本發(fā)明涉及運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)處理及運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及自行車蹬踏圓滑度檢測(cè)方法、系統(tǒng)及設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、在場(chǎng)地自行車運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域，運(yùn)動(dòng)中的中技術(shù)動(dòng)作的細(xì)微的變形會(huì)直接影響運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)成績(jī)，而在運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作檢測(cè)中，蹬踏技術(shù)圓滑度的檢測(cè)是重要項(xiàng)目之一。研究人員對(duì)場(chǎng)地自行車運(yùn)動(dòng)員啟動(dòng)階段的蹬踏技術(shù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)員在蹬踏中因?yàn)橹w關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的影響會(huì)出現(xiàn)“死點(diǎn)”現(xiàn)象，此現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致曲柄角速度明顯下降，研究指出運(yùn)動(dòng)員蹬踏曲柄在各個(gè)位置的角速度越均勻表明運(yùn)動(dòng)員的蹬踏技術(shù)圓滑度越好。綜上，無論在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練過程中，還是最終成績(jī)的分析過程中蹬踏技術(shù)圓滑度都顯得尤為重要。

2、在測(cè)評(píng)場(chǎng)地自行車運(yùn)動(dòng)員的蹬踏技術(shù)研究中常使用srm設(shè)備和視頻拍攝分析方法對(duì)運(yùn)動(dòng)員騎行的蹬踏技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)和分析。在蹬踏技術(shù)圓滑度測(cè)評(píng)研究領(lǐng)域，多數(shù)采用二維平面拍攝法對(duì)運(yùn)動(dòng)員啟動(dòng)階段的單側(cè)矢狀面蹬踏技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)于準(zhǔn)確地采集運(yùn)動(dòng)員在場(chǎng)地全程騎行的蹬踏技術(shù)圓滑度的數(shù)據(jù)比較困難，且不能對(duì)運(yùn)動(dòng)員的蹬踏技術(shù)圓滑度進(jìn)行準(zhǔn)確的量化指標(biāo)評(píng)價(jià)。

3、場(chǎng)地自行車蹬踏技術(shù)圓滑度是曲柄角速度變化的表現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)員蹬踏技術(shù)圓滑度的優(yōu)劣也反映了運(yùn)動(dòng)員蹬踏技術(shù)動(dòng)作的水平。在運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行場(chǎng)地訓(xùn)練騎行時(shí)，準(zhǔn)確測(cè)評(píng)運(yùn)動(dòng)員騎行的蹬踏技術(shù)圓滑度對(duì)運(yùn)動(dòng)員的蹬踏技術(shù)提升具有重要意義。目前研究者主要使用srm設(shè)備精確采集運(yùn)動(dòng)員在場(chǎng)地上全程騎行的踏頻、功率和速度等可以反映蹬踏技術(shù)的數(shù)據(jù)；采用二維平面視頻拍攝分析技術(shù)采集運(yùn)動(dòng)員騎行的自行車曲柄角速度、騎行速度和身體關(guān)節(jié)角度變化等數(shù)據(jù)，但該技術(shù)也具有明顯的兩個(gè)缺點(diǎn)，其一只能采集平行于拍攝畫面的啟動(dòng)騎行階段，其二在對(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行拍攝時(shí)只能拍攝一側(cè)蹬踏技術(shù)的數(shù)據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本技術(shù)對(duì)場(chǎng)地自行車運(yùn)動(dòng)員全程騎行中的自行車曲柄角速度變化情況進(jìn)行采集，運(yùn)用所構(gòu)建的檢測(cè)模型中的全程蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)、左腳蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)、右腳蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)和左右蹬踏平衡指數(shù)綜合檢測(cè)場(chǎng)地自行車運(yùn)動(dòng)員在全程騎行中蹬踏技術(shù)圓滑度，為科學(xué)訓(xùn)練提供輔助。

2、具體而言，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、一方面，本發(fā)明提供了一種自行車蹬踏圓滑度檢測(cè)方法，所述方法包括：

4、s1、獲取自行車蹬踏中的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，所述運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包括：自行車曲柄實(shí)時(shí)角速度、左側(cè)曲柄角實(shí)時(shí)角速度和右側(cè)曲柄角實(shí)時(shí)角速度；所述運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)通過imu設(shè)備采集，所述imu設(shè)備還采集歐拉角數(shù)據(jù)；

