多傳感器組合在滑雪訓(xùn)練上的應(yīng)用

摘 要：越野滑雪場(chǎng)地大、速度快，這就使教練員的訓(xùn)練和選才比較困難。隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練數(shù)字化已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。使用傳感器技術(shù)，就可以使瞬間完成的動(dòng)作數(shù)字化，使抽象的運(yùn)動(dòng)素質(zhì)得到量化、細(xì)化。我們使用多傳感器組合， 把運(yùn)動(dòng)員的每一個(gè)動(dòng)作都記錄下來(lái)，數(shù)據(jù)都實(shí)時(shí)顯示在教練的屏幕上，運(yùn)動(dòng)員的優(yōu)劣一目了然，訓(xùn)練也可以有的放矢，從而達(dá)到最佳的訓(xùn)練效果。

關(guān)鍵詞：越野滑雪；運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練；信息技術(shù)；體育運(yùn)動(dòng)；無(wú)線傳感器

中圖分類(lèi)號(hào)：TU991.33

越野滑雪路程長(zhǎng)、速度快，運(yùn)動(dòng)員高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)素質(zhì)，很難被搞清楚，只能憑經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷。隨著各種數(shù)字化傳感器的到來(lái)，體育訓(xùn)練數(shù)字化也逐步成為現(xiàn)實(shí)。例如把越野滑雪運(yùn)動(dòng)員的每一個(gè)動(dòng)作都記錄下來(lái)，并把數(shù)據(jù)都實(shí)時(shí)顯示在屏幕上，還可以事后分析，數(shù)據(jù)也可以與他人比對(duì)。這樣，運(yùn)動(dòng)素質(zhì)都有了量化指標(biāo)。教練員可以心中有數(shù)，更加有的放矢地訓(xùn)練，提高訓(xùn)練的效率。

1 設(shè)備研究目標(biāo)

主要解決越野滑雪運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)素質(zhì)數(shù)字化、細(xì)化并收集、計(jì)算?？梢园堰\(yùn)動(dòng)員很多運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，如步幅步頻、雙腳每一步的用力，整個(gè)滑雪過(guò)程中的加速度變化等，并且，可以通對(duì)數(shù)據(jù)的加工計(jì)算，得到運(yùn)動(dòng)員在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的速度和位移曲線。

2 設(shè)備構(gòu)成

設(shè)備分兩部分構(gòu)成，一部分是運(yùn)動(dòng)員身上的加速度傳感器、拉壓力傳感器；第二部分是教練員一側(cè)的軟件及無(wú)線接收器設(shè)備。

教練員一側(cè)：我們給出這些數(shù)據(jù)的曲線圖形，以便于容易觀察、理解數(shù)據(jù)。曲線繪制軟件是我們自己使用VBA開(kāi)發(fā)的軟件工具?？梢赃m用多種傳感器曲線。

2.1 運(yùn)動(dòng)員一側(cè)的傳感器介紹

運(yùn)動(dòng)員側(cè)使用了兩種傳感器，加速度傳感器和拉壓力傳感器。

2.1.1 加速度傳感器

三維加速度可以準(zhǔn)確測(cè)量運(yùn)動(dòng)員在X、Y、Z三個(gè)軸方向的速度變化。我們選用的是慣性傳感器ADXL345，它比較適合人體測(cè)量。系統(tǒng)由微控制器ADuC7024和數(shù)字加速度計(jì)ADXL345配合使用，并配有電源等部分。采樣頻率設(shè)為128次每秒，加速度最高設(shè)為±2g。加速度傳感器固定于運(yùn)動(dòng)員腰部，已取得平均加速度數(shù)值。設(shè)備會(huì)將它的三維加速度數(shù)據(jù)記錄于USB卡中。記錄身體X軸的加速度數(shù)據(jù)，只取X軸即可。

