一种越野滑雪赛道雪质预测方法技术

本发明专利技术提出一种越野滑雪赛道雪质预测方法，所述方法利用温湿度传感器测量任意时刻的雪场温湿度，对温湿度数据进行图像化，并利用建立的深度神经网络训练模型训练数据，从而预测出下一时刻传感器位置处的温湿度信息。本发明专利技术所述方法能够实现雪质预报的实时化、自动化、智能化，能对雪场周围的温度、湿度进行实时监测，并形成完整有效的数据，进而通过机器学习方法，实现智能预报决策。

A Snow Quality Prediction Method for Cross-country Skiing Tracks

【技术实现步骤摘要】
一种越野滑雪赛道雪质预测方法
本专利技术属于信息处理
，特别是涉及一种越野滑雪赛道雪质预测方法。
技术介绍
随着体育竞技水平的提高，体育训练的要求也不断提高，为了进一步改进教练员、运动员的训练方式，进一步优化训练方法，需要在竞技体育训练中引进更多的训练手段。利用科学方法作为辅助手段提高运动员竞技水平越来越普遍，各国都在争相引入先进科技手段以优化训练器材、进行训练质量控制、提高比赛的技战术水平。越野滑雪是运动员借助安装在靴底的滑雪板，运用登山、滑降、转弯、滑行等基本技术，滑行于山丘雪原的运动项目。滑雪板作为一种专业运动器材对越野滑雪成绩影响重大，为了提高滑雪时的速度，现代的滑雪板大量采用玻璃纤维复合材料、高分子材料，并分为很多不同的种类。如根据雪板底座可分为溶质板、压缩板和石墨板。为了更好地发挥运动器材效能，挖掘器材潜力，给雪板上蜡是维持雪板运动性能的重要措施，在国外专业训练或正式比赛中，都有专职打蜡师给雪板打雪蜡，以期获得更好的雪板性能，提升比赛成绩。雪蜡种类繁多，使用时需要根据雪板使用环境的温度、雪质(新雪、陈雪、脏雪、冰状雪、粗糙雪)、空气湿度等条件以及雪板类型不同选用对应的雪蜡。如何根据雪质状态选择合适的雪蜡，是雪板打蜡技术的关键问题。目前全凭打蜡师或教练员的经验和估计则考验着打蜡师的经验和技术水准。据统计，自然条件下的雪有粉状雪、片状雪、雨加雪、易碎雪、壳状雪、浆状雪、粒状雪、泥状雪、冰状雪等，人工雪则主要有压实的粉状雪、雪道雪等类型。一般在清晨时，雪质呈现冰状雪形态，表层有一层薄的硬冰壳，这种雪质的表面与滑雪板的摩擦力非常小，通常这时无需为滑雪板打蜡。随着阳光的照射和温度的升高，雪的表面慢慢融化，雪质呈粉状雪形态，而在雪板的不断摩擦与翻动下，雪质又逐渐呈浆状雪形态，雪质发粘，摩擦力增大，这时在滑雪板的底面打蜡，可以显著减小滑行阻力。因此，实时地检测、预报滑雪场上的雪质对于选择合适的雪蜡是至关重要的。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有技术中的问题，提出了一种越野滑雪赛道雪质预测方法。本专利技术所述方法能够及时、准确地预报任意时刻滑雪场上雪质，为雪蜡的选择提供可靠的依据。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出一种越野滑雪赛道雪质预测方法，所述方法包括以下步骤：步骤1、在滑雪赛道两侧均匀安装N个温湿度传感器，所述N个温湿度传感器同时采集当前时刻t的温度pi和湿度qi，i＝1,...N；采样间隔为Δt；t时刻的温湿度数据记为Xt，其包含N个数据对(pi，qi)，所述N个数据对是离散的；步骤2、对步骤1获取到的数据进行预处理，并标记当前时刻t的雪质状态；步骤3、把滑雪赛道及赛道上安装的温湿度传感器看作带状图进行蛇形映射，将预处理后的离散的N个数据对进行图像化，使其成为一个二通道的图像数据，所述二通道的图像数据仍然记做Xt，从而得到二维温湿度分布图，t时刻的第i个温湿度传感器获得的数据对(pi，qi)对应于二维温湿度分布图中图像数据Xt上的(a,b)像素点，表示t时刻的二维温湿度分布图中(a,b)像素点对应的像素值；步骤4、建立下一时刻t+1温湿度数据和历史数据之间的关系f:其中X1:t为时刻1到时刻t之间的所有二维温湿度分布图，为t+1时刻的二维温湿度分布图中(a,b)像素点的像素值；从而得到下一时刻t+1在像素点(a,b)位置处的温湿度信息(pi,qi)t+1。进一步地，在步骤3中，t时刻的图像数据Xt为M*M的方阵，M的值是根据温湿度传感器的数量N设定的，由于t时刻的第i个温湿度传感器获得的数据对(pi，qi)对应于图像数据Xt上的(a,b)像素点，则该像素点对应的位置信息为((i-1)」M+1，(i-1)|M+1)，其中a＝(i-1)」M+1，b＝(i-1)|M+1，“」”为取整运算符，“|”为取模运算符，对于分布图中不足的点，则采取置零的操作。进一步地，在步骤4中，构建一个深度神经网络，首先将1到时刻t的二维温湿度分布图经过卷积层输入到长短时记忆网络的隐含层，计算t时刻的隐状态ht,并将其和位置信息((i-1)」M+1，(i-1)|M+1)同时输入到一个全连接层，进而输出下一时刻t+1在像素点(a,b)位置处的温湿度信息(pi,qi)t+1。进一步地，所述雪质状态包括冰状雪、粉状雪和浆状雪三种不同的状态。本专利技术的有益效果为：本专利技术所述方法能够实现雪质预报的实时化、自动化、智能化，能对雪场周围的温度、湿度进行实时监测，并形成完整有效的数据，进而通过机器学习方法，实现智能预报决策。附图说明图1为本专利技术所述越野滑雪赛道雪质预测方法流程图；图2为温湿度传感器布置图；图3为滑雪赛道映射图；图4为温湿度数据的二维温湿度分布图；图5为神经网络结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。结合图1，本专利技术提出一种越野滑雪赛道雪质预测方法，所述方法包括以下步骤：步骤1、温度和湿度共同决定了雪质的状态。雪质状态预报的前提是对雪场周围温度和湿度的准确测量，因此在滑雪赛道两侧边缘均匀安装N个温湿度传感器，如图2所示，所述N个温湿度传感器同时采集当前时刻t的温度pi和湿度qi，i＝1,...N；采样间隔为Δt；由于温湿度是两个变化量，二者的数值随时间而变化，因此，传感器需要记录每一时刻的温湿度信息，t时刻的温湿度数据记为Xt，其包含N个数据对(pi，qi)，所述N个数据对是离散的；步骤2、对步骤1获取到的数据进行预处理，并标记当前时刻t的雪质状态；所述雪质状态包括冰状雪、粉状雪和浆状雪三种不同的状态；所述预处理包括对数据进行清洗、去噪和归一化等操作。步骤3、把滑雪赛道及赛道上安装的温湿度传感器看作带状图，进行蛇形映射，如图3所示。将预处理后的离散的N个数据对进行图像化，使其」成为一个二通道的图像数据，所述二通道的图像数据仍然记做Xt，从而得到二维温湿度分布图，如图4所示，t时刻的第i个温湿度传感器获得的数据对(pi，qi)对应于二维温湿度分布图中图像数据Xt上的(a,b)像素点，表示t时刻的二维温湿度分布图中(a,b)像素点对应的像素值；在步骤3中，t时刻的图像数据Xt为M*M的方阵，M的值是根据温湿度传感器的数量N设定的，由于t时刻的第i个温湿度传感器获得的数据对(pi，qi)对应于图像数据Xt上的(a,b)像素点，则该像素点对应的位置信息为((i-1)」M+1，(i-1)|M+1)，其中a＝(i-1)」M+1，b＝(i-1)|M+1，“」”为取整运算符，“|”为取模运算符，对于分布图中不足的点，则采取置零的操作。步骤4、建立下一时刻t+1温湿度数据和历史数据之间的关系f:其中X1:t为时刻1到时刻t之间的所有二维温湿度分布图，为t+1时刻的二维温湿度分布图中(a,b)像素点的像素值；从而得到下一时刻t+1在像素点(a,b)位置处的温湿度信息(pi,qi)t+1。在步骤4中，构建一个深度神经网络，如图5所示，本专利技术采用反向传播方法训练模型，训练过程中采用交叉熵损失函数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种越野滑雪赛道雪质预测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1、在滑雪赛道两侧均匀安装N个温湿度传感器，所述N个温湿度传感器同时采集当前时刻t的温度pi和湿度qi，i＝1,...N；采样间隔为Δt；t时刻的温湿度数据记为Xt，其包含N个数据对(pi，qi)，所述N个数据对是离散的；步骤2、对步骤1获取到的数据进行预处理，并标记当前时刻t的雪质状态；步骤3、把滑雪赛道及赛道上安装的温湿度传感器看作带状图进行蛇形映射；将预处理后的离散的N个数据对进行图像化，使其成为一个二通道的图像数据，所述二通道的图像数据仍然记做Xt，从而得到二维温湿度分布图，t时刻的第i个温湿度传感器获得的数据对(pi，qi)对应于二维温湿度分布图中图像数据Xt上的(a,b)像素点，

