CN104722058A - 一种运动员竞技状态分析方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种运动员竞技状态分析方法及系统，方法包括在比赛或者训练时，获取运动员的第一运动数据，以及球体的第二运动数据；根据所述第一运动数据和第二运动数据，进行统计生成统计数据；根据所述统计数据分析所述运动员的竞技状态。通过上述方式，本发明能够检测出运动员的竞技状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种运动员竞技状态分析方法及系统。
背景技术
足球运动和篮球运动已经发展成为全世界的第一、第二运动项目，并在全世界得到广泛推广，足球运动和篮球运动由于其竞技性质比较强，并且需要团体成员相互合作、相互配合才能取胜，因此，各个团体成员的竞技状态也显得非常重要。
而现有技术中，对于各个团体成员的竞技状态是由教练组根据运动员在比赛或者训练的表现判断，其主观性非常强，并且不够科学。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种运动员竞技状态分析方法及系统，能够检测运动员的竞技状态。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种运动员竞技状态分析方法，包括在比赛或者训练时，获取运动员的第一运动数据，以及球体的第二运动数据；根据所述第一运动数据和第二运动数据，进行统计生成统计数据；根据所述统计数据分析所述运动员的竞技状态。
其中，所述第一运动数据包括球员位置和加速值；所述获取运动员的第一运动数据的步骤包括：通过设置于所述运动员身上的第一定位装置定位运动员在比赛或者训练时所经过的球员位置，以及所述运动员经过所述球员位置对应的时间点；所述统计生成统计数据的步骤包括：根据所述加速值和加速值对应的时间点，计算所述运动的跑动距离，以及根据所述球员位置，统计所述运动员跑动的范围；所述根据所述统计数据分析所述运动员的竞技状态的步骤包括：获取根据所述运动员对应的阵容球员位置预先划分的跑动范围；获取所述运动员经过所述球员位置位于所述跑动范围之外的数量；判断所述数量是否大于第一阈值，以及所述跑动距离是否大于第二阈值；当所述数量大于第一阈值，以及所述跑动距离大于第二阈值，则判断到所述运动员的竞技状态佳；当所述数量小于或者等于第一阈值，以及所述跑动距离小于或者等于第二阈值，则判断到所述运动员的竞技状态一般。
其中，所述根据所述加速值和加速值对应的时间点，计算所述运动的跑动距离的步骤包括：将所有所述加速度值连接形成曲线，获取所述曲线的峰值点的数量；将所述峰值点的数量减去一之差，再乘以预步伐长度距之间积作为所述跑动距离。
其中，所述球体内还设置有电子标签；所述第一运动数据还包括运动姿势、球员加速方向和触球点；所述获取运动员的第一运动数据的步骤包括：通过所述第一加速传感器感应所述运动员的运动姿势，并记录所述运动姿势对应的时间点；通过设置于运动员身上的第一陀螺仪感应所述运动员的球员加速方向，并记录所述球员加速方向对应的时间点；在设置于所述运动员身上的射频读写器感应到电子标签，以及所述第一加速度传感器感应到震动脉冲时，记录触球点，以及所述触球点对应的时间；所述统计生成统计数据的步骤包括：根据所述球员位置，生成球员运动轨迹；根据所述运动姿势、所述运动姿势对应的时间点、球员加速方向、所述球员加速方向对应的时间点、触球点以及触球点对应的时间、运动员经过的球员位置以及所述球员位置对应时间点，在所述球员运动轨迹上标识所述运动姿势、球员加速方向和触球点，根据所述触球点和触球点对应的时间，统计所述运动员的控球次数以及控球时间；根据所述统计数据分析所述运动员的竞技状态的步骤包括：根据所述球员运动轨迹、球员运动轨迹上标记的内容、控球次数以及控球时间，分析所述运动员的竞技状态。
其中，所述第二运动数据包括球体加速方向、球体位置以及球体转动方向；所述获取球体的第二运动数据的步骤包括：通过设置于所述球体上的第二定位装置定位在比赛或者训练时所经过的球体位置，并记录所述每一球体位置对应的时间点；通过设置于所述球体上的第二陀螺仪、第二加速传感器以及第二磁感应器感应所述球体加速方向和球体转动方向，并记录每一球体加速方向对应的时间点，以及每一球体转动方向对应的时间点；所述统计生成统计数据的步骤包括：根据所述球体位置，生成球体运动轨迹；根据所述球体位置、球体位置对应的时间点、球体加速方向、球体加速方向对应的时间点、球体转动方向以及球体转动方向对应的时间点，在所述球体运动轨迹标记球体加速方向和球体转动方向；根据所述统计数据分析所述运动员的竞技状态的步骤包括：根据所述球员运动轨迹、球员运动轨迹上标记的内容、控球次数、控球时间、球体运动轨迹以及球体运动轨迹上标记的内容分析所述运动员的竞技状态。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种运动员竞技状态分析系统，包括第一采集模块、第一通信模块、第二采集模块、第二通信模块、第三通信模块和处理器；所述第一采集模块和第一通信模块均设置于运动员身上，所述第一采集模块在比赛或者训练时，采集运动员的第一运动数据,并通过所述第一通信模块和第三通信模块将所述第一运动数据传送至处理器；所述第二采集模块和第二通信模块均设置于球体上，所述第二采集模块用于采集球体的第二运动数据，并通过所述第二通信模块和第三通信模块将所述第二运动数据传送至处理器；所述处理器用于根据所述第一运动数据和第二运动数据，进行统计生成统计数据，并根据所述统计数据分析所述运动员的竞技状态。
