LBS位置轨迹追踪服务平台在马拉松运动中的应用与研究

李璇

摘 要 全民健身热潮的兴起伴随我国社會经济的快速发展，精神生活需求越来越高，人民群众对体育运动涉及的项目越来越多，尤以马拉松运动为主为带动全民健身和促进体育产业发展发挥了重要作用。在国家战略政策支持，全民健身计划的实施，人们的健身意识日益增强，对运动消费需求不断上升，在全民健身的热潮下，近三年以来马拉松运动在我国迅速崛起，马拉松赛事呈指数式增长。马拉松受众人群逐年增加，但是由于参与人数身体素质参差不齐导致运动安全事故经常发生这是马拉松运动中不可小觑的问题之一。在马拉松运动过程中因缺少适合的LBS轨迹追踪服务平台对运动员的运动数据进行实时有效的监测与反馈使得运动安全意外发生时医护人员不能及时得到相关信息并展开救治，甚至出现猝死等严重安全问题。针对这一现象轨迹追踪服务平台结合物联网技术通过可穿戴设备实现运动员的运动轨迹追踪、实时采集运动状态变化等相关运动数据并将数据传入云端服务器，进行数据的保存、分析和处理，当运动状态接近危险区时系统会做出预警提示并将提示分别反馈给运动员与专业的急救人员，采取及时的应对措施防止运动性猝死事件的发生有效保护运动员的安全同时保证马拉松赛事的顺利进行。

关键词 马拉松 轨迹追踪 物联网 运动安全 智能穿戴

中图分类号：TP309 文献标识码：A

1研究背景

近年来马拉松热潮正在全国各地大范围兴起，中国田径协会公布的统计数据显示2016年中国田径协会注册的马拉松赛事达三百二十八场，2017年达到一千一百零二场。2017年的一千一百零二场规模赛事达到四百九十八万人次的参赛规模比2016年的280万增长了百分之七十七多。以2016年与2017年武汉马拉松赛参赛人数对比可以看出2016年武汉马拉松参赛人数为六万一千三百七十八人，而2017年武汉马拉松参赛人数达到了十二万两千一百三十七人，相比于2016年人数多了一倍之多。在马拉松运动发展如火如荼的当下运动安全问题成为人们最为关心且普遍存在的问题之一。2016年清远马拉松2万多参跑者，3例进入重症医护室，晕倒二十例，虚脱三百零六例。在2017年首届银川国际马拉松赛上一名半马选手在距离终点仅为2.5公里的终点倒地，虽经全力抢救仍然不幸于将近24小时后死亡。这也是在不断加强赛事安全的大背景下2017年国内马拉松发生的第一例死亡事件。当下逐渐壮大的马拉松运动人群，参赛人数推算到百万人时，运动损伤、猝死数目将会是个十分可怕的数字。那么如何解决马拉松运动存在的安全问题已然成为一个必要而不可避免的话题。

由于马拉松跑步导致猝死的案例也不断上升，在体育运动中无论是专业的运动员还是体育运动爱好者在体育运动和健身的过程中都会面临各种各样的安全隐患问题。特别是像马拉松这类长距离高耐力的运动一方面由于业余爱好者经验的不足对自身身体素质的不了解以及跑马运动中可能面对的其他情况，对自身的保护意识不够使得安全事故时有发生；另一方面在运动过程中由于缺乏对运动数据的实时监控以至于在安全事故发生后医护人员无法对运动员进行及时救治，从而导致运动性猝死现象的发生，其中不乏很多高素质的专业运动员。因此在马拉松运动的过程中如果对运动员的运动数据进行全面实时的监控，在某些影响生命安全的指标出现异常时迅速对运动员进行警示提醒以及采取医护措施，可以有效的预防运动安全事故的发生。

2系统概述

该服务平台的研发通过可穿戴式设备采集运动员运动数据经物联网技术同步手机，同时将数据上传云端服务器进行数据的保存、分析和处理，当运动状态接近危险区时系统会做出预警提示并将提示反馈给专业的救护医生以及运动员，采取及时的应对措施；当运动员出现运动意外时需要紧急救治，医护人员可根据系统提示的运动员地理位置信息迅速赶赴意外现场进行救治，提高了救护效率，最大程度保障运动员的运动安全，防止运动性猝死事件的发生。同时该系统可以对运动安全早期病进行预警，对运动训练的前、中、后期的锻炼负荷和体能恢复情况进行实时监控以及反馈。

