一种基于生理参数实时监测的专业射击训练系统

摘要

本发明提供一种基于生理参数实时监测的专业射击训练系统，包括心电检测模块、主装置、腕部监测设备和教练员端检测系统；所述心电检测模块以模拟V5导联，佩戴于运动员胸部，测量整个训练过程里运动员的实时心电模拟信号，并将测得的心电模拟信号传输至主装置，通过主装置对心电模拟信号AD采样后，得到心电信号；所述腕部监测设备佩戴于运动员腕部，包括加速度传感器，利用加速度传感器监测举枪、瞄准、发枪整个射击过程的动作，并将加速度信号发送至主设备；所述主设备将处理后的心电信号和接收到的加速度信号打包，一起发送给教练员端检测系统，从而实现对运动员射击训练的实时监测。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于生理参数实时监测的专业射击训练系统。

背景技术

现有的用于射击训练的专业设备还是空白。运动员训练时生理参数的监测设备有心电监测、脑电监测、重心监测等，这些通用设备一方面比较复杂笨重，成本高，使用上不方便，推广性和实用性不强，另一方面由于射击这项运动本身的特点，在动作的精细程度、稳定性和一致性方面有很高的要求，而运动员的心理因素往往是影响技术动作的关键，现今的技术并没有结合这两点，提供针对射击运动员训练和教练指导的方法。

发明内容

针对现有技术存在的空白，本发明提供一种基于生理参数实时监测的专业射击训练系统，利用穿戴在手腕上和胸部的简便装置，集成加速度传感器、心电传感器、Zigbee无线传输模块的装备，加速度传感器监测举枪、瞄准、发枪整个射击过程的动作，心电传感器监测整个训练过程里运动员的实时心电信号，Zigbee无线传输模块作为接收信号节点，并发送实时信号至教练员终端，完成对生理信号的采集、射击动作的监测和实时信号的无线发送，配合专业的信号分析软件，建立一个完整的监测训练系统。

本发明的技术方案是：一种基于生理参数实时监测的专业射击训练系统，包括心电检测模块、主装置、腕部监测设备和教练员端检测系统；

所述心电检测模块以模拟V5导联，佩戴于运动员胸部，测量整个训练过程中运动员的实时心电模拟信号，并将测得的心电模拟信号传输至主装置，通过主装置对心电模拟信号AD采样后，得到心电信号；

所述腕部监测设备佩戴于运动员腕部，包括加速度传感器，利用加速度传感器监测举枪、瞄准、发枪整个射击过程的动作，并将加速度信号发送至主设备；

所述主设备将处理后的心电信号和接收到的加速度信号打包，一起发送给教练员端检测系统，从而实现对运动员射击训练的实时监测。

进一步的，所述腕部监测设备包括无线传输装置，将加速度传感器检测到的加速度信号无线传输至主装置。

进一步的，所述主装置固定在腰部，心电检测模块和主装置之间采用导线连接实现有线传输，且导线可固定于运动员的衣服上。

进一步的，所述主装置上设置有无线传输装置，所述教练员端检测系统中设置有无线接收模块，主设备将处理后的心电信号和接收到的加速度信号打包，通过无线传输一起发送给教练员端检测系统。

进一步的，所述教练员端检测系统可连接多个运动员的生理参数实时监测的专业射击训练系统，实现对多个运动员射击训练的实时监测。

进一步的，所述主装置上设置有存储单元，建立数据库。

本发明还提供一种基于生理参数实时监测的专业射击训练系统的运动员训练质量评估方法，具体步骤如下：

(1)建立心电信号与加速度信号相对应的坐标轴；

(2)以发枪时在加速度传感器上表现出的峰值，作为击发的参考时刻；t1和t2表示相邻两次发枪时在加速度传感器上表现出的峰值时刻，t1至t2间是所述相邻两次发枪的后一次发枪的瞄准和射击过程；峰值at1、at2表示所述相邻两次发枪射击瞬间保持稳定的绝对指标，越小则射击瞬间越稳定，而绝对起伏值|a1-a2|越小则表示瞄准的过程越稳定；

(3)ECG心电图上的R-R间期反应瞬时心率，在t1-t2时间段中，R1-R2、R2-R3…是运动员发枪后的心理调整过程，把此R-R间期图转换为瞬时心率变化图；

心率的绝对起伏|f1-f2|和心率的基准f0表征瞬时心率的波动范围，统计出心率保持在f0-1Hz至f0+1Hz的时间t；

$>\mu =\frac{t}{|t1-t2|}$>

表征运动员心率的相对稳定性，μ越大，表示运动员心率越稳定；

(4)统计出心率高于基准f0的时间th和低于基准f0的时间tl，th和tl表征运动员射击过程中的处于较兴奋状态和平静状态的时间，从而反应运动员射击时的亢奋程度和心理调节能力；

(5)监测ECG心电图的峰值范围，平均峰值为P0，统计出峰值保持在(1-5％)P0至(1+5％)P0的时间τ；

$>\rho =\frac{\tau }{|t1-t2|}$>

表征运动员心跳强度的稳定性，ρ越大，表示运动员心跳强度越稳定；

(6)监测发枪点t1和t2时刻的瞬时心率，优秀射击运动员的标准为心率比平常低8至10Hz。

本发明的有益效果是：

(1)利用穿戴在手腕上和胸部的简便装置，集成加速度传感器、心电传感器、Zigbee无线传输模块的装备，加速度传感器监测举枪、瞄准、发枪整个射击过程的动作，心电传感器监测整个训练过程里运动员的实时心电信号，Zigbee无线传输模块作为接收信号节点，并发送实时信号至教练员终端，完成对生理信号的采集、射击动作的监测和实时信号的无线发送，配合专业的信号分析软件，建立一个完整的监测训练系统，在教练员终端实时显示各个运动员的动作参数(加速度信号获取)和生理参数(心电信号获取)，便于教练针对运动员训练情况进行指导，填补射击训练指导方面的空白，使训练科学化、专业化、精确化。

