一种智能运动监测装置及监测方法
【专利摘要】本发明涉及一种智能运动监测装置及监测方法，所述装置通过定位和通信技术监测运动场地内运动目标的运动状态并反馈运动状态，包括：定位标签，用于定位运动目标；微基站组，安装于运动场地内，用于获取定位标签的位置信息；交换机，用于接收位置信息；控制计算机，用于对位置信息进行处理、计算和统计分析，得到运动目标的运动信息；移动终端，用于接收并显示运动信息；所述方法包括：控制计算机标定描绘运动场地的地图并保存；定位标签在运动目标运动的时间段内随着运动目标移动；控制计算机计算并统计分析运动目标的运动信息；移动终端接收并显示运动目标的运动信息。与现有技术相比，本发明具有系统简单、造价低廉以及定位精度高等优点。
【专利说明】
一种智能运动监测装置及监测方法
技术领域
[0001]本发明涉及的运动监测领域，尤其涉及在运动场所内运动监测的方法和装置。
【背景技术】
[0002]随着体育运动的普及和智能硬件的发展，在很多高端专业赛事中通过利用红外热成像或人工辅助统计等方法对运动员的运动状态进行监测统计，再通过对监测数据进行分析，来提高运动水平，或给媒体观众更直观的数据统计。但是由于装置系统复杂成本较高无法在大多数赛事或业余体育爱好者中普及。现有技术方法需要大量资金硬件投入和维护，无法在各类体育场所和业余爱好者中普及。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对上述问题提供一种系统简单、造价低廉以及定位精度高的智能运动监测装置及监测方法。
[0004]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0005]—种智能运动监测装置，该装置通过定位和通信技术监测运动场地内运动目标的运动状态并反馈运动状态，该装置包括:
[0006]定位标签，用于定位运动目标；
[0007]微基站组，安装于运动场地内，用于获取定位标签的位置信息；
[0008]交换机，用于接收微基站组传输的位置信息；
[0009]控制计算机，用于对交换机接收的位置信息进行处理、计算和统计分析，得到运动目标的运动信息；
[0010]移动终端，用于接收并显示运动目标的运动信息。
[0011 ]该装置使用时，所述定位标签安装于运动目标上。
[0012]所述定位标签为定位卡或智能终端。
[0013]所述运动场地为室内运动场或室外运动场。
[0014]所述微基站组包括多个微基站，所述微基站的数量至少为3个。
[0015]所述运动目标的运动信息包括运动轨迹、运动速度、运动加速度和运动热力图。
[0016]—种利用上述智能运动监测装置实现的智能运动监测方法，其特征在于，该方法包括下列步骤:
[0017]I)控制计算机标定描绘运动场地的地图并保存；
[0018]2)定位标签在运动目标运动的时间段随着运动目标移动；
[0019]3)控制计算机根据微基站组获取的定位标签的位置信息计算并统计分析运动目标的运动信息；
[0020]4)移动终端接收并显示运动目标的运动信息。
[0021 ] 所述运动目标的运动信息包括运动轨迹、运动速度、运动加速度和运动热力图。
[0022]所述步骤3)的具体步骤为:
[0023]31)选取运动目标运动的时间段内的初始时刻作为当前时刻；
[0024]32)微基站组采用无线定位测量方法，测量并发送当前时刻定位标签到各个微基站之间的距离信息；
[0025]33)交换机接收微基站组发送的距离信息，并将该距离信息传输给控制计算机；
[0026]34)控制计算机读取距离信息，根据标定描绘的运动场地的地图计算出当前时刻定位标签在运动场地上的位置，记录当前时刻运动目标的位置信息，进入下一时刻；
[0027]35)将下一时刻作为当前时刻并判断其是否在运动目标运动的时间段内，若是则返回步骤32)，若否则进入步骤36);
[0028]36)根据记录的运动目标运动的时间段内所有时刻运动目标的位置信息，描绘出运动目标的运动轨迹；
[0029]37)根据步骤36)中描绘的运动轨迹，计算得到运动目标的速度和加速度，统计分析得到运动目标的运动热力图。
[0030]所述无线定位测量方法包括基于信号强度的定位方法RSS、基于信号到达时间的定位方法Τ0Α、基于信号到达时间差的定位方法T0DA、基于信号到达角度的定位方法AOA或混合定位测量方法。
[0031]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0032](I)整个装置包括定位标签、微基站组、交换机、控制计算机和移动终端五部分，其中定位标签可以和移动终端合并共同安装与智能终端装备上，整个装置的结构简单，便于实现。
[0033](2)高端赛事中的运动监测装置一般利用红外热成像或人工辅助，这种做法的成本过高，与之相比本发明装置的各个组件造价都较为低廉，大大节省了成本。
