CN205886157U - 一种足球员速度练习监测与评估系统 - Google Patents

Abstract

一种足球员速度练习监测与评估系统，实现对运动员在足球速度练习过程中，全程自动实时采集并记录运动员运动轨迹、速度、加速度、角速度、位置及动作等信息,并通过软件自动进行分析评估，从而方便教练员对运动员管理，制定针对性训练计划，提高运动训练效果。它包括运动采集器、运动采集终端、监控分析终端、无线移动基站。本实用新型优点：采用传感器技术、无线传输技术、数据分析技术等，能够对运动员的速度训练过程中的加速度、转弯角度、运动距离、跨步距离等信息进行实时监测；能够对足球运动速度练习全程数据进行实时监测、分析，方便教练员对运动员管理、分析和评估。

Description

一种足球员速度练习监测与评估系统

技术领域

本实用新型属于体育运动监控应用领域，具体是涉及一种对足球运动员速度练习监测与评估系统。

背景技术

足球运动员的速度突出表现在反应快、起动快、冲刺快、突然转身和完成技术动作快等方面。—场足球比赛，运动员5—30米的冲刺跑占80％左右。这些速度主要是对球的反应，或身体处在非正常姿势下突然改变方向时进行的。在速度上不仅仅指的是空跑速度，而且还指有球的速度。奔跑速度对足球运动员具有重要的意义。在无球情况下和较长距离奔跑过程中，动作要领与田径运动员基本上一致。运动员经常须急停、转身、变向和控制球。在这种情况下，足球运动员的跑就具有频率快、步幅稍小和重心稍低等特点。因此，通过科学的技术手段，监测分析运动员的各种不同姿势的起动、冲刺练习、结合各种动作的快速反应练习，对于发展足球运动员的速度是很重要的。

国际上，通过不同的专项设备对运动员的足球速度训练进行量化和分析成为一种必然趋势。在国内，由于早期国家在体育产业投入不足，广泛的体育训练往往靠教练员一双眼睛一支笔和辅助器材进行判断，无法准确通过量化数据分析判断运动员训练效果，不利于运动员速度能力提升；伴随着体育产业的发展得到国家各个层面的高度重视，以及科学技术的快速发展，国内高技术体育设备的研发处于加速追赶状态，特别是对运动员训练信息采集、记录及分析逐渐受到重视。

发明内容

本实用新型的目的是通过研制一种足球员速度练习监测与评估系统，实现对运动员在足球速度练习过程中，全程自动实时采集并记录运动员运动轨迹、速度、加速度、角速度、位置及动作等信息,并通过软件自动进行分析评估，从而方便教练员对运动员管理，制定针对性训练计划，提高运动训练效果。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种足球员速度练习监测与评估系统，它包括运动采集器、运动采集终端、监控分析终端、无线移动基站；其中运动采集器与运动采集终端通过蓝牙无线方式进行连接；运动采集终端与无线移动基站通过无线方式连接，同时运动采集终端在设备存储数据导出时通过USB线缆与外部分析终端相连接；无线移动基站与分析终端通过无线wifi建立连接；

所述运动采集器用于采集足球运动员速度练习时腿部运动加速度、运动步数，并通过内置蓝牙模块将采集数据发送至运动采集终端；

所述运动采集终端，用于采集运动员的速度信息、直线运动加速度信息、曲线运动加速度信息，位移信息、动作转换信息，同时接收运动采集器采集的运动员腿部运动加速度和运动步数信息，这些信息经计 算处理后，一方面进行数据存储，另一方面通过内置的无线通讯模块传输至无线移动基站；

所述无线移动基站，用于各运动采集终端通信管理，并将接收数据转发给监控分析终端；

所述监控分析终端，用于接收运动员足球训练过程中各运动采集终端采集的原始数据，并对原始数据进行解析、分析处理，最后以数值、图形方式进行实时显示。

所述运动采集器，是一种微型穿戴设备，通过腕带固定在人体腿部脚腕处；所述运动采集器包括加速度传感器、蓝牙模块和电源模块，其中加速度传感器与蓝牙模块相连接；蓝牙模块通过无线方式与外部运动采集终端相连接；电源模块分别与加速度传感器、蓝牙模块相连接，并提供电源；

