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      基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的健身運(yùn)動監(jiān)測系統(tǒng)研究

      2021-09-18 01:33:24陳宇祝家東王夢囡
      當(dāng)代體育科技 2021年21期
      關(guān)鍵詞:練習(xí)者耐力心率

      陳宇 祝家東 王夢囡

      (1.廣東第二師范學(xué)院體育學(xué)院 廣東廣州 510303;2.佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息學(xué)院 廣東佛山 528137)

      物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在體育健身行業(yè)的應(yīng)用關(guān)注健身系統(tǒng)中具有“物”的屬性的主體,以逐漸成熟起來的信息化體系為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),輔以物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的應(yīng)用,并遵循需求導(dǎo)向的原則,最終實(shí)現(xiàn)“智慧體育”[1]。在此背景下,一種特殊的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生——體域網(wǎng)。體域網(wǎng)是“基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的,人體上的生理參數(shù)收集傳感器或移植到人體內(nèi)的生物傳感器共同形成的一個無線網(wǎng)絡(luò)”,可作為泛在化體質(zhì)健康監(jiān)測系統(tǒng)的信息通訊解決方案。射頻識別技術(shù)(radio frequency identification,RFID)是自動識別技術(shù)的一種,利用該技術(shù)可以監(jiān)測練習(xí)者實(shí)時的健身設(shè)備并進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[2]。該研究結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),設(shè)計出一種智能運(yùn)動監(jiān)測系統(tǒng),監(jiān)測練習(xí)者的訓(xùn)練項(xiàng)目和運(yùn)動心率,對訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理,并提供科學(xué)可行的訓(xùn)練指導(dǎo)方案,使練習(xí)者的練習(xí)效果達(dá)到最優(yōu)化。

      1 健身運(yùn)動數(shù)據(jù)獲取及傳輸系統(tǒng)

      健身運(yùn)動數(shù)據(jù)獲取及傳輸主要包含2個方面:練習(xí)效果和練習(xí)設(shè)備數(shù)據(jù)。心率數(shù)據(jù)是反映練習(xí)者練習(xí)效果的重要指標(biāo),尤其是有氧運(yùn)動。心率的大小、心率恢復(fù)正常的速度等都反映了練習(xí)者的身體狀況和練習(xí)效果。同時,心率數(shù)據(jù)要與具體的練習(xí)設(shè)備相匹配來進(jìn)行分析,進(jìn)行有氧訓(xùn)練的心率變化情況和開展抗阻訓(xùn)練的心率變化情況反映的信息不同,需要進(jìn)行充分挖掘。該研究采用心率傳感器獲取練習(xí)者的心率數(shù)據(jù),通過射頻識別技術(shù)獲取練習(xí)設(shè)備信息。

      1.1 心率數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)

      心率傳感器是一種利用光反射原理測量人體心率的傳感器。當(dāng)心臟收縮時,外周血容量最多,光吸收量最大,檢測到的光強(qiáng)度最小,而在心臟舒張時,正好相反,檢測到的光強(qiáng)度最大,使光接收器接收到的光強(qiáng)度隨之呈脈動性變化,進(jìn)而可以還原出用戶的心率數(shù)據(jù)[3]。當(dāng)用戶的心臟跳動時,會有更多的血液流過用戶的手腕。因此,該研究將心率傳感器集成在智能腕帶上,獲取的心率數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙方式上傳到智能處理終端(如手機(jī))上進(jìn)行后續(xù)處理。數(shù)據(jù)獲取結(jié)構(gòu)如圖1所示。

      圖1 運(yùn)動心率數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

      1.2 運(yùn)動設(shè)備數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)

      無線射頻識別技術(shù)通過無線電波不接觸快速信息交換和存儲技術(shù),通過無線通信結(jié)合數(shù)據(jù)訪問技術(shù),然后連接數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),加以實(shí)現(xiàn)非接觸式的雙向通信,從而達(dá)到識別的目的。在識別系統(tǒng)中,通過電磁波實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽的讀寫與通信[4]。RFID的讀取速度較快,不需要人工幫助,穿透力很強(qiáng),具有可靠性強(qiáng)、效率高、成本低、易于制作等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于商品銷售、身份驗(yàn)證、追蹤溯源等領(lǐng)域。在健身運(yùn)動監(jiān)測系統(tǒng)中,用戶通過安裝有讀寫器的手環(huán)靠近健身器械上的射頻識別標(biāo)簽,可以快速識別器械名稱,結(jié)合用戶登錄信息,可以得知用戶進(jìn)行健身運(yùn)動的練習(xí)項(xiàng)目信息。