(2)教练员端检测系统可连接多个运动员的生理参数实时监测的专业射击训练系统，使教练能同时实时地掌握多名射击运动员训练时的生理特征和动作规范，必要时直接进行干预指导。

(3)记录运动员训练、比赛时的生理数据，量化训练过程，科学分析训练效果，为问题的发现和训练方法的改进提供依据。

(4)对于采集的数据，根据评估指标，可以在纵向(单个运动员长时间的训练)和横向(不同运动员之间)建立数据库，为训练效果回溯、技术分析和经验积累提供可能。

附图说明

图1为本装置的佩戴示意图；

图2为主装置的结构图；

图3为腕部监测设备的结构图；

图4为网络结构图；

图5为心电信号与加速度信号相对应的坐标图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

射击运动属于静力、耐力性个人间接对抗项目，小肌肉群精细配合是其显著的特点，射击项目对精度要求非常高。实践表明，影响射击运动员比赛成绩的主要因素有三个，即心理、技术和体能。高水平运动员之间，在技术动作上的差异会比较小，而比赛现场的心理调控能力将会成为射击成绩好坏的关键因素，心率的调整能力在一定程度上反映了心理的调节能力。本装置通过对射击运动员射击动作和瞬时心率的测量，从而计算出子弹击发过程中不同阶段的动作稳定性指数和心率调节指数，建立起完整的监测评价系统，从而指导运动员的科学训练。

本装置的佩戴如图1所示，主要分为两个测量部分。一是胸部的模拟V5导联，测量心电信号，并连接到固定在腰部的主装置。二是腕部监测装置，配置加速度传感器可以实时记录射击过程中手臂和手腕处的加速度变化。

主装置的结构如图2所示。心电模块以模拟V5导联，测得心电模拟信号。由于主装置固定在腰部，可以把导线固定在衣服上，选择直接通过导线连至主装置，这样既不会影响运动员动作，抗干扰能力也强。主装置对模拟信号AD采样后，得到心电信号。

腕部监测设备的结构与主设备结构相似，如图3所示。射击运动员的射击过程可以分为三个动作，举枪、瞄准、射击，由于加速度传感器具有高灵敏度，快速反馈的特点，不同的动作在加速度传感器上有不一样的作用。举枪动作，加速度传感器在垂直方向上会有反应。瞄准动作，是一个准静止的过程，所以传感器应该会很平稳。而射击的瞬间，产生强大的后座力，传感器上会表现出一个强烈的峰值。加速度信号先发送至主设备，再由主设备对数据打包，把加速度信号和心电信号一起发送给PC端(教练员端的检测系统)。

网络结构如图4所示。每个运动员通过佩戴在自身腰部的主设备向PC端无线传输心电信号和加速度信号，从而实现对多个运动员的实时监测。每个运动员自身又有一个子网，分别包括腕部加速度传感器到主设备的无线传输和心电信号到主设备的有线传输。PC端收到每个节点的数据后，可以直接显示出波形，计算出瞬时心率和射击不同阶段的心率调节指数，从而教练可以获得直观量化的训练数据，如发枪前后的瞬时心率的变化。教练可以根据情况，对运动员射击时的心理调节提供现场指导。同时，可以把数据保留建立数据库，以对运动员长时间训练情况进行跟踪和对不同运动员之间的比较，挖掘深层次的规律。

如图5，建立心电信号与加速度信号相对应的坐标轴。由于发枪会在加速度传感器上表现出明显的峰值，可以以此峰值作为击发的参考时刻，如图中为t1和t2时刻。研究本次发枪至下次发枪时间间隔内，运动员心率变化的规律，计算心率调节指数。可以参照以下几个指标：

1、t1至t2间是瞄准和射击过程，优秀运动员应该具有保持准静止的素质，峰值at1，at2表示射击瞬间保持稳定的绝对指标，越小则射击瞬间越稳定，而绝对起伏值|a1-a2|越小则表示瞄准的过程越稳定。

2、ECG心电图上的R-R间期反应瞬时心率，在t1-t2时间段中，R1-R2、R2-R3…是运动员发枪后的心理调整过程。可以把此R-R间期图转换为瞬时心率变化图。

心率的绝对起伏|f1-f2|和心率的基准f0表征瞬时心率的波动范围，统计出心率保持在f0-1Hz至f0+1Hz的时间t。

$>\mu =\frac{t}{|t1-t2|}$>

表征运动员心率的相对稳定性。

3、统计出心率高于基准f0的时间th和低于基准f0的时间tl，th和tl表征运动员射击过程中的处于较兴奋状态和平静状态的时间，从而反应运动员射击时的亢奋程度和心理调节能力。

4、监测ECG峰值范围，平均峰值为P0，统计出峰值保持在(1-5％)P0至(1+5％)P0的时间τ。

$>\rho =\frac{\tau }{|t1-t2|}$>

表征运动员心跳强度的稳定性。

5、监测发枪点t1和t2时刻的瞬时心率，优秀射击运动员在发枪前，会控制心率比平常低8至10Hz左右。

对此心率调整过程的监控，可以对运动员及时提供指导。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。