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可穿戴籃球專項評測系統智慧測評——可穿戴籃球專項評測系統，本團隊創新創意，着眼於大中小學生體育能力測試，為體育器械發展做一份貢獻。隨着國家相關健康政策的實施，體育健康標準測試在學生的綜合素質測評里占的比重越來越大，同時學校也更加注重學生的智體兩面同時發展。在信息技術發達的當今時代，團隊大膽提出將信息技術與體測相結合的創新方案，可穿戴籃球專項評測系統應運而生。

研究目的

籃球專項評測設備研究的主要目的在於解放人力，提高體測速度的同時，設備能夠根據收集學生的各項運動動作數據以及體徵變化情況建立其運動模型，幫助老師對學生進行姿態校準，提高授課效率。在同一時刻對使用者的心率等體徵狀況進行實時監測，幫助老師及時掌握學生身體狀況，防止意外狀況對學生造成的傷害。

項目內容

該系統結合傳感器、嵌入式技術、無線通信技術等多種前沿學科技術。該系統為可穿戴式設備，通過多個穿戴模塊將運動員的運動軌跡等數據傳回控制端。跑位子系統可實時傳送回運動者的相對位置，並可繪製運動者的運動軌跡，及停留點的駐留時間；姿態子系統可對學生動作進行捕捉；生理子系統，通過穿戴心率檢測、體溫等相關傳感器，對運動者的生理變化進行評估；數據融合系統在基於前面系統的數據下綜合建立模型，對學生進行自動打分。

項目意義及前景

該系統能在體育測評時提高測評成績的準確性和測評速度，通過建立起綜合模型，對學生的技能學習情況進行全方位的分析，做到因材施教、細緻入微。與此同時，在完成體測項目的過程中通過對使用者生命體徵的監測保障學生的安全，將心率等數據實時傳送回終端，讓老師及時了解學生身體機能變化情況，讓學生的安全有所保證。在市場方面，市面上所流通的智能體育器材功能單一且具有局限性，而在專項的球類運動領域，智能器材市場更是一片空白。本產品的研究不僅保證了所需的功能性同時也填補了市場空缺。

二、技術方案與指標

問題分析

如今，越來越多的學校已經重視起體育成績在學生綜合測評里所占比重，同時球類項目也大力在學生體育課堂上普及，籃球正是球類運動的重要一項。 截止目前，我國的體育測試項目仍然採用老師當面驗收方式的傳統的測試方式，由評測老師主觀決定，受評測者的情緒、生理狀態、注意力、關係等影響，具有一定的隨意性，缺少客觀性及公正性，尤其當接受籃測的人數較多時，對老師的體力與精力是極大的考驗，評測的結果將更為不可靠。

關鍵技術

本產品主要包括跑位子系統、姿態子系統、生理子系統、數據融合子系統：

（1）跑位子系統

籃球跑位子系統是對運動員的跑位路徑進行檢測和軌跡復現的一個分模塊。該系統由檢測部分，通信部分，數據處理等多模塊組成。整個系統的工作機制建立在 UWB 對距離的精確傳輸的基礎上，將檢測到的數據進行處理，繪製出運動員跑位的整個軌跡，對運動員在比賽中的跑動距離做出一個總體評價，給出切實中肯的建議。硬件設計部分融合了 UWB通信模塊，基於 STM32 主控的系統電路與精細到每個運動員身上穿戴的分模塊，主控與分模塊的配合使得整場比賽的運動員跑位數據完整呈現。軟件設計部分，旨在將數據即時傳回主控，對位置坐標進行處理後，顯示為路線軌跡，以及後續對運動員的場上表現給出切實的評價。

2）姿態子系統

現實生活中，各種物體的運動都可能會導致物體本身的姿態發生改變。在許多重要的場合，準確測量物體的姿態對於使用者來說尤為重要，而姿態檢測系統正是利用慣性傳感器來實時的測量運動物體的姿態的設備。在軍事領域，姿態檢測設備則被用來實時的獲取導彈的姿態而確定導彈的彈道是否正確；在工控領域，姿態檢測設備則用於對機器人運動姿態的檢測；隨着科學技術的不斷發展，姿態測量設備不再局限於傳統行業，而慢慢的走向了民用和消費電子領域。

a.慣性傳感器節點模塊

慣性傳感器包括三軸陀螺儀和三軸加速度計，用於實時採集人體肢體運動時產生的三軸加速度、角速度。傳感器節點通過無線傳輸模塊以無線的方式，將採集到的數據發送給接收模塊（信息整合節點）。

b.信息整合節點

信息接收模塊實現無線慣性傳感器節點與計算機之間通信。信息接收模塊用串口與計算機連接，慣性傳感器節點發送的信息通過無線通信模塊傳輸，信息接收模塊接收節點信息並將接收的信息通過串口發送給計算機，數據在計算機中進行處理。信息接收模塊主要由 USB 轉串口通信模塊和無線通信模塊組成。

