本發(fā)明涉及運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè),特別是一種實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)整合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù):
1、實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)整合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是現(xiàn)代體育訓(xùn)練、運(yùn)動(dòng)健康監(jiān)測(cè)以及運(yùn)動(dòng)安全領(lǐng)域的重要工具。隨著科技的飛速發(fā)展,特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)的進(jìn)步,實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的收集、處理和應(yīng)用變得日益重要;該系統(tǒng)旨在通過(guò)集成多種傳感器和數(shù)據(jù)處理技術(shù),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析運(yùn)動(dòng)員的生理數(shù)據(jù)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及環(huán)境信息,為教練員、運(yùn)動(dòng)員和醫(yī)務(wù)人員提供科學(xué)依據(jù),以提高訓(xùn)練效果、預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷并確保運(yùn)動(dòng)員的安全;
2、盡管實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)整合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展,但仍然存在一些缺陷;首先,現(xiàn)有的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)整合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中往往采取固定的監(jiān)測(cè)周期,這會(huì)導(dǎo)致當(dāng)檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)員疑似疲勞時(shí),無(wú)法準(zhǔn)確且快速地識(shí)別出運(yùn)動(dòng)員的疲勞異常;其次,現(xiàn)有的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)整合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中往往監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)員跑步的整個(gè)過(guò)程中的所有運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)以判斷運(yùn)動(dòng)員是否出現(xiàn)疲勞異常,這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的工作量加重,減少了整個(gè)系統(tǒng)的效率;最后現(xiàn)有的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)整合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中往往只通過(guò)考慮運(yùn)動(dòng)員的心率以及速度來(lái)判斷是否出現(xiàn)疲勞異常,這會(huì)導(dǎo)致對(duì)運(yùn)動(dòng)員的疲勞識(shí)別結(jié)果準(zhǔn)確度的降低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、(一)解決的技術(shù)問(wèn)題
2、針對(duì)背景技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明提出一種實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)整合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法,采取監(jiān)測(cè)周期的動(dòng)態(tài)調(diào)整方式,基于運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度判斷是否需要對(duì)其進(jìn)行疲勞檢測(cè),以及是否需要對(duì)監(jiān)測(cè)周期進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,并根據(jù)步長(zhǎng)、垂直振幅以及腳觸地時(shí)間這些數(shù)據(jù)判斷運(yùn)動(dòng)員是否出現(xiàn)疲勞異常;從而解決了背景技術(shù)中記載的技術(shù)問(wèn)題。
3、(二)技術(shù)方案
4、為實(shí)現(xiàn)以上目的,本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
5、一種實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)整合監(jiān)測(cè)系統(tǒng),包括:
6、數(shù)據(jù)采集模塊,基于傳感器組實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并分析運(yùn)動(dòng)員的實(shí)時(shí)位置以及運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù),每當(dāng)監(jiān)測(cè)到運(yùn)動(dòng)員跨出一步時(shí),實(shí)時(shí)獲取并記錄一組這一步過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù);在監(jiān)測(cè)周期結(jié)束時(shí),將該監(jiān)測(cè)周期內(nèi)記錄的多組運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后傳輸給運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)分析模塊;
7、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)分析模塊,包括運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度評(píng)估單元、監(jiān)測(cè)周期調(diào)整單元以及疲勞程度評(píng)估單元;用于對(duì)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行分析,根據(jù)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的分析結(jié)果進(jìn)行監(jiān)測(cè)周期的調(diào)整以及疲勞程度的檢測(cè);
