一种用于冰壶运动训练的综合运动测量与辅助分析系统

摘要

本发明涉及一种用于冰壶运动训练的综合运动测量与辅助分析系统。包括：中央控制计算机、无线网关、蹬踏力节点、刷冰频率节点、冰壶节点、人体运动参数节点、掷壶手心率节点、光电测速节点、图像采集节点；蹬踏力节点、刷冰频率节点、冰壶节点、人体运动参数节点、光电测速节点通过无线网关连接中央控制计算机，图像采集节点有线连接至中央控制计算机。本发明提供了一套完整的冰壶运动训练的数据采集分析系统，整体结构简洁，可以在运动员的完成真实动作的同时完成运动测量和辅助分析，从而可以有效地集成到运动队现场训练的过程中。从而为运动员相关技术的科学优化以及比赛战术的深入分析和改进提供支持，提升各个冰壶队的技术和战术水平。

说明书

技术领域

本发明涉及体育运动数据采集领域，特别涉及一种用于冰壶运动训练的综合运动测量与辅助分析系统。 

背景技术

冰壶是一种以队为单位在冰上进行的投掷性比赛项目，又是一种技巧主导类表现准确性项群项目，良好的技术能力是获得胜利的关键。要获得良好的技术能力，冰壶运动员必须对自己的动作进行反复优化完善。客观的观察和分析手段是对运动员技术动作进行有效的优化完善的前提，特别是对于高水平的运动员，如果能够获得关于运动员技术动作的完全可靠、精确且客观的信息，并进行及时快速的反馈，则非常有利于运动员获得理想的运动技能。 

典型的场景有：1. 针对于掷壶动作，总的指导思想是运动员以适度的速度和力量掷出冰壶，同时保持动作的稳定性和身体的平衡性。但是，由于掷壶是一个高度技巧性的动作，诸如运动员体能状况、身体姿势、重心变化、力量运用等很多因素均会影响掷壶的最终结果。即使对于最终的结果--掷出的冰壶，在很多情况下单靠人工判断其运动情况是不够的，一些决策依赖于对其精确运动参数的了解。此外，掷壶过程中掷壶手会承受巨大的心理压力，因此其心理状况又会影响运动员的技术水平发挥。这些因素交叉在一起，使得精确评价运动员某次掷壶动作的成功程度变得很难，也更难深入地分析本次掷壶的成功（或失误）的真正原因。并且，数据获取手段本身能达到的水平，也会对训练效果产生影响。对运动员进行信息反馈通常对时效性要求很高，理想的反馈形式应该是实时反馈（镜面化训练），反馈只有能够跟上运动员连续不间断训练的节奏，才能最大化地帮助运动员改进自己的动作。 2. 针对于刷冰动作，每个运动员的冰刷相对于冰壶的位置、刷冰的力量、刷冰的频率等参数的变化，都会改变冰壶的运动参数。对这些参数的影响的细致分析，也已经超出了人类观察和理解力的极限，急需工程界提供相应的技术手段，来提高对刷冰技术动作的认识和应用能力。 

对于类似于冰壶训练中相关参数实时获取的问题，目前通常采用如下两种方法来解决。第一种方法是采用运动捕捉系统。运动捕捉系统通过捕捉目标物体所具有的光、声音、电磁波等特征信号，可以实时地获得目标物体的位置、速度等运动参数。目前的运动捕捉系统可以大致分为机械式跟踪系统，电磁式跟踪系统，声学跟踪系统和光学式跟踪系统。这些系统的精度、延迟、更新率、有效跟踪范围各不相同，其中最典型的是光学式运动捕捉系统，目前已经成功应用在从虚拟现实、体育到医学等多种场合。但是这些系统或技术均存在时间延迟大，或者有效工作范围小、价格昂贵、友善性差等问题，因此无法应用在冰壶运动参数获取的场合。第二种是采用专门的多参数测试仪，主要用来获取所关心的人体生理学（或心理学）参数、动力学参数。但是这些设备通常需要在人身体上布设各种线缆，会对运动员完成相关动作的过程产生影响，另外这些设备通常体积庞大、操作复杂，且相互之间缺乏必要的同步功能，无法进行多种数据组合分析，因此它们对于实际训练的帮助效果非常有限。 

因此，目前很需要一种能够具备实时数据采集、现场辅助分析的冰壶运动综合训练支持系统，以便于教练员与运动员对于冰壶运动的重点环节进行细致深入的分析，从而加快提高运动员的技术水平。 

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提出一种用于冰壶运动训练的综合运动测量与辅助分析系统，在不同的位置通过设置不同的传感器和无线传输装置，实现对训练当中不同数据的采集。 

