竞争压力下射击表现检测及评估方法及装置

摘要

本发明公开了一种竞争压力下射击表现检测及评估方法及装置，其中，方法包括竞争压力下实验设计和生理信息数据采集方法与评估方法。为了充分体现竞争压力下射击表现和一般状态下区别，设计了两组实验：一般状态射击实验和竞争状态下射击实验。两组实验射击手在射击过程中同时采集射击手脑电信号和心电信号，通过射击报靶系统记录射击成绩及瞄准轨迹。通过生理信号特征，评估两种状态下射击成绩差异以及射击过程中大脑神经效率变化，评估压力条件下射击表现好和差脑神经调控机制。

说明书

技术领域

本发明涉及体育、运动心理、神经科学技术领域，特别涉及一种竞争压力下射击表现检测及评估方法及装置。

背景技术

射击作为我国的传统优势体育项目，对我国竞技体育的核心竞争力贡献显著。射击动作是在个体中枢神经系统的控制下，机体的多感官相互协调的结果。射击运动是一项动中求静、静中求稳、稳中求准的技能主导类表现准确性项目，对运动员的心理素质、技能和心理的自控能力有很高的要求。随着训练理论的发展和技术的进步，当前运动员射击技能获得了普遍提高，优秀射击运动员在技术上的差距日益缩小，其心理素质成为影响射击表现的关键因素，因此良好的心理素质对于保证运动员最佳实力的发挥、潜力的激发以及提高射击成绩至关重要。有效评估射击运动员在压力状态下射击表现，对于射击运动领域的训练方法改进和创新具有深远意义。

运动员作为一个特殊群体，其心理特征如高自尊和高焦虑、刺激下的高度敏感性、强烈的胜负欲以及竞争对手、环境、赛制的压力等都会导致运动员在赛前、赛中复杂的情绪状态，而压力状态对运动表现极为重要。随着近年来运动心理学的发展，应激压力和运动表现的关系引起了广大研究者的兴趣和重视，但当前相关的实证研究仍然较为缺乏。此外，考虑到运动员本身的基础素养，现有的一些实验室研究采用的情绪诱发手段的诱发效果尚不足，而且状态评估方法大多采用主观问卷评估，只能基于所选量表对情绪进行粗略的监测，相应的结果存在很大的局限性和不稳定性。

基于上述，如何有效评估射击运动员在真实比赛中的同样的心理状态，实验设计显得尤为重要。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种竞争压力下射击表现检测及评估方法，可以对于了解大脑如何在压力下进行自我调控达到最佳运动表现，提供一种较好的实验平台和评估方法。

本发明的另一个目的在于提出一种竞争压力下射击表现检测及评估装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种竞争压力下射击表现检测及评估方法，包括以下步骤：采集目标射击过程中生理信号特征；获取射击成绩及瞄准轨迹；根据所述生理信号特征及所述射击成绩及瞄准轨迹评估所述目标的射击表现数据。

本发明实施例的竞争压力下射击表现检测及评估方法，提供模拟真实比赛场景的实验环境，采集多维生理指标，评估运动员在竞争状态下射击表现和生理参数之间的关系，从而对于了解大脑如何在压力下进行自我调控达到最佳运动表现，提供一种较好的实验平台和评估方法。

另外，根据本发明上述实施例的竞争压力下射击表现检测及评估方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：获取所述目标的当前状态，所述当前状态包括竞技状态和非竞技状态；根据所述当前状态修正所述目标的射击表现数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：通过设置于枪支末端的传感器检测射手在瞄准时枪口对准靶纸的瞄准轨迹。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：将所述生理信号特征和/或所述射击表现数据发送至预设终端。

进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，所述生理信号特征包括射击手脑电信号和心电信号。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种竞争压力下射击表现检测及评估装置，包括：采集模块，用于采集目标射击过程中生理信号特征；第一获取模块，用于获取射击成绩及瞄准轨迹；评估模块，用于根据所述生理信号特征及所述射击成绩及瞄准轨迹评估所述目标的射击表现数据。