8、其中,運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度評(píng)估單元,獲取當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的若干組心率數(shù)據(jù)以及速度數(shù)據(jù),并將當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的所有心率數(shù)據(jù)以及所有速度數(shù)據(jù)分別結(jié)合,得到當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的綜合心率以及綜合速度;基于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度判斷規(guī)則確定綜合心率以及綜合速度下的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度類型;結(jié)合兩個(gè)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度類型綜合判斷是否向疲勞程度評(píng)估單元以及監(jiān)測(cè)周期調(diào)整單元發(fā)送相應(yīng)的信號(hào);
9、疲勞程度評(píng)估單元,獲取當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的若干組疲勞評(píng)估數(shù)據(jù),并將當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)獲取的所有疲勞評(píng)估數(shù)據(jù)結(jié)合,得到當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期的疲勞指數(shù);基于疲勞指數(shù)與疲勞指數(shù)閾值的大小關(guān)系判斷是否向運(yùn)動(dòng)員發(fā)送休息指令;
10、監(jiān)測(cè)周期調(diào)整單元,基于接收到的信號(hào)類型,對(duì)監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
11、具體的,對(duì)運(yùn)動(dòng)員添加rfid標(biāo)簽,并為運(yùn)動(dòng)場(chǎng)上的運(yùn)動(dòng)員佩戴運(yùn)動(dòng)手環(huán),運(yùn)動(dòng)手環(huán)中內(nèi)置有g(shù)ps定位系統(tǒng)、光敏傳感器以及加速度傳感器;在運(yùn)動(dòng)員的左右跑鞋上分別安裝跑步動(dòng)態(tài)傳感器;
12、光敏傳感器用于監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)員的心率,加速度傳感器用于監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)員跑步時(shí)的步長(zhǎng)以及垂直振幅,跑步動(dòng)態(tài)傳感器用于監(jiān)測(cè)左右腳觸地的時(shí)間;結(jié)合每一步兩只腳之間交替的時(shí)間,并與每一步的步長(zhǎng)結(jié)合,得到每一步的速度。
13、具體的,從運(yùn)動(dòng)員跨出第一步開(kāi)始,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)員的左右腳觸地次數(shù);每當(dāng)監(jiān)測(cè)到任意一只腳完成觸地動(dòng)作時(shí),即每跑一步時(shí),記錄運(yùn)動(dòng)員在這一步過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù),包括這一步結(jié)束時(shí)的心率和速度數(shù)據(jù)、這一步的步長(zhǎng)數(shù)據(jù),以及這一步過(guò)程中的垂直振幅和觸地時(shí)間數(shù)據(jù);
14、當(dāng)監(jiān)測(cè)到左右兩只腳的觸地次數(shù)皆為五次時(shí),即每跑十步時(shí),將記錄到的十組運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭\(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)分析模塊;此時(shí)的監(jiān)測(cè)周期為每跑十步所需的時(shí)間,后續(xù)監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)度按照步數(shù)進(jìn)行表示,并將跑十步作為標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)度。
15、具體的,獲取當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)若干組運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)中的心率數(shù)據(jù)以及速度數(shù)據(jù),分別記為以及,表示若干組數(shù)據(jù)中的第組數(shù)據(jù);
16、將當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)組數(shù)據(jù)中的心率數(shù)據(jù)以及速度數(shù)據(jù)分別結(jié)合,得到當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的綜合心率以及綜合速度,表達(dá)式為:
17、
18、其中,表示每組數(shù)據(jù)的權(quán)重,。
19、具體的,所述運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度判斷規(guī)則包括:
20、基于運(yùn)動(dòng)員的年齡,計(jì)算每個(gè)運(yùn)動(dòng)員的最大心率,表達(dá)式為:;基于最大心率和運(yùn)動(dòng)員的心率數(shù)據(jù),計(jì)算每組數(shù)據(jù)中的第一運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度,表達(dá)式為:;當(dāng)?shù)谝贿\(yùn)動(dòng)強(qiáng)度時(shí),表示當(dāng)前運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為低強(qiáng)度,當(dāng)?shù)谝贿\(yùn)動(dòng)強(qiáng)度且時(shí),表示當(dāng)前運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為中等強(qiáng)度,當(dāng)?shù)谝贿\(yùn)動(dòng)強(qiáng)度時(shí),表示當(dāng)前運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為劇烈強(qiáng)度;
21、基于vdot系統(tǒng),將每組數(shù)據(jù)中的速度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)等級(jí)的匹配;所述vdot系統(tǒng)將跑步的強(qiáng)度分為五個(gè)等級(jí),分別為e級(jí)、m級(jí)、t級(jí)、i級(jí)以及r級(jí),從左到右強(qiáng)度依次升高;基于五個(gè)等級(jí)的速度范圍,將每組數(shù)據(jù)中的速度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)等級(jí)的匹配;令速度低于e級(jí)與m級(jí)速度的平均值的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為低強(qiáng)度,令速度高于i級(jí)與r級(jí)速度的平均值的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為劇烈強(qiáng)度,令速度處于上述兩個(gè)平均值之間的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為中等強(qiáng)度。
