本發(fā)明涉及運動監(jiān)測，特別是一種實時運動數(shù)據(jù)整合監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、實時運動數(shù)據(jù)整合監(jiān)測系統(tǒng)是現(xiàn)代體育訓(xùn)練、運動健康監(jiān)測以及運動安全領(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，實時運動數(shù)據(jù)的收集、處理和應(yīng)用變得日益重要；該系統(tǒng)旨在通過集成多種傳感器和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實時監(jiān)測和分析運動員的生理數(shù)據(jù)、運動狀態(tài)以及環(huán)境信息，為教練員、運動員和醫(yī)務(wù)人員提供科學(xué)依據(jù)，以提高訓(xùn)練效果、預(yù)防運動損傷并確保運動員的安全；

2、盡管實時運動數(shù)據(jù)整合監(jiān)測系統(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)有的實時運動數(shù)據(jù)整合監(jiān)測系統(tǒng)中往往采取固定的監(jiān)測周期，這會導(dǎo)致當(dāng)檢測到運動員疑似疲勞時，無法準(zhǔn)確且快速地識別出運動員的疲勞異常；其次，現(xiàn)有的實時運動數(shù)據(jù)整合監(jiān)測系統(tǒng)中往往監(jiān)測運動員跑步的整個過程中的所有運動數(shù)據(jù)以判斷運動員是否出現(xiàn)疲勞異常，這會導(dǎo)致系統(tǒng)的工作量加重，減少了整個系統(tǒng)的效率；最后現(xiàn)有的實時運動數(shù)據(jù)整合監(jiān)測系統(tǒng)中往往只通過考慮運動員的心率以及速度來判斷是否出現(xiàn)疲勞異常，這會導(dǎo)致對運動員的疲勞識別結(jié)果準(zhǔn)確度的降低。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、（一）解決的技術(shù)問題

2、針對背景技術(shù)中的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種實時運動數(shù)據(jù)整合監(jiān)測系統(tǒng)及方法，采取監(jiān)測周期的動態(tài)調(diào)整方式，基于運動員的運動強(qiáng)度判斷是否需要對其進(jìn)行疲勞檢測，以及是否需要對監(jiān)測周期進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，并根據(jù)步長、垂直振幅以及腳觸地時間這些數(shù)據(jù)判斷運動員是否出現(xiàn)疲勞異常；從而解決了背景技術(shù)中記載的技術(shù)問題。

3、（二）技術(shù)方案

4、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

5、一種實時運動數(shù)據(jù)整合監(jiān)測系統(tǒng)，包括：

6、數(shù)據(jù)采集模塊，基于傳感器組實時監(jiān)測并分析運動員的實時位置以及運動數(shù)據(jù)，每當(dāng)監(jiān)測到運動員跨出一步時，實時獲取并記錄一組這一步過程中的運動數(shù)據(jù)；在監(jiān)測周期結(jié)束時，將該監(jiān)測周期內(nèi)記錄的多組運動數(shù)據(jù)預(yù)處理后傳輸給運動數(shù)據(jù)分析模塊；

7、運動數(shù)據(jù)分析模塊，包括運動強(qiáng)度評估單元、監(jiān)測周期調(diào)整單元以及疲勞程度評估單元；用于對運動員的運動強(qiáng)度進(jìn)行分析，根據(jù)運動強(qiáng)度的分析結(jié)果進(jìn)行監(jiān)測周期的調(diào)整以及疲勞程度的檢測；

8、其中，運動強(qiáng)度評估單元，獲取當(dāng)前監(jiān)測周期內(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)測周期內(nèi)的綜合心率以及綜合速度；基于運動強(qiáng)度判斷規(guī)則確定綜合心率以及綜合速度下的運動強(qiáng)度類型；結(jié)合兩個運動強(qiáng)度類型綜合判斷是否向疲勞程度評估單元以及監(jiān)測周期調(diào)整單元發(fā)送相應(yīng)的信號；

