CN107823869A - 一种计算乒乓球触网位置和角度的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种计算乒乓球触网位置和角度的系统及方法。其系统包括获取压力传感数据及判断乒乓球是否触网模块、计算乒乓球触网的位置模块、计算乒乓球触网的角度模块。在乒乓球网面上部署压力传感器获取乒乓球触网时的压力数据，在乒乓球系统中部署用于乒乓球实时定位的物联网组件(如信号强度定位技术等)获取定位数据，服务器接收到压力数据后判断是否发生触网，若触网，则根据压力传感器编号计算乒乓球触网的位置坐标值，根据乒乓球实时位置坐标值计算乒乓球触网的角度。本发明解决了乒乓球网的物联网方案不能简单有效地计算乒乓球触网位置和角度的问题。

Description

一种计算乒乓球触网位置和角度的系统及方法
技术领域
本发明属于智能乒乓球运动技术领域，特别是涉及一种计算乒乓球触网位置和角度的系统及方法。
背景技术
目前乒乓球网的物联网改造方案主要有两种，一种是安装红外设备检测乒乓球从上空飞过的时间和位置；一种是安装摄像机等设备拍摄乒乓球运动视频或图像，再分析得到乒乓球数据。两种方案均不能简单有效地计算乒乓球触网位置和角度。为此提出一种计算乒乓球触网位置和角度的系统及方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是乒乓球网的物联网方案不能简单有效地计算乒乓球触网位置和角度的问题，提出一种计算乒乓球触网位置和角度的系统及方法。本发明所述的触网是指乒乓球撞击球网。
本发明基于压力传感器以及乒乓球运动定位技术，压力传感器可以根据物体压力呈现一定的形变并获得压力传感数据，乒乓球运动定位技术是指通过已有物联网装置和定位方法计算乒乓球在运动过程中位置的技术。如图1所示，在乒乓球网面上部署的压力传感器获取压力传感数据，然后发送至服务器，在乒乓球系统中部署用于乒乓球运动定位的物联网组件(如信号强度定位技术等)获取乒乓球位置数据，服务器接收压力传感数据和乒乓球位置数据，计算乒乓球触网位置和角度。
事先建立乒乓球运动系统的三维空间坐标系，原点为乒乓球桌正中心，x轴和y轴组成水平面，z轴垂直于桌面向上。根据乒乓球网面均匀部署的N个压力传感器把乒乓球网划分为N个区域并编号，N是正整数，压力传感器位于各区域的中心，压力传感器编号与球网区域编号一致。事先设置采样时间间隔T，其值小于对局中乒乓球撞击球桌的平均时间间隔(根据历史数据统计获得)。事先设置乒乓球触网产生的压力传感数据最小阈值L和最大阈值H。
在乒乓球运动系统中部署乒乓球运动定位装置，计算乒乓球在每个采样时刻的位置坐标值。
一种计算乒乓球触网位置和角度的系统，包括获取压力传感数据及判断乒乓球是否触网模块、计算乒乓球触网的位置模块、计算乒乓球触网的角度模块。
获取压力传感数据及判断乒乓球是否触网模块：部署在乒乓球网面的N个压力传感设备按照事先设置的采样时间间隔T获取压力传感数据，然后发送至服务器，N是正整数；当服务器获取的同一采样时刻的N个压力传感数据中有且只有一个压力传感数据u满足L≤u≤H时，则判定此采样时刻乒乓球触网，进入计算乒乓球触网的位置模块；否则返回获取压力传感数据及判断乒乓球是否触网模块。
计算乒乓球触网的位置模块：压力传感数据u对应的球网面区域的中心位置为乒乓球触网的位置，根据乒乓球网在三维空间坐标系中的位置计算乒乓球触网的位置坐标值，记为(xu,0,zu)，进入计算乒乓球的触网的角度模块。
