TWI836537B - 競速資料分析方法、競速分析系統及電腦可讀取的記錄媒體 - Google Patents
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Abstract
一種競速資料分析方法,由電腦裝置取得一競速者的一包含多筆取樣點資料的競速資料,並根據該等取樣點資料,利用內插演算法建立一條由複數條片段距離預測曲線組成的距離預測曲線;各該片段距離預測曲線以該等取樣點資料中相鄰的兩筆取樣點資料做為起點和終點,且該電腦裝置對應各該片段距離預測曲線,產生代表各該片段距離預測曲線的一n(n≥2)次多項式,且電腦裝置對該等n次多項式進行一次微分以得到一條預測該競速者之行進速度的速度預測曲線,並且該電腦裝置對該等n次多項式進行二次微分以得到一條預測該競速者之行進加速度的加速度預測曲線。
Description
本發明是有關於一種資料分析方法,特別是指一種競速資料分析方法。
現有的競速計時系統大都只記錄競速者跑完一個賽程所花的總時間或者競速者通過每一個速樁(設在賽道上或賽道旁側用以偵測競速度通過時間的設備)的時間;除此之外,現有的競速計時系統並沒有根據所記錄的競速資料產生可供進一步分析競速者在起跑、起步、加速,乃至穩定快跑等不同階段的速度與加速度變化的數據。
因此,本發明之目的,即在提供一種競速資料分析方法,其能根據一競速者的競速資料產生競速者在起跑、起步、加速乃至穩定快跑等不同階段的速度與加速度變化的數據,以供觀察者進一步觀察及分析競速者在不同競速階段的表現。
於是,本發明一種競速資料分析方法,包括:(A)一電
腦裝置取得一競速者的一競速資料,該競速資料包含設在一賽道的一起始取樣點的位置,和沿該賽道間隔設置的多個取樣點的位置,以及該競速者離開該起始取樣點的時間和通過各該取樣點的時間,且該起始取樣點的位置和該競速者離開該起始取樣點的時間以及各該取樣點的位置和該競速者通過各該取樣點的時間各別構成一取樣點資料,且該等取樣點資料具有順序性;(B)該電腦裝置根據該等取樣點資料利用內插演算法建立一條由複數條片段距離預測曲線組成的距離預測曲線;各該片段距離預測曲線以該等取樣點資料中相鄰的兩筆取樣點資料做為起點和終點,且該電腦裝置對應各該片段距離預測曲線,產生代表各該片段距離預測曲線的一n(n2)次多項式;(C)該電腦裝置對該等n次多項式進行一次微分以得到一條預測該競速者之行進速度的速度預測曲線;及(D)該電腦裝置對該等n次多項式進行二次微分以得到一條預測該競速者之行進加速度的加速度預測曲線。
在本發明的一些實施態樣中,該內插演算法是樣條(spline)演算法。
在本發明的一些實施態樣中,該樣條(spline)演算法是三次樣條插值(Cubic spline interpolation)演算法。
在本發明的一些實施態樣中,在上述步驟(C)中,構成以該起始取樣點的該取樣點資料,和與該起始取樣點相鄰的該取樣
點的該取樣點資料做為起點和終點的該片段距離預測曲線的該n次多項式,在該起始取樣點的一次微分為0。
在本發明的一些實施態樣中,該起始取樣點處設有一起跑架,該競速者離開該起始取樣點的時間即為該競速者離開該起跑架的時間;各該取樣點處設有一觸發樁,該競速者通過各該取樣點的時間即為該競速者通過各該觸發樁的時間。
在本發明的一些實施態樣中,該起跑架上設有一壓力偵測器,各該觸發樁設有一偵測模組,且該壓力偵測器及該等偵測模組能與一計時主機通訊;該壓力偵測器偵測該競速者施加在該起跑架上的壓力而產生一壓力信號,並傳送該壓力信號至該計時主機,該計時主機根據該壓力信號的一壓力分佈曲線的最高點,決定該競速者離開該起跑架的時間;各該偵測模組偵測到該競速者通過各該觸發樁時會產生一觸發信號並傳送該觸發信號至該計時主機,該計時主機以收到各該觸發信號的時間點做為該競速者通過各該觸發樁的時間,且該計時主機提供該競速者離開該起跑架的時間和通過各該觸發樁的時間給該電腦裝置。
