一种弯道短跑检测方法、直道短跑检测方法及装置

1.本发明涉及一种弯道短跑检测方法、直道短跑检测方法及装置，属于短跑训练领域。


背景技术：

2.短跑是田径竞赛项目的其中一类，一般包括50米跑、60米跑、100米跑、200米跑、400米跑、4
×
100米接力跑等。在短跑训练时，目前的短跑检测技术主要针对的是直道短跑，对直道短跑各阶段进行计时、测速和测步频等，缺乏弯道短跑检测技术。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种弯道短跑检测方法、直道短跑检测方法及装置，解决了背景技术中披露的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
5.一种弯道短跑检测方法，包括：
6.运动员在弯道跑步过程中，获取各时刻运动员分别与跑道两弯道固定点的距离；
7.根据相邻时刻的距离，计算运动员各时刻的位置；
8.根据各时刻的位置，计算相邻时刻内运动员的距离变动；
9.根据距离变动，计算弯道跑步过程中各相邻时刻内运动员的速度；
10.根据距离变动，计算弯道跑步过程中截止至各时刻运动员完成的距离，构建距离与时间的曲线；
11.对曲线进行一次微分处理，获取弯道跑步过程中各时刻运动员的速度；
12.对曲线进行二次微分处理，获取弯道跑步过程中各时刻运动员的加速度。
13.弯道固定点为弯道的圆心，计算运动员各时刻位置的公式为：
[0014][0015]
其中，x、y分别为运动员位置的横坐标和纵坐标，l1、l2分别为运动员位置与跑道两弯道圆心的距离，a为跑道两弯道圆心间距的一半。
[0016]
计算运动员完成距离的公式为其中，d为相邻时刻内运动员的距离变动，t0为运动员进入弯道的时刻，t1为截止时刻。
[0017]
一种弯道短跑检测装置，包括，
[0018]
数据处理装置：采用弯道短跑检测方法进行弯道短跑检测；
[0019]
弯道激光测距装置跑道两弯道固定点处均设置有弯道激光测距装置，弯道激光测距装置与数据处理装置连接；
[0020]
激光反射装置：设置在运动员身上，反射弯道激光测距装置发射的激光。
[0021]
一种直道短跑检测方法，包括：
[0022]
运动员在直道跑步过程中，获取各时刻运动员分别与跑道直道固定点的距离，构建距离与时间的曲线；
[0023]
对曲线进行一次微分处理，获取直道跑步的过程中各时刻运动员的速度；
[0024]
对曲线进行二次微分处理，获取直道跑步的过程中各时刻运动员的加速度。
[0025]
一种直道短跑检测装置，包括，
[0026]
数据处理装置：采用直道短跑检测方法进行直道短跑检测；
[0027]
直道激光测距装置：设置在跑道直道固定点，直道激光测距装置与数据处理装置连接；
[0028]
激光反射装置：设置在运动员身上，反射直道激光测距装置发射的激光。
[0029]
一种短跑检测装置，包括，
[0030]
数据处理装置：采用弯道短跑检测方法进行弯道短跑检测；采用直道短跑检测方法进行直道短跑检测；
[0031]
弯道激光测距装置：跑道两弯道固定点处均设置有弯道激光测距装置，弯道激光测距装置与数据处理装置连接；
[0032]
直道激光测距装置：设置在跑道直道固定点，直道激光测距装置与数据处理装置连接；
[0033]
激光反射装置：设置在运动员身上，弯道跑步过程中反射弯道激光测距装置发射的激光，直道跑步过程中反射直道激光测距装置发射的激光。
[0034]
还包括心跳检测装置和计步装置，心跳检测装置和计步装置设置在运动员身上，心跳检测装置测量运动员跑步过程中的心跳数据，计步装置用以测量运动员每次脚落地对应的时间，心跳检测装置和计步装置均与数据处理装置连接。
[0035]
