CN115475369A - 一种评定运动强度的方法、可穿戴设备及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种评定有氧锻炼的运动强度的方法、可穿戴设备以及系统。该方法包括：在一采样区间内，获取用户在运动过程的心率值；根据心率值和设定的静息心率值和最大心率值，计算储备心率比率；根据储备心率比率，确定所述采样区间的标量因数；以及计算标量因数和采样区间的时间值的乘积，确定采样区间的动量值。标量因数根据储备心率比率连续线性赋值。根据本发明的方法，能够依据心率数据，准确快捷地确定个体差异较大的普通人的有氧运动时的运动强度。

Description

一种评定运动强度的方法、可穿戴设备及系统

技术领域

本发明涉及一种评定运动强度尤其是有氧运动的运动强度的评定方法、可穿戴设备及系统。

背景技术

越来越多的人关注自身的健康状况。在运动过程中，由于普通大众的每个人的身体条件不尽相同，个体差异较大，因此如何根据自身条件进行差异性训练是很重要。每个人在运动中产生疲劳度的时间和从疲劳中恢复正常的时间都不同。因此疲劳度是决定人体运动强度的重要指标。

当前测量运动疲劳程度的重要参数为血清肌酸激酶(CK)，又称磷酸肌酸激酶(CPK)，其是短时间剧烈运动时能量补充和运动后ATP恢复的反应催化酶，与运动时和运动后能量平衡及转移有密切关系。安静时，血清CK主要是由骨骼肌和心肌中CK透过细胞膜进入血清。运动时骨骼肌局部缺氧，代谢产物堆积，自由基增多，细胞膜损伤和通透性增加，肌细胞内的CK透过细胞膜进入血液循环，导致运动后血清CK升高。由于CK在血清中上升与细胞损伤有关，因此CK是评定疲劳程度和恢复过程的重要指标。但血清CK的确定需要采集血液样本进行测定，因此其不能作为普通大众日常锻炼时评定运动强度的指标。

可替代的，最大摄氧量VO₂max是衡量一个人的有氧健康水平的重要标准。该参数也体现了身体适应运动强度能力。最大摄氧量是指一个人在一分钟内所能消耗的最大氧气量，通常使用是的相对摄氧量概念，即把绝对摄氧量除以体重，就是单位体重每分钟消耗的氧气量(毫升/公斤/分钟)。最精确的测量最大摄氧量，需要在实验台戴着呼吸设备和其它仪器，受试者进行最大努力的运动测试得出的结果。一般人要直接测最大摄氧量既麻烦又昂贵，更重要的是不够及时，无法在训练时监控自己的摄氧量，也给测量过程带来不便。因此这一方法主要是用于专业运动员的训练，例如应用瑞士Firstbeat公司的复杂算法来推算个体的最大摄氧量的佩戴式设备。

而在普通人的锻炼过程中，通常仅以运动的距离或者推算的运动消耗的热量来衡量运动量，其并不能适合衡量运动能力和身体素质差异较大的普通人群。

发明内容

本发明提供一种适合普通人进行有氧运动的运动强度的评定方法、可穿戴设备和系统，其利用能够容易测定的心率数据，准确快捷地确定个体差异较大的普通人的有氧运动时的运动强度。

本发明提出一种评定有氧锻炼的运动强度的方法。该方法包括：在一采样区间内，获取用户在运动过程的心率值；根据心率值和设定的静息心率值和最大心率值，计算储备心率比率；根据储备心率比率，确定采样区间的标量因数；以及计算标量因数和采样区间的时间值的乘积，确定采样区间的动量值。标量因数根据储备心率比率连续线性赋值。