本发明的目的是这样实现的：一种用于冰壶运动训练的综合运动测量与辅助分析系统，包括： 

中央控制计算机：用于对冰壶运动训练数据进行分析显示；

无线网关：与中央控制计算机连接，用于采集冰壶运动训练数据，并将数据传递至中央控制计算机；

蹬踏力节点：与无线网关无线连接，用于采集投壶手掷壶时的后蹬力数据，并将数据传递至无线网关；

刷冰频率节点：与无线网关无线连接，用于采集冰壶运动员刷冰频率数据，并将数据传递至无线网关；

冰壶节点：与无线网关无线连接，用于采集冰壶的运动状态数据，并将数据传递至无线网关；

人体运动参数节点：与无线网关无线连接，所述人体运动参数节点包括固定在运动员身体活动部位的壳体，壳体中安装有加速度传感器和与之连接的无线信号发射电路，用于采集冰壶运动员在掷壶过程中的运动参数数据，并将数据传递至无线网关；

掷壶手心率节点：与无线网关无线连接，所述掷壶手心率节点是绑扎在受试者的胸部的无线心率带，用于采集冰壶运动员在掷壶过程中的实时心率数据，并将数据传递至无线网关；

光电测速节点：与无线网关无线连接，所述光电测速节点包括光电发射源、光电接收模块和与之连接的无线信号发射模块，光电发射源和光电接收模块分别设置在冰道的两侧用于采集冰壶前进的速度； 

图像采集节点：用DV摄像机以有线方式与中央控制计算机相连，DV摄像机设置在冰道两侧及上方用于采集冰道实时图像。

进一步，所述蹬踏力节点包括有一蹬踏斜面的起滑支架和无线信号发射装置，无线信号发射装置安装在支架中，在所述蹬踏斜设有一个横向凹槽，凹槽内固定有四棱柱体形状的压力传感器，压力传感器的测力平台与起滑支架的蹬踏面平行，在测力平台上固定一片刚性的金属踏板，所述金属踏板的形状与起滑支架的蹬踏斜面相同，其平面方向与蹬踏面平行，压力传感器的测力平台及金属踏板与起滑支架的其他部分不发生接触，压力传感器的压力信号与无线信号发射装置连接。 

进一步，所述刷冰频率节点包括带有刷柄和刷头的冰刷，刷头和刷柄之间设置有刷冰频率测试装置，所述刷冰频率测试装置包括有加速度传感器和与之连接的无线信号发射电路。 

进一步，所述冰壶节点包括冰壶本体，所述冰壶本体上设置有冰壶把手，所述冰壶本体和冰壶把手之间设置有一个夹层，夹层中设置有数据采集模块，所述数据采集模块包括称之为陀螺仪的角速度传感器、加速度传感器、中央处理器、时间发生器以及一个无线传输电路，角速度传感器、加速度传感器分别通过A/D转换电路连接至中央处理器，中央处理器与时间发生器和无线传输电路线连接。 

进一步，所述的角速度传感器和加速度传感器安装位置均处于冰壶的自转中心轴上。 

进一步，所述夹层中还设置有用于校正加速度传感器和角速度传感器参数变化的温度传感器。 

进一步，所述夹层中还设置有与角速度传感器进行互补测量的三轴磁力计，三轴磁力计的感测轴彼此正交。 

本发明对现有技术的贡献是：提供了一套完整的冰壶运动训练的数据采集分析系统，由于采用了无线传输的数据传输方式，整体结构简洁，以在运动员完成真实动作的同时完成测量和辅助分析，从而可以有效地集成到运动队现场训练的过程中。本系统可以用来对冰壶项目训练或比赛的各方面信息进行完整记录和现场反馈，从而为运动员相关技术的科学优化以及比赛战术的深入分析和改进提供支持，提升各个冰壶队的技术和战术水平。 

