CN111863246A - 一种面向幼儿体测运动数据采集评估与干预系统及方法 - Google Patents

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CN111863246A CN202010757547.1A CN202010757547A CN111863246A CN 111863246 A CN111863246 A CN 111863246A CN 202010757547 A CN202010757547 A CN 202010757547A CN 111863246 A CN111863246 A CN 111863246A
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Abstract

本发明公开了一种面向幼儿体测运动评估与反馈干预系统，包括：手环、感知端、处理端、和后台服务器，所述感知端获得的基础数据并传输到处理端；所述处理端对收到的基础数据进行初步预判和过滤、优化和校正、压缩和加密，然后通过WIFI模块和因特网发送到后台服务器；所述后台服务器对处理端传输的数据进行数据管理、分析和处理，并进行分析建模、拟合评估和匹配课程；手环与幼儿身份绑定，供所述处理端读取幼儿信息。本发明还公开了一种面向幼儿体测运动数据采集评估与干预方法。本发明对幼儿身体健康起到检测和干预作用，并能对身体不良健康体质进行防控，达到预防为主，干预为辅的目的，降低不良体质状况，提高身心健康水平。

Description

一种面向幼儿体测运动数据采集评估与干预系统及方法
技术领域
本发明涉及智能教育和智能健康技术领域，具体是一种面向幼儿体测运动数据采集评估与干预系统及方法。
背景技术
进入21世纪后，幼儿的体力活动时间不断减少。中国学生体质连续30年下降，严重缺乏锻炼，这是一个亟待解决的问题。学前阶段普遍注重智力教育，忽略体育运动锻炼，幼儿园缺乏科学、规范的幼儿体育教材和师资力量；同时幼儿园以女性教师为主，缺乏男性教师“阳刚”的榜样力量，部分幼儿教育“小学化”。世界卫生组织WHO、中国国家国民体质监测中心、中国儿童体适能运动联盟等重要机构近年来的儿童体质健康数据显示，肥胖低龄化愈加严峻，每6个儿童中就有1个胖子。学龄前近视率达10%，青少年近视率世界第一。同时，42%的幼儿动作发展不协调；体重和身高等身体行态不成比例者达31%以上；骨头不坚硬、关节不灵活、肌肉不发达、心肺功能等不良率超过20%；速度耐力爆发力平衡性等各项严重不足者接近50%。
当前随着社会的发展，幼儿的体育运动的活动量，活动质量，活动方式、方法都产生了日新月异的变化，完整、完善、系统地体测检测和干预，一是有利于增进基本体能，二是有利于提高运动技能，三是有利于培养精神品质，通过评估报告对应适应课程，对幼儿全身心的健康良好发展起到重要作用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种面向幼儿体测运动评估与反馈干预系统，包括：手环、感知端、处理端、和后台服务器，
所述感知端获得的基础数据并传输到处理端；
所述处理端对收到的基础数据进行初步预判和过滤、优化和校正、压缩和加密，然后通过WIFI模块和因特网发送到后台服务器；
所述后台服务器对处理端传输的数据进行数据管理、分析和处理，并进行分析建模、拟合评估和匹配课程；
手环与幼儿身份绑定，供所述处理端读取幼儿信息。
进一步的，所述感知端包括第一处理芯片、传感器和第一LORA模块，第一处理芯片采用STM32单片机，传感器包括光栅传感器、光电传感器、激光传感器、超声波传感器、压力传感器、心率传感器、气流传感器、温湿度传感器、体脂传感器；第一处理芯片用于传感器的数据采集，以获得基础数据；第一LORA模块用于将获得的基础数据传输到处理端。
进一步的，所述光栅传感器与第一处理芯片通过RS485接口相连，用于检测信号有无或者是信号计数，用来识别脚踏信号或者立定跳远的距离，用来记录时间差或记录格数；
所述光电传感器与第一处理芯片通过I/O接口相连，用于检测信号有无，用来识别幼儿是否跑过或爬过起始线或者是终点线，用来记录时间差，检测距离长短，用在幼儿胸围、腿围、臂围等测距；
所述激光传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测距离长短，用来幼儿坐位体前屈测柔韧度测距或网球掷远的扔球距离测量；
所述超声波传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测距离长短，用在幼儿身高测距；