在一个实施例中，储备心率比率的计算公式为：储备心率比率＝(心率值-静息心率值)/(最大心率值-静息心率值)。

在一个实施例中，该评定方法还包括计算用户在一时间段内的总动量值，总动量值为所述时间段内的所有采样区间的动量值的总和。

在一个实施例中，当储备心率比率为50％时，标量因数赋值为1；且储备心率比率每增加1％，相应的标量因数增加0.1。

在一个实施例中，总动量值的计算公式为：

其中，D为动量值，T为运动的时间，t为采样区间。

本发明还提出了一种评定有氧锻炼的运动强度的可穿戴设备。该设备包括穿戴部件和实时评定部件。穿戴部件配置为将可穿戴设备固定在用户上，实时评定部件配置在穿戴部件内。该实时评定部件包括感测模块、存储模块、处理模块。感测模块配置为在一采样区间内，获取用户在运动过程的心率值。存储模块配置为存储用户基础数据，用户基础数据包括用户的静息心率和最大心率。处理模块配置为执行以下步骤：根据心率值和用户的静息心率值和最大心率值，计算储备心率比率；根据储备心率比率，确定采样区间的标量因数；以及计算标量因数和采样区间的时间值的乘积，确定采样区间的动量值，并将储备心率比率和动量值存储在存储模块中。标量因数根据储备心率比率连续线性赋值。

在一个实施例中，该可穿戴设备还包括显示部件，显示部件配置为向用户显示心率值和总动量值。

在一个实施例中，处理模块将每一储备心率比率对应于显示部件所显示的心率值的一颜色，所述颜色随着所述储备心率比率的增加从冷色调渐变为暖色调。

在一个实施例中，可穿戴设备包括腕表、手环、胸带或者臂带。

本发明还提出了一种评定有氧锻炼的运动强度的系统。该系统包括至少一个可穿戴设备以及数据分享和存储装置。可穿戴设备包括穿戴部件和实时评定部件。穿戴部件配置为将可穿戴设备固定在用户上，实时评定部件配置在穿戴部件内。该实时评定部件包括感测模块、存储模块、处理模块。感测模块配置为在一采样区间内，获取用户在运动过程的心率值。存储模块配置为存储用户基础数据，用户基础数据包括用户的静息心率和最大心率。处理模块配置为执行以下步骤：根据心率值和用户的静息心率值和最大心率值，计算储备心率比率；根据储备心率比率，确定采样区间的标量因数；以及计算标量因数和采样区间的时间值的乘积，确定采样区间的动量值，并将储备心率比率和动量值存储在存储模块中。标量因数根据储备心率比率连续线性赋值。数据分享和存储装置配置为与可穿戴设备交互数据，向可穿戴设备发送用户的基础数据并获取确定的心率值和动量值。

在一个实施例中，实时监测系统还包括显示器，该显示器同时显示来自多个可穿戴设备的动量值或者总动量值。

本发明的方法、可穿戴设备和系统在不事先采集血液了解血清CK且无需精确测量摄氧量的情况下，而仅根据容易测量的实时心率，可以提供一个准确反映考虑了个体差异的运动强度的总动量值，从而迅速有效地确定个体差异较大的普通人在进行一段时间的有氧锻炼后的运动强度。

附图说明

图1为储备心率比率与摄氧量比率的曲线图；

图2为评定有氧锻炼的运动强度的可穿戴设备的结构框图；

图3为可穿戴设备的一个实施例的装置图；和

图4为评定有氧锻炼的运动强度的系统的示意图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

美国运动医学院在健康成人中发展和维持心肺健康的建议将储备心率比率或摄氧量比率作为运动强度极限相关的参数。储备心率比率为(心率值-静息心率值)/(最大心率值-静息心率值)。静息心率值是指在清醒、不活动的安静状态下，每分钟心跳的次数。最大心率值是指人在运动的时候，心脏能达到的极限心率值。摄氧量比率为实际摄氧量/最大摄氧量的比率。而且，有数据表明心率与摄氧量的关系是正相关的，也就是说心率越快，个体所摄入的氧气量越多，从而适应高强度运动。

