CN110090427B - 一种足球运球绕杆智能测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种足球运球绕杆智能测试系统，包括外围杆、内杆、UWB定位标签、计时装置以及上位机，外围杆分布在一个矩形测试场地上，每根外围杆上都装设有UWB基站一、通信模块一及微控制器一，内杆间隔分布于测试场地中心线上，每根内杆上装设有倾斜传感器、通信模块二及微控制器二，UWB定位标签包含测试人员定位标签和足球定位标签，上位机与微控制器一、微控制器二及计时装置通信连接。该测试系统的测试方法是采用UWB定位技术及算法得出每个UWB基站一和足球定位标签之间的距离，再通过三角定位算法计算出足球定位标签和测试人员的位置，由上位机量化成坐标并实时显示测试人员和足球的运动轨迹，实现足球运球绕杆测试的智能化及无人化管理。
Description
技术领域
本发明涉及一种体育运动测试装置，更具体地说是指一种足球运球绕杆智能测试系统及方法。
背景技术
足球运动中，运球绕杆是测试一名运动员技能的考核项目之一。传统的测试装置主要包括复数根固定杆及一个秒表，在操场上划一条起点线和一条终点线，并在起点线与终点线之间等间距固定有复数根固定杆。测试时，由老师按秒表计时，现场跟踪足球运球全过程，监视运球绕杆情况。这种测试方式的计时不够准确，信息不够透明公开，测试效率低下，而且一个人不能独立的完成自我测试。
为解决以上问题，申请公布号为CN 104784915A的中国发明专利公开了一种足球运球绕杆测试装置，包括计时器、起点测试杆、中间测试绕杆和终点测试杆，计时器内安装有无线信号接收开关，起点测试杆设置有两根，两根起点测试杆之间形成一条起点线，终点测试杆设置有两根，两根终点测试杆之间形成一条终点线，起点测试杆和终点测试杆上端均安装有红外光电开关发射器，两根起点测试杆上的红外光电开关发射器相对安装，两根终点测试杆上的红外光电开关发射器相对安装，中间测试绕杆设置有五根，设置在同一条直线上，起点线和终点线均与该直线垂直，从起点线开始数第一根中间测试绕杆上端单方向安装有指向相邻中间测试绕杆的红外光电开关发射器，从起点线开始数第五根中间测试绕杆上端单方向安装有指向相邻中间测试绕杆的红外光电开关发射器，余下的三根测试绕杆上端均双向安装有指向相邻中间测试绕杆的两个红外光电开关发射器。
虽然，该测试装置的测试效率高，独自一人也可完成自我测试，有效防止绕杆过程中的漏杆现象。但是，该测试装置采用红外对射方式，其布置校准困难，不易安装调试，对地面平整度要求高，户外阳光强的环境下容易存在干扰等缺点。而且无法对无球跑、抱球跑等作弊情况进行识别，对人工依赖性强。为此，我们提供一种新的足球运球绕杆智能测试系统及方法。
发明内容
本发明提供一种足球运球绕杆智能测试系统及方法，以解决现有足球运球绕杆测试装置存在装置布置校准困难、不易安装调试，容易受强光干扰，无法对一些作弊现象进行识别，人工依赖性强等缺点。
本发明采用如下技术方案：
一种足球运球绕杆智能测试系统，包括外围杆、内杆、UWB定位标签、计时装置以及上位机，所述外围杆为四根，且分布在一个矩形测试场地的四个角上，每根外围杆上都装设有UWB基站一、通信模块一及微控制器一，所述UWB基站一与UWB定位标签通信连接，所述微控制器一通过通信模块一与所述上位机通信连接；所述内杆为五根，且间隔分布于所述测试场地的中心线上，每根内杆上都装设有倾斜传感器、通信模块二及微控制器二，所述倾斜传感器与微控制器二连接，所述微控制器二通过所述通信模块二与所述上位机通信连接；所述UWB定位标签包含测试人员定位标签和足球定位标签，所述测试人员定位标签装设于测试人员上，所述足球定位标签贴于足球内部；所述上位机还与计时装置通信连接。
进一步地，每根所述外围杆上都安装有一个摄像头，所述摄像头与所述上位机通信连接。
进一步地，每根内杆上还都装设有UWB基站二，每个基站二与每个所述基站一之间相互通信连接。
优选地，上述测试人员定位标签以手环形式佩戴于测试人员手上。
具体地，上述计时装置由显示屏、喇叭及通信模块三组成，所述显示屏通过所述通信模块三与所述上位机通信连接。
本发明还提供一种足球运球绕杆智能测试方法，采用上述足球运球绕杆智能测试系统，包括以下步骤：
