手球运动数据统计方法、系统及计算机存储介质与流程

1.本发明涉及一种手球运动数据统计方法、系统及计算机存储介质，尤其涉及一种基于蓝牙定位的手球运动数据统计方法、系统及计算机存储介质。


背景技术：

2.手球，是综合篮球和足球的特点而发展起来的一种用手打球、以球攻入对方球门得分的球类运动。
3.手球比赛不仅仅讲究技术和速度，还讲究团队的配合，要想取得优异的成绩就要不断地训练。现有的手球训练，全程都需人工进行分配、安排、统计分数，效率低，误差大，且难以实现对每一队员的实时跑位位置以及球的位置进行实时、量化显示。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种手球运动数据统计方法、系统及计算机存储介质，可以有效解决上述问题。
5.本发明是这样实现的：
6.本发明提供一种手球运动数据统计方法，所述方法通过手球运动统计系统实现，所述手球运动统计系统包含若干设置于球员身上的第一蓝牙定位标签、设置于手球内部的第二蓝牙定位标签和若干蓝牙基站，且所述第一蓝牙定位标签的id分别与球员身份绑定，所述蓝牙基站设置于场地的外围，每个所述蓝牙基站包含有蓝牙天线阵列，所述方法包括以下步骤：
7.s1，通过所述蓝牙基站以第一频率接收所述第一蓝牙定位标签的第一广播信息以及所述第二蓝牙定位标签的第二广播信号；
8.s2，分别通过所述第一广播信息以及所述第二广播信号解析所述第一蓝牙定位标签在场地内的第一位置信息以及所述第二蓝牙定位标签在场地内的第二位置信息，其中，所述第一位置信息为球员的运动信息，所述第二位置信息为球体的运动信息；
9.s3，记录并显示所述第一位置信息以及所述第二位置信息。
10.作为进一步改进的，所述方法进一步包括：
11.s4，根据所述第一位置信息以及所述第二位置信息获取对应的持球人。
12.作为进一步改进的，在步骤s4中，所述根据所述第一位置信息以及所述第二位置信息获取对应的持球人的步骤进一步包括：
13.判断是否存在一第一位置信息与所述第二位置信息的直线距离是否小于等于第一预定距离且持续超过第一阈值时间，是，则判断该第一位置信息所对应的球员为持球人。
14.作为进一步改进的，所述第一蓝牙定位标签分别佩戴于球员手腕。
15.作为进一步改进的，所述第一预定距离为10～30厘米，所述第一阈值时间为0.5秒～1.5秒。
16.作为进一步改进的，在步骤s4中，所述根据所述第一位置信息以及所述第二位置
信息获取对应的持球人的步骤进一步包括：
17.判断所述持球人的第一位置信息与所述第二位置信息的直线距离是否大于等于第二预定距离且持续超过第二阈值时间，是，则判断球权转移，否，则判断该持球人连续持有球权，其中，所述第二预定距离大于等于所述第一预定距离。
18.作为进一步改进的，所述第二预定距离为30～50厘米，且所述第二阈值时间为1.5秒～2秒。
19.作为进一步改进的，所述手球运动统计系统进一步加速度传感器，分别设置于每一球员的手腕上，且所述手球运动数据统计方法进一步包括：
20.s5，获取所述持球人手腕上的加速度，当所述加速度达到第一加速度阈值时，进入步骤s6；
21.s6，判断所述手球是否远离所述持球人，是则获取所述手球的方向；
22.s7，判断所述方向是否朝向球门，是则判断为所述持球人的有效打门一次。
23.本发明进一步提供一种手球运动统计系统，包含：
24.若干第一蓝牙定位标签，分别设置于球员身上，且所述第一蓝牙定位标签的id分别与球员身份绑定；
25.第二蓝牙定位标签，设置于手球内部；
26.若干蓝牙基站，设置于场地的外围，所述若干蓝牙基站用于以第一频率接收所述第一蓝牙定位标签的第一广播信号，以及所述第二蓝牙定位标签的第二广播信号；
27.处理单元，通过所述第一广播信息以及所述第二广播信号解析所述第一蓝牙定位标签在场地内的第一位置信息以及所述第二蓝牙定位标签在场地内的第二位置信息，并记录并显示所述第一位置信息以及所述第二位置信息。
28.本发明进一步提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质被处理器执行时，实现如权利要求上述手球运动数据统计方法。
29.本发明的有益效果是：本发明通过将所述第一广播信息以及所述第二广播信号解析获取球员的实时运动信息以及所述球体的实时运动信息，从而可以实现对每一队员的实时跑位位置以及球的位置进行实时、量化显示，从而方便对球员训练及跑位进行指导；另外，通过记录每一队员的实时跑位位置还可以对每一运动员的运动量进行统计。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