计算乒乓球触网的角度模块：调取前一采样时刻的乒乓球位置坐标值，记为(xv,yv,zv)；计算乒乓球运动轨迹与球网所形成的角度α＝arcsin(h/f)，α即为乒乓球触网的角度，其中h＝|yv|；返回获取压力传感数据及判断乒乓球是否触网模块。
本发明的计算乒乓球触网位置和角度的系统框图如图2所示。
一种计算乒乓球触网位置和角度的方法按以下步骤：
步骤1、划分乒乓球网面区域及设置参数。
根据乒乓球网面均匀部署的N个压力传感器把乒乓球网划分为N个区域并编号，N是正整数，压力传感器位于各区域的中心，压力传感器编号与球网区域编号一致；建立乒乓球运动系统的三维空间坐标系，原点为乒乓球桌正中心，x轴和y轴组成水平面，z轴垂直于桌面向上；设置采样时间间隔T，其值小于乒乓球撞击球桌的平均时间间隔(根据历史数据统计获得)；设置乒乓球撞击网面产生的压力传感数据最小阈值L和最大阈值H。
步骤2、计算乒乓球的位置坐标值。
利用已有的乒乓球运动定位技术和装置，计算乒乓球在每个采样时刻的位置坐标值。
步骤3、获取压力传感数据及判断乒乓球是否触网。
部署在乒乓球网面的N个压力传感设备按照事先设置的采样时间间隔T获取压力传感数据，然后发送至服务器；当服务器获取的同一采样时刻的N个压力传感数据中有且只有一个压力传感数据u满足L≤u≤H时，则判定此采样时刻乒乓球触网，进入步骤4；否则返回步骤2。
步骤4、计算乒乓球触网的位置。
压力传感数据u对应的球网面区域的中心位置为乒乓球触网的位置，根据乒乓球网在三维空间坐标系中的位置计算乒乓球触网的位置坐标值，记为(x-u,0,zu)，进入步骤5。
步骤5、计算乒乓球触网的角度。
调取前一采样时刻的乒乓球位置坐标值，记为(xv,yv,zv)；计算乒乓球运动轨迹与球网所形成的角度α＝arcsin(h/f)，α即为乒乓球触网的角度，其中h＝|yv|；返回步骤2。
本发明的计算乒乓球触网位置和角度的方法流程图如图3所示。
本发明的方法及系统具有的优点是：采用压力传感器和乒乓球运动定位技术，可以简单有效地检测乒乓球触网位置和角度。
附图说明
图1是本发明的具有分析触网的角度功能的乒乓球网逻辑结构图；
图2是本发明的计算乒乓球触网位置和角度的系统框图；
图3是本发明的计算乒乓球触网位置和角度的方法流程图；
图4是本发明实施例的乒乓球系统的三维空间坐标系示意图；
图5是本发明实施例的乒乓球网面区域和编号示意图。
具体实施方式
下面对本发明优选实施例作详细说明。
本发明基于压力传感器以及乒乓球运动定位技术，压力传感器可以根据物体压力呈现一定的形变并获得压力传感数据，乒乓球运动定位技术是指通过已有物联网装置和定位方法计算乒乓球在运动过程中位置的技术。如图1所示，在乒乓球网面上部署压力传感器获取乒乓球触网时的压力传感数据，在乒乓球系统中部署用于乒乓球运动定位的物联网组件(如信号强度定位技术等)获取乒乓球位置数据，服务器接收压力传感数据和乒乓球位置数据，计算乒乓球触网位置和角度。
