CN113633946B - 一种陆地冰壶运动状态的计算方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种陆地冰壶运动状态的计算方法及系统，该方法包括：获取赛道图像信息，从赛道图像信息中提取得到赛道边界信息以得到虚拟赛道区域；对在虚拟赛道区域内的多个陆地冰壶进行对象捕捉，获取当前运动的陆地冰壶对应的角速度以及加速度；根据温度值以及湿度值，对角速度以及加速度进行校正，以分别得到有效角速度以及有效加速度；模拟计算得到陆地冰壶的运动轨迹；判断陆地冰壶的运动轨迹上是否存在其它静止的陆地冰壶；若是，则模拟计算陆地冰壶的当前位置坐标，根据当前位置坐标计算得到对应的得分值。本发明提出的陆地冰壶运动状态的计算方法，可对陆地冰壶的运动轨迹进行较为精确计算与仿真，使运动员有更为深刻的认知与判断。

Description

一种陆地冰壶运动状态的计算方法与系统

技术领域

本发明涉及冰壶运动技术领域，特别涉及一种陆地冰壶运动状态的计算方法与系统。

背景技术

旱地冰壶(Floor Curling)，又名地壶球，是一个以团队为单位在平滑地面上进行的投掷性运动项目。通过让本方冰壶球停在预先设定好的位置，或将对方的冰壶球击出，达到制胜的目的。

旱地冰壶是冬季奥运会项目冰壶的普及版，装备和规则与冰壶相似，球体更轻，下方增设了3个滑轮用于地面滑行。旱地冰壶突破了场地限制，是一种通过团队协作集体力和智力于一身的比赛，是一项需要个人技术与团队战术配合的运动项目。旱地冰壶可以在平滑地面以及可以容纳面积9.7×1.6米赛道的学校礼堂、壁球场、羽毛球场及室内外进行，是在无冰条件下学习冰壶运动的最佳途径，让国民以此加深对冰壶的了解和认知，激发学习冰壶的热情，是一项适合全民参与的运动，适合各年龄及不同能力的人士。

然而，现有技术中，缺少一种能够陆地冰壶的运动状态进行计算分析的方法，无法很好地预测陆地冰壶在下一步的运动轨迹，从而无法对陆地冰壶的运动有更为深刻的认知与判断。

发明内容

鉴于上述状况，有必要解决现有技术中，现有技术中，缺少一种能够陆地冰壶的运动状态进行计算分析的方法，无法很好地预测陆地冰壶在下一步的运动轨迹，从而无法对陆地冰壶的运动有更为深刻的认知与判断的问题。

本发明实施例提供了一种陆地冰壶运动状态的计算方法，应用于陆地冰壶赛道以对陆地冰壶的运动状态进行监测并计算，其中，在所述陆地冰壶赛道的侧缘设有多个云台摄像机，在所述陆地冰壶内设有微型处理器，与所述微型处理器电性连接的角速度传感器、加速度传感器、温度传感器与湿度传感器，多个所述云台摄像机以及所述微型处理器均与后台服务器之间存在数据传输，所述方法包括如下步骤：

步骤一：通过多个所述云台摄像机获取赛道图像信息，从所述赛道图像信息中提取得到赛道边界信息，并根据所述赛道边界信息进行虚拟建模以得到虚拟赛道区域；

步骤二：从所述赛道图像信息中，对在所述虚拟赛道区域内的多个陆地冰壶进行对象捕捉，并锁定当前运动的陆地冰壶，通过所述角速度传感器以及所述加速度传感器获取当前运动的陆地冰壶对应的角速度以及加速度；

步骤三：根据所述温度传感器以及所述湿度传感器分别获取到的温度值以及湿度值，对所述角速度以及所述加速度进行校正，以分别得到有效角速度以及有效加速度；

步骤四：根据所述当前运动的陆地冰壶的当前速度、所述有效角速度、所述有效加速度以及地面摩擦因素，模拟计算得到当前运动的陆地冰壶的运动轨迹；

步骤五：

判断所述当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上是否存在其它静止的陆地冰壶；

步骤六：

若是，则模拟计算得到经碰撞之后静止的陆地冰壶的当前位置坐标，根据所述当前位置坐标计算得到对应的得分值，以完成陆地冰壶的完整运动状态的计算。

本发明提出一种陆地冰壶运动状态的计算方法，通过多个云台摄像机获取赛道图像信息，从赛道图像信息中提取得到赛道边界信息，并根据赛道边界信息进行虚拟建模以得到虚拟赛道区域，然后对在虚拟赛道区域内的多个陆地冰壶进行对象捕捉，结合温度以及湿度对角速度以及加速度进行校正，根据当前运动的陆地冰壶的当前速度、有效角速度、有效加速度以及地面摩擦因素，模拟计算得到当前运动的陆地冰壶的运动轨迹，以对陆地冰壶的运动进行精确地计算与预测。本发明提出的一种陆地冰壶运动状态的计算方法，可对陆地冰壶的运动轨迹进行较为精确地计算与仿真，从而使得运动员有更为深刻的认知与判断。