其中，所述第一运动数据包括球员位置和加速值；所述第一采集模块包括第一定位装置和第一加速传感器；所述第一定位装置用于定位运动员在比赛或者训练时所经过的球员位置，以及所述运动员经过所述球员位置对应的时间点；所述第一加速传感器记用于记录运动员的加速值，以及所述加速值对应的时间点；所述处理器具体用于根据所述加速值和加速值对应的时间点，计算所述运动的跑动距离，以及根据所述球员位置，统计所述运动员跑动的范围，获取根据所述运动员对应的阵容球员位置预先划分的跑动范围，获取所述运动员经过所述球员位置位于所述跑动范围之外的数量，判断所述数量是否大于第一阈值，以及所述跑动距离是否大于第二阈值，当所述数量大于第一阈值，以及所述跑动距离大于第二阈值，则判断到所述运动员的竞技状态佳，当所述数量小于或者等于第一阈值，以及所述跑动距离小于或者等于第二阈值，则判断到所述运动员的竞技状态一般。
其中，所述处理器所述根据所述加速值和加速值对应的时间点，计算所述运动的跑动距包括：将所有所述加速度值连接形成曲线，获取所述曲线的峰值点的数量，将所述峰值点的数量减去一之差，再乘以预设步距之间积作为所述跑动距离。
其中，所述系统还包括电子标签；所述电子标签设置于所述球体内；所述第一采集模块还包括第一陀螺仪和射频读写器；所述第一陀螺仪感应用于感应所述运动员的球员加速方向，并记录所述球员加速方向对应的时间点；所述射频读写器用于感应电子标签；所述第一加速度传感器用于感应震动脉冲，并且所述射频读写器感应到电子标签之后，所述第一加速度传感器感应到震动脉冲时，记录触球点，以及所述触球点对应的时间；所述处理器用于根据所述球员位置，生成球员运动轨迹，根据所述运动姿势、所述运动姿势对应的时间点、球员加速方向、所述球员加速方向对应的时间点、触球点以及触球点对应的时间、运动员经过的球员位置以及所述球员位置对应时间点，在所述球员运动轨迹上标识所述运动姿势、球员加速方向和触球点，根据所述触球点和触球点对应的时间，统计所述运动员的控球次数以及控球时间，以及根据所述球员运动轨迹、球员运动轨迹上标记的内容、控球次数以及控球时间，分析所述运动员的竞技状态。
其中，所述第二运动数据包括球体加速方向、球体位置以及球体转动方向；所述第二采集装包括第二定位装置、第二陀螺仪、第二加速传感器以及第二磁感应器；所述第二定位装置用于定位在比赛或者训练时所经过的球体位置，并记录所述每一球体位置对应的时间点；所述第二陀螺仪、第二加速传感器以及第二磁感应器用于感应所述球体加速方向和球体转动方向，并记录每一球体加速方向对应的时间点，以及每一球体转动方向对应的时间点；所述处理器用于根据所述球体位置，生成球体运动轨迹；根据所述球体位置、球体位置对应的时间点、球体加速方向、球体加速方向对应的时间点、球体转动方向以及球体转动方向对应的时间点，在所述球体运动轨迹标记球体加速方向和球体转动方向；根据所述球员运动轨迹、球员运动轨迹上标记的内容、控球次数、控球时间、球体运动轨迹以及球体运动轨迹上标记的内容分析所述运动员的竞技状态。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明在比赛或者训练中，获取运动员的第一运动数据和球体的第二运动数据，通过统计分析第一运动数据和第二运动数据，分析出所述运动员的竞技状态，以方便教练根据运动员的竞技状态进行调度；另外，也方便运动员根据第一运动数据和第二运动数据，调整自身的状态。
附图说明
图1是本发明运动员竞技状态分析方法实施方式的流程图；
图2是本发明运动员竞技状态分析方法实施方式中判断运动员竞技状态的流程图；
图3是本发明运动员竞技状态分析系统实施方式的结构示意图；
图4是本发明运动员竞技状态分析系统实施方式的各个部件的结构示意图；
图5是本发明电子标签和射频读写模块的结构示意图；
图6是本发明运动员竞技状态分析系统应用场景示意图；
图7是本发明运动员竞技状态分析系统应用场景中球员和球体的运动示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。
请参阅图1，方法包括：
步骤S101：在比赛或者训练时，获取运动员的第一运动数据，以及球体的第二运动数据。
步骤S102：根据第一运动数据和第二运动数据，进行统计生成统计数据。
步骤S103：根据所述统计数据分析所述运动员的竞技状态。
运动员在比赛或者训练的过程中，运动员与球体均运动，通过运动员与球体的运动数据，可分析出运动员当前的竞技状态。
运动员在比赛或者训练的过程中，运动员的跑动距离能够反应运动员的当前竞技状态，第一运动数据包括球员位置和加速值，则获取运动员的第一运动数据的步骤包括：通过设置于所述运动员身上的第一定位装置定位运动员在比赛或者训练时所经过的球员位置，以及所述运动员经过所述球员位置对应的时间点；通过设置于运动员身上的第一加速传感器记录运动员的加速值，以及所述加速值对应的时间点。步骤S102又可具体为根据加速值和加速值对应的时间点，计算运动的跑动距离，以及根据球员位置，统计运动员跑动的范围。运动员在跑步的过程中，运动员在垂直方向的加速度正弦曲线变化，两个相邻加速度的峰值点代表运动员跑了一步，而运动员跑步的步伐长度通过是固定的，因此，可以通过运动员跑动步数与步伐长度计算跑动的距离，则步骤S102又可具体为：将所有所述加速度值连接形成曲线，获取所述曲线的峰值点的数量；将所述峰值点的数量减去一之差，再乘以预步伐长度距之间积作为所述跑动距离。请参阅图2，步骤S103包括：
步骤S1031：获取根据所述运动员对应的阵容球员位置预先划分的跑动范围；
运动员在团体比赛中通过固定一个阵容位置，例如：在足球比赛中，阵容位置可以前锋、后卫等等，不同阵容位置其职责不同，因此，其跑到范围相对集中。
步骤S1032：获取所述运动员经过球员位置位于跑动范围之外的数量；
运动员不单跑动距离长，而且经常参与职责以外的工作时，说明运动员的竞技状态比较好。
步骤S1033：判断数量是否大于第一阈值，以及所述跑动距离是否大于第二阈值，当大于第一阈值和第二阈值，进入步骤S1034，否则进入步骤S1035；
步骤S1034：判断到运动员的竞技状态佳；
步骤S1035：判断到运动员的竞技状态一般。
