本發(fā)明涉及游泳管理領域，具體是一種智慧游泳運動系統(tǒng)及實現運動管理的方法。

背景技術：

游泳是一項傳統(tǒng)熱門的體育運動，由于其不限男女老幼，因此具有較高的受歡迎程度。游泳池一般設有游泳管理系統(tǒng)，一般可分為防溺監(jiān)控報警系統(tǒng)和數據采集系統(tǒng)，而游泳可分為娛樂型和比賽型，在游泳娛樂中，安全性是首先需要考慮的問題，目前，各式各樣的游泳池防溺監(jiān)控報警系統(tǒng)應有盡有，比如有通過雷達系統(tǒng)、監(jiān)控設備、監(jiān)控計算機、報警器以及報警燈光等結合來達到溺水判斷的防溺系統(tǒng)；也有通過游泳手環(huán)來采集游泳者的運動信息、所處水壓信息以及脈搏信息，并通過單片機模塊來即時判斷是否溺水的；還有采用若干第一射頻電子標簽設備、第二射頻電子標簽設備、無線信號采集設備、控制終端、報警裝置和水平框架組成的防溺系統(tǒng)，水平框架平行于泳池，第一射頻識別電子標簽設備陣列排布固定在水平框架上，使得每個第一射頻識別電子標簽設備與泳池的水平面的間距相等，每個第一射頻識別電子標簽設備具有唯一的識別編號以及一表示其在泳池中位置的地址編碼，出現溺水狀態(tài)時，啟動的報警裝置，報警裝置是 LED閃燈、報警揚聲器、攝像機中的一種，LED閃燈垂直向上閃爍發(fā)光。以上提到的現有防溺系統(tǒng)，均存在一些問題，比如溺水判斷的準確率不高，很大程度上需要借助人為的判斷，比如需要根據監(jiān)控面面、現場情況判斷，并不容易做到第一時間判斷溺水情況，而且也不容易第一時間確認溺水的準確位置，給溺水施救增加了難度。

另外，不管是游泳比賽還是訓練，現有的數據采集系統(tǒng)一般只能獲得游泳者從出發(fā)到結束的時間與距離，然后計算出該游泳者的速度，并不能實時、準確地獲知該游泳者任意某一段距離內的速度，也無法獲知該游泳者的運動軌跡，進而無法獲知該游泳者實際的游泳長度，而由此計算出的該游泳者的速度便會存在一定的誤差。因此，從游泳訓練和比賽的角度來說，急需一種高精度的游泳數據采集系統(tǒng)，來對游泳者的相關數據進行采集，以獲得較為真實的游泳數據，為訓練提供更好的依據。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本發(fā)明提出了一種智慧游泳運動系統(tǒng)及實現運動管理的方法，解決現有的游泳管理系統(tǒng)在防溺監(jiān)控過程中，溺水判斷的準確率不高，很大程度上需要借助人為的判斷，比如需要根據監(jiān)控面面、現場情況判斷，并不容易做到第一時間判斷溺水情況，而且也不容易第一時間確認溺水的準確位置，給溺水施救增加了難度的問題；另外，本發(fā)明還能解決現有的游泳管理系統(tǒng)在進行游泳數據采集時，無法較為準確地獲知游泳者的游泳軌跡、速度等信息，無法為游泳訓練提供更好的參考依據的問題；除此之外，本發(fā)明還能解決現有的游泳管理系統(tǒng)要么只能實現監(jiān)控警報，要么只能實現游泳數據單一采集，功能單一、且系統(tǒng)復雜的問題。

本發(fā)明為實現上述目的，采用以下技術方案實現：

一種智慧游泳運動系統(tǒng)，包括中心控制器、設置于游泳池周邊的至少三個基站以及若干設置于穿戴設備上的UWB定位標簽，中心控制器與各個基站通過有線或者無線通信連接，各個基站之間通過有線或無線通信連接，中心控制器控制各個基站和UWB定位標簽按照系統(tǒng)規(guī)定的運行時序和邏輯工作，UWB定位標簽發(fā)出UWB定位數據并由各個基站接收，各個基站將接收到的定位數據發(fā)送至中心控制器，中心控制器解算出UWB定位標簽的實時位置。