所述压力传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测物体轻重，用在幼儿体重测量，幼儿手掌握力等测力方面；
所述心率传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测脉搏心跳，用在幼儿心率测量；
所述气流传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测气体流量，用在幼儿肺活量测量；
所述温湿度传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测设备周边温湿度环境参数，检测使用环境和对其他传感器设备的温湿度补偿校准，提高稳定性和准确率；
所述体脂传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测身体生物电阻和电流，用在幼儿体脂检测。
进一步的，所述处理端包括第二处理芯片、第二LORA模块、WIFI模块、读卡器、语音播放器、电源管理模块和LED指示灯；第二LORA模块和所述感知端的第一LORA模块连接；第二处理芯片对收到的基础数据进行初步预判和过滤、优化和校正、压缩和加密，然后通过WIFI模块和因特网发送到后台服务器；读卡器用来读取幼儿佩戴的手环信息，手环与幼儿身份绑定，当读取手环信息时，语音播放器播放该幼儿的相关信息；电源管理模块用来管理电池，给处理端供电；LED指示灯指示电池余量，WIFI模块和第二LORA模块的连接状态。
进一步的，所述后台服务器的数据分析过程根据不同测试类型进行评分，分为两种形式，分别是时间项目和长度项目。
进一步的，时间项目评分方式：
标准会给入4个区间，根据成绩，先判断成绩落在哪个区间，每个区间代表的加分项不同；
第一区间：加0分
第二区间：加25分
第三区间：加50分
第四区间：加75分
超过第4区间上限：100分
以上条件均不满足：0分；
每个区间的下限-上限，除以25，得到每一分代表多少的数字，然后将下限-成绩，四舍五入，取出该成绩代表的分数，再根据之前的加分去计算出实际分数。
进一步的，长度项目评分方式：
标准会给入4个区间，根据成绩，先判断成绩落在哪个区间，每个区间代表的加分项不同；
第一区间：加0分
第二区间：加25分
第三区间：加50分
第四区间：加75分
超过第4区间上限：100分
以上条件均不满足：0分
每个区间的上限-下限，除以25，得到每一分代表多少的数字，然后将成绩-下限，四舍五入，取出该成绩代表的分数，再根据之前的加分去计算出实际分数。
一种面向幼儿体测运动数据采集评估与干预方法，包括以下步骤：
一、提前录入幼儿基本信息，姓名、性别、年龄、班级，然后通过绑定身份手环进行测试体验，在幼儿玩耍和测试过程中，采集身高、体重、体脂、静心率、胸围、握力、肺活量、上肢力量、下肢力量、灵敏反应、速度、反应力、平衡力、弹跳力等数据；
二、对步骤一得到的数据进行初步预判和过滤，优化和校正，压缩和加密，然后初步处理通过WIFI模块和因特网发送到后台服务器；
三、对步骤二得到的数据进行进一步加权处理，约束范围，分类筛选，深度分析，通过数据学习和挖掘进行数据归类和归纳，通过建模匹配幼儿健康数据，生成评估报告；
四、对步骤三得到的数据报告，通过雷达图的的分形式进行幼儿身体健康的预防和矫正分析，通过数据拟合和数据匹配机制，对应相应课程，课程包括心理课程，体能课程，体能课程包括游戏，运动，活动等，不同课程对应不同幼儿体质健康的专项能力。
进一步的，该方法还包括：
五、步骤四的课程结束后进一步训练和干预，达到优化和改善幼儿体质健康，一段时间后再次通过该方法对幼儿进行闭环监测，以便进一步优化幼儿体质健康。
本发明在课外活动期间，课程游戏期间，亲子运动会期间（孩子和家长共同参与的活动），通过孩子自由方式玩耍和活动，直接和间接获取孩子的运动数据。对采集到的数据进行预处理并通过通信层进行传输，然后对数据进行储存、过滤、筛选以及备用，通过建立的数据模型进一步进行数据降噪，校正，预处理，最后经过后台服务器的评估模型，风险机制，匹配机制输出对应的健康运动方案和指导幼儿运动方案。本发明对幼儿身体健康起到检测和干预作用，并能对身体不良健康体质进行防控，达到预防为主，干预为辅的目的，降低不良体质状况，提高身心健康水平。
附图说明
图1是本发明的面向幼儿体测运动数据采集评估与干预系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式详细说明。
如图1所示，本发明的面向幼儿体测运动评估与反馈干预系统，包括：手环、感知端、处理端、和后台服务器。
孩子体测运动数据包括基本数据和运动数据，基本数据包括孩子姓名、性别、年龄、班级等；运动数据包括时间、距离、重力、高度、长度、速度。体质数据包括平衡力，上肢力量，下肢力量，柔韧度，弹跳能力，握力，心率，身高，体重，肺活量，视力，灵敏反应，加速度和往返反应情况等。