事先建立乒乓球运动系统的三维空间坐标系，原点为乒乓球桌正中心，x轴和y轴组成水平面，z轴垂直于桌面向上。根据乒乓球网面均匀部署的N个压力传感器把乒乓球网划分为N个区域并编号，N是正整数，压力传感器位于各区域的中心，压力传感器编号与球网区域编号一致。事先设置采样时间间隔T，其值小于对局中乒乓球撞击球桌的平均时间间隔(根据历史数据统计获得)。事先设置乒乓球触网产生的压力传感数据最小阈值L和最大阈值H。本实施例中，建立三维空间坐标系的原点为乒乓球桌正中心，乒乓球桌正中心是指乒乓球网中心轴与乒乓球桌的交点，x轴平行于乒乓球桌窄边，y轴平行于乒乓球桌长边，z轴垂直于桌面向上，如图4所示。乒乓球网面均匀部署8个压力传感器，即N＝8，根据传感器的分布将乒乓球网划分为8个区域，压力传感器位于各区域的中心，各球网区域按照一定顺序用阿拉伯数字编号，如图5所示。设置采样时间间隔T＝0.5毫秒。设置乒乓球撞击网面产生的压力值最小阈值L＝0.1牛顿、最大阈值H＝10牛顿。
在乒乓球运动系统中部署乒乓球运动定位装置，计算乒乓球在每个采样时刻的位置坐标值。本实施例中，采用基于信号强度定位的乒乓球定位方法计算乒乓球的位置坐标值，在乒乓球桌分布三个信号接收装置，在乒乓球上携带信号发送装置，各信号接收装置接收乒乓球发送的无线信号，获取信号强度，然后发送至服务器，服务器根据信号强度以及信号接收装置的位置计算乒乓球每个采样时刻的位置坐标值。
一种计算乒乓球触网位置和角度的系统，包括获取压力传感数据及判断乒乓球是否触网模块、计算乒乓球触网的位置模块、计算乒乓球触网的角度模块。
获取压力传感数据及判断乒乓球是否触网模块：部署在乒乓球网面的N个压力传感设备按照事先设置的采样时间间隔T获取压力传感数据，然后发送至服务器，N是正整数；当服务器获取的同一采样时刻的N个压力传感数据中有且只有一个压力传感数据u满足L≤u≤H时，则判定此采样时刻乒乓球触网，进入计算乒乓球触网的位置模块；否则返回获取压力传感数据及判断乒乓球是否触网模块。本实施例中，球网面上部署的8个压力传感器按照采样间隔T获取压力数据，然后发送至服务器；服务器获取的某采样时刻的8个压力传感数据按照编号顺序排列成矩阵x＝(0,0,0,3,0,0,0,0)，单位为牛顿。有且只有一个压力数据3牛顿满足L≤3≤H，则判定此采样时刻乒乓球触网，进入计算乒乓球触网的位置模块。
计算乒乓球触网的位置模块：压力传感数据u对应的球网面区域的中心位置为乒乓球触网的位置，根据乒乓球网在三维空间坐标系中的位置计算乒乓球触网的位置坐标值，记为(xu,0,zu)，进入计算乒乓球的触网的角度模块。本实施例中，压力传感数据3牛顿对应的传感器编号为4，即乒乓球触网的位置为编号为4的球网区域的中心位置，根据乒乓球网各区域中心点在三维空间坐标系中的位置，计算乒乓球触网的位置坐标值为(-0.191,0,0.114)，进入计算乒乓球的触网的角度模块。
计算乒乓球触网的角度模块：调取前一采样时刻的乒乓球位置坐标值，记为(xv,yv,zv)；计算乒乓球运动轨迹与球网所形成的角度α＝arcsin(h/f)，α即为乒乓球触网的角度，其中h＝|yv|；返回获取压力传感数据及判断乒乓球是否触网模块。本实施例中，调取前一采样时刻的乒乓球位置坐标值为(-0.191,-0.1,0.15)，计算h＝|yv|＝0.1，h/f＝0.94，乒乓球撞击球网的角度α＝arcsin(h/f)＝70.05度。返回获取压力传感数据及判断乒乓球是否触网模块。
一种计算乒乓球触网位置和角度的方法按以下步骤：
步骤1、划分乒乓球网面区域及设置参数。