進一步地，作為優(yōu)選技術方案，所述有線通信連接包括網線連接、同軸電纜連接、雙絞線連接以及光纖連接。

進一步地，作為優(yōu)選技術方案，所述穿戴設備為泳帽，UWB定位標簽設置于泳帽上。

進一步地，作為優(yōu)選技術方案，還包括手環(huán)和/或腳環(huán)，所述手環(huán)和/或腳環(huán)上集成有若干用于采集人體生理數據的傳感器，所述傳感器與UWB定位標簽實現通信。

進一步地，作為優(yōu)選技術方案，所述傳感器與UWB定位標簽采用藍牙配對的方式實現無線通信。

進一步地，作為優(yōu)選技術方案，所述傳感器包括心率計、加速度計、溫度計以及陀螺儀。

一種采用上述智慧游泳運動系統(tǒng)實現運動管理的方法，包括以下步驟：

步驟1：將各個基站依次設置在游泳池周邊，并使各個基站與中心控制器之間實現有線或無線通信連接；

步驟2：游泳者戴上設置有UWB定位標簽的穿戴設備，并戴上手環(huán)和/或腳環(huán)后，進入游泳池進行活動；

步驟3：游泳者身上的UWB定位標簽不間斷地向各個基站發(fā)送定位數據，各個基站將接收到的定位數據發(fā)送至中心控制器，中心控制器解算出UWB定位標簽的實時位置，另外，手環(huán)和/或腳環(huán)上的傳感器將采集到的人體生理數據傳送至UWB定位標簽，再由UWB定位標簽傳送至中心控制器，中心控制器實時地獲取游泳者的位置、速度、心率、體溫、劃水頻率等信息；

步驟4：當游泳者的泳帽浸入水面以下后，UWB定位標簽與各個基站失去通信，當失去通信持續(xù)一定時間后，判定游泳者此時處于溺水狀態(tài)，并由中心控制器發(fā)出警報信號；同時，UWB定位標簽上的報警閃光燈進行閃爍報警。

進一步地，作為優(yōu)選技術方案，當所述的手環(huán)和/或腳環(huán)采集到的人體生理數據出現異常時，判定游泳者此時處于溺水狀態(tài)，并由中心控制器發(fā)出警報信號；同時，UWB定位標簽上的報警閃光燈進行閃爍報警。

進一步地，作為優(yōu)選技術方案，所述的手環(huán)和/或腳環(huán)采集到的異常人體生理數據包括加速度計、陀螺儀以及心率計采集到的異常數據。

進一步地，作為優(yōu)選技術方案，溺水狀態(tài)的判斷還包括：當UWB定位信號未消失且手腳上沒有運動，且超過一定的時間時，同樣視同溺水狀態(tài)。

本發(fā)明與現有技術相比，具有以下優(yōu)點及有益效果：

（1）本發(fā)明能夠有效地對游泳者處于溺水狀態(tài)進行及時、精準的判斷，并對溺水者的位置實現高精度定位，能夠在第一時間鎖定溺水者的精確位置，為營救溺水者提供較佳的條件。

（2）本發(fā)明可記錄游泳者十分精準的游泳軌跡以及任意時間區(qū)間或者距離內的游泳速度、游泳方向等信息，同時還可采集游泳者的心率、體溫、劃水頻率等數據，為游泳訓練提供較為真實、準確的數據參考，有利于發(fā)現和改善訓練中的不足，提高訓練效果并獲得更佳的成績。

（3）本發(fā)明在同一系統(tǒng)下，同時實現了防溺監(jiān)控和運動數據采集，既增加了游泳作為娛樂活動時的安全性，又為游泳訓練提供了真實的運動數據，兩者的有效結合，讓整個系統(tǒng)不再單一，功能性更強。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例：