22、進(jìn)一步的,若當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的綜合心率與綜合速度對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度皆為中等強(qiáng)度,則不向疲勞程度評(píng)估單元發(fā)送疲勞檢測(cè)信號(hào);若當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)度與標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)度不同,則向監(jiān)測(cè)周期調(diào)整單元發(fā)送第一調(diào)整信號(hào),否則不向監(jiān)測(cè)周期調(diào)整單元發(fā)送調(diào)整信號(hào);
23、若當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的綜合心率與綜合速度對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度皆為低強(qiáng)度或劇烈強(qiáng)度,則向監(jiān)測(cè)周期調(diào)整單元發(fā)送第二調(diào)整信號(hào),并向疲勞程度評(píng)估單元發(fā)送疲勞檢測(cè)信號(hào);
24、若當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的綜合心率與綜合速度對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度中有一個(gè)為中等強(qiáng)度,另外一個(gè)為低強(qiáng)度或劇烈強(qiáng)度,則需進(jìn)行進(jìn)一步分析。
25、具體的,所述進(jìn)一步分析具體為:
26、假設(shè)當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)綜合心率數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為低強(qiáng)度或劇烈強(qiáng)度,將當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的綜合速度,以及vdot系統(tǒng)將跑步強(qiáng)度分為的五個(gè)等級(jí)所對(duì)應(yīng)的速度進(jìn)行歸一化處理,得到歸一化后的綜合速度系統(tǒng)中e級(jí)與m級(jí)速度的平均值以及i級(jí)與r級(jí)速度的平均值;
27、若綜合心率數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為低強(qiáng)度,則綜合心率數(shù)據(jù)與中等強(qiáng)度的偏差度為;若綜合心率數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度為劇烈強(qiáng)度,則綜合心率數(shù)據(jù)與中等強(qiáng)度的偏差度為;
28、歸一化后的綜合速度數(shù)據(jù)與中等強(qiáng)度的補(bǔ)償度為,表示取a與b中的最小值;
29、若,則向監(jiān)測(cè)周期調(diào)整單元發(fā)送第二調(diào)整信號(hào),且不向疲勞程度評(píng)估單元發(fā)送疲勞檢測(cè)信號(hào);
30、若,則向監(jiān)測(cè)周期調(diào)整單元發(fā)送第二調(diào)整信號(hào),并向疲勞程度評(píng)估單元發(fā)送疲勞檢測(cè)信號(hào)。
31、進(jìn)一步的,當(dāng)接收到疲勞檢測(cè)信號(hào)后,獲取當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)若干組運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)中的疲勞評(píng)估數(shù)據(jù),疲勞評(píng)估數(shù)據(jù)包括每組運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)中的步長(zhǎng)數(shù)據(jù)、垂直振幅數(shù)據(jù)以及單腳觸地時(shí)間數(shù)據(jù);
32、將當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)組疲勞評(píng)估數(shù)據(jù)中的步長(zhǎng)數(shù)據(jù)、垂直振幅數(shù)據(jù)以及單腳觸地時(shí)間結(jié)合,得到當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期的疲勞指數(shù),表達(dá)式為:
33、;
34、其中,分別表示步長(zhǎng)數(shù)據(jù)、垂直振幅數(shù)據(jù)以及單腳觸地時(shí)間的權(quán)重系數(shù);分別表示步長(zhǎng)最小值、垂直振幅最小值以及單腳觸地時(shí)間最大值;
35、設(shè)置疲勞指數(shù)閾值,將當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期的疲勞指數(shù)與疲勞指數(shù)閾值相比較,若,則向該運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)手環(huán)發(fā)送休息指令,休息指令包括語(yǔ)音提醒以及震動(dòng)提醒;
36、若,則將當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期進(jìn)行疑似疲勞標(biāo)記,若連續(xù)兩個(gè)監(jiān)測(cè)周期都已進(jìn)行疑似疲勞標(biāo)記,則向該運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)手環(huán)發(fā)送休息指令;
37、若,則不發(fā)送任何指令。
38、進(jìn)一步的,當(dāng)接收到第一調(diào)整信號(hào)時(shí),將下一周期的監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)度調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)周期長(zhǎng)度;
39、當(dāng)接收到第二調(diào)整信號(hào)時(shí),將下一周期的監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)度調(diào)整為當(dāng)前周期的監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)度的一半,具體按照十步、五步、兩步的順序進(jìn)行調(diào)整;
40、當(dāng)未接收到第一與第二調(diào)整信號(hào)時(shí),默認(rèn)下一期的監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)度等于當(dāng)前周期的監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)度。