根据乒乓球网面均匀部署的N个压力传感器把乒乓球网划分为N个区域并编号，N是正整数，压力传感器位于各区域的中心，压力传感器编号与球网区域编号一致；建立乒乓球运动系统的三维空间坐标系，原点为乒乓球桌正中心，x轴和y轴组成水平面，z轴垂直于桌面向上；设置采样时间间隔T，其值小于乒乓球撞击球桌的平均时间间隔(根据历史数据统计获得)；设置乒乓球撞击网面产生的压力传感最小阈值L和最大阈值H。乒乓球网面均匀部署8个压力传感器，即N＝8，根据传感器的分布将乒乓球网划分为8个区域，压力传感器位于各区域的中心，各球网区域按照一定顺序用阿拉伯数字编号，如图5所示。建立三维空间坐标系的原点为乒乓球桌正中心，乒乓球桌正中心是指乒乓球网中心轴与乒乓球桌的交点，x轴平行于乒乓球桌窄边，y轴平行于乒乓球桌长边，z轴垂直于桌面向上，如图4所示。设置采样时间间隔T＝0.5毫秒。设置乒乓球撞击网面产生的压力值最小阈值L＝0.1牛顿、最大阈值H＝10牛顿。
步骤2、计算乒乓球的位置坐标值。
利用已有的乒乓球运动定位技术和装置，计算乒乓球在每个采样时刻的位置坐标值。本实施例中，采用基于信号强度定位的乒乓球定位方法计算乒乓球的位置坐标值，在乒乓球桌分布三个信号接收装置，在乒乓球上携带信号发送装置，各信号接收装置接收乒乓球发送的无线信号，获取信号强度，然后发送至服务器，服务器根据信号强度以及信号接收装置的位置计算乒乓球每个采样时刻的位置坐标值。
步骤3、获取压力传感数据及判断乒乓球是否触网。
部署在乒乓球网面的N个压力传感设备按照事先设置的采样时间间隔T获取压力传感数据，然后发送至服务器；当服务器获取的同一采样时刻的N个压力传感数据中有且只有一个压力传感数据u满足L≤u≤H时，则判定此采样时刻乒乓球触网，进入步骤4；否则返回步骤2。本实施例中，球网面上部署的8个压力传感器按照采样间隔T获取压力数据，然后发送至服务器；服务器获取的某采样时刻的8个压力传感数据按照编号顺序排列成矩阵x＝(0,0,0,3,0,0,0,0)，单位为牛顿。有且只有一个压力数据3牛顿满足L≤3≤H，则判定此采样时刻乒乓球触网，进入步骤4。
步骤4、计算乒乓球触网的位置。
压力传感数据u对应的球网面区域的中心位置为乒乓球触网的位置，根据乒乓球网在三维空间坐标系中的位置计算乒乓球触网的位置坐标值，记为(x-u,0,zu)，进入步骤5。本实施例中，压力传感数据3牛顿对应的传感器编号为4，即乒乓球触网的位置为编号为4的球网区域的中心位置，根据乒乓球网各区域中心点在三维空间坐标系中的位置，计算乒乓球触网的位置坐标值为(-0.191,0,0.114)，进入步骤5。
步骤5、计算乒乓球触网的角度。
调取前一采样时刻的乒乓球位置坐标值，记为(xv,yv,zv)；计算乒乓球运动轨迹与球网所形成的角度α＝arcsin(h/f)，α即为乒乓球触网的角度，其中h＝|yv|；返回步骤2。本实施例中，调取前一采样时刻的乒乓球位置坐标值为(-0.191,-0.1,0.15)，计算h＝|yv|＝0.1，h/f＝0.94，乒乓球撞击球网的角度α＝arcsin(h/f)＝70.05度。返回步骤2。
当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上实施例仅是用来说明本发明的，而并非作为对本发明的限定，只要在本发明的范围内，对以上实施例的变化、变型都将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种计算乒乓球触网位置和角度的系统，其特征在于包括获取压力传感数据及判断乒乓球是否触网模块、计算乒乓球触网的位置模块、计算乒乓球触网的角度模块。