还包括起跑反应检测模块，包括采集起跑开始时间的起跑计时装置和采集起跑器踏脚板压力的压力传感器，起跑计时装置和压力传感器均与数据处理装置连接，数据处理装置根据起跑器踏脚板的压力变化，确定运动员离开起跑器的时间，根据运动员离开起跑器的时间和起跑开始时间，获得运动员起跑反应时间。
[0036]
还包括终点检测装置，终点检测装置检测短跑结束时间，终点检测装置与数据处理装置连接。
[0037]
本发明所达到的有益效果：本发明获取弯道跑步过程中各时刻运动员分别与跑道两弯道固定点的距离，计算运动员各时刻的位置，通过位置距离的变化，获得运动员的速度、完成的距离以及加速度，从而实现弯道短跑检测，将其与直道短跑检测结合，可以实现短跑全过程的检测。
附图说明
[0038]
图1为弯道短跑检测方法的流程图；
[0039]
图2为弯道短跑检测的原理图；
[0040]
图3为直道短跑检测方法的流程图；
[0041]
图4为直道测距的原理图；
[0042]
图5为直道测速的原理图；
[0043]
图6为终点检测装置的第一种示意图；
[0044]
图7为终点检测装置的第二种示意图。
具体实施方式
[0045]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0046]
如图1所示，一种弯道短跑检测方法，包括以下步骤：
[0047]
步骤1，运动员在弯道跑步过程中，获取各时刻运动员分别与跑道两弯道固定点的距离；
[0048]
步骤2，根据相邻时刻的距离，计算运动员各时刻的位置；
[0049]
步骤3，根据各时刻的位置，计算相邻时刻内运动员的距离变动；
[0050]
步骤4，根据距离变动，计算弯道跑步过程中各相邻时刻内运动员的速度；
[0051]
步骤5，根据距离变动，计算弯道跑步过程中截止至各时刻运动员完成的距离，构建距离与时间的曲线；
[0052]
步骤6，对曲线进行一次微分处理，获取弯道跑步过程中各时刻运动员的速度；
[0053]
步骤7，对曲线进行二次微分处理，获取弯道跑步过程中各时刻运动员的加速度。
[0054]
,上述方法获取弯道跑步过程中各时刻运动员分别与跑道两弯道固定点的距离，计算运动员各时刻的位置，通过位置距离的变化，获得运动员的速度、完成的距离以及加速度，从而实现弯道短跑检测，将其与直道短跑检测结合，可以实现短跑全过程的检测。
[0055]
弯道主要指的是跑道中两端的弯道段，每个弯道均有一个圆心，以圆心为弯道固定点，采用现有的测距设备，如激光测距设备，可以获得各时刻运动员到圆心的距离，具体如图2所示，其中，o1、o2为两个圆心，o1、o2的连线为x轴，(x、y)、(x
′
、y
′
)分别为运动员相邻时刻的位置，假设(x、y)为前一时刻的位置，(x
′
、y
′
)为当前时刻的位置，那么根据运动员到两个圆心的距离，可以计算出运动员各时刻位置，
[0056]
前一时刻(x、y)可以为：
[0057][0058]
其中，x、y分别为运动员位置的横坐标和纵坐标，l1、l2分别为前一时刻运动员位置与跑道两弯道圆心的距离，a为跑道两弯道圆心间距的一半，y在开始时取正直，当l
1-l2的绝对值为2a时，y取负值；
[0059]
同理当前时刻(x
′
、y
′
)可以为：
[0060][0061]
其中，x
′
、y
′
分别为运动员位置的横坐标和纵坐标，l1′
、l2′
分别为当前时刻运动员位置与跑道两弯道圆心的距离。
[0062]
假设相邻两时刻的时间间隔为δt，根据(x、y)和(x
′
、y
′
)，可以计算出δt内运动员的距离变动那么可计算出运动员在δt内的速率为v＝d/δt，
方向为从(x、y)点指向(x
′
、y
′
)，方向和速率构成了运动员δt内的速度。
[0063]
根据各δt内的距离变动，可以计算出弯道跑步过程中截止至各时刻运动员完成的距离，构建距离与时间的曲线。
[0064]