所述一种陆地冰壶运动状态的计算方法，其中，在所述步骤一中，所述赛道边界信息包括多个节点标签，所述节点标签包括第一节点标签以及第二节点标签，所述第一节点标签位于所述虚拟赛道区域的外侧缘，所述第二节点标签位于所述虚拟赛道区域的内部，所述第一节点标签对应的为第一节点标签坐标，所述第二节点标签对应的为第二节点标签坐标，其中，从所述赛道边界信息进行虚拟建模以得到虚拟赛道区域的方法包括如下步骤：

根据从所述赛道图像信息中提取的多个所述第一节点标签坐标以确定所述虚拟赛道区域的第一边界，所述第一边界包括起点区、发球区、中线区、得分区以及终点区；

根据从所述赛道图像信息中提取的多个所述第二节点标签坐标以确定所述虚拟赛道区域的第二边界，所述第二边界包括得分定位区以及发球定位区；

其中，所述得分定位区位于所述得分区的内部，所述发球定位区位于所述发球区的内部，所述得分定位区以及所述发球定位区的形状为圆形，所述起点区、发球区、中线区、得分区以及终点区的形状均为方形。

所述一种陆地冰壶运动状态的计算方法，其中，当所述角速度不为零时，在所述步骤三中，所述有效角速度的计算公式表示为：

其中，ω_T为所述有效角速度，ω_J为角速度传感器获取到的当前运动的陆地冰壶对应的角速度，

为温度校正系数，ε为湿度校正系数，T为温度传感器获取到的温度值，s为湿度传感器获取到的湿度值。

所述一种陆地冰壶运动状态的计算方法，其中，在所述步骤三中，所述有效加速度的计算公式表示为：

其中，a_T为所述有效加速度，a_J为加速度传感器获取到的当前运动的陆地冰壶对应的加速度，

为温度校正系数，ε为湿度校正系数，T为温度传感器获取到的温度值，s为湿度传感器获取到的湿度值。

所述一种陆地冰壶运动状态的计算方法，其中，当所述角速度不为零时，在所述步骤四中，当前运动的陆地冰壶的运动轨迹为曲线，对应的方程表示为：

其中，

为当前运动的陆地冰壶的曲线运动轨迹，

为曲线轨迹状态下，未发生碰撞的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第一横向距离；

v_qt为作曲线运动的陆地冰壶在碰撞发生前的当前速度，γ为角速度偏转校正因素，ω_T为有效角速度，ω_o为基准角速度，

为地面摩擦因素，g为重力加速度；

μ_min为冰壶赛道表面的最小摩擦因素，μ_max为冰壶赛道表面的最大摩擦因素，f_r为摩擦系数控制因子。

所述一种陆地冰壶运动状态的计算方法，其中，当所述角速度不为零，且陆地冰壶的运动轨迹为曲线，在所述步骤六中，若所述当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上存在其它静止的陆地冰壶，且二者之间发生碰撞时，所述方法还包括：

根据当前运动的陆地冰壶在发生碰撞前的瞬间对应的当前速度，当前运动的陆地冰壶与被碰撞的陆地冰壶之间的碰撞夹角，以计算得到所述当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间对应的当前速度；

所述当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间对应的当前速度的计算公式表示为：

其中，

为作曲线运动的的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间在x轴方向的当前速度，v_qt为作曲线运动的陆地冰壶在发生碰撞前的瞬间对应的当前速度，θ为当前运动的陆地冰壶与被碰撞的陆地冰壶之间的碰撞夹角。

所述一种陆地冰壶运动状态的计算方法，其中，当所述角速度不为零，且陆地冰壶的运动轨迹为曲线，在当前运动的陆地冰壶发生碰撞之后，所述方法还包括：

根据所述当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间对应的当前速度，计算得到发生碰撞后的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第二横向距离；

其中所述第二横向距离的计算公式表示为：

其中，

表示发生碰撞后的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第二横向距离。

所述一种陆地冰壶运动状态的计算方法，其中，当获取到的所述角速度为零，当前运动的陆地冰壶的运动轨迹为直线时，且当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上不存在其它陆地冰壶，则未发生碰撞的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第三横向距离表示为：