本发明实施例的竞争压力下射击表现检测及评估装置，提供模拟真实比赛场景的实验环境，采集多维生理指标，评估运动员在竞争状态下射击表现和生理参数之间的关系，从而对于了解大脑如何在压力下进行自我调控达到最佳运动表现，提供一种较好的实验平台和评估方法。

另外，根据本发明上述实施例的竞争压力下射击表现检测及评估装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：第二获取模块，用于获取所述目标的当前状态，所述当前状态包括竞技状态和非竞技状态；修正模块，用于根据所述当前状态修正所述目标的射击表现数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：检测模块，用于通过设置于枪支末端的传感器检测射手在瞄准时枪口对准靶纸的瞄准轨迹。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：发送模块，用于将所述生理信号特征和/或所述射击表现数据发送至预设终端。

进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，所述生理信号特征包括射击手脑电信号和心电信号。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的竞争压力下射击表现检测及评估方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的脑电帽导联分布图；

图3为根据本发明一个实施例的实验测试平台；

图4为根据本发明一个实施例的实验流程图；

图5为根据本发明一个实施例的两种状态射击成绩变化；

图6为根据本发明一个实施例的两种状态下心率变化；

图7为根据本发明一个实施例的两种状态Alpha，Theta，Beta波脑地形图功率变化图；

图8为根据本发明一个实施例的脑区能量分布于射击成绩线性回归关系；

图9为根据本发明一个实施例的竞争压力下射击表现检测及评估装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的目的在于提供一种模拟真实射击比赛场景的射击能力检测手段和压力下射击能力评估方法，包括竞争压力下实验设计和生理信息数据采集方法与评估方法。为了充分体现竞争压力下射击表现和一般状态下区别，本发明设计了两组实验：一般状态射击实验和竞争状态下射击实验。两组实验射击手在射击过程中同时采集射击手脑电信号和心电信号，通过射击报靶系统记录射击成绩及瞄准轨迹。通过生理信号特征，评估两种状态下射击成绩差异以及射击过程中大脑神经效率变化，评估压力条件下射击表现好和差脑神经调控机制。

实验设计

研究表明射击表现与射手的心理状态密切相关，赛场上的紧张、焦虑等情绪都可能不同程度的影响射击表现。本研究目的是探究竞争与非竞争状态下射击生理特征参数的变化(脑电、心电、成绩)，评估大脑在不同射击状态下神经调节机制。

实验在真实射击训练馆内进行，设计了两个实验，竞争实验和非竞争实验，分别在不同的时间段内完成，其中竞争实验被设计为一场比赛，采用两两对抗模式，为确保实验严谨性，匹配名单由教练根据运动员射击成绩制定，避免射击成绩差异影响竞争强弱，并设立了奖惩制度，实验进行时邀请教练现场观看并向两名参与者通报每枪成绩。非竞争实验是一个单人射击任务，实验要求每位参与者根据自己的节奏在75分钟内开60枪。参与者使用自己的枪，所有人采用站立射击姿势，并用右手扣动扳机。实验要求每位参与者发挥正常的射击水平，每位参与者的实验时长是2-2.5小时，实验过程中采集脑电和心电信号。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的竞争压力下射击表现检测及评估方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的竞争压力下射击表现检测及评估方法。其中，在以下实施例中，实验在真实射击馆进行，具有真实比赛场馆要求，采用10米气步枪射击场，实验招募11名清华大学射击队运动员(男子5名，女性6名)，拥有8至11年的射击训练经验，11名运动员均为右利手，视力正常。

图1是本发明一个实施例的竞争压力下射击表现检测及评估方法的流程图，具体地，如图1所示，该竞争压力下射击表现检测及评估方法包括以下步骤：

在步骤S101中，采集目标射击过程中生理信号特征。

其中，生理信号特征包括射击手脑电信号和心电信号。

具体而言，生理信号采集包括脑电信号和心电信号两部分。脑电信号可以采用德国ANT公司生产的eegoTMmylab全移动脑电记录分析系统，记录32通道的脑电，导联分布如图2所示，采样率为1000Hz，采集被试在射击训练时的脑电数据。为了同步在脑电信号获取击发时刻标记，本发明采用麦克抓取射击时的枪声，通过单片机内编写好的程序，向脑电设备发送事件标记(trigger)。