假设运动员进入弯道的时刻为t0，当前时刻为截止时刻t1，那么t0～t1内的距离变动为基于此就可计算出弯道跑步过程中截止至各时刻运动员完成的距离，就可构建距离与时间的曲线，对曲线进行一次微分处理，可获取弯道跑步过程中各时刻运动员的速度，即线速度，对曲线进行二次微分处理，可获取弯道跑步过程中各时刻运动员的加速度。
[0065]
基于上述方法，可构建弯道短跑检测装置，包括数据处理装置、弯道激光测距装置和激光反射装置。
[0066]
其中，数据处理装置可以是一个台式机、笔记本或者手机，内部安装有的应用程序或者app，进行数据处理，即采用上述弯道短跑检测方法进行弯道短跑检测。
[0067]
弯道激光测距装置有两个，分别放置在跑道两弯道固定点处，即两弯道圆心处，采用常见的高频测距激光仪，用以向弯道发送测距激光，可以360度测距，精度为每0.001秒或者0.01秒测量一次或者更小的时间间隔。弯道激光测距装置与数据处理装置连接，将所测的距离发送给数据处理装置。
[0068]
激光反射装置佩戴在运动员身上，可以位于运动员的腰、臀部。激光反射装置为薄片反射器，其结构和自行车后面的反射灯类似，具有90度锥形反射面，但是薄片反射器透明色、更薄，且反射面的反射率更高，用以反射弯道激光测距装置发射的激光。
[0069]
以运动员跑400米为例，在标准400米田径场的两个半圆的圆心位置分别放一个高频测距激光仪，弯道跑步过程中，两个高频测距激光仪都可以测到在任何一个时刻运动员距两个测量点的距离，根据这两个距离，就可以用类似于尺规作图的方法确定运动员的实时位置，进而确定两个相邻测距时间点内发生的距离变动，进一步计算出运动员在任何一点实际的速度(包括速率和方向)，根据速率的变化可确定加速度，从时间0点(即刚进入弯道的时刻)到特定时间点这段时间段内所有距离变动之和就是运动员在时间段内完成的距离，据此获得运动员在弯道运动数据。在多人场合，依然可以采用不同颜色的光进行测量。
[0070]
如图3所示，一种直道短跑检测方法，包括以下步骤：
[0071]
1)运动员在直道跑步过程中，获取各时刻运动员分别与跑道直道固定点的距离，构建距离与时间的曲线；
[0072]
2)对曲线进行一次微分处理，获取直道跑步的过程中各时刻运动员的速度；
[0073]
3)对曲线进行二次微分处理，获取直道跑步的过程中各时刻运动员的加速度。
[0074]
直道主要指的是跑道中两侧的直道段，如图4和5所示，可采用现有的测距设备，如激光测距设备，将测距设备设置在直道固定点，一般为直道的起点，获取各时刻运动员分别与跑道直道起点的距离。
[0075]
根据各时刻的距离，可以构建距离与时间的曲线，即l与t的曲线，对曲线进行一次微分处理，可以获得直道跑步的过程中各时刻运动员的速度，其中速率为方向为直道起点指向终点方向。
[0076]
进一步对曲线进行二次微分处理，可以获取直道跑步的过程中各时刻运动员的加速度。
[0077]
基于上述方法，可构建直道短跑检测装置，包括数据处理装置、直道激光测距装置和激光反射装置。
[0078]
与弯道短跑检测装置类似，数据处理装置可以是一个台式机、笔记本或者手机，内部安装有的应用程序或者app，进行数据处理，即采用上述直道短跑检测方法进行直道短跑检测。
[0079]
直道激光测距装置的数量根据情况而定，若有多个人进行直道跑步，那么在每个直道上均设置一个装置，具体放置在跑道直道固定点，即起点，直道激光测距装置采用常见的高频测距激光仪，用以向弯道发送测距激光，精度为每0.01秒或者0.001秒测量一次或者更小的时间间隔。直道激光测距装置与数据处理装置连接，将所测的距离发送给数据处理装置。
[0080]
激光反射装置与弯道短跑检测装置中的结构一致，佩戴在运动员身上，可以位于运动员的腰、臀部。激光反射装置为薄片反射器，其结构和自行车后面的反射灯类似，具有90度锥形反射面，但是薄片反射器透明色、更薄，且反射面的反射率更高，用以反射弯道激光测距装置发射的激光。
[0081]