5、s2、基于所述運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，計(jì)算自行車曲柄平均角速度、左腳踩踏曲柄角速度均值和右腳踩踏曲柄角速度均值，并統(tǒng)計(jì)自行車曲柄角速度數(shù)據(jù)總數(shù)量n、左腳踩踏自行車實(shí)時(shí)曲柄角速度數(shù)據(jù)總量nl和右腳踩踏自行車實(shí)時(shí)曲柄角速度數(shù)據(jù)總量nr；

6、s3、以自行車曲柄角速度變化量的變異系數(shù)計(jì)算全程蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)；以左腳踩踏曲柄角速度變化量的變異系數(shù)計(jì)算左腳蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)；以右腳踩踏曲柄角速度變化量的變異系數(shù)計(jì)算右腳蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)；以左腳蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)和右腳蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)計(jì)算左右蹬踏平衡指數(shù)；

7、s4、基于全程蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)、左腳蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)、右腳蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)和左右蹬踏平衡指數(shù)，對(duì)自行車蹬踏技術(shù)圓滑度進(jìn)行評(píng)判。

8、優(yōu)選地，所述s3中，全程蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)frc計(jì)算方式為：

9、

10、

11、其中，xi表示采集到的第i個(gè)曲柄實(shí)時(shí)角速度，表示曲柄平均角速度。

12、優(yōu)選地，所述s3中，左腳蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)lfc的計(jì)算方式為：

13、

14、

15、其中，表示采集的第i個(gè)左側(cè)曲柄角實(shí)時(shí)角速度，表示左腳踩踏曲柄角速度均值。

16、優(yōu)選地，所述s3中，右腳蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)rfc的計(jì)算方式為：

17、

18、

19、其中，表示采集的第i個(gè)右側(cè)曲柄角實(shí)時(shí)角速度，表示右腳踩踏自行車曲柄角速度的均值。

20、優(yōu)選地，所述s3中，左右蹬踏平衡指數(shù)pbi的計(jì)算方式為：

21、pbi＝lfc--rfc

22、其中，lfc表示左腳蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)，rfc表示左腳蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)。

23、優(yōu)選地，所述s4中，自行車蹬踏技術(shù)圓滑度評(píng)判方式為：

24、左右蹬踏平衡指數(shù)的絕對(duì)值越趨近于0，則左右踩踏技術(shù)相似度越高，自行車蹬踏技術(shù)圓滑度越好；

25、全程蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)越小，則自行車蹬踏技術(shù)圓滑度越好；

26、左腳蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)越小，則自行車蹬踏技術(shù)圓滑度越好；

27、右腳蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)越小，則自行車蹬踏技術(shù)圓滑度越好。

28、優(yōu)選地，所述s1中，所述imu設(shè)備固定在自行車曲柄內(nèi)側(cè)并與自行車曲柄平行固定，所述imu設(shè)備側(cè)向長(zhǎng)軸與自行車曲柄長(zhǎng)軸平行，imu設(shè)備z軸與自行車曲柄內(nèi)側(cè)表面垂直。

29、優(yōu)選地，所述s2還包括：

30、計(jì)算實(shí)時(shí)蹬踏頻率cad：

31、

32、

33、

34、其中，k表示imu設(shè)備采集頻率，單位為赫茲(hz)；dθ表示自行車曲柄實(shí)時(shí)角度變化量，單位為度(°)；t表示騎行時(shí)間，θ表示自行車曲柄角度；dt表示imu設(shè)備每采集一次數(shù)據(jù)所用時(shí)間，單位為秒(s)；ω為曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，單位為弧度每秒(rad/s)。

35、優(yōu)選地，所述s2還包括：

36、計(jì)算騎行實(shí)時(shí)速度v：

37、

38、

39、

40、其中，k表示imu設(shè)備采集頻率，單位為赫茲(hz)；dθ表示自行車曲柄實(shí)時(shí)角度變化量，單位為度(°)；t表示騎行時(shí)間，θ表示自行車曲柄角度，c表示自行車輪周長(zhǎng)，g表示自行車固定齒輪比；dt表示imu設(shè)備每采集一次數(shù)據(jù)所用時(shí)間，單位為秒(s)；ω為曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，單位為弧度每秒(rad/s)。

