Патент на изобретение №2399400

(54) СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ДВИГАТЕЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ИГРОКОВ ФУТБОЛЬНОЙ КОМАНДЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области спорта. На каждом игроке команды установлены спутниковые навигационные приемники. Выход блока расчета скорости движения и пройденного расстояния соединен со входом блока расчета коэффициента двигательной активности игроков. Один вход блока расчета времени нахождения игроков в зонах игрового поля соединен с выходом спутниковых навигационных приемников. Другой его вход соединен с выходом блока хранения координат зон игрового поля. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения параметров движения и игровой активности футболистов, оценки их взаимодействия между собой. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области устройств тренировки и измерения параметров движения спортсменов.

Известен ряд устройств и систем для тренировки и измерения параметров движения спортсмена.

Так, например, известно устройство по патенту США 4 121829 для тренировки футболистов. Устройство позволяет спортсмену отрабатывать технику владения мячом.

Известен также GPS-прибор для легкоатлетов и велосипедистов «Forerunner 50», выпускаемый компанией Garmin International Inc. США, который может быть использован для регистрации скорости движения спортсмена и пройденного расстояния.

Также известна система для горнолыжника, содержащая GPS-прибор, который используется для записи траектории движения спортсмена и определения скорости его движения и расстояния, пройденного по трассе спуска. Inside GNSS, spring 2007, volume 2, number 3, Turning Point Trajectory Analysis for Sciers, Adrian Wagli and Jan Skaloud.

Эта система принята в качестве прототипа настоящего изобретения.

Недостатком прототипа является невозможность его применения для мониторинга параметров двигательной и игровой активности футболистов.

Задача настоящего изобретения является создание системы, позволяющей измерять дополнительные параметры движения футболиста, а также игровую активность футболистов и оценивать их взаимодействие между собой.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения параметров движения и игровой активности футболистов, оценки их взаимодействия между собой

Указанный технический результат достигается тем, что в состав системы введены блок расчета коэффициента двигательной активности игрока, блок расчета времени нахождения игрока в зонах игрового поля и блок хранения координат зон игрового поля, при этом выход блока расчета скорости движения и пройденного расстояния соединен со входом блока расчета коэффициента двигательной активности игроков, а выход спутниковых навигационных приемников соединен со входом блока расчета времени нахождения игроков в зонах игрового поля, другой вход которого соединен с выходом блока хранения координат зон игрового поля.

В систему могут быть введены установленные на игроках датчики контакта игроков с мячом и блок расчета параметров взаимодействия футболистов, при этом датчики контакта игроков с мячом соединены со спутниковыми навигационными приемниками, а спутниковые навигационные приемники соединены с блоком расчета параметров взаимодействия игроков.

Игроки команды соперника снабжены датчиками контакта игроков с мячом, при этом их выходы подключены к спутниковым навигационным приемникам игроков команды соперника, которые подключены к блоку расчета параметров взаимодействия игроков.

Датчик контакта игрока с мячом может быть установлен в бутсе игрока и может быть выполнен в виде ультразвукового датчика, содержащего ультразвуковой излучатель и ультразвуковой приемник, подключенный к спутниковому навигационному приемнику

Сущность изобретения поясняется фиг.1-6

На фиг.1-6 обозначено:

1-10 – спутниковые навигационные приемники игроков футбольной команды,

11 – блок расчета скорости движения и пройденного расстояния,

12 – блок расчета коэффициента двигательной активности игроков,

13 – блок расчета времени нахождения игроков в зонах игрового поля,

14 – блок хранения координат зон игрового поля,

15-24 – датчики контакта игроков с мячом,

25 – блок расчета параметров взаимодействия игроков,

26-35 – спутниковые навигационные приемники игроков футбольной команды соперника,

36-45 – датчики контакта игроков с мячом команды соперника,

46 – фрагмент графика передач мяча,

47 – бутса,

48 – встроенный в бутсу датчик контакта игрока с мячом,

49 – ультразвуковой излучатель,

50 – ультразвуковой приемник,

51 – мяч,

52 – спутниковый навигационный приемник.

На фиг.1 изображена система мониторинга двигательной активности игроков футбольной команды, содержащая установленные на игроках спутниковые навигационные приемники 1-10, блок расчета скорости движения и пройденного расстояния 11, блок расчета коэффициента двигательной активности 12, блок расчета времени нахождения игрока в зонах игрового поля 13 и блок хранения координат зон игрового поля 14.

На фиг.2 изображена система мониторинга двигательной активности игроков футбольной команды, в которую дополнительно введены датчики контакта игроков с мячом 15-24 и блок расчета параметров взаимодействия игроков 25. Датчики 15 -24 соединены со спутниковыми навигационными приемниками 1-10. Выходы спутниковых навигационных приемников 1-10 соединены с блоком расчета параметров взаимодействия игроков 25.

На фиг.3 изображена система мониторинга двигательной активности игроков футбольной команды, в которой игроки футбольной команды соперника также снабжены спутниковыми навигационными приемниками 26-35 и датчиками контакта игроков с мячом 36 – 45.