其中，

为作直线运动且未发生碰撞的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第三横向距离，v_zt为碰撞发生前当前运动的陆地冰壶的当前速度，

为地面摩擦因素，g为重力加速度，a_T为有效加速度。

所述一种陆地冰壶运动状态的计算方法，其中，当获取到的所述角速度为零，当前运动的陆地冰壶的运动轨迹为直线时，且当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上存在其它陆地冰壶，则当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间对应的当前速度的计算公式表示为：

其中，

为作直线运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间在x轴方向上的当前速度，v_zt为当前运动的陆地冰壶在发生碰撞前的瞬间对应的当前速度，θ为当前运动的陆地冰壶与被碰撞的陆地冰壶之间的碰撞夹角；

所述方法还包括：

根据所述当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间对应的当前速度，计算得到发生碰撞后的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第四横向距离；

其中所述第四横向距离的计算公式表示为：

其中，

表示发生碰撞后的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第四横向距离。

本发明提出一种陆地冰壶运动状态的计算系统，应用于陆地冰壶赛道以对陆地冰壶的运动状态进行监测并计算，其中，在所述陆地冰壶赛道的侧缘设有多个云台摄像机，在所述陆地冰壶内设有微型处理器，与所述微型处理器电性连接的角速度传感器、加速度传感器、温度传感器与湿度传感器，多个所述云台摄像机以及所述微型处理器均与后台服务器之间存在数据传输，所述系统包括：

信息获取模块，用于通过多个所述云台摄像机获取赛道图像信息，从所述赛道图像信息中提取得到赛道边界信息，并根据所述赛道边界信息进行虚拟建模以得到虚拟赛道区域；

信息处理模块，用于从所述赛道图像信息中，对在所述虚拟赛道区域内的多个陆地冰壶进行对象捕捉，并锁定当前运动的陆地冰壶，通过所述角速度传感器以及所述加速度传感器获取当前运动的陆地冰壶对应的角速度以及加速度；

数据校正模块，用于根据所述温度传感器以及所述湿度传感器分别获取到的温度值以及湿度值，对所述角速度以及所述加速度进行校正，以分别得到有效角速度以及有效加速度；

第一计算模块，用于根据所述当前运动的陆地冰壶的当前速度、所述有效角速度、所述有效加速度以及地面摩擦因素，模拟计算得到当前运动的陆地冰壶的运动轨迹；

第一判断模块，用于判断所述当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上是否存在其它静止的陆地冰壶；

第二计算模块，用于当所述当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上存在其它静止的陆地冰壶，则模拟计算得到经碰撞之后静止的陆地冰壶的当前位置坐标，根据所述当前位置坐标计算得到对应的得分值，以完整陆地冰壶的完整运动状态的计算。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施例了解到。

附图说明

图1为本发明第一实施例提出的陆地冰壶运动状态的计算方法的流程图；

图2为本发明第一实施例提出的陆地冰壶的整体结构示意图；

图3为本发明第一实施例提出的陆地冰壶的底部结构示意图；

图4为本发明第一实施例提出的陆地冰壶的内部结构示意图；

图5为本发明第一实施例中虚拟赛道区域的结构示意图；

图6为本发明第一实施例中陆地冰壶作曲线运动且发生碰撞的运动示意图；

图7为本发明第一实施例中陆地冰壶发生碰撞时的原理示意图；

图8为本发明第一实施例中陆地冰壶作曲线运动且未发生碰撞的运动示意图；

图9为本发明第二实施例中陆地冰壶作曲线运动且发生碰撞的运动示意图；

图10为本发明第二实施例中中陆地冰壶发生碰撞时的原理示意图；

图11为本发明第三实施例提出的陆地冰壶运动状态的计算系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

现有技术中，缺少一种能够陆地冰壶的运动状态进行计算分析的方法，无法很好地预测陆地冰壶在下一步的运动轨迹，从而无法对陆地冰壶的运动有更为深刻的认知与判断。

为了解决这一技术问题，请参阅图1至图8，本发明提出一种陆地冰壶运动状态的计算方法，应用于陆地冰壶赛道以对陆地冰壶的运动状态进行监测并计算。

其中，在陆地冰壶赛道的侧缘设有多个云台摄像机。请参阅图2至图4所示，上述的陆地冰壶包括由下往上依次设置的冰壶主体11、冰壶盖板部12以及把手13。在冰壶主体11的底部设有三个凸块110，在每个凸块110的内部设有钢珠111。