所述加速度传感器，用于采集足球运动员速度练习时腿部运动加速度、运动步数；所述加速度传感器采用三轴加速度传感器；

所述蓝牙模块，用于将加速度传感器采集信息发送至运动采集终端。

所述运动采集终端，包括处理器、存储模块、无线通讯模块、电源管理模块、GPS模块、加速度传感器、运动传感器、USB接口模块、蓝牙模块；其中存储模块、无线通讯模块、电源管理模块、GPS模块、加速度传感器、运动传感器、USB接口模块、蓝牙模块与处理器相连接；USB接口模块在设备存储数据导出时，通过USB线缆与外部监控分析终端相连接；蓝牙模块与外部运动采集器通过无线方式相连接；无线通讯模块与外部无线移动基站通过无线方式相连接；

所述加速度传感器，用于采集运动员的加速度信息并发送给处理器；

所述运动传感器，用于采集运动员的角加速信息并发送给处理器；

所述GPS模块，用于接收GPS时钟信息、经度信息、纬度信息、矢量速度信息和海拔信息；

所述处理器，用于接收加速度传感器、运动传感器和GPS模块发送的信号并进行处理，经处理后数据写入存储模块，同时通过无线通讯模块将采集到的信息并发送至无线移动基站；

所述存储模块，用于存储运动员足球速度训练过程中采集的原始数据；

所述USB接口模块，用于运动采集终端存储数据导出；

所述电源管理模块，用于设备内部各模块电源供电管理、电池供电；

所述蓝牙模块，用于接收运动采集器发送腿部运动加速信息；

所述无线通讯模块用于将处理器发送数据转发给无线移动基站。

所述运动采集终端，是一种小型穿戴设备，通过背带固定在人体背部或前胸处；所述运动采集终端能够指示设备工作状态、蓝牙模块连接状态、无线通讯模块连接状态。

所述运动采集终端电源管理模块，包含电池、电源放电管理；其中电池用于设备供电，电源放电管理用于设备各模块放电控制和管理。

所述运动采集终端加速度传感器，采用三轴加速度传感器，用来测量人体运动空间矢量的加速度；所述运动采集终端运动传感器采用三轴陀螺仪。

所述监控分析终端，采用平板电脑或移动笔记本电脑，内置有无线wifi通信模块与无线移动基站建立连接。

所述无线移动基站，通过移动可伸缩支架进行固定，无线移动基站内置有电源管理模块，支持直流20V供电。

采用上述技术方案的本实用新型，它具有以下优点：

(1)本实用新型采用传感器技术、无线传输技术、数据分析技术等，能够对运动员的速度训练过程中的加速度、转弯角度、运动距离、跨步距离等信息进行实时监测。

(2)本实用新型能够对足球运动速度练习全程数据进行实时监测、分析，方便教练员对运动员管理、分析和评估，制定针对性训练计划，提高速度训练效果。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构图。

图2为本实用新型的速度练习运动轨迹示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型的具体实施方式做进一步的详细说明。但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”“包含”等类似词语应当解释为包含的含义，而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，一种足球员速度练习监测与评估系统，它包括运动采集器、运动采集终端、监控分析终端、无线移动基站；其中运动采集器与运动采集终端通过蓝牙无线方式进行连接；运动采集终端与无线移动基站通过无线方式连接，同时运动采集终端在设备存储数据导出时通过USB线缆与外部分析终端相连接；无线移动基站与分析终端通过无线wifi建立连接。

所述运动采集器用于采集足球运动员速度练习时腿部运动加速度、运动步数，并通过内置蓝牙模块将采集数据发送至运动采集终端；

所述运动采集终端，用于采集运动员的速度信息、直线运动加速度信息、曲线运动加速度信息，位移信息、动作转换信息，同时接收运动采集器采集的运动员腿部运动加速度和运动步数信息，以上信息经计算处理后，一方面进行数据存储，另一方面通过内置的无线通讯模块传输至无线移动基站；