41、優(yōu)選地，所述s1還包括：對(duì)所述運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波去噪。

42、優(yōu)選地，所述s2中，計(jì)算自行車曲柄平均角速度、左腳踩踏曲柄角速度均值和右腳踩踏曲柄角速度均值的方式為：對(duì)于imu設(shè)備記錄的完整秒數(shù)之前的幀數(shù)作為提前幀，將所述提前幀對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，再將imu設(shè)備記錄的完整秒數(shù)內(nèi)的幀數(shù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均；再將提前幀數(shù)據(jù)的平均值和完整秒數(shù)內(nèi)數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行平均，進(jìn)行最終的平均計(jì)算。

43、優(yōu)選地，所述s1中，還包括對(duì)imu設(shè)備采集的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行左右腳踩踏數(shù)據(jù)的分割，以得到自行車左側(cè)曲柄角實(shí)時(shí)角速度和自行車右側(cè)曲柄角實(shí)時(shí)角速度，具體方式為：將imu設(shè)備采集的相鄰兩個(gè)歐拉角角度作差，如果差大于0，則判定為上升姿態(tài)，若差小于0，則判定為下降姿態(tài)；再結(jié)合imu設(shè)備固定的位置，將運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)劃分為左腳和右腳，從而獲取對(duì)應(yīng)的自行車左側(cè)曲柄角實(shí)時(shí)角速度和右側(cè)曲柄角實(shí)時(shí)角速度。

44、優(yōu)選地，所述imu設(shè)備可以替換為srm設(shè)備。

45、另一方面，本發(fā)明還提供了一種自行車蹬踏圓滑度檢測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

46、多個(gè)訓(xùn)練計(jì)時(shí)模塊(即電子計(jì)時(shí)系統(tǒng))，用以記錄騎行過程中的時(shí)間；

47、imu設(shè)備，用以采集運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，所述運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包括：自行車曲柄實(shí)時(shí)角速度、自行車左側(cè)曲柄角實(shí)時(shí)角速度和自行車右側(cè)曲柄角實(shí)時(shí)角速度；

48、攝像機(jī)模塊，用以獲取騎行中的運(yùn)動(dòng)圖像；

49、顯示器，用以顯示時(shí)間及檢測(cè)數(shù)據(jù)信息；

50、數(shù)據(jù)處理模塊，用以計(jì)算全程蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)、左腳蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)、右腳蹬踏技術(shù)圓滑系數(shù)和左右蹬踏平衡指數(shù)；

51、所述系統(tǒng)用于執(zhí)行如上所述的自行車蹬踏圓滑度檢測(cè)方法。

52、再一方面，本發(fā)明還提供了一種自行車蹬踏圓滑度檢測(cè)設(shè)備，所述設(shè)備包括計(jì)時(shí)設(shè)備、imu設(shè)備、處理器及存儲(chǔ)器；

53、所述計(jì)時(shí)設(shè)備、imu設(shè)備將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述處理器；

54、所述處理器調(diào)用所述存儲(chǔ)器中的計(jì)算機(jī)指令，以執(zhí)行如上所述的自行車蹬踏圓滑度檢測(cè)方法。

55、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方案能夠?qū)崿F(xiàn)僅通過imu設(shè)備采集的數(shù)據(jù)來檢測(cè)自行車蹬踏圓滑度，并且方案采集的數(shù)據(jù)能夠精準(zhǔn)反應(yīng)在騎行過程中的客觀姿態(tài)，能夠準(zhǔn)確測(cè)評(píng)蹬踏技術(shù)圓滑度，為運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練提供客觀有效的數(shù)據(jù)參考；高精度及高采集頻率的imu設(shè)備多數(shù)據(jù)融處理合確保蹬踏圓滑度計(jì)算的精準(zhǔn)性；本系統(tǒng)只需在自行車單側(cè)曲柄處固定一個(gè)imu設(shè)備，具有便攜易操作和易安裝等優(yōu)點(diǎn)；快速計(jì)算蹬踏圓滑度能夠使騎行者及時(shí)了解自己在騎行中的蹬踏技術(shù)特點(diǎn)，有利于騎行技術(shù)的提升。