下面结合实施例和附图对本发明做一详细描述。 

附图说明

图1 为本发明系统结构示意图； 

图2为蹬踏力节点结构示意图；

图3为刷冰频率节点结构示意图；

图4为冰壶节点结构示意图；

图5为人体运动参数节点布局示意图；

图6为掷壶手心率节点结构示意图；

图7为光电测速节点布局示意图。

具体实施方式

一种用于冰壶运动训练的综合运动测量与辅助分析系统，参见图1，所属系统包括： 

中央控制计算机1：用于对冰壶运动训练数据进行分析显示；

无线网关2：与中央控制计算机连接，用于采集冰壶运动训练数据，并将数据传递至中央控制计算机；

蹬踏力节点3：与无线网关无线连接，用于采集投壶手掷壶时的后蹬力数据，并将数据传递至无线网关；

刷冰频率节点4：与无线网关无线连接，用于采集冰壶运动员刷冰频率数据，并将数据传递至无线网关；

冰壶节点5：与无线网关无线连接，用于采集冰壶的运动状态数据，并将数据传递至无线网关；

人体运动参数节点6：与无线网关无线连接，用于采集冰壶运动员在掷壶过程中的身体状态数据，并将数据传递至无线网关。

掷壶手心率节点7：与无线网关无线连接，用于采集冰壶运动员在掷壶过程中的实时心率数据，并将数据传递至无线网关。 

光电测速节点8：与无线网关无线连接，用于冰壶在冰道上特定区间的运动参数数据，并将数据传递至无线网关。 

图像采集节点9：用DV摄像机以有线方式与中央控制计算机相连，用于采集各个运动员的技术动作细节视频，以及冰壶从开始投掷直到运动停止的全过程视频。 

系统中的中央控制计算机可以由同一台笔记本电脑担任。为了适应冰壶现场训练的边训练边测试、训练和测试同步进行的要求，本系统采用无线传感器网络技术来实现运动参数采集。无线传感器网络是集信息采集、信息传输、信息处理为一体的综合智能信息系统，与以往的信息获取技术相比，在组成要素、拓扑结构、设备形状、系统功耗、网络协议等方面均有很大不同，因此具有一系列非常突出的优点。包括：采集设备体积小、获得信息全面、信息时效性强、传输距离长、系统的容错性高、维护简单。系统制定了运用于冰壶运动技术采集无线网络通信协议，并依据此协议研制了无线网关，以及多种无线传感器节点。在实际应用中，无线网关与无线传感器节点组成一个完整的无线网络。无线传感器节点通过空中无线链路将各种运动参数信号汇聚到无线网关，以实现对各种关键运动参数的实时测量。 

在运动参数采集中，无线网关负责无线传感器网络的控制和管理，实现信息的融合处理，并负责信息的进一步分发和传输。无线网关由控制器和无线信号收发模块组成。无线网关的数据传输和运算量较大，并且可以采用外部电力作为能源供应，因此需要采用具有较强的信息处理能力和网络功能的运算器件作为控制器，在这里是直接以便携式笔记本电脑作为控制器。无线信号收发模块采用Helicomm的IP-Link 1223，它通过UART接口与主控计算机进行通信。 

IP-Link 1223模块内嵌了Zigbee网络通信协议，完整地体现了网络层的强大功能，用它可以组成星型、动态树型以及网状网络。射频工作频率选在2.4GHz，采用全双工方式及直接序列扩频技术，有16个信道；采用四相频移键控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK），抗干扰能力强，最大传输速率可达250kbit/s。采用的串口为3.3V UART，即通用异步接收和发送器。 

无线传感器网络中所存在的终端设备主要由各种传感器以及无线发射接收模块组成。传感器主要由两部分组成：一部分用于包括冰壶相对于冰道的滑行速度、加速度、角速度等冰壶运动参数的采集；另一部分用于运动员相关参数的采集：诸如掷壶手各关节运动参数、心率、蹬踏力、刷冰频率等。传感器对各种原始信号进行采集后，需要进行模拟信号到数字信号的转换，这一过程要经过模拟信号发生器、A/D转换器、电平比较器、信号处理器等设备，转换后得到的数字信号经过无线发射模块无线传输至中央控制计算机。 

实施例中，如图2所示，所述蹬踏力节点包括有一蹬踏斜面的起滑支架3-1和无线信号发射装置，无线信号发射装置安装在支架中，在所述蹬踏斜面设有一个横向凹槽3-2，凹槽内固定有四棱柱体形状的压力传感器3-3，压力传感器的测力平台与起滑支架的蹬踏面平行，在测力平台上固定一片刚性的金属踏板3-4，所述金属踏板的形状与起滑支架的蹬踏斜面相同，其平面方向与蹬踏面平行，压力传感器的测力平台及金属踏板与起滑支架的其他部分不发生接触，压力传感器的压力信号与无线信号发射装置连接。图2为无线蹬踏力节点的起滑支架实物图，在该图中可以看到长棱柱形的应变式压力传感器。除起滑支架外，无线蹬踏力节点还包括一个控制盒（未在图中画出），该控制盒由为轻金属或工程塑料制成，内部装有电路板等部件。压力传感器和控制盒由信号线及航空插头相连。 

实施例中，如图3所示，所述刷冰频率节点包括带有刷头4-1和刷柄4-2的冰刷，刷头和刷柄之间设置有刷冰频率测试装置4-3，所述刷冰频率测试装置包括有加速度传感器和无线信号发射电路。在冰壶项目中，可以通过刷冰来在一定程度内改变冰壶的运动状态，进而延长冰壶的行进距离或控制冰壶前进路径的弯曲程度。因此刷冰运动员的刷冰技术非常重要。在刷冰运动员的刷冰动作中，刷冰的频率是冰壶队需要监测的重要内容。因为刷冰的频率越高，则被刷冰面对前进中冰壶的阻力越小，冰壶的行进距离越长，反之则冰壶的行进距离变短。本系统中由刷冰频率节点提供刷冰频率信息。刷冰频率测试装置为一个盒，外形尺寸大约是15毫米x30毫米x50毫米，外壳由轻金属或工程塑料制成，内部安装有控制电路板等器件。盒被固定在冰刷的刷柄上靠近刷头的一端，并使刷冰频率测试装置的感测轴平行于刷冰时冰刷的运动方向。 