此外，在陆地冰壶的冰壶主体11内设有微型处理器102，与微型处理器102电性连接的角速度传感器101、加速度传感器103、温度传感器104与湿度传感器105。在实际应用中，多个云台摄像机以及微型处理器102均与后台服务器之间存在数据传输。

具体的，所述方法包括如下步骤：

S101，通过多个所述云台摄像机获取赛道图像信息，从所述赛道图像信息中提取得到赛道边界信息，并根据所述赛道边界信息进行虚拟建模以得到虚拟赛道区域。

在本步骤中，对于虚拟建模后得到的虚拟赛道区域。在虚拟赛道的边界设有多个节点标签。其中，上述的节点标签包括第一节点标签以及第二节点标签。从图5中可以看出，第一节点标签位于虚拟赛道区域的外侧缘，第二节点标签位于虚拟赛道区域的内部。

可以理解的，第一节点标签对应的为第一节点标签坐标，第二节点标签对应的为第二节点标签坐标。其中，在本步骤中，从赛道边界信息进行虚拟建模以得到虚拟赛道区域的方法包括如下步骤：

S1011，根据从赛道图像信息中提取的多个第一节点标签坐标以确定虚拟赛道区域的第一边界，第一边界包括起点区、发球区、中线区、得分区以及终点区。

S1012，根据从赛道图像信息中提取的多个第二节点标签坐标以确定虚拟赛道区域的第二边界，第二边界包括得分定位区以及发球定位区。

其中，得分定位区位于得分区的内部，发球定位区位于发球区的内部。得分定位区以及发球定位区的形状为圆形，起点区、发球区、中线区、得分区以及终点区的形状均为方形。

需要补充说明的是，在本发明中，所采用的虚拟仿真软件为SimuW_orks。

S102，从所述赛道图像信息中，对在所述虚拟赛道区域内的多个陆地冰壶进行对象捕捉，并锁定当前运动的陆地冰壶，通过所述角速度传感器以及所述加速度传感器获取当前运动的陆地冰壶对应的角速度以及加速度。

如上所述，由于在陆地冰壶内设有角速度传感器101以及加速度传感器103，因此可分别获取得到当前运动的陆地冰壶对应的角速度以及加速度，并将所检测得到的角速度以及加速度信息传输给微型处理器以及后台服务器。

S103，根据所述温度传感器以及所述湿度传感器分别获取到的温度值以及湿度值，对所述角速度以及所述加速度进行校正，以分别得到有效角速度以及有效加速度。

由于陆地冰壶在实际运动过程中，空气的温度以及湿度等环境因素也会对陆地冰壶的运动轨迹等产生一定程度上的影响。因此在进行仿真建模时，需要将空气温度以及湿度的因素也考虑进去。

在此需要指出的是，本实施例针对的是角速度不为零的情况进行叙述的。

当角速度不为零时，上述有效角速度的计算公式表示为：

其中，ω_T为有效角速度，ω_J为角速度传感器获取到的当前运动的陆地冰壶对应的角速度，

为温度校正系数，ε为湿度校正系数，T为温度传感器获取到的温度值，s为湿度传感器获取到的湿度值。

所述有效加速度的计算公式表示为：

其中，a_T为有效加速度，a_J为加速度传感器获取到的当前运动的陆地冰壶对应的加速度，

为温度校正系数，ε为湿度校正系数，T为温度传感器获取到的温度值，s为湿度传感器获取到的湿度值。

S104，根据所述当前运动的陆地冰壶的当前速度、所述有效角速度、所述有效加速度以及地面摩擦因素，模拟计算得到当前运动的陆地冰壶的运动轨迹。

如上所述，当角速度不为零时，且当前运动的陆地冰壶未与其它陆地冰壶发生碰撞时，当前运动的陆地冰壶的运动轨迹为曲线，对应的方程表示为(如图8所示)：

其中，

为当前运动的陆地冰壶的曲线运动轨迹，

为曲线轨迹状态下，未发生碰撞的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向(x轴)移动的第一横向距离。

具体的，上述未发生碰撞的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第一横向距离可表示为：

v_qt为作曲线运动的陆地冰壶在碰撞发生前的当前速度，γ为角速度偏转校正因素，ω_T为有效角速度，ω_o为基准角速度，

为地面摩擦因素，g为重力加速度。

对上述的地面摩擦因素而言，对应的表达式为：

μ_min为冰壶赛道表面的最小摩擦因素，μ_max为冰壶赛道表面的最大摩擦因素，f_r为摩擦系数控制因子。

与此同时，上述未发生碰撞的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第一纵向距离可表示为：

也即，陆地冰壶作曲线运动时，且未发生任何碰撞时，其对应的坐标位置可表示为

可以理解的，根据坐标位置

与得分定位区的中心坐标(x_o′，y_o′)可计算得到二者之间的距离。可以理解的，根据所计算得到距离，可根据计算得到的距离值对当前陆地冰壶的得分进行判断，从而确定最终的得分。