9、疲勞程度評估單元，獲取當(dāng)前監(jiān)測周期內(nèi)的若干組疲勞評估數(shù)據(jù)，并將當(dāng)前監(jiān)測周期內(nèi)獲取的所有疲勞評估數(shù)據(jù)結(jié)合，得到當(dāng)前監(jiān)測周期的疲勞指數(shù)；基于疲勞指數(shù)與疲勞指數(shù)閾值的大小關(guān)系判斷是否向運動員發(fā)送休息指令；

10、監(jiān)測周期調(diào)整單元，基于接收到的信號類型，對監(jiān)測周期長度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

11、具體的，對運動員添加rfid標(biāo)簽，并為運動場上的運動員佩戴運動手環(huán)，運動手環(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；在運動員的左右跑鞋上分別安裝跑步動態(tài)傳感器；

12、光敏傳感器用于監(jiān)測運動員的心率，加速度傳感器用于監(jiān)測運動員跑步時的步長以及垂直振幅，跑步動態(tài)傳感器用于監(jiān)測左右腳觸地的時間；結(jié)合每一步兩只腳之間交替的時間，并與每一步的步長結(jié)合，得到每一步的速度。

13、具體的，從運動員跨出第一步開始，實時監(jiān)測運動員的左右腳觸地次數(shù)；每當(dāng)監(jiān)測到任意一只腳完成觸地動作時，即每跑一步時，記錄運動員在這一步過程中的運動數(shù)據(jù)，包括這一步結(jié)束時的心率和速度數(shù)據(jù)、這一步的步長數(shù)據(jù)，以及這一步過程中的垂直振幅和觸地時間數(shù)據(jù)；

14、當(dāng)監(jiān)測到左右兩只腳的觸地次數(shù)皆為五次時，即每跑十步時，將記錄到的十組運動數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭\動數(shù)據(jù)分析模塊；此時的監(jiān)測周期為每跑十步所需的時間，后續(xù)監(jiān)測周期長度按照步數(shù)進(jìn)行表示，并將跑十步作為標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測周期長度。

15、具體的，獲取當(dāng)前監(jiān)測周期內(nèi)若干組運動數(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，所述運動強(qiáng)度判斷規(guī)則包括：

20、基于運動員的年齡，計算每個運動員的最大心率，表達(dá)式為：；基于最大心率和運動員的心率數(shù)據(jù)，計算每組數(shù)據(jù)中的第一運動強(qiáng)度，表達(dá)式為：；當(dāng)?shù)谝贿\動強(qiáng)度時，表示當(dāng)前運動員的運動強(qiáng)度為低強(qiáng)度，當(dāng)?shù)谝贿\動強(qiáng)度且時，表示當(dāng)前運動員的運動強(qiáng)度為中等強(qiáng)度，當(dāng)?shù)谝贿\動強(qiáng)度時，表示當(dāng)前運動員的運動強(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)行對應(yīng)等級的匹配；所述vdot系統(tǒng)將跑步的強(qiáng)度分為五個等級，分別為e級、m級、t級、i級以及r級，從左到右強(qiáng)度依次升高；基于五個等級的速度范圍，將每組數(shù)據(jù)中的速度數(shù)據(jù)進(jìn)行對應(yīng)等級的匹配；令速度低于e級與m級速度的平均值的運動強(qiáng)度為低強(qiáng)度，令速度高于i級與r級速度的平均值的運動強(qiáng)度為劇烈強(qiáng)度，令速度處于上述兩個平均值之間的運動強(qiáng)度為中等強(qiáng)度。

22、進(jìn)一步的，若當(dāng)前監(jiān)測周期內(nèi)的綜合心率與綜合速度對應(yīng)的運動強(qiáng)度皆為中等強(qiáng)度，則不向疲勞程度評估單元發(fā)送疲勞檢測信號；若當(dāng)前監(jiān)測周期長度與標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測周期長度不同，則向監(jiān)測周期調(diào)整單元發(fā)送第一調(diào)整信號，否則不向監(jiān)測周期調(diào)整單元發(fā)送調(diào)整信號；

