本實(shí)用新型涉及醫(yī)學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及的是，一種基于表面肌電信號(hào)的高空拓展訓(xùn)練監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近幾年，高空拓展訓(xùn)練由于其獨(dú)特的形式和良好的培訓(xùn)效果，越來(lái)越多的高校與企業(yè)開設(shè)了高空拓展訓(xùn)練項(xiàng)目。該訓(xùn)練項(xiàng)目可以使訓(xùn)練人員提高安全機(jī)能，增強(qiáng)心理健康，提高團(tuán)隊(duì)合作精神。由于訓(xùn)練內(nèi)容需要在距離地面較高的地點(diǎn)開展，所以該項(xiàng)目需要非常嚴(yán)格的安全措施。表面肌電信號(hào)（sEMG）是測(cè)量到的肌肉的皮膚表面的電勢(shì)，可以判斷肌肉是否處于疲勞狀態(tài)，心跳是否由于恐慌而過(guò)快，對(duì)于高空作業(yè)人員的安全保護(hù)有很大的意義。

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)實(shí)用新型專利公布號(hào)：CN203971275U，公布日期：2014年12月3日，名稱：四通道自保護(hù)式高空拓展訓(xùn)練設(shè)施單元。該實(shí)用新型公開了一種四通道自保護(hù)式高空拓展訓(xùn)練設(shè)施單元，包括：支撐柱、上通道保護(hù)滑軌、下通道保護(hù)滑軌、中間巡視走廊、連接平臺(tái)、第一通道障礙訓(xùn)練設(shè)施、第二通道障礙訓(xùn)練設(shè)施、第三通道障礙訓(xùn)練設(shè)施、第四通道障礙訓(xùn)練設(shè)施。該實(shí)用新型用于高空訓(xùn)練。鍛煉提高使用者心理素質(zhì)。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、效果好、內(nèi)容豐富和功能多等優(yōu)點(diǎn)。

中國(guó)實(shí)用新型專利公布號(hào)：CN103977515A，公布日期：2014年8月13日，名稱：拓展訓(xùn)練用高空安全保護(hù)裝置。該實(shí)用新型公開了一種拓展訓(xùn)練用高空安全保護(hù)裝置，包括用于固定套裝在立柱上的軌道盤,平梁和/或斜梁徑向固定在該軌道盤的外周上，軌道盤的中心豎向開設(shè)有供立柱穿過(guò)的通孔，在軌道盤的底面圍繞所述通孔設(shè)有開口朝下的環(huán)形滑槽并呈輻射狀對(duì)應(yīng)所述平梁和/或斜梁設(shè)有徑向過(guò)渡槽,平梁和/或斜梁的內(nèi)滑槽通過(guò)對(duì)應(yīng)設(shè)置的徑向過(guò)渡槽與環(huán)形滑槽連通。該實(shí)用新型訓(xùn)練過(guò)程中完全的解放了兒童的雙手,提高了兒童訓(xùn)練過(guò)程中的靈活性,該安全防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便,克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

但是，上述實(shí)用新型只針對(duì)硬件保護(hù)部件，并沒(méi)有針對(duì)訓(xùn)練人員的心理進(jìn)行監(jiān)控與保護(hù)。而高空訓(xùn)練過(guò)程中，使用者可能出現(xiàn)的過(guò)度恐慌、肌肉疲勞等癥狀也會(huì)對(duì)訓(xùn)練過(guò)程的安全性造成隱患。因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種新型的基于表面肌電信號(hào)的高空拓展訓(xùn)練監(jiān)控系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采用了下述的技術(shù)方案：一種基于表面肌電信號(hào)的高空拓展訓(xùn)練監(jiān)控系統(tǒng)，包括信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊、模式分類模塊及顯示報(bào)警模塊；

所述信號(hào)采集模塊用于采集人體表面肌電信號(hào)，并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以無(wú)線傳送的方式送給信號(hào)處理模塊；

所述信號(hào)處理模塊用于對(duì)信號(hào)采集模塊送來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和特征提取；

所述模式分類模塊用于對(duì)輸入的特征向量進(jìn)行辨識(shí)，并將這些特征向量所屬的類型輸出，判斷肌肉與心理狀態(tài)；

所述顯示報(bào)警模塊，用于實(shí)時(shí)顯示訓(xùn)練人員肌肉與心跳數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)警值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。