      2 健身運(yùn)動數(shù)據(jù)量化分析與評估模型

      2.1 健身運(yùn)動訓(xùn)練計劃的分析與評估

      美國運(yùn)動醫(yī)學(xué)協(xié)會將“健康體適能”定義為一種具有以下特征的身體狀態(tài):有充足精力和能力從事日?;顒樱\(yùn)動不足病癥早期發(fā)生的危險較低。健康體適能要素與高效率工作、享受閑暇、健康狀態(tài)、預(yù)防靜態(tài)生活方式導(dǎo)致的運(yùn)動不足病癥及應(yīng)付緊急情況的能力緊密相關(guān),具體包括心肺耐力、肌肉力量與耐力、柔韌性和身體成分。而健身運(yùn)動就是在提高人們的健康體適能,所以將健身房劃分為有氧區(qū)、力量區(qū)和拉伸區(qū),分別鍛煉心肺耐力、肌肉力量與耐力及柔韌性。根據(jù)區(qū)域的劃分將射頻識別標(biāo)簽貼在各種健身器械上,收集練習(xí)者在各區(qū)域中練習(xí)的具體情況,通過獲得的數(shù)據(jù)分析練習(xí)者此次健身運(yùn)動中的有氧練習(xí)、力量練習(xí)和拉伸練習(xí)的具體情況,從而得知用戶此次健身訓(xùn)練計劃。多次訓(xùn)練信息則從整體上反映了用戶常用的訓(xùn)練計劃,可以通對大數(shù)據(jù)分析給用戶提供科學(xué)的指導(dǎo)意見,例如,大數(shù)據(jù)反映該用戶在練習(xí)項(xiàng)目的選擇中只注重有氧和力量訓(xùn)練,就可以評估出該用戶的柔韌性偏差,指導(dǎo)意見中就要強(qiáng)調(diào)拉伸練習(xí)的重要性;大數(shù)據(jù)反映該用戶在力量訓(xùn)練中只注重發(fā)展上肢和軀干力量,不注重下肢力量練習(xí),可以評估出該用戶的下肢力量偏差,建議加強(qiáng)下肢力量練習(xí)。通過射頻識別技術(shù)獲得練習(xí)設(shè)備信息,可以對用戶練習(xí)項(xiàng)目的選擇和身體練習(xí)部分的搭配進(jìn)行評估,并給出科學(xué)的指導(dǎo)意見[5]。

      2.2 運(yùn)動心率數(shù)據(jù)的分析與評估

      健身運(yùn)動能有效改善身體健康,但過低心率的運(yùn)動不會有很好的訓(xùn)練效果,而過高心率的運(yùn)動又增加了訓(xùn)練的風(fēng)險。通過智能設(shè)備可以讀取該練習(xí)者的基本信息,如姓名、性別、年齡、身高、體重等,根據(jù)年齡和安靜心率算出最大心率。依據(jù)不同心率區(qū)間對運(yùn)動的影響,可將心率區(qū)間劃分為4個階段:熱身階段心率區(qū)間為最大心率的50%~60%,這個階段運(yùn)動強(qiáng)度比較低,一般是做準(zhǔn)備活動,以提高身體的機(jī)能,防止受傷;燃脂階段心率區(qū)間為最大心率的60%~70%,這階段運(yùn)動強(qiáng)度比熱身階段大,只要運(yùn)動量合理,便具有很好的燃燒脂肪的效果,這個階段對需要減脂的人群有很大的幫助;耐力階段心率區(qū)間為最大心率的70%~80%,這個階段運(yùn)動強(qiáng)度比燃脂階段大,運(yùn)動的持久性較低,但是對提高心血管系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)有很大的幫助,這個階段比較適合需要提高心肺功能的人群;力量鍛煉階段的心率應(yīng)處于最大心率的80%以上,這個階段運(yùn)動強(qiáng)度非常大,肌肉負(fù)擔(dān)比較大,容易產(chǎn)生疲勞,這個階段對肌肉的增長很有幫助,適合需要提高肌肉力量與耐力的人群。通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲得用戶練習(xí)時的心率數(shù)據(jù),再根據(jù)用戶的需求進(jìn)行系統(tǒng)的分析,需要減脂的用戶建議心率區(qū)間為最大心率的60%~80%(燃脂鍛煉和有氧耐力階段),需要增肌的用戶建議心率為最大心率的80%以上(力量鍛煉階段)。通過對健身運(yùn)動心率的監(jiān)測可以提高運(yùn)動效果,降低運(yùn)動風(fēng)險,讓健身運(yùn)動更科學(xué)化、專業(yè)化[6]。

      3 結(jié)語

      基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對健身運(yùn)動進(jìn)行監(jiān)測,可利用心率傳感器獲取用戶傳感數(shù)據(jù),并利用藍(lán)牙發(fā)送到智能移動終端,將心率數(shù)據(jù)與用戶登錄信息進(jìn)行關(guān)聯(lián);利用射頻識別技術(shù)對器械類型進(jìn)行識別,并將器械類型信息與用戶登錄信息進(jìn)行關(guān)聯(lián),對訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理,自動生成訓(xùn)練指導(dǎo)方案,并將訓(xùn)練指導(dǎo)方案推送給用戶。

      基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的健身運(yùn)動監(jiān)測系統(tǒng),對健身運(yùn)動的發(fā)展有以下幫助:通過對健身設(shè)備的識別,可以獲得用戶每次訓(xùn)練計劃,根據(jù)健康體適能四大要素(心肺耐力、肌肉力量與耐力、柔韌性和身體成分),為用戶提供科學(xué)的訓(xùn)練計劃;通過對力量設(shè)備進(jìn)行分類(分為上肢、軀干和下肢器械),利用射頻識別技術(shù)進(jìn)行識別可以獲得用戶的抗阻訓(xùn)練計劃,根據(jù)全身肌肉整體發(fā)展原則,為用戶提供科學(xué)有效的指導(dǎo);根據(jù)不同心率區(qū)間對運(yùn)動的影響,將心率區(qū)間劃分為4個階段[熱身(最大心率的50%~60%)、燃脂鍛煉(最大心率的60%~70%)、耐力鍛煉(最大心率的70%~80%)和極限鍛煉(大于最大心率的80%)],通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對運(yùn)動心率進(jìn)行監(jiān)測,根據(jù)用戶需求進(jìn)行指導(dǎo)和調(diào)整,讓運(yùn)動效果達(dá)到最佳。

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