23、若當(dāng)前監(jiān)測周期內(nèi)的綜合心率與綜合速度對應(yīng)的運動強(qiáng)度皆為低強(qiáng)度或劇烈強(qiáng)度，則向監(jiān)測周期調(diào)整單元發(fā)送第二調(diào)整信號，并向疲勞程度評估單元發(fā)送疲勞檢測信號；

24、若當(dāng)前監(jiān)測周期內(nèi)的綜合心率與綜合速度對應(yīng)的運動強(qiáng)度中有一個為中等強(qiáng)度，另外一個為低強(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)測周期內(nèi)綜合心率數(shù)據(jù)對應(yīng)的運動強(qiáng)度為低強(qiáng)度或劇烈強(qiáng)度，將當(dāng)前監(jiān)測周期內(nèi)的綜合速度，以及vdot系統(tǒng)將跑步強(qiáng)度分為的五個等級所對應(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級與m級速度的平均值以及i級與r級速度的平均值；

27、若綜合心率數(shù)據(jù)對應(yīng)的運動強(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)對應(yīng)的運動強(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)測周期調(diào)整單元發(fā)送第二調(diào)整信號，且不向疲勞程度評估單元發(fā)送疲勞檢測信號；

30、若，則向監(jiān)測周期調(diào)整單元發(fā)送第二調(diào)整信號，并向疲勞程度評估單元發(fā)送疲勞檢測信號。

31、進(jìn)一步的，當(dāng)接收到疲勞檢測信號后，獲取當(dāng)前監(jiān)測周期內(nèi)若干組運動數(shù)據(jù)中的疲勞評估數(shù)據(jù)，疲勞評估數(shù)據(jù)包括每組運動數(shù)據(jù)中的步長數(shù)據(jù)、垂直振幅數(shù)據(jù)以及單腳觸地時間數(shù)據(jù)；

32、將當(dāng)前監(jiān)測周期內(nèi)組疲勞評估數(shù)據(jù)中的步長數(shù)據(jù)、垂直振幅數(shù)據(jù)以及單腳觸地時間結(jié)合，得到當(dāng)前監(jiān)測周期的疲勞指數(shù)，表達(dá)式為：

33、；

34、其中，分別表示步長數(shù)據(jù)、垂直振幅數(shù)據(jù)以及單腳觸地時間的權(quán)重系數(shù)；分別表示步長最小值、垂直振幅最小值以及單腳觸地時間最大值；

35、設(shè)置疲勞指數(shù)閾值，將當(dāng)前監(jiān)測周期的疲勞指數(shù)與疲勞指數(shù)閾值相比較，若，則向該運動員的運動手環(huán)發(fā)送休息指令，休息指令包括語音提醒以及震動提醒；

36、若，則將當(dāng)前監(jiān)測周期進(jìn)行疑似疲勞標(biāo)記，若連續(xù)兩個監(jiān)測周期都已進(jìn)行疑似疲勞標(biāo)記，則向該運動員的運動手環(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)整信號時，將下一周期的監(jiān)測周期長度調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)周期長度；

39、當(dāng)接收到第二調(diào)整信號時，將下一周期的監(jiān)測周期長度調(diào)整為當(dāng)前周期的監(jiān)測周期長度的一半，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)整信號時，默認(rèn)下一期的監(jiān)測周期長度等于當(dāng)前周期的監(jiān)測周期長度。

41、一種實時運動數(shù)據(jù)整合監(jiān)測方法，包括：

42、步驟一、基于傳感器組實時監(jiān)測并分析運動員的實時位置以及運動數(shù)據(jù)，每當(dāng)監(jiān)測到運動員跑了一步時，實時獲取并記錄一組這一步過程中的運動數(shù)據(jù)；