31.图1是本发明实施例提供的手球运动统计系统的架构图。
32.图2是本发明实施例提供的手球运动数据统计方法的流程图。
33.图3为利用aoa计算标签位置的流程示意图。
34.图4为aoa到达角的示意图。
35.图5为aoa到达角算法的示意图。
36.图6为aoa计算到达角的模型图。
37.图7为aoa计算方位角的模型图。
38.图8为本发明实施例提供的手球运动数据统计方法中获取手球的方向的示意图。
具体实施方式
39.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
40.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
41.参照图1所示，本发明实施例提供一种手球运动统计系统，其包含若干设置于球员身上的第一蓝牙定位标签12、设置于手球内部的第二蓝牙定位标签13、设置于场地的外围的若干蓝牙基站10、以及处理单元11。每一第一蓝牙定位标签12的id分别与球员身份绑定，每个所述蓝牙基站10包含有蓝牙天线阵列(图中未画出)。
42.所述手球运动统计系统可以以手球场地的中心为圆心，以场地长度方向为x轴、宽度方向为y轴、竖直方向为z轴(未画出)建立直角坐标系。
43.所述第一蓝牙定位标签12以及所述第二蓝牙定位标签13是指拥有广播协议的蓝牙外围设备，其可以连续周期性地向它的周围环境进行广播，并且它不会被其他设备进行连接。所述第一蓝牙定位标签12以及所述第二蓝牙定位标签13发送的广播信号包含寻向数据包。所述寻向数据包包含当前标签的id，所在逻辑时钟同步单元id等信息。每一球员的身上绑定的所述第一蓝牙定位标签12的数量不限，在其中一个实施例中，每一球员的身上绑定两个所述第一蓝牙定位标签12，且每一所述第一蓝牙定位标签12分别设置于球员的护腕中。之所以将所述第一蓝牙定位标签12分别设置于球员的护腕中，是由于当球员持球时，护腕的位置与球体的位置最近，通过这两个距离可以更为准确的判断真正的持球者。
44.所述蓝牙基站10本身包含有蓝牙天线阵列，系统启动后，所有蓝牙基站10和所述第一蓝牙定位标签12以及所述第二蓝牙定位标签13之间同步逻辑时钟。所述蓝牙基站10可以通过第一频率实时获取所述第一蓝牙定位标签12以及所述第二蓝牙定位标签13的信号强度、到达角和出发角等参数，即可实时计算出所述第一蓝牙定位标签12以及所述第二蓝牙定位标签13的实时三维数据。所述第一频率优选大于10hz。在其中一个实施例中，所述第一频率为50hz。可以理解，所述第一频率越高，获取的蓝牙定位标签的位置数据越丰富，可为后续步骤提供更平滑的数据，在此不做限定。所述蓝牙基站10的数量不限，在其中一个实施例中，包括4个蓝牙基站10分别布设于场地外围的四角上。
45.所述处理单元11可以通过所述第一广播信息以及所述第二广播信号解析所述第
一蓝牙定位标签12在场地内的第一位置信息以及所述第二蓝牙定位标签13在场地内的第二位置信息。所述第一位置信息以及所述第二位置信息均为三维位置信息。
46.请参见图2，本发明实施例进一步提供一种手球运动数据统计方法，其包括以下步骤：
47.s1，通过所述蓝牙基站10以第一频率接收所述第一蓝牙定位标签12的第一广播信息以及所述第二蓝牙定位标签13的第二广播信号；
48.s2，分别通过所述第一广播信息以及所述第二广播信号解析所述第一蓝牙定位标签12在场地内的第一位置信息以及所述第二蓝牙定位标签13在场地内的第二位置信息，其中，所述第一位置信息为球员的运动信息，所述第二位置信息为球体的运动信息；
49.s3，记录并显示所述第一位置信息以及所述第二位置信息。
50.在步骤s1中，所述第一蓝牙定位标签12以及所述第二蓝牙定位标签13发送的广播信号包含寻向数据包。所述寻向数据包包含当前标签的id，所在逻辑时钟同步单元id等信息。所述第一频率优选大于10hz。在其中一个实施例中，所述第一频率为50hz，即每秒50次接收所述第一蓝牙定位标签12的第一广播信息以及所述第二蓝牙定位标签13的第二广播信号。
