一种用于场地自行车分段计时测速系统及方法与流程

本发明属于体育工程技术领域，具体涉及一种用于场地自行车分段计时测速系统及方法，适用于场地自行车运动训练的分段计时与测速。

背景技术

分段计时与测速技术是现代运动训练中的重要测量手段，各国教练员都十分重视分段计时与测速成绩的研究。分段计时与测速技术已经被以不同的实施方式公开。

cn2116925u“光电分段计时器”能够测量一段运动路程的总时间，但不能实现分段计时和无线传输数据的功能。cn1071267a“径赛运动员训练用无线遥控分段计时测速系统”，虽然能够实现分段计时功能，但它的无线装置是由发射机组和接收机组两部分组成，且发射机和接收机结构复杂，没有将无线发射装置和接收装置结合为一个模块，没有采用主流的wifi模块或zigbee模块，影响了无线传输的距离和设备的稳定性。cn201532660u“基于线阵ccd的径赛分段计时系统”由摄像机、录像机、监视器等组成，此类设备庞大、使用复杂，价格昂贵，在运动员训练与教学中普及应用难度大。cn103824439a“基于无线局域网的分段计时测速系统”由内置计时器且设置在支架上红外发射装置和红外接收装置构成，虽然能够进行分段计时与分段平均速度测量，但无法测量瞬时速度，且采用的支架结构相对庞大复杂，极易干扰场地自行车运动员训练比赛，不适用于场地自行车项目。

在场地自行车项目日常训练中，不同距离的启动、加速、冲刺能力训练是每一堂训练课必练的内容，目前所采用的是秒表手计时+人工录入成绩，精度差，效率低，急需一种针对场地自行车训练的可自动完成分段计时，测速，成绩录入的系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种用于场地自行车分段计时测速系统及方法，能够自动、准确完成分段计时、测速以及成绩录入，有助于教练员和运动员有效实时地评价运动员的训练效果，极大提升训练效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于场地自行车分段计时测速系统，包括至少两个无线压电测量模块、无线网关和上位机；

所述无线压电测量模块包括压电电缆、无线收发模块；

所述压电电缆与无线收发模块连接；

所述无线收发模块与无线网关通过无线网络连接；

所述无线网关与上位机连接。

所有的所述无线压电测量模块均横向布置在赛道上，即每个所述无线压电测量模块的压电电缆均与赛道的内边沿、外边沿同时垂直，每个压电电缆的两端分别固定安装在赛道的内边沿、外边沿上；

所述无线收发模块设置在赛道的内边沿或外边沿上。

所述无线压电测量模块包括电源模块；

所述电源模块分别与压电电缆、无线收发模块连接。

相邻两个无线压电测量模块之间沿着赛道的间距为1～125m；

所述压电电缆均采用同轴电缆；

所述压电电缆的横截面轮廓在4mm×4mm以内；

所述无线收发模块采用wifi模块或者zigbee模块；

所述无线收发模块的最大无线传输距离大于等于100米。

利用上述系统实现的场地自行车分段计时测速方法，包括：

(1)根据训练模式确定无线压电测量模块的数量、各个无线压电测量模块的位置、相邻两个无线压电测量模块之间的距离；

(2)将一个所述无线压电测量模块横向布置在赛道的出发位置，其余所述无线压电测量模块依次横向布置在各个设定的位置；

(3)运动员在赛道上骑行时，利用所述无线收发模块和所述无线网关，将各个所述压电电缆的输出电压发送给上位机；

(4)所述上位机利用所述输出电压获得运动员经过相邻两个无线压电测量模块的分段用时、平均速度以及经过一个无线压电测量模块时的瞬时速度；

(5)将所述输出电压、分段用时、平均速度以及瞬时速度进行显示。

所述步骤(2)进一步包括：

(21)对所有无线压电测量模块进行标定编号，将位于赛道的出发位置的无线压电测量模块标定编号为1，之后沿着赛道的逆时针方向将其余无线压电测量模块依次标定编号为2，3.....j；j大于等于2；

(22)所述上位机记录所有相邻两个所述无线压电测量模块的距离sm-1，即第m-1个所述无线压电测量模块与第m个所述无线压电测量模块之间距离，m为大于1且小于等于j的整数。

所述步骤(4)的操作包括：

所述上位机利用所述无线压电测量模块的输出电压记录全部波动峰值时刻tm,2n-1和tm,2n，即运动员骑行自行车第n圈经过第m个所述无线压电测量模块时输出的电压波形的波动峰值时刻，n大于等于1；