此外,本發明實現上述方法的一種電腦可讀取的記錄媒體,其中儲存一軟體程式,該軟體程式被一電腦裝置載入並執行時,該電腦裝置能完成如上所述的競速資料分析方法。
再者,本發明實現上述方法的一種競速分析系統用以
分析一競速者在一賽道上競速的狀況,並包括一電腦裝置、一計時主機、一起跑架及複數個觸發樁;該電腦裝置取得設在該賽道的一起始取樣點的位置和沿該賽道間隔分佈的多個取樣點的位置;該起跑架設在該賽道的一起始取樣點,且該起跑架上設有一能與該計時主機通訊的壓力偵測器,該壓力偵測器偵測該競速者施加在該起跑架上的壓力而產生一壓力信號並傳送該壓力信號至該計時主機,且該計時主機根據該壓力信號的一壓力分佈曲線決定該競速者離開該起跑架的時間;該等觸發樁設置在沿該賽道間隔分佈的多個取樣點的位置,各該觸發樁設有一偵測模組,且該等偵測模組能與該計時主機通訊;各該偵測模組偵測到該競速者通過各該觸發樁時會產生一觸發信號並傳送該觸發信號至該計時主機,該計時主機以收到各該觸發信號的時間點做為該競速者通過各該觸發樁的時間,且該計時主機將該競速者離開該起跑架的時間和通過各該觸發樁的時間提供給該電腦裝置;其中,該電腦裝置根據該起始取樣點的位置和該競速者離開該起始取樣點的時間以及各該取樣點的位置和該競速者通過各該取樣點的時間各別構成一取樣點資料,並根據該等取樣點資料利用內插演算法建立一條由複數條片段距離預測曲線組成的距離預測曲線;各該片段距離預測曲線以該等取樣點資料中相鄰的兩筆取樣點資料做為起點和終點,且該電腦裝置對應各該片段距離預測曲線產生代表各該片段距離預測曲線的一n(n2)次多
項式;該電腦裝置對該等n次多項式進行一次微分以得到一條預測該競速者之行進速度的速度預測曲線;該電腦裝置對該等n次多項式進行二次微分以得到一條預測該競速者之行進加速度的加速度預測曲線。
本發明之功效在於:藉由電腦裝置根據競速者的競速資料建立預測競速者之行進距離的距離預測曲線,且藉由電腦裝置對代表該距離預測曲線的多項式分別進行一次微分和二次微分而獲得預測競速者之行進速度的速度預測曲線和預測競速者之行進加速度的加速度預測曲線,即可供觀察者透過觀察速度預測曲線和加速度預測曲線分析競速者在不同競速階段的表現。
100:競速分析系統
1:電腦裝置
2:起跑架
20:壓力偵測器
3:觸發樁
30:偵測模組
4:計時主機
A:競速者
R:賽道
R0:起始取樣點
R1~R11:取樣點
D1~D11:片段距離預測曲線
D:距離預測曲線
V:速度預測曲線
a:加速度預測曲線
本發明之其他的特徵及功效,將於參照圖式的實施方式中清楚地顯示,其中:圖1是本發明競速資料分析方法的一實施例的主要流程步驟;圖2是本發明競速分析系統的一實施例及其應用場景的配置示意圖,用以說明取得競速資料的取得方式;圖3是發生在起跑架的一壓力變化曲線示意圖,用以說明壓力變化曲線的最高點位置決定競速者離開起跑架的時間;圖4是本實施例根據競速資料中的該等取樣點資料建立的距離預測曲線的示意圖;
圖5是本實施例對建立圖4之距離預測曲線的多項式進行一次微分而產生的一速度預測曲線的示意圖;及圖6是本實施例對建立圖5之距離預測曲線的多項式進行二次微分而產生的一加速度預測曲線的示意圖。