在本发明中，发明人发现可以利用依据储备心率比率来评估摄氧量比率，从而更加简便高效地评价个体的有氧运动的运动强度。发明人发现，储备心率比率与摄氧量比率可近似为线性关系。根据美国国家体能协会提供的数据，在50％-100％的范围内，储备心率比率与摄氧量比率即呈现了连续的线性正比关系，如图1所示。

因此，发明人认为，根据摄氧量比率即实际摄氧量/最大摄氧量的比率，可以确定个体运动时实际的摄氧承受力。这在一定程度上反映了其肌肉缺氧的程度，即运动疲劳程度。因此，根据储备心率比率和摄氧量比率的线性关系，可以依据该储备心率比率这一容易获得的数据，通过连续线性赋值的标量因数，准确地确定个体运动时的摄氧承受力，并且与运动时间相结合，获得一个评价一段时间的有氧运动后的运动强度的创新性的参数动量值，从而简便高效准确地提供一种评价个体运动强度尤其是有氧运动强度的方法。

具体地，本发明提出一种评定有氧锻炼的运动强度的方法。该方法包括：在一采样区间内，获取用户在运动过程的心率值。采样区间可以根据采样设备的能力、具体的运动项目、个体的运动时间等来确定，通常可以在1秒到5秒之内。然后，根据心率值和设定的静息心率值和最大心率值，计算储备心率比率。储备心率比率的计算公式为：

储备心率比率＝(心率值-静息心率值)/(最大心率值-静息心率值)。

根据储备心率比率，确定采样区间的标量因数。标量因数根据储备心率比率连续线性赋值，即随着储备心率比率的增加，标量因数线性连续增加，每个储备心率比率都赋值一个与之对应的用来标定运动强度的标量因数，从而准确地评定个体的摄氧承受力和疲劳程度。例如，当储备心率比率为50％时，标量因数赋值为1；且储备心率比率每增加1％，相应的标量因数增加0.1，即该标量因数的范围在1到6之间。

最后，计算标量因数和采样区间的时间值的乘积，确定该采样区间的动量值。动量值通常以秒、分等时间单位为单位。

个体在一段时间内运动的总动力值为该段时间内的所有采样区间内的动量值的总和。即总动量值的计算公式为：

其中，D为动量值，T为运动的时间，t为采样区间。由此，可以方便地记录、评价和比较存在较大个体差异的用户在一段运动时间的运动强度和疲劳程度，方便用户制定科学的运动计划。

根据本发明的方法，运动强度的确定通过摄氧量比率即实际摄氧量和最大摄氧量的比例来评定。然而，本发明的方法避免了直接测量该摄氧量比率的复杂测量，而是根据摄氧量比率和储备心率比率的线性关系，对于每一个储备心率比率均赋值一个标定运动强度的不同的随之连续增加的标量因数，从而简便高效准确地评定个体的摄氧承受力和疲劳程度。而且通过将该标量因数与运动时间的结合，创新性地提出了一种能够简便高效准确衡量个体差异较大的用户运动的运动强度的动量值参数，为普通大众制定科学体育锻炼计划提供了一种准确快捷的方法。

根据本发明的方法也可以被应用在可穿戴设备中。图2为一种评定有氧锻炼的运动强度的可穿戴设备的结构框图。如图2所示，可穿戴设备1包括穿戴部件11、实时评定部件12和显示部件13。

穿戴部件11配置为将可穿戴设备1固定在用户上。该可穿戴设备1包括腕表、手环、胸带或者臂带等多种形式。图3为可穿戴设备1的一个实施例的装置图，例如为手环，在该实施例中，穿戴部件11为环状部件，方便佩戴在用户的手腕上。本发明不限于此，穿戴部件11也可以为带状，方便将可穿戴部件佩戴在用户的手臂或者胸部。

