一种基于运动员体能实时监测的足球训练辅助系统的制作方法

本发明属于足球辅助训练领域，涉及一种体能实时监测技术，具体是一种基于运动员体能实时监测的足球训练辅助系统。

背景技术：

足球，有“世界第一运动”的美誉，是全球体育界最具影响力的单项体育运动。标准的11人制足球比赛由两队各派10名球员与1名守门员，总共22人，在长方形的草地球场上对抗、防守、进攻。

当前，足球运动的受众者越来越多，竞技体育的魅力在足球上的体现也越来越明显，而足球类大赛也很多，包括影响力重大的世界杯等，每个球队和国家都想在足球比赛中取得好成绩，那么对于足球的训练也就显得尤为重要；而随着科技的进步，各类辅助训练的智能系统和设备也越来越多，而且也比较全面；但是缺乏一种有效的基于运动员体能分析的系统，能够对运动员在不同体能情况下射门的准头进行统计；同时针对不同体能情况下推荐运动员射门的最佳角度；

为了实现上述构思，现提出一种解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于运动员体能实时监测的足球训练辅助系统。

本发明所要解决的技术问题为：

(1)如何对运动员的体能进行评价；

(2)如何确定运动员在进行射门这一动作；

(3)如何对运动员在不同体能情况下射门的准度进行评价。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于运动员体能实时监测的足球训练辅助系统，包括球速检测单元、心率检测单元、运动速度检测单元、数据归纳模块、球门监测模块、规则判定模块、控制器、规则记录单元、显示模块、存储模块和数据总结模块；

其中，所述心率检测单元设置于运动员身上，用于检测运动员的实时心率信息；所述运动速度检测单元用于实时检测运动员的运动速度；所述球门监测模块用于实时监测足球进入球门的区域；

所述心率检测单元用于将运动员的实时心率信息传输到数据归纳模块，所述数据归纳模块接收心率检测单元传输的实时心率信息；所述运动速度检测单元用于将运动员的运动速度信息传输到数据归纳模块，所述数据归纳模块接收运动速度检测单元传输的运动速度信息；

在运动员进行足球训练且进行射门时，所述球速检测单元用于判断运动员的射门时刻并获取在射门时刻足球移动的最高速度信息，

所述球速检测单元在检测到运动员进入射门时刻时向数据归纳模块传输测定信号，所述球速检测单元用于将最高速度信息传输到数据归纳模块；所述数据归纳模块接收到运动速度检测单元传输的测定信号时会进入体能分析阶段获取得到体能运动速度ts1和体能心率tx1；

所述数据归纳模块用于根据最高速度信息、体能运动速度ts1和体能心率tx1计算此时运动员的体能评值tn；

所述数据归纳模块用于将体能评值传输到控制器，所述控制器用于在接收到数据归纳模块传输的体能评值时向球门监测模块传输评分信号；

所述球门监测模块用于在接收到控制器传输的评分信号时检测此时足球的射门情况，并根据射门情况对此次运动员的射门根据规则判定模块存储的评分规则进行自主评分得到表现分bx；

所述球门监测模块用于将表现分bx返回到控制器，所述控制器用于将表现分bx和此次射门时刻的体能评值tn对应；利用数据归纳模块和球门监测模块获取到运动员多次训练时射门时刻的大数据，数据量大于预设值；形成表现分样本bxi，i＝1...n，和对应的体能评值样本tni，i＝1...n，且bxi和tni一一对应；