所述感知端包括第一处理芯片、传感器和第一LORA模块，第一处理芯片采用STM32单片机，传感器包括光栅传感器、光电传感器、激光传感器、超声波传感器、重力传感器、心率传感器、气流传感器、温湿度传感器、电子尺传感器、握力传感器、体脂传感器。第一处理芯片用于传感器的数据采集以获得基础数据。第一LORA模块用于将获得的基础数据传输到处理端。
光栅传感器与第一处理芯片通过RS485接口相连，用于检测信号有无或者是信号计数，用来识别脚踏信号或者立定跳远的距离，用来记录时间差或记录格数（每格有一定的距离，可以记录距离）；
光电传感器与第一处理芯片通过I/O接口相连，用于检测信号有无，用来识别幼儿是否跑过（爬过）起始线或者是终点线，用来记录时间差；用在幼儿胸围、腿围、臂围等测距（周长）；
激光传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测距离长短，用来幼儿坐位体前屈测柔韧度测距或网球掷远的扔球距离测量；
超声波传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测距离长短，用在幼儿身高测距（测高）；
压力传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测物体轻重，用在幼儿体重测量，用在幼儿手掌握力等测力方面；
心率传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测脉搏心跳，用在幼儿心率测量；
气流传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测气体流量，用在幼儿肺活量测量；
温湿度传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测设备周边温湿度环境参数，检测使用环境和对其他传感器设备的温湿度补偿校准，提高稳定性和准确率；
体脂传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测身体生物电阻和电流，用在幼儿体脂检测。
处理端包括第二处理芯片、第二LORA模块、WIFI模块、读卡器、语音播放器、电源管理模块和LED指示灯。
第二LORA模块和所述感知端的第一LORA模块连接。
第二处理芯片对收到的基础数据进行初步预判和过滤、优化和校正、压缩和加密，然后通过WIFI模块和因特网发送到后台服务器。
读卡器用来读取幼儿佩戴的手环信息，手环与幼儿身份绑定，当读取手环信息时，语音播放器播放该幼儿的相关信息。
电源管理模块用来管理电池，给处理端供电。
LED指示灯指示电池余量，WIFI模块和第二LORA模块的连接状态。
后台服务器对处理端传输的数据进行数据管理、分析和处理，并进行分析建模、拟合评估和匹配课程。
数据分析过程根据不同测试类型进行评分，分为两种形式，分别是时间项目（10米折返跑/双脚连续跳/平衡木）和长度项目（身高、立定跳远，网球掷远，坐位体前屈）。
长度项目评分方式：
标准会给入4个区间，根据成绩，先判断成绩落在哪个区间，每个区间代表的加分项不同。
第一区间：加0分
第二区间：加25分
第三区间：加50分
第四区间：加75分
超过第4区间上限：100分
以上条件均不满足：0分
每个区间的上限-下限，除以25，得到每一分代表多少的数字，然后将成绩-下限，四舍五入，取出该成绩代表的分数，再根据之前的加分去计算出实际分数。
时间项目评分方式：
标准会给入4个区间，根据成绩，先判断成绩落在哪个区间，每个区间代表的加分项不同。
第一区间：加0分
第二区间：加25分
第三区间：加50分
第四区间：加75分
超过第4区间上限：100分
以上条件均不满足：0分
每个区间的下限-上限，除以25，得到每一分代表多少的数字，然后将下限-成绩，四舍五入，取出该成绩代表的分数，再根据之前的加分去计算出实际分数。
身高体重评分方式：
标准会给进5个区间，其中，第一区间只有上限，这里取其0.7倍的值为下限，第五区间只有下限，这里取1.3倍的值为上限。根据身高，先判断身高落在哪个区间，获得身高对应的5个体重区间。
1、若在第一区间，对应的分数是0-60分，先将上限-下限，除60，得到每一分代表多少的数字，然后将体重-下限后的绝对值去除上面得到的数字，四舍五入后得到评分，若评分大于60则为0分，否则取60-得分后的负数，以区间代表【超轻】；
2、若在第二区间，对应的分数是60-80分，先将上限-下限除以2，以取其中间值，再将中间值除20，得到每一分代表多少的数字。再取体重减去下限+中间值除以每分的数字后，取绝对值后四舍五入。再用80-该值，取其负数，即是分数，此区间代表【偏轻】；
