CN112516559A - 一种适用于滑雪训练台的动作评价与动作指导方法 - Google Patents

一种适用于滑雪训练台的动作评价与动作指导方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种适用于滑雪训练台的动作评价与动作指导方法，属于运动训练评价指导领域。本发明采集滑雪训练者四种数据；划分训练者滑雪技能等级，记录技术评分，并计算得出对应滑行数据评分公式；结合训练者全身六个特征，将所述特征进行归一化处理，采用加权欧式距离法与专业滑雪者的特征进行相似性度量，将相似性度量结果进行线性拟合得到最终综合评分。本发明将滑雪者在滑雪训练台上的运动分为三个区域，分别在每个区域对训练者进行实时有针对性的训练指导。本发明通过实时数据显示能够实现对在滑雪训练台上的训练者实时动作指导；还能够通过存储四种关键数据方便训练者做历史训练数据对比分析，提升动作评价和动作指导效率和效果。

Description

一种适用于滑雪训练台的动作评价与动作指导方法
技术领域
本发明涉及一种适用于滑雪训练台的动作评价与动作指导方法，属于运动训练评价指导 领域。
背景技术
据调查显示，我国目前在冰雪行业里存在三大短板：群众参与度不够、场地建设不足、 专业人才短缺。
滑雪运动参与度低
中国人民大学中国调查与数据中心表示，仅有3.9％的中学生能在学校接受过冰雪运动的 相关课程，14.9％的家长带孩子参加过冰雪运动，而专业性的冰雪运动参加比例不超过5％。 从这项数据就能看出群众对冰雪运动的参与度还远远不够。
室外滑雪受限明显
滑雪运动不同于其他运动，在场地方面受到诸多限制，居住地附近缺乏甚至没有运动场 地，在时间方面也成为许多人没能参加冰雪运动的重要原因。场地和时间的限制既影响了普 通群众参与进滑雪项目中来，也影响了专业滑雪运动的训练时间，大大降低了专业运动员的 训练效率。
滑雪缺少科学化训练
在滑雪时，身体姿态的控制和足部发力的控制都影响着滑行质量，因此，身体姿态和足 底压力数据能够反映出运动员滑雪时的特点和水平。目前，我国在高山滑雪项目的训练过程 中，缺乏根据运动专项特点进行针对性训练的科学指导方法，没有科学和系统性的训练会导 致运动员无法掌握提高能力的技巧，且容易造成错误的肌肉记忆和滑行习惯，使得运动员无 法达到国际顶尖水平。
为了减少滑雪场地的限制，目前市场上有多种滑雪训练台帮助运动员在室内进行训练， 但这些设备都是只提供回转运动的滑台，没有给运动员提供相关数据的展示和技术分析，运 动员无法直观的认识到彼此之间能力的差距和需要提升的地方。以德国司凯泰思研发的滑雪 训练台为例，这套设备为各国专业滑雪运动员提供训练，也可以配备VR系统，但不能提供滑 雪相关的技术分析。
专利文献CN201810723314.2提供了一种智能滑雪监测系统和滑雪数据监测方法，可以分 析室外滑雪的最大速度、平均速度、滑行时长、滑雪里程等，但此专利也存在部分缺陷，比 如只用于单板滑雪，没有应用于双板滑雪，且没有滑雪时全身的姿态检测和关于足底压力的 数据统计和分析。
发明内容
本发明公开的一种适用于滑雪训练台的动作评价与动作指导方法要解决的技术问题是： 能够实现在滑雪训练台上对训练者的动作评价，且具有如下优点：(1)采集滑雪训练者在滑 行过程中的四种关键数据，并融合所述四种关键数据，提高对训练者的动作评价的准确性； (2)为滑雪训练者提供全面、详细、快速的技术数据分析，提高滑雪训练者训练效率；(3) 针对五个能体现训练者滑雪水平的技术实时提供有针对性的评分方法，所述五个技术分别是 回转速度、回转最大倾角、重心高度、上身稳定性以及下肢姿态，提高动作评价的全面性。 (4)通过提取训练者在滑雪训练台上的六个特征，所述特征分别为周期回转速度、周期内最 大左回转倾角，周期内最大左回转倾角，人体矢状面上背部与地面的夹角、人体冠状面上背 部倾角范围、人体矢状面是大腿与小腿间的夹角，将特征进行归一化处理，采用加权欧式距 离法与专业滑雪者的特征进行相似性度量，将相似性度量结果进行线性拟合得到最终综合评 分，实现对训练者提的综合动作评价，六种特征的融合让评价更加准确。
此外，实现适用于滑雪训练台的动作评价的基础上，本发明公开的一种适用于滑雪训练 台的动作评价与动作指导方法还能够解决下述技术问题：根据上述滑雪动作评价方法，将滑 雪训练台分为三个区域，分别在每个人区域对训练者实现实时训练指导。
本发明公开的一种适用于滑雪训练台的动作评价与动作指导方法，采集四种关键数据提 高能够对训练者动作评价的准确性和全面性，通过实时数据显示能够实现对在滑雪训练台上 的训练者实时动作指导；还能够通过存储四种关键数据方便训练者做历史训练数据对比分析， 提升动作评价和动作指导效率和效果。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明公开的一种适用于滑雪训练台的动作评价方法，包括如下步骤：