LBS轨迹追踪服务平台主要由三大功能模块组成，分别为数据采集系统采集监测对象在预定时间内的运动相关数据以及监测对象的位置数据、数据发送系统将采集模块采集到的数据通过无线信号发射装置传送给软件接收端、数据处理系统将传送过来的运动原始数据通过建模、算法等处理，最终显示在手机软件端，并给出马拉松运动中发生的相应的问题解决方案。

3运动采集模块简介

首先轨迹采集模块，运动员运动轨迹是采用位置轨迹传感器采集的一系列户外活动的位置点，每个点包括日期、时间、经度、纬度、海拔等信息，运动轨迹采集主要有两种方式，按照时间间隔或按照距离间隔。在本系统运动轨迹采集模块中主要用的是时间间隔采集方式，通过采集设备中的芯片每隔一秒获取运动员的位置信息，从而可以获取运动员在这段时间内的运动轨迹，通过采集运动员的运动轨迹可以实时监控运动员的运动状态、运动位置，当运动员突然发生意外时可以根据运动员在手机软件中显示的具体位置快速联系就近医护站点对运动员进行安全救助。在数据采集系统中系统运动轨迹采集模块中的定位芯片用的是当前国际上常用的芯片美国最新的第三代芯片，采用20万每次频率的相关器提高了灵敏度，冷开机42秒，暖开机38秒，热开机8秒，可以同时追踪20个卫星信道。芯片功耗降低，降低了功耗，甚至有睡眠状态静态不工作可以节电，提高产品待机时间；体积减少，体积小，重量轻，这是社会的需求和发展趋势，可以扩大更多的应用范围和领域；抗干扰能力增强，高压线、电场、磁场、高速动态、微波、手机，同频干扰的环境下仍能正常工作；定位时间快：无论冷启动、温启、热启，重捕时间平均快5到30秒钟；高感度：即在高楼、树荫、桥下、遮档、遂洞、窗口、车内甚至车底盘下仍可很快定位接收4颗以上卫星。为了测试数据采集系统中位置传感器在运动员实时定位上的具体使用效果，邀请了两位测试人员穿戴数据采集设备绕足球场慢跑，在慢跑过程中系统软件测试端实时显示测试者的地理位置信息并与测试者实际位置保持一致。手机实时显示可以随着测试者方位的改变实时刷新改变，而采用卫星图方式可以很好的显示出测试者周边的位置地理环境，假设这时候这两名测试者出现一定程度的受伤状况，需要救助站对他们进行救护或者搜救该轨迹追踪服务平台就能很快的监测到测试者的具体方位，通过卫星图可以准确的知道测试者的具体位置并结合周边的地理环境选择最佳营救方案以便及时救护受伤者。

其次是运动状态采集模块，运动状态變化采集传感器使用的是一个九轴感测组件，它是由三轴加速度传感器采集运动员运动速度，三轴数字罗盘采集运动员运动方位位置、方向，三轴陀螺仪采集运动员在运动过程中的身体姿态状态构成。该组件整合了两个芯片：一含三轴陀螺仪、三轴加速度传感器，内建可处理复杂的九轴运动感测融合算法的数字运动感测处理器，另一为三轴数字电子罗盘。如果通过三轴数字电子罗盘采集不到位置、方向的改变，通过三轴加速度传感器采集到运动员的运动速度为零，通过三轴陀螺仪采集到运动员身体姿态发生了明显变化，如运动员的重心位置三轴上发生了很大的偏移运动员很有可能停止了运动，可能出现了突然摔倒的状况。在必要时候就需要医护人员根据GPS定位信息赶往事故现场进行救治。为了测试数据采集系统的九轴感测组件能够在运动员运动过程中检测到运动员发生安全意外时的身体姿态状况，邀请测试人员分别模拟运动员在运动过程中运动姿态变化情况。测试人员模拟了在运动过程中出现的两种运动安全情况：运动员突然感到不适运动状态减弱，这种情况为运动员在运动过程中有自我保护意识，在意识到自己身体状态出现异常或者通过运动轨迹追踪服务平台检测到运动员心率高于危险值通知运动员赶快做减速运动。运动员在运动过程中突然受伤、晕倒，停止运动，这时候该轨迹追踪服务平台获取的运动员速度数据为零，而其重心在Y轴上偏移较大，这种情况医护人员可以结合心率数据的显示根据位置定位迅速赶往现场进行救治。