所述无线移动基站，用于各运动采集终端通信管理，并将接收数据转发给监控分析终端；

所述监控分析终端，用于接收运动员足球训练过程中各运动采集终端采集的原始数据，并对原始数据进行解析、分析处理，最后以数值、图形方式进行实时显示。

所述运动采集器，是一种微型穿戴设备，通过腕带固定在人体腿部脚腕处；所述运动采集包括加速度传感器、蓝牙模块和电源模块，其中加速度传感器与蓝牙模块相连接；蓝牙模块通过无线方式与外部运动采集终端相连接；电源模块分别与加速度传感器、蓝牙模块相连接，并提供电源；

所述加速度传感器，用于采集足球运动员速度练习时腿部运动加速度、运动步数；所述加速度传感器采用三轴加速度传感器；

所述蓝牙模块，用于将加速度传感器采集信息发送至运动采集终端。

所述运动采集终端，包括处理器、存储模块、无线通讯模块、电源管理模块、GPS模块、加速度传感器、运动传感器、USB接口模块、蓝牙模块；其中存储模块、无线通讯模块、电源管理模块、GPS模块、加速度传感器、运动传感器、USB接口模块、蓝牙模块与处理器相连接；USB接口模块在设备存储数据导出时，通过USB线缆与外部监控分析终端相连接；蓝牙模块与外部运动采集器通过无线方式相连接；无线通讯模块与外部无线移动基站通过无线方式相连接；

所述加速度传感器，用于采集运动员的加速度信息并发送给处理器；

所述运动传感器，用于采集运动员的角加速信息并发送给处理器；

所述GPS模块，用于接收GPS时钟信息、经度信息、纬度信息、矢量速度信息和海拔信息；

所述处理器，用于接收加速度传感器、运动传感器和GPS模块发送的信号并进行处理，经处理后数据写入存储模块，同时通过无线通讯模块将采集到的信息并发送至无线移动基站；

所述存储模块，用于存储运动员足球速度训练过程中采集的原始数据；

所述USB接口模块，用于运动采集终端存储数据导出；

所述电源管理模块用于设备内部各模块电源供电管理、电池供电；

所述蓝牙模块，用于接收运动采集器发送腿部运动加速信息；

所述无线通讯模块用于将处理器发送数据转发给无线移动基站；

所述运动采集终端，是一种小型穿戴设备，通过背带固定在人体背部或前胸处；所述运动采集终端能够指示设备工作状态、蓝牙模块连接状态、无线通讯模块连接状态。

所述电源管理模块，包含电池、电源放电管理；其中电池用于设备供电，电源放电管理用于设备各模块放电控制和管理。

所述运动采集终端运加速度传感器采用三轴加速度传感器，用来测量人体运动空间矢量的加速度；所述运动采集终端运运动传感器采用三轴运动传感器。

所述监控分析终端，采用平板电脑或移动笔记本电脑，内置有无线wifi通信模块与无线移动基站建立连接。

所述无线移动基站，通过移动可伸缩支架进行固定，无线移动基站内置有电源管理模块，支持直流20V供电。

如图2所示，一种足球运动速度练习测定时，受试者以半蹲起跑姿势站在起点处A前，开始时以直线运动向前跑动，到达过杆处B后，以曲线运动依次通过各个障碍杆(杆1、杆2、杆3、杆4、杆5…杆n)，最后到达C处，进行踢球。

一种足球运动员速度练习监测与评估的方法，它包含如下步骤：

①、首先将运动采集器固定在人体腿部脚腕处，运动采集终端通过背带固定在人体背部，并打开运动采集器和运动采集终端电源，检查运动采集器和运动监控终端的电源状态和通讯连接状态；

