一种基于运动监测分析的体育设施器材

摘要

本发明提供一种基于运动监测分析的体育设施器材，将体育设施器材与健康监测系统进行耦合，通过传感器组采集人体的各项运动数据、生命体征和健康数据，将采集到的数据与数据库中预存的健康参考数据进行对比，形成对生理信号进行监控的网络，对人体是否处在正常生理状态做出综合判断、给出准确结论，主要目的是提供方便、快捷的自我健康监测方式。同时，一旦出现异常情况，将及时通过管理端的显示模块和提醒装置进行提示。真正实现物联网体育设施器材的即时性、高效性、精确性、实用性、稳定性及安全性，值得推广。

说明书

技术领域

本发明属于体育设施器材技术领域，涉及一种基于运动健康监测分析及多通信网络与传感设备的体育设施器材。

背景技术

体育设施器材即健身锻炼所使用的各种器械、装备及用品的总称，体育设施器材与体育运动相互依存，相互促进，随着科学技术的进步和人类生活水平的提高，人们对健康的重视程度已越来越高，为了保持健康，人们一方面采取运动健身的方式增强体质，另一方面则是定期进行健康体检，了解自身的身体状况。然而，由于现在生活节奏的加快，而且医院的检查往往操作流程繁琐，使得人们难以挤出整块的时间去医院进行常态化的健康监测。此外，运动本身存在风险，由于人与人在身体机能与素质方面存在着必然的差异，很多时候，不适当的运动反而会造成身体健康的损伤，因此，在选择运动项目和运动负荷上应该因人而异，要依据年龄特征、健康状况及锻炼目标来选择不同的运动内容，使运动锻炼与身体状况互为针对性。随着社会的发展，选择室内健身运动的人会越来越多，提高体育设施器材的智能化、加强对运动者的保护，都是当前需要解决的问题。

针对上述问题，越来越多的体育设施器材将健身锻炼和健康监测结合起来，但现有的体育设施器材仅能提供诸如训练项目的持续时间、心率、记步、耗氧量等参数，从这些数据导出其他参数值，如燃烧的热量，身体脂肪比例等，这样的体育设施器材功能比较单一，无法提供关于诸如医疗事件或医疗保健事件的任何预测，更无法对不同运动人群进行有针对性的指导意见。与此同时，现有的家庭式人体健康监测装置通常测量的是人体处于相对静止时的一个参数,无法连续地对人体参数进行监测，其参数的灵活性、实时性和智能化程度不能很好地满足医疗监测和医疗护理的核心需求。通常诊疗室或医院所用检查设备和方法也具有一定的局限性，即它们不易采集到一些低概率的事件，而这些事情可能对于病情诊断，病情的发展和病情的治疗尤为重要，如现有专利中的心率监测、体温监测等设备，它们只能测量病人在平稳状态下的的生理反应。这些生理信号虽然能够反映一定的生理状况，但却并不能捕捉到生理节奏的变化。而人体在运动过程中新陈代谢及生理机能起伏都很剧烈，在运动过程期间所进行的各项参数监测往往能够更形象直观地形成准确的生理信号，有助于对人体是否处在正常生理状态做出综合判断、给出准确结论。

对此，本发明将体育设施器材与健康监测系统进行耦合，提供一种在线运动健康监测分析的体育设施器材。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种基于运动监测分析的体育设施器材。