最后是运动员心率数据采集模块，在心率数据采集模块中使用了光学心率采集原理，采用的光电心率传感器是利用绿光和红外光以及两种光传感器来检测心率。当其处于15摄氏度以下的低温时通过测量绿光的吸收状况来获取更为精准的数据，而高温环境下比如运动员正在健身房里挥汗如雨时皮肤表面水分增加，由于更多绿光已经被吸收掉要检测皮下反射的绿光就比较困难，这时光电心率传感器就转换到红外光模式。数据采集系统的心率采集传感器采用的是光电心率传感器，而一般人可以承受的最大心率可以通过最大心率计算公式详细计算获得。在体育运动中特别是中长距离体育运动项目像马拉松长跑对心率的实时监测与未知实时监测是保障运动员安全的重要手段之一。在马拉松比赛中专业运动员都会佩戴一个智能手表，而这手表不仅可以显示运动时间还能实时显示运动员的实时心率，运动员通过查看自身的心率数据不仅可以详细了解自身的身体状态确定比赛战术，更重要的是在实时心率值达到危险临界值时对运动员提供预警机制保证运动员在运动过程中时时保护自己的生命安全。本系统通过光电心率传感器采集运动员的实时心率并通过无线传输协议将数据传送到手机端进行实时监测显示并在运动员实时心率接近危险值时做出警报。为了测试心率数据采集模块能够在运动员运动过程中监测运动员的实时心率，邀请测试人员分别模拟运动员在运动过程中不同激烈程度的运动状态，来监测某种运动状态的下的心率数据。测试人员为运动员模拟了三种不同运动强度，在这三种不同运动强度下，系统监测到的心率值也有明显不同，在百米冲刺跑的情况下，该轨迹追踪服务平台在手机软件端显示的心率值接近最大心率值，系统做出预警提示；此时模拟的是当运动员运动过于激烈，导致自身心率值巨增，可能会发生身体状况出现异常，如晕倒，受伤等情况出现，这时候 LBS轨迹追踪服务平台会做出预警，提醒运动员需要降低运动强度。

4轨迹追踪服务平台的应用

目前该平台不仅可以广泛运用于马拉松运动赛事中同时还能运用于其他运动项目如足球、曲棍球、跑步、定向越野、帆船等多种竞技体育，在足球中可以用于比赛后的路线战术分析及走位策略制定，田径类运动和定向越野比如长跑和马拉松运动可以很好的定位位置轨迹及心率避免在运动危险发生时处于空旷地带无法及时救助，定向越野可以避免在比赛中发生危险人员失踪等危险意外的发生，帆船运动可以及时避免海难保证搜救效率。同时服务于专业运动员的训练、大众健身以及保障老年人户外运动安全。

5结论

在该轨迹追踪服务平台的运动数据采集中使用物联网技术实时采集并监控马拉松运动员的运动轨迹变化运动状态变化以及运动过程中的心率数据变化，对马拉松运动员的运动安全提供集预警救治于一体的全方位保障。

数据采集系统利用在数据采集模块中的位置传感器对马拉松运动员运动过程中的地理位置信息进行实时定位和采集，确保运动员在运动过程中出现运动安全意外 时医护人员可以迅速定位运动员位置并到达事发地点展开及时救助；当运动员在运动过程中因心率过高而导致跌倒时采用九轴感测组件对运动员运动状态进行监测分析可能出现的问题；利用心率传感器对运动员的心率进行实时采集并通过数据传输模块传输到手机端进行实时监控。

构建布局合理功能完善的马拉松运动产业体系，形成政府引导、社会参与、市场运作的良性发展模式，建设投资主体多元化、融资方式多样化、运作方式市场化的新机制，实现马拉松运动产业继承创新发展和统筹协调发展的新局面有力带动其他体育运动产业的发展。这也是目前国家体育总局联合发改委、旅游局等10部委的明确规划。2020年全国马拉松规模赛事将超过1900场，中国田径协会认证赛事达到350场，各类路跑赛事参赛人数超过1000万人次，马拉松运动产业规模将达到1200亿元。而此套专门针对于马拉松运动而研发的的位置轨迹跟踪服务平台无疑将成为政府采购项下最具竞争性的马拉松安全服务提供商之一服务于各大马拉松赛事。

参考文献

[1] 郑伟涛.国内外体育工程学的研究综述[J].2006年全国体育仪器器材与体育系统仿真学术报告会论文集，2006，4：31-32.

[2] 张彦峰，江崇民，蔡睿，邱淑敏.国民体质监测质量控制体系的建立与应用[J].山东体育科技，2012.