【技术特征摘要】
1.一种越野滑雪赛道雪质预测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1、在滑雪赛道两侧均匀安装N个温湿度传感器，所述N个温湿度传感器同时采集当前时刻t的温度pi和湿度qi，i＝1,...N；采样间隔为Δt；t时刻的温湿度数据记为Xt，其包含N个数据对(pi，qi)，所述N个数据对是离散的；步骤2、对步骤1获取到的数据进行预处理，并标记当前时刻t的雪质状态；步骤3、把滑雪赛道及赛道上安装的温湿度传感器看作带状图进行蛇形映射；将预处理后的离散的N个数据对进行图像化，使其成为一个二通道的图像数据，所述二通道的图像数据仍然记做Xt，从而得到二维温湿度分布图，t时刻的第i个温湿度传感器获得的数据对(pi，qi)对应于二维温湿度分布图中图像数据Xt上的(a,b)像素点，表示t时刻的二维温湿度分布图中(a,b)像素点对应的像素值；步骤4、建立下一时刻t+1温湿度数据和历史数据之间的关系f:其中X1:t为时刻1到时刻t之间的所有二维温湿度分布图，为t+1时刻的二维温湿度分布图中(a,b)像素点的像素值；从而得到下一时刻t...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴锐，刘松波，刘家锋，黄庆成，唐降龙，朱海龙，高德鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23