優(yōu)選的，所述的基于表面肌電信號(hào)的高空拓展訓(xùn)練監(jiān)控系統(tǒng)中，所述信號(hào)采集模塊包括：

穩(wěn)壓電源單元，用于將5伏鋰電池提供的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓處理，為所述信號(hào)采集模塊提供穩(wěn)定電壓；

傳感器單元，用于采集肌肉活動(dòng)與心跳活動(dòng)所產(chǎn)生的生理電信號(hào)；

模擬信號(hào)放大單元，用于將采集到的表面肌電信號(hào)模擬量進(jìn)行放大處理，避免肌電信號(hào)幅值過(guò)于微弱的影響；

帶通濾波單元，用于將放大后的表面肌電信號(hào)模擬量進(jìn)行濾波處理，選取通過(guò)20~450Hz的信號(hào)，消除噪聲干擾；

A/D轉(zhuǎn)換單元，用于將采集到的表面肌電信號(hào)模擬量與心電信號(hào)模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；

數(shù)據(jù)傳送單元，用于將處理后的表面肌電信號(hào)數(shù)字量與心電信號(hào)數(shù)字量以無(wú)線傳輸?shù)姆绞娇焖偎徒o計(jì)算機(jī)進(jìn)行下一步的處理。

優(yōu)選的，所述的基于表面肌電信號(hào)的高空拓展訓(xùn)練監(jiān)控系統(tǒng)中，所述信號(hào)處理模塊包括：

數(shù)據(jù)接收單元，用于接收由數(shù)據(jù)傳送單元發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)；

信號(hào)預(yù)處理單元，用于將信號(hào)采集模塊送來(lái)的表面肌電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理；

采樣單元，用于將表面肌電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，選取合適的數(shù)據(jù)段；

特征提取單元，用于提取表面肌電信號(hào)采樣數(shù)據(jù)段的均值與均方根值；

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，用于將上述采樣單元處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，用于離線分析用。

優(yōu)選的，所述的基于表面肌電信號(hào)的高空拓展訓(xùn)練監(jiān)控系統(tǒng)中，所述模式分類模塊具體包括：

反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練單元，用于將表面肌電信號(hào)特征與對(duì)應(yīng)的肌肉狀態(tài)組合構(gòu)成多個(gè)訓(xùn)練樣本，并完成對(duì)肌肉狀態(tài)識(shí)別單元的訓(xùn)練；

模式分類器單元，用于將表面肌電信號(hào)特征進(jìn)行組合判斷，分辨出使用者的上肢正在進(jìn)行何種動(dòng)作；

肌肉狀態(tài)識(shí)別單元，用于將表面肌電信號(hào)特征進(jìn)行組合判斷，分辨出訓(xùn)練人員的肌肉是否處于疲勞狀態(tài)；

心跳狀態(tài)識(shí)別單元，用于識(shí)別訓(xùn)練人員的心跳頻率，判斷訓(xùn)練人員的心理是否處于恐慌狀態(tài)。

優(yōu)選的，所述的基于表面肌電信號(hào)的高空拓展訓(xùn)練監(jiān)控系統(tǒng)中，所述顯示報(bào)警模塊包括：

顯示單元，用于實(shí)時(shí)顯示訓(xùn)練人員肌肉與心跳數(shù)據(jù)；

報(bào)警單元，用于當(dāng)監(jiān)測(cè)到肌肉疲勞或者心理恐慌時(shí)，產(chǎn)生相應(yīng)的語(yǔ)音報(bào)警。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，采用上述方案，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了高空拓展訓(xùn)練的肌肉和心理狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，避免了由于肌肉疲勞與心理恐慌所可能造成的事故，大大提高了訓(xùn)練人員的信心與安全，具有很好的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的框架圖；

圖2為本實(shí)用新型的圖1實(shí)施例的流程框架圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。附圖中給出了本實(shí)用新型的較佳的實(shí)施例。但是，本實(shí)用新型可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并不限于本說(shuō)明書所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本實(shí)用新型的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

需要說(shuō)明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。本說(shuō)明書所使用的術(shù)語(yǔ)“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說(shuō)明的目的。