43、步驟二、獲取當(dāng)前監(jiān)測周期內(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)測周期內(nèi)的綜合心率以及綜合速度；基于運動強(qiáng)度判斷規(guī)則確定綜合心率以及綜合速度下的運動強(qiáng)度類型；結(jié)合兩個運動強(qiáng)度類型綜合判斷是否發(fā)送疲勞檢測信號以及監(jiān)測周期調(diào)整信號；

44、步驟三，當(dāng)接收到疲勞檢測信號時，獲取當(dāng)前監(jiān)測周期內(nèi)的若干組疲勞評估數(shù)據(jù)，并將當(dāng)前監(jiān)測周期內(nèi)獲取的所有疲勞評估數(shù)據(jù)結(jié)合，得到當(dāng)前監(jiān)測周期的疲勞指數(shù)；基于疲勞指數(shù)與疲勞指數(shù)閾值的大小關(guān)系判斷是否向運動員發(fā)送休息指令；

45、步驟四、當(dāng)接收到監(jiān)測周期調(diào)整信號時，基于接收到的信號類型，對監(jiān)測周期長度進(jìn)行對應(yīng)的調(diào)整。

46、（三）有益效果

47、本發(fā)明提供了一種實時運動數(shù)據(jù)整合監(jiān)測系統(tǒng)及方法，具備以下有益效果：

48、1、通過綜合運用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態(tài)傳感器，實時追蹤運動員的位置信息，精確記錄其心率、步長、垂直振幅、觸地時間和速度等關(guān)鍵運動參數(shù)，并通過預(yù)處理操作確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性；這不僅提高了運動數(shù)據(jù)采集的精度和效率，還為后續(xù)的運動數(shù)據(jù)分析提供了可靠的基礎(chǔ)；

49、2、通過綜合考慮運動員的心率數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù)，并運用科學(xué)的計算方法和判斷規(guī)則，實現(xiàn)了對運動強(qiáng)度的精準(zhǔn)評估；基于多組心率數(shù)據(jù)和速度數(shù)據(jù)，通過計算綜合心率和綜合速度，結(jié)合運動強(qiáng)度判斷規(guī)則，準(zhǔn)確判斷運動員當(dāng)前的運動狀態(tài)是正常、異常還是不穩(wěn)定；根據(jù)評估結(jié)果智能地觸發(fā)疲勞程度檢測和監(jiān)測周期調(diào)整指令，為后續(xù)運動員的疲勞監(jiān)測和監(jiān)測周期的動態(tài)調(diào)整提供了基礎(chǔ)支持；

50、3、通過綜合分析步長、垂直振幅和單腳觸地時間等關(guān)鍵跑步參數(shù)，構(gòu)建了一個科學(xué)的疲勞評估模型；通過實時監(jiān)測運動員的跑步數(shù)據(jù)，運用疲勞指數(shù)算法準(zhǔn)確評估運動員的疲勞狀態(tài)，并在檢測到疲勞時及時發(fā)送休息指令，有效預(yù)防運動損傷和過度訓(xùn)練；通過疑似疲勞標(biāo)記的設(shè)定，該系統(tǒng)還能對運動員的疲勞趨勢進(jìn)行預(yù)警，為教練和運動員提供更加精準(zhǔn)的訓(xùn)練反饋和調(diào)整建議；

51、4、通過動態(tài)調(diào)整監(jiān)測周期長度，實現(xiàn)了對運動員運動狀態(tài)的靈活監(jiān)測；根據(jù)接收到的調(diào)整信號，智能地改變監(jiān)測周期，既能在運動員運動狀態(tài)穩(wěn)定時保持標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測周期，又能在運動狀態(tài)異常或不穩(wěn)定時及時縮短監(jiān)測周期，以更頻繁地評估運動員的疲勞程度和運動強(qiáng)度。