为达到上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于运动监测分析的体育设施器材，所述体育设施器材包括指纹识别模块、自定义模块、微型传感器模块、噪声监测模块、显示器模块、报警模块、数据存储模块、信息收发模块、无线网络模块、云服务器、个人智能终端、风险预警单元及医生终端；所述信息收发模块用于接收微型传感器所采集到的参数及噪声监测模块所采集到的噪声参数，并通过无线网络模块发送至云服务器的处理器，所述无线网络模块与云服务器远程通信连接，并对所采集到的生理参数进行处理，将各项参数综合对比分析，得出健康状况报表，通过所述信息收发模块发送至所述个人智能终端；所述微型传感器模块包括生理参数传感器和环境信息传感器，所述自定义模块用于限定运动者的身体状态，对不同的身体状态，给予不同生理参数监测优先级别的限定，并加强优先监测生理参数的权重比例，为每个传感器的参数γ_i，i＝1，2…k，设计一个权重U_i，i＝1，2…k，然后对收集得到的传感器参数值与权重值进行线性加权得出身体健康评估值；噪声监测模块用于监控运动过程中环境的噪声，所述处理器包括多条信道信息，多条信道信息被配置为接收基于光谱获取的一个或多个周期性波动的时间序列、所述微型传感器模块获取的生理参数和环境信息参数、以及所述噪声监测模块获取的噪声参数；基于频谱分析确定基于时间序列的生理参数是否存在一个或多个周期性波动，所述处理器基于光谱分析计算每个时间序列之间信道信息的相似度，得到反共振强度的信道信息矩阵，基于特征值分解获取噪声伪谱A；基于噪声参数的信道信息生成模拟频谱，在模拟频谱上进行光谱折叠，以产生更新的噪声伪谱B，将噪声伪谱A、B进行补偿校正，再根据呼吸频率修整得到噪声伪谱C，将每一条生理参数的信道信息消去去噪声伪谱C的信道信息，结合环境信息参数利用快速傅立叶变换得到不同生理参数的曲线图。

优选的，所述生理参数传感器包括汗液传感器、皮压传感器、心电传感器、体温传感器、脑电传感器、血压传感器、脉冲血氧传感器、呼吸传感器、皮电传感器、加速度传感器；所述环境信息传感器用于测量运动时的季节、时间、温度、湿度；所述皮压传感器用于测量身体组织在不同压力大小及运动状态下的反馈信号；所述皮电传感器用于监测交感神经系统位于皮肤表面的导电值，所述汗液传感器对汗液中葡萄糖、乳酸及氯化物的含量进行测定。

进一步的，所述显示器模块包括与各微型传感器相连的用户界面，以向运动者显示各项生理参数的实时值及运动完成后的健康状况报表，向危险性低的运动者提供干预反馈作为日常预防性的检查；数据存储模块用于存储运动者的身份信息及每次运动过程中的生理参数，将当前生理参数与之前所记载的生理参数相联系，绘制个人生理参数曲线，所述数据存储模块还对各项生理参数的健康阈值进行调整及存储，绘制个人参考生理参数曲线，防止预存储的值与特殊运动者的异常状况不对应，并便于运动者自己进行对照判读；一旦云服务器分析监测到异常状况，所述报警模块就将信号发送到所述用户界面以引起报警；所述医生终端用于发布医疗信息并通过所述信息收发模块为用户提供医疗服务及医疗资源推荐。

进一步的，所述干预反馈包括用药指导、进食指导及运动指导，所述用药指导包括建议非处方药，所述进食指导包括推荐食用的水果、蔬菜及其进食数量，所述运动指导包括每天行走的步数。

进一步的，所述微型传感器可设置在腰带、耳机、手腕、腋下、背部或颈部，所述微型传感器与皮表接触，固定方式有夹扣、黏扣带、插置。

进一步的，所述报警模块的处理步骤为：S1.当所述微型传感器的监测参数值超出预设健康阈值或个人动态健康参数值，触发报警信号，此时，首先判断微型传感器是否脱落，若脱落，则提醒运动者及时恢复对微型传感器的佩戴；若未脱落，进入S2步骤；S2.提醒运动者手动解除报警，手动解除报警后，将当前生理参数与之前所记载的生理参数相联系，给出是否适宜继续运动的建议，若未手动解除报警，进入S3步骤；S3.报警模块将信号发送至医生终端，医生通过所述体育设施器材上的麦克风与运动者进行联系，确定是否需要提供进一步的急救服务；S4.若需要进一步的急救服务，通过无线网络模块向医生提供地址，并及时通知亲属。