S105，判断所述当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上是否存在其它静止的陆地冰壶。

如图6所示，若当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上存在其它静止的陆地冰壶，则会发生碰撞。如上所述，当前运动的陆地冰壶的角速度不为零，且陆地冰壶的运动轨迹为曲线。

S106，若当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上存在其它静止的陆地冰壶，则模拟计算得到经碰撞之后静止的陆地冰壶的当前位置坐标，根据所述当前位置坐标计算得到对应的得分值，以完成陆地冰壶的完整运动状态的计算。

进一步的，若当前运动的陆地冰壶与其它陆地冰壶发生碰撞，碰撞之后的当前速度的计算方法包括如下步骤：

根据当前运动的陆地冰壶在发生碰撞前的瞬间对应的当前速度，当前运动的陆地冰壶与被碰撞的陆地冰壶之间的碰撞夹角，以计算得到所述当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间对应的当前速度。

具体的，当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间对应的当前速度的计算公式表示为：

其中，

为作曲线运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间在x轴方向的当前速度，v_qt为作曲线运动的陆地冰壶在发生碰撞前的瞬间对应的当前速度，θ为当前运动的陆地冰壶与被碰撞的陆地冰壶之间的碰撞夹角。

进一步的，在计算得到了当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间对应的当前速度之后，所述方法还包括：

根据所述当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间对应的当前速度，计算得到发生碰撞后的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第二横向距离(如图6所示)；

其中，第二横向距离的计算公式表示为：

其中，

表示发生碰撞后的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第二横向距离。

与此同时，上述发生碰撞的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第二纵向距离可表示为：

其中，

为发生碰撞的陆地冰壶在冰壶赛道上沿y轴方向的第二纵向距离；

为作曲线运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间在y轴方向的当前速度。

也即，陆地冰壶作曲线运动时，在与其它陆地冰壶发生碰撞时，其对应的坐标位置可表示为

可以理解的，根据坐标位置

与得分定位区的中心坐标(x_o′，y_o′)可计算得到二者之间的距离。可以理解的，根据所计算得到距离，可根据计算得到的距离值对当前陆地冰壶的得分进行判断，从而确定最终的得分。

本发明提出一种陆地冰壶运动状态的计算方法，通过多个云台摄像机获取赛道图像信息，从赛道图像信息中提取得到赛道边界信息，并根据赛道边界信息进行虚拟建模以得到虚拟赛道区域，然后对在虚拟赛道区域内的多个陆地冰壶进行对象捕捉，结合温度以及湿度对角速度以及加速度进行校正，根据当前运动的陆地冰壶的当前速度、有效角速度、有效加速度以及地面摩擦因素，模拟计算得到当前运动的陆地冰壶的运动轨迹，以对陆地冰壶的运动进行精确地计算与预测。本发明提出的一种陆地冰壶运动状态的计算方法，可对陆地冰壶的运动轨迹进行较为精确地计算与仿真，从而使得运动员有更为深刻的认知与判断。

实施例二：

如上所述，上述第一实施例中针对的是陆地冰壶进行曲线运动的情况。在本实施例中，请参阅图9与图10，当获取到的角速度为零，也即当前运动的陆地冰壶的运动轨迹为直线。

若当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上不存在其它陆地冰壶，则未发生碰撞的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第三横向距离(参见图9)表示为：

其中，

为作直线运动且未发生碰撞的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第三横向距离，v_zt为碰撞发生前当前运动的陆地冰壶的当前速度，

为地面摩擦因素，g为重力加速度，a_T为有效加速度。

也即，陆地冰壶作直线运动时，在未与其它陆地冰壶发生碰撞时，其对应的坐标位置可表示为

可以理解的，根据坐标位置

与得分定位区的中心坐标(x_o′，y_o′)可计算得到二者之间的距离。可以理解的，根据所计算得到距离，可根据计算得到的距离值对当前陆地冰壶的得分进行判断，从而确定最终的得分。

若当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上存在其它陆地冰壶，当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间在x轴方向上的当前速度的计算公式表示为：

