护腿板监测方法技术

本发明专利技术涉及大数据处理技术领域，具体涉及一种护腿板监测方法，该方法在球员护腿板上设有IMU传感器，对左腿IMU及右腿IMU采集到的信息分别进行处理，分为第一阶段处理、第二阶段处理和第三阶段处理，从而进行精准的运动员腿部运动轨迹侦测和判断，本发明专利技术判断准确性高，且通过本发明专利技术的算法能够准确实现运动员不同运动轨迹的实时在线监测。

【技术实现步骤摘要】
护腿板监测方法
本专利技术涉及大数据处理
，具体涉及一种护腿板监测方法。
技术介绍
由于足球比赛的高对抗性，球员被踢到小腿是很经常的事情。从物理学上讲护腿板就是分散、缓冲施加到小腿上的压力和冲力，从而保护球员。护腿板一般为刚性板，可以分散对方腿和鞋施加的力。另外，护腿板和腿之间的空隙可以起到缓冲的作用，腿骨和护腿板间的皮肉也有缓冲作用，防止骨折。护腿板对于运动员，特别是足球、橄榄球、曲棍球、冰球等运动员特别重要。由于护腿板是足球球员必需装备，而足球是运动员小腿剧烈运动的运动之一，因此通过设置在护腿板上的传感器的位置设置，并配合精密的监测算法，从而实现对运动员运动轨迹的精准监测，为大数据处理分析球员肢体运动的实时轨迹提供坚实有力的数据基础。而现有技术中具有的一些护腿板上配置的电子监测设备，其监测轨迹的技术还有待加强，且由于运动员的踢球球轨迹监测技术由于其受到一系列人体运动力学和定位技术等的准确性的影响，目前的通过护腿板来进行球员踢球轨迹监测技术的精准度还有待加强。
技术实现思路
为此，需要提供一种护腿板监测方法，通过对球员佩戴的护腿板改进的更加精准的数据采集和数据处理方式，实现对球员踢球运动轨迹的实时智能监测。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种护腿板监测方法，该方法首先包括佩戴在球员身上的护腿板，每个护腿板上设有IMU传感器，所述IMU传感器设置在护腿板的内侧，对于每一球员，IMU传感器其分为左腿IMU及右腿IMU，所述IMU传感器用于采集球员运动点位移信息，并将该位移信息发送至后台数据库进行运算处理，在采集球员运动点位移信息时，为了更加清晰地定位球员运动点位移变量，首先定义以下符号：ax为x轴加速度讯号，ay为y轴加速度讯号，az为z轴加速度讯号，为三轴加速度讯号的范数，ωx为x轴角速度讯号，ωy为y轴角速度讯号，ωz为z轴角速度讯号，为三轴角速度讯号的范数，g代表标准重力，1g＝9.81m/s21g＝9.81m/s2，定义了上述符号后，对左腿IMU及右腿IMU采集到的信息分别进行处理，分为三个阶段，分别为：第一阶段处理：根据定义上述符号将采集的到的运动点移变量进行预处理，预处理阶段中包含了:(a)定义旋转左腿IMU与右腿IMU的三轴方向，应用3x3旋转矩阵，使得左腿与右腿的IMU三轴方向为:x轴指向使用者秉直站立时的正前方，y轴指向使用者秉直站立时的左手方，z轴指向使用者秉直站立时的正上方，(b)过滤并除去IMU采集信号的杂讯，应用低通滤波器，其滤波器设置参数为:截止频率(cut-offfrequency)＝15Hz，阶数(order)＝2。(c)左腿IMU传感器与右腿IMU传感器时间同步，确保侦测出来的运动事件的时间排序与差距为正确的。第二阶段处理：分别对左腿IMU传感器和右腿IMU传感器采用运动事件侦测算法进行运动事件侦测，其中包括了:(a)步伐运动事件侦测算法，该算法用于寻找并侦测抬腿特征，摆腿特征与踏地特征。若三个特征皆有侦测到并依照时间顺序抬腿->摆腿->踏地并且特征与特征之前德时间差距不超过200毫秒，则判断为一步伐运动事件并计算步伐长度(steplength)、步伐时间(stepduration)和μ参数:1.