实时评定部件12配置在穿戴部件1内。该实时评定部件12包括感测模块121、存储模块122和处理模块123。

感测模块121配置为在一采样区间内，获取用户在运动过程的心率值。感测模块121可以例如包括电容灯和光敏传感器(未示出)。在使用过程中，电容灯的光射向皮肤，透过皮肤组织反射回的光被光敏传感器接受并转换成电信号，再经过电信号转换成数字信号，由此根据血液的吸光率，测算出心率。可替换地，感测模块121也可以包括生物电阻抗传感器，其通过生物肌体自身阻抗来实现血液流动监测，并转化为具体的心率。采样区间可以是运动过程中的任一时间区间。心率值可以取采样区间内的平均心率值。另外，采样区间可以是感测模块121能够有效检测心率的最小时间区间，例如1-5秒。这样可以根据采用区间的心率值，准确地确定用户的实时储备心率比率，从而准确确定用户的实时动量值即运动强度，从而为用户根据运动计划及时调整运动强度提供依据。

存储模块122配置为存储用户基础数据和运动数据。存储模块可以是一种内置的存储器，也是一种可替换的存储器，例如小型内存卡。用户基础数据包括用户的静息心率、最大心率，也可以包括用户的身高、体重、年龄等信息。运动数据则包括用户的心率以及根据本发明的方法所确定的动量值、总动量值等。

处理模块123则根据本发明的方法来确定动量值和总动量值。例如，处理模块123根据感测模块测得的心率值存储模块122中记录的用户的静息心率值和最大心率值，计算用户储备心率比率。再根据该储备心率比率，确定该采样区间的标量因数，并且计算标量因数和采样区间的时间值的乘积，确定该采样区间的动量值。上述测量和确定的心率值、储备心率比率和动量值均可以存储在存储模块123中。若用户佩戴该可穿戴设备1进行一段时间的有氧运动，则处理模块123也累计这段时间内的动量值，从而确定衡量该段时间内的运动强度的总动量值。

显示部件13配置在穿戴部件1内，并向用户显示运动数据，如心率值、动量值、总动量值等。显示部件13可以是液晶屏或触摸显示屏。

在一个实施例中，处理模块123将每一储备心率比率对应于显示部件13所显示的心率值的一颜色。该颜色的色温随着储备心率比率连续线性增加。例如在储备心率比率从50％不断上升至90％的过程中，对应的颜色从冷色调渐变为暖色调，即当储备心率比率分别为50％、60％、70％、80％、90％时，对应的颜色分别为绿色、蓝色、黄色、橙色、红色。在另一情况下，当储备心率比率分别为50％、60％、70％、80％、90％时，对应的颜色分别为灰色(RGB:#A7ABA1)、绿色(RGB:#18A43D)、蓝色(RGB:#0099DB)、黄色(RGB:#FFF100)、红色(RGB:#C9080B)。这样用户可以在使用可穿戴设备1时直观地了解目前的运动强度状态。

根据本发明的可穿戴设备，根据摄氧量比率和储备心率比率的线性关系，对于每一个储备心率比率均赋值一个标定运动强度的不同的随之连续增加的标量因数，从而简便高效准确地评定个体的摄氧承受力和疲劳程度。而且通过将该标量因数与运动时间的结合，在用户佩戴该设备时创新性地提供了一种能够简便高效准确衡量个体差异较大的用户运动的运动强度的动量值参数，为普通大众制定科学体育锻炼计划提供了一种准确快捷的工具。