步骤一：采集滑雪训练者在滑雪训练台上的四种数据，训练台为为滑台式训练台或跑台 式训练台，所述四种数据分别为：人体姿态数据、足底压力数据、滑板与滑雪训练台两端的 距离数据、滑板倾角数据。采用距离测量模块测量训练者滑板与训练台两侧的距离，采用倾 角检测模块测量滑雪者两个滑板的倾角，采用足底压力检测鞋垫检测滑雪训练者足底的压力， 采用人体姿态检测模块检测人体各部位的姿态。
两个距离测量模块分别安装在训练台两端，用以测量滑板与训练台两侧的距离；两个倾 角检测模块分别安装在左右两个滑板后端，用以测量两个滑板的倾角；两个足底压力检测鞋 垫分别放在两个雪鞋里，用以检测足底压力；人体姿态检测包括10个节点，穿戴部位分别为 左右肩膀、左右大臂、后背、髋、左右大腿、左右小腿，每个节点采集的数据包括俯仰角、 偏航角和滚转角。
步骤二：对步骤一所述的四种数据进行传输，发往服务器。
步骤三：对步骤二传输的四种数据进行分析，实时给出对训练者有用的技术数据，所述 技术数据包括：左右回转半径、左右回转次数、平均回转时间、周期内回转速度、回转周期 内左右脚最大发力、左右滑板最大倾角。
步骤3.1：针对步骤二传输的训练者滑板与滑雪训练台两端的距离数据求出左回转半径或 右回转半径，即一个回转周期内训练者所能到达的最左端与滑台中间的距离或最右端与滑台 中间的距离。根据滑雪训练者滑板与滑雪训练台两端的距离数据，计算训练者回转半径。
步骤3.2：针对步骤二传输的滑雪训练者滑板与滑雪训练台两端的距离数据，计算训练者 左右回转次数。左回转指训练者从训练台中间滑行到训练台左端再回到训练台中间的完整过 程。右回转指训练者从训练台中间滑行到训练台右端再回到训练台中间的完整过程。
步骤3.3：对步骤3.2得到的回转次数进行计时，得到平均左右回转时间，即完成一个左 回转运动所需要的时间或完成一个右回转运动所需要的时间。
步骤3.4：对步骤3.3得到的回转时间与滑雪训练者滑板与滑雪训练台两端的距离数据进 行计算，得到周期内回转速度，即训练者完成一个左回转和一个右回转运动的平均速度。平 均速度的公式如下
Figure BDA0002807785960000031
其中，v完成一个回转周期的平均回转速度，单位为米/秒，rl左回转半径，单位为米，rr表右回转半径，单位为米，t代表完成一个完整回转周期所用时间,单位为秒。
步骤3.5：根据足底压力测量模块得到的压力数据，计算得到训练者完成一个周期回转运 动的左右脚最大发力。
步骤3.6：根据倾角测量模块得到的训练者滑板的倾斜角度，计算得到训练者完成一个周 期回转运动的滑板最大倾角。
步骤四：将在滑雪训练台上滑行的训练者根据滑雪技能划分等级，分别记录对应等级的 训练者的五种滑行数据的技术评分，并根据训练者的五种滑行数据的技术评分分别对每种滑 行数据记录进行拟合或分段评分，计算得出对应滑行数据评分公式。所述滑行数据分别为回 转速度、回转最大倾角、人体矢状面上背部与地面的夹角、人体冠状面上上身最大倾斜角度 与垂直轴的夹角、人体矢状面上大腿与小腿之间的夹角。所述五种滑行数据分别对应五种评 分。所述五种评分分别为回转速度评分、回转最大倾角评分、重心高度评分、上身稳定性评 分、下肢姿态评分。
步骤4.1：将在滑雪训练台上滑行的训练者分为四种等级，分别是滑雪教练员、滑雪业余 爱好者、滑雪初学者、无滑雪经验者。分别记录四种等级的训练者的五种滑行数据，所述滑 行数据分别为回转速度、回转最大倾角、人体矢状面上背部与地面的夹角、人体冠状面上上 身最大倾斜角度与垂直轴的夹角、人体矢状面上大腿与小腿之间的夹角。
步骤4.2：对步骤4.1采集的四种等级的训练者的回转速度进行拟合，计算得出速度评分 公式
Figure BDA0002807785960000041
其中，Sv表示回转速度评分，v表示回转平均速度，v1为滑雪教练员完成一个回转周期的 平均速度，v2为滑雪业余爱好者完成一个回转周期的平均速度，v3为滑雪初学者完成一个回 转周期的平均速度，v4为无滑雪经验者完成一个回转周期的平均速度。
步骤4.3：对步骤4.1采集的四种等级的训练者的回转最大倾角进行拟合，计算得出回转 最大倾角评分公式
Figure BDA0002807785960000042
其中，Sα表示速度评分，α表示回转最大倾角，α1为滑雪教练员完成一个回转运动最大倾 角，α2为滑雪业余爱好者完成一个回转运动最大倾角，α3为滑雪初学者完成一个回转运动最 大倾角，α4为无滑雪经验者完成一个回转运动最大倾角，单位为度。
步骤4.4：对步骤4.1采集的四中等级的训练者回转时在人体矢状面上背部与地面的夹角， 进行分段评分，计算得出重心高度分段评分公式
Figure BDA0002807785960000051
其中，Sβ表示重心高度评分，β表示在人体矢状面上背部与地面的夹角，β1为滑雪教练员 背部与地面的夹角，β2为滑雪业余爱好者背部与地面的夹角，β3为滑雪初学者背部与地面的 夹角，β4为无滑雪经验者背部与地面的夹角，单位为度。
步骤4.5：对步骤4.1采集的四种等级的训练者回转时在在人体冠状面上，上身最大倾斜 角度与垂直轴的夹角，进行分段评分，计算得出上身稳定性分段评分公式