2.1.2 加速度數(shù)據(jù)解析

可以根據(jù)加速度的變化，可以看出運(yùn)動(dòng)員的滑雪過(guò)程中的起跑能力、直道加速能力、彎道加速能力、以及沖刺能力等，還能準(zhǔn)確知道運(yùn)動(dòng)員每一過(guò)程中的步幅、步頻、擺腿時(shí)間等，從而可以看出步幅與身高是否合理等等。數(shù)據(jù)還可以與其他運(yùn)動(dòng)員的數(shù)據(jù)比對(duì)，從而找出自己的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.2 拉壓力傳感器

拉壓力傳感器置于運(yùn)動(dòng)員雪鞋下方，拉壓力傳感器是為了測(cè)量越野滑雪運(yùn)動(dòng)員左右腳的后蹬力。可以有兩種辦法，一種是使用拉壓力傳感器，直接測(cè)量拉壓力數(shù)據(jù)；另一種是使用壓力傳感器，置于雪鞋下方，可以通過(guò)壓力和面積計(jì)算出壓力數(shù)據(jù)。兩種方法除采集數(shù)據(jù)不同外，其它處理都是一致的。我們選用的是拉壓力傳感器。設(shè)備包括（拉）壓力傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器顯示器、單片機(jī)、無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和電源等。

2.3 拉壓力傳感器解析

通過(guò)拉壓力傳感器，可以測(cè)量出運(yùn)動(dòng)員每一步的瞬間力量大小，蹬地時(shí)間，擺腿時(shí)間，也可以看出步頻步幅，雙腳力量是否平衡，與其它曲線配合，可以看出運(yùn)動(dòng)員的力量、耐力、爆發(fā)力的優(yōu)缺點(diǎn)，也可以將數(shù)據(jù)和別人比對(duì)，知己知彼。曲線數(shù)據(jù)如下圖：

通過(guò)全程壓力曲線，可以很好地反映出一名運(yùn)動(dòng)員的全程的體力分布情況，力量及耐力情況一目了然。也可以分析出全程的頻率分布，以及戰(zhàn)術(shù)是否合理等等。

但是，僅憑全程曲線，并不能發(fā)現(xiàn)一名運(yùn)動(dòng)員的蹬地動(dòng)作的詳細(xì)優(yōu)缺點(diǎn)。因此，我們可以查看不同階段的單步拉壓力曲線。通過(guò)單步曲線，就可以看出運(yùn)動(dòng)員每一時(shí)刻的蹬地用力大小，用力的形態(tài)，用力是否均勻，蹬地和騰空時(shí)間等。

蹬地拉壓力曲線，可以很好地發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員的優(yōu)缺點(diǎn)，從而制定有針對(duì)性的訓(xùn)練計(jì)劃，提高訓(xùn)練效率。不但可以指導(dǎo)訓(xùn)練，也能為選拔人才提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

3 根據(jù)加速度數(shù)據(jù)，計(jì)算速度和位移

實(shí)際上沒(méi)有速度傳感器，GPS可測(cè)速度，但精度不高。因此，本系統(tǒng)利用加速度傳感器數(shù)據(jù)積分，來(lái)取得速度和位移數(shù)據(jù)。速度的數(shù)據(jù)是通過(guò)加速度數(shù)據(jù)經(jīng)由公式V=a*t換算得來(lái)（V：速度，a：加速度，t：時(shí)間）；位移的數(shù)據(jù)也是通過(guò)加速度數(shù)據(jù)經(jīng) 換算而來(lái)（S：位移）。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)更接近慣性系統(tǒng)，以上公式可以使用。

4 應(yīng)用前景

根據(jù)加速度和拉壓力數(shù)據(jù)，我們很容易計(jì)算出運(yùn)動(dòng)員的單步做功，也很容易計(jì)算出全程做功。用單步功和全程做功來(lái)判斷運(yùn)動(dòng)員的能力將更加直接有效。我們會(huì)在以后加以介紹。

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作者簡(jiǎn)介：張銳明（1964，09-），男，黑龍江人，科長(zhǎng)，高級(jí)工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：信息技術(shù)。

作者單位：哈爾濱體育學(xué)院，哈爾濱 150008