所述控制器用于对bxi和tni进行数据整理，具体整理步骤为：

步骤一：将tni与x1和x2比较并对tni进行体能区划分，x1、x2为预设值，且0<x1<x2；

步骤二：将tni>x2的部分划分为高体能区，对高体能区进行分析，具体分析为：

s1：统计出f1、f2和f3中各自出现的百分比，将百分比最高的表现分对应的区域标记为第一高光区域；

s2：计算得到表现分为0的百分比并将其标记为第一失败率；

步骤三：将x1≤tni≤x2的部分划分为标准体能区，对标准体能区进行分析，具体分析为：

s1：统计出f1、f2和f3中各自出现的百分比，将百分比最高的表现分对应的区域标记为第二高光区域；

s2：计算得到表现分为0的百分比并将其标记为第二失败率；

步骤四：将tni<x1的部分划分为低体能区，对低体能区进行分析，具体分析为：

s1：统计出f1、f2和f3中各自出现的百分比，将百分比最高的表现分对应的区域标记为第三高光区域；

s2：计算得到表现分为0的百分比并将其标记为第三失败率；

所述控制器用于根据规则记录单元的推荐规则对数据整理后的结果进行信息推荐；具体推荐规则为：

a、当检测到运动员处于高体能区时，推荐射门第一高光区域；

b、当检测到运动员处于标准体能区时，推荐射门第二高光区域；

c、当检测到运动员处于低体能区时，推荐射门第三高光区域；

d、将第一失败率、第二失败率和第三失败率进行大小比较，将最高的失败率对应的体能区标记为射门加强区；

所述控制器用于根据规则记录单元得到推荐信息并将推荐信息传输到显示模块进行实时显示；

所述控制器还用于将bxi和tni传输到存储模块进行实时存储。

进一步地，所述球速检测单元用于判断运动员的射门时刻并获取在射门时刻足球移动的最高速度信息的具体获取方法如下：

步骤一：首先当检测到运动员的脚与足球有接触时，进入识别状态；

步骤二：在识别状态下，建立足球场的平面坐标系，在平面坐标系上画出其平面图；

步骤三：将运动员的脚与足球有接触时足球的位置标记为初始位置；

步骤四：将足球的初始位置标记在平面坐标系上；

步骤五：经过预设时间后，预设时间在0.5-1s之间；获取到此时足球的位置，同时获取到足球此时在足球场上的垂直落点；

步骤六：以足球的初始位置为端点，沿着预设时间后的垂直落点方向进行延伸形成足球实时射线；

步骤七：根据足球实时射线判定得到该运动员的射门时刻；具体判定规则表现为：

a、将球门分别向两端同时延伸预设距离，形成门限长度；

b、以足球的初始位置为原点，向门限长度的两个端点连线，形成射门范围；

c、当足球实时射线的延伸方向位于射门范围内时，判定运动员处于射门时刻；

步骤八：获取此时足球从初始位置到球门线处这一阶段的最高速度，并将该最高速度标记为最高速度信息。

进一步地，所述体能分析的具体分析过程为：

步骤一：获取得到运动员在球场上的实时心率信息和运动速度信息；

步骤二：根据实时心率信息和运动速度信息得到运动员此时对应的体能运动速度和体能心率；

a：体能运动速度获取办法为：获取到射门时刻前预设时间的运动员的所有运动速度信息，将最高的运动速度信息标记为体能运动速度ts1；

b：体能心率获取办法为：获取到射门时刻前预设时间的运动员的所有实时心率信息，将最高的实时心率信息标记为体能心率tx1。

进一步地，所述体能评值tn的具体计算方式为：

步骤一：将最高速度信息标记为vz1；

步骤二：利用公式计算得到体能评值tn，其中q和p为预设值，q和p均大于1且为整数。

进一步地，所述评分规则具体表现为：

s1：将球门划分为高分区、标准区和低分区；

高分区、标准区和低分区均为预设区域；

s2：当足球射进球门预先设置的高分区时，此时表现分为f1；

s3：当足球射进球门预先设置的标准区时，此时表现分为f2；

s4：当足球射进球门预先设置的低分区时，此时表现分为f3，且f1>f2>f3；

s5：当足球没有射进球门时表现分为0。

本发明的有益效果：本发明通过获取到射门时刻前预设时间的运动员的所有运动速度信息，将最高的运动速度信息标记为体能运动速度ts1；随后获取到射门时刻前预设时间的运动员的所有实时心率信息，将最高的实时心率信息标记为体能心率tx1；并根据相关规则获取到最高速度信息，之后根据最高速度信息、体能运动速度ts1和体能心率tx1计算出在不同的射门时刻运动员的体能评值tn；借用体能评值来对运动员的体能进行评价；

本发明通过在检测到运动员的脚与足球有接触时，进入识别状态；在识别状态下，建立足球场的平面坐标系，在平面坐标系上画出其平面图；将运动员的脚与足球有接触时足球的位置标记为初始位置；将足球的初始位置标记在平面坐标系上；经过预设时间后，预设时间在0.5-1s之间；获取到此时足球的位置，同时获取到足球此时在足球场上的垂直落点；以足球的初始位置为端点，沿着预设时间后的垂直落点方向进行延伸形成足球实时射线；最后根据足球实时射线判定得到该运动员的射门时刻；