在本發明被詳細描述之前,應當注意在以下的說明內容中,類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1,是本發明競速資料分析方法的一實施例的主要流程步驟,且本方法是由圖2所示的競速分析系統100其中的一電腦裝置1藉由載入並執行儲存於其中的一軟體程式而實現。首先,如圖1的步驟S1,該電腦裝置1取得一競速者A的一競速資料,該競速者A在此通常是指一跑者,但不限於跑者,也可以是參與其它競速(例如競速滑輪、競速滑雪等)相關賽事的參賽者。在本實施例中,該競速者是以跑者為例,因此,如圖2所示,該競速資料包含設在圖2所示的一賽道R(例如70公尺)的一起始取樣點R0的位置(即0公尺位置)和沿該賽道R間隔設置的多個取樣點R1、R2...的位置(例如分別為3.5(R1)、12.5(R2)、22(R3)、31(R4)、39(R5)、45(R6)、51(R7)、57(R8)、61(R9)、66(R10)及70(R11)(單位:公尺),以及該競速者A離開該起始取樣點R0(0公尺)的時間(例如0.2秒)和通過各該取樣點R1、R2...R11的時間(1.760、3.571、5.314、
6.975、8.495、9.604、10.767、11.913、12.709、13.707、14.701)(單位:秒);且該起始取樣點的位置(0公尺)和該競速者離開該起始取樣點的時間(0.2)以及各該取樣點的位置(3.5、12.5、22、31、39、45、51、57、61、66、70)和該競速者通過各該取樣點的時間(1.760、3.571、5.314、6.975、8.495、9.604、10.767、11.913、12.709、13.707、14.701)各別構成一取樣點資料(位置對應時間,例如(0,0.2)、(3.5,1.760)、(12.5,3.571)、...(70,14.701)),且該等取樣點資料具有順序性(即時間和距離呈正相關)。
具體而言,如圖2所示,該競速分析系統100在該起始取樣點R0處設有一起跑架2,因此,該競速者A離開該起始取樣點R0的時間即為該競速者A離開該起跑架1的時間;且該競速分析系統100在各該取樣點R1、R2...處分別設有一觸發樁3,因此,該競速者A通過各該取樣點R1、R2...的時間即為該競速者A通過各該觸發樁3的時間;其中,該起跑架2上設有一壓力偵測器20,且各該觸發樁3設有一偵測模組30,而且該壓力偵測器20及該等偵測模組30能與該競速分析系統100的一計時主機4通訊。
藉此,當該競速者A預備起跑而單腳踩踏在該起跑架2上時,直到該競速者A的腳離開該起跑架2之前,該壓力偵測器20會持續偵測該競速者A施加在該起跑架2上的壓力而產生一壓力信
號並傳送該壓力信號至該計時主機4,且如圖3所示,該計時主機4根據該壓力信號產生的一壓力變化曲線的一最高點P決定該競速者A離開該起跑架2的時間。各該偵測模組30偵測到該競速者A通過各該觸發樁3時則會產生一觸發信號並傳送該觸發信號至該計時主機4,該計時主機4即以收到各該觸發信號的時間點做為該競速者A通過各該觸發樁3的時間,然後,該計時主機4提供該競速者A離開該起跑架2的時間和通過各該觸發樁3的時間給該電腦裝置1。
接著,如圖1的步驟S2,該電腦裝置1根據該等取樣點資料利用內插演算法建立一條預測該競速者A之行進距離的距離預測曲線D,如圖4所示,且在本實施例中,該電腦裝置1是採用樣條(spline)函數,例如三次樣條插值(Cubic spline interpolation)演算法根據該等取樣點資料產生以兩兩相鄰之兩筆取樣點資料做為起點和終點的複數條片段距離預測曲線D1、D2、...、D11,該等片段距離預測曲線D1、D2、...、D11連成該距離預測曲線D,且各該片段距離預測曲線D1、D2、...、D11各別具有代表各該片段距離預測曲線D1、D2、...、D11的一三次多項式。當然,本實施例並不限於上述的三次樣條插值演算法,也可以採用例如四次樣條插值(Quartic spline interpolation)演算法或二次樣條插值(quadratic spline interpolation)演算法來建立該距離預測曲線D。