（3）生理子系統

籃球專項評測系統生理子系統是籃測評價系統的重要組成部分，主要對測評對象進行生理狀態的監測，包括但不限於體溫、心率、能量消耗等，系統主要由藍牙手環監測終端、藍牙接收終端以及調試設備等組成。通過調試設備的開發，使藍牙手環具備監測測評對象相關信息的功能，測評過程中，由手環實時監測測評對象的各項相關信息，並將數據發送至接收端，接收端接收到數據後進行數據的保存與處理，並將測試數據上傳至測評系統，作為測評對象最終測評結果的重要依據。

該部分設計基於開源藍牙手環，可實時監測測評對象的體溫、心率、步數以及能量消耗等信息，並將監測到的體徵信息實時發送給上位機進行數據分析。

手環操作說明

a) 手環由兩個觸摸片組成，手環只識別滑動或者長按這兩個動作；

b) 監測功能在切換至功能界面時自動開始監測；

c) 心率和血壓檢測時間為 30 至 60 秒左右，體溫檢測時間為 1 秒左右；

d) 長按心率進入懸掛模式（顯示+號），再長按即可退出。

4）數據融合子系統

數據融合中心對來自多個傳感器的信息進行融合，也可以將來自多個傳感器的信息和人機界面的觀測事實進行信息融合(這種融合通常是決策級融合)．提取徵兆信息，在推理機作用下．將徵兆與知識庫中的知識匹配，做出故障診斷決策，提供給用戶。在基於信息融合的故障診斷系統中可以加入自學習模塊．故障決策經自學習模塊反饋給知識庫．並對相應的置信度因子進行修改，更新知識庫．同時．自學習模塊能根據知識庫中的知識和用戶對系統提問的動態應答進行推理。以獲得新知識．總結新經驗，不斷擴充知識庫，實現專家系統的自學習功能。

通過藍牙收到其他子系統發回的數據，進行數據融合分析，帶入評價的模型，進行綜合打分。

創新設計

（1）專項的測評系統：

經過調查研究發現，目前市面上不乏有智能體育器材以及體測相關的智能器械，但是市面上大部分都為智能器械工具，並沒有針對某種運動而帶來具有特定功能的專項器械。本產品針對籃球運動專項設計，符合當今市場需求，彌補市場空白。

(2)準確的數據採集：

該系統使用多個慣性傳感器對使用者姿態及動作進行實時捕捉，相比於其他傳感器，在運動中的數據採集更加的精準有效，保證採集數據的準確性。

（3）可靠的數據傳輸：

體測中的數據傳輸使用 UWB 通信模塊，同時基於 STM32 主控的系統電路與精細到每個運動員身上穿戴的分模塊，主控與分模塊的配合使得整場比賽的運動員跑位數據完整呈現，保證數據的可靠有效。使最後的測評結果真實，讓學生貼切的了解自己。

（4）體徵的實時監測

近年來，青少年猝死案件頻發，在新聞上屢屢可以見到正值大好年華的青年在體育鍛煉中忽然逝去的消息，令人心痛又惋惜。社會各界也開始對當代青少年的身體情況越來越重視。而我們的設備可以對學生的心率等身體機能情況進行實時監測，讓老師能及時了解學生的身體情況，在意外來臨前採取有效措施，防止對學生的傷害。

（5）專用模型的建立：

建立了籃測專用模型，結合了空間跑位、姿態變化等因素，從而統一的評估規範，並通過動作完成的匹配度能迅速給出綜合分數，同時，也為動作的糾正，訓練給出了明確的方向，可有效加快訓練進程。

(6)多源的數據融合：

模型數據有效融合了空間信息、多元姿態信息、生理特徵信息，通過關鍵節點時間段面與空間段面的參數採集與分析對動作的細緻變化進行還原和評估。

（7）系統可多元化推廣：

系統可為大規模的籃測提供支持，並大大提高效率，同時，設計思想也可推廣到其它文體結合領域，如排球、跳高等。

（8）複雜傳感網的設計實現：

系統所檢測的參數有十幾個，且需同步採集，並且要很好的控制功率，節省連線，滿足人體舒適性，不破壞動作施展，這些為機械與電路設計提出了很高的要求。

應用場景

目前該系統能作用於體育測試中籃球項目的評測以及日常學生學習訓練中使用，但基於該系統的各種技術基礎，可對該系統的姿態捕獲以及數據融合等方面進行調整，使其不僅可以用於籃球運動的評測中，同時也可應用於足球、排球等各項球類運動以及田徑項目的專項測評及訓練中，其安全性及準確性不僅可以彌補缺少專項測評系統的市場空白，同時也能在運動中為學生提供安全保障，應用範圍寬泛，市場前景良好且廣闊。同時產品也能在優化中進一步提升準確性，並且向更加環保的方向發展，使產品更符合當今綠色環保的時代主題。