进一步的，第一运动数据还包括运动姿势、球员加速方向和触球点。
球体内还设置有电子标签，运动员上还设置有射频读写器，当运动员靠近球体时，射频读写器感应到电子标签。当然运动员踢球时，会产生震动，第一加速度传感器检测到震动脉冲，因此，可以通过射频读写器和第一加速度传感器检测触球点。
获取运动员的第一运动数据的步骤又包括通过所述第一加速传感器感应所述运动员的运动姿势，并记录所述运动姿势对应的时间点；通过设置于运动员身上的第一陀螺仪感应所述运动员的球员加速方向，并记录所述球员加速方向对应的时间点；在设置于所述运动员身上的射频读写器感应到电子标签，以及所述第一加速度传感器感应到震动脉冲时，记录触球点，以及所述触球点对应的时间。步骤S102又可具体为：根据所述球员位置，生成球员运动轨迹；根据所述运动姿势、所述运动姿势对应的时间点、球员加速方向、所述球员加速方向对应的时间点、触球点以及触球点对应的时间、运动员经过的球员位置以及所述球员位置对应时间点，在所述球员运动轨迹上标识所述运动姿势、球员加速方向和触球点，根据所述触球点和触球点对应的时间，统计所述运动员的控球次数以及控球时间。步骤S103又可具体为：根据所述球员运动轨迹、球员运动轨迹上标记的内容、控球次数以及控球时间，分析所述运动员的竞技状态。
所述第二运动数据包括球体加速方向、球体位置以及球体转动方向。获取球体的第二运动数据的步骤包括：通过设置于所述球体上的第二定位装置定位在比赛或者训练时所经过的球体位置，并记录所述每一球体位置对应的时间点；通过设置于所述球体上的第二陀螺仪、第二加速传感器以及第二磁感应器感应所述球体加速方向和球体转动方向，并记录每一球体加速方向对应的时间点，以及每一球体转动方向对应的时间点。步骤S102又可具体为：根据所述球体位置，生成球体运动轨迹；根据所述球体位置、球体位置对应的时间点、球体加速方向、球体加速方向对应的时间点、球体转动方向以及球体转动方向对应的时间点，在所述球体运动轨迹标记球体加速方向和球体转动方向。步骤S103又可具体为：根据所述球员运动轨迹、球员运动轨迹上标记的内容、控球次数、控球时间、球体运动轨迹以及球体运动轨迹上标记的内容分析所述运动员的竞技状态。
在本发明实施方式中，在比赛或者训练中，获取运动员的第一运动数据和球体的第二运动数据，通过统计分析第一运动数据和第二运动数据，分析出所述运动员的竞技状态，以方便教练根据运动员的竞技状态进行调度；另外，也方便运动员根据第一运动数据和第二运动数据，调整自身的状态。
请参阅图3，运动员竞技状态分析系统20包括第一采集模块21、第一通信模块22、第二采集模块23、第二通信模块24、第三通信模块25和处理器26。
第一采集模块21和第一通信模块22均设置于运动员身上，第一采集模块21在比赛或者训练时，采集运动员的第一运动数据,并通过第一通信模块22和第三通信模块25将第一运动数据传送至处理器26。第二采集模块23和第二通信模24块均设置于球体上，第二采集模块23用于采集球体的第二运动数据，并通过所述第二通信模块24和第三通信模块25将所述第二运动数据传送至处理器26。处理器26用于根据所述第一运动数据和第二运动数据，进行统计生成统计数据，并根据所述统计数据分析所述运动员的竞技状态。
第一运动数据包括球员位置和加速值。第一采集模块21包括第一定位装置211和第一加速传感器212。第一定位装置211用于定位运动员在比赛或者训练时所经过的球员位置，以及所述运动员经过所述球员位置对应的时间点。第一加速传感器212记用于记录运动员的加速值，以及所述加速值对应的时间点。处理器26具体用于根据所述加速值和加速值对应的时间点，计算所述运动的跑动距离，以及根据所述球员位置，统计所述运动员跑动的范围，获取根据所述运动员对应的阵容球员位置预先划分的跑动范围，获取所述运动员经过所述球员位置位于所述跑动范围之外的数量，判断所述数量是否大于第一阈值，以及所述跑动距离是否大于第二阈值，当所述数量大于第一阈值，以及所述跑动距离大于第二阈值，则判断到所述运动员的竞技状态佳，当所述数量小于或者等于第一阈值，以及所述跑动距离小于或者等于第二阈值，则判断到所述运动员的竞技状态一般。
处理器26所述根据所述加速值和加速值对应的时间点，计算所述运动的跑动距包括：将所有所述加速度值连接形成曲线，获取所述曲线的峰值点的数量，将所述峰值点的数量减去一之差，再乘以预设步距之间积作为所述跑动距离。
进一步的，系统还包括电子标签(图未示)。电子标签设置于所述球体内。第一采集模块21还包括第一陀螺仪213和射频读写器214；第一陀螺仪213感应用于感应所述运动员的球员加速方向，并记录所述球员加速方向对应的时间点；射频读写器214用于感应电子标签；第一加速度传感器用于感应震动脉冲，并且所述射频读写器感应到电子标签之后，所述第一加速度传感器感应到震动脉冲时，记录触球点，以及所述触球点对应的时间；处理器26具体用于根据所述球员位置，生成球员运动轨迹，根据所述运动姿势、所述运动姿势对应的时间点、球员加速方向、所述球员加速方向对应的时间点、触球点以及触球点对应的时间、运动员经过的球员位置以及所述球员位置对应时间点，在所述球员运动轨迹上标识所述运动姿势、球员加速方向和触球点，根据所述触球点和触球点对应的时间，统计所述运动员的控球次数以及控球时间，以及根据所述球员运动轨迹、球员运动轨迹上标记的内容、控球次数以及控球时间，分析所述运动员的竞技状态。
第二运动数据包括球体加速方向、球体位置以及球体转动方向。第二采集装23包括第二定位装置231、第二陀螺仪232、第二加速传感器233以及第二磁感应器234。第二定位装置231用于定位在比赛或者训练时所经过的球体位置，并记录所述每一球体位置对应的时间点。第二陀螺仪232、第二加速传感器233以及第二磁感应器用234于感应所述球体加速方向和球体转动方向，并记录每一球体加速方向对应的时间点，以及每一球体转动方向对应的时间点；