41、一種實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)整合監(jiān)測(cè)方法,包括:
42、步驟一、基于傳感器組實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并分析運(yùn)動(dòng)員的實(shí)時(shí)位置以及運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù),每當(dāng)監(jiān)測(cè)到運(yùn)動(dòng)員跑了一步時(shí),實(shí)時(shí)獲取并記錄一組這一步過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù);
43、步驟二、獲取當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的若干組心率數(shù)據(jù)以及速度數(shù)據(jù),并將當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的所有心率數(shù)據(jù)以及所有速度數(shù)據(jù)分別結(jié)合,得到當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的綜合心率以及綜合速度;基于運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度判斷規(guī)則確定綜合心率以及綜合速度下的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度類型;結(jié)合兩個(gè)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度類型綜合判斷是否發(fā)送疲勞檢測(cè)信號(hào)以及監(jiān)測(cè)周期調(diào)整信號(hào);
44、步驟三,當(dāng)接收到疲勞檢測(cè)信號(hào)時(shí),獲取當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的若干組疲勞評(píng)估數(shù)據(jù),并將當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期內(nèi)獲取的所有疲勞評(píng)估數(shù)據(jù)結(jié)合,得到當(dāng)前監(jiān)測(cè)周期的疲勞指數(shù);基于疲勞指數(shù)與疲勞指數(shù)閾值的大小關(guān)系判斷是否向運(yùn)動(dòng)員發(fā)送休息指令;
45、步驟四、當(dāng)接收到監(jiān)測(cè)周期調(diào)整信號(hào)時(shí),基于接收到的信號(hào)類型,對(duì)監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)度進(jìn)行對(duì)應(yīng)的調(diào)整。
46、(三)有益效果
47、本發(fā)明提供了一種實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)整合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法,具備以下有益效果:
48、1、通過(guò)綜合運(yùn)用rfid標(biāo)簽、gps定位系統(tǒng)、光敏傳感器、加速度傳感器以及跑步動(dòng)態(tài)傳感器,實(shí)時(shí)追蹤運(yùn)動(dòng)員的位置信息,精確記錄其心率、步長(zhǎng)、垂直振幅、觸地時(shí)間和速度等關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)參數(shù),并通過(guò)預(yù)處理操作確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性;這不僅提高了運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集的精度和效率,還為后續(xù)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)分析提供了可靠的基礎(chǔ);
49、2、通過(guò)綜合考慮運(yùn)動(dòng)員的心率數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù),并運(yùn)用科學(xué)的計(jì)算方法和判斷規(guī)則,實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的精準(zhǔn)評(píng)估;基于多組心率數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù),通過(guò)計(jì)算綜合心率和綜合速度,結(jié)合運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度判斷規(guī)則,準(zhǔn)確判斷運(yùn)動(dòng)員當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是正常、異常還是不穩(wěn)定;根據(jù)評(píng)估結(jié)果智能地觸發(fā)疲勞程度檢測(cè)和監(jiān)測(cè)周期調(diào)整指令,為后續(xù)運(yùn)動(dòng)員的疲勞監(jiān)測(cè)和監(jiān)測(cè)周期的動(dòng)態(tài)調(diào)整提供了基礎(chǔ)支持;
50、3、通過(guò)綜合分析步長(zhǎng)、垂直振幅和單腳觸地時(shí)間等關(guān)鍵跑步參數(shù),構(gòu)建了一個(gè)科學(xué)的疲勞評(píng)估模型;通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)員的跑步數(shù)據(jù),運(yùn)用疲勞指數(shù)算法準(zhǔn)確評(píng)估運(yùn)動(dòng)員的疲勞狀態(tài),并在檢測(cè)到疲勞時(shí)及時(shí)發(fā)送休息指令,有效預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷和過(guò)度訓(xùn)練;通過(guò)疑似疲勞標(biāo)記的設(shè)定,該系統(tǒng)還能對(duì)運(yùn)動(dòng)員的疲勞趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)警,為教練和運(yùn)動(dòng)員提供更加精準(zhǔn)的訓(xùn)練反饋和調(diào)整建議;
51、4、通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)度,實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的靈活監(jiān)測(cè);根據(jù)接收到的調(diào)整信號(hào),智能地改變監(jiān)測(cè)周期,既能在運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)保持標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)周期,又能在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)異?;虿环€(wěn)定時(shí)及時(shí)縮短監(jiān)測(cè)周期,以更頻繁地評(píng)估運(yùn)動(dòng)員的疲勞程度和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。