②、运动采集器将采集人体腿部加速度信息，通过无线传输至运动采集终端；

③、运动采集终端，通过GPS模块实时采集运动员经度、纬度信息和矢量速度信息，同时通过加速传感器、运动传感器采集运动员加速度信息、角速度信息，然后以接收GPS时间为基准对运动采集终端采集的信息加上时间戳并写入存储器，同时通过无线通讯模块将运动采集终端经处理后信息发送至无线移动基站；

④、无线移动基站将接收到运动采集终端发送信息转发给监控分析终端；

⑤、监控分析终端对接收的运动采集终端发送原始数据进行解析、实时处理，以数值和图形方式进行实时显示，同时对足球运动员每次速度训练数据进行分析、评估。

步骤1中，所述运动采集器，通过腕带固定在人体任意脚腕处，运动采集终端通过背带固定在人体背部；所述运动采集器和运动采集终端均设电源开关、电源指示、通讯指示，通过打开电源开关，启动设备处于工作状态；

所述运动采集终端状态指示包括电源指示、无线通信连接指示、蓝牙通信连接指示，电源电量在正常值范围显示为绿闪，电源电量在下限值或极限值指示为红闪，无线通信模块建立通信连接和蓝牙模块建立通信连接均显示为绿闪，未建立通信连接显示为常绿；

所述运动采集器设电源指示和通信连接指示，电源接通显示为红灯，通信建立连接显示绿闪，未连接显示常绿；

步骤2中，所述运动采集器，通过内置加速度传感器采集运动员腿部运动加速度信息；所述运动采集器与运动采集终端之间通过蓝牙进行无线数据传输；使用前，加速度传感器与运动采集终端进行预先配对设置。

步骤3中，所述运动采集终端，以GPS时间为基准进行信息采集和时钟校时，当运动采集终端启动后无法接收到GPS时间基准时，运动采集终端向监控分析终端发送请求校时命令，由监控分析终端对运动采集终端进行校时；

所述运动采集终端，按照设定轮询周期实时采集足球运动员训练过程中加速度信息、角速度信息、运动员经度和纬度信息及腿部加速度信息，并对采集信息打上时间戳后写入存储模块，同时按照设定的时间周期定时发送给无线移动基站；

所述运动采集终端，电源管理模块包括电池和电源管理；所述电池用于设备的供电；所述电源管理，一是根据运动员采集的加速度信息确定运动员是否处于运动训练状态，并根据运动员是否处于训练状态，控制电源模块的各路电源的输出，已达到训练和设备节电相结合目的；二是电源管理模块实时监测电池电量信息，当电池电量信息低于设定告警下限值，自动提示声光告警，低于极限值时自动切断电源输出；

所述运动采集终端，当运动监控终端与外部无线移动通讯基站通信连接中断时，运动采集终端通过USB接口将存储数据导入到监控分析终端。

步骤4中，所述无线移动基站，内置有802.15.4通信模块、无线wifi通信模块；无线移动基站与运动采集终端通过802.15.4通信模块进行通信，无线移动基站与分析终端通过无线wifi通信模块进行通信。

步骤5中，所述监控分析终端，通过无线方式接收无线移动基站转发的各个运动采集终端的采集数据，并对采集数据进行分析和逻辑处理，以曲线和数值的形式实时显示，以便教练员实时查看每位运动员的状态；监控分析终端软件包括数据处理模块、数据接口模块、运动曲线显示模块、速度练习档案管理模块、运动轨迹分析模块、跨步距离与加速度分析模块、转弯灵敏性分析模块、存储模块、数据回放模块；所述数据接口模块、运动曲线显示模块、速度练习档案管理模块、运动轨迹分析模块、跨步距离与加速度分析模块、转弯灵敏性分析模块、存储模块、数据回放模块与数据处理模块相连接；

所述数据接口模块，用于接收运动采集终端发送原始数据，数据解析后发送给数据处理模块；

所述数据处理模块，用于对接收运动员训练原始数据进行计算处理，并发送给曲线显示模块进行显示；同时数据处理模块将计算处理后数据分别发送给运动轨迹分析模块、跨步距离与加速度分析模块、转弯灵敏性分析模块；