其中，

为作直线运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间在x轴方向上的当前速度，v_zt为当前运动的陆地冰壶在发生碰撞前的瞬间对应的当前速度，θ为当前运动的陆地冰壶与被碰撞的陆地冰壶之间的碰撞夹角。

进一步的，在计算得到了当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间在x轴方向上的当前速度之后，所述方法还包括：

根据所述当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间对应的当前速度，计算得到发生碰撞后的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第四横向距离；

其中所述第四横向距离的计算公式表示为：

其中，

表示发生碰撞后的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第四横向距离。

与此同时，发生碰撞后的陆地冰壶在冰壶赛道上沿y轴方向的第四纵向距离为：

其中，

为发生碰撞后的陆地冰壶在冰壶赛道上沿y轴方向的第四纵向距离，

为作直线运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间在y轴方向上的当前速度。

也即，陆地冰壶作直线运动时，在与其它陆地冰壶发生碰撞后，最后静止后对应的坐标位置可表示为

可以理解的，根据坐标位置

与得分定位区的中心坐标(x_o′，y_o′)可计算得到二者之间的距离。可以理解的，根据所计算得到距离，可根据计算得到的距离值对当前陆地冰壶的得分进行判断，从而确定最终的得分。

实施例三：

请参阅图11，本发明第三实施例提出一种陆地冰壶运动状态的计算系统，应用于陆地冰壶赛道以对陆地冰壶的运动状态进行监测并计算，其中，在所述陆地冰壶赛道的侧缘设有多个云台摄像机，在所述陆地冰壶内设有微型处理器，与所述微型处理器电性连接的角速度传感器、加速度传感器、温度传感器与湿度传感器，多个所述云台摄像机以及所述微型处理器均与后台服务器之间存在数据传输，所述系统包括：

信息获取模块11，用于通过多个所述云台摄像机获取赛道图像信息，从所述赛道图像信息中提取得到赛道边界信息，并根据所述赛道边界信息进行虚拟建模以得到虚拟赛道区域；

信息处理模块12，用于从所述赛道图像信息中，对在所述虚拟赛道区域内的多个陆地冰壶进行对象捕捉，并锁定当前运动的陆地冰壶，通过所述角速度传感器以及所述加速度传感器获取当前运动的陆地冰壶对应的角速度以及加速度；

数据校正模块13，用于根据所述温度传感器以及所述湿度传感器分别获取到的温度值以及湿度值，对所述角速度以及所述加速度进行校正，以分别得到有效角速度以及有效加速度；

第一计算模块14，用于根据所述当前运动的陆地冰壶的当前速度、所述有效角速度、所述有效加速度以及地面摩擦因素，模拟计算得到当前运动的陆地冰壶的运动轨迹；

第一判断模块15，用于判断所述当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上是否存在其它静止的陆地冰壶；

第二计算模块16，用于当所述当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上存在其它静止的陆地冰壶，则模拟计算得到经碰撞之后静止的陆地冰壶的当前位置坐标，根据所述当前位置坐标计算得到对应的得分值，以完整陆地冰壶的完整运动状态的计算。

应当理解的，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种陆地冰壶运动状态的计算方法，应用于陆地冰壶赛道以对陆地冰壶的运动状态进行监测并计算，其特征在于，在所述陆地冰壶赛道的侧缘设有多个云台摄像机，在所述陆地冰壶内设有微型处理器，与所述微型处理器电性连接的角速度传感器、加速度传感器、温度传感器与湿度传感器，多个所述云台摄像机以及所述微型处理器均与后台服务器之间存在数据传输，所述方法包括如下步骤：

步骤一：通过多个所述云台摄像机获取赛道图像信息，从所述赛道图像信息中提取得到赛道边界信息，并根据所述赛道边界信息进行虚拟建模以得到虚拟赛道区域；

步骤二：从所述赛道图像信息中，对在所述虚拟赛道区域内的多个陆地冰壶进行对象捕捉，并锁定当前运动的陆地冰壶，通过所述角速度传感器以及所述加速度传感器获取当前运动的陆地冰壶对应的角速度以及加速度；