51.在步骤s2中，所述分别通过所述第一广播信息以及所述第二广播信号解析所述第一蓝牙定位标签12在场地内的第一位置信息以及所述第二蓝牙定位标签13在场地内的第二位置信息具体为：通过获取所述所述第一蓝牙定位标签12或所述第二蓝牙定位标签13的广播信号并提取得到其广播信号强度，通过蓝牙aoa角度位置算法计算所述蓝牙定位标签的位置信息。
52.蓝牙aoa计算标签位置的流程参考图3，具体如下。
53.参考图4
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5，本实施例中，蓝牙定位标签是指拥有广播协议的蓝牙外围设备，蓝牙标签将连续周期性地向它的周围环境进行广播，并且它不会被其他设备进行连接。蓝牙定位标签发送的广播信号包含寻向数据包，寻向数据包包含当前标签的id，所在逻辑时钟同步单元id等信息。蓝牙基站本身包含有蓝牙天线阵列，系统启动后，所有蓝牙基站和蓝牙定位标签之间同步逻辑时钟。蓝牙基站通过实时获取蓝牙标签的信号强度、到达角等参数，定位服务器即可实时计算出蓝牙标签的定位数据。具体地，本实施例中，以50
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200hz的频率获取蓝牙定位标签的位置，频率越高，获取的蓝牙定位标签的位置数据越丰富，可为后续步骤提供更平滑的数据，在此不做限定。
54.本实施例应用蓝牙5.1标准规范版本中包含寻向功能，该功能是通过基站接收蓝牙标签的广播信号进行定位的。寻向功能(direction finding using bluetooth low energy，蓝牙核心规范文档281页)包括到达角(angle of arrival，aoa)和出发角(angle of departure，aod)两种方向测量技术。本系统使用了aoa到达角技术来实现对运动场模型中各个子模型的定位。计算到达角的计算公式为：θ＝arccos((ψλ)/(2πd))，其中d是天线之间的距离，λ电磁波波长，ψ为电磁波经过两个天线时的相位差。蓝牙基站在场周分布的越均匀计算出来的位置越准确。本实施例中，蓝牙基站接收蓝牙定位标签的广播信号时，可以通过rssi值计算信号强度，信号强度反应了标签与基站距离的远近，rssi值越小，距离越远。蓝牙基站将指定的标签id、指定的逻辑时钟同步单元id和其他附属信息(例如信号强度值)发送给定位服务器。具体的算法在蓝牙5.1标准规范版本记载，在此不再具体阐述。
55.具体地，广播信号以标签为球心，向x，y，z三维空间均匀传播。对于广播信号在室内因反射情况产生的噪声，蓝牙基站会收到具有相同标签的id和同步单元id，但是rssi(接收信号强度)值不同的多个信号。基站的去噪方案是：保留rssi值最大的信号，丢弃其他信号。
56.参考图6，通过平面阵列设置的蓝牙基站根据接收到的广播信号，运用多重信号分类算法(music)计算广播信号的到达角，参考图7，基于二位平面天线阵列的基站可以计算出信号的方位角和俯仰角。方位角和俯仰角这两个角度可确定一条以基站为起点的直线，带定位标签即在该条直线上。
57.基站在接收到广播信号时根据信号的rssi(接收信号强度)值来优选选择距离标签近的基站进行方位角和俯仰角的计算。具体地，本实施例进一步采用如下两个方案中的任意一个方案：
58.方案一：蓝牙基站根据预设的rssi阈值，对于小于rssi阈值的信号，蓝牙基站自动丢弃。该方案能节省计算资源，但是需要根据实地场景设置好合适的阈值，保证至少有三个蓝牙基站参与计算每个定位信号的方位角和俯仰角。
59.方案二：蓝牙基站计算所有接收到的广播信号，计算方位角和俯仰角，把广播信号payload字段中的内容、两个角度值、信号的rssi值传输给定位服务器。服务器根据rssi值按从大到小排序，选取前30％的元素参与后续xyz坐标的计算，丢弃剩下的元素。
60.最后，定位服务器接收基站传输过来的筛选后的数据，根据每个基站各自在赛场模型坐标系中的坐标值以及标签的方位角和俯仰角，计算出标签在赛场模型中的xyz坐标值。定位服务器综合考虑两台及以上的基站输出的结果，利用加权平均等算法可得到更加准确的坐标值。
61.在步骤s3中，可以以所述直角坐标系为基准，将所述第一位置信息以及所述第二位置信息实时显示并映射于所述直角坐标系中。
62.作为进一步改进的，在步骤s3之后可进一步包括：
63.s4，根据所述第一位置信息以及所述第二位置信息获取对应的持球人。
64.在步骤s4中，所述根据所述第一位置信息以及所述第二位置信息获取对应的持球人的步骤进一步包括：