所述运动轨迹分析模块，用于分析并显示运动员每次训练的运动初始时间、运动过程加速度、直线运动距离、曲线运动距离以及各点所用时间和总时间，并以曲线和报告的形式显示分析结果；

所述跨步距离与加速度分析模块，用于分析判断运动员跨步距离与动作时间长度、直线运动跨步距离与加速度关系、曲线运动跨步距离与加速度关系，并以曲线和报告的形式显示分析结果；通过跨步距离与加速度之间关系分析，帮助教练员发现并改进足球运动员速度练习训练方法；

所述转弯灵敏性分析模块，用于分析运动员在转弯带球情况下运动员动作灵敏性，具体通过分析转弯方向与加速度关系、转弯角度与加速度关系，以曲线和报告的形式显示分析结果；

所述速度练习档案管理模块，用于对运动员速度练习的时间长度、直线运动距离及加速度、曲线运动距离及加速度、转弯灵敏性进行档案管理，同时可以通过人员、时间进行组合查询；

所述存储模块，用于对接收运动员速度训练原始数据、速度练习档案管理数据、运动轨迹分析数据、跨步距离与加速度分析数据、转弯灵敏性分析数据进行分类存储、管理；

所述数据回放模块，用于回放运动员速度训练历史数据。

步骤5中，所述运动轨迹分析模块，对运动过程加速度通过三轴加速度传感器实时采集，同时结合采集运动员经度、纬度信息及运动时间信息，描绘出运动员运动过程加速度；

所述直线运动距离判别，通过采集加速度信息、角速度信息、运动员的经度和纬度信息及运动时间信息，经过计算处理后分析运动员是否处于相对直线运动和运动距离；

所述曲线运动距离，通过角速度信息、运动员的经度和纬度信息及运动时间信息分析运动员是否处于曲线运动状态，通过采集加速度信息、角速度信息、运动员的经度和纬度信息及运动时间信息分析运动员速度练习曲线运动距离；

所述运动员每次训练的运动轨迹，通过实时采集运动员加速度信息、角速度信息、运动员的经度和纬度信息及运动时间信息，描绘出运动员每次训练的运动轨迹。

步骤5中，所述跨步距离与加速度分析模块中，所述单个跨步距离与动作时间长度，通过运动采集器加速度传感器采集三轴加速度信息和运动采集终端时钟信息，分析判断运动员单个跨步距离与动作时间长度；

所述直线运动跨步距离与加速度关系，分析运动员在直线运动情况下跨步距离与加速度关系；

通过曲线运动跨步距离与加速度关系，分析运动员在直线运动情况下跨步距离与加速度关系；

所述直线运动与曲线运动，通过运动采集终端运动传感器采集三轴角速度数据信息，计算分析运动员处于直线运动或曲线运动。

步骤5中，所述转弯灵敏性分析模块，分析运动员转弯方向与加速度关系、转弯角度与加速度关系；

所述加速度信息，为运动采集终端加速度传感器采集三轴加速度数据信息；

所述转弯方向和转弯角度，通过运动采集终端运动传感器采集三轴角速度数据信息，计算分析运动员动作方向和转弯角度。

本实用新型采用传感器技术、无线传输技术、数据分析技术等，能够对运动员的速度训练过程中的加速度、转弯角度、运动距离、跨步距离等信息进行实时监测。

本实用新型能够对足球运动速度练习全程数据进行实时监测、分析，方便教练员对运动员管理、分析和评估，制定针对性训练计划，提高速度训练效果。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种足球员速度练习监测与评估系统，其特征在于，它包括运动采集器、运动采集终端、监控分析终端、无线移动基站；其中运动采集器与运动采集终端通过蓝牙无线方式进行连接；运动采集终端与无线移动基站通过无线方式连接，同时运动采集终端在设备存储数据导出时通过USB线缆与外部分析终端相连接；无线移动基站与分析终端通过无线wifi建立连接；