（1）、测试开始时由上位机向计时装置发出开始命令，计时装置接收到命令后发出预备开始的语音提示并开始计时，测试人员由起点线开始运球出发，按照正S型路线或者反S型路线绕过内杆；
（2）、外围杆的每个UWB基站一将信号发射给足球定位标签，足球定位标签接收到信号后，再发射信号给UWB基站一, UWB基站一收到足球定位标签的信号后，由微控制器一运用UWB的卡尔曼滤波算法和TOF算法计算出每个UWB基站一和足球定位标签之间的距离，并将计算出来的距离通过通信模块一传输给上位机，上位机通过三角定位算法计算出足球定位标签的位置；同理，计算出测试人员定位标签的位置；
（3）、上位机将测试人员定位标签及足球定位标签的位置信息量化成坐标，并实时记录和显示测试人员和足球的运动轨迹，同时，上位机根据测试人员和足球的运动轨迹判断测试过程中是否存在漏杆或出界；
（4）、当测试人员定位标签和足球定位标签都通过终点线后，由上位机向计时装置发出停止命令，计时装置停止计时并显示最终耗时，同时语音播报最终成绩。
进一步地，该足球运球绕杆智能测试方法还包括一个测试开始前准备步骤，该准备步骤是：由人工准确测量出外围杆及内杆的位置信息，并将其手动输入上位机中；或者是在每个内杆上安装有UWB基站二，每个UWB基站二与每个UWB基站一之间可相互发送并接收信号，由微控制器一或微控制器二计量出每个UWB基站一和每个UWB基站二之间的距离，并将计算出来的距离传输给上位机，再通过上位机计算出每个UWB基站一和每个UWB基站二的位置，最后在上位机中自动生产内杆与外围杆的位置信息。
进一步地，所述内杆上的倾斜传感器实时监测内杆的角度信息，如检测到杆被踢倒或被碰导致晃动的角度大于设定的阈值，内杆上的微控制器二通过通信模块二将报警信号传送到上位机, 上位机判定本次测试无效。
进一步地，所述上位机在发出开始命令前，实时计算足球定位标签的位置，若足球定位标签的位置值存在变化则说明存在抢跑情况，则判断本次测试无效。
进一步地，每个外围杆上都安装有一个摄像头，四个摄像头实时记录整个测试过程，并将视频信号传输至上位机中，上位机保存视频的原始数据，同时通过视觉图像算法分析是否存在手触碰球的情况，如出现手球则判定本次测试无效。
具体地，所述上位机判断漏杆的方法是判断测试人员和足球运动轨迹的任一波峰及相邻的波谷是否都只存在一个内杆位置坐标，若不是则判定测试存在漏杆；所述上位机判断出界的方法是判断足球运动轨迹是否超出四根外围杆围成的区域，若超出则判定存在出界。
由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、该发明的测试系统，基于UWB定位技术对测试人员及足球进行精确定位，不受强光等外界因素干扰，设备布置简单便捷，使用方便，计时准确，能有效地做到抢跑检测、漏杆检测、碰杆检测、出界检测、手球检测等，真正实现足球运球绕杆测试的智能化及无人化管理，保证测试的高效性及准确性。
2、该发明的测试方法，采用UWB定位技术及运用UWB的卡尔曼滤波算法和TOF算法准确计算出每个UWB基站一和足球定位标签（或测试人员）之间的距离，再通过三角定位算法计算出足球定位标签和测试人员的位置，最后由上位机量化成坐标，并实时显示测试人员和足球的运动轨迹，同时，上位机还自动判断是否存在抢跑、漏杆、碰杆、出界、手球等现象，保证测试成绩的真实有效性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的外围杆及内杆的俯视图。
图3为本发明的结构框图。
图4为本发明测试人员及足球的运动轨迹图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。为了全面理解本发明，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本发明。