所述处理器26用于根据所述球体位置，生成球体运动轨迹；根据所述球体位置、球体位置对应的时间点、球体加速方向、球体加速方向对应的时间点、球体转动方向以及球体转动方向对应的时间点，在所述球体运动轨迹标记球体加速方向和球体转动方向；根据所述球员运动轨迹、球员运动轨迹上标记的内容、控球次数、控球时间、球体运动轨迹以及球体运动轨迹上标记的内容分析所述运动员的竞技状态。
为了方便读者更好地理解本发明，以下举例进行说明。
设置于球员身上的装置叫球员装置，球员装置是一个完整的电子感应装置设备，内部包含了存储器，电池，微处理器、第一采集模块和第一通信模块，第一通信模块可以为BT蓝牙模块，第一采集模块包括第一加速传感器、射频读写模块、第一定位装置和第一陀螺仪。设置于球体内的装置叫球内装置，球内装置包括电子标签、第一采集模块和第二通信模块。第二通信模块可以为BT蓝牙模块，第二采集模块包括第二加速传感器、第二定位装置、第二陀螺仪和磁感应器。
在足球运动训练或比赛时，球员可以把本球员装置放置到运动足球鞋内，球鞋底，球鞋系带上面或小腿靠近脚的绑带处等部位；在篮球运动训练或比赛时，球员可以把本球员装置放置到手腕处或手臂处等部位；
请参阅图4，②号：指球员装置，号：指球内装置
球员装置与球内装置主要区别:
球员装置内部是近距离RFID读写器，球内装置时RFID TAG标签，读写感应距离短(20CM)，读写反应快(<0.1S),适合用于球员与球靠近接触的判断。③号和号：指存储器，是串行EEPROM MEMORY存储器，可以像RAM一样进行读写，并像ROM一样在断电时保持数据，可电擦除且可编程。存储器密度，串行EEPROM器件的容量在1-16MB之间选择，与微处理器的通信接口可以SPI或I2C。有很高的擦除/写入耐久性，典型的串行EEPROM可擦除/写入100万次，保持时间：100年。EEPROM存储器件的电压范围为1.8V到3.6V。EEPROM存储器件的外围电路的连接。本存储数据，可以记录加速计产生的运动数据和RFID定位模块收到的定位基站的定位数据；保存记录的数量可以达到10万条以上。④号和号，指电池，一般选取随身穿戴设备所采用的纽扣锂电池；⑤号和号，指加速度计模块，其包含第一加速度模块和第一陀螺仪，第一加速度模块可以为MEMS三轴加速计传感器、第一陀螺仪可以为MEMS三轴陀螺仪传感器，当然加速度计模块还可以包括三轴磁感应计传感器；
A、三轴陀螺仪传感器：MEMS(微机电系统)陀螺仪可以同时测定6个方向的位置，移动轨迹，加速。三轴陀螺仪最大的作用就是“测量角速度，以判别物体的运动状态；传感陀螺仪用于飞行体运动的自动控制系统中，作为水平、垂直、俯仰、航向和角速度传感器。
B、三轴加速计传感器：MEMS(微机电系统)加速度计的工作原理是当加速度计连同外界物体(该物体的加速度就是待测的加速度)一起作加速运动时，质量块就受到惯性力的作用向相反的方向运动。质量块发生的位移受到弹簧和阻尼器的限制，通过输出电压就能测得外界的加速度大小。基于MEMS的加速计，功能丰富，可支持姿势检测、图像稳定、点击控制、防盗、下跌和自由落体检测等系列功能。
要准确地描述线性(直线运动)和旋转运动(有转弯变化的运动)，需要同时用到陀螺仪和加速度计，就能更好地跟踪并捕捉三维空间的完整运动，为最终用户提供现场感更强的用户使用体验、精确的导航系统以及其它功能。此外，为让设计和制作的陀螺仪具有较高的加速度和较低的机械噪声，或为校正加速度计的旋转误差，需要使用磁力计来完成传统上用陀螺仪实现的传感功能，以完成相应定位。因此，陀螺仪、加速度计和磁感应计结合的方案正成为本系统运动数据采集的技术手段。若只使用传统的加速度计，用户得到的要么是反应敏捷的但噪声较大的输出，要么是反应慢但较纯净的输出，而如将加速度计与陀螺仪相结合，就能得到既纯净又反应敏捷的输出。
MEMS三轴加速计传感器，利用了其三轴加速计的特性来分析，检测球员跑步中三个方向的加速度变化。用户在水平跑步运动中，垂直和前进两个加速度会呈现周期性变化，如图所示，在跑步收脚的动作中，由于重心向上单只脚触地，垂直方向加速度是呈正向增加的趋势，之后继续向前，重心下移两脚触底，加速度相反。水平加速度在收脚时减小，在迈步时增加。因此，在跑步运动中，垂直和前进产生的加速度与时间大致为一个正弦曲线，而且在某点有一个峰值，其中垂直方向的加速度变化最大，通过对轨迹的峰值进行检测计算和加速度阈值决策，即可实时计算用户运动的步数，还可依此进一步估算用户步行距离。因为球员在运动中将设备置于球鞋上中，所以设备的放置方向不定，为此我们通过计算三个加速度的矢量长度，获得一条跑步运动的正弦曲线轨迹。第二步是峰值检测，记录了上次矢量长度和运动方向，通过矢量长度的变化，可以判断目前加速度的方向，并和上一次保存的加速度方向进行比较，如果是相反的，即是刚过峰值状态，则进入计步逻辑进行计步，否则舍弃。通过对峰值的次数累加可得到用户跑步步伐最后是去干扰，随身穿戴设备会有一些低幅度和快速的抽动状态，这些干扰数据如果不剔除，会影响记步的准确值，对于这种干扰，可以通过给检测加上阈值和步频判断来过滤。人体最快的跑步频率为5HZ，也就是说相邻两步的时间间隔的至少大于0.2秒，如图所示，我们设置了timespan在记步过程中，过滤了高频噪声，即步频过快的情况。同时通过和上次加速度大小进行比较，设置设立一定的阈值Threshold来判断运动是否属于有效，有效运动才可进行记步。
⑥号与号是RFID近距离感应的读卡模块和标签(TAG)模块，⑩号是RFID近距离感应的无线信号(带能量传递，距离只有20CM)；
A、射频读写器与电子标签内部的组成部分，如图5所示：
RFID读写模块包含天线，射频模块，时钟，读写模块；
RFID标签模块包含天线，射频模块，控制模块；
B、RFID读写模块与标签的使用：