如圖1所示，本實施例所述的一種智慧游泳運動系統(tǒng)，包括中心控制器、設置于游泳池周邊的至少三個基站以及若干設置于穿戴設備上的UWB定位標簽，中心控制器與各個基站通過有線或者無線通信連接，各個基站之間通過有線或無線通信連接，具體地，有線通信連接可以是網線連接、同軸電纜連接、雙絞線連接以及光纖連接。中心控制器控制各個基站和UWB定位標簽按照系統(tǒng)規(guī)定的運行時序和邏輯工作，這里的運行時序和邏輯指的是中心控制器指定每一個UWB定位標簽的工作時間區(qū)間、UWB定位標簽的定位信號發(fā)送時間（開始工作的時間）以及各個基站接收定位信號的時間（開始工作的時間），比如，當游泳者穿戴上設置有UWB定位標簽的穿戴設備進入游泳池后，中心控制器發(fā)出控制指令，UWB定位標簽開始發(fā)送定位信號，各個基站接收定位信號，UWB定位標簽以及各個基站的開始工作時間以及每一個UWB定位標簽的工作時間區(qū)間均由中心控制器控制。UWB定位標簽發(fā)出UWB定位數據并由各個基站接收，各個基站將接收到的定位數據發(fā)送至中心控制器，中心控制器解算出UWB定位標簽的實時位置。中心控制器主要實現邏輯控制、無線通信、網絡通信、同步控制等功能，本領域技術人員在知曉中心控制器需要實現上述功能的情況下，不用付出創(chuàng)造性的勞動即可實現，這樣的中心控制器結構對于本領域技術人員來說非常容易實現。

在本實施例中，將基站布置在游泳池周邊之后，中心控制器與各個基站通過有線或者無線通信連接，而各個基站之間同樣采用有線或者無線通信連接，此時，以網線連接為例，各個基站通過網線依次級聯，第N-1個基站接收第N-2個基站發(fā)送來的時鐘同步信號，并將接收到的時鐘同步信號轉發(fā)給第N個基站，N為等于或大于3的正整數，然后對各個基站進行同步調節(jié)，同步的具體過程是：首先，同步信號發(fā)生器通過網線，向第1個基站發(fā)送I、Q調制數據，該I、Q調制數據由數字編碼通過信號轉換得到，第1個基站接收到I、Q調制數據后，一方面，對該I、Q調制數據進行解碼得到數字編碼，提取該數字編碼的時間標識碼，該時間標識碼作為復位信號，對第1個基站的高精度計時時鐘進行復位，并等待UWB定位信息碼的到來；另一方面，第1個基站將接收到的I、Q調制數據轉發(fā)至第2個基站，第2個基站接收到I、Q調制數據后，完成與第1個基站相同的工作—計時、轉發(fā)，以此類推，直到最后一個基站接收到I、Q調制數據，然后對該I、Q調制數據進行解碼得到數字編碼，提取該數字編碼的時間標識碼，該時間標識碼作為復位信號，對第最后一個基站的高精度計時時鐘進行復位，此時，所有基站的高精度計時時鐘均在等待UWB定位信息碼的到來。位置已知的UWB定位標簽發(fā)出的定位信息碼，各個基站接收到UWB定位信息碼后，記下各個基站各自的高精度計時時鐘此時的時鐘數，該時鐘數指的是從基站提取到時間標識碼到基站接收到UWB定位信息碼這段時間，由于UWB定位標簽到各個基站的距離是已知的，也就是說，UWB定位信息碼從發(fā)出到到達各個基站的時間是已知的，根據各個基站之間的計時時鐘時間差、基站坐標以及UWB定位標簽的位置坐標，采用TDOA定位算法，計算出各個基站相對的時間延時值，由于兩個基站之間存在網線延時以及解碼延時等，各個基站的時鐘計數起始點（定位時間）是不一樣的，計算出各個基站之間相對的時間延時值后，將延時值對應加入到各個基站的定位時間中，使各個基站能夠在同一時間點開始接收定位信息碼，基站實現同步接收。

以三個基站為例，假設第一個、第二個、第三個基站的計數時鐘在接收到UWB定位信息碼時分別是TJ1、TJ2、TJ3，UWB定位信息碼從發(fā)送開始到到達各個基站的時間分別為TD1、TD2、TD3，第一個基站與第二個基站之間的延時為t1，第二個基站與第三個基站的延時為t2，第三個基站等待UWB定位信息碼發(fā)送的時間為TW，于是有，TJ1= t1+t2+TW+TD1, TJ2= t2+TW+TD2, TJ3= TW+TD3,由于三個基站的位置坐標以及UWB定位標簽的位置坐標均是已知的，因此，通過TDOA算法，即可得到UWB定位信息碼到達任意兩個基站的時間差，即TD1-TD2、TD1-TD3、TD2-TD3均可得到，由于TJ1、TJ2、TJ3均是已知，通過TJ1-TJ2= t1+TD1-TD2，即可算出t1，即第一基站與第二基站之間的延時，同理可計算出任意兩個基站之間的延時。