除非另有定義，本說(shuō)明書所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本實(shí)用新型的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本說(shuō)明書中在本實(shí)用新型的說(shuō)明書中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是用于限制本實(shí)用新型。

如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例是，該基于表面肌電信號(hào)的高空拓展訓(xùn)練監(jiān)控系統(tǒng)，包括信號(hào)采集模塊、信號(hào)處理模塊、模式分類模塊及顯示報(bào)警模塊；所述信號(hào)采集模塊用于采集人體表面肌電信號(hào)，并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以無(wú)線傳送的方式送給信號(hào)處理模塊；所述信號(hào)處理模塊用于對(duì)信號(hào)采集模塊送來(lái)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理和特征提??；所述模式分類模塊用于對(duì)輸入的特征向量進(jìn)行辨識(shí)，并將這些特征向量所屬的類型輸出，判斷肌肉與心理狀態(tài)；所述顯示報(bào)警模塊，用于實(shí)時(shí)顯示訓(xùn)練人員肌肉與心跳數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)警值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。

優(yōu)選的，所述的基于表面肌電信號(hào)的高空拓展訓(xùn)練監(jiān)控系統(tǒng)中，所述信號(hào)采集模塊包括：穩(wěn)壓電源單元，用于將5伏鋰電池提供的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓處理，為所述信號(hào)采集模塊提供穩(wěn)定電壓；傳感器單元，用于采集肌肉活動(dòng)與心跳活動(dòng)所產(chǎn)生的生理電信號(hào)；模擬信號(hào)放大單元，用于將采集到的表面肌電信號(hào)模擬量進(jìn)行放大處理，避免肌電信號(hào)幅值過(guò)于微弱的影響；帶通濾波單元，用于將放大后的表面肌電信號(hào)模擬量進(jìn)行濾波處理，選取通過(guò)20~450Hz的信號(hào)，消除噪聲干擾；A/D轉(zhuǎn)換單元，用于將采集到的表面肌電信號(hào)模擬量與心電信號(hào)模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；數(shù)據(jù)傳送單元，用于將處理后的表面肌電信號(hào)數(shù)字量與心電信號(hào)數(shù)字量以無(wú)線傳輸?shù)姆绞娇焖偎徒o計(jì)算機(jī)進(jìn)行下一步的處理。

優(yōu)選的，所述的基于表面肌電信號(hào)的高空拓展訓(xùn)練監(jiān)控系統(tǒng)中，所述信號(hào)處理模塊包括：數(shù)據(jù)接收單元，用于接收由數(shù)據(jù)傳送單元發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)；信號(hào)預(yù)處理單元，用于將信號(hào)采集模塊送來(lái)的表面肌電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理；采樣單元，用于將表面肌電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，選取合適的數(shù)據(jù)段；特征提取單元，用于提取表面肌電信號(hào)采樣數(shù)據(jù)段的均值與均方根值；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，用于將上述采樣單元處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，用于離線分析用。

優(yōu)選的，所述的基于表面肌電信號(hào)的高空拓展訓(xùn)練監(jiān)控系統(tǒng)中，所述模式分類模塊包括：反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練單元，用于將表面肌電信號(hào)特征與對(duì)應(yīng)的肌肉狀態(tài)組合構(gòu)成多個(gè)訓(xùn)練樣本，并完成對(duì)肌肉狀態(tài)識(shí)別單元的訓(xùn)練；模式分類器單元，用于將表面肌電信號(hào)特征進(jìn)行組合判斷，分辨出使用者的上肢正在進(jìn)行何種動(dòng)作；肌肉狀態(tài)識(shí)別單元，用于將表面肌電信號(hào)特征進(jìn)行組合判斷，分辨出訓(xùn)練人員的肌肉是否處于疲勞狀態(tài)；心跳狀態(tài)識(shí)別單元，用于識(shí)別訓(xùn)練人員的心跳頻率，判斷訓(xùn)練人員的心理是否處于恐慌狀態(tài)。

優(yōu)選的，所述的基于表面肌電信號(hào)的高空拓展訓(xùn)練監(jiān)控系統(tǒng)中，所述顯示報(bào)警模塊包括：顯示單元，用于實(shí)時(shí)顯示訓(xùn)練人員肌肉與心跳數(shù)據(jù)；報(bào)警單元，用于當(dāng)監(jiān)測(cè)到肌肉疲勞或者心理恐慌時(shí)，產(chǎn)生相應(yīng)的語(yǔ)音報(bào)警。