刷冰频率节点的工作原理为：盒内设置微型加速度传感器，且加速度传感器的敏感方向平行于运动员刷冰时冰刷的运动方向。在运动员刷冰过程，刷冰频率节点针对冰刷的加速度进行不间断的高速数据采集，采集得到的加速度数据变化曲线的正半周到负半周的一个完整周期，对应于运动员的一次完整刷冰动作。由刷冰频率节点中的微处理器针对这样的完整周期进行计数，然后计算该周期数对于时间的导数，则得到该冰刷的刷冰频率。 

实施例中，所述冰壶节点是一个智能冰壶，包括冰壶本体5-1，所述冰壶本体上设置有冰壶把手5-2，所述冰壶本体和冰壶把手之间设置有一个夹层5-3，夹层中设置有数据采集模块，所述数据采集模块包括称之为陀螺仪的角速度传感器、加速度传感器、中央处理器、时间发生器以及一个无线传输电路，角速度传感器和加速度传感器分别通过A/D转换电路连接至中央处理器，中央处理器与时间发生器和无线传输电路线连接。 

实施例智能冰壶中所述角速度传感器和加速度传感器，其安装位置均处于冰壶的自转中心轴上。 

实施例智能冰壶中所述加速度传感器是二轴或三轴加速度传感器，若为二轴加速度传感器则二轴加速度传感器的两个轴平行于冰壶的下端面，且这两个轴互相正交；若为三轴加速度传感器则其中一个感测轴垂直于冰壶的下端面，另外两个轴平行于冰壶的下端面，且三个感测轴互相正交。 

实施例智能冰壶中所述角速度传感器是单轴或三轴角速度传感器；若为单轴角速度传感器则其感测轴垂直于冰壶的下端面；若为三轴角速度传感器则其中一个感测轴垂直于冰壶的下端面，另外两个感测轴平行于冰壶的下端面，且三个感测轴应相互正交。 

实施例智能冰壶所述夹层中还设置有用于校正加速度传感器和角速度传感器参数变化的温度传感器。 

实施例智能冰壶所述夹层中还设置有与角速度传感器进行互补测量的三轴磁力计，三轴磁力计的感测轴彼此正交。 

实施例冰壶节点的所述夹层通过胶粘或螺栓连接的方式固定在冰壶本体上，然后以壶栓将冰壶把手、夹层及冰壶本体连接起来。夹层的外壁与数据采集模块的电路组件之间设有橡胶垫圈和其他减震缓冲材料，这些缓冲材料用以保护前述电路组件，避免其因冰壶间的碰撞而损坏。另外在夹层内空腔表面设有绝缘覆盖层。 

下面为一个智能冰壶具体实施例，智能冰壶的尺寸及外形与通常使用的冰壶的基本相同，为一个具有内凹的上表面和下表面的椭球体。其周长约为91.44厘米，高度约为13.43厘米，重量大约为20公斤。根据实际用户的需要，其尺寸及形状可以在世界冰壶联合会（ICF）规定的范围内进行调整。 

在本实施例中，智能冰壶是通过对一个原有的冰壶进行改造而得到。智能冰壶机械结构的组成部分包括壶体、手柄组件、壶栓（连接壶体与手柄的竖直方向长螺栓）和固定圆盘，其中壶体、手柄组件和壶栓为原有冰壶的组成部件，作为中间夹层的固定圆盘是专门设计制作的新器件。该固定圆盘外径约为210毫米，其厚度约为15毫米, 材料可能为金属、木材、工程塑料或其他坚固材料。在固定圆盘的水平上表面，被加工出一个与固定圆盘同心的圆柱形凹槽。圆柱形凹槽的下壁中央，存在一个与固定圆盘同心的通孔，用来容纳壶栓。可以使用胶粘或螺栓连接的方法将固定圆盘连接到壶体上。在将固定圆盘连接到壶体上之后，再以壶栓将壶体与手柄组件固定为一体。按照上述方法得到的智能冰壶足够坚固，可以适应冰壶比赛中的各种碰撞情况。除上述方式之外，也能够以其他方式实现智能冰壶的机械结构，而不影响本发明的精神和范围。 