而且，用户在一时间段内的所有采样区间的总动量值可以作为衡量和规划用户运动计划的依据，并可以根据总动量值进行分级管理，例如可参照一些游戏等级的设定来评定用户运动的级别。例如，用户可以直接在显示部件13中查看自己的当日总动量值、或每周乃至每月的总动量值。根据世卫组织《关于身体活动和久坐行为指南》，对于成年人、老年人、残疾成年人、患有慢性病的成年人和老年人，要求每周进行150分钟的中等强度有氧运动。因此如果将储备心率比率为75％时的运动强度作为中等运动强度，则每月运动的基础动量值可以推算并设定为2100分钟/月。例如若用户当月累计的动量值大于2100分钟/月，用户则进入等级评定并评定为青铜等级。用户连续2个月每月累计的动量值大于2100分钟/月，用户运动等级升级为白银等级。用户连续3个月每月累计的动量值大于2100分钟/月，用户运动等级升级为黄金等级。用户连续6个月每月累计的动量值大于2100分钟/月，用户运动等级升级为铂金等级。用户连续12个月每月累计的动量值大于2100分钟/月，用户运动等级升级为钻石等级。用户连续24个月每月累计的动量值大于2100分钟/月，用户运动等级升级为王者等级。如果用户当月没有达到2100分钟，即退出运动等级评定，直至下月出现月达标，再次延续评定等级。带有评定等级功能的可穿戴设备1可以帮助用户养成运动习惯，适用于在健身房和教学中推广使用，帮助健身房管理者提升业绩，提高消费人群粘度，或者帮助教师鼓励学生积极锻炼。

在一个示例中，还可以设定适当的动量值的奖励值，从而激励用户每月保持适量的较高运动强度的有氧运动，从而提高用户的运动能力。例如，如果用户在一个月中的运动时间中，月度所累积的动量值中有600分钟的动量值来自于标量因数大于4的采样区间即该用户储备心率比率大于80％的采样区间，则设定额外奖动量值600分钟/月，激励用户快速晋级。

在一个实施例中，可穿戴设备1可以预先设定运动所需的动量值，该动量值的设定可以通过可穿戴设备1上的按钮(未图示)或可触控的显示部件13(如触摸显示屏)来实现。当用户的实时总动量值达到设定的动量值时，显示部件13会给出达标的提示。

上述的可穿戴设备1也可以与其他设备组成一个评定有氧运动的运动强度的系统，用于进行多个用户同时锻炼的监控。图4为一种评定有氧运动的运动强度的系统的示意图。该系统包括至少一个可穿戴设备1、显示器21和数据分享和存储装置22。该可穿戴设备1的结构和功能已在上文详细说明，这里不再赘述。每个用户分别佩戴一个可穿戴设备1，从而对他们在进行有氧运动时的运动强度进行实时监测。显示器21同时显示来自各个可穿戴设备1的实时心率值和实时总动量值。该显示器21也可以同时显示用户在不同时间段内的累计动量值，如用户A分别在时间段1和时间段2内的累计动量值，用户B分别在时间1和时间段2内的累计动量值。显示器21可以是液晶屏或触摸显示屏。数据分享和存储装置22配置为与可穿戴设备1交互数据，向可穿戴设备1发送该用户的基础数据并获取确定的心率值、动量值和总动量值。可穿戴设备1、显示器21和数据分享和存储装置22之间可以通过例如蓝牙、有线网络或无线网络等连接方式进行数据交互。

系统1可以同时对多个用户的运动进行监测。显示模块21可同时显示多个用户的动量值，并给出动态比较结果。此外，也可以对同一个用户的动量值进行比较。这样的系统可以应用于健身房或者学校的体育课堂，方便教练或者教师实施关注每个运动的每个用户的运动强度，提醒该用户增加运动强度或减少运动强度。由于系统1采用的动量值简便高效地反映了参与运动的用户的个体差异，该运动强度的参数可以比较客观地反映各个用户在运动中的努力程度，从而为教练和教师评价用户的运动情况提供了客观依据。

虽然上文涉及特定的实现方式，但是应当理解，本发明不限于此。本领域普通技术人员将会想到，可以对所公开的实施方式进行各种修改，并且这些修改在本公开的范围内。

Claims (16)

1.一种评定有氧锻炼的运动强度的方法，包括：

在一采样区间内，获取用户在运动过程的心率值；

根据所述心率值和设定的静息心率值和最大心率值，计算储备心率比率；

根据所述储备心率比率，确定所述采样区间的标量因数；以及

计算所述标量因数和所述采样区间的时间值的乘积，确定所述采样区间的动量值，

其中所述标量因数根据所述储备心率比率连续线性赋值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述储备心率比率的计算公式为：