本發(fā)明的各個基站采用的是級聯的方式，各個基站依次完成同步信號的接收、轉發(fā)（最后一個基站不用轉發(fā)同步信號），采用上述方法，可以精確地得到任意兩個基站之間的時間延時值，具體到本發(fā)明中，只需要得到每個基站分別與最后一個基站之間的時間延時值，然后將各自時間延時值加入到對應的基站即可，從而確保各個基站定位時間的一致，也就是在同一時刻開始接收UWB定位信號。

完成各個基站的同步之后，可以實現對進入游泳池區(qū)域的所有UWB定位標簽發(fā)出的UWB定位信號的同步接收，并通過TDOA定位算法，得到任意UWB定位標簽的具體坐標位置，即是前面所說的通過中心控制器解算得到的UWB定位標簽的實時位置，且精度極高，從而可形成游泳者的游泳軌跡以及游泳速度信息。游泳訓練采用本發(fā)明之后，可以獲得十分精準的游泳軌跡以及任意時間區(qū)間或者距離內的游泳速度、游泳方向信息，為游泳訓練提供較為真實、準確的數據參考，有利于發(fā)現和改善訓練中的不足，提高訓練效果并獲得更佳的成績。

在本實施例中，穿戴設備優(yōu)選為泳帽，并UWB定位標簽設置于泳帽上。當泳帽浸沒在水下時，即UWB定位標簽浸沒在水下，UWB定位標簽作為無線電發(fā)生裝置，浸沒在水中時是不能發(fā)送出信號的，因為水對電磁波的衰減非常大，為保證UWB定位標簽發(fā)送的定位信號為基站所接收，將UWB定位標簽固定在泳帽中較為合適，游泳運動中，無論哪種泳姿，頭部均會周期性探出水面，從而保證信號傳送。

在本實施例中，為了增加輔助判斷措施，本發(fā)明可增加手環(huán)和/或腳環(huán)，手環(huán)、腳環(huán)分別佩戴在人體的手腕、腳踝處，手環(huán)和/或腳環(huán)上集成有若干用于采集人體生理數據的傳感器，比如傳感器心率計、加速度計、溫度計以及陀螺儀等，但傳感器并不局限于這幾種，還可以包括其他可以采集人體生理數據的傳感器，各個傳感器與UWB定位標簽實現通信，優(yōu)選的，采用藍牙配對的方式進行連接，各個傳感器將分別采集到的心率、體溫、劃水頻率等人體生理數據傳送至UWB定位標簽，并通過UWB定位標簽，將人體生理數據傳送至中心控制器進行數據記錄、分析，從而輔助判斷游泳者是否處于溺水狀態(tài)以及判斷游泳者當前的運動狀態(tài)。具體地：當某一UWB定位標簽浸沒于水下后，UWB定位信號消失，此時各個基站接收不到該UWB定位標簽發(fā)出的定位信號，當持續(xù)到一定的時間后，這里的持續(xù)時間可根據具體判斷時機設置，一般可設置為5~10s，仍無法接收到該UWB定位標簽發(fā)出的定位信號，則可判斷該游泳者處于溺水狀態(tài)，此時，UWB定位標簽上的報警閃光燈進行閃爍報警，同時，中心控制器發(fā)出報警信號進行報警；另外，可借助手環(huán)和/或腳環(huán)采集到的人體生理數據進行進一步的輔助判斷，比如突然之間的心率加快、手和/或腳的劃水頻率加快、體溫異常降低等等，均可作為溺水狀態(tài)的輔助判斷，從而有效提高溺水狀態(tài)的識別精度，防止漏判、錯判，提高游泳池的安全性。

