[發明專利]一種基于運動周期的兒童運動發展水平評價方法和系統

在審

• 申請號: 202110798819.7
• 申請日: 2021-07-15
• 公開（公告）號: CN113628721A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 鐘亞平;胡衛紅
• 申請（專利權）人: 武漢中體智美科技有限公司;武漢體育學院
• 主分類號: G16H20/30
• 分類號: G16H20/30;G06K9/62;G01S5/02;G01P3/00;G01P15/00;H04W4/02
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 王琪

1.一種基于運動周期的兒童運動識別發展水平評價方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，獲得運動中兒童的三維位置信息和時間序列；

步驟2，根據步驟1獲得的三維位置信息，計算運動中兒童的速度和加速度信息；

步驟3，構建運動周期數據序列，包括時間序列，以及對應的加速度信息；

步驟4，采用k階傅里葉級數對運動周期數據序列進行擬合，得到具有連續性的擬合函數；

步驟5，根據運動曲線數據的導函數，選用最小極值點作為一個運動周期的起始點，將運動曲線數據劃分為多個運動周期的數據；

步驟6，提取出每個運動周期內數據的特征向量，利用隨機森林算法進行分類識別；

步驟7，根據分類結果，對照兒童運動發展水平標準，獲得兒童動作發展水平等級評價結果。

2.如權利要求1所述的一種基于運動周期的兒童運動識別發展水平評價方法，其特征在于：步驟1中通過定位系統獲得運動中兒童的三維位置信息，所述定位系統包括定位標簽、定位基站、服務器、客戶端；

所述定位標簽包括微控制單元MCU、發射天線和供電模塊，定位標簽通過UWB通信協議向定位基站發射信號；

所述定位基站包括接收天線，MCU，網絡通信模塊和供電模塊，定位基站通過接收定位標簽無線信號，所述定位基站的個數至少為4個；

定位處理器，與定位基站相連接，用于根據定位基站收到的信息，利用時間差對定位標簽進行定位，獲取定位標簽的(x,y,z)三維位置信息和時間序列；

所述服務器通過WIFI或有線網絡與定位處理器相連接，用于存儲定位標簽信息；

所述客戶端，通過訪問服務器獲取定位標簽的三維位置信息和時間序列。

3.如權利要求1所述的一種基于運動周期的兒童運動識別發展水平評價方法，其特征在于：步驟2中根據三維坐標信息，運用差分算法計算運動中兒童的速度和加速度信息，實現方式如下，

設Δt為時間間隔，則運動中兒童的速度V_i和加速度A_i為，

其中，X_i，Y_i，Z_i為三維坐標。

4.如權利要求1所述的一種基于運動周期的兒童運動識別發展水平評價方法，其特征在于：步驟4的具體實現過程如下：

一個運動行為需要利用多個定位標簽同時采集數據，定位標簽中通過無線傳感器接收運動數據，每個傳感器由多個測量單元構成，因此，每個傳感器在每個時刻都產生一個向量，即給定一個樣本，單個傳感器在t_i時刻，產生一個如下的向量：

a(t_i)＝(a₁(t_i),a₂(t_i),…a_M(t_i)) (1)

其中，M表示傳感器測量單元總數，單個傳感器進行連續采樣，產生一個觀測矩陣：

s＝[a(t₁),a(t₂),…a(t_n)]^T (2)

其中，a(t_i)，i＝1,2,…n是單個傳感器的第t_i次采樣數據，因此式(2)可以表示為：

對觀測矩陣的每一列數據都采用傅里葉級數擬合，即將單個傳感器每一個測量單元的數據序列都轉化為關于采樣時刻t’的擬合函數，假設一個運動是由N個傳感器同時采集獲得，因此擬合函數S為N×M的矩陣。