此外,當採用三次樣條插值演算法時,為了配合邊界條件的設定,會將最後一段距離預測曲線(該片段距離預測曲線D11)的三次多項式改成二次多項式;或者,也可以保留最後一段距離預測曲線的三次多項式,只要對倒數第二個取樣點資料增加一個三次微分必須連續的條件即可。再者,當採用四次樣條插值演算法時,該等片段距離預測曲線(D1~D11)也可能並非全部都是以四次多項式表示,例如也會將最後一段距離預測曲線(該片段距離預測曲線D11)的四次多項式改成三次多項式,以配合邊界條件的設定來找到可供分析的結果。
藉此,即可透過該電腦裝置1顯示的該距離預測曲線D觀察該競速者A在不同時間點的行進距離。
然後,如圖1的步驟S3,該電腦裝置1還對代表該等片段距離預測曲線D1、D2、...、D11的該等三次多項式進行一次微分以得到如圖5所示的一條預測該競速者A之行進速度的速度預測曲線V;且根據圖3所示的第一筆取樣點資料可知,在第0.2秒時,因為該競速者A剛要起跑,所以距離為0,而此時該競速者A的速度也應該是0。因此,在本實施例中,必須讓構成以該起始取樣點R0的該取樣點資料(0,0.2)和與該起始取樣點R0相鄰的該取樣點R1的該取樣點資料(3.5,1.760)做為起點和終點的該片段距離預測曲線D1的該三次多項式在該起始取樣點(起點)的一次微分為0,即速
度為0。
藉此,即可透過該電腦裝置1顯示的該速度預測曲線V觀察該競速者A在不同時間點的行進速度。
此外,如圖1的步驟S4,該電腦裝置1對代表該等片段距離預測曲線D1、D2、...的該等三次多項式進行二次微分可以得到如圖6所示的一條預測該競速者A之行進加速度的加速度預測曲線a。藉此,即可透過該電腦裝置1顯示的該加速度預測曲線a觀察該競速者A在不同時間點的加速度。
例如對照圖5和圖6,可以觀察到該競速者A在前3秒的速度持續上升,且加速度大於0,是處於加速階段;在第3秒之後~第7秒之前的速度緩升緩降,加速度呈上下明顯變化,是處於嘗試維持速度階段,在第7秒之後速度慢慢下降且加速度維持在0附近,是處於緩慢減速階段。
綜上所述,上述實施例藉由電腦裝置根據競速者的競速資料建立預測競速者之行進距離的距離預測曲線,且藉由對代表該距離預測曲線的多項式分別進行一次微分和二次微分而獲得預測競速者之行進速度的速度預測曲線,和預測競速者之行進加速度的加速度預測曲線,即可供觀察者透過觀察速度預測曲線和加速度預測曲線,分析競速者在不同競速階段的表現,確實達到本發明的功效與目的。
惟以上所述者,僅為本發明之實施例而已,當不能以此限定本發明實施之範圍,凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾,皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
S1~S4:步驟
Claims (5)
- 一種競速資料分析方法,包括:(A)一電腦裝置取得一競速者的一競速資料,該競速資料包含設在一賽道的一起始取樣點的位置和沿該賽道間隔分佈的多個取樣點的位置,以及該競速者離開該起始取樣點的時間和通過各該取樣點的時間,且該起始取樣點的位置和該競速者離開該起始取樣點的時間以及各該取樣點的位置和該競速者通過各該取樣點的時間各別構成一取樣點資料,且該等取樣點資料具有順序性;(B)該電腦裝置根據該等取樣點資料利用n(n2)次樣條(spline)插值演算法建立一條由複數條片段距離預測曲線組成的距離預測曲線;各該片段距離預測曲線以該等取樣點資料中相鄰的兩筆取樣點資料做為起點和終點,且該電腦裝置對應各該片段距離預測曲線產生代表各該片段距離預測曲線的一n(n2)次多項式;其中,為了配合邊界條件的設定,該電腦裝置以(n-1)次多項式代表最後一段的該片段距離預測曲線;(C)該電腦裝置對該等n次多項式進行一次微分以得到一條預測該競速者之行進速度的速度預測曲線;其中,該電腦裝置令構成以該起始取樣點的該取樣點資料和與該起始取樣點相鄰的該取樣點的該取樣點資料,做為起點和終點的該片段距離預測曲線的該n次多項式,在該起始取樣點的一次微分為0;及 (D)該電腦裝置對該等n次多項式進行二次微分以得到一條預測該競速者之行進加速度的加速度預測曲線。
- 如請求項1所述的競速資料分析方法,其中,該起始取樣點處設有一起跑架,該競速者離開該起始取樣點的時間即為該競速者離開該起跑架的時間;各該取樣點處設有一觸發樁,該競速者通過各該取樣點的時間即為該競速者通過各該觸發樁的時間。
- 如請求項2所述的競速資料分析方法,其中,該起跑架上設有一壓力偵測器,各該觸發樁設有一偵測模組,且該壓力偵測器及該等偵測模組能與一計時主機通訊;該壓力偵測器偵測該競速者施加在該起跑架上的壓力而產生一壓力信號並傳送該壓力信號至該計時主機,該計時主機根據該壓力信號的一壓力分佈曲線的最高點決定該競速者離開該起跑架的時間;各該偵測模組偵測到該競速者通過各該觸發樁時會產生一觸發信號並傳送該觸發信號至該計時主機,該計時主機以收到各該觸發信號的時間點做為該競速者通過各該觸發樁的時間,且該計時主機提供該競速者離開該起跑架的時間和通過各該觸發樁的時間給該電腦裝置。
- 一種電腦可讀取的記錄媒體,其中儲存一軟體程式,該軟體程式被一電腦裝置載入並執行時,該電腦裝置能完成如請求項1至3其中任一項所述的競速資料分析方法。
- 一種競速分析系統,用以分析一競速者在一賽道上競速的狀況,並包括:一電腦裝置,其取得設在該賽道的一起始取樣點的位置和沿該賽道間隔分佈的多個取樣點的位置;一計時主機;一起跑架,設在該賽道的一起始取樣點,且該起跑架上設有一能與該計時主機通訊的壓力偵測器,該壓力偵測器偵測該競速者施加在該起跑架上的壓力而產生一壓力信號並傳送該壓力信號至該計時主機,且該計時主機根據該壓力信號的一壓力分佈曲線決定該競速者離開該起跑架的時間;及複數個觸發樁,其設置在沿該賽道間隔分佈的多個取樣點的位置,各該觸發樁設有一偵測模組,且該等偵測模組能與該計時主機通訊;各該偵測模組偵測到該競速者通過各該觸發樁時會產生一觸發信號並傳送該觸發信號至該計時主機,該計時主機以收到各該觸發信號的時間點做為該競速者通過各該觸發樁的時間,且該計時主機將該競速者離開該起跑架的時間和通過各該觸發樁的時間提供給該電腦裝置;其中該電腦裝置根據該起始取樣點的位置和該競速者離開該起始取樣點的時間以及各該取樣點的位置和該競速者通過各該取樣點的時間各別構成一取樣點資料,並根據該等取樣點資料利用n(n2)次樣條(spline)插值演算法建立一條由複數條片段距離預測曲線組成的距離預測 曲線;各該片段距離預測曲線以該等取樣點資料中相鄰的兩筆取樣點資料做為起點和終點,且該電腦裝置對應各該片段距離預測曲線產生代表各該片段距離預測曲線的一n(n2)次多項式;其中,為了配合邊界條件的設定,該電腦裝置以(n-1)次多項式代表最後一段的該片段距離預測曲線;該電腦裝置對該等n次多項式進行一次微分以得到一條預測該競速者之行進速度的速度預測曲線;其中,該電腦裝置令構成以該起始取樣點的該取樣點資料和與該起始取樣點相鄰的該取樣點的該取樣點資料,做為起點和終點的該片段距離預測曲線的該n次多項式,在該起始取樣點的一次微分為0;該電腦裝置對該等n次多項式進行二次微分以得到一條預測該競速者之行進加速度的加速度預測曲線。
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