一种足球运球绕杆智能测试系统，参照图1至图3，包括外围杆10、内杆20、UWB定位标签30、计时装置40以及上位机50。外围杆10为四根，且分布在一个矩形测试场地的四个角上，矩形测试场地短边上对应的两个外围杆10的连线形成一条起点线，长边上对应的两个外围杆10的连线形成一条终点线。每根外围杆10上都装设有UWB基站一11、通信模块一12及微控制器一13，其中，UWB基站一11与UWB定位标签30通信连接，微控制器一13通过通信模块一12与上位机50通信连接。每个外围杆10上还都安装有一个摄像头14，四个摄像头14实时记录整个测试过程，并将视频信号传输至上位机50中保存。
参照图1至图3，上述内杆20为五根，且间隔分布于所述测试场地的中心线上，每根内杆20上都装设有倾斜传感器21、通信模块二22及微控制器二23，所述倾斜传感器21与微控制器二23连接，所述微控制器二23通过所述通信模块二22与所述上位机50通信连接。每个内杆20上还可安装有UWB基站二24，每个基站二24与每个所述基站一11之间相互通信连接，以相互发送并接收信号，并通过微控制器一13或微控制器二23得到每个UWB基站一11和每个UWB基站二24之间的距离，以得出每个UWB基站一11和每个UWB基站二24的位置信息。
参照图1和图3，上述UWB定位标签30包含测试人员定位标签31和足球定位标签32，所述测试人员定位标签31装设于测试人员上，具体可以以手环的形式佩戴与测试人员的手上，足球定位标签32则贴于足球内部。
参照图3，上述计时装置40由显示屏41、喇叭42及通信模块三43组成，显示屏41通过通信模块三43与所述上位机50通信连接。
采用上述足球运球绕杆智能测试系统的测试方法，参照图1至图4，包括以下步骤：
（1）、测试开始时由上位机50向计时装置40发出开始命令，计时装置40接收到命令后发出预备开始的语音提示并开始计时，测试人员由起点线开始运球出发，按照正S型路线或者反S型路线绕过内杆；
（2）、外围杆10的每个UWB基站一11将信号发射给足球定位标签32，足球定位标签32接收到信号后，再发射信号给UWB基站一11, UWB基站一11收到足球定位标签32的信号后，由微控制器一13运用UWB的卡尔曼滤波算法和TOF算法计算出每个UWB基站一11和足球定位标签32之间的距离，并将计算出来的距离通过通信模块一12传输给上位机50，上位机50通过三角定位算法计算出足球定位标签32的位置；同理，计算出测试人员定位标签31的位置；
（3）、上位机50将测试人员定位标签31及足球定位标签32的位置信息量化成坐标，并实时记录和显示测试人员和足球的运动轨迹（参照图4，图中实线为足球的运动轨迹，虚线为测试人员的运动轨迹），同时，上位机50根据测试人员和足球的运动轨迹判断测试过程中是否存在漏杆或出界；
（4）、当测试人员定位标签31和足球定位标签32都通过终点线后，由上位机向计时装置40发出停止命令，计时装置40停止计时并显示最终耗时，同时语音播报最终成绩。
本发明的测试方法还包括一个测试开始前准备步骤，该准备步骤可以是由人工准确测量出外围杆10及内杆20的位置信息，并将其手动输入上位机中。当然，当每个内杆20上安装有UWB基站二24时，该准备步骤还可以是：每个UWB基站二24与每个UWB基站一11之间可相互发送并接收信号，由微控制器一13或微控制器二23计量出每个UWB基站一11和每个UWB基站二24之间的距离，并将计算出来的距离传输给上位机50，再通过上位机50计算出每个UWB基站一11和每个UWB基站二24的位置，最后在上位机50中自动生产内杆20与外围杆10的位置信息。
上述上位机在发出开始命令前，实时计算足球定位标签32的位置，若足球定位标签32的位置值存在变化则说明存在抢跑情况，则判断本次测试无效。
上述内杆20上的倾斜传感器21实时监测内杆20的角度信息，如检测到杆被踢倒或被碰导致晃动的角度大于设定的阈值，内杆20上的微控制器二23通过通信模块二22将报警信号传送到上位机50, 上位机50判定本次测试无效。
上述四个摄像头14实时记录整个测试过程，并将视频信号传输至上位机20中，上位机20保存视频的原始数据，同时通过视觉图像算法分析是否存在手触碰球的情况，如出现手球则判定本次测试无效。
上位机判断漏杆的方法是判断测试人员和足球运动轨迹的任一波峰及相邻的波谷是否都只存在一个内杆20位置坐标，若不是则判定测试存在漏杆；所述上位机判断出界的方法是判断足球运动轨迹是否超出四根外围杆10围成的区域，若超出则判定存在出界。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (7)