На фиг.4 показан фрагмент графика передач мяча 46 в процессе игры от одного игрока другому.

На фиг.5 изображена бутса 47 со встроенными в нее датчиком контакта игрока с мячом 48.

На фиг.6 показан датчик контакта игрока с мячом 48, содержащий ультразвуковой излучатель 49 и ультразвуковой приемник 50. Датчик 48 определяет контакт с мячом 51. Ультразвуковой приемник 52 подключен к спутниковому навигационному приемнику 52.

Система мониторинга двигательной активности работает следующим образом.

Каждый игрок команды, кроме вратаря, снабжен спутниковым навигационным приемником 1-10.

В процессе игры (фиг.1) данные о координатах местоположения игрока _и, _и и текущее время и записываются в память спутниковых навигационных приемников 1-10. Дискретность записи может быть установлена в диапазоне долей секунды.

После окончания игры спутниковые навигационные приемники 1-10 подключаются к блоку расчета скорости и пройденного расстояния 11 и блоку расчета времени нахождения игроков в зонах игрового поля 13.

В блоке 11 по данным о координатах _и, _и местоположения игрока

на поле рассчитывается средняя скорость движения V_cp каждого игрока за любой требуемый интервал времени и пройденное за игру расстояние R.

Данные о средних скоростях и времени поступают в блок расчета коэффициента двигательной активности игроков 12. В этом блоке рассчитывается время, в течение которого игрок в процессе игры двигался со скоростью меньшей пороговой скорости V_пор, и время, в течение которого игрок двигался со скоростью большей V_пор. Пороговая скорость разделяет скорости движения футболиста на два диапазона скоростей – движение с низкой скоростью до V_пор, движение с высокой скоростью выше V_пор. Пороговую скорость назначает тренер.

В блоке 12 для каждого игрока рассчитывается коэффициент двигательной активности K_а-Т_в/Т_н, где Т_в – время, в течение которого игрок двигался с высокой скоростью, Т_н – время, в течение которого игрок двигался с низкой скоростью.

Этот коэффициент позволит сравнивать двигательную активность разных игроков.

В блоке 13 рассчитывается время нахождения игрока в зонах футбольного поля. Выделены три зоны поля – своя штрафная площадка, центр поля и штрафная площадка соперника.

Координаты _з, _з линий ограничения местоположения каждой зоны заранее занесены в блок хранения координат 14.

При анализе координаты _з, _з передаются в блок расчета времени нахождения игроков в зонах игрового поля 13. С другой стороны, в

блок 13 поступают координаты _иi, _иi местоположения каждого игрока команды и время t_иi.

На основании этих данных в блоке 13 путем перебора координат определяется длительность нахождения игрока в той или иной части поля во время игры: Т1 – длительность нахождения в своей штрафной площадке, Т2 – длительность нахождения в центральной зоне, Т3 -длительность нахождения в штрафной площадке соперника.

Система, изображенная на фиг.2, работает следующим образом. Датчики контакта игрока с мячом 15-24 фиксируют длительность каждого контакта игроков с мячом и передают сигналы S_k, пропорциональные длительности, в соответствующие спутниковые навигационные приемники 1-10. В спутниковых приемниках 1-10 формируются данные о местоположении игроков с пометкой времени касания мяча, т.е. формируются координаты _ик, _ик с пометкой времени касания t_ик. Эти параметры определяются для каждого игрока и поступают в блок расчета параметров взаимодействия игроков 25.

В блоке 25 по этим данным для каждого игрока рассчитываются следующие параметры, характеризующие игровую активность футболиста:

– N_pi – количество результативных передач,

– D_pi – дистанция передачи,

– A_i – адресат передачи,

– T_pi – время передачи,

– N_нрi – количество нерезультативных передач,

– t_нрi – время передачи.

Алгоритм расчета количества результативных и нерезультативных передач основан на анализе временных интервалов T_i-j между моментом времени касания мяча при передаче мяча i игроком и моментом времени касания мяча при приеме мяча j игроком из той же команды. Эти временные интервалы однозначно определяются по входным данным блока 25.

Если этот временной интервал меньше некоторого, заранее выбранного из опытных данных порогового времени Тп, то принимается решение о результативной передаче от i игрока j игроку. По этим данным рассчитывается количество результативных передач N_pi и указывается время их выполнения T_pi.

Так как спутниковые навигационные приемники идентифицируются с фамилией игрока, на котором они закреплены, то автоматически определяются адресат передачи A_i, т.е. фамилия игрока, который принял передачу.

По координатам передающего игрока в момент передачи мяча и принимающего игрока в момент приема мяча определяется дистанция передачи D_p.

Если временной интервал T_i-j больше порогового времени Тп, то принимается решение о нерезультативной передаче. Определяется количество нерезультативных передач N_нрi и указывается время их выполнения t_нрi.