当电子标签靠近射频读写装置20CM内时，可以读写到标签的标识，从而识别标签。在本系统中，球内装置里面的电子标签靠近球员感应装置20CM距离内时，球员感应装置内的处理器MCU可以记录下标签靠近的时间和离开的时间，保存到存储器里面。
⑦号和号，指BT蓝牙模块，
BT蓝牙模块工作说明：
蓝牙4.0是蓝牙3.0+HS规范的补充，专门面向对成本和功耗都有较高要求的无线方案，可广泛用于卫生保健、家庭娱乐、安全保障等诸多领域；使用一个轻量级连接层(Link Layer)提供超低功耗的待机模式操作、简单设备恢复和可靠的点对多点数据传输，还能让联网传感器在蓝牙传输中安排好低功耗蓝牙流量的次序，同时还有高级节能和安全加密连接。BT蓝牙模块，支持低功效BLE协议，使用一颗纽扣电池可连续工作超过一年；满足10米距离无线通讯，处理器(8号)MCU与蓝牙模块通过串口UART通讯，BT蓝牙模块与手机内的蓝牙模块通讯，从而，手机内的APP应用可以与处理器MCU通信，实现操作控制和数据传输。
号、号、号和号，是BT蓝牙发射的无线信号，距离只有10米，⑧号和号，指处理器(MCU)，用于本装置的系统控制和管理工作。
A、处理器MCU的芯片实现：
处理器部分由STM32F407VGT6实现。该处理器采用是ARM CortexTM-M4内核以为核心。ARM CortexTM-M4是32位MCU，带有FPU单元，有210DMIPS，多达1MB FLASH/192+4KB RAM。
处理器MCU的主要工作内容：采集加速计模块产生的数据并进行处理，保存到存储器内；当BT蓝牙模块与手机连接正常后，处理器把存储器内的数据或加速计模块产生的实时运动数据，然后通过USART把数据发送到BT无线蓝牙传输模块；或者接受手机APP通过BT蓝牙模块发来的操作指令工作，如设置时间，保存运动数据的时间间隔等；处理器检测RFID读写模块的数据，是否读到球内感应装置的RFID标签，如果检测到，保存到存储器或通过BT蓝牙模块发给手机；处理器实时处理RFID定位模块的数据，保存到存储器，或通过BT蓝牙模块发送给手机；
⑨号和号，RFID定位收发模块；号和号为RFID基站发射装置(带3G/4G模块)；⑨号和号RFID定位收发模块：考虑到功耗、接收灵敏度、传输速率和芯片成本等因素，系统采用了无线射频收发芯片CC2500作为无线通信模块控制器.CC2500是一款低成本、低功耗、体积小的2.4GHz无线通信频段的收发器，工作频率波段为2400～2483.5MHz.RF收发器集成了一个数据传输率可达50okbit/s的高度，可配置的调制解调器和一个64位传输/接收FIFO(先进先出堆栈)。CC2500的寄存器配置可通过SPI接1：3控制。它具有载波监听和休眠模式，非常适合低功耗应用[2-31.射频通信模块主要由CC2500收发器、传输与接收天线及其外围滤波、匹配网络组成，其中天线采用了贴片天线
号和号RFID基站发射装置：基站发射装置内含处理器MCU，CC2500发射模块，3G/4G数据传输模块，电池。发射基站可以与球员感应装置或球内感应装置的RFID定位模块通讯，采集RSSI定位数据信息数据，如果安装SIM数据卡后，即可上传数据到云端服务器。发射基站除了可以采集到球员感应装置的RSSI定位数据，还可以把加速计模块的运动数据和RFID近距离感应读写数据实时上传到云端存储服务器上；
工作过程：
a、RFID定位算法原理：
RFID定位系统将具有固定位置信息的发射基站固定标签作为定位系统中的坐标参考点，通过固定参考点标签(RFID发射基站)与移动感应装置的RFID移动标签读写器(球员感应装置)之间的通信，获取两者之间的无线射频信号强度值RSSI，继而获取移动标签感应装置与多个固定参考标签之间的RSSI值，根据RSSI与通信距离之间的对应关系，获取移动标签读写器与多个固定参考标签之间的距离关系。本定位算法可以通过比较移动标签读写器与固定参考标签之间RSSI值的大小来获得离移动标签读写器距离最近的几个固定参考标签.然后根据这几个最邻近固定参考标签的坐标，并结合它们的权重，可计算出移动的坐标；
b、RFID定位算法
无线信号的接收信号强度和信号传输距离的关系可以用式(1)来表示。其中RSSI是接收信号强度，d是收发节点之间的距离。n是信号传播因子。
RSSI＝-(A+10·n1gd) (1)
由式(1)中可以看出，常数A和n的值决定了接收信号强度和信号传输距离的关系。射频参数A和n用于描述网络操作环境。射频参数A被定义为用dBm表示的距发射器1inch时接收到信号平均能量的绝对值。如平均接收能量为40dBm，那么参数A被定为40。射频参数n指出了信号能量随着距收发器距离增加而衰减的速率.其数值的大小取决于无线信号传播的环境。RSSI值受周围环境的影响较大，具有时变特性，有时会偏离式(1)的描述，根据接收信号强度估计出的距离d就会有较大误差.通过大量数据分析。采用了一个噪声模型.即环境衰减因素模型，可有效补偿环境影响带来的误差，如式(2)所示。
RSSI＝-(A+10n1gd)-EAF (2)
上式中EAF(dBm)为环境影响因素，它的值取决于球场环境，是靠大量的数据累积的经验值。EAF(dBm)是一个随机变量，但为了增强实用性，将其固定为一个值.通过大量比较实验环境下测得的RSSI值与理想状态下的RSSI值.得到试验环境EAF(dBm)大概为11dBm，A取值45，n取值3.5。在采集到RSSI值后，依据式(2)就可以得到移动标签读写器到固定参考标签的距离，通过三边测量定位算法就可以定位出移动标签读写器的位置。
号、号、号和号是RFID定位模块发射的无线信号，距离在100米内；
d、定位数据传输过程：
方案1：保存后存储，然后再上传(此例中，发射基站不上传数据)：
球员感应装置内的RFID定位模块采集到RSSI定位数据，由处理器MCU保存到存储器内；当球员感应器与蓝牙手机通信后(10米内)，由手机APP发出上传命令后，定位数据从存储器上传到手机内存保管，也在手机APP上可以看到球员位置和其他统计分析数据，同时也通过3G/4G和云端网络，存储到云端服务器内。