同时通过将球门划分为高分区、标准区和低分区；高分区、标准区和低分区均为预设区域；当足球射进球门预先设置的不同区域给予不同的评价，同时结合运动员的此时体能情况，进行多次数据统计；最终得到一个运动员的大数据，并分析得到运动员在不同体能范围时射门的不同准确区域；同时也能得到在何种体能下运动员的射门准度最差，并推荐其进行加强。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的系统框图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于运动员体能实时监测的足球训练辅助系统，包括球速检测单元、心率检测单元、运动速度检测单元、数据归纳模块、球门监测模块、规则判定模块、控制器、规则记录单元、显示模块、存储模块和数据总结模块；

其中，所述心率检测单元设置于运动员身上，用于检测运动员的实时心率信息；所述运动速度检测单元用于实时检测运动员的运动速度；运动员的运动速度可以通过雷达测速机进行测定，即为现阶段广泛应用的鹰眼，故此处不作赘述；所述球门监测模块用于实时监测足球进入球门的区域，并根据判定规则判定难度值；

所述心率检测单元用于将运动员的实时心率信息传输到数据归纳模块，所述数据归纳模块接收心率检测单元传输的实时心率信息；所述运动速度检测单元用于将运动员的运动速度信息传输到数据归纳模块，所述数据归纳模块接收运动速度检测单元传输的运动速度信息；

在运动员进行足球训练且进行射门时，所述球速检测单元用于获取每一次运动员在射门时足球移动的最高速度信息，具体获取方法如下：

步骤一：首先当检测到运动员的脚与足球有接触时，进入识别状态；

步骤二：在识别状态下，建立足球场的平面坐标系，在平面坐标系上画出其平面图；

步骤三：将运动员的脚与足球有接触时足球的位置标记为初始位置；

步骤四：将足球的初始位置标记在平面坐标系上；

步骤五：经过预设时间后，预设时间在0.5-1s之间；获取到此时足球的位置，同时获取到足球此时在足球场上的垂直落点；

步骤六：以足球的初始位置为端点，沿着预设时间后的垂直落点方向进行延伸形成足球实时射线；

步骤七：根据足球实时射线判定得到该运动员的射门时刻；具体判定规则表现为：

a、将球门分别向两端同时延伸预设距离，形成门限长度；

b、以足球的初始位置为原点，向门限长度的两个端点连线，形成射门范围；

c、当足球实时射线的延伸方向位于射门范围内时，判定运动员处于射门时刻；

步骤八：获取此时足球从初始位置到球门线处这一阶段的最高速度，并将该最高速度标记为最高速度信息；

所述球速检测单元在检测到运动员进入射门时刻时向数据归纳模块传输测定信号，所述球速检测单元用于将最高速度信息传输到数据归纳模块；所述数据归纳模块接收到运动速度检测单元传输的测定信号时会进入体能分析阶段，具体分析过程为：

步骤一：获取得到运动员在球场上的实时心率信息和运动速度信息；

步骤二：根据实时心率信息和运动速度信息得到运动员此时对应的体能运动速度和体能心率；

a：体能运动速度获取办法为：获取到射门时刻前预设时间的运动员的所有运动速度信息，将最高的运动速度信息标记为体能运动速度ts1；

b：体能心率获取办法为：获取到射门时刻前预设时间的运动员的所有实时心率信息，将最高的实时心率信息标记为体能心率tx1；

所述数据归纳模块用于根据最高速度信息、体能运动速度ts1和体能心率tx1计算此时运动员的体能评值tn，具体计算方式为：

步骤一：将最高速度信息标记为vz1；

步骤二：利用公式计算得到体能评值tn，其中q和p为预设值，q和p均大于1且为整数；

所述数据归纳模块用于将体能评值传输到控制器，所述控制器用于在接收到数据归纳模块传输的体能评值时向球门监测模块传输评分信号；

所述球门监测模块用于在接收到控制器传输的评分信号时检测此时足球的射门情况，并根据射门情况对此次运动员的射门根据规则判定模块存储的评分规则进行自主评分得到表现分bx；评分规则具体表现为：

s1：将球门划分为高分区、标准区和低分区；

高分区、标准区和低分区均为预设区域；

s2：当足球射进球门预先设置的高分区时，此时表现分为f1；

s3：当足球射进球门预先设置的标准区时，此时表现分为f2；

s4：当足球射进球门预先设置的低分区时，此时表现分为f3，且f1>f2>f3；

s5：当足球没有射进球门时表现分为0；

所述球门监测模块用于将表现分bx返回到控制器，所述控制器用于将表现分bx和此次射门时刻的体能评值tn对应；利用数据归纳模块和球门监测模块获取到运动员多次训练时射门时刻的大数据，数据量大于预设值；形成表现分样本bxi，i＝1...n，和对应的体能评值样本tni，i＝1...n，且bxi和tni一一对应；