[0034](3)本发明中采用了定位和通信技术，包括了超宽带、紫蜂、线性调频扩频、蓝牙、声波和超声波等技术，定位精度较高，误差小于I米。
[0035](4)定位标签可以为定位卡也可以为智能终端如智能手机等设备，易于在各类体育场所中实现。
[0036](5)设置的微基站数量不少于3个，提高了定位精度。
[0037](6)记录了运动目标的运动轨迹、运动速度、运动加速度和运动热力图，更加详细直观的显示了运动目标的状态，便于用户观察。
[0038](7)对运动目标进行定位时采用了2种或2种以上的无线定位测量方法，定位精度尚O
[0039](8)设备简单，安装方便，微基站的数量也可以根据实际情况进行更改，因而整个装置可适用的场合范围大，适用人群广。
【附图说明】
[0040]图1为本发明的运动监测方法流程图；
[0041 ]图2为本发明装置的结构示意图；
[0042]图3为实施例1中智能运动场地示意图；
[0043]图4为实施例1中运动轨迹示意图；
[0044]图5为实施例2中智能运动场地示意图；
[0045]其中，I为定位标签，2为微基站，3为交换机，4为控制计算机，5为移动终端。
【具体实施方式】
[0046]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0047]如图2所示为本发明即智能运动监测装置，该装置包括:定位标签1、微基站组、交换机3、控制计算机4和移动终端5等，以上装置与运动场地合在一起组成一个智能运动场地。定位标签I通过运动目标携带，可以是定位卡，或者是智能手机等其他智能设备;微基站组由至少3个微基站2组成，各微基站2事先安装在运动场地内，负责测量定位标签的位置，收集后反馈通过交换机反馈给控制计算机;交换机3负责将多个微基站数据反馈给控制计算机;控制计算机4处理并记录所有微基站对定位标签所测得的数据，并记录，最终获得定位标签的实际位置，可以通过位置对应时间的变化，计算出目标的运动信息，如运动轨迹，运动速度，加速度等数据，还可以统计出目标在运动场地内的热点图分布等统计量。移动终端5如智能手机，智能平板电脑等，可以读取所需的定位标签的所有运动信息，并能够下载保存和分享到社交网络。
[0048]如图1所示为利用上述智能运动监测装置实现的智能运动监测方法的流程，包括下列步骤:
[0049](Si)目标携带定位标签；
[0050](s2)对进行目标定位监测；
[0051](s3)记录在一定时间段内目标的位置；
[0052](s4)将记录的结果计算并转换成运动信息；
[0053](s5)统计现有运动信息；
[0054](s6)用户在移动终端下载运动信息；
[0055]其中关于目标位置的记录，本发明利用了无线定位原理，包括基于信号强度的定位方法(RSS)，基于信号到达时间的定位方法(TOA)，基于信号到达时间差的定位方法(TODA)，基于信号到达角度的定位方法(AOA)，以及混合定位方法，即上述两种或多种不同类型的信号特征测量值如Τ0Α/Α0Α、TD0A/A0A、TD0A/T0A进行定位估计。
[0056]基于以上定位原理可以采用以下定位和通信技术:红外线定位技术(Infrared)、声波定位技术(Acoustic Wave)、超声波定位技术(Ultra Son i c )、蓝牙通信技术(Bluetooth)、射频识别通信技术(RF)、超宽带通信技术(UWB)、紫蜂通信技术(ZigBee)、线性调频扩频通信技术(CSS)、和无线局域网通信技术(WIFI)等，其中超宽带通信技术、紫蜂通信技术、线性调频扩频通信技术、蓝牙通信技术、声波定位技术、超声波定位技术相对定位精度较高，误差<lm，更适用于在运动场地内进行运动监测。
[°°57]具体的实施例1如图3?图4所示:
[0058]如图3所示，在一个智能运动场所内，如一个小型5人制足球场。可以在地面草坪下安置有3个或3个以上微基站，微基站都处于同一个水平面。先标定描绘出整个智能场地和实际场地一一对应地图。微基站依靠混合定位方法不断测量定位标签I到微基站之间的距离，然后将距离信息发送交换机;控制计算机通过交换机读取每个微基站的数据，再根据先前已经标定的地图并计算出在该时间点定位标签在场地上的所在位置。完成第一个时间点I的记录;如图4所示，重复第一时间点记录的步骤，记录第二个时间点定位标签I在场地上的位置。重复以上步骤记录时间点η定位标签在场地上的位置。最后描绘出在时间段η内定位标签的运动轨迹。再根据某一时间段内的运动点，控制计算机能够计算定位标签在整个场地地图上出现的总时间统计，从而描绘出该定位标签的运动热力图。
[0059]同样如果在智能运动场地内同时出现N个定位标签，系统可以重复定位标签I的运动监测步骤，依次分别记录定位标签I至N的运动轨迹，并分别描绘出定位标签I至N的运动热力图。