步伐长度(steplength):az,max为从抬腿到踏地期间az的最大值，az,min为从抬腿到踏地期间az的最小值，k为步伐长度校准参数，需要事先校准，预设值设定为1.0。2.步伐时间(stepduration):stepduration的计算方式为本次步伐踏地与上次步伐踏地的时间差距。3.μ参数:μ为计算踏地时所需要的参数。其计算方式为:μ＝(az，max+az，min)*βμ＝(az，max+az，min)*β。相关参数设定为:ββ＝0.3。(b)跳跃运动事件侦测算法，该算法用于寻找并侦测腾空特征与落地撞击特征。(c)踢球运动事件侦测算法，踢球运动事件侦测算法寻找并侦测摆腿特征与撞击特征。当侦测到撞击与摆腿特征并依照时间顺序摆腿->撞击并且特征与特征之前德时间差距不超过200毫秒，则判断为一踢球运动事件并计算摆腿力量。(d)急转运动事件侦测算法，利用Mahonyfilter[1]计算对旋转轴与地面垂直的旋转角度若在tturn内侦测到的变化有超过则判断为一急转运动事件。相关参数设定为:tturn＝1000毫秒，度。另外，Mahonyfilter内部参数设定为:Kp＝2.0，Ki＝0，dt＝0.01。第三阶段处理：分别将左腿IMU与右腿IMU所计算的运动事件通过蓝芽传输到移动设备端，标注所有运动事件为未处理事件，之后根据运动事件时间先后顺序排列双脚运动事件，最后再进行后处理算法，后处理算法是转换各个运动事件成运动数据，其步骤为:步骤1:跑动相关后处理算法，步骤2:急转相关后处理算法，步骤3:跳跃与踢球相关后处理算法。进一步的，所述(a)步伐运动事件侦测算法中，各个特征侦测的方式为:抬腿特征:根据az进行波峰侦测算法。波峰阀值设定为apush-off。若侦测到波峰，则判断为抬腿相关参数设定为:apush-off＝1.3g。摆腿特征:根据ωy进行波峰侦测算法与波谷侦测算法，波峰阀值为ωpeak，波谷阀值为ωvalley。若在一定时间范围内tswing侦测到波峰与波谷则判断为摆腿相关参数设定为:ωpeak＝80dps(degreepersecond)，ωvalley＝-80dps，tswing＝300毫秒。踏地特征:根据az进行波峰侦测算法。梯度阀值设定为az,slope，波峰阀值设定为az,impact。若侦测到波峰，则判断为踏地。az,impact为自适应阀值，其计算方式为:aimpact＝μ+astd*ɑ，astd为讯号长度300毫秒的窗口的均方差，μ与ɑ为波峰阀值参数。相关参数设定为:aslope＝波峰值*0.4，ɑ＝0.37，进一步的，计算步伐长度(steplength)、步伐时间(stepduration)和μ参数具体方法为:1.步伐长度(steplength):az,max为从抬腿到踏地期间az的最大值，az,min为从抬腿到踏地期间az的最小值，k为步伐长度校准参数，需要事先校准，预设值设定为1.0。2.步伐时间(stepduration):stepduration的计算方式为本次步伐踏地与上次步伐踏地的时间差距。3.μ参数:μ为计算踏地时所需要的参数。其计算方式为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种护腿板监测方法，该方法首先包括佩戴在球员身上的护腿板，每个护腿板上设有IMU传感器，所述IMU传感器设置在护腿板的内侧，对于每一球员，IMU传感器其分为左腿IMU及右腿IMU，所述IMU传感器用于采集球员运动点位移信息，并将该位移信息进行运算处理，其特征在于：在采集球员运动点位移信息时，为了更加清晰地定位球员运动点位移变量，首先定义以下符号：/na

