系统收集受试者在实验过程中的绊脚数据,根据每位受试者在绊脚后的恢复情况将其分为恢复成功组或恢复失败组。
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我国是世界上人口最多的国家,社会老龄化的问题日益严重。统计显示,与绊倒相关的跌倒是导致65岁以上的老年人因伤害而致死的主要因素之一。因此,对于绊倒问题的研究是十分重要的。本项研究的主要目的是探索绊脚后平衡恢复反应机制。实验采用随机征集受试者的形式,招募了133名受试者参与本实验。VICON运动捕捉系统收集受试者在实验过程中的绊脚数据,根据每位受试者在绊脚后的恢复情况将其分为恢复成功组或恢复失败组。为了解决特征选取不当的问题,我们从统计学角度出发,使用独立样本t检验的方法来确定各个特征在恢复成功组和恢复失败组之间是否具有统计学差异。发现这种差异后,我们将具有显著地统计性差异的特征用作支持向量机（SVM）的输入。为了进一步探究不同特征组合对准确率的影响,我们使用爬山算法和10折交叉验证来探究特征数量与分类准确率的关系。研究结果表明,当使用9个特征组合区分两组恢复情况时,验证集的准确率为77.4%,而使用3个特征组合时,验证集的准确率为93.1%,准确率达到最高,这也进一步验证了特征数量对最优模型建立的影响。为了验证最优模型在测试集中的泛化能力,我们使用分类准确率、受试者操作特性曲线（ROC）和AUC值面这三个模型评估指标来衡量最终的模型效果。研究发现,使用恢复脚着地时膝关节在矢状面的角度、跨越障碍过程躯干角度最大值和恢复脚着地时躯干角度这三个特征训练出来的模型,在测试集的准确率达到了95.45%,AUC值达到了0.96。此外本文还展示了最优模型在线性核,多项式核,双曲正切核和高斯径向基四种核函数下的模型参数。以上结果表明,受试者若想从绊倒场景中恢复成功,关键取决于膝关节的肌肉力量和对躯干弯曲的控制能力。由此可见,SVM可以很好地区分恢复成功组和恢复失败组,在生物力学领域的应用具有巨大潜力。而我们目前的研究结果,也可以为老年人在经历绊脚场景时,提供更好的科学建议和理论指导,从而减少与绊倒相关的跌倒情况的发生。
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