方案2:实时数据上传云端服务器(发射基站上传数据)：
球员感应装置内的RFID定位模块实时发送RSSI定位数据到发射基站，由发射基站通过3G/4G和云端网络，存储到云端服务器内；当手机通过3G/4G连到网络后，手机APP可以从云端服务器下载数据，并可以看到球员位置和其他统计分析数据。
号和号是带蓝牙和3G/4G的智能手机；
智能手机支持IOS或ANDROID操作系统，支持本系统应用APP，手机APP可以通过BT蓝牙与装置内的处理器MCU通讯和交互操作，比如，发出控制开始，时间设置，数据上传等操作；也可以把从装置上传来的数据进行显示，处理等操作，也可以把数据上传到云端服务器。
号和号是云端网络和云端存储服务器；
云端存储服务器可以接收来自智能手机上传的运动数据，也可以接收来自RFID发射基站实时上传来的运动和定位数据，因硬盘空间大，可以同时存储很多球员的运动数据，并提供查询服务和数据管理服务。
号和号是；
智能手机支持IOS或ANDROID操作系统，支持本系统应用APP，手机APP可以通过BT蓝牙与装置内的处理器MCU通讯和交互操作，比如，发出控制开始，时间设置，数据上传等操作；也可以把从装置上传来的数据进行显示，处理等操作，也可以把数据上传到云端服务器。
号、号、号和号是3G/4G LTE无线信号，与手机基站通讯，信号强度一般在1Km-3Km范围；
号和号是球场上，球队团体里面的球员感应装置2，一直到球员感应装置n；
在球场上，球队团体的球员配置好球员感应装置，采集到运动数据和定位数据，就可以保存在存储器里面，或由RFID发射基站直接上传云端服务器；从采集的数据中可以实时分析比赛或训练双方的各种统计数据模型，为提高水平，提供科学的数据分析和指导。
详细的球队团体的运动数据统计分析模型在下节说明。
请参阅图6，下面的说明以足球为例，但不只限于足球，如团体运动的篮球，排球等运动活动，也适用本统计分析模型。
①号、②号、③号、④号、⑤号和⑥号是RFID发射基站，带3G/4G模块，配上SIM数据卡，就可以把采集到球员感应装置的RSSI定位数据、加速计模块运动数据和RFID近距离感应读写数据上传到云端存储服务器上；对数据模型分析的数据来源就是来自保存在云端服务器的球队团体的实时运动数据。
号是指举例中的足球运动场地；
号是指球员感应装置或球内装置的示意标识。球员感应装置放置在球员的球鞋上面，球内装置放置在订制的球内。
⑧号是指守门员，和⑦号是指守门员的球鞋上面的球员感应装置；⑩号、号；号、号和号是指球队的蓝方团体成员(代号：蓝方)；这些成员每人都配置球鞋上面的球员感应装置；感应装置对应编号是⑨号、号；号、号和号；号、号；号、号和号是指球队的红方团体成员(代号：红方)；这些成员每人都配置球鞋上面的球员感应装置；感应装置对应编号是号、号；号、号和号；号是指内置有球内感应装置的订制足球；号是足球内的球内感应装置；
请结合图7。
A、touch1踢球点分析：
在touch1点，蓝方球员号，把球踢给24号，此时，记录下踢球T1时间和球员ID(如号)，号球员的球员装置把RSSI定位数据、球员装置内的加速计模块的踢球脉冲运动数据(如下图)和球内装置RFID标签靠近(20CM)识别信号，一方面保存到球员装置内的存储器内，以备后面通过BT蓝牙上传给智能手机；另一方面，把数据上传给RFID发射基站，再通过3G/4G上传到云端存储服务器；同时，球内装置也把球内的加速计模块的足球速度、转速、位置RSSI等数据也上传给RFID发射基站，再通过3G/4G上传到云端存储服务器。
球员装置的数据采集分析：
三轴加速计和陀螺仪传感器可以感知到球员的脚的运动状态的运动数据，比如：三个动作的识别，即向左倾斜、向右倾斜、弹跳。
在计算出球员踢球动作后，同时与球内感应装置的RFID标签是否在20CM内检测配合，可以排除球员不是踢球的假动作，也记录下球内装置从靠近到离开的时间，在这段时间内检测测的踢球动作才是踢球行为。
另外，根据球员装置内的RSSI定位信号(误差在50CM-1M)，可以计算出球员的跑步轨迹，根据加速计模块的数据修正，可以更加精准还原球员的跑步轨迹。
球内装置的数据采集分析：
球内加速计模块可以测量出球的速度、球的转速和球的飞行轨迹等运动数据，同时球内装置RFID发射装置可以把运动数据和RSSI数据发送到RFID发射基站，再通过3G/4G传到云端存储服务器保存数据；从而可以精确还原球的飞行轨迹等运动状态。
在touch1时刻开始，可以记录下球队的全部球员在场地的位置，球员的脚的方向和跑动轨迹；记录下与足球靠近接触时刻、分开时刻、球员ID(如号)、球员位置、球员的脚踢球方向和足球位置，足球的运动方向、足球的运动速度；
以上数据实时通过发射基站传到云端服务器保存；
B、touch2踢球点分析：
在touch1到touch2期间，记录下球员的运动轨迹、位置和方向、速度；也记录下球的飞行方向、速度和轨迹(如号轨迹线)；
在touch2时刻开始，可以记录下球队的全部球员在场地的位置，球员的脚的方向和跑动轨迹；记录下与足球靠近接触时刻、分开时刻、球员ID(如号)、球员位置、球员的脚踢球方向和足球位置，足球的运动方向、足球的运动速度；
以上数据实时通过发射基站传到云端服务器保存；
C、touch3踢球点分析：
在touch2到touch3期间，记录下球员的运动轨迹、位置和方向、速度；也记录下球的飞行方向、速度和轨迹(如号轨迹线)；
在touch2时刻开始，可以记录下球队的全部球员在场地的位置，球员的脚的方向和跑动轨迹；记录下与足球靠近接触时刻、分开时刻、球员ID(如号)、球员位置、球员的脚踢球方向和足球位置，足球的运动方向、足球的运动速度；
以上数据实时通过发射基站传到云端服务器保存；
D、touch4踢球点分析：
在touch3到touch4期间，记录下球员的运动轨迹、位置和方向、速度；也记录下球的飞行方向、速度和轨迹(如号轨迹线)；