3、若在第三区间，对应的分数是80-100分，先将上限-下限除2，得到中间值，它表示100分。将此值除20，得到每一分代表多少。再取体重减去下限+中间值除以每分的数字后，取绝对值后四舍五入。再用100-该值，此区间代表【正常】；
4、若在第四区间，对应的分数是60-80分，先将上限-下限除以2，以取其中间值，再将中间值除20，得到每一分代表多少的数字。再取体重减去下限+中间值除以每分的数字后，取绝对值后四舍五入。再用80-该值，即是分数，此区间代表【偏重】；
5、若在第五区间，对应的分数是0-60分，先将上限-下限，除60，得到每一分代表多少的数字，然后将体重-下限后的绝对值去除上面得到的数字，四舍五入后得到评分，若评分大于60则为0分，否则取60-得分，以区间代表【超重】；
6、若不落在任何一个区间，表示其体重低于第一区间下限或高于第五区间上限，则取0分；
体重分数级别评测：
0 : 表示体重过重或者过轻，过于异常
【-80，-61】： 偏轻
【-60，-1】：超轻
【1，60】：超重
【61，80】：偏重
【81，100】： 正常。
根据评分进行相应的智能推荐，根据成绩得分、年级、推荐指数，进行相应的测试推荐。
能力评分
体重：取体重最后一次得分
身高：取身高最后一次得分
平衡素质：取平衡木最后一次得分
柔韧：取坐位体前屈最后一次得分
上肢力量：取网球掷远最后一次得分
下肢力量：取双脚连续跳、立定跳远两项测试得分的平均分。
评估报告生成
1.身高、体重、10米折返跑、立定跳远、网球掷远、双脚连续跳、坐位体前屈、平衡木，分别计算我的成绩（最后一次）、班级、年级、市级、全国的平均成绩进行统计；本次、上次对比；
2.根据分别对第一条中的每一项进行测试推荐；
3.综合评分：身高、体重、灵敏素质、上肢力量、下肢力量、柔韧、平衡能力等分别进行本次、上次对比；
4.分别对第三条中的每一项进行能力评分；
5.分别对第三条中的每一项进行测试推荐。
本发明的面向幼儿体测运动数据采集评估与干预方法，包括以下步骤：
一、提前录入幼儿基本信息，姓名、性别、年龄、班级，然后通过绑定身份手环进行测试体验，在幼儿玩耍和测试过程中，采集身高、体重、体脂、静心率、胸围、握力、肺活量、上肢力量、下肢力量、灵敏反应、速度、反应力、平衡力、弹跳力等数据；
二、对步骤一得到的数据进行初步预判和过滤，优化和校正，压缩和加密，然后初步处理通过WIFI模块和因特网发送到后台服务器；
三、对步骤二得到的数据进行进一步加权处理，约束范围，分类筛选，深度分析，通过数据学习和挖掘进行数据归类和归纳，通过建模匹配幼儿健康数据，生成评估报告；
四、对步骤三得到的数据报告，通过雷达图的的分形式进行幼儿身体健康的预防和矫正分析，通过数据拟合和数据匹配机制，对应匹配相应的课程，课程包括心理课程，体能课程，体能课程包括游戏，运动，活动等，不同课程对应不同幼儿体质健康的专项能力；
五、步骤四的课程结束后进一步训练和干预，达到优化和改善幼儿体质健康，一段时间后再次通过该方法对幼儿进行闭环监测，以便进一步优化幼儿体质健康。
上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不仅限于上述实施方式，在所属技术和产品领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种优化和完善。

Claims (9)

1.一种面向幼儿体测运动评估与反馈干预系统，包括：手环、感知端、处理端、和后台服务器，其特征在于：
所述感知端获得的基础数据并传输到处理端；
所述处理端对收到的基础数据进行初步预判和过滤、优化和校正、压缩和加密，然后通过WIFI模块和因特网发送到后台服务器；
所述后台服务器对处理端传输的数据进行数据管理、分析和处理，并进行分析建模、拟合评估和匹配课程；
手环与幼儿身份绑定，供所述处理端读取幼儿信息。
2.如权利要求1所述的面向幼儿体测运动评估与反馈干预系统，其特征在于：
所述感知端包括第一处理芯片、传感器和第一LORA模块，第一处理芯片采用STM32单片机，传感器包括光栅传感器、光电传感器、激光传感器、超声波传感器、压力传感器、心率传感器、气流传感器、温湿度传感器、体脂传感器；第一处理芯片用于传感器的数据采集，以获得基础数据；第一LORA模块用于将获得的基础数据传输到处理端。
3.如权利要求2所述的面向幼儿体测运动评估与反馈干预系统，其特征在于：
所述光栅传感器与第一处理芯片通过RS485接口相连，用于检测信号有无或者是信号计数，用来识别脚踏信号或者立定跳远的距离，用来记录时间差或记录格数；