1.一种足球运球绕杆智能测试方法，包括一种足球运球绕杆智能测试系统，测试系统包括外围杆、内杆、UWB定位标签、计时装置以及上位机，所述外围杆为四根，且分布在一个矩形测试场地的四个角上，每根外围杆上都装设有UWB基站一、通信模块一及微控制器一，所述UWB基站一与UWB定位标签通信连接，所述微控制器一通过通信模块一与所述上位机通信连接；所述内杆为五根，且间隔分布于所述测试场地的中心线上，每根内杆上都装设有倾斜传感器、通信模块二及微控制器二，所述倾斜传感器与微控制器二连接，所述微控制器二通过所述通信模块二与所述上位机通信连接；所述UWB定位标签包含测试人员定位标签和足球定位标签，所述测试人员定位标签装设于测试人员上，所述足球定位标签贴于足球内部；所述上位机还与计时装置通信连接；每个外围杆上都安装有一个摄像头，四个摄像头实时记录整个测试过程，并将视频信号传输至上位机中，上位机保存视频的原始数据，同时通过视觉图像算法分析是否存在手触碰球的情况，如出现手球则判定本次测试无效；其特征在于，包括以下步骤：
（1）、测试开始时由上位机向计时装置发出开始命令，计时装置接收到命令后发出预备开始的语音提示并开始计时，测试人员由起点线开始运球出发，按照正S型路线或者反S型路线绕过内杆；
（2）、外围杆的每个UWB基站一将信号发射给足球定位标签，足球定位标签接收到信号后，再发射信号给UWB基站一, UWB基站一收到足球定位标签的信号后，由微控制器一运用UWB的卡尔曼滤波算法和TOF算法计算出每个UWB基站一和足球定位标签之间的距离，并将计算出来的距离通过通信模块一传输给上位机，上位机通过三角定位算法计算出足球定位标签的位置；同理，计算出测试人员定位标签的位置；
（3）、上位机将测试人员定位标签及足球定位标签的位置信息量化成坐标，并实时记录和显示测试人员和足球的运动轨迹，同时，上位机根据测试人员和足球的运动轨迹判断测试过程中是否存在漏杆或出界；所述上位机判断漏杆的方法是判断测试人员和足球运动轨迹的任一波峰及相邻的波谷是否都只存在一个内杆位置坐标，若不是则判定测试存在漏杆；所述上位机判断出界的方法是判断足球运动轨迹是否超出四根外围杆围成的区域，若超出则判定存在出界；
（4）、当测试人员定位标签和足球定位标签都通过终点线后，由上位机向计时装置发出停止命令，计时装置停止计时并显示最终耗时，同时语音播报最终成绩。
2.如权利要求1所述的一种足球运球绕杆智能测试方法，其特征在于：每根所述内杆上还都装设有UWB基站二，每个所述基站二与每个所述基站一之间相互通信连接。
3.如权利要求1所述的一种足球运球绕杆智能测试方法，其特征在于：所述测试人员定位标签以手环形式佩戴于测试人员手上。
4.如权利要求1所述的一种足球运球绕杆智能测试方法，其特征在于：所述计时装置由显示屏、喇叭及通信模块三组成，所述显示屏通过所述通信模块三与所述上位机通信连接。
5.如权利要求1所述的一种足球运球绕杆智能测试方法，其特征在于：还包括一个测试开始前准备步骤，该准备步骤是：由人工准确测量出外围杆及内杆的位置信息，并将其手动输入上位机中；或者是在每个内杆上安装有UWB基站二，每个UWB基站二与每个UWB基站一之间可相互发送并接收信号，由微控制器一或微控制器二计量出每个UWB基站一和每个UWB基站二之间的距离，并将计算出来的距离传输给上位机，再通过上位机计算出每个UWB基站一和每个UWB基站二的位置，最后在上位机中自动生产内杆与外围杆的位置信息。
6.如权利要求1所述的一种足球运球绕杆智能测试方法，其特征在于：所述内杆上的倾斜传感器实时监测内杆的角度信息，如检测到杆被踢倒或被碰导致晃动的角度大于设定的阈值，内杆上的微控制器二通过通信模块二将报警信号传送到上位机, 上位机判定本次测试无效。
7.如权利要求1所述的一种足球运球绕杆智能测试方法，其特征在于：所述上位机在发出开始命令前，实时计算足球定位标签的位置，若足球定位标签的位置值存在变化则说明存在抢跑情况，则判断本次测试无效。
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