所述运动采集器用于采集足球运动员速度练习时腿部运动加速度、运动步数，并通过内置蓝牙模块将采集数据发送至运动采集终端；

所述运动采集终端，用于采集运动员的速度信息、直线运动加速度信息、曲线运动加速度信息，位移信息、动作转换信息，同时接收运动采集器采集的运动员腿部运动加速度和运动步数信息，这些信息经计算处理后，一方面进行数据存储，另一方面通过内置的无线通讯模块传输至无线移动基站；

所述无线移动基站，用于各运动采集终端通信管理，并将接收数据转发给监控分析终端；

所述监控分析终端，用于接收运动员足球训练过程中各运动采集终端采集的原始数据，并对原始数据进行解析、分析处理，最后以数值、图形方式进行实时显示。

2.根据权利要求1中所述一种足球员速度练习监测与评估系统，其特征在于：所述运动采集器，是一种微型穿戴设备，通过腕带固定在人体腿部脚腕处；所述运动采集器包括加速度传感器、蓝牙模块和电源模块，其中加速度传感器与蓝牙模块相连接；蓝牙模块通过无线方式与外部运动采集终端相连接；电源模块分别与加速度传感器、蓝牙模块相连接，并提供电源；

所述加速度传感器，用于采集足球运动员速度练习时腿部运动加速度、运动步数；所述加速度传感器采用三轴加速度传感器；

所述蓝牙模块，用于将加速度传感器采集信息发送至运动采集终端。

3.根据权利要求1中所述一种足球员速度练习监测与评估系统，其特征在于：所述运动采集终端，包括处理器、存储模块、无线通讯模块、电源管理模块、GPS模块、加速度传感器、运动传感器、USB接口模块、蓝牙模块；其中存储模块、无线通讯模块、电源管理模块、GPS模块、加速度传感器、运动传感器、USB接口模块、蓝牙模块与处理器相连接；USB接口模块在设备存储数据导出时，通过USB线缆与外部监控分析终端相连接；蓝牙模块与外部运动采集器通过无线方式相连接；无线通讯模块与外部无线移动基站通过无线方式相连接；

所述加速度传感器，用于采集运动员的加速度信息并发送给处理器；

所述运动传感器，用于采集运动员的角加速信息并发送给处理器；

所述GPS模块，用于接收GPS时钟信息、经度信息、纬度信息、矢量速度信息和海拔信息；

所述处理器，用于接收加速度传感器、运动传感器和GPS模块发送的信号并进行处理，经处理后数据写入存储模块，同时通过无线通讯模块将采集到的信息并发送至无线移动基站；

所述存储模块，用于存储运动员足球速度训练过程中采集的原始数据；

所述USB接口模块，用于运动采集终端存储数据导出；

所述电源管理模块，用于设备内部各模块电源供电管理、电池供电；

所述蓝牙模块，用于接收运动采集器发送腿部运动加速信息；

所述无线通讯模块用于将处理器发送数据转发给无线移动基站。

4.根据权利要求1中所述一种足球员速度练习监测与评估系统，其特征在于：所述运动采集终端，是一种小型穿戴设备，通过背带固定在人体背部或前胸处；所述运动采集终端能够指示设备工作状态、蓝牙模块连接状态、无线通讯模块连接状态。

5.根据权利要求1中所述一种足球员速度练习监测与评估系统，其特征在于：所述运动采集终端电源管理模块，包含电池、电源放电管理；其中电池用于设备供电，电源放电管理用于设备各模块放电控制和管理。

6.根据权利要求1中所述一种足球员速度练习监测与评估系统，其特征在于：所述运动采集终端加速度传感器，采用三轴加速度传感器，用来测量人体运动空间矢量的加速度；所述运动采集终端运动传感器采用三轴陀螺仪。

7.根据权利要求1中所述一种足球员速度练习监测与评估系统，其特征在于：所述监控分析终端，采用平板电脑或移动笔记本电脑，内置有无线wifi通信模块与无线移动基站建立连接。

8.根据权利要求1中所述一种足球员速度练习监测与评估系统，其特征在于：所述无线移动基站，通过移动可伸缩支架进行固定，无线移动基站内置有电源管理模块，支持直流20V供电。