基于超宽带高精度技术的智慧训练决策系统技术方案

一种基于超宽带高精度技术的智慧训练决策系统，包括(1)系统架构，系统总体采用三层架构设计：位置感知层、网络传输层和智能应用层；(2)组网布设组件，包括在运动场地内架设定位基站，可通过有线或无线方式进行系统组网；本发明专利技术采用UWB技术设计出体积小、精度高、穿戴便捷的可穿戴设备，实时监测运动员的心率、速度、跑动距离、冲刺次数等30多项核心运动指标。结合可视化展示平台，用户可实时查看训练记录、训练项目详情、集训报告(个人和团队)和回放历史记录、追踪比赛数据以及智能数据分析和个性化训练推荐等。系统用数据和科技助力教练和运动员提高训练效率、降低伤病风险，为体育训练/比赛时提供战略性的辅助决策。比赛时提供战略性的辅助决策。比赛时提供战略性的辅助决策。

【技术实现步骤摘要】
基于超宽带高精度技术的智慧训练决策系统


[0001]本专利技术专利涉及一种智慧体育训练系统，具体来说是一种基于超宽带高精度技术的智慧训练决策系统

技术介绍

[0002]随着体育运动的高速发展，足球、篮球、网球、冰球等训练也逐步在学校和普通民众推广开来，如何快速提升各类体育项目的训练水平，除了利用传统的训练方法外，如何利用最新网络信息技术、大数据等对运动员各项指标的精准分析，是目前各个相关领域研究的课题。
[0003]在足球、篮球、冰球等训练项目中，运动人员的实时精准位置是分析运动员其他相关指标的基础，比如跑的距离、最大速度、平均速度、心率等等，因此如何获取精准位置是业界一直在探索的方向。
[0004]现在体育训练或体育运动主要是利用GPS、RFID等实现运动员定位。RFID定位精度在米级，对运动员相关数据的分析会引入很大的偏差。而GPS在使用差分技术时，造价成本比较高，同时对于室内或者封闭性比较强室内运动场馆环境时，差分GPS无法对运动员的位置精准跟踪记录。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种智慧体育的重要技术支撑，基于超宽带高精度技术的智慧训练决策系统，采用超宽带高精度实时定位技术、无线通信技术、AI数据分析、物联网、生命体征采集等多种信息技术，不仅可以对场内的运动员进行实时位置监控，获取运动员场上的准确移动数据，给予教练数据上、指标上的支撑，还可以从客观的角度对运动员做出评价，为教练员的主观意识做辅助，帮助教练进行科学分析和赛后指导。
[0006]本专利技术提供一种基于超宽带高精度技术的智慧训练决策系统，包括(1)系统架构，系统总体采用三层架构设计：位置感知层、网络传输层和智能应用层；
[0007]位置感知层，包括定位AP和定位标签，采用SDR嵌入式技术开发出支持IPv6的物联网定位AP，定位标签利用UWB发射出位置信息和心率感应器采集的用户数据传至定位AP；基站接收和放大标签信号并经同步分配器校准网络时钟后，利用UWB独立的数据网络透传用户数据传至服务器；
[0008]网络传输层，用于位置感知层和智能应用位置服务层的联通，将位置感知层获得的用户报文数据，通过有线双栈(IPv4/6)POE交换机或无线路由设备传送至智能定位应用服务层；同时接入主时钟，保障接入点(AP)间纳秒级别的网络时钟同步精度；
[0009]智能应用层，设置定位引擎和智能体育训练辅助决策应用模块，定位引擎在服务器上通过NLOS非视距误差过滤和定位前数据预处理，再基于TDOA到达时差原理和IMM改进的马尔可夫数据模型对数据进行解算，实现厘米级别或更高精度的位置估计；所述应用模块根据定位引擎解算的实时位置信息和采集的运动员生命体征监测数据，在控制平台实现
数据的AI整合分析；并结合GIS可视化模块，为用户提供智能的体育训练/比赛的辅助决策信息；
[0010](2)组网布设组件，包括在运动场地内架设定位基站，可通过有线或无线方式进行系统组网；按照运动场地大小布设，布设N个定位基站，运动员佩戴定位标签，通过定位标签采集运动员的基本运动信息，通过定位信息携带用户自定义数据，供后台或者平板客户端分析；
[0011]运动人员佩戴或器材绑定定位标签进入定位区域，定位AP将实时数据利用UWB独立的数据网络透传回后台服务器中心；后台服务器上部署好开发出的定位引擎，通过优化的高精度定位算法，解算出设备和人员精确的实时位置信息及运动轨迹，并将位置信息在超宽带地图软件上显示。
[0012]进一步，所述定位标签基于物联网技术设计和开发，定位标签佩戴于运动员或器材绑定，并根据定位标签输入人员/器材的基本信息，方便后期数据分析。
[0013]进一步，所述定位AP采用软件定义无线电(SDR)的嵌入式设计开发；定位AP选用SOC JR3401或JW800作为主控芯片，除支持IPv4/6双协议栈外，还有UWB/WiFi transceiver电路模块；定位过程中由UWB接收器接收标签发射的UWB信号及携带心率感应器采集的信号，过滤噪声干扰和放大处理后，再通过处理单元将数据发给服务器。
[0014]进一步，根据客户端的通信协议进行系统组网部署，智能展现平台抽取后台数据并结合生命特征数据，采用决策树大数据技术分析出每个运动员的体能状态。