在touch4时刻开始，可以记录下球队的全部球员在场地的位置，球员的脚的方向和跑动轨迹；记录下与足球靠近接触时刻、分开时刻、球员ID(如号)、球员位置、球员的脚踢球方向和足球位置(如号位置)，足球的运动方向、足球的运动速度；
以上数据实时通过发射基站传到云端服务器保存；
在touch4时刻，可以测算在此时刻，距离比较近足球的球员的位置和方向，如号球员距离足球的距离(号线所示)，如22号球员距离足球的距离(号线所示)，如号球员距离足球的距离(号线所示)；
E、touch1-touch4数据模型分析：
1)、可以分析统计出足球的运动轨迹，运动轨迹从号线→到号线→到线；在这过程中的位置记录，速度记录、旋转速度记录；特别在touch1-touch4时刻，足球的速度，方向的转变记录，可以判断球员用力是否适度合理，方向是否科学；
2)、可以分析统计出球员的传球过程，如号球员把球传给号球员，再传给号球员，再传给号球员；从球员的位置记录、跑动距离、跑动速度，可以判断传球的位置和力度是否合理；
3)、可以分析统计出球队一方的控球时间，比如，在touch1到touch4期间，从号球员把球传给号球员，再传给号球员，再传给号球员，这些球员都是蓝方球队团体，可以计算出蓝方这段时间内的控球时间和传球次数，和这段时间球的运动平均速度。
4)可以分析统计出整个运动期间的数据，在整个运动时间内，可以统计出每个球员(可以识别到球员ID)的总跑动距离，总传球的次数和位置点、时间点；平均跑动速度；也可以总计出球队一方总控球时间和总传球次数，总跑动距离，总的平均速度；
球队团体控球与触球数据检测的工作原理说明：
在团队比赛或训练中，当球队团体的任意一球员装置在与球内装置的距离靠近20CM时，会产生近距离RFID读写信号，当球与球员脚触碰时，球员装置内的加速计产生震动脉冲信号，基于这2个信号处理，球员装置可以精确判断和记录该球员与球接触的时间点，和接触持续时间；这样的数据可以根据球员ID来分析球队团体的控球时间，连续触球次数，传球次数以及传球速度等关键指标；
在球队中某一球员跑动距离和轨迹，以及球的飞行轨迹和距离，会同时根据装置内的加速计模块产生的运动数据和RSSI定位数据，修正计算运动轨迹，提高轨迹的精准度；
球队团体运动数据分析统计模型方法说明：
本装置系统，可以分析统计出整个比赛或训练运动期间的统计数据，可以根据球队团体的球员身份ID(感应装置分配固定身份编号)，统计出每个球员ID在整个运动期间的总跑动距离，总传球的次数和位置点、时间点，平均跑动速度；
可以统计出球队团体一方(如示例中蓝方或红方)的全部成员在整个运动期间的总控球时间、总传球次数，总跑动距离，总的平均速度；
可以统计出球在运动期间的飞行轨迹和球员传球轨迹，以及在抢球点时，球队团体的球员的相对位置和运动方向；可以统计分析出球员的球权获取次数以及接球、传球和控球等动作时间点，从而判断球员处理球的动作是否合理，团队传球配合是否默契，这样的数据结果有助于帮助教练快速精准提高球员或球队的训练或比赛水平；
在本发明实施方式中，在比赛或者训练中，获取运动员的第一运动数据和球体的第二运动数据，通过统计分析第一运动数据和第二运动数据，分析出所述运动员的竞技状态，以方便教练根据运动员的竞技状态进行调度；另外，也方便运动员根据第一运动数据和第二运动数据，调整自身的状态。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种运动员竞技状态分析方法，其特征在于，包括：
在比赛或者训练时，获取运动员的第一运动数据，以及球体的第二运动数据；
根据所述第一运动数据和第二运动数据，进行统计生成统计数据；
根据所述统计数据分析所述运动员的竞技状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述第一运动数据包括球员位置和加速值；
所述获取运动员的第一运动数据的步骤包括：
通过设置于所述运动员身上的第一定位装置定位运动员在比赛或者训练时所经过的球员位置，以及所述运动员经过所述球员位置对应的时间点；
所述统计生成统计数据的步骤包括：
根据所述加速值和加速值对应的时间点，计算所述运动的跑动距离，以及根据所述球员位置，统计所述运动员跑动的范围；
所述根据所述统计数据分析所述运动员的竞技状态的步骤包括：
获取根据所述运动员对应的阵容球员位置预先划分的跑动范围；
获取所述运动员经过所述球员位置位于所述跑动范围之外的数量；
判断所述数量是否大于第一阈值，以及所述跑动距离是否大于第二阈值；
当所述数量大于第一阈值，以及所述跑动距离大于第二阈值，则判断到所述运动员的竞技状态佳；
当所述数量小于或者等于第一阈值，以及所述跑动距离小于或者等于第二阈值，则判断到所述运动员的竞技状态一般。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述根据所述加速值和加速值对应的时间点，计算所述运动的跑动距离的步骤包括：
将所有所述加速度值连接形成曲线，获取所述曲线的峰值点的数量；
将所述峰值点的数量减去一之差，再乘以预步伐长度距之间积作为所述跑动距离。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述球体内还设置有电子标签；
所述第一运动数据还包括运动姿势、球员加速方向和触球点；
所述获取运动员的第一运动数据的步骤包括：
通过所述第一加速传感器感应所述运动员的运动姿势，并记录所述运动姿势对应的时间点；
通过设置于运动员身上的第一陀螺仪感应所述运动员的球员加速方向，并记录所述球员加速方向对应的时间点；
在设置于所述运动员身上的射频读写器感应到电子标签，以及所述第一加速度传感器感应到震动脉冲时，记录触球点，以及所述触球点对应的时间；
所述统计生成统计数据的步骤包括：
根据所述球员位置，生成球员运动轨迹；