Figure BDA0002807785960000052
其中，Sγ表示上身稳定性评分，γ表示在人体冠状面上，上身最大倾斜角度与垂直轴的夹 角，滑雪教练员在做回转运动时，上身最大倾斜角度与垂直轴的夹角在0-γ1范围内，滑雪业 余爱好者上身最大倾斜角度与垂直轴的夹角在γ1-γ2范围内，滑雪初学者和无滑雪经验者上身 最大倾斜角度与垂直轴的夹角均大于γ3，单位为度。
步骤4.6：对步骤4.1采集的四种等级的训练者回转时在人体矢状面上大腿与小腿之间的 夹角，进行分段评分，计算得出下肢姿态分段评分公式
Figure BDA0002807785960000053
其中，Sθ表示在下肢姿态评分，θ表示人体矢状面上大腿与小腿之间的夹角，滑雪教练员 大腿与小腿之间的夹角在θ1-θ2范围内；滑雪业余爱好者大腿与小腿之间的夹角在θ2-θ3范围内； 滑雪初学者大腿与小腿之间的夹角在θ3-θ4范围内；无滑雪经验者大腿与小腿之间的夹角在 θ4-θ5范围内，单位为度。
步骤五：上述步骤四给出针对五种不同滑行数据的能够体现训练者水平的技术评分，为 了提高评分的准确性，步骤五提取训练者全身六个特征，所述特征分别为分别是周期回转速 度、周期内最大左回转倾角，周期内最大左回转倾角，人体矢状面上背部与地面的夹角、人 体冠状面上背部倾角范围、人体矢状面是大腿与小腿间的夹角。将所述六个特征进行归一化 处理，采用加权欧式距离法与专业滑雪者的特征进行相似性度量，将相似性度量结果进行线 性拟合得到最终综合评分，实现对训练者提的综合动作评价。相比于步骤四分别针对五种技 术进行评分，步骤五的综合评分方法融合六种特征数据，使评分更加准确。
步骤5.1：提取滑雪教练员的六个标准滑行特征，按上述特征顺序顺序分别记为y1，y2， y3，y4，y5，y6，提取任意滑雪者的滑行特征，按上述顺序分别记为x1，x2，x3，x4，x5，x6，采用线性函数归一化方法将教练员和滑雪者的六种特征进行归一化处理，使特征映射到[0,1] 范围内，线性归一化公式如下式所示。
Figure BDA0002807785960000061
步骤5.2：对步骤5.1提取的六种特征，采用加权欧式距离法对比滑雪者与滑雪教练员动 作接近程度，相似性度量公式如下式所示。
Figure BDA0002807785960000062
Figure BDA0002807785960000063
其中，Wi为各特征对应的权重，Yi为教练员经过归一化后的特征数据，Xi为任意滑雪者经 过归一化后的特征数据。
作为优选，步骤5.2中，W1＝W4＝W5＝W6＝0.2，W2＝W3＝0.1。
步骤5.3：针对5.2的相似性度量结果进行线性拟合，其中滑雪教练员的特征数据为满分 100分，滑雪业余爱好者的特征数据为80分、滑雪初学者的特征数据为60分、无滑雪经验 者的特征数据为40分，得到最终综合评分公式
S＝-60d+100
其中，S为综合评分，d为相似性度量结果。
本发明还公开一种适用于滑雪训练台的动作指导方法，包括所述一种适用于滑雪训练台 的动作评价方法的步骤一至步骤五，还包括步骤六：针对步骤四给出的五种滑行数据不同技 术评分和步骤五给出的综合评分，将滑雪者在滑雪训练台上的运动分为三个区域，并根据步 骤四给出的五种滑行数据不同技术评分和步骤五给出的综合评分，结合对应区域的动作指导 公式，分别在每个区域对训练者进行实时有针对性的训练指导。
步骤6.1：将滑雪者在滑雪训练台上的运动分为三个区域，分别是左回转区域、右回转区 域、中间区域；所述左回转区域为滑板距离滑雪仪左侧前30％的距离、所述右回转区域为滑 板距离滑雪仪右侧前30％的距离、所述中间区域为去除左右回转区域的剩余区域。
步骤6.2：针对步骤6.1划分的三个区域，根据步骤四给出的五种滑行数据不同技术评分 和步骤五给出的综合评分，结合对应区域的动作指导公式，分别在每个区域对训练者进行实 时有针对性的训练指导。
左回转区域
Figure BDA0002807785960000071
其中，α1l表示左回转区域内滑雪教练员回转周期内滑板最大倾角，左回转区域内滑雪教 练员矢状面上大腿与小腿之间的夹角范围为θ1l-θ2l。
右回转区域
Figure BDA0002807785960000072
其中，α1r表示右回转区域内滑雪教练员回转周期内滑板最大倾角，右回转区域内滑雪教练 员矢状面上大腿与小腿之间的夹角范围为θ1r-θ2r。
中间区域
Figure BDA0002807785960000073
其中，β1表示中间区域内滑雪教练员矢状面上背部与地面的夹角，γ1表示滑雪教练员周期 回转运动中上身倾斜角度与垂直轴的夹角，中间区域内滑雪教练员矢状面上大腿与小腿之间 的夹角范围为θ1m-θ2m。
本发明公开的一种适用于滑雪训练台的动作评价与动作指导方法，包括所述一种适用于 滑雪训练台的动作评价方法的步骤一至步骤五，或包括所述一种适用于滑雪训练台的动作指 导方法，步骤一至步骤六，还包括步骤七：采集四种关键数据能够提高对训练者动作评价的 准确性和全面性，通过实时数据显示能够实现对在滑雪训练台上的训练者实时动作指导；还 能够通过存储四种关键数据方便训练者做历史训练数据对比分析，提升动作评价和动作指导 效率和效果。
