一种基于窄带物联网和云平台的自行车运动辅助方法技术

本发明专利技术公开一种基于窄带物联网和云平台的自行车运动辅助方法，在自行车上安装由NB‑IoT通信模组、转速传感器、GPS模块、LED灯和电池组成的NB‑IoT终端；由应用服务器向云平台提供自行车运动员的个人生理特征和不同的自行车行驶路线；NB‑IoT终端负责将收集到的自行车转速、骑行者踏频和GPS数据通过通信模组以固定的时间间隔Tn上传到云平台，终端与云平台的通信使用CoAP协议；云平台将CoAP报文解码，记录骑行者的行驶轨迹、速度和踏频信息，并将GPS中经纬度信息转换为易于使用的空间三维坐标，通过对坐标的分析及时向偏离行驶路线的自行车发送提醒信号。采用本发明专利技术能减少网络带宽的消耗，增加了传输效面对业务激增的场景提供了更加稳定的性能。

A Bicycle Sports Assistance Method Based on Narrow-band Internet of Things and Cloud Platform

【技术实现步骤摘要】
一种基于窄带物联网和云平台的自行车运动辅助方法
本专利技术属于物联网领域，具体涉及一种基于窄带物联网和云平台的自行车运动辅助方法。
技术介绍
在体育产业蓬勃发展的今天，自行车运动已经称为继跑步之后越来越受到人们喜爱的一种运动健身方式，自行车也逐渐从代步工具转型为运动健身必不可少的工具。根据上海体育学院发布的“中国自行车运动产业发展报告”显示，国内自行车运动尤其是群众性的自行车运动近年呈现出迅猛发展的态势，当下国内自行车运动俱乐部已超过一万多家，相关门店也有一万多个。从骑行人口的分布来看，小到15岁大到65岁以上，涵盖了各个年龄层的人群。然而由于大部分人都缺少专业的自行车运动经验，缺少骑行过后对骑行过程中专业数据的统计和分析，就无法对后续的自行车运动提供合理化建议。造成这种问题的原因很大程度上是由于室外缺少良好的网络条件和专业的传感器，近些年随着物联网技术的发展，这一现象得到很大改善。物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。大量物与物的连接通过蓝牙、Wi-Fi等短距离通信技术承载，基于蜂窝通信技术的物联网设备由于终端设备功耗大、部署成本高等，导致真正承载在移动网络上物与物的连接只占到连接总数的6％，原有的通信技术已经无法满足物联网应用不断发展的需求，尤其是在自行车运动这种运动随机性较强且运动覆盖区域较广的场景下。针对这种情况，为了解决广覆盖和低成本、低功耗问题，有必要为物联网连接设计一种新的通信技术，由此低功耗广域网(Low-PowerWide-AreaNetwork)应运而生。相比于短距离通信技术，低功耗广域网无需额外部署汇聚网关，大大降低了用户的部署成本和复杂度，应用终端即插即用消除了部署限制。目前主流的低功耗广域网技术有LoRa，SigFox和窄带物联网(NB-IoT)。其中，LoRa和SigFox属于私有技术，应用时需要单独组建网络，而且使用的频谱没有授权，在安全性上也存在缺陷。而NB-IoT是3GPP的标准技术，可叠加在现有2G/3G/LTE的蜂窝网络上，使用的频段有授权，并支持向5G平滑演进。所以NB-IoT的可靠性更高，有更快捷、灵活的部署方式，更强的网络覆盖能力，更大的接入容量和更低的建设成本以及更低的终端功耗等技术优势。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供一种基于窄带物联网和云平台的自行车运动辅助方法，使用NB-IoT终端收集和上传自行车的速度和GPS数据，并借助云平台的强大计算能力，达到辅助自行车运动员训练的目的。技术方案：本专利技术所述的一种基于窄带物联网和云平台的自行车运动辅助方法，包括以下步骤：(1)将窄带物联网终端安装在自行车上；(2)将自行车运动员的个人生理特征、自行车硬件数据和地图数据上传到云平台，确定运动员行驶的路线范围；(3)终端初始化，并将转速传感器收集到的转速数据n、踏频数据rpm和GPS模块收集到的地理位置信息通过通信模组以固定的时间间隔Tn上传到云平台；(4)对转速传感器收集到的转速数据n、踏频数据rpm和GPS模块收集到的地理位置信息进行处理，得到骑行速度、行驶路程s、平均速度爬升或是下降的高度；(5)根据步骤(2)中提供的行驶路线的范围判断自行车所在位置是否越界，若越界执行步骤(6)，否则执行步骤(7)；(6)向终端发送下行指令，提示自行车运动员路线错误；(7)将自行车位置信息、速度信息、爬升高度及踏频信息等数据存入数据库，并以固定的时间间隔Ts发送给应用服务器；(8)应用服务器根据用户需求对数据进一步分析和处理，并将结果呈现给用户。步骤(1)所述的窄带物联网终端主要包括窄带物联网通信模组、转速传感器、GPS模块、LED灯和电池。步骤(2)所述的个人身体特征主要包括年龄、性别、体重、身高。步骤(3)所述终端使用CoAP协议与云平台通信。所述步骤(4)包括以下步骤：(41)云服务需要使用相应的解码器将传输的数据解码；(42)对解码后的转速数据做处理，自行车的关键数据将收集到的车轮转速n转化为骑行速度v＝2πnr，其中，r为车胎半径车胎半径；(43)对解码后得到的GPS数据做处理，将WGS84坐标系下的GPS数据(B，L，H)根据公式(1)转换成为易于处理的空间三维坐标(x，y，h)，并计算出该时间段内的行驶路程s和平均速度其中，其中B为纬度，L为经度，H为高度，N为椭球面的曲率半径，e为椭球的第一偏心率；根据得到的高度信息h，计算出在改时间段内自行车运动员的爬升或是下降的高度Δh＝h1-h2有益效果：与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、解决目前蜂窝网络覆盖范围不足而导致终端数据无法上传的问题；2、优化了终端传统HTTP协议传输数据的方式，减少了网络带宽的消耗，增加了传输效率；3、对收集到的骑行者的速度、踏频及地理位置等信息进行统计和分析，并提供数据展示页面，帮助骑行者更好的训练；4、采用云服务的方式减轻了应用服务器不必要的资源消耗，面对业务激增的场景提供了更加稳定的性能。附图说明图1为本专利技术流程图；图2为本专利技术架构图；图3为NB-IoT终端示意图；图4为行驶路线分析展示图；图5为速度分析展示图；图6为踏频分析展示图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明：如图2、图3所示，首先在自行车上安装窄带物联网(NB-IoT)终端设备，用于收集和上传自行车的速度和GPS数据。相比现存的2G/3G/4G网络，NB-IoT具备更高的功率谱密度，NB-IoT技术200KHz的窄带需求可以充分利用运营商的零散频谱，使蜂窝网络覆盖范围更广，更加适用于自行车运动这种随机性较强且覆盖区域较广的场景。通常在自行车运动中，需要在有限的网络带宽中更加高效的进行数据传输，针对这种场景NB-IoT终端设备中使用CoAP协议代替HTTP协议传输数据。CoAP基于轻量级的UDP协议，并且弥补了UDP传输的不可靠性，CoAP定义了带有重传机制的事务处理机制。CoAP采用双层结构：事务层(Transactionlayer)处理节点间的信息交换，同时，也提供对多播和拥塞控制的支持。请求/响应层(Request/Responselayer)用以传输对资源进行操作的请求和响应信息。CoAP的双层结构，使得CoAP没有采用TCP协议，也可以提供可靠的传输机制。另外，本方法将运动员按照相同的生理特征归类，提供一套适用性较广的运动辅助分析系统，解决了由于运动员年龄、性别及体重等生理特征方面的差别带来的影响，从而帮助运动员找到适合自已的训练方法。最后，采用云服务的方式提供服务可以有效减少应用服务器的负载，将复杂的运算交给云服务处理。云服务基于服务器的集群，拥有更低的故障率，和更高的灵活性，可以动态分配计算资源以适应不同场景的业务需求。如图1所示，具体包括以下步骤：(1)将由NB-IoT通信模组、转速传感器、GPS模块、LED灯和电池组成的NB-IoT终端安装在自行车合适的位置上；(2)将自行车运动员的个人生理特征、自行车硬件数据和地图数据上传到云平台，确定运动员行驶的路线范围；(3)终端初始化，并将转速传感器收集到的转速数据n、踏频数据rpm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于窄带物联网和云平台的自行车运动辅助方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将窄带物联网终端安装在自行车上；(2)将自行车运动员的个人生理特征、自行车硬件数据和地图数据上传到云平台，确定运动员行驶的路线范围；(3)终端初始化，并将转速传感器收集到的转速数据n、踏频数据rpm和GPS模块收集到的地理位置信息通过通信模组以固定的时间间隔Tn上传到云平台；(4)对转速传感器收集到的转速数据n、踏频数据rpm和GPS模块收集到的地理位置信息进行处理，得到骑行速度、行驶路程s、平均速度