根据所述运动姿势、所述运动姿势对应的时间点、球员加速方向、所述球员加速方向对应的时间点、触球点以及触球点对应的时间、运动员经过的球员位置以及所述球员位置对应时间点，在所述球员运动轨迹上标识所述运动姿势、球员加速方向和触球点，
根据所述触球点和触球点对应的时间，统计所述运动员的控球次数以及控球时间；
根据所述统计数据分析所述运动员的竞技状态的步骤包括：
根据所述球员运动轨迹、球员运动轨迹上标记的内容、控球次数以及控球时间，分析所述运动员的竞技状态。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述第二运动数据包括球体加速方向、球体位置以及球体转动方向；
所述获取球体的第二运动数据的步骤包括：
通过设置于所述球体上的第二定位装置定位在比赛或者训练时所经过的球体位置，并记录所述每一球体位置对应的时间点；
通过设置于所述球体上的第二陀螺仪、第二加速传感器以及第二磁感应器感应所述球体加速方向和球体转动方向，并记录每一球体加速方向对应的时间点，以及每一球体转动方向对应的时间点；
所述统计生成统计数据的步骤包括：
根据所述球体位置，生成球体运动轨迹；
根据所述球体位置、球体位置对应的时间点、球体加速方向、球体加速方向对应的时间点、球体转动方向以及球体转动方向对应的时间点，在所述球体运动轨迹标记球体加速方向和球体转动方向；
根据所述统计数据分析所述运动员的竞技状态的步骤包括：
根据所述球员运动轨迹、球员运动轨迹上标记的内容、控球次数、控球时间、球体运动轨迹以及球体运动轨迹上标记的内容分析所述运动员的竞技状态。
6.一种运动员竞技状态分析系统，包括第一采集模块、第一通信模块、第二采集模块、第二通信模块、第三通信模块和处理器；
所述第一采集模块和第一通信模块均设置于运动员身上，所述第一采集模块在比赛或者训练时，采集运动员的第一运动数据,并通过所述第一通信模块和第三通信模块将所述第一运动数据传送至处理器；
所述第二采集模块和第二通信模块均设置于球体上，所述第二采集模块用于采集球体的第二运动数据，并通过所述第二通信模块和第三通信模块将所述第二运动数据传送至处理器；
所述处理器用于根据所述第一运动数据和第二运动数据，进行统计生成统计数据，并根据所述统计数据分析所述运动员的竞技状态。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述第一运动数据包括球员位置和加速值；
所述第一采集模块包括第一定位装置和第一加速传感器；
所述第一定位装置用于定位运动员在比赛或者训练时所经过的球员位置，以及所述运动员经过所述球员位置对应的时间点；
所述第一加速传感器记用于记录运动员的加速值，以及所述加速值对应的时间点；
所述处理器具体用于根据所述加速值和加速值对应的时间点，计算所述运动的跑动距离，以及根据所述球员位置，统计所述运动员跑动的范围，获取根据所述运动员对应的阵容球员位置预先划分的跑动范围，获取所述运动员经过所述球员位置位于所述跑动范围之外的数量，判断所述数量是否大于第一阈值，以及所述跑动距离是否大于第二阈值，当所述数量大于第一阈值，以及所述跑动距离大于第二阈值，则判断到所述运动员的竞技状态佳，当所述数量小于或者等于第一阈值，以及所述跑动距离小于或者等于第二阈值，则判断到所述运动员的竞技状态一般。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述处理器所述根据所述加速值和加速值对应的时间点，计算所述运动的跑动距包括：将所有所述加速度值连接形成曲线，获取所述曲线的峰值点的数量，将所述峰值点的数量减去一之差，再乘以预设步距之间积作为所述跑动距离。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，
所述系统还包括电子标签；
所述电子标签设置于所述球体内；
所述第一采集模块还包括第一陀螺仪和射频读写器；
所述第一陀螺仪感应用于感应所述运动员的球员加速方向，并记录所述球员加速方向对应的时间点；
所述射频读写器用于感应电子标签；
所述第一加速度传感器用于感应震动脉冲，并且所述射频读写器感应到电子标签之后，所述第一加速度传感器感应到震动脉冲时，记录触球点，以及所述触球点对应的时间；
所述处理器用于根据所述球员位置，生成球员运动轨迹，根据所述运动姿势、所述运动姿势对应的时间点、球员加速方向、所述球员加速方向对应的时间点、触球点以及触球点对应的时间、运动员经过的球员位置以及所述球员位置对应时间点，在所述球员运动轨迹上标识所述运动姿势、球员加速方向和触球点，根据所述触球点和触球点对应的时间，统计所述运动员的控球次数以及控球时间，以及根据所述球员运动轨迹、球员运动轨迹上标记的内容、控球次数以及控球时间，分析所述运动员的竞技状态。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述第二运动数据包括球体加速方向、球体位置以及球体转动方向；
所述第二采集装包括第二定位装置、第二陀螺仪、第二加速传感器以及第二磁感应器；
所述第二定位装置用于定位在比赛或者训练时所经过的球体位置，并记录所述每一球体位置对应的时间点；
所述第二陀螺仪、第二加速传感器以及第二磁感应器用于感应所述球体加速方向和球体转动方向，并记录每一球体加速方向对应的时间点，以及每一球体转动方向对应的时间点；
所述处理器用于根据所述球体位置，生成球体运动轨迹；根据所述球体位置、球体位置对应的时间点、球体加速方向、球体加速方向对应的时间点、球体转动方向以及球体转动方向对应的时间点，在所述球体运动轨迹标记球体加速方向和球体转动方向；根据所述球员运动轨迹、球员运动轨迹上标记的内容、控球次数、控球时间、球体运动轨迹以及球体运动轨迹上标记的内容分析所述运动员的竞技状态。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150624 |