所述四种关键数据包括传输数据、技术数据、评分数据、训练指导数据；即针对步骤二 所述的传输数据，步骤三所述的技术数据，步骤四所述的五种不同技术评分，步骤五所述的 综合评分，步骤六所述的训练指导数据。
有益效果：
1、本发明公开的一种适用于滑雪训练台的动作评价与动作指导方法，采集滑雪训练者在 滑雪训练台上的人体姿态数据、足底压力数据、滑板与滑雪训练台两端的距离数据、滑板倾 角数据四种数据，对传输的四种数据进行分析，实时给出对训练者有用的技术数据；将在滑 雪训练台上滑行的训练者根据训练者滑雪技能划分等级，分别记录对应等级的训练者的五种 滑行数据的技术评分，并根据训练者的五种滑行数据的技术评分分别对每种滑行数据记录进 行拟合或分段评分，计算得出对应滑行数据评分公式；将在滑雪训练台上滑行的训练者根据 滑雪技能划分等级，分别记录对应等级的训练者的五种滑行数据的技术评分，并根据训练者 的五种滑行数据的技术评分分别对每种滑行数据记录进行拟合或分段评分，计算得出对应滑 行数据评分公式，方便训练者有针对性的提高五种不同滑行技能。
2、本发明公开的一种适用于滑雪训练台的动作评价与动作指导方法，在实现有益效果1 的基础上，根据给出针对五种不同滑行数据的能够体现训练者水平的技术评分及相应滑行数 据评分公式，结合提取的训练者全身六个特征，将所述六个特征进行归一化处理，采用加权 欧式距离法与专业滑雪者的特征进行相似性度量，将相似性度量结果进行线性拟合得到最终 综合评分，实现对训练者提的综合动作评价。通过综合评分方法融合六种特征数据，使评分 更加准确。
3、本发明公开的一种适用于滑雪训练台的动作评价与动作指导方法，针对五种滑行数据 不同技术评分和综合评分，将滑雪者在滑雪训练台上的运动分为三个区域，并结合试验和实 测数据积累，总结出对应区域的动作指导公式，根据给出的五种滑行数据不同技术评分和综 合评分，结合对应区域的动作指导公式，分别在每个区域对训练者进行实时有针对性的训练 指导。
4、本发明公开的一种适用于滑雪训练台的动作评价与动作指导方法，通过采集四种关键 数据能够提高对训练者动作评价的准确性和全面性，通过实时数据显示能够实现对在滑雪训 练台上的训练者实时动作指导；还能够通过存储四种关键数据方便训练者做历史训练数据对 比分析，提升动作评价和动作指导效率和效果。
附图说明
图1本发明的一种适用于滑雪训练台的动作评价与动作指导方法流程示意图；
图2本发明的一种适用于滑雪训练台的动作评价与动作指导方法系统结构图；
图3本发明基于滑台式滑雪训练台的系统方案图；
图4本发明基于跑台式滑雪训练台的系统方案图；
图5本发明上位机功能图。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
如图1和图2所示，本实施例公开的一种适用于滑雪训练台的动作评价方法，具体实现 步骤如下：
步骤一：采集滑雪训练者在滑雪训练台上的四种数据，训练台可以为滑台式训练台(图 3)和跑台式训练台(图4)，所述四种数据分别为：人体姿态数据、足底压力数据、滑板与 滑雪训练台两端的距离数据、滑板倾角数据。采用距离测量模块测量训练者滑板与训练台两 侧的距离，采用倾角检测模块测量滑雪者两个滑板的倾角，采用足底压力检测鞋垫检测滑雪 训练者足底的压力，采用人体姿态检测模块检测人体各部位的姿态。
两个距离测量模块分别安装在训练台两端，用以测量滑板与训练台两侧的距离；两个倾 角检测模块分别安装在左右两个滑板后端，用以测量两个滑板的倾角；两个足底压力检测鞋 垫分别放在两个雪鞋里，用以检测足底压力；人体姿态检测包括10个节点，穿戴部位分别为 左右肩膀、左右大臂、后背、髋、左右大腿、左右小腿，每个节点采集的数据包括俯仰角、 偏航角和滚转角。
步骤二：对步骤一所述的四种数据进行传输，发往服务器。
步骤三：对步骤二传输的四种数据进行分析，实时给出对训练者有用的技术数据，所述 技术数据包括：左右回转半径、左右回转次数、平均回转时间、周期内回转速度、回转周期 内左右脚最大发力、左右滑板最大倾角。
步骤3.1：针对步骤二传输的训练者滑板与滑雪训练台两端的距离数据求出左(右)回转 半径，即一个回转周期内训练者所能到达的最左(右)端与滑台中间的距离。根据滑雪训练 者滑板与滑雪训练台两端的距离数据，计算训练者回转半径。
步骤3.2：针对步骤二传输的滑雪训练者滑板与滑雪训练台两端的距离数据，计算训练者 左右回转次数。左回转指训练者从训练台中间滑行到训练台左端再回到训练台中间的完整过 程。右回转指训练者从训练台中间滑行到训练台右端再回到训练台中间的完整过程。
步骤3.3：对步骤3.2得到的回转次数进行计时，得到平均左右回转时间，即完成一个左 回转运动所需要的时间或完成一个右回转运动所需要的时间。