步骤三：根据所述温度传感器以及所述湿度传感器分别获取到的温度值以及湿度值，对所述角速度以及所述加速度进行校正，以分别得到有效角速度以及有效加速度；

步骤四：根据所述当前运动的陆地冰壶的当前速度、所述有效角速度、所述有效加速度以及地面摩擦因素，模拟计算得到当前运动的陆地冰壶的运动轨迹；

步骤五：

判断所述当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上是否存在其它静止的陆地冰壶；

步骤六：

若是，则模拟计算得到经碰撞之后静止的陆地冰壶的当前位置坐标，根据所述当前位置坐标计算得到对应的得分值，以完成陆地冰壶的完整运动状态的计算；

当所述角速度不为零时，在步骤三中，所述有效角速度的计算公式表示为：

其中，ω_T为所述有效角速度，ω_J为角速度传感器获取到的当前运动的陆地冰壶对应的角速度，

为温度校正系数，ε为湿度校正系数，T为温度传感器获取到的温度值，s为湿度传感器获取到的湿度值；

所述有效加速度的计算公式表示为：

其中，a_T为所述有效加速度，a_J为加速度传感器获取到的当前运动的陆地冰壶对应的加速度，

为温度校正系数，ε为湿度校正系数，T为温度传感器获取到的温度值，s为湿度传感器获取到的湿度值；

当前运动的陆地冰壶的运动轨迹为曲线，对应的方程表示为：

其中，

为当前运动的陆地冰壶的曲线运动轨迹，

为曲线轨迹状态下，未发生碰撞的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第一横向距离；

v_qt为作曲线运动的陆地冰壶在碰撞发生前的当前速度，γ为角速度偏转校正因素，ω_T为有效角速度，ω_o为基准角速度，

为地面摩擦因素，g为重力加速度；

μ_min为冰壶赛道表面的最小摩擦因素，μ_max为冰壶赛道表面的最大摩擦因素，f_r为摩擦系数控制因子；

当获取到的角速度为零，当前运动的陆地冰壶的运动轨迹为直线时，且当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上不存在其它陆地冰壶，则未发生碰撞的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第三横向距离表示为：

其中，

为作直线运动且未发生碰撞的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第三横向距离，v_zt为作直线运动的陆地冰壶在碰撞发生前的当前速度，

为地面摩擦因素，g为重力加速度，a_T为有效加速度；

当获取到的角速度为零，当前运动的陆地冰壶的运动轨迹为直线时，且当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上存在其它陆地冰壶，则当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间对应的当前速度的计算公式表示为：

其中，

为作直线运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间在x轴方向上的当前速度，v_zt为当前运动的陆地冰壶在发生碰撞前的瞬间对应的当前速度，θ为当前运动的陆地冰壶与被碰撞的陆地冰壶之间的碰撞夹角；

所述方法还包括：

根据所述当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间对应的当前速度，计算得到发生碰撞后的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第四横向距离；

其中所述第四横向距离的计算公式表示为：

其中，

表示发生碰撞后的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第四横向距离。

2.根据权利要求1所述的一种陆地冰壶运动状态的计算方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述赛道边界信息包括多个节点标签，所述节点标签包括第一节点标签以及第二节点标签，所述第一节点标签位于所述虚拟赛道区域的外侧缘，所述第二节点标签位于所述虚拟赛道区域的内部，所述第一节点标签对应的为第一节点标签坐标，所述第二节点标签对应的为第二节点标签坐标，其中，从所述赛道边界信息进行虚拟建模以得到虚拟赛道区域的方法包括如下步骤：

根据从所述赛道图像信息中提取的多个所述第一节点标签坐标以确定所述虚拟赛道区域的第一边界，所述第一边界包括起点区、发球区、中线区、得分区以及终点区；

根据从所述赛道图像信息中提取的多个所述第二节点标签坐标以确定所述虚拟赛道区域的第二边界，所述第二边界包括得分定位区以及发球定位区；

其中，所述得分定位区位于所述得分区的内部，所述发球定位区位于所述发球区的内部，所述得分定位区以及所述发球定位区的形状为圆形，所述起点区、发球区、中线区、得分区以及终点区的形状均为方形。

3.根据权利要求1所述的一种陆地冰壶运动状态的计算方法，其特征在于，当所述角速度不为零，且陆地冰壶的运动轨迹为曲线，在所述步骤六中，若所述当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上存在其它静止的陆地冰壶，且二者之间发生碰撞时，所述方法还包括：

根据当前运动的陆地冰壶在发生碰撞前的瞬间对应的当前速度，当前运动的陆地冰壶与被碰撞的陆地冰壶之间的碰撞夹角，以计算得到所述当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间对应的当前速度；

所述当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间对应的当前速度的计算公式表示为：

其中，

为作曲线运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间在x轴方向的当前速度，v_qt为作曲线运动的陆地冰壶在发生碰撞前的瞬间对应的当前速度，θ为当前运动的陆地冰壶与被碰撞的陆地冰壶之间的碰撞夹角。

4.根据权利要求3所述的一种陆地冰壶运动状态的计算方法，其特征在于，当所述角速度不为零，且陆地冰壶的运动轨迹为曲线，在当前运动的陆地冰壶发生碰撞之后，所述方法还包括：

