CN110201372A - 一种基于NB-IoT的社区健身器材运动统计方法 - Google Patents

一种基于NB-IoT的社区健身器材运动统计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于NB‑IoT的社区健身器材运动统计方法，在社区健身器材的转动轴上安装一个测量单元，其中的三轴加速度传感器与三轴陀螺仪可以有效的识别器材的各方向上的加速度与角速度；当设备中的传感器唤醒并通过NB‑IoT通信模块将数据发送到接收端，接收端对接收到的数据利用识别算法进行计算得出器材的姿态四元数并统计器材使用的运动方向、幅度、频率、次数等情况；最后，接收端可以根据NB‑IoT上传标识的区域信息和器材信息将数据映射到某个区域的某种器材，总体上实现对某个区域所有特定器材的单个器材运动情况的统计与所有同类器材的汇总统计。采用本发明能统计某个区域的社区健身器材运动数据和该地区的汇总数据并反馈给管理者和使用者。

Description

一种基于NB-IoT的社区健身器材运动统计方法
技术领域
本发明属于物联网领域，具体涉及一种基于NB-IoT(窄带物联网)的社区健身器材运动统计方法。
背景技术
随着人民生活水平的提高和我国体育事业的高速发展，社区公共健身器材逐渐成为现代化民居的标准之一。户外公共健身器材的数量逐年递增，人们可以越来越轻松的获取公共健身资源。而在使用情况方面，这些公用健身器材的利用率普遍不高。社会调研结果显示，仅有25％左右的人表示会经常使用这些公用器材，而占大多数的61％以上的人表示有时会使用。可见健身器材在居民中的接受程度并不高，更多的使用场景是依靠于个人临时的心血来潮。可以说是形成了一方面，生活水平提高，居民健身意愿空前强烈，越来越多的人开始关注身心健康和自身的健身需要；另一方面，免费公共健身资源不断增多，但个体利用率普遍较低的尴尬局面。
这种情况的产生的很大一部分原因是公共健身器材的优势也并不明显。首先，相比专业的健身房，公共健身器材种类较少、缺乏专业人员指导、缺乏数值化的健身数据反馈、高峰时段机位较少需要等待、环境多为露天等，很难在占比最多的健身人群中相较专业的健身机构获得竞争优势。其次，器材缺乏维护和专业指导也造成了这些器材的用户粘性较低。最后，没有数值化反馈带来的效果模糊更进一步降低了居民的使用意愿，调研显示22％左右的人认为锻炼效果不理想，导致此类器材很容易失去这部分用户人群。
目前，为了解决上述问题，公共健身器材的所有者也做出了改进。器材种类逐渐丰富，说明书的安装，数量的增多等手段提高了公用健身器材对于居民的使用体验。本发明提出一种基于NB-IoT的社区健身器材运动统计方法，通过物联网通信收集单个器材的运动数据并发送到云端进行识别和统计，为管理者提供了基于地理位置的汇总统计与单个器材的详情。
发明内容
发明目的：本发明提供一种基于NB-IoT的社区健身器材运动统计方法，能统计某个区域的社区健身器材运动数据和该地区的汇总数据并反馈给管理者和使用者。
技术方案：本发明所述的一种基于NB-IoT的社区健身器材运动统计方法，包括以下步骤：
(1)在社区健身器材上安装包含加速度传感器、陀螺仪组成的运动识别单元模块、NB-IoT的通信模块、太阳能电池以及数据反馈的显示屏；
(2)根据安装设备的器材类型和位置在数据库中设置健身器材运动监测模块标识符所绑定的器材类型和地理位置信息；
(3)传感器模块通过运动触发激活并向云端发送健身器材运动监测模块的标识符，云端会根据接收到的标识符读取器材类型、定义的统计运动数据的结构以及地理位置信息和所对应的地区；
(4)根据预设器材要求设置模块上传数据的时间间隔T，NB-IoT模块从触发启动开始每经过T时刻会上传当前健身器材的关键节点空间位置和角速度；
(5)当云端接收到来自某台设备的数据，会根据设备标识符读取数据库中预设的健身器材基本信息，并根据空间位置变化情况计算器材的使用情况；
(6)云端会根据器材的标识符将上传的数据格式化为特定器材的运动数据结构并保存在数据库；
(7)云端每隔一定时间运行定时任务将每台设备所绑定器材的运动数据累计下来并根据地理位置信息汇总进它所映射的某个区域的总计数据；
(8)云端提供可视化页面给后台管理应用为管理者提供基于地理位置的社区健身器材运动数据单机详情和总体汇总的图表，服务器提供API响应后台管理应用所请求的筛选条件并搜索到符合条件的数据返回给后台管理应用；
(9)统计完成并通过API展示在后台管理应用上的数据通过NB-IoT模块同步反馈到社区健身器材所在地的显示屏上供人离线查看。
步骤(1)所述的社区健身器材主要包括扭腰器、漫步机、上肢牵引器。
所述步骤(3)包括以下步骤：
(31)健身器材上安装的传感器获取角速度并用矢量表示，绕x轴旋转的角速度为ωxi，其中i表示旋转轴[1,0,0]；类似地，绕y轴、z轴旋转的角速度为ωyj,ωzk。据此计算出转动的角速度旋转轴为旋转速度为
(32)根据角速度可以得到某个轴上任意两个时刻t0到t1之间的变化角度θ，根据公式(1)将欧拉角θ转换为姿态四元数q。
(33)定义原始空间坐标系，考虑空间中健身器材运动轴末端原始位置为R0＝[0,ωx，ωy，ωz],根据公式(2)可得经过某个时间当前位置Rt：
Rt＝q×R0×q-1。
步骤(5)所述健身器材的基本信息主要包括：扭腰器的转动角度、转动频率、次数；漫步机的摆动角度、摆动距离、频率、次数；上肢牵引器的牵引距离、牵引速度、次数。