2.根据权利要求1所述的计算乒乓球触网位置和角度的系统，其获取压力传感数据及判断乒乓球是否触网模块的特征在于：部署在乒乓球网面的N个压力传感设备按照事先设置的采样时间间隔T获取压力传感数据，然后发送至服务器，N是正整数；当服务器获取的同一采样时刻的压力传感数据中有且只有一个压力传感数据u满足L≤u≤H时，其中L和H是事先设置的乒乓球撞击网面产生的压力传感数据最小阈值和最大阈值，则判定此采样时刻乒乓球触网，进入计算乒乓球触网的位置模块；否则返回获取压力传感数据及判断乒乓球是否触网模块。
3.根据权利要求1所述的计算乒乓球触网位置和角度的系统，其计算乒乓球触网的位置模块的特征在于：压力传感数据u对应的球网面区域的中心位置为乒乓球触网的位置，根据乒乓球网在三维空间坐标系中的位置计算乒乓球触网的位置坐标值，记为(xu,0,zu)，进入计算乒乓球的触网的角度模块。
4.根据权利要求1所述的计算乒乓球触网位置和角度的系统，其计算乒乓球触网的角度模块的特征在于：调取前一采样时刻的乒乓球位置坐标值，记为(x-v,yv,zv)；计算乒乓球运动轨迹与球网所形成的角度α＝arcsin(h/f)，α即为乒乓球触网的角度，其中h＝|yv|；返回获取压力传感数据及判断乒乓球是否触网模块。
5.一种计算乒乓球触网位置和角度的方法，其特征在于：
步骤1、划分乒乓球网面区域及设置参数；
步骤2、计算乒乓球的位置坐标值；
步骤3、获取压力传感数据及判断乒乓球是否触网；
步骤4、计算乒乓球触网的位置；
步骤5、计算乒乓球触网的角度。
6.根据权利要求5所述的计算乒乓球触网位置和角度的方法，其步骤1的特征在于：根据乒乓球网面均匀部署的N个压力传感器把乒乓球网面划分为N个区域并编号，N是正整数，压力传感器位于各区域的中心，压力传感器编号与球网面区域编号一致；建立乒乓球运动系统的三维空间坐标系，原点为乒乓球桌正中心，x轴和y轴组成水平面，z轴垂直于桌面向上；设置采样时间间隔T；设置乒乓球撞击网面产生的压力传感数据最小阈值L和最大阈值H。
7.根据权利要求5所述的计算乒乓球触网位置和角度的方法，其步骤2的特征在于：利用乒乓球运动定位技术和装置，计算乒乓球在每个采样时刻的位置坐标值。
8.根据权利要求5所述的计算乒乓球触网位置和角度的方法，其步骤3的特征在于：部署在乒乓球网面的N个压力传感设备按照采样时间间隔T获取压力传感数据，然后发送至服务器；当服务器获取的同一采样时刻的压力传感数据中有且只有一个压力传感数据u满足L≤u≤H时，则判定此采样时刻乒乓球触网，进入步骤4；否则返回步骤2。
9.根据权利要求5所述的计算乒乓球触网位置和角度的方法，其步骤4的特征在于：压力传感数据u对应的网面区域的中心位置为乒乓球触网的位置，根据乒乓球网在三维空间坐标系中的位置计算乒乓球触网的位置坐标值，记为(xu,0,zu)，进入步骤5。
10.根据权利要求5所述的计算乒乓球触网位置和角度的方法，其步骤5的特征在于：调取前一采样时刻的乒乓球位置坐标值，记为(xv,yv,zv)；计算乒乓球运动轨迹与球网所形成的角度α＝arcsin(h/f)，α即为乒乓球触网的角度，其中h＝|yv|；返回步骤2。
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