[0060]在监测的过程中，根据定位标签的移动，能够准确的计算出定位标签的速度，加速度等运动信息。
[0061]用户的再通过智能设备上如智能手机，智能平板电脑等，可以读取所需的定位标签的所有运动信息，并能够下载保存和分享到社交网络。
[0062I具体的实施例2如图5所示，
[0063]当运动场地变大时本发明也可以实现智能运动监测，当一个智能运动场所，场地很大，定位精度要求又较高，误差要求〈0.5m时，如一个标准11人制的足球场。可以在地面草坪下安置有N*N个微基站，即有N行，N列个组成矩阵的微基站组，微基站都处于同一个水平面。先标定描绘出整个智能场地和实际场地一一对应地图。微基站依靠混合定位方法不断测量定位标签I到微基站之间的距离，然后将距离信息发送交换机;控制计算机通过交换机读取每个微基站的数据，再选取离定位标签最近的X个微基站的数据，来提高定位精度，再根据先前已经标定的地图并计算出在该时间点定位标签在场地上的所在位置。完成第一个时间点的记录；重复第一时间点记录的步骤，记录第二个时间点定位标签I在场地上的位置。重复以上步骤记录时间点η定位标签在场地上的位置。最后描绘出在时间段η内定位标签的运动轨迹。在根据某一时间段内的运动点，控制计算机能够计算定位标签在整个场地地图上出现的总时间统计，从而描绘出该定位标签的运动热力图。
[0064]同样如果在智能运动场地内同时出现N个定位标签，系统可以重复定位标签I的运动监测步骤，依次分别记录定位标签I至N的运动轨迹，并分别描绘出定位标签I至N的运动热力图。
【主权项】
1.一种智能运动监测装置，其特征在于，该装置通过定位和通信技术监测运动场地内运动目标的运动状态并反馈运动状态，该装置包括: 定位标签，用于定位运动目标； 微基站组，安装于运动场地内，用于获取定位标签的位置信息； 交换机，用于接收微基站组传输的位置信息； 控制计算机，用于对交换机接收的位置信息进行处理、计算和统计分析，得到运动目标的运动信息； 移动终端，用于接收并显示运动目标的运动信息。2.根据权利要求1所述的智能运动监测装置，其特征在于，该装置使用时，所述定位标签安装于运动目标上。3.根据权利要求2或3所述的智能运动监测装置，其特征在于，所述定位标签为定位卡或智能终端。4.根据权利要求1所述的智能运动监测装置，其特征在于，所述运动场地为室内运动场或室外运动场。5.根据权利要求1所述的智能运动监测装置，其特征在于，所述微基站组包括多个微基站，所述微基站的数量至少为3个。6.根据权利要求1所述的智能运动监测装置，其特征在于，所述运动目标的运动信息包括运动轨迹、运动速度、运动加速度和运动热力图。7.—种利用如权利要求1所述的智能运动监测装置实现的智能运动监测方法，其特征在于，该方法包括下列步骤: 1)控制计算机标定描绘运动场地的地图并保存； 2)定位标签在运动目标运动的时间段随着运动目标移动； 3)控制计算机根据微基站组获取的定位标签的位置信息计算并统计分析运动目标的运动信息； 4)移动终端接收并显示运动目标的运动信息。8.根据权利要求7所述的智能运动监测方法，其特征在于，所述运动目标的运动信息包括运动轨迹、运动速度、运动加速度和运动热力图。9.根据权利要求8所述的智能运动监测方法，其特征在于，所述步骤3)的具体步骤为: 31)选取运动目标运动的时间段内的初始时刻作为当前时刻； 32)微基站组采用无线定位测量方法，测量并发送当前时刻定位标签到各个微基站之间的距离信息； 33)交换机接收微基站组发送的距离信息，并将该距离信息传输给控制计算机； 3 4)控制计算机读取距离信息，根据标定描绘的运动场地的地图计算出当前时刻定位标签在运动场地上的位置，记录当前时刻运动目标的位置信息，进入下一时刻； 35)将下一时刻作为当前时刻并判断其是否在运动目标运动的时间段内，若是则返回步骤32)，若否则进入步骤36)； 36)根据记录的运动目标运动的时间段内所有时刻运动目标的位置信息，描绘出运动目标的运动轨迹； 37)根据步骤36)中描绘的运动轨迹，计算得到运动目标的速度和加速度，统计分析得到运动目标的运动热力图。10.根据权利要求9所述的智能运动监测方法，其特征在于，所述无线定位测量方法包括基于信号强度的定位方法RSS、基于信号到达时间的定位方法TOA、基于信号到达时间差的定位方法TODA、基于信号到达角度的定位方法AOA或混合定位测量方法。
【文档编号】H04W64/00GK105959382SQ201610394106
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】金诺, 金一诺, 张晸暐, 何润宇, 何至伟
【申请人】上海论宇信息科技有限公司