有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果：根据传感器提供的精确运动以及姿态数据计算出高精度的器材使用情况并同时展示给管理者和器材使用者，让双方对运动情况有数据反馈。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为本发明系统框架图；
图3为特定器材运动数据统计图表UI示意图；
图4为区域汇总统计数据UI示意图；
图5为详情统计图的UI示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明：
社区公共健身器材一般包括扭腰器、漫步机、上肢牵引器等，如图2所示。在器材的转动轴上安装一个测量单元，其中的三轴加速度传感器与三轴陀螺仪可以有效的识别器材的各方向上的加速度与角速度。当设备中的传感器唤醒并通过NB-IoT通信模块将数据发送到接收端。接收端对接收到的数据利用识别算法进行计算得出器材的姿态四元数并计算出器材使用的运动方向、幅度、频率、次数等情况。最后，接收端可以根据NB-IoT上传标识的区域信息和器材信息将数据映射到某个区域的某种器材，总体上实现对某个区域所有特定器材的单个运动情况的统计与所有同类器材运动情况的汇总。
如图1所示，具体包括以下步骤：
1、数据采集之前，需要先行在数据库中录入安装的设备的标识对应某种健身器材的标识的映射关系，因此，当云端接收到某台设备上传的数据可以识别出器材种类并依此格式化收到的数据，具体包括以下步骤：
(1)在健身器材上安装包含加速度传感器、陀螺仪组成的运动识别单元模块、NB-IoT的通信模块、太阳能电池以及数据反馈的显示屏。
(2)根据安装设备的器材类型和位置在数据库中设置健身器材运动监测模块标识符所绑定的器材类型和地理位置信息。
(3)传感器模块通过运动触发激活并向云端发送健身器材运动监测模块的标识符，之后云端会根据接收到的标识符读取器材类型、定义的统计运动数据的结构以及地理位置信息和所对应的地区。
2、在安装设备之前还需测量健身器材的关键节点之间的轴长、最大转动角度等信息并存入数据库，方便后续统计数据计算，安装完成之后器材上的健身器材运动监测模块会利用加速度传感器和陀螺仪采集器材的运动数据，具体包括以下步骤：
(1)健身器材上安装的传感器获取角速度并用矢量表示，绕x轴旋转的角速度为ωxi，其中i表示旋转轴[1,0,0]；类似地，绕y轴、z轴旋转的角速度为ωyj,ωzk。据此计算出转动的角速度旋转轴为旋转速度为
(2)根据角速度可以得到某个轴上任意两个时刻t0到t1之间的变化角度θ，根据公式(1)将欧拉角θ转换为姿态四元数q。
(3)定义原始空间坐标系，考虑空间中健身器材运动轴末端原始位置为R0＝[0,ωx，ωy，ωz],根据公式(2)可得经过某个时间当前位置Rt。
Rt＝q×R0×q-1 (2)
(4)根据预设器材要求设置模块上传数据的时间间隔T，NB-IoT模块从触发启动开始每经过T时刻会上传当前健身器材的关键节点空间位置和角速度。
3、云端根据收到的数据周期性地统计每台设备的运动情况并映射到此台设备所绑定的社区完成汇总和依据不同社区将整理好的数据反馈到相应的后台管理应用和器材所在地的显示屏上，具体包括以下步骤：
(1)当云端接收到来自某台设备的数据，会根据设备标识符读取数据库中预设的健身器材基本信息，并根据空间位置变化情况计算器材的使用情况。例如，统计扭腰器的转动角度、转动频率、次数；统计漫步机的摆动角度、摆动距离、频率、次数；统计上肢牵引器的牵引距离、牵引速度、次数。
(2)云端会根据器材的标识符将上传的数据格式化为特定器材的运动数据结构并保存在数据库
(3)云端每隔一定时间运行定时任务将每台设备所绑定器材的运动数据累计下来并根据地理位置信息汇总进它所映射的某个区域的总计数据。
4、后台管理应用接收到的数据通过NB-IoT技术同步回传到器材所在地的显示屏供使用者离线查看，包括以下步骤：
(1)云端提供可视化页面给后台管理应用为管理者提供基于地理位置的社区健身器材运动数据单机详情和总体汇总的图表，服务器提供API响应后台管理应用所请求的筛选条件并搜索到符合条件的数据返回给后台管理应用。
(2)统计完成并通过API展示在后台管理应用上的数据通过NB-IoT模块同步反馈到社区健身器材所在地的显示屏上供人离线查看。
云端通过API将统计好的数据提供给后台管理应用供管理员查看，管理平台会提供一个接口实现管理员对某种健身器材的统计，接口可以根据时间、器材种类和社区参数筛选符合条件的器材运动使用情况。如漫步机会根据数据库保存的数据统计平均摆动角度、平均摆动距离、摆动频率、摆动次数和最后使用时间。同时具有另一个接口提供汇总统计，可以依据相同的参数筛选符合条件的所有器材的汇总统计信息，如漫步机会显示开始日期到结束日期之间以日、周或月为单位的汇总数据。如图3管理者可以根据社区和时间搜索查看或导出某种器材的运动统计数据，如图4管理者也可以通过地图选择需要查看的器材和社区，管理者通过点击图3或图4上的器材或社区后台管理应用会弹出如图5所示的统计图，包含按日、周、月统计的某个器材的单机详情以及某个地区的汇总详情。同时后台管理应用接收到的数据通过NB-IoT技术同步回传到器材所在地的显示屏供使用者离线查看。