以100m直道短跑为例，将一台高频测距激光仪放置在运动员的背后大约1米处，此位置为直道固定点，即距离0点，运动员的腰臀部贴激光反射装置，短跑起跑的口令是：“各就位——预备——鸣枪(跑！)”教练鸣枪或者喊“跑”以后，高频测距激光仪就开始以100次/秒或者1000次/秒的频率测距，等起跑信号传输过来就开始标记时间0点，当终点信号传来就标记终止时间，实际记录到运动员的距离到达101m以后自动停止。作距离对时间的曲线，即l-t曲线，把该曲线对时间做数字微分就得到了速度，再次微分就是加速度了。这样运动员在各段或者各时间点的情况都可以出来。
[0082]
如果多个运动员同时训练，可以在每个直道上的起跑线各放置一台高频测距激光仪，设成不同的光波，相互之间互不影响，比如第1道的高频测距激光仪发出的光波是绿色，第2道的高频测距激光仪发出的光波是红色，第3道是紫色的等等，这样可以记录多个运动员的数据。
[0083]
基于弯道短跑检测装置和直道短跑检测装置的结构和原理，将两者结合，可以构建短跑检测装置，包括数据处理装置、弯道激光测距装置、直道激光测距装置和激光反射装置；数据处理装置采用弯道短跑检测方法进行弯道短跑检测，采用直道短跑检测方法进行直道短跑检测；弯道激光测距装置与弯道短跑检测装置中的结构一致，直道激光测距装置与直道短跑检测装置中的结构一致，激光反射装置与弯道短跑检测装置/直道短跑检测装置中的结构一致。
[0084]
短跑检测装置不仅仅对弯道跑步和直道跑步过程中的速度、加速度等进行采集，为了进一步了解运动员跑步过程的状态，还包括与数据处理装置连接的计步装置和心跳检测装置。其中，计步装置可放置在运动员腰部，用于精确测量运动员每次脚落地对应的时间，并将测量的时间发送给数据处理装置。心跳检测装置可以夹在运动员的手指或者贴在运动员胸口，用于精确测量运动员跑步过程中的心跳数据，即运动员每次心跳对应的时间，并将测量的时间发送给数据处理装置。
[0085]
短跑中起跑的反应直接影响跑步成绩，因此短跑检测装置还设置了起跑反应检测模块，包括采集起跑开始时间的起跑计时装置和采集起跑器踏脚板压力的压力传感器，起跑计时装置和压力传感器均与数据处理装置连接。
[0086]
起跑过程中有两个时间，一个为起跑时间，另一个为运动员离开起跑器的时间，其中，起跑时间通过起跑计时装置测量，通过电子发令枪或者声音信号确定；数据处理装置根据起跑器踏脚板的压力变化，确定运动员离开起跑器的时间。上述两个时间的差值即为运动员的反应时间，反应时间越长，对运动员的短跑成绩越不利。
[0087]
和传统的检测装置一样，还包括终点检测装置，终点检测装置检测短跑结束时间，终点检测装置与数据处理装置连接，用以将结束时间发送给数据处理装置。
[0088]
终点检测装置可以有以下两种，一种如图6所示，为光开关，在运动员通过终点线时遮断光开关发射器与接收器之间的光信号，从而触发计时信号；另一种如图7所示，为踏板开关，在终点线后面放置一个较薄的压力传感器或者压触式开关，当运动员的脚踏上踏板开关后触发计时信号。
[0089]
上述计步装置、心跳检测装置、起跑反应检测模块和终点检测装置也可运用在弯道短跑检测和直道短跑检测，装置各部件之间的数据联系都可以采用无线方式进行，也可以部分采用有线方式，数据可以实时传输给数据处理装置，也可以在完成采集后传输给数据处理装置。
[0090]
短跑检测装置可以实现弯道短跑检测和直道短跑检测，可以获取运动员各时段的速度、加速度、起跑反应时间等，通过这些短跑全程跑中的特征，为科学、客观认识跑步全程技术和节奏分布提供了可靠依据，学生或教练能够不需要技术人员的帮助，就能独立完成训练，并能在手机上得到各项技术参数，学生可以随时观察自省，最大限度减少对指导教师的依赖程度。
[0091]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。