LBS位置軌跡追蹤服務平臺在馬拉松運動中的應用與研究

李璇

摘 要 全民健身熱潮的興起伴隨我國社會經濟的快速發展，精神生活需求越來越高，人民群眾對體育運動涉及的項目越來越多，尤以馬拉松運動為主為帶動全民健身和促進體育產業發展發揮了重要作用。在國家戰略政策支持，全民健身計劃的實施，人們的健身意識日益增強，對運動消費需求不斷上升，在全民健身的熱潮下，近三年以來馬拉松運動在我國迅速崛起，馬拉松賽事呈指數式增長。馬拉松受眾人群逐年增加，但是由于參與人數身體素質參差不齊導致運動安全事故經常發生這是馬拉松運動中不可小覷的問題之一。在馬拉松運動過程中因缺少適合的LBS軌跡追蹤服務平臺對運動員的運動數據進行實時有效的監測與反饋使得運動安全意外發生時醫護人員不能及時得到相關信息并展開救治，甚至出現猝死等嚴重安全問題。針對這一現象軌跡追蹤服務平臺結合物聯網技術通過可穿戴設備實現運動員的運動軌跡追蹤、實時采集運動狀態變化等相關運動數據并將數據傳入云端服務器，進行數據的保存、分析和處理，當運動狀態接近危險區時系統會做出預警提示并將提示分別反饋給運動員與專業的急救人員，采取及時的應對措施防止運動性猝死事件的發生有效保護運動員的安全同時保證馬拉松賽事的順利進行。

關鍵詞 馬拉松 軌跡追蹤 物聯網 運動安全 智能穿戴

中圖分類號：TP309 文獻標識碼：A

1研究背景

近年來馬拉松熱潮正在全國各地大范圍興起，中國田徑協會公布的統計數據顯示2016年中國田徑協會注冊的馬拉松賽事達三百二十八場，2017年達到一千一百零二場。2017年的一千一百零二場規模賽事達到四百九十八萬人次的參賽規模比2016年的280萬增長了百分之七十七多。以2016年與2017年武漢馬拉松賽參賽人數對比可以看出2016年武漢馬拉松參賽人數為六萬一千三百七十八人，而2017年武漢馬拉松參賽人數達到了十二萬兩千一百三十七人，相比于2016年人數多了一倍之多。在馬拉松運動發展如火如荼的當下運動安全問題成為人們最為關心且普遍存在的問題之一。2016年清遠馬拉松2萬多參跑者，3例進入重癥醫護室，暈倒二十例，虛脫三百零六例。在2017年首屆銀川國際馬拉松賽上一名半馬選手在距離終點僅為2.5公里的終點倒地，雖經全力搶救仍然不幸于將近24小時后死亡。這也是在不斷加強賽事安全的大背景下2017年國內馬拉松發生的第一例死亡事件。當下逐漸壯大的馬拉松運動人群，參賽人數推算到百萬人時，運動損傷、猝死數目將會是個十分可怕的數字。那么如何解決馬拉松運動存在的安全問題已然成為一個必要而不可避免的話題。

由于馬拉松跑步導致猝死的案例也不斷上升，在體育運動中無論是專業的運動員還是體育運動愛好者在體育運動和健身的過程中都會面臨各種各樣的安全隱患問題。特別是像馬拉松這類長距離高耐力的運動一方面由于業余愛好者經驗的不足對自身身體素質的不了解以及跑馬運動中可能面對的其他情況，對自身的保護意識不夠使得安全事故時有發生；另一方面在運動過程中由于缺乏對運動數據的實時監控以至于在安全事故發生后醫護人員無法對運動員進行及時救治，從而導致運動性猝死現象的發生，其中不乏很多高素質的專業運動員。因此在馬拉松運動的過程中如果對運動員的運動數據進行全面實時的監控，在某些影響生命安全的指標出現異常時迅速對運動員進行警示提醒以及采取醫護措施，可以有效的預防運動安全事故的發生。

2系統概述

該服務平臺的研發通過可穿戴式設備采集運動員運動數據經物聯網技術同步手機，同時將數據上傳云端服務器進行數據的保存、分析和處理，當運動狀態接近危險區時系統會做出預警提示并將提示反饋給專業的救護醫生以及運動員，采取及時的應對措施；當運動員出現運動意外時需要緊急救治，醫護人員可根據系統提示的運動員地理位置信息迅速趕赴意外現場進行救治，提高了救護效率，最大程度保障運動員的運動安全，防止運動性猝死事件的發生。同時該系統可以對運動安全早期病進行預警，對運動訓練的前、中、后期的鍛煉負荷和體能恢復情況進行實時監控以及反饋。