固定圆盘与手柄组件共同形成一个封闭的圆柱形空腔，该空腔中放置了作为数据采集模块的电路组件。该电路组件上安装了多个特定的传感器和电子器件，用来提供如下数据：冰壶的位置随时间而变化的情况，以及冰壶在各个时刻的温度。电路组件可以通过胶粘或扣紧件的方式固定在空腔中。空腔的尺寸可以根据电路组件的形状而改变，进行改变的前提是要保证固定圆盘的侧壁和下壁足够厚，以保护电路组件在和其他冰壶碰撞时免受破坏，并且能够赋予冰壶以适宜重量。 

智能冰壶的电路组件包含各种传感器（用来收集关于冰壶的数据）和辅助电子器件，这些器件包括一个微控制器，一组存储器（包含易失性存储器，可以是SRAM等器件，以及非易失性存储器，可以是Flash等器件），一组传感器，一个电源系统，用来提供各个电子器件所需能量的9伏电池（只为说明之用，具体数值不具备实质意义），以及一个I/O通信端口。这个通信端口可以是一个无线通信端口。通过使用该通信端口，可以在冰壶运动过程中实时地将所收集到的数据传输到一个外部计算设备（例如一台PC机）。 

 为了确保智能冰壶内的重要数据的安全，可以通过修改程序的方式，使冰壶内的微控制器在工作中实时地将通过传感器所收集的数据保存在非易失性存储器中。非易失性存储器的特征在于，即使智能冰壶因异常原因（比如系统断电）而发生系统崩溃，其内部保存的数据也不会丢失。在训练或比赛结束后的特定时刻，非易失性存储器中的数据可以通过I/O端口下载到一个外部计算设备中。这个I/O端口可以是无线通信端口，也可以是一个电气插座（例如USB插口或类似插座）。在通过电气插座进行下载的情况中，需要以一条通信线将智能冰壶连接到外部计算设备。这种引入非易失性存储器的方法，可以大大提高智能冰壶内重要数据的安全系数。 

电路组件上的各个传感器被连接到微控制器，以在特定的时间周期内收集冰壶的相关数据。在这一点上，可以使用各种不同传感器，例如，由多个单轴的微机电（MEM）加速度计（或单独的多轴加速度计）感测冰壶的运动状态变化，由多个单轴MEM陀螺仪（或单独的多轴陀螺仪）以及多个单轴磁力计（或单独的多轴磁力计）提供冰壶相对于冰道坐标系的三个参考角，由一个含有热电阻的温度传感器感测冰壶所处位置的温度。 

众所周知，要将多个传感器（加速度计、陀螺仪、磁力计、温度传感器）连同所需的辅助电子器件（微控制器、I/O、存储器、电源）集成在一起是很困难的。在电路组件的设计中增加了滤波器、模拟数字转换器（ADC）和I/O等用于支持传感器工作的器件。电路组件的设计足够坚固，能够适用冰壶的比赛环境。并且电路组件可以在只消耗很少能量的条件下收集所需的数据。该设计还必须提供足够的功能，以便为用户提供多个工作模式（例如采集、等待，然后采集、休眠、传输数据等）。 

微控制器（或者微处理器）为解决这个难题提供了一个良好的基础。实施例中所使用的微处理器是Farnell C8051F020，它具有如下的技术参数：电压范围：2.7V~3.6V；转换器：12位；最高时钟频率：25MHz；片内RAM：4Kbyte；支持的最大外部内存：64Kbyte；支持RS232和I2C。为了收集测试数据，微控制器还连接了其他几个部件：诸如放大器，参考电压，DC-DC转换器，实时时钟，工作于2.4GHz的无线收发器，RS232接口，以及充足的SRAM。 