【技术特征摘要】
1.一种护腿板监测方法，该方法首先包括佩戴在球员身上的护腿板，每个护腿板上设有IMU传感器，所述IMU传感器设置在护腿板的内侧，对于每一球员，IMU传感器其分为左腿IMU及右腿IMU，所述IMU传感器用于采集球员运动点位移信息，并将该位移信息进行运算处理，其特征在于：在采集球员运动点位移信息时，为了更加清晰地定位球员运动点位移变量，首先定义以下符号：
ax为x轴加速度讯号，
ay为y轴加速度讯号，
az为z轴加速度讯号，

为三轴加速度讯号的范数，
ωx为x轴角速度讯号，
ωy为y轴角速度讯号，
ωz为z轴角速度讯号，

为三轴角速度讯号的范数，
g代表标准重力，1g＝9.81m/s21g＝9.81m/s2，
定义了上述符号后，对左腿IMU及右腿IMU采集到的信息分别进行处理，分为三个阶段，分别为，
第一阶段处理：根据定义上述符号将采集的到的运动点移变量进行预处理，预处理阶段中包含了:
(a)定义旋转左腿IMU与右腿IMU的三轴方向，应用3x3旋转矩阵，使得左腿与右腿的IMU三轴方向为:
x轴指向使用者秉直站立时的正前方，
y轴指向使用者秉直站立时的左手方，
z轴指向使用者秉直站立时的正上方，
(b)过滤并除去IMU采集信号的杂讯，应用低通滤波器，其滤波器设置参数为:
截止频率(cut-offfrequency)＝15Hz，
阶数(order)＝2；
(c)左腿IMU传感器与右腿IMU传感器时间同步，确保侦测出来的运动事件的时间排序与差距为正确的；
第二阶段处理：分别对左腿IMU传感器和右腿IMU传感器采用运动事件侦测算法进行运动事件侦测，其中包括了:
(a)步伐运动事件侦测算法，该算法用于寻找并侦测抬腿特征，摆腿特征与踏地特征。
若三个特征皆有侦测到并依照时间顺序抬腿->摆腿->踏地并且特征与特征之前德时间差距不超过200毫秒，则判断为一步伐运动事件并计算步伐长度(steplength)、步伐时间(stepduration)和μ参数；
(b)跳跃运动事件侦测算法，该算法用于寻找并侦测腾空特征与落地撞击特征；
(c)踢球运动事件侦测算法，踢球运动事件侦测算法寻找并侦测摆腿特征与撞击特征。当侦测到撞击与摆腿特征并依照时间顺序摆腿->撞击并且特征与特征之前德时间差距不超过200毫秒，则判断为一踢球运动事件并计算摆腿力量；
(d)急转运动事件侦测算法，利用Mahonyfilter[1]计算对旋转轴与地面垂直的旋转角度若在tturn内侦测到的变化有超过则判断为一急转运动事件；
第三阶段处理：分别将左腿IMU与右腿IMU所计算的运动事件通过蓝芽传输到移动设备端，标注所有运动事件为未处理事件，之后根据运动事件时间先后顺序排列双脚运动事件，最后再进行后处理算法，后处理算法是转换各个运动事件成运动数据，其步骤为:
步骤1:跑动相关后处理算法，
步骤2:急转相关后处理算法，
步骤3:跳跃与踢球相关后处理算法。


2.根据权利要求1所述的一种护腿板监测方法，其特征在于：所述(a)步伐运动事件侦测算法中，各个特征侦测的方式为:

抬腿特征:

根据az进行波峰侦测算法。波峰阀值设定为apush-off。若侦测到波峰，则判断为抬腿
相关参数设定为:
apush-off＝1.3g。

摆腿特征:

根据ωy进行波峰侦测算法与波谷侦测算法，波峰阀值为ωpeak，波谷阀值为ωvalley。若在一定时间范围内tswing侦测到波峰与波谷则判断为摆腿
相关参数设定为:
ωpeak＝80dps(degreepersecond)，
ωvalley＝-80dps，
tswing＝300毫秒。

踏地特征:

根据az进行波峰侦测算法，梯度阀值设定为az,slope，波峰阀值设定为az,impact。若侦测到波峰，则判断为踏地。az,impact为自适应阀值，其计算方式为:
aimpact＝μ+astd*ɑ，
astd为讯号长度300毫秒的窗口的均方差，μ与ɑ为波峰阀值参数。
相关参数设定为:
aslope＝波峰值*0.4，
ɑ＝0.37。


3.根据权利要求1所述的一种护腿板监测方法，其特征在于：计算步伐长度(steplength)、步伐时间(stepduration)和μ参数具体方法为:
1.步伐长度(steplength):



az,max为从抬腿到踏地期间az的最大值，
az,min为从抬腿到踏地期间az的最小值，
k为步伐长度校准参数，需要事先校准，预设值设定为1.0。
2.步伐时间(stepduration):
stepduration的计算方式为本次步伐踏地与上次步伐踏地的时间差距。
3.μ参数:
μ为计算踏地时所需要的参数。其计算方式为:
μ＝(az，max+az，min)*βμ＝(az，max+az，min)*β；
相关参数设定为:
ββ＝0.3。


4.根据权利要求1所述的一种护腿板监测方法，其特征在于：(b)跳跃运动事件侦测算法中，所述各个特征侦测的方式为：

腾空特征

根据||a||与||ω||的讯号判断是...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建成，韩步勇，郭岱硕，
申请(专利权)人：简极科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35