进一步的，所述呼吸传感器用于测定运动者的新陈代谢率，取呼气与吸气之氧气浓度对流量作积分，再取两者之差。

进一步的，所述风险预警单元根据多种生理参数的综合分析结果及云服务器的反馈结果，进行疾病的风险预警，并利用医生终端进行辅助诊断。

优选的，无线网络模块通过Wi-Fi、Zigbee、GPRS/CDMA、3G/4G/5G通讯方式实现。

进一步的，所述指纹识别模块用于识别运动者的身份并调取所述存储模块中的相应数据。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

1.本发明将与运动相关的呼吸及环境中的噪声过滤掉，除去不想要的人工噪声，非常稳定的、且无需校准，极大提高了信噪比，为健康监测提供更加准确的参考信息。

2.将体育设施器材与健康监测系统及云数据进行耦合，通过传感器组采集人体的各项运动数据、生命体征和健康数据，将采集到的数据与云服务器数据库中预存的健康参考数据进行对比，形成对生理信号进行监控的网络，对人体是否处在正常生理状态做出综合判断、给出准确结论，提供了一种方便的、快捷的、动态的自我健康监测方式。

3.将人在运动时身体组织液的舒张、收缩(D1，D2，D3)，与时间间隔及皮压传感器、皮电传感器的反馈信号判断是否具有炎症，有助于诊断疾病或作为早期疾病发作的征兆，对低概率事件的预防具有非常重要的意义。

4.采用皮电传感器监测交感神经系统位于皮肤表面的导电值，进而判断运动者的情绪，将情绪因素纳入生理参数的综合判断，使结果更加准确。

5.将运动者当时的环境参数，如季节、时间、温度、湿度，融合进生理状态的监测，参照运动者的历史健康状况，结合生理参数信息为用户提供恰当的指导，对身体状况判定的准确度具有一定的参考意义，这样不仅能采集到低概率事件，而且能在环境条件和心理因素下的生理反应和生理节奏的变化。对于运动、保健、提高生活质量具有重要意义。

6.通过汗液传感器通过对汗液中葡萄糖、乳酸及氯化物的含量来监控运动者的运动量及其新陈代谢状况，使运动者对自身的新陈代谢过程作初步的了解，进而对自身的运动状态做出相应调整，解决了传统测量需要扎针及不能对动态目标进行精确监测的弊端。

7.采用自定义模块限定运动者的身体状态，根据云数据中的数据库，对不同的身体状态，给予不同生理参数的监测优先级别，并加强优先采集生理参数的权重比例，加强了生理参数综合分析的准确性。

具体实施方式

现结合具体实施例进一步说明本发明，但本发明的保护范围不限于此，凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均在本发明的保护范围之内。

一种基于运动监测分析的体育设施器材，体育设施器材包括指纹识别模块、自定义模块、微型传感器模块、噪声监测模块、显示器模块、报警模块、数据存储模块、信息收发模块、无线网络模块、云服务器、个人智能终端、风险预警单元及医生终端；信息收发模块用于接收微型传感器所采集到的参数及噪声监测模块所采集到的噪声参数，并通过无线网络模块发送至云服务器的处理器，无线网络模块与云服务器远程通信连接，并对所采集到的生理参数进行处理，将各项参数综合对比分析，得出健康状况报表，通过信息收发模块发送至个人智能终端；微型传感器模块包括生理参数传感器和环境信息传感器，自定义模块用于限定运动者的身体状态，对不同的身体状态，给予不同生理参数监测优先级别的限定，并加强优先监测生理参数的权重比例，为每个传感器的参数γ_i，i＝1，2…k，设计一个权重U_i，i＝1，2…k，然后对收集得到的传感器参数值与权重值进行线性加权得出身体健康评估值。

噪声监测模块用于监控运动过程中环境的噪声，处理器包括多条信道信息，多条信道信息被配置为接收基于光谱获取的一个或多个周期性波动的时间序列、微型传感器模块获取的生理参数和环境信息参数、以及噪声监测模块获取的噪声参数；基于频谱分析确定基于时间序列的生理参数是否存在一个或多个周期性波动，处理器基于光谱分析计算每个时间序列之间信道信息的相似度，得到反共振强度的信道信息矩阵，基于特征值分解获取噪声伪谱A；基于噪声参数的信道信息生成模拟频谱，在模拟频谱上进行光谱折叠，以产生更新的噪声伪谱B，将噪声伪谱A、B进行补偿校正，再根据呼吸频率修整得到噪声伪谱C，将每一条生理参数的信道信息消去去噪声伪谱C的信道信息，结合环境信息参数利用快速傅立叶变换得到不同生理参数的曲线图。