65.判断是否存在一第一位置信息与所述第二位置信息的直线距离是否小于等于第一预定距离且持续超过第一阈值时间，是，则判断该第一位置信息所对应的球员为持球人。
66.具体而言，由于所述第一蓝牙定位标签12分别佩戴于球员手腕的护腕中，因此可以设定所述第一预定距离为10～30厘米。另外，根据手球的相关规则，如果持球超过3秒视为犯规，且正常人反应时间一般超过0.2s以上，因此，可以设定所述第一阈值时间为0.5秒～1.5秒。在其中一个实施例中，所述第一预定距离为30厘米，且所述第一阈值时间为1秒。换言之，当存在一第一位置信息与所述第二位置信息的直线距离等于30厘米且持续超过1秒，则判断该第一位置信息所对应的球员为持球人。
67.考虑到手球球员在持球过程中有运球动作，即手球的位置会短时间内远离手腕位置后又接近手腕位置。故，在步骤s4中，所述根据所述第一位置信息以及所述第二位置信息获取对应的持球人的步骤可以进一步包括：
68.判断所述持球人的第一位置信息与所述第二位置信息的直线距离是否大于等于
第二预定距离且持续超过第二阈值时间，是，则判断球权转移，否，则判断该持球人连续持有球权，其中，所述第二预定距离大于等于所述第一预定距离。
69.具体而言，可以设定所述第二预定距离为30～50厘米(约一个巴掌加一个手腕的距离)。另外，所述第二阈值时间可以大致根据球体离开手掌到达地面反弹再回到手掌的时间来设定。优选的，所述第二阈值时间可以设定为1.5秒～2秒。在其中一个实施例中，所述第二预定距离为30厘米，所述第二阈值时间设定为1.5秒。换言之，当判断所述持球人的第一位置信息与所述第二位置信息的直线距离大于等于30厘米且持续超过1.5秒时，则判断球权转移，否则判断该持球人连续持有球权。
70.作为进一步改进的，所述手球运动统计系统进一步加速度传感器，分别设置于每一球员的手腕上，且所述手球运动数据统计方法进一步包括：
71.s5，获取所述持球人手腕上的加速度，当所述加速度达到第一加速度阈值时，进入步骤s6；
72.s6，判断所述手球是否远离所述持球人，是则获取所述手球的方向；
73.s7，判断所述方向是否朝向球门，是则判断为所述持球人的有效打门一次。
74.在步骤s5中，所述第一加速度阈值可以通过统计常规打门时的加速度获得，即当加速度大于第一加速度阈值时判定为打门。优选的，所述第一加速度阈值可以大于等于40m/s。在其中一个实施例中，所述第一加速度阈值为55m/s。
75.在步骤s6中，所述判断所述手球是否远离所述持球人的步骤可以通过所述持球人的第一位置信息与所述第二位置信息的直线距离是否大于所述第二预定距离进行判断。
76.另外，请参见图8，所述获取所述手球的方向的步骤可以通过获取手球出手位置a以及手球第一次折射点b获得。具体的，将球出手位置a以及所述第一次折射点b进行连线，从而获得所述手球的方向。
77.在步骤s7中，所述判断所述方向是否朝向球门的步骤具体包括：以手球出手位置a以及第一次折射点b为直线，继续沿球门方向延伸得到延伸点d，并判断延伸点d是否在球门范围内。是则判断朝向球门，并判断为所述持球人的有效打门一次；否则判断非朝向球门，并判断为所述持球人的无效打门一次。
78.本发明还进一步提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质被处理器执行时，实现上述手球运动数据统计方法。
79.在本发明所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
80.另外，在本发明各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
81.集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备
(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
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only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
82.以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。