心电信号可以采用康博众联公司生产的心谱贴，射击过程中同步采集心电，心电数据通过蓝牙传到手机，通过手机app软件可实时查看心率变化情况，心电原始数据可离线下载分析。心电分析利用心谱贴分析软件(ECGLabPro)可得到射击过程中心率变化规律。

在步骤S102中，获取射击成绩及瞄准轨迹。

在本发明的一个实施例中，还包括：通过设置于枪支末端的传感器检测射手在瞄准时枪口对准靶纸的瞄准轨迹。

具体而言，检测平台包括：记录射击成绩的射击报靶系统，该报靶系统是SCATTElectronics LLC公司生产的SCATT MX-02传感器和SCATT软件获取射击成绩(图3)。传感器安装在枪支末端，能够记录射手在瞄准时枪口对准靶纸的移动轨迹。射击过程中不使用实弹射击，传感器能够记录射手扣动扳机时枪支的震动，并记录此时的射击成绩。成绩以小数环值计分，即单发最好成绩为10.9环，最差成绩为0环(脱靶)。

举例而言，为了探讨竞争压力下射击表现和生理信息的差异性，设计两种实验方案。个人独立射击实验和双人对抗竞争性实验。

首先进行11人单独实验，被试穿戴脑电帽等生理数据采集设备，先进行2分钟静息态生理数据采集，然后进行射击训练，实验过程采用6次循环，每次循环开10枪，共60枪。通过脑电设备和心谱贴采集生理数据，报靶系统反馈被试每一次射击成绩。

竞争性实验，为了模拟真实射击比赛场景，现场播放音乐并伴有嘈杂声干扰。根据11名个人射击成绩分为两人一组，实验设立奖惩规则，赢者奖励，输者惩罚。被试射击过程中，每击发一枪主试通报成绩,同时记录脑电信号和心电信号，记录射击成绩，实验流程如图4所示。

在步骤S103中，根据生理信号特征及射击成绩及瞄准轨迹评估目标的射击表现数据。

在本发明的一个实施例中，还包括：将生理信号特征和/或射击表现数据发送至预设终端。其中，预设终端可以为电能或者移动设备等。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：获取目标的当前状态，当前状态包括竞技状态和非竞技状态；根据当前状态修正目标的射击表现数据。

具体而言，射击表现评估，从射击成绩，心率变化，脑电信号特征三个方面进行评估。

射击成绩，通过报靶系统记录的每次射击的成绩，最高成绩为10.9环，最低成绩为0环。射击成绩分析分为非竞争和竞争两种状态下的成绩比较，具体如下：

(1)在非竞争状态下，射击的平均成绩为10.052(SD＝0.09)；在竞争状态下，射击的平均成绩为10.048(SD＝0.05)。两者之差为-0.004，p＝0.868>0.05，两种状态成绩无显著性差异；t(12)＝-0.169，竞争成绩略低于非竞争，结果如图5所示。

(2)心率变化

在非竞争状态下，射击过程中11个人的平均心率为85.124(SD＝12.41)；在竞争状态下，射击过程中的平均心率为94.928(SD＝14.19)。p＝0.079>0.05，两种状态心率无显著性差异；t＝1.933，说明竞争状态下心率高于非竞争状态。结果如图5所示，横坐标1-12block表示非竞争态，13-24block表示竞争态。

由图6可知，竞争与非竞争态下11个人的平均心率没有显著差异性，考虑到个体化差异因素是否对结果产生影响，因此对每个人的心率进行个体化分析，分析每个人在两种状态下的心率变化，其中有一半以上的人竞争状态下的心率高于非竞争状态心率；有四分之一的人竞争状态下的心率低于非竞争状态心率。说明个体化差异是存在的，对总体结果可能存在影响。