智能冰壶的电路组件被实现为一个圆形的PCB（Printed Circuit Board，印制电路板）母板。在该PCB母板上布置了多个集成电路和分立的半导体器件，以及若干个独立的小型PCB板/电路。这些小型的PCB电路包括多种传感器电路和无线I/O电路。加速度测量使用加速度计作为感测器件，朝向角的变化速度测量使用陀螺仪作为感测器件。因为加速度计和陀螺仪采集数据的准确性随它们在PCB板上的位置而不同，为了提高参数测量的准确性，需要使加速度测量模块、朝向角变化速度测量模块的安装位置尽量靠近冰壶的自转轴（冰壶垂直其下表面的中心线）。针对上述情况，加速度测量模块和朝向角变化速度测量模块各自被实现为一个独立的小型PCB板/电路。将这两个PCB板以捆扎或胶粘的方式分别固定在壶栓上，然后分别通过软线的方式与PCB母板相连。冰壶相对地磁场方向的测量值的准确性与磁力计在PCB板上的安装位置无关，因此磁力计无需靠近冰壶的自转轴安装，可以将磁力计芯片焊接于PCB母板上任意位置。加速度测量具备至少两个轴的加速度测量能力。在测量三个轴的加速度数据的情况中，可以使用单独的三轴加速度计，也可以使用三个单轴的加速度计，或者采用其他实现方式。上述各种实现方式中的三个感测轴均彼此正交，且其中一个感测轴垂直于冰壶的下表面，另外两个感测轴平行于冰壶的下表面。如果假定冰壶在运动时，其在垂直于冰道的方向不会发生位移，则可以只测量两个轴的加速度数据，此时可以使用单独的二轴加速度计，也可以使用两个单独的加速度计。上述各种实现方式中的两个感测轴均彼此正交，且都平行于冰壶的下表面。朝向角的变化速度测量模块具备至少一个轴的角速度的测量能力。在测量三个轴的角速度的情况中，可以使用单独的三轴陀螺仪，也可以使用三个独立的单轴陀螺仪，或者采用其他实现方式。上述各种实现方式中的三个感测轴均彼此正交，且其中一个感测轴垂直于冰壶的下表面，另外两个感测轴平行于冰壶的下表面。在假定冰壶只绕其自转轴（冰壶垂直其下表面的中心线）发生转动的前提下，可以只测量冰壶绕其自转轴的角速度数据，此时只使用一个单轴陀螺仪。磁力计具备三个轴的磁场强度的感测能力，这三个感测轴彼此正交，其中一个感测轴垂直于冰壶的下表面，另外两个感测轴平行于冰壶的下表面。此外，在能提供合适的精度的前提下，还可以使用集成的同时提供两种数据（比如三轴加速度和三轴角速度，或者加速度和地磁场）的芯片，安装方法就更加简单。在上述加速度计、陀螺仪和磁力计的感测轴数不同的各种实现方式中，各传感器的对应感测轴均平行且同向，且所有传感器的感测中心均处于同一个平面内（至少保证加速度计的感测中心和磁力计的感测中心位于同一平面内，并使陀螺仪的感测中心尽量接近这个平面），该平面平行于冰壶的下表面，称为感测平面。感测平面与冰壶自转轴的交点，称为冰壶的中心点。在每种物理参数均感测三个轴的数据的情况下（冰壶加速度需感测X、Y、Z三个维度，冰壶朝向角需感测X、Y、Z三个维度，等等），则所有感测器件（加速度计、陀螺仪和磁力计）的相应感测轴（X轴、Y轴、Z轴）分别平行并同向，共同的X轴和Y轴均位于感测平面内且彼此正交。共同的Z轴垂直于感测平面，且正方向为从冰壶的下表面指向其上表面的方向。共同的Y轴平行于冰壶的壶柄，正方向为壶柄的反方向，即从冰壶手柄的末端指向其固定端的方向。以冰壶的中心点为原点O_C，建立右手直角坐标系。该坐标系的Y轴和Z轴分别与感测器件的共同的Y轴、Z轴平行且同向。由该坐标系的右手直角坐标系属性，以及Y轴、Z轴的定义方式，可以确定X轴的正方向。其以上述方法定义的坐标系，称为冰壶坐标系（O_CX_CY_CZ_C）。以这种方式定义冰壶坐标系，是为了后续数据处理和显示的方便。冰壶坐标系的定义方法，适用于智能冰壶的所有实现方式。理想的安装方式是使加速度计及陀螺仪的感测中心及感测轴与冰壶坐标系完全重合。在该目标无法达到的情况下，则使加速度计和陀螺仪的Y感测轴均与冰壶坐标系的Y轴平行且同向，Z感测轴均与冰壶坐标系的Z轴平行且同向，而X感测轴完全重合且通过冰壶坐标系的原点O_C，这是为了便于补偿因传感器感测中心偏离冰壶自转轴而造成的误差。在加速度计感测2个轴，陀螺仪感测1个轴，磁力计感测3个轴的情况下，则加速度计、磁力计的对应感测轴重合，且它们的Z轴与陀螺仪的感测轴重合。其他情况依此类推。最后，通过调整圆形PCB母板上各个元件的安装位置，使得各个元件的质量在整个PCB母板上大致均匀地分布，且质量大的器件尽量在PCB母板的内侧分布。上述措施可以使智能冰壶的转动惯量与改造前的常规冰壶保持相同。另外可以采取其他措施，使智能冰壶的总重量尽量接近改造前的常规冰壶的总重量。通过采取上述措施，降低安装测量器件对冰壶本身运动特性的影响。 

在工作中，冰壶所受到的冲击可以超过700G（1G=9.81m/s2）。为了保护电路组件，在智能冰壶中可能要使用缓冲器件，比如在用来固定PCB板的紧固件上增加橡胶垫圈，以及使用共形填料。这些器件都起到吸收冲击的作用，并且它们不会损坏电子部件，也不会使采集到的数据出现恶化。为了预防电气短路问题造成的风险，空腔的内表面以绝缘胶带做成绝缘的覆盖层。 