LBS軌跡追蹤服務平臺主要由三大功能模塊組成，分別為數據采集系統采集監測對象在預定時間內的運動相關數據以及監測對象的位置數據、數據發送系統將采集模塊采集到的數據通過無線信號發射裝置傳送給軟件接收端、數據處理系統將傳送過來的運動原始數據通過建模、算法等處理，最終顯示在手機軟件端，并給出馬拉松運動中發生的相應的問題解決方案。

3運動采集模塊簡介

首先軌跡采集模塊，運動員運動軌跡是采用位置軌跡傳感器采集的一系列戶外活動的位置點，每個點包括日期、時間、經度、緯度、海拔等信息，運動軌跡采集主要有兩種方式，按照時間間隔或按照距離間隔。在本系統運動軌跡采集模塊中主要用的是時間間隔采集方式，通過采集設備中的芯片每隔一秒獲取運動員的位置信息，從而可以獲取運動員在這段時間內的運動軌跡，通過采集運動員的運動軌跡可以實時監控運動員的運動狀態、運動位置，當運動員突然發生意外時可以根據運動員在手機軟件中顯示的具體位置快速聯系就近醫護站點對運動員進行安全救助。在數據采集系統中系統運動軌跡采集模塊中的定位芯片用的是當前國際上常用的芯片美國最新的第三代芯片，采用20萬每次頻率的相關器提高了靈敏度，冷開機42秒，暖開機38秒，熱開機8秒，可以同時追蹤20個衛星信道。芯片功耗降低，降低了功耗，甚至有睡眠狀態靜態不工作可以節電，提高產品待機時間；體積減少，體積小，重量輕，這是社會的需求和發展趨勢，可以擴大更多的應用范圍和領域；抗干擾能力增強，高壓線、電場、磁場、高速動態、微波、手機，同頻干擾的環境下仍能正常工作；定位時間快：無論冷啟動、溫啟、熱啟，重捕時間平均快5到30秒鐘；高感度：即在高樓、樹蔭、橋下、遮檔、遂洞、窗口、車內甚至車底盤下仍可很快定位接收4顆以上衛星。為了測試數據采集系統中位置傳感器在運動員實時定位上的具體使用效果，邀請了兩位測試人員穿戴數據采集設備繞足球場慢跑，在慢跑過程中系統軟件測試端實時顯示測試者的地理位置信息并與測試者實際位置保持一致。手機實時顯示可以隨著測試者方位的改變實時刷新改變，而采用衛星圖方式可以很好的顯示出測試者周邊的位置地理環境，假設這時候這兩名測試者出現一定程度的受傷狀況，需要救助站對他們進行救護或者搜救該軌跡追蹤服務平臺就能很快的監測到測試者的具體方位，通過衛星圖可以準確的知道測試者的具體位置并結合周邊的地理環境選擇最佳營救方案以便及時救護受傷者。

其次是運動狀態采集模塊，運動狀態變化采集傳感器使用的是一個九軸感測組件，它是由三軸加速度傳感器采集運動員運動速度，三軸數字羅盤采集運動員運動方位位置、方向，三軸陀螺儀采集運動員在運動過程中的身體姿態狀態構成。該組件整合了兩個芯片：一含三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器，內建可處理復雜的九軸運動感測融合算法的數字運動感測處理器，另一為三軸數字電子羅盤。如果通過三軸數字電子羅盤采集不到位置、方向的改變，通過三軸加速度傳感器采集到運動員的運動速度為零，通過三軸陀螺儀采集到運動員身體姿態發生了明顯變化，如運動員的重心位置三軸上發生了很大的偏移運動員很有可能停止了運動，可能出現了突然摔倒的狀況。在必要時候就需要醫護人員根據GPS定位信息趕往事故現場進行救治。為了測試數據采集系統的九軸感測組件能夠在運動員運動過程中檢測到運動員發生安全意外時的身體姿態狀況，邀請測試人員分別模擬運動員在運動過程中運動姿態變化情況。測試人員模擬了在運動過程中出現的兩種運動安全情況：運動員突然感到不適運動狀態減弱，這種情況為運動員在運動過程中有自我保護意識，在意識到自己身體狀態出現異常或者通過運動軌跡追蹤服務平臺檢測到運動員心率高于危險值通知運動員趕快做減速運動。運動員在運動過程中突然受傷、暈倒，停止運動，這時候該軌跡追蹤服務平臺獲取的運動員速度數據為零，而其重心在Y軸上偏移較大，這種情況醫護人員可以結合心率數據的顯示根據位置定位迅速趕往現場進行救治。