Следует отметить, что точность определения количества результативных передач в соответствии с приведенным временным алгоритмом, основанным на понятии порогового времени, не будет 100%, т.к. порог времени может не отразить всех конкретных ситуаций, которые могут возникнуть на поле. Тем не менее, даже такая приближенная оценка является полезной при анализе игровой активности игроков в процессе футбольного матча.

Система мониторинга двигательной активности, изображенная на фиг.3, дает практически абсолютную точность определения параметров:

– N_pi– количество результативных передач;

– D_pi – дистанция передачи;

– A_i – адресат передачи;

– T_pi – время передачи;

– N_нрi – количество нерезультативных передач;

– t_нрi – время передачи.

Система работает следующим образом.

Совершенно аналогично работе системы на фиг.2 датчики контакта игрока с мячом 36-45 второй команды фиксируют длительность каждого контакта игроков с мячом и передают сигналы S_k, пропорциональные длительности, в соответствующие спутниковые навигационные приемники 26-35. В спутниковых приемниках 29-38 формируются данные о местоположении игроков второй команды с пометкой времени касания с мячом, т.е. формируются координаты _ик, _ик с пометкой времени контакта t_ик. Эти параметры, характеризующие каждого игрока второй команды, также вводятся в блок расчета параметров взаимодействия игроков 25.

Таким образом, в блоке 25 содержатся данные о координатах перемещений 20 игроков обеих команд с отметками времени контакта игроков с мячом.

По этим данным в блоке 25 во времени строится график передач мяча от одного игрока другому и из этого графика могут быть получены все параметры, характеризующие игровую активность игроков. Фрагмент графика показан на фиг.4. В обозначениях игроков первая цифра – это номер игрока, а вторая – его принадлежность к первой или второй команде. Сплошные линии означают результативную передачу, а прерывистые – нерезультативную передачу.

На фиг.5 показана датчик контакта игрока с мячом 48, установленный в бутсу 47.

Крепление датчиков контакта игрока с мячом в бутсе позволяет упростить схему построения датчика, так как сокращает расстояние, на котором датчиком должен быть распознан контакт с мячом.

Ультразвуковой датчик контакта игрока с мячом 48, изображенный на фиг.6 работает следующим образом.

Ультразвуковой излучатель 49 постоянно включен и излучает сигнал в пространство перед бутсой. Если перед бутсой появляется мяч 51, ультразвуковой сигнал отразится от мяча 51 и его воспримет приемник 50, который сформирует сигнал контакта бутсы с мячом. Этот сигнал с выхода приемника 50 поступит в спутниковый навигационный приемник 52.

Ультразвуковой излучатель и приемник настроены так, что они реагируют на мяч на расстоянии не более 1-2 см, что позволяет считать мяч контактирующим с бутсой.

Для технической реализации системы могут быть использованы спутниковые навигационные приемники ГЛОНАС или GPS. Точность измерения местоположения этими системами достигает нескольких метров, масса-габаритные характеристики позволяют встроить их в одежду футболиста.

Датчик контакта игрока с мячом может быть реализован на различных физических принципах. Наиболее простой – ультразвуковой датчик. В настоящее время ультразвуковые датчики широко распространены в технике и выпускаются электронной промышленностью как в виде сборки в конструктиве датчика, так и россыпью по элементам, и могут быть установлены в любой конструктив.

Размеры ультразвуковых излучателей и приемников могут достигать 3-4 мм в длину, 3 мм в диаметре и поэтому легко могут быть встроены в бутсы.

Все расчетные блоки, входящие в систему, могут быть реализованы программным путем в компьютере.

Формула изобретения

1. Система мониторинга двигательной активности игроков футбольной команды, содержащая спутниковые навигационные приемники, установленные на каждом игроке команды и соединенный с ними блок расчета скорости движения и пройденного расстояния, отличающаяся тем, что в ее состав введены блок расчета коэффициента двигательной активности игрока, блок расчета времени нахождения игрока в зонах игрового поля и блок хранения координат зон игрового поля, при этом выход блока расчета скорости движения и пройденного расстояния соединен со входом блока расчета коэффициента двигательной активности игроков, а выход спутниковых навигационных приемников соединен со входом блока расчета времени нахождения игроков в зонах игрового поля, другой вход которого соединен с выходом блока хранения координат зон игрового поля.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в ее состав введены установленные на игроках датчики контакта игроков с мячом и блок расчета параметров взаимодействия футболистов, при этом датчики контакта игроков с мячом соединены со спутниковыми навигационными приемниками, а спутниковые навигационные приемники соединены с блоком расчета параметров взаимодействия игроков.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что игроки команды соперника снабжены датчиками контакта игроков с мячом, при этом их выходы подключены к спутниковым навигационным приемникам игроков команды соперника, которые подключены к блоку расчета параметров взаимодействия игроков.

4. Система по п.2, отличающаяся тем, что датчик контакта игрока с мячом установлен в бутсе игрока.

5. Система по п.2, отличающаяся тем, что датчик контакта игрока с мячом выполнен в виде ультразвукового датчика, содержащего ультразвуковой излучатель и ультразвуковой приемник, подключенный к спутниковому навигационному приемнику.

РИСУНКИ