实施例智能冰壶中所述夹层中还设置有用于校正加速度传感器和角速度传感器参数变化的温度传感器。 

实施例智能冰壶中所述夹层中还设置有与角速度传感器进行互补测量的三轴磁力计，三轴磁力计的感测轴彼此正交。 

实施例中，所述人体运动参数节点是微型无线惯性节点，图5示意了节点在人体运动部位的布局，6-1为人体运动参数节点包括微型锂电池和微型电路模块，微型电路模块包括加速度传感器和与之连接的无线信号发射电路，微型锂电池和微型电路模块安装在一个壳体中被固定在掷壶手身体的各主要关节部位，用于采集掷壶手在掷壶过程中身体的各主要关节的运动学参数。这些运动学参数可以精确地反映掷壶手所完成的掷壶动作的完成质量，在帮助掷壶手改进动作方面有重要的现实意义。可以采集的运动学参数包括：任意时刻该特征点相对于冰道坐标系的直线运动情况（三维坐标、三维线速度、三维加速度）和角运动情况（三维朝向、三维角速度、三维角加速度）。微型无线惯性节点的工作原理为惯性航迹推算，其工作原理、功能实现方法及使用方法与冰壶节点完全相同，即节点内置微型三轴加速度计、三轴角速度计和磁力计，在工作中不间断地采集节点自身相对于惯性坐标系的加速度、角速度以及相对于地磁场的三维朝向角，然后对这些数据进行滤波、积分、坐标转换等操作，从而获得相对于冰道坐标系（相当于地理坐标系）的运动学参数，这也是教练员和运动员真正关心的相关运动学参数。虽然人体运动参数节点的工作原理、功能实现方法及使用方法与冰壶节点完全相同，但因为所用器件在电路板上的安装布局不同，并且节点最终封装所采用的外壳不同，使得人体运动参数节点的体积和重量很小，适应安装在人体上进行数据采集的特殊需求。在本系统中最多可以有255个微型无线惯性模块同步工作进行数据采集。 

实施例中，如图6所示所述掷壶手心率节点是绑扎在受试者的胸部的无线心率带。无线心率带采用的是中国专利号为ZL2010202021527的“一种心电数据采集带”，7-1为固定在心率带上的传感器和信号发射装置，心率带佩戴于掷壶手的胸部，用来进行掷壶手的无线心率测试。冰壶的一个重要项目特征是求稳、求准，对掷壶手的心理能力提出了更高的要求。在掷壶手的不同心理状态下，其心率会发生特定的变化，因此通过对掷壶手进行无线心率测试，可以实时了解其心理状态，进而还可以利用心率参数进行心理技能训练。无线心率测试的工作原理为皮电信号处理，即借助具有专门电极的心率带。在使用时，电极上涂覆导电膏，并将心率带牢固绑扎在受试者的胸部，使得电极与受试者胸部的皮肤实现良好的电接触，从而由电极能够持续采集受试者的皮肤电位信号。该模拟电位信号经由单片机滤波处理，得出运动员的心率并进行无线上传。 

实施例中，如图7所示，所述光电测速节点为多个，光电测速节点分别设置在冰道两侧并与无线网关无线连接，每个光电测速节点均由光电发射源8-1、光电接收模块8-2和无线信号发射模块组成，这些模块共同完成分段计时功能。光电发射源和光电接收模块分别具有半导体激光管和光电三极管。在工作状态下，半导体激光管发射出方向性极好的红色激光。光电接收管中的光电三极管可以感测透过其透明窗所入射的光强度。在工作中，光电发射源和光电接收模块被放置在冰道两侧成对使用，并使光电发射源所发出的激光垂直射入光电接收模块的光电三极管中，以使光电三极管保持在导通状态。此后，当光电发射源与光电接收模块之间的激光束被切断时，则射入光电三极管的光量急剧降低，使得光电三极管变为截止状态，光电接收模块通过内部的时钟电路记录激光束切断瞬间的时间。光电发射源和光电接收模块用于采集冰壶在冰道上特定区间内的运动速度，并将数据传递至无线网关。在准备测试之前，首先将所有的光电发射源和光电接收模块成对布置在冰道两侧，调整它们之间的朝向，使得光电发射源所发出的激光完全射入光电三极管的透明窗，并使得它们的之间的连线垂直于冰道（这里指垂直于本垒中心点和营垒中心点之间的连线）。另外，调整所有激光束的距离冰面的高度，使得冰壶的运行可以可靠地遮挡激光束。成对放置的一个光电发射源和一个光电接收模块，形成一个计时点。两个相邻计时点之间的间隔，即为需要测试冰壶运行速度的区间。在正式开始测试速之前，以米尺或其他方法，分别测出每个测速区间的长度L，并输入计算设备（PC机）。然后系统上电，所有光电测速节点以统一的全局时钟开始计时。假设掷壶手在t0时刻掷出冰壶，此后冰壶即以特定速度向前运行。 