步骤3.4：对步骤3.3得到的回转时间与滑雪训练者滑板与滑雪训练台两端的距离数据进 行计算，得到周期内回转速度，即训练者完成一个左回转和一个右回转运动的平均速度。平 均速度的公式如下
Figure BDA0002807785960000101
其中，v完成一个回转周期的平均回转速度，单位为米/秒，rl左回转半径，单位为米，rr表右回转半径，单位为米，t代表完成一个完整回转周期所用时间,单位为秒。
步骤3.5：根据足底压力测量模块得到的压力数据，计算得到训练者完成一个周期回转运动 的左右脚最大发力。
步骤3.6：根据倾角测量模块得到的训练者滑板的倾斜角度，计算得到训练者完成一个周期 回转运动的滑板最大倾角。
步骤四：训练者在滑雪训练台上每做一次回转运动，本实施例都会实时给出该回转运动 的五种评分，所述五种评分分别针对五种不同的可以体现训练者能力的技术，满分均为一百 分，所述五种评分分别为回转速度评分、回转最大倾角评分、重心高度评分、上身稳定性评 分、下肢姿态评分。具体评分过程如下所述：
步骤4.1：将在滑雪训练台上滑行的训练者分为四种等级，分别是滑雪教练员、滑雪业余 爱好者、滑雪初学者、无滑雪经验者。分别记录四种等级的训练者的五种滑行数据，所述滑 行数据分别为回转速度、回转最大倾角、人体矢状面上背部与地面的夹角、人体冠状面上上 身最大倾斜角度与垂直轴的夹角、人体矢状面上大腿与小腿之间的夹角。
步骤4.2：对步骤4.1采集的四种等级的训练者的回转速度进行拟合，计算得出速度评分 公式
Figure BDA0002807785960000102
其中，Sv表示回转速度评分，v表示回转平均速度，v1为滑雪教练员完成一个回转周期的 平均速度，v2为滑雪业余爱好者完成一个回转周期的平均速度，v3为滑雪初学者完成一个回 转周期的平均速度，v4为无滑雪经验者完成一个回转周期的平均速度。
步骤4.3：对步骤4.1采集的四种等级的训练者的回转最大倾角进行拟合，计算得出回转 最大倾角评分公式
Figure BDA0002807785960000111
其中，Sα表示速度评分，α表示回转最大倾角，α1为滑雪教练员完成一个回转运动最大倾 角，α2为滑雪业余爱好者完成一个回转运动最大倾角，α3为滑雪初学者完成一个回转运动最 大倾角，α4为无滑雪经验者完成一个回转运动最大倾角，单位为度。
步骤4.4：对步骤4.1采集的四中等级的训练者回转时在人体矢状面上背部与地面的夹角， 进行分段评分，计算得出重心高度分段评分公式
Figure BDA0002807785960000112
其中，Sβ表示重心高度评分，β表示在人体矢状面上背部与地面的夹角，β1为滑雪教练员 背部与地面的夹角，β2为滑雪业余爱好者背部与地面的夹角，β3为滑雪初学者背部与地面的 夹角，β4为无滑雪经验者背部与地面的夹角，单位为度。
步骤4.5：对步骤4.1采集的四种等级的训练者回转时在在人体冠状面上，上身最大倾斜 角度与垂直轴的夹角，进行分段评分，计算得出上身稳定性分段评分公式
Figure BDA0002807785960000113
其中，Sγ表示上身稳定性评分，γ表示在人体冠状面上，上身最大倾斜角度与垂直轴的夹 角，滑雪教练员在做回转运动时，上身最大倾斜角度与垂直轴的夹角在0-γ1范围内，滑雪业 余爱好者上身最大倾斜角度与垂直轴的夹角在γ1-γ2范围内，滑雪初学者和无滑雪经验者上身 最大倾斜角度与垂直轴的夹角均大于γ3，单位为度。
步骤4.6：对步骤4.1采集的四种等级的训练者回转时在人体矢状面上大腿与小腿之间的 夹角，进行分段评分，计算得出下肢姿态分段评分公式
Figure BDA0002807785960000121
其中，Sθ表示在下肢姿态评分，θ表示人体矢状面上大腿与小腿之间的夹角，滑雪教练员 大腿与小腿之间的夹角在θ1-θ2范围内；滑雪业余爱好者大腿与小腿之间的夹角在θ2-θ3范围内； 滑雪初学者大腿与小腿之间的夹角在θ3-θ4范围内；无滑雪经验者大腿与小腿之间的夹角在 θ4-θ5范围内，单位为度。
步骤五：上述步骤四给出针对五种不同滑行数据的能够体现训练者水平的技术评分，为 了提高评分的准确性，步骤五提取训练者全身六个特征，所述特征分别为分别是周期回转速 度、周期内最大左回转倾角，周期内最大左回转倾角，人体矢状面上背部与地面的夹角、人 体冠状面上背部倾角范围、人体矢状面是大腿与小腿间的夹角。将所述六个特征进行归一化 处理，采用加权欧式距离法与专业滑雪者的特征进行相似性度量，将相似性度量结果进行线 性拟合得到最终综合评分，实现对训练者提的综合动作评价。相比于步骤四分别针对五种技 术进行评分，步骤五的综合评分方法融合六种特征数据，使评分更加准确。
步骤5.1：提取滑雪教练员的六个标准滑行特征，按上述特征顺序顺序分别记为y1，y2， y3，y4，y5，y6，提取任意滑雪者的滑行特征，按上述顺序分别记为x1，x2，x3，x4，x5，x6，采用线性函数归一化方法将教练员和滑雪者的六种特征进行归一化处理，使特征映射到[0,1] 范围内，线性归一化公式如下式所示。
Figure BDA0002807785960000122