本實(shí)施例提出的基于表面肌電信號(hào)的高空拓展訓(xùn)練監(jiān)控系統(tǒng)具體包括以下步驟：

步驟1、采集人體表面肌電信號(hào)；本實(shí)施例通過(guò)信號(hào)采集模塊實(shí)現(xiàn)，該信號(hào)采集模塊由穩(wěn)壓電源單元，傳感器單元，模擬信號(hào)放大單元，帶通濾波單元，A/D轉(zhuǎn)換單元，數(shù)據(jù)傳送單元組成。

所述的穩(wěn)壓電源單元，將5伏鋰電池提供的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓處理，為所述信號(hào)采集模塊提供穩(wěn)定電壓；

所述的傳感器單元由多個(gè)Ag/AgCl表面電極組成，使用前應(yīng)先用醫(yī)用酒精棉將人體皮膚粘貼處擦拭干凈，然后將電極貼在相應(yīng)的肌肉位置與胸口。

采集到的表面肌電信號(hào)經(jīng)模擬信號(hào)放大單元進(jìn)行放大處理，避免肌電信號(hào)幅值過(guò)于微弱的影響。

放大后的表面肌電信號(hào)模擬量經(jīng)帶通濾波單元，進(jìn)行濾波處理，選取通過(guò)20~450Hz的信號(hào)。

濾波后的肌肉電信號(hào)與心電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換單元，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。

表面肌電信號(hào)數(shù)字量與心電信號(hào)數(shù)字量經(jīng)數(shù)據(jù)傳送單元，通過(guò)無(wú)線傳送方式，傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。

步驟2、對(duì)人體表面肌電信號(hào)進(jìn)行處理；本實(shí)施例通過(guò)信號(hào)處理模塊實(shí)現(xiàn)，該信號(hào)處理模塊由數(shù)據(jù)接收單元，信號(hào)預(yù)處理單元，采樣單元，特征提取單元，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元組成。

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)傳送單元傳輸給計(jì)算機(jī)的表面肌電信號(hào)與心電信號(hào)，利用數(shù)據(jù)接收單元進(jìn)行接收。

接收到的表面肌電信號(hào)與心電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)預(yù)處理單元將信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理。

預(yù)處理后的信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣單元，將數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，選取合適的數(shù)據(jù)段。

采樣后的信號(hào)一方面經(jīng)過(guò)特征提取單元，提取采樣數(shù)據(jù)段的均值與均方根值；同時(shí)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，將采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，用于離線分析訓(xùn)練過(guò)程中肌肉與心理的變化。

步驟3、對(duì)人體表面肌電信號(hào)進(jìn)行狀態(tài)識(shí)別；本實(shí)施例通過(guò)模式分類模塊實(shí)現(xiàn)，該模式分類模塊由反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練單元，肌肉狀態(tài)識(shí)別單元和心理狀態(tài)識(shí)別單元組成。

所述的狀態(tài)識(shí)別，具體為：

步驟1、利用反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練單元，離線將表面肌電信號(hào)特征與對(duì)應(yīng)的肌肉狀態(tài)模式組合構(gòu)成多個(gè)訓(xùn)練樣本，并完成對(duì)模式分類器的訓(xùn)練；

步驟2、在線將特征提取單元輸出的特征值輸入到模式分類器中，進(jìn)行組合判斷，分辨使用者的肌肉狀態(tài)；同時(shí)在線分析心跳頻率，分辨使用者的心理狀態(tài)。

步驟3、在電腦顯示屏上實(shí)時(shí)顯示肌電信號(hào)數(shù)據(jù)與心電信號(hào)數(shù)據(jù)。

步驟4、當(dāng)肌肉電信號(hào)的頻譜中心頻率降低，并且超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，產(chǎn)生“肌肉疲勞”語(yǔ)音報(bào)警；當(dāng)心跳頻率過(guò)快，并且超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，產(chǎn)生“恐慌”語(yǔ)音報(bào)警。

需要說(shuō)明的是，上述各技術(shù)特征繼續(xù)相互組合，形成未在上面列舉的各種實(shí)施例，均視為本實(shí)用新型說(shuō)明書記載的范圍；并且，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。