所述光电传感器与第一处理芯片通过I/O接口相连，用于检测信号有无，用来识别幼儿是否跑过或爬过起始线或者是终点线，用来记录时间差，检测距离长短，用在幼儿胸围、腿围、臂围等测距；
所述激光传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测距离长短，用来幼儿坐位体前屈测柔韧度测距或网球掷远的扔球距离测量；
所述超声波传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测距离长短，用在幼儿身高测距；
所述压力传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测物体轻重，用在幼儿体重测量，幼儿手掌握力等测力方面；
所述心率传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测脉搏心跳，用在幼儿心率测量；
所述气流传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测气体流量，用在幼儿肺活量测量；
所述温湿度传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测设备周边温湿度环境参数，检测使用环境和对其他传感器设备的温湿度补偿校准，提高稳定性和准确率；
所述体脂传感器与第一处理芯片通过UART接口相连，用于检测身体生物电阻和电流，用在幼儿体脂检测。
4.如权利要求2所述的面向幼儿体测运动评估与反馈干预系统，其特征在于：
所述处理端包括第二处理芯片、第二LORA模块、WIFI模块、读卡器、语音播放器、电源管理模块和LED指示灯；第二LORA模块和所述感知端的第一LORA模块连接；第二处理芯片对收到的基础数据进行初步预判和过滤、优化和校正、压缩和加密，然后通过WIFI模块和因特网发送到后台服务器；读卡器用来读取幼儿佩戴的手环信息，手环与幼儿身份绑定，当读取手环信息时，语音播放器播放该幼儿的相关信息；电源管理模块用来管理电池，给处理端供电；LED指示灯指示电池余量，WIFI模块和第二LORA模块的连接状态。
5.如权利要求2所述的面向幼儿体测运动评估与反馈干预系统，其特征在于：所述后台服务器的数据分析过程根据不同测试类型进行评分，分为两种形式，分别是时间项目和长度项目。
6.如权利要求5所述的面向幼儿体测运动评估与反馈干预系统，其特征在于：时间项目评分方式：
标准会给入4个区间，根据成绩，先判断成绩落在哪个区间，每个区间代表的加分项不同；
第一区间：加0分
第二区间：加25分
第三区间：加50分
第四区间：加75分
超过第4区间上限：100分
以上条件均不满足：0分；
每个区间的下限-上限，除以25，得到每一分代表多少的数字，然后将下限-成绩，四舍五入，取出该成绩代表的分数，再根据之前的加分去计算出实际分数。
7.如权利要求5所述的面向幼儿体测运动评估与反馈干预系统，其特征在于：长度项目评分方式：
标准会给入4个区间，根据成绩，先判断成绩落在哪个区间，每个区间代表的加分项不同；
第一区间：加0分
第二区间：加25分
第三区间：加50分
第四区间：加75分
超过第4区间上限：100分
以上条件均不满足：0分
每个区间的上限-下限，除以25，得到每一分代表多少的数字，然后将成绩-下限，四舍五入，取出该成绩代表的分数，再根据之前的加分去计算出实际分数。
8.一种面向幼儿体测运动数据采集评估与干预方法，包括以下步骤：
一、提前录入幼儿基本信息，姓名、性别、年龄、班级，然后通过绑定身份手环进行测试体验，在幼儿玩耍和测试过程中，采集身高、体重、体脂、静心率、胸围、握力、肺活量、上肢力量、下肢力量、灵敏反应、速度、反应力、平衡力、弹跳力等数据；
二、对步骤一得到的数据进行初步预判和过滤，优化和校正，压缩和加密，然后初步处理通过WIFI模块和因特网发送到后台服务器；
三、对步骤二得到的数据进行进一步加权处理，约束范围，分类筛选，深度分析，通过数据学习和挖掘进行数据归类和归纳，通过建模匹配幼儿健康数据，生成评估报告；
四、对步骤三得到的数据报告，通过雷达图的的分形式进行幼儿身体健康的预防和矫正分析，通过数据拟合和数据匹配机制，对应匹配相应的课程，课程包括心理课程，体能课程，体能课程包括游戏，运动，活动等，不同课程对应不同幼儿体质健康的专项能力。
9.如权利要求8所述的面向幼儿体测运动数据采集评估与干预方法，其特征在于还包括：
五、步骤四的课程结束后进一步训练和干预，达到优化和改善幼儿体质健康，一段时间后再次通过该方法对幼儿进行闭环监测，以便进一步优化幼儿体质健康。
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