Claims (4)

1.一种基于NB-IoT的社区健身器材运动统计方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在社区健身器材上安装包含加速度传感器、陀螺仪组成的运动识别单元模块、NB-IoT的通信模块、太阳能电池以及数据反馈的显示屏；
(2)根据安装设备的器材类型和位置在数据库中设置健身器材运动监测模块标识符所绑定的器材类型和地理位置信息；
(3)传感器模块通过运动触发激活并向云端发送健身器材运动监测模块的标识符，云端会根据接收到的标识符读取器材类型、定义的统计运动数据的结构以及地理位置信息和所对应的地区；
(4)根据预设器材要求设置模块上传数据的时间间隔T，NB-IoT模块从触发启动开始每经过T时刻会上传当前健身器材的关键节点空间位置和角速度；
(5)当云端接收到来自某台设备的数据，会根据设备标识符读取数据库中预设的健身器材基本信息，并根据空间位置变化情况计算器材的使用情况；
(6)云端会根据器材的标识符将上传的数据格式化为特定器材的运动数据结构并保存在数据库；
(7)云端每隔一定时间运行定时任务将每台设备所绑定器材的运动数据累计下来并根据地理位置信息汇总进它所映射的某个区域的总计数据；
(8)云端提供可视化页面给后台管理应用为管理者提供基于地理位置的社区健身器材运动数据单机详情和总体汇总的图表，服务器提供API响应后台管理应用所请求的筛选条件并搜索到符合条件的数据返回给后台管理应用；
(9)统计完成并通过API展示在后台管理应用上的数据通过NB-IoT模块同步反馈到社区健身器材所在地的显示屏上供人离线查看。
2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的社区健身器材运动统计方法，其特征在于，步骤(1)所述的社区健身器材主要包括扭腰器、漫步机、上肢牵引器。
3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的社区健身器材运动统计方法，其特征在于，所述步骤(3)包括以下步骤：
(31)健身器材上安装的传感器获取角速度并用矢量表示，绕x轴旋转的角速度为ωxi，其中i表示旋转轴[1,0,0]；类似地，绕y轴、z轴旋转的角速度为ωyj,ωzk。据此计算出转动的角速度旋转轴为旋转速度为
(32)根据角速度可以得到某个轴上任意两个时刻t0到t1之间的变化角度θ，根据公式(1)将欧拉角θ转换为姿态四元数q。
(33)定义原始空间坐标系，考虑空间中健身器材运动轴末端原始位置为R0＝[0,ωx，ωy，ωz],根据公式(2)可得经过某个时间当前位置Rt：
Rt＝q×R0×q-1。
4.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT的社区健身器材运动统计方法，其特征在于，步骤(5)所述健身器材的基本信息主要包括：扭腰器的转动角度、转动频率、次数；漫步机的摆动角度、摆动距离、频率、次数；上肢牵引器的牵引距离、牵引速度、次数。
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