所述控制器用于对bxi和tni进行数据整理，具体整理步骤为：

步骤一：将tni与x1和x2比较并对tni进行体能区划分，x1、x2为预设值，且0<x1<x2；

步骤二：将tni>x2的部分划分为高体能区，对高体能区进行分析，具体分析为：

s1：统计出f1、f2和f3中各自出现的百分比，将百分比最高的表现分对应的区域标记为第一高光区域；

s2：计算得到表现分为0的百分比并将其标记为第一失败率；

步骤三：将x1≤tni≤x2的部分划分为标准体能区，对标准体能区进行分析，具体分析为：

s1：统计出f1、f2和f3中各自出现的百分比，将百分比最高的表现分对应的区域标记为第二高光区域；

s2：计算得到表现分为0的百分比并将其标记为第二失败率；

步骤四：将tni<x1的部分划分为低体能区，对低体能区进行分析，具体分析为：

s1：统计出f1、f2和f3中各自出现的百分比，将百分比最高的表现分对应的区域标记为第三高光区域；

s2：计算得到表现分为0的百分比并将其标记为第三失败率；

所述控制器用于根据规则记录单元的推荐规则对数据整理后的结果进行信息推荐；具体推荐规则为：

a、当检测到运动员处于高体能区时，推荐射门第一高光区域；

b、当检测到运动员处于标准体能区时，推荐射门第二高光区域；

c、当检测到运动员处于低体能区时，推荐射门第三高光区域；

d、将第一失败率、第二失败率和第三失败率进行大小比较，将最高的失败率对应的体能区标记为射门加强区；

所述控制器用于根据规则记录单元得到推荐信息并将推荐信息传输到显示模块进行实时显示。

所述控制器还用于将bxi和tni传输到存储模块进行实时存储。

本发明的工作原理为首先通过球速检测单元对运动员进行实时检测，在运动员的脚接触到足球时，对运动员的实时触球情况进行检测，当达到指定条件之后则会自动判定该运动员进入射门时刻，之后在射门时刻时对运动员的射门最高球速、体能运动速度和体能心率，之后根据三者计算出此次射门该运动员的体能情况，并根据相关规则计算出此次的射门得分区域；随后多次重复监测运动员的射门时刻，并多次统计其在不同的体能情况下的射门得分情况；经过多次数据的统计之后，能够得到在不同体能的情况下，运动员的在球门内不同区域的射门精准度，并根据对应信息建议运动员在不同体能下射门对应区域，同时可以得到在不同情况下射门的精准度，建议运动员在对应射门精准度差的体能下加强射门练习；

本发明通过获取到射门时刻前预设时间的运动员的所有运动速度信息，将最高的运动速度信息标记为体能运动速度ts1；随后获取到射门时刻前预设时间的运动员的所有实时心率信息，将最高的实时心率信息标记为体能心率tx1；并根据相关规则获取到最高速度信息，之后根据最高速度信息、体能运动速度ts1和体能心率tx1计算出在不同的射门时刻运动员的体能评值tn；借用体能评值来对运动员的体能进行评价；

本发明通过在检测到运动员的脚与足球有接触时，进入识别状态；在识别状态下，建立足球场的平面坐标系，在平面坐标系上画出其平面图；将运动员的脚与足球有接触时足球的位置标记为初始位置；将足球的初始位置标记在平面坐标系上；经过预设时间后，预设时间在0.5-1s之间；获取到此时足球的位置，同时获取到足球此时在足球场上的垂直落点；以足球的初始位置为端点，沿着预设时间后的垂直落点方向进行延伸形成足球实时射线；最后根据足球实时射线判定得到该运动员的射门时刻；

同时通过将球门划分为高分区、标准区和低分区；高分区、标准区和低分区均为预设区域；当足球射进球门预先设置的不同区域给予不同的评价，同时结合运动员的此时体能情况，进行多次数据统计；最终得到一个运动员的大数据，并分析得到运动员在不同体能范围时射门的不同准确区域；同时也能得到在何种体能下运动员的射门准度最差，并推荐其进行加强。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。