(3)脑电数据分析

脑电数据经过预处理后采用Matlab软件分析。使用带有汉宁窗口(Hanningwindow)的快速傅里叶变换(FFT)计算所有29个电极通道在3个定义频率范围内的功率谱(功率。取每次射击前3000ms的EEG数据，在3000ms时间段内生成3个时间窗:-3000to-2000ms、-2000to-1000ms、-1000to 0ms(0ms＝shot)。确定每个参与者的个体阿尔法频率IAF，IAF由静息状态的闭眼静息态数据算出。按照IAF定义重新确定频带范围：Theta频带(IAF-6to IAF-4)、Alpha频带(IAF-2to IAF+2)和Beta频带(IAF+3到IAF+10)，在调整的频带波段上对功率进行平均。本研究主要分析Theta、Alpha和Beta频带功率，计算这三个频带29个导联的功率，对选定通道的功率进行平均，以产生每个区域的值。考虑到个体之间差异性对数据的影响，所有的参与者的数据都经过一个中位数的对数变换处理。

进一步地，脑电数据分析主要从两个方面进行分析，第一是竞争与非竞争状态下射击表现差异性分析，另外从脑电信号功率分布与射击成绩相关性进行分析。

竞争对脑电功率的影响

图7表示两种状态下的Alpha、Theta与Beta功率脑地形图，前两行表示竞争与非竞争态下的各频带功率分布图。对比两种状态下的脑图可看出竞争态下射击，Alpha、Theta与Beta各频带皆表现出较强的功率，推论是因为在竞争状态下，射手可能受环境、心理、情绪等干扰的影响，大脑需要更大的能量维持注意力，集中精力完成射击任务。

建立脑区能量与射击成绩之间的相关关系，射击击发时刻，大脑各脑区激活程度有所不同，有些脑区增强，有些脑区减弱，脑区与射击成绩具有一定的关联关系，为了明确这种关系，我们通过多元线性回归分析，建立多元回归模型，可以实现基于脑电信号预测射击成绩。

图8表示选择部分脑区的能量与成绩做多元回归分析结果，多元回归分析模型：

Adjusted R-Squared 0.813

p＝0.00179

其中x1、x2、x3表示Beta频带三个脑区的能量，输出y为射击成绩，使用Beta能量分布就能得到很好的回归效果，显示了能量分布与射击成绩之间的强相关性，通过能量分布实现对成绩的基本预测。

综上，本发明实施例提出了一种模拟真实射击比赛场景的射击环境、生理信息检测技术和压力下射击能力评估方法，探讨了压力条件下对射击成绩的影响以及大脑激活的神经机制，通过特定脑区特定频带脑电信号功率变化分析发现：大脑前额叶，右枕叶区，枕区的Beta频带功率变化与射击成绩呈线性相关关系，由此可以通过一般射击态脑电信号可以预测射击成绩。

根据本发明实施例提出的竞争压力下射击表现检测及评估方法，提供模拟真实比赛场景的实验环境，采集多维生理指标，评估运动员在竞争状态下射击表现和生理参数之间的关系，从而对于了解大脑如何在压力下进行自我调控达到最佳运动表现，提供一种较好的实验平台和评估方法。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的竞争压力下射击表现检测及评估装置。

图9是本发明一个实施例的竞争压力下射击表现检测及评估装置的结构示意图。

如图9所示，该竞争压力下射击表现检测及评估装置10包括：采集模块100、第一获取模块200和评估模块300。

其中，采集模块100用于采集目标射击过程中生理信号特征；第一获取模块200用于获取射击成绩及瞄准轨迹；评估模块300用于根据生理信号特征及射击成绩及瞄准轨迹评估目标的射击表现数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：第二获取模块，用于获取目标的当前状态，当前状态包括竞技状态和非竞技状态；修正模块，用于根据当前状态修正目标的射击表现数据。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：检测模块，用于通过设置于枪支末端的传感器检测射手在瞄准时枪口对准靶纸的瞄准轨迹。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：发送模块，用于将生理信号特征和/或射击表现数据发送至预设终端。

进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，生理信号特征包括射击手脑电信号和心电信号。

需要说明的是，前述对竞争压力下射击表现检测及评估方法实施例的解释说明也适用于该实施例的竞争压力下射击表现检测及评估装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的竞争压力下射击表现检测及评估装置，提供模拟真实比赛场景的实验环境，采集多维生理指标，评估运动员在竞争状态下射击表现和生理参数之间的关系，从而对于了解大脑如何在压力下进行自我调控达到最佳运动表现，提供一种较好的实验平台和评估方法。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。