此后，冰壶运行到第一对光电节点处，且遮挡第一条激光束。第一个光电接收节点感测到入射光量变化，并记录当前的时刻t1。 

此后，冰壶运行到第二对光电节点处，且遮挡第二条激光束。第二个光电接收节点感测到入射光量变化，并记录当前的时刻t2。根据公式                                                   计算出冰壶的运行速度。以此方法获得的冰壶的运行速度，实际是冰壶在该测速区间内的平均速度。 

因为系统内可以存在多个光电测速节点，所以此方法可以获得多个区间的冰壶运动速度。另外，在正确布置之后，光电测速节点测试速度的精度比冰壶节点高，因此它可以与冰壶节点一同使用，从而达到提高冰壶运动参数精度的目标。 

通过专门设计光电发射源和光电接收模块的外壳和支架，增加其放置在场地内时的稳定性。另外，可以通过增加一些自动保护电路，使得在光电发射源在姿态异常时自动关闭电源，从而达到防止激光射入场内人员眼睛的目标。 

实施例中，所述图像采集节点：用DV摄像机以有线方式与中央控制计算机相连，DV摄像机设置在冰道两侧及上方用于采集冰道实时图像。DV摄像机用于拍摄掷壶运动员在掷壶过程中的动作细节，刷冰运动员的刷冰动作细节，以及冰壶从开始投掷直到运动停止的全过程视频信息。DV摄像机通过IEEE1394信号线同主控计算机通信。一台DV部署在冰道的本垒一侧，实现对掷壶运动员的近距离特写镜头拍摄，用于运动员掷壶动作的技术分析，另一台摄像机营垒一侧，俯视拍摄冰壶从掷壶、刷冰一直到撞击占位的全过程，主要用于战术分析。为了保证用于全过程拍摄的摄像机的视野，可以用支架将摄像机固定于营垒上方，或将其布置在营垒一侧的观众看台上。摄像机的典型参数：分辨率为640*480像素，采集频率为25帧/秒（50场/秒）。 

相对于以往的完全依靠DV摄像机的动作拍摄回放或者闭路电视系统，上述视频快速反馈方法具备视频画面清晰度高和视频检索方便的优点。另外，摄像机的布设位置、视角及画面远近等可以动态调整，便于获得当前最关心的运动环节的画面。闭路电视系统则难以实现对监视场景的快捷更换。DV摄像机所记录的视频是借助于计算机进行管理，方便快速定位需要播放的视频内容。这些特点非常适合于冰壶现场训练的快节奏要求。 

众所周知，对于一个存在多个测量设备的系统而言，各个测量设备之间的时间同步是一个必须考虑的问题。只有做到了时间同步，才能实现不同来源的数据的组合分析，进而加深对实际变化过程的理解。本系统通过以下措施实现各测量设备的时间同步：1. 每个无线测量设备均设置了内部实时时钟，特定无线测量设备的所有的数据采集过程均以该内部实时时钟为基准，按一定的时间间隔进行，并且在每个采样时刻采集到的数据，均首先被以采样时刻附加时间戳，然后无线上传到中央控制电脑；2. 每个无线测量设备均设置了对钟功能。对钟功能基于一个特定格式的外部无线信号。所有的无线测量设备均能接收并识别该无线信号，且在收到该无线信号后，无线测量设备立即将本身的实时时钟置成零时刻。因为在本系统中各个无线设备均处于一个比较小的空间范围内，所以无线信号到达各个无线测量设备的时间的差值足够小（0.1毫秒以下），在完成对时之后，所有无线测量设备将以统一的时钟运行。3. 因为普通的DV摄像机均未内建时间同步功能，所以采用单独开发的同步信号接收装置来实现无线测量设备和摄像机的同步。具体方法为，在每个DV摄像机的视野内，均设置一个同步信号接收装置。该装置可以接收并识别上述的无线同步信号，并在收到该信号的瞬间发出一个DV摄像机可以记录在视频中的声光信号。在系统的实际工作中，当系统需要同步采集时，先启动所有设备的运行（无线测量设备处于等待状态、摄像机处于拍摄状态），然后由计算机发出无线同步信号，所有无线测量设备瞬间开始数据采集，同时同步信号接收装置发出声光信号并记录在视频中。当数据采集过程结束后，对于所有来自于无线测量设备的数据，根据数据上附带的时间戳进行同步，对于无线测量数据和来自DV摄像机的视频，根据DV视频上的声光信号所在的时间点进行同步。根据这种方法，可以实现系统内所有设备的有效时间同步。 

系统内的所有设备之间并未有任何依赖关系，这就意味着，如果用户需要，可以只选择系统内的一种或几种设备进行数据采集，并对所关心的动作环节进行分析，这也大大增强了系统对实际训练环境的适应能力。