【技术特征摘要】
1.一种基于窄带物联网和云平台的自行车运动辅助方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将窄带物联网终端安装在自行车上；(2)将自行车运动员的个人生理特征、自行车硬件数据和地图数据上传到云平台，确定运动员行驶的路线范围；(3)终端初始化，并将转速传感器收集到的转速数据n、踏频数据rpm和GPS模块收集到的地理位置信息通过通信模组以固定的时间间隔Tn上传到云平台；(4)对转速传感器收集到的转速数据n、踏频数据rpm和GPS模块收集到的地理位置信息进行处理，得到骑行速度、行驶路程s、平均速度爬升或是下降的高度；(5)根据步骤(2)中提供的行驶路线的范围判断自行车所在位置是否越界，若越界执行步骤(6)，否则执行步骤(7)；(6)向终端发送下行指令，提示自行车运动员路线错误；(7)将自行车位置信息、速度信息、爬升高度及踏频信息等数据存入数据库，并以固定的时间间隔Ts发送给应用服务器；(8)应用服务器根据用户需求对数据进一步分析和处理，并将结果呈现给用户。2.根据权利要求1所述的一种基于窄带物联网和云平台的自行车运动辅助方法，其特征在于，步骤(1)所述的窄带物联网终端主要包括窄带物联...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈云芳，周逸天，张伟，
申请(专利权)人：南京邮电大学，南京邮电大学盐城大数据研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32