生理参数传感器包括汗液传感器、皮压传感器、心电传感器、体温传感器、脑电传感器、血压传感器、脉冲血氧传感器、呼吸传感器、皮电传感器、加速度传感器；环境信息传感器用于测量运动时的季节、时间、温度、湿度；皮压传感器用于测量身体组织在不同压力大小及运动状态下的反馈信号；皮电传感器用于监测交感神经系统位于皮肤表面的导电值，汗液传感器对汗液中葡萄糖、乳酸及氯化物的含量进行测定。

生活越来越便利，科技越来越发达，各种疾病也与日俱增，但是，倘若不是晚期，癌症也有可能治愈。所以，如果我们及时地发现了病症的萌芽，那么连根拔除它的机会就很大。人体的大多数疾病都是由炎症引起的，但很多时候身体出现炎症，人们往往是不自知的，如果慢性炎症长期在我们的身体里逗留，那么它就会像一张无形的大网，慢慢地破坏我们的器官，直至让疾病因子侵蚀我们的身体，各种疾病就会随之而来，看似与炎症不相关的健康问题，却越来越具有相关性。炎症作为重要的生理参数可以有助于诊断疾病或作为早期疾病发作的征兆。轻微的炎症可能引起身体组织、毛细血管扩张，间质流体积累等，还可能造成运动者肌肉、韧带及其它器官的损伤，这是由于身体组织缺乏可以收缩的“水”，而这种身体组织的微收缩是可以通过皮肤活动，如皮压及皮电，进行测量的。例如，因脱水所造成皮肤电阻的增加利用皮电传感器可以监测到，皮压传感器由柔性、形状可反复膨胀和收缩的材料制成，如塑料泡沫、硅氧烷、橡胶或内含流体的薄膜等，由于人在运动时身体组织液会随着运动而舒张与收缩(如D₁，D₂，D₃)，皮压传感器将不同大小的力(如F₁，F₂，F₃)作用于身体组织，可根据信号或波形产生形变，进而将应力赋予身体组织液，根据不同的反馈信号(如S₁，S₂，S₃)及皮电传感器测得的电阻大小(如R₁，R₂，R₃)及时间间隔(如T₁，T₂，T₃)判断是否具有炎症。

此外，皮电传感器用于监测交感神经系统位于皮肤表面的导电值，通过导电值还能判断运动者的情绪，当运动者的情绪发生变化时，也必然会影响到运动者的生理参数，而这种变化是可以通过人体皮肤表面的电阻值，即电导值进行判断，通过获取运动者的皮电电导值，获取用户当时的情绪状态，并可以通过显示器模块显示不同的颜色以表示运动者当时的情绪，这对综合判断身体状况具有一定的参考意义。

糖尿病是全球性的重大健康问题之一，传统的血糖测定需要针扎手指进行采血，且仅对固定目标进行测定，而不能对动态目标进行精确监测。乳酸作为人体中的一大疲劳产物，是人类在肌体运动等身体机能发生能量消耗分解出的废弃物。特别是在运动过程中，伴随着大量乳酸的产生，如果运动太过剧烈，已超过身体分解乳酸所必需的维生素和矿物质等的供应，那么就会造成体内乳酸的堆积，从而对身体带来巨大伤害，因此对于乳酸的检测也显得十分重要。此外，汗液中氯化物的监测在一定程度上也可腿短出是否具有罹患纤维化囊肿、糖尿病的征兆。由于人体所排出汗液中含有少量葡萄糖、乳酸及氯化物，因此本发明通过汗液传感器通过对汗液中葡萄糖、乳酸及氯化物的含量来监控运动者的运动量及其新陈代谢状况，使运动者对自身的新陈代谢过程作初步的了解，进而对自身的运动状态做出相应调整。