步骤5.2：对步骤5.1提取的六种特征，采用加权欧式距离法对比滑雪者与滑雪教练员动 作接近程度，相似性度量公式如下式所示。
Figure BDA0002807785960000131
Figure BDA0002807785960000132
其中，Wi为各特征对应的权重，Yi为教练员经过归一化后的特征数据，Xi为任意滑雪者经 过归一化后的特征数据。W1＝W4＝W5＝W6＝0.2，W2＝W3＝0.1。
步骤5.3：针对5.2的相似性度量结果进行线性拟合，其中滑雪教练员的特征数据为满分 100分，滑雪业余爱好者的特征数据为80分、滑雪初学者的特征数据为60分、无滑雪经验 者的特征数据为40分，得到最终综合评分公式
S＝-60d+100
其中，S为综合评分，d为相似性度量结果。
本实施例还公开一种适用于滑雪训练台的动作指导方法，包括所述一种适用于滑雪训练 台的动作评价方法的步骤一至步骤五，还包括步骤六：针对步骤四给出的五种滑行数据不同 技术评分和步骤五给出的综合评分，将滑雪者在滑雪训练台上的运动分为三个区域，并根据 步骤四给出的五种滑行数据不同技术评分和步骤五给出的综合评分，结合对应区域的动作指 导公式，分别在每个区域对训练者进行实时有针对性的训练指导。
步骤6.1：将滑雪者在滑雪训练台上的运动分为三个区域，分别是左回转区域(滑板距离 滑雪仪左侧前30％的距离)、右回转区域(滑板距离滑雪仪右侧前30％的距离)、中间区域(去 除左右回转区域的剩余区域)
步骤6.2：针对6.1划分的三个区域，分别给出相应的指导建议。
左回转区域
Figure BDA0002807785960000133
其中，α1l表示左回转区域内滑雪教练员回转周期内滑板最大倾角，左回转区域内滑雪教练 员矢状面上大腿与小腿之间的夹角范围为θ1l-θ2l。
右回转区域
Figure BDA0002807785960000141
其中，α1r表示右回转区域内滑雪教练员回转周期内滑板最大倾角，右回转区域内滑雪教练 员矢状面上大腿与小腿之间的夹角范围为θ1r-θ2r。
中间区域
Figure BDA0002807785960000142
其中，β1表示中间区域内滑雪教练员矢状面上背部与地面的夹角，γ1表示滑雪教练员周期回 转运动中上身倾斜角度与垂直轴的夹角，中间区域内滑雪教练员矢状面上大腿与小腿之间的 夹角范围为θ1m-θ2m。
本实施例公开的一种适用于滑雪训练台的动作评价与动作指导方法，包括所述一种适用 于滑雪训练台的动作评价方法的步骤一至步骤五，或包括所述一种适用于滑雪训练台的动作 指导方法，步骤一至步骤六，还包括步骤七：编写上位机，针对步骤二所述的传输数据、步 骤三所述的技术数据、步骤四所述的五种不同技术评分、步骤五所述的综合评分、步骤六所 述的训练指导，全部显示在上位机中，并将所有数据存储，方便训练者做历史对比分析，上 位机的功能图如附图5所述。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行进一步详细说明，所应 理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在 本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护 范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于滑雪训练台的动作评价方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤一：采集滑雪训练者在滑雪训练台上的四种数据，训练台为为滑台式训练台或跑台式训练台，所述四种数据分别为：人体姿态数据、足底压力数据、滑板与滑雪训练台两端的距离数据、滑板倾角数据；采用距离测量模块测量训练者滑板与训练台两侧的距离，采用倾角检测模块测量滑雪者两个滑板的倾角，采用足底压力检测鞋垫检测滑雪训练者足底的压力，采用人体姿态检测模块检测人体各部位的姿态；
步骤二：对步骤一所述的四种数据进行传输，发往服务器；
步骤三：对步骤二传输的四种数据进行分析，实时给出对训练者有用的技术数据，所述技术数据包括：左右回转半径、左右回转次数、平均回转时间、周期内回转速度、回转周期内左右脚最大发力、左右滑板最大倾角；
步骤四：将在滑雪训练台上滑行的训练者根据滑雪技能划分等级，分别记录对应等级的训练者的五种滑行数据的技术评分，并根据训练者的五种滑行数据的技术评分分别对每种滑行数据记录进行拟合或分段评分，计算得出对应滑行数据评分公式；所述滑行数据分别为回转速度、回转最大倾角、人体矢状面上背部与地面的夹角、人体冠状面上上身最大倾斜角度与垂直轴的夹角、人体矢状面上大腿与小腿之间的夹角；所述五种滑行数据分别对应五种评分；所述五种评分分别为回转速度评分、回转最大倾角评分、重心高度评分、上身稳定性评分、下肢姿态评分；