根据所述当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间对应的当前速度，计算得到发生碰撞后的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第二横向距离；

其中所述第二横向距离的计算公式表示为：

其中，

表示发生碰撞后的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第二横向距离。

5.一种陆地冰壶运动状态的计算系统，应用于陆地冰壶赛道以对陆地冰壶的运动状态进行监测并计算，其特征在于，在所述陆地冰壶赛道的侧缘设有多个云台摄像机，在所述陆地冰壶内设有微型处理器，与所述微型处理器电性连接的角速度传感器、加速度传感器、温度传感器与湿度传感器，多个所述云台摄像机以及所述微型处理器均与后台服务器之间存在数据传输，所述系统包括：

信息获取模块，用于通过多个所述云台摄像机获取赛道图像信息，从所述赛道图像信息中提取得到赛道边界信息，并根据所述赛道边界信息进行虚拟建模以得到虚拟赛道区域；

信息处理模块，用于从所述赛道图像信息中，对在所述虚拟赛道区域内的多个陆地冰壶进行对象捕捉，并锁定当前运动的陆地冰壶，通过所述角速度传感器以及所述加速度传感器获取当前运动的陆地冰壶对应的角速度以及加速度；

数据校正模块，用于根据所述温度传感器以及所述湿度传感器分别获取到的温度值以及湿度值，对所述角速度以及所述加速度进行校正，以分别得到有效角速度以及有效加速度；

第一计算模块，用于根据所述当前运动的陆地冰壶的当前速度、所述有效角速度、所述有效加速度以及地面摩擦因素，模拟计算得到当前运动的陆地冰壶的运动轨迹；

第一判断模块，用于判断所述当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上是否存在其它静止的陆地冰壶；

第二计算模块，用于当所述当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上存在其它静止的陆地冰壶，则模拟计算得到经碰撞之后静止的陆地冰壶的当前位置坐标，根据所述当前位置坐标计算得到对应的得分值，以完整陆地冰壶的完整运动状态的计算；

当所述角速度不为零时，所述有效角速度的计算公式表示为：

其中，ω_T为所述有效角速度，ω_J为角速度传感器获取到的当前运动的陆地冰壶对应的角速度，

为温度校正系数，ε为湿度校正系数，T为温度传感器获取到的温度值，s为湿度传感器获取到的湿度值；

所述有效加速度的计算公式表示为：

其中，a_T为所述有效加速度，a_J为加速度传感器获取到的当前运动的陆地冰壶对应的加速度，

为温度校正系数，ε为湿度校正系数，T为温度传感器获取到的温度值，s为湿度传感器获取到的湿度值；

当前运动的陆地冰壶的运动轨迹为曲线，对应的方程表示为：

其中，

为当前运动的陆地冰壶的曲线运动轨迹，

为曲线轨迹状态下，未发生碰撞的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第一横向距离；

v_qt为作曲线运动的陆地冰壶在碰撞发生前的当前速度，γ为角速度偏转校正因素，ω_T为有效角速度，ω_o为基准角速度，

为地面摩擦因素，g为重力加速度；

μ_min为冰壶赛道表面的最小摩擦因素，μ_max为冰壶赛道表面的最大摩擦因素，f_r为摩擦系数控制因子；

当获取到的角速度为零，当前运动的陆地冰壶的运动轨迹为直线时，且当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上不存在其它陆地冰壶，则未发生碰撞的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第三横向距离表示为：

其中，

为作直线运动且未发生碰撞的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第三横向距离，v_zt为作直线运动的陆地冰壶在碰撞发生前的当前速度，

为地面摩擦因素，g为重力加速度，a_T为有效加速度；

当获取到的角速度为零，当前运动的陆地冰壶的运动轨迹为直线时，且当前运动的陆地冰壶的运动轨迹上存在其它陆地冰壶，则当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间对应的当前速度的计算公式表示为：

其中，

为作直线运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间在x轴方向上的当前速度，v_zt为当前运动的陆地冰壶在发生碰撞前的瞬间对应的当前速度，θ为当前运动的陆地冰壶与被碰撞的陆地冰壶之间的碰撞夹角；

所述系统还用于：

根据所述当前运动的陆地冰壶在发生碰撞后的瞬间对应的当前速度，计算得到发生碰撞后的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第四横向距离；

其中所述第四横向距离的计算公式表示为：

其中，

表示发生碰撞后的陆地冰壶在冰壶赛道上沿中心线方向移动的第四横向距离。

Images