自定义模块用于限定运动者的身体状态，根据云服务器中的处理器，对不同的身体状态，给予不同生理参数的监测优先级别，并加强优先采集生理参数的权重比例，加强生理参数综合分析的准确性。例如，当身体状态处于感冒状态下，优先采集体温传感器、皮压传感器、皮电传感器、汗液传感器及呼吸传感器的生理参数；当身体状态处于高血压状态下，优先采集血压传感器、皮压传感器、皮电传感器的生理参数；当运动者具有高血糖病史时，优先采集汗液传感器、皮压传感器、皮电传感器的生理参数；当运动者具有精神病史时，优先采集脑电传感器、皮压传感器、皮电传感器的生理参数；当运动者具有心脏病史时，优先采集心电传感器、皮压传感器、皮电传感器的生理参数。对不同状态参数的修改对本领域技术人员来说是显而易见的，上述自定义在不脱离本发明的精神或范围内均属于本发明的保护范围。

人的生理参数会随着环境的变化而变化，将运动者当时的环境参数，如季节、时间、温度、湿度，融合进生理状态的监测，参照运动者的历史健康状况，结合生理参数信息为用户提供恰当的指导，对身体状况判定的准确度具有一定的参考意义。这样不仅能采集到低概率事件，而且能在环境条件和心理因素下的生理反应和生理节奏的变化。对于运动、保健、提高生活质量具有重要意义。

传感器膜片采用生物“MEMS”技术制作，对皮肤无刺激，通过大气压力就能够直接黏贴在皮肤上，方便快捷。

显示器模块包括与各微型传感器相连的用户界面，以向运动者显示各项生理参数的实时值及运动完成后的健康状况报表，向危险性低的运动者提供干预反馈作为日常预防性的检查；数据存储模块用于存储运动者的身份信息及每次运动过程中的生理参数，将当前生理参数与之前所记载的生理参数相联系，绘制个人生理参数曲线，数据存储模块还对各项生理参数的健康阈值进行调整及存储，绘制个人参考生理参数曲线，防止预存储的值与特殊运动者的异常状况不对应，并便于运动者自己进行对照判读；一旦云服务器分析监测到异常状况，报警模块就将信号发送到用户界面以引起报警；医生终端用于发布医疗信息并通过信息收发模块为用户提供医疗服务及医疗资源推荐。

干预反馈包括用药指导、进食指导及运动指导，用药指导包括建议非处方药，进食指导包括推荐食用的水果、蔬菜及其进食数量，运动指导包括每天行走的步数。

微型传感器可设置在腰带、耳机、手腕、腋下、背部或颈部，微型传感器与皮表接触，固定方式有夹扣、黏扣带、插置。

报警模块的处理步骤为：S1.当微型传感器的监测参数值超出预设健康阈值或个人动态健康参数值，触发报警信号，此时，首先判断微型传感器是否脱落，若脱落，则提醒运动者及时恢复对微型传感器的佩戴；若未脱落，进入S2步骤；S2.提醒运动者手动解除报警，手动解除报警后，将当前生理参数与之前所记载的生理参数相联系，给出是否适宜继续运动的建议，若未手动解除报警，进入S3步骤；S3.报警模块将信号发送至医生终端，医生通过体育设施器材上的麦克风与运动者进行联系，确定是否需要提供进一步的急救服务；S4.若需要进一步的急救服务，通过无线网络模块向医生提供地址，并及时通知亲属。

呼吸传感器用于测定运动者的新陈代谢率，取呼气与吸气之氧气浓度对流量作积分，再取两者之差。

风险预警单元根据多种生理参数的综合分析结果及云服务器的反馈结果，进行疾病的风险预警，并利用医生终端进行辅助诊断。

无线网络模块通过Wi-Fi、Zigbee、GPRS/CDMA、3G/4G/5G通讯方式实现。

指纹识别模块用于识别运动者的身份并调取存储模块中的相应数据，很好地保护了运动者的隐私，也便于随时调取数据存储模块中的数据。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以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，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。