步骤五：上述步骤四给出针对五种不同滑行数据的能够体现训练者水平的技术评分，为了提高评分的准确性，步骤五提取训练者全身六个特征，所述特征分别为分别是周期回转速度、周期内最大左回转倾角，周期内最大左回转倾角，人体矢状面上背部与地面的夹角、人体冠状面上背部倾角范围、人体矢状面是大腿与小腿间的夹角；将所述六个特征进行归一化处理，采用加权欧式距离法与专业滑雪者的特征进行相似性度量，将相似性度量结果进行线性拟合得到最终综合评分，实现对训练者提的综合动作评价；相比于步骤四分别针对五种技术进行评分，步骤五的综合评分方法融合六种特征数据，使评分更加准确。
2.如权利要求1所述的一种适用于滑雪训练台的动作评价方法，其特征在于：步骤一实现方法为，
两个距离测量模块分别安装在训练台两端，用以测量滑板与训练台两侧的距离；两个倾角检测模块分别安装在左右两个滑板后端，用以测量两个滑板的倾角；两个足底压力检测鞋垫分别放在两个雪鞋里，用以检测足底压力；人体姿态检测包括10个节点，穿戴部位分别为左右肩膀、左右大臂、后背、髋、左右大腿、左右小腿，每个节点采集的数据包括俯仰角、偏航角和滚转角。
3.如权利要求2所述的一种适用于滑雪训练台的动作评价方法，其特征在于：步骤三实现方法为，
步骤3.1：针对步骤二传输的训练者滑板与滑雪训练台两端的距离数据求出左回转半径或右回转半径，即一个回转周期内训练者所能到达的最左端与滑台中间的距离或最右端与滑台中间的距离；根据滑雪训练者滑板与滑雪训练台两端的距离数据，计算训练者回转半径；
步骤3.2：针对步骤二传输的滑雪训练者滑板与滑雪训练台两端的距离数据，计算训练者左右回转次数；左回转指训练者从训练台中间滑行到训练台左端再回到训练台中间的完整过程；右回转指训练者从训练台中间滑行到训练台右端再回到训练台中间的完整过程；
步骤3.3：对步骤3.2得到的回转次数进行计时，得到平均左右回转时间，即完成一个左回转运动所需要的时间或完成一个右回转运动所需要的时间；
步骤3.4：对步骤3.3得到的回转时间与滑雪训练者滑板与滑雪训练台两端的距离数据进行计算，得到周期内回转速度，即训练者完成一个左回转和一个右回转运动的平均速度；平均速度的公式如下
Figure FDA0002807785950000021
其中，v完成一个回转周期的平均回转速度，单位为米/秒，rl左回转半径，单位为米，rr表右回转半径，单位为米，t代表完成一个完整回转周期所用时间,单位为秒；
步骤3.5：根据足底压力测量模块得到的压力数据，计算得到训练者完成一个周期回转运动的左右脚最大发力；
步骤3.6：根据倾角测量模块得到的训练者滑板的倾斜角度，计算得到训练者完成一个周期回转运动的滑板最大倾角。
4.如权利要求3所述的一种适用于滑雪训练台的动作评价方法，其特征在于：步骤四实现方法为，
步骤4.1：将在滑雪训练台上滑行的训练者分为四种等级，分别是滑雪教练员、滑雪业余爱好者、滑雪初学者、无滑雪经验者；分别记录四种等级的训练者的五种滑行数据，所述滑行数据分别为回转速度、回转最大倾角、人体矢状面上背部与地面的夹角、人体冠状面上上身最大倾斜角度与垂直轴的夹角、人体矢状面上大腿与小腿之间的夹角；
步骤4.2：对步骤4.1采集的四种等级的训练者的回转速度进行拟合，计算得出速度评分公式
Figure FDA0002807785950000031
其中，Sv表示回转速度评分，v表示回转平均速度，v1为滑雪教练员完成一个回转周期的平均速度，v2为滑雪业余爱好者完成一个回转周期的平均速度，v3为滑雪初学者完成一个回转周期的平均速度，v4为无滑雪经验者完成一个回转周期的平均速度；
步骤4.3：对步骤4.1采集的四种等级的训练者的回转最大倾角进行拟合，计算得出回转最大倾角评分公式
Figure FDA0002807785950000032
其中，Sα表示速度评分，α表示回转最大倾角，α1为滑雪教练员完成一个回转运动最大倾角，α2为滑雪业余爱好者完成一个回转运动最大倾角，α3为滑雪初学者完成一个回转运动最大倾角，α4为无滑雪经验者完成一个回转运动最大倾角，单位为度；
步骤4.4：对步骤4.1采集的四中等级的训练者回转时在人体矢状面上背部与地面的夹角，进行分段评分，计算得出重心高度分段评分公式
Figure FDA0002807785950000033
其中，Sβ表示重心高度评分，β表示在人体矢状面上背部与地面的夹角，β1为滑雪教练员背部与地面的夹角，β2为滑雪业余爱好者背部与地面的夹角，β3为滑雪初学者背部与地面的夹角，β4为无滑雪经验者背部与地面的夹角，单位为度；
步骤4.5：对步骤4.1采集的四种等级的训练者回转时在在人体冠状面上，上身最大倾斜角度与垂直轴的夹角，进行分段评分，计算得出上身稳定性分段评分公式
Figure FDA0002807785950000041
其中，Sγ表示上身稳定性评分，γ表示在人体冠状面上，上身最大倾斜角度与垂直轴的夹角，滑雪教练员在做回转运动时，上身最大倾斜角度与垂直轴的夹角在0-γ1范围内，滑雪业余爱好者上身最大倾斜角度与垂直轴的夹角在γ1-γ2范围内，滑雪初学者和无滑雪经验者上身最大倾斜角度与垂直轴的夹角均大于γ3，单位为度；
