本发明涉及一种基于心率数据的中小学生体育锻炼运动负荷的评价方法。
背景技术：
近年来，中国青少年身体素质中的一些重要指标呈下降趋势，令人堪忧。我国中小学生体能素质整体处于下降趋势，具体表现为中小学生超重和肥胖率不断增加，增长率在10％左右；我国青少年身体体质严峻现象表明，其除了缺乏科学合理的膳食结构外，主要原因出在大多数学生体育锻炼运动负荷不足造成的。
目前，计步器、加速计和心率表是运动负荷的监控主要工具。计步器是一个简单的机械运动传感器，它通过记录人体在垂直轴向上移动的加速和减速测量步行或跑步时的步数，是一种简单易用、价格低廉的体力活动客观测量方法，近年来，计步器(或带有计步功能的加速度计)已被应用于美国、加拿大等国的全国性体力活动调查。计步器数据易于理解，且佩戴者可直观看到计步器所记录的步数，计步器的主要不足之处是它只是简单地记录步数而不能测量体力活动的强度、运动持续时间或频率，如不能用于测量举重、游泳、自行车等体力活动，由于缺乏准确的预测方程，即使能够准确记录步数，也无法准确计算能量消耗。此外，适用于正常步态的健康人群，极度肥胖、腹部肥胖和步态异常的人群不适用。
加速度计是另一种在测量体力活动的流行病学研究中常用的硬件。佩戴加速度计可以将佩戴者的运动情况量化，并通过转换公式计算出能量消耗与运动强度(低、中、高强度运动)。加速度计小巧便携，长时间佩戴不会感觉不适，人体运动的加速度与运动的强度和能量消耗有关，加速度计可探测人体在不同轴向(单轴加速度计为垂直轴，三轴加速度计为垂直轴、矢状轴、冠状轴)上运动的加速度并记录为加速度计数，佩戴加速度计可以将佩戴者的运动情况量化，并通过转换公式计算出能量消耗与运动强度(低、中、高强度运动)。加速计的不足之处是其价格昂贵，仅能满足小样本量的研究需求，在国内大部分中小学校中推广的可行性不高。另外，加速度计数据需要专门的软件进行下载和处理，且其数据处理相对复杂；其次，加速度计的使用(如采样间隔、有效数据筛选、界值的选择等)尚缺乏统一的标准，妨碍了不同研究间结果的可比性；加速度计对一些体力活动不敏感，如骑自行车、爬楼梯运动和上肢运动等，从而可能低估真实的体力活动水平，另外利用加速度计获得的不同体力活动耗能计算公式不能通用。
心率表是使用最为广泛的运动负荷监控工具。Suunto、Polar等是目前最常用的胸带式心率监测设备，工作原理是通过佩戴在胸口的胸带上的传感器检测心动电流并无线传递给手表。由于直接放置在胸口上，其检测的准确性比较高也可以实时测量心率，是被广泛运用的一种类型的心率表，不足之处是佩戴不便。
为克服心率胸带不方便佩戴的缺陷和提高佩戴时的舒适性，众多的研究机构着手利用腕带式心率表监测心率，市场上已出现多种工作原理不同的心率腕带，但各种不同测量原理的心率腕带心率监测之间存在着较大的误差率。
心率是反映学生体育锻炼强度与能量消耗的重要指标之一，可以通过心率表收集运动心率和时间，并推算能量消耗水平。因此，监测中小学生在体育运动过程中的心率变化状况是反映运动负荷有效果的手段之一，也是反映学校在开展学生增强学生体质工作的重要依据之一。
我国卫生部在1998颁布的《中小学生体育锻炼运动负荷卫生标准(WS/T101-1998)》中对运动负荷给出的标准则比较详细，对体育课的时间、运动强度提出了更具体的要求，明确规定体育课和课外锻炼的合理负荷是：每次基本部分运动时间20-30分钟；基本部分靶心率在120-200次/分内；每周课时(包括课外锻炼，小学45分钟，中学50分钟)不少于5次。但仍有不足，即运动心率范围过于宽泛，未能对运动时间内不同运动强度级别进一步划分，不利于运动强度的评价。为通过提高中小学生体育锻炼运动负荷来改善健康，急需从技术上进行科技创新，借助可穿戴式设备的发展，利用腕带式心率表监控运动心率、时间，并以此建立基于心率数据的运动负荷评价方法，让政府管理部门、学校、家长以及学生自己实时了解青少年学生体质锻炼效果，以监测数据客观反映青少年体育锻炼的现状。
技术实现要素：
基于目前没有一套完整的基于心率数据的中小学生体育锻炼运动负荷的评价方法，本发明设计与研发了运动负荷的评价方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于心率数据的中小学生体育锻炼运动负荷的评价方法，包括运动心率、运动时间采集、传输、分析及体育锻炼运动负荷评价；运动心率和时间利用腕带式心率表采集，数据传输至手机，通过手机端App分析和展示体育锻炼的时间、心率，并利用无线连接上传至互联网，在网站平台上进行储存，网站设定不同层级的权限，管理者、教师和学生都能够在网站上查看体育锻炼的时间、心率、运动负荷分值。
所述的体育锻炼时间、心率反映了体育锻炼的运动负荷情况，体育锻炼的运动强度按照心率储备的百分比进行划分为低强度、中等强度、高强度和极高强度：低强度为0～40％心率储备，中等强度40～60％心率储备，高强度运动为60～85％心率储备，极高强度运动为大于85％心率储备各参数的计算方法为：
1)最大心率：HRmax＝208－0.7×年龄；
2)安静心率：在清醒、不活动的安静状态下的心率；
3)靶心率＝安静心率+(最大心率-安静心率)×心率储备百分比；
4)低强度、中等强度、高强度和极高强度对应的强度系数分别为1、2、3、4，将低强度、中等强度、高强度和极高强度体育锻炼的时间(分钟)乘以各自的强度系数，得出每种强度运动负荷，运动负荷的计算不计入低强度和极高强度的运动负荷，只计算中等强度和高强度运动负荷，运动负荷的计算公式为：
运动负荷＝2*×T中+3*×T高
运动负荷中高为中高强度运动负荷，T中和T高分别为中等强度和高强度体育锻炼的累加时间(分钟)
5)每日中等强度和高强度体育锻炼各30分钟时的运动负荷值为150，对应为100分，每日中等强度和高强度体育锻炼各0分钟时的运动负荷值为0，对应为0分，将运动负荷值转换为百分制的数值，公式为：
运动负荷百分制分值＝0.67*运动负荷
本发明的优点：
1)基于互联网技术和可移动式穿戴设备，实现了运动心率的收集、储存、分析，为监控体育锻炼的效果提供了工具；
2)实现对学生长时间的体育锻炼运动负荷准确的、个体化的监控，进而准确掌握每名学生一定周期内、一定群体学生完成的锻炼活动的质量。
3)促进学校体育工作发展，提高对体育锻炼的重视程度；
附图说明
图1为基于心率数据的中小学生体育锻炼运动负荷的评价方法工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
一种基于心率数据的中小学生体育锻炼运动负荷的评价方法，利用腕带式心率表采集运动心率、时间，将运动心率和时间传输至手机，通过手机App分析储存、分析、展示，并利用无线连接传输运动心率、时间至互联网，在网站储存和管理数据，基于运动心率、时间计算出的中等强度、高强度的运动负荷，转换为百分制分值，政府管理部门、学校、家长以及学生自己能够了解、对比体育锻炼的效果。