最后是運動員心率數據采集模塊，在心率數據采集模塊中使用了光學心率采集原理，采用的光電心率傳感器是利用綠光和紅外光以及兩種光傳感器來檢測心率。當其處于15攝氏度以下的低溫時通過測量綠光的吸收狀況來獲取更為精準的數據，而高溫環境下比如運動員正在健身房里揮汗如雨時皮膚表面水分增加，由于更多綠光已經被吸收掉要檢測皮下反射的綠光就比較困難，這時光電心率傳感器就轉換到紅外光模式。數據采集系統的心率采集傳感器采用的是光電心率傳感器，而一般人可以承受的最大心率可以通過最大心率計算公式詳細計算獲得。在體育運動中特別是中長距離體育運動項目像馬拉松長跑對心率的實時監測與未知實時監測是保障運動員安全的重要手段之一。在馬拉松比賽中專業運動員都會佩戴一個智能手表，而這手表不僅可以顯示運動時間還能實時顯示運動員的實時心率，運動員通過查看自身的心率數據不僅可以詳細了解自身的身體狀態確定比賽戰術，更重要的是在實時心率值達到危險臨界值時對運動員提供預警機制保證運動員在運動過程中時時保護自己的生命安全。本系統通過光電心率傳感器采集運動員的實時心率并通過無線傳輸協議將數據傳送到手機端進行實時監測顯示并在運動員實時心率接近危險值時做出警報。為了測試心率數據采集模塊能夠在運動員運動過程中監測運動員的實時心率，邀請測試人員分別模擬運動員在運動過程中不同激烈程度的運動狀態，來監測某種運動狀態的下的心率數據。測試人員為運動員模擬了三種不同運動強度，在這三種不同運動強度下，系統監測到的心率值也有明顯不同，在百米沖刺跑的情況下，該軌跡追蹤服務平臺在手機軟件端顯示的心率值接近最大心率值，系統做出預警提示；此時模擬的是當運動員運動過于激烈，導致自身心率值巨增，可能會發生身體狀況出現異常，如暈倒，受傷等情況出現，這時候 LBS軌跡追蹤服務平臺會做出預警，提醒運動員需要降低運動強度。

4軌跡追蹤服務平臺的應用

目前該平臺不僅可以廣泛運用于馬拉松運動賽事中同時還能運用于其他運動項目如足球、曲棍球、跑步、定向越野、帆船等多種競技體育，在足球中可以用于比賽后的路線戰術分析及走位策略制定，田徑類運動和定向越野比如長跑和馬拉松運動可以很好的定位位置軌跡及心率避免在運動危險發生時處于空曠地帶無法及時救助，定向越野可以避免在比賽中發生危險人員失蹤等危險意外的發生，帆船運動可以及時避免海難保證搜救效率。同時服務于專業運動員的訓練、大眾健身以及保障老年人戶外運動安全。

5結論

在該軌跡追蹤服務平臺的運動數據采集中使用物聯網技術實時采集并監控馬拉松運動員的運動軌跡變化運動狀態變化以及運動過程中的心率數據變化，對馬拉松運動員的運動安全提供集預警救治于一體的全方位保障。

數據采集系統利用在數據采集模塊中的位置傳感器對馬拉松運動員運動過程中的地理位置信息進行實時定位和采集，確保運動員在運動過程中出現運動安全意外 時醫護人員可以迅速定位運動員位置并到達事發地點展開及時救助；當運動員在運動過程中因心率過高而導致跌倒時采用九軸感測組件對運動員運動狀態進行監測分析可能出現的問題；利用心率傳感器對運動員的心率進行實時采集并通過數據傳輸模塊傳輸到手機端進行實時監控。

構建布局合理功能完善的馬拉松運動產業體系，形成政府引導、社會參與、市場運作的良性發展模式，建設投資主體多元化、融資方式多樣化、運作方式市場化的新機制，實現馬拉松運動產業繼承創新發展和統籌協調發展的新局面有力帶動其他體育運動產業的發展。這也是目前國家體育總局聯合發改委、旅游局等10部委的明確規劃。2020年全國馬拉松規模賽事將超過1900場，中國田徑協會認證賽事達到350場，各類路跑賽事參賽人數超過1000萬人次，馬拉松運動產業規模將達到1200億元。而此套專門針對于馬拉松運動而研發的的位置軌跡跟蹤服務平臺無疑將成為政府采購項下最具競爭性的馬拉松安全服務提供商之一服務于各大馬拉松賽事。

參考文獻

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[2] 張彥峰，江崇民，蔡睿，邱淑敏.國民體質監測質量控制體系的建立與應用[J].山東體育科技，2012.