步骤4.6：对步骤4.1采集的四种等级的训练者回转时在人体矢状面上大腿与小腿之间的夹角，进行分段评分，计算得出下肢姿态分段评分公式
Figure FDA0002807785950000042
其中，Sθ表示在下肢姿态评分，θ表示人体矢状面上大腿与小腿之间的夹角，滑雪教练员大腿与小腿之间的夹角在θ1-θ2范围内；滑雪业余爱好者大腿与小腿之间的夹角在θ2-θ3范围内；滑雪初学者大腿与小腿之间的夹角在θ3-θ4范围内；无滑雪经验者大腿与小腿之间的夹角在θ4-θ5范围内，单位为度。
5.如权利要求4所述的一种适用于滑雪训练台的动作评价方法，其特征在于：步骤五实现方法为，
步骤5.1：提取滑雪教练员的六个标准滑行特征，按上述特征顺序顺序分别记为y1，y2，y3，y4，y5，y6，提取任意滑雪者的滑行特征，按上述顺序分别记为x1，x2，x3，x4，x5，x6，采用线性函数归一化方法将教练员和滑雪者的六种特征进行归一化处理，使特征映射到[0,1]范围内，线性归一化公式如下式所示；
Figure FDA0002807785950000043
步骤5.2：对步骤5.1提取的六种特征，采用加权欧式距离法对比滑雪者与滑雪教练员动作接近程度，相似性度量公式如下式所示；
Figure FDA0002807785950000051
Figure FDA0002807785950000052
其中，Wi为各特征对应的权重，Yi为教练员经过归一化后的特征数据，Xi为任意滑雪者经过归一化后的特征数据；
步骤5.3：针对5.2的相似性度量结果进行线性拟合，其中滑雪教练员的特征数据为满分100分，滑雪业余爱好者的特征数据为80分、滑雪初学者的特征数据为60分、无滑雪经验者的特征数据为40分，得到最终综合评分公式
S＝-60d+100
其中，S为综合评分，d为相似性度量结果。
6.如权利要求5所述的一种适用于滑雪训练台的动作评价方法，其特征在于：步骤5.2中，W1＝W4＝W5＝W6＝0.2，W2＝W3＝0.1。
7.一种适用于滑雪训练台的动作指导方法，包括如权利要求1、2、3、4、5或6所述的一种适用于滑雪训练台的动作评价方法，其特征在于：还包括步骤六，针对步骤四给出的五种滑行数据不同技术评分和步骤五给出的综合评分，将滑雪者在滑雪训练台上的运动分为三个区域，并根据步骤四给出的五种滑行数据不同技术评分和步骤五给出的综合评分，结合对应区域的动作指导公式，分别在每个区域对训练者进行实时有针对性的训练指导。
8.如权利要求7所述的一种适用于滑雪训练台的动作指导方法，其特征在于：步骤六实现方法为，
步骤6.1：将滑雪者在滑雪训练台上的运动分为三个区域，分别是左回转区域、右回转区域、中间区域；所述左回转区域为滑板距离滑雪仪左侧前30％的距离、所述右回转区域为滑板距离滑雪仪右侧前30％的距离、所述中间区域为去除左右回转区域的剩余区域；
步骤6.2：针对步骤6.1划分的三个区域，根据步骤四给出的五种滑行数据不同技术评分和步骤五给出的综合评分，结合对应区域的动作指导公式，分别在每个区域对训练者进行实时有针对性的训练指导；
左回转区域
Figure FDA0002807785950000061
其中，α1l表示左回转区域内滑雪教练员回转周期内滑板最大倾角，左回转区域内滑雪教练员矢状面上大腿与小腿之间的夹角范围为θ1l-θ2l；
右回转区域
Figure FDA0002807785950000062
其中，α1r表示右回转区域内滑雪教练员回转周期内滑板最大倾角，右回转区域内滑雪教练员矢状面上大腿与小腿之间的夹角范围为θ1r-θ2r；
中间区域
Figure FDA0002807785950000063
其中，β1表示中间区域内滑雪教练员矢状面上背部与地面的夹角，γ1表示滑雪教练员周期回转运动中上身倾斜角度与垂直轴的夹角，中间区域内滑雪教练员矢状面上大腿与小腿之间的夹角范围为θ1m-θ2m。
9.一种适用于滑雪训练台的动作评价与动作指导方法，包括如权利要求1、2、3、4、5或6所述一种适用于滑雪训练台的动作评价方法，其特征在于：还包括步骤七，采集四种关键数据能够提高对训练者动作评价的准确性和全面性，通过实时数据显示能够实现对在滑雪训练台上的训练者实时动作指导；还能够通过存储四种关键数据方便训练者做历史训练数据对比分析，提升动作评价和动作指导效率和效果；
所述四种关键数据包括传输数据、技术数据、评分数据、训练指导数据；即针对步骤二所述的传输数据，步骤三所述的技术数据，步骤四所述的五种不同技术评分，步骤五所述的综合评分，步骤六所述的训练指导数据。
10.一种适用于滑雪训练台的动作评价与动作指导方法，如权利要求7所述的一种适用于滑雪训练台的动作指导方法，其特征在于：还包括步骤七，采集四种关键数据能够提高对训练者动作评价的准确性和全面性，通过实时数据显示能够实现对在滑雪训练台上的训练者实时动作指导；还能够通过存储四种关键数据方便训练者做历史训练数据对比分析，提升动作评价和动作指导效率和效果。
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