[0015]进一步，针对运动场景设置定位引擎，指定定位球员或器材，实现实时高精度(厘米级以上)的定位；组网中还可接入视频联动，定点、定时和定人回看播放。
[0016]进一步，所述定位标签内置UWB信号发射器和心率感应器的芯片，每名运动员只需穿戴一个标签模块，即可实时向接收端设备发送个人相关的运动数据信息。
[0017]进一步，所述定位标签定位精度：10cm～20cm；工作温度：
‑
20～50摄氏度；防水等级：IPX5；通讯距离：≥150m；连续工作时间：≥10小时。
[0018]进一步，所述定位基站为实时接收和传输标签所发送的运动数据的信号基站。
[0019]进一步，所述定位基站定位精度：10cm～20cm；工作温度：
‑
20～60摄氏度；防水等级：IPX5；通讯距离：≥150m；数据通讯方式：无线(UWB+Wifi)；供电：220V/12V；连续工作时间：≥10小时。
[0020]进一步，还包括软件系统与控制平台，软件系统包括系统后台和前端APP，主要有登录首页、球员管理、训练实时监测、训练报告、训练监测数据记录、人工智能推荐、数据统计分析、球队/个人虚拟数据模型、物联网配置、辅助决策功能模块；
[0021]控制中心平台内置体育运动数据采集与分析系统及数据库引擎，为组建局域网，采集、存储、传输和解算数据。
[0022]本专利技术的有益效果：(1)多种信息技术融入智慧体育训练，本项目融入超宽带高精度定位技术、无线通信技术、AI数据分析、物联网、生命体征采集等信息技术，研发一套体育训练/比赛领域应用的智能辅助决策系统。实现实时采集和分析体育运动数据，智能体能监测及比赛数据追踪，模块化训练+定制化个人训练，用数据和科技提升训练效率。
[0023](2)高精度物理层信号到达时间测量及纳秒级的精确时钟同步设计，系统以超宽带(UWB)无载波通信技术传输数据，定位AP采用软件定义无线电(SDR)的嵌入式技术设计和
开发；并基于到达时差(TDOA)组网和基于IEEE1588v2协议的纳秒级的网络精确时钟同步(如图4所示)，从而保证定位的高精准性。
[0024](3)改进的马尔科夫算法模型和大数据的聚类整合应用，系统中位置信号传输时，非视距(NLOS)条件会大大影响定位精度。构建一种新的IMM(Interactive MarkovModel)马尔科夫算法模型，结合最小二乘法、改进概率密度函数下贝叶斯序列检测的判断表达式，以高效处理定位数据和提高定位精度。
附图说明
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超宽带高精度技术的智慧训练决策系统，其特征在于：包括(1)系统架构，系统总体采用三层架构设计：位置感知层、网络传输层和智能应用层；位置感知层，包括定位AP和定位标签，采用SDR嵌入式技术开发出支持IPv6的物联网定位AP，定位标签利用UWB发射出位置信息和心率感应器采集的用户数据传至定位AP；基站接收和放大标签信号并经同步分配器校准网络时钟后，利用UWB独立的数据网络透传用户数据传至服务器；网络传输层，用于位置感知层和智能应用位置服务层的联通，将位置感知层获得的用户报文数据，通过有线双栈(IPv4/6)POE交换机或无线路由设备传送至智能定位应用服务层；同时接入主时钟，保障接入点(AP)间纳秒级别的网络时钟同步精度；智能应用层，设置定位引擎和智能体育训练辅助决策应用模块，定位引擎在服务器上通过NLOS非视距误差过滤和定位前数据预处理，再基于TDOA到达时差原理和IMM改进的马尔可夫数据模型对数据进行解算，实现厘米级别或更高精度的位置估计；所述应用模块根据定位引擎解算的实时位置信息和采集的运动员生命体征监测数据，在控制平台实现数据的AI整合分析；并结合GIS可视化模块，为用户提供智能的体育训练/比赛的辅助决策信息；(2)组网布设组件，包括在运动场地内架设定位基站，可通过有线或无线方式进行系统组网；按照运动场地大小布设，布设N个定位基站，运动员佩戴定位标签，通过定位标签采集运动员的基本运动信息，通过定位信息携带用户自定义数据，供后台或者平板客户端分析；运动人员佩戴或器材绑定定位标签进入定位区域，定位AP将实时数据利用UWB独立的数据网络透传回后台服务器中心；后台服务器上部署好开发出的定位引擎，通过优化的高精度定位算法，解算出设备和人员精确的实时位置信息及运动轨迹，并将位置信息在超宽带地图软件上显示。2.根据权利要求1所述的一种基于超宽带高精度技术的智慧训练决策系统，其特征在于：所述定位标签基于物联网技术设计和开发，定位标签佩戴于运动员或器材绑定，并根据定位标签输入人员/器材的基本信息，方便后期数据分析。3.根据权利要求1所述的一种基于超宽带高精度技术的智慧训练决策系统，其特征在于：所述定位AP采用软件定义无线电(SDR)的嵌入式设计开发；定位AP选用SOC JR3401或JW800作为主控芯片，除支持IP...

【专利技术属性】
技术研发人员：周俊杰，田雨川，于海平，苏玥，
申请(专利权)人：武汉软件工程职业学院武汉开放大学，
类型：发明
国别省市：