[發明專利]基于個體運動行為層次模型的泛化應用系統及方法

有效

• 申請號: 202110178598.3
• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN113143257B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 李祥臣;崔利榮;陽林赟;劉洛東;邱旭東;張微微
• 申請（專利權）人: 國體智慧體育技術創新中心（北京）有限公司;國家體育總局體育信息中心
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明屬于個體健康行為管理技術領域，尤其涉及基于個體運動行為層次模型的泛化應用方法及系統，其包括基于PAMS開放樣本庫，將依次分層的PAMS系統根據人體行為在時間尺度大小和數據特征，按照PAMS分層應用算法和PAMS分層限定算法對PAMS系統的復雜程度進行分層分類，本發明解決了由于人體機能狀態轉移是一個隨機過程，也就是機能狀態存在非穩態，但是現代科學不能將這種非穩態機能進行有效控制，從而導致人體機能狀態不穩定的問題，具有為下一步提出人體行為干預管理科學的定量研究方法奠定了基礎，為了實現人體行為多維因素統一的測度，同時為人體行為多維指標統一分析奠定了基礎的有益技術效果。

技術領域

本發明屬于個體健康行為管理技術領域，尤其涉及基于個體運動行為層次模型的泛化應用系統及方法。

背景技術

疾病是人體健康態變化過渡階段的隨機過程，不是一個靜態的橫截面。主動健康不僅僅是預防，而是一種醫學模式。是通過宏觀人體行為功能態測度微觀結構態變化，并通過對宏觀行為功能干預從而實現控制微觀系統結構改變的科學體系；

PAMS層子系統：人體行為顯然不僅僅是指人體的運動，然而，運動相對生理生活數據而言容易理解，為此，首先以人體運動為基礎研究行為系統建模；

PAMS模型特征：P、A、M、S模型描述了人體行為從毫秒時間尺度的姿態到秒時間尺度的動作，到分鐘時間尺度的運動事件，直至到無限時間尺度的習慣。隨著P-A-M-S的層次遞進，人體行為也就從確定有限的系統，跨到了不確無限定系統。其本質描述了系統從簡單到復雜的層級結構，且層次之間不是簡單的累加關系，是隨著時間尺度的變化，導致了復雜度躍層式增加。如果我們把系統的時間長度作為一個X軸，表示從無限短時到無限長時；把系統組分多少作為Y軸，表示從單一參數到無限多參數；

目前，大體有兩種經典方法描述人體運動。第一種方法是南非的力學家Hazte，他用彈性肌元、容元、阻尼器、內能源等力學“元件”模擬人神經、肌肉運動，用力學結構中多剛體絞鏈系統模擬整個人體。第二種方法是應用多剛體系統動力學理論建立力學模型。鄭秀媛[89]指出，無論那種方法所建立的方程的解與實際運動也有相當大的差異。因為，人體運動有一定的不可測性，它不是完全的確定性問題。這個觀點與實際的工作完全相符合的。因為，人體的運動涉及到的組分非常多，并且，是一個連續的非確定性長周期的過程。因此，我們需要從不同的時間尺度去考察分層研究人體行為。為了定量地描述人體行為，本文定義了姿態基的概念，姿態基是人體單個環節在三維空間相對靜止的狀態序列；

如圖4所示，Hanavan人體模型由15個剛體組成，彼此用球鉸聯結。實際應用時，一般采用修正的Hanavan人體模型，根據分析需要的精度要求，適當地增減剛體數，聯結各分體的鉸也可根據具體情況視為平面鉸、萬向節、球鉸等。由于聯結人體各分體的鉸形式多樣性和人體與外界關系的千差萬別很難直接用統一的數學模型來處理不同的人體運動。為了找到一種統一的、一勞永逸的處理方式，章定國將人體運動的多剛體模型規范化，使其統一于某一種結構形式，然后再用這種結構形式的數值模型來處理所有的運動。定義具有一個自由度的五類運動副，即轉動鉸和平移鉸為基本鉸。其余各種鉸均可化為基本鉸的某種組合。例如球鉸可以用兩個長度為0，質量為0的構件所結合的三個轉軸相互正交的三個轉動鉸所組成的運動鏈表示；

姿態基是人體單個環節在三維空間相對靜止的狀態序列，姿態基(PU：Pose Unit)是人體運動中構成人體行為的單關節運動未發生結構性變化的最小的可測量的基本單元。

設PU為一個姿態基，那么：

其中，α_i、β_i和是第i時刻人體軀干(各部分)相對于地面的轉角，通常用歐拉角表示，α_i是傾角，繞著x轉動，β_i是仰角，繞著y軸轉動，γ_i是自旋角，繞著z軸轉動，姿態基也不是一個靜止的點，而是一個空間轉角的數據序列；