本實施例基于上述智慧游泳運動系統(tǒng)，可采用下面的方法來實現防溺監(jiān)控和數據采集，具體包括以下步驟：

步驟1：將各個基站依次設置在游泳池周邊，并使各個基站與中心控制器之間實現有線或無線通信連接；

步驟2：游泳者戴上設置有UWB定位標簽的穿戴設備，并戴上手環(huán)和/或腳環(huán)后，進入游泳池進行活動；

步驟3：游泳者身上的UWB定位標簽不間斷地向各個基站發(fā)送定位數據，各個基站將接收到的定位數據發(fā)送至中心控制器，中心控制器解算出UWB定位標簽的實時位置，另外，手環(huán)和/或腳環(huán)上的傳感器將采集到的人體生理數據傳送至UWB定位標簽，再由UWB定位標簽傳送至中心控制器，中心控制器實時地獲取游泳者的位置、速度、心率、體溫、劃水頻率等信息；

步驟4：當穿戴設備浸入水面以下后，UWB定位標簽與各個基站失去通信，當持續(xù)到一定的時間后，這里的持續(xù)時間可根據具體判斷時機設置，一般可設置為5~10s，仍無法接收到該UWB定位標簽發(fā)出的定位信號，此時可判斷游泳者處于溺水狀態(tài)，并由中心控制器發(fā)出警報信號，由于定位精度很高，可根據該游泳者最后出現的定位位置快速找到溺水者并施救。

另外，本發(fā)明在判定游泳者是否溺水時，還會結合手環(huán)和/或腳環(huán)采集到的異常人體生理數據，這里的異常人體生理數據包括加速度計和陀螺儀采集到的異常數據，以及心率計采集到的異常心率數據，還可以是異常的體溫數據，即是相對于正常的心率、手和/腳劃水速度、人體溫度，游泳者的這幾項人體生理數據突然有個明顯的變化，手環(huán)和/或腳環(huán)集成加速度計和陀螺儀之后，當人體處于掙扎狀態(tài)（溺水狀態(tài)）時，加速度計和陀螺儀采集的數據會明顯變化，因此，借助速度計和陀螺儀，可較為精準地對溺水進行判斷。

另外，溺水狀態(tài)的判斷還包括：當UWB定位信號未消失且手腳上沒有運動，且超過一定的時間時，同樣視同溺水狀態(tài)，同時，結合劃水頻率的變化情況，可從邏輯上作出判斷，當劃水頻率很高時，可判斷為人體掙扎中，處于溺水狀態(tài)，從而也可避免出現溺水漏判的情況發(fā)生。

本發(fā)明通過上述系統(tǒng)及方法，一方面能夠有效地對游泳者處于溺水狀態(tài)進行及時、精準的判斷，并對溺水者的位置實現高精度定位，能夠在第一時間鎖定溺水者的精確位置，為營救溺水者提供較佳的條件；另一方面，本發(fā)明可實時顯示和記錄游泳者十分精準的游泳軌跡以及任意時間區(qū)間或者距離內的游泳速度、游泳方向等信息，同時還可通過手環(huán)和/或腳環(huán)采集到的游泳者的心率、體溫、劃水頻率等數據，并實時傳送至后臺管理、運動訓練分析軟件，為游泳訓練提供較為真實、準確的數據參考，有利于發(fā)現和改善訓練中的不足，提高訓練效果并獲得更佳的成績。具體地，本發(fā)明獲得的基于實時高精度定位的游泳數據，對于業(yè)余和專業(yè)游泳運動訓練均有極大的意義，一來可以規(guī)劃游泳訓練，監(jiān)測運動員體能、技能等數據，針對性改進；二來可以導入科學合理的訓練計劃和方案，增強訓練的科學性和趣味性，更好地因材施教，而且還能防止盲目性大運動量帶來的傷害。比如，同樣游了直線距離為100米的兩個人，兩個人花的時間、游泳軌跡帶來的真實游泳距離、劃水的頻率和次數、心跳次數等等均存在不同的差距，本發(fā)明能夠準確及時地獲知這些數據，為科學合理的訓練提供重要的參考。而目前現有的游泳管理系統(tǒng)并不能得到實時的高精度定位數據，無法為游泳者的訓練提供任何有效的幫助，關鍵性數據的缺失也使得游泳訓練效果十分有限和緩慢。另外，本發(fā)明在同一系統(tǒng)下，同時實現了防溺監(jiān)控和運動數據采集，既增加了游泳作為娛樂活動時的安全性，又為游泳訓練提供了真實的運動數據，兩者的有效結合，讓整個系統(tǒng)不再單一，功能性更強。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護范圍之內。