利用公式计算得到分段用时tm-1，n、平均速度瞬时速度vm，n：

tm-1，n＝tm，2n-1-tm-1，2n-1＝tm，2n-tm-1，2n，

其中，tm-1，n为运动员骑行自行车第n圈经过第m-1个所述无线压电测量模块与第m个所述无线压电测量模块的分段用时；

为运动员骑行自行车第n圈经过第m-1个所述无线压电测量模块与第m个所述无线压电测量模块的平均速度；

vm，n为运动员骑行自行车第n圈经过第m个所述无线压电测量模块的瞬时速度；

l为运动员所骑行自行车的前轮、后轮的中轴之间的距离。

所述步骤(5)的操作包括：

对每名运动员进行编号；

对每名运动员，利用所述无线压电测量模块获得该运动员骑行经过时产生的输出电压，以时间作为横坐标，将全部所述无线压电测量模块的输出电压的波形曲线显示在显示器上；同时在显示器上显示运动员的信息、分段用时tm-1，n、平均速度与瞬时速度vm，n；

所述运动员的信息包括编号、姓名、单位、年龄和备注。

所述方法进一步包括：

根据运动员的编号，提取和查看该运动员的输出电压、分段用时、平均速度以及瞬时速度；

所述方法进一步包括：

通过视频采集系统采集运动员骑行的视频数据，并将输出电压的波形曲线与视频数据进行匹配，在显示器上同步播放各个无线压电测量模块的输出电压的波形曲线与视频；

所述将输出电压的波形曲线与视频数据进行匹配的操作包括：

在采集运动员骑行的视频数据时，通过对时间轴上的关键帧进行标记，识别运动员骑行初始时刻的时间点，并将该时间点标记为运动起始时间；

在通过无线传输获得的输出电压的信号中捕获起始点信息，即位于赛道的出发位置的无线压电测量模块采集到的第一个波峰时刻，并将该时刻标记为运动起始时间；

根据两个运动起始时间，将输出电压的信号与视频信号在时间轴上进行统一，此时，输出电压的波形曲线与视频数据在时间轴上实现同步，即实现匹配。

所述方法进一步包括：

若两名运动员同时在赛道上进行骑行训练，如果在骑行过程中出现超车现象，则从超车的运动员经过的下一个无线压电测量模块开始，将两个运动员的峰值时刻结果均进行互换，直至下一次出现超车时再进行互换。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明设计合理，能够自动、准确完成场地自行车训练的分段计时、测速以及成绩录入，有助于教练员和运动员有效实时地评价运动员的训练效果。

(2)本发明结构简单，运行操作简便易行，为教练员以及运动员提供了一种全新、实用急需的分段计时与测速系统，能够显著减少教练员的工作强度，提高体育训练的效率和科学化水平。

(3)本发明较大提升了计时精度，且易于安装、拆卸以及携带，非常适用于场地自行车训练。

附图说明

图1是本发明系统的结构示意图；

图2是本发明无线压电测量模块的布置示意图；

图3是本发明数据处理分析软件的界面布局示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，本发明用于场地自行车分段计时测速系统包括多个无线压电测量模块、无线网关和上位机；所述无线压电测量模块包括压电电缆、无线收发模块和电源模块；所述压电电缆与无线收发模块连接；所述电源模块分别与压电电缆、无线收发模块连接。所述无线收发模块与无线网关通过无线网络连接；所述无线网关与上位机连接。

如图2所示，本发明系统中的所述无线压电测量模块数量大于等于2(本实施例中所述无线压电测量模块数量选取为8)，且均横向布置(即与跑道的内、外边沿均垂直)在场地自行车赛道上(拉直平铺在赛道表面，然后在两端固定即可，而且这样无线压电测量模块安装、拆卸、携带都比较方便。)；同时所述无线压电测量模块相邻两个的沿着赛道间距为1～125m。所述压电电缆采用同轴结构；为尽量不影响赛道以及运动员骑行训练，所述压电电缆的横截面轮廓在4mm×4mm以内；此外，所述无线收发模块采用wifi模块或者zigbee模块，其最大无线传输距离大于等于100米。每个无线压电测量模块的无线收发模块安装在赛道的内、外边沿上均可，一般安装在内边沿上。