储备心率比率＝(心率值-静息心率值)/(最大心率值-静息心率值)。

3.根据权利要求2所述的评定方法，还包括计算所述用户在一时间段内的总动量值，所述总动量值为所述时间段内的所有采样区间的动量值的总和。

4.根据权利要求3所述的方法，其中当所述储备心率比率为50％时，所述标量因数赋值为1；且所述储备心率比率每增加1％，相应的所述标量因数增加0.1。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述总动量值的计算公式为：

其中，D为动量值，T为运动的时间，t为采样区间。

6.一种评定有氧锻炼的运动强度的可穿戴设备，包括：

穿戴部件，配置为将所述可穿戴设备固定在用户上；

实时评定部件，配置在所述穿戴部件内，所述实时评定部件包括：

感测模块，配置为在一采样区间内，获取所述用户在运动过程的心率值；

存储模块，配置为存储用户基础数据，所述用户基础数据包括所述用户的静息心率值和最大心率值；以及

处理模块，配置为执行以下步骤：

根据所述心率值和所述用户的静息心率值和最大心率值，计算储备心率比率；

根据所述储备心率比率，确定所述采样区间的标量因数；以及

计算所述标量因数和所述采样区间的时间值的乘积，确定所述采样区间的动量值，并将所述储备心率比率和动量值存储在存储模块中，其中所述标量因数根据所述储备心率比率连续线性赋值。

7.根据权利要求6所述的可穿戴设备，其中所述储备心率比率的计算公式为：

储备心率比率＝(心率值-静息心率值)/(最大心率值-静息心率值)。

8.根据权利要求7所述的可穿戴设备，其中所述处理模块还包括计算所述用户在一时间段内的总动量值，所述总动量值为所述时间段内的所有采样区间的动量值的总和。

9.根据权利要求8所述的可穿戴设备，其中当所述储备心率比率为50％时，所述标量因数赋值为1；且所述储备心率比率每增加1％，相应的所述标量因数增加0.1。

10.根据权利要求9所述的可穿戴设备，其中所述总动量值的计算公式为：

其中，D为动量值，T为运动的时间，t为采样区间。

11.根据权利要求10所述的可穿戴设备，还包括显示部件，配置为向所述用户显示所述心率值和所述总动量值。

12.根据权利要求11所述的可穿戴设备，其中所述处理模块将每一所述储备心率比率对应于所述显示部件所显示的心率值的一颜色，所述颜色随着所述储备心率比率的增加从冷色调渐变为暖色调。

13.根据权利要求12所述的可穿戴设备，其中所述可穿戴设备包括腕表、手环、胸带或者臂带。

14.一种评定有氧锻炼的运动强度的系统，包括：

至少一个可穿戴设备，所述可穿戴设备包括：

穿戴部件，配置为将所述可穿戴设备固定在用户上；

实时评定部件，配置在所述穿戴部件内，所述实时评定部件包括：

感测模块，配置为在一采样区间内，获取用户在运动过程的心率值；

存储模块，配置为存储用户基础数据，所述用户基础数据包括所述用户的静息心率和最大心率；以及

处理模块，配置为执行以下步骤：

根据所述心率值和所述用户的静息心率值和最大心率值，计算储备心率比率；

根据所述储备心率比率，确定所述采样区间的标量因数；以及

计算所述标量因数和所述采样区间的时间值的乘积，确定所述采样区间的动量值，并将所述储备心率比率和动量值存储在存储模块中，其中所述标量因数根据所述储备心率比率连续线性赋值，以及

数据分享和存储装置，配置为与所述可穿戴设备交互数据，向所述可穿戴设备发送所述用户的基础数据并获取确定的所述心率值和所述动量值。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述处理模块还包括计算所述用户在一时间段内的总动量值，所述总动量值为所述时间段内的所有采样区间的动量值的总和。

16.根据权利要求15所述的系统，还包括显示器，同时显示来自多个可穿戴设备的动量值或者总动量值。

Images