利用所述场地自行车分段计时测速系统实现的分段计时测速方法，包括：

将所述无线压电测量模块的其中一个横向布置在赛道出发位置，其余所述无线压电测量模块横向布置在赛道其余位置，根据训练模式来设置无线压电测量模块位置以及无线压电测量模块之间的距离，可以如图2所示对称布置，也可以非对称布置；训练模式包括不同距离的启动、加速、冲刺能力训练以及计圈计时训练等，实际使用时，根据训练模式的具体要求设置无线压电测量模块位置以及无线压电测量模块之间的距离即可。

对所有所述无线压电测量模块传出的电压信息进行标定编号，位于赛道出发位置的所述无线压电测量模块标定编号为1，之后依次沿着赛道逆时针方向标定编号为2，3.....j，j大于等于2；

所述上位机记录所有相邻两个所述无线压电测量模块的距离sm-1，即第m-1个所述无线压电测量模块与第m个所述无线压电测量模块之间距离；m为大于1且小于等于j的整数；

运动员骑行自行车每经过所述无线压电测量模块一次时，所述无线压电测量模块的输出电压出现两次波动；

利用所述无线收发模块和所述无线网关，持续不断地将所述无线压电测量模块的输出电压波形结果发送给上位机；

所述上位机利用所述无线压电测量模块的输出电压波形结果记录全部波动峰值时刻tm,2n-1和tm,2n，即运动员骑行自行车第n圈经过第m个所述无线压电测量模块时输出的电压波形波动峰值时刻，n大于等于1；

利用公式

tm-1，n＝tm，2n-1-tm-1，2n-1＝tm，2n-tm-1，2n，

所述上位机计算得到运动员骑行自行车第n圈经过第m-1个所述无线压电测量模块与第m个所述无线压电测量模块的分段用时tm-1，n，运动员骑行自行车第n圈经过第m-1个所述无线压电测量模块与第m个所述无线压电测量模块的平均速度运动员骑行自行车第n圈经过第m个所述无线压电测量模块的瞬时速度vm，n，其中l为运动员所骑行自行车的前后轮中轴之间距离；

所述上位机将输出电压波形结果、峰值时刻结果以及分段用时与速度结果进行显示，具体如下：

对每名运动员进行编号；对每名运动员，利用所述无线压电测量模块获得该运动员骑行经过时产生的输出电压波动即为输出电压波形结果；以时间作为横坐标，将全部所述无线压电测量模块的输出电压波形曲线显示在显示器上；同时在显示器上显示运动员信息、峰值时刻结果以及分段用时与速度结果，所述运动员信息包括编号、姓名、单位、年龄和备注。

上位机内的所述数据处理分析软件能够根据运动员的身份信息进行标记编号，运动员的分段计时与平均速度、瞬时速度、输出电压波形结果等运动信息可以通过编号进行提取和查看，并且能够实现运动员运动信息与视频数据同步分析，实现运动员运动信息与视频数据同步播放分析的功能属于数据处理分析软件另一功能，视频数据来自视频采集系统。

如图3所示，所述数据处理分析软件使用labview进行图形界面程序设计，界面左侧上方标记出运动员的身份信息，界面左侧下方为所述无线压电测量模块的输出电压数据文件和视频数据文件(数据文件是在输出电压数据和视频数据上传至数据处理分析软件后自动生成的)，界面右侧下方为峰值时刻结果以及分段用时与速度结果，界面右侧上方为通过实时图像和数据匹配程序同步后的视频与输出电压波形曲线。通过视频采集系统采集运动员骑行的视频数据，并将输出电压波形曲线与视频数据进行匹配，在显示器上同步播放输出电压波形曲线与视频；

所述匹配的过程如下：在采集运动员骑行的视频数据时，通过对时间轴上的关键帧进行标记，识别运动员骑行初始时刻的时间点，并将该时间点标记为起始时间；同时在通过无线传输获得的输出电压信号中捕获起始点信息(即起始点的无线压电测量模块采集到的第一个波峰时刻)，并标记运动起始时间；根据两个起始时间，将输出电压信号与视频信号在时间轴上进行统一，此时，输出电压波形曲线与视频数据在时间轴上实现同步，即实现匹配。

若两名运动员同时进行骑行训练，如果在骑行过程出现超车现象，待经过接下来所述无线压电测量模块时，在所述上位机进行人工触发互换两者的峰值时刻结果。

本发明设计合理、结构简单、使用方便，能够自动、准确完成分段计时、测速以及成绩录入，有助于教练员和运动员有效实时地评价运动员的训练效果，极大提升训练效率。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。