一种可穿戴式多源体能数据采集与监测装置的制作方法

本发明涉及体能监测与穿戴式设备，具体涉及一种可穿戴式多源体能数据采集与监测装置。

背景技术：

1、随着特种职业及对抗性体能训练（如航空安保训练等）科学化、标准化需求的日益增加，对受训人员训练过程中的体能状态与动作规范性进行精准量化评估显得尤为重要。

2、目前，本领域主流的现有技术方案主要包括以下三类：

3、1、专项训练采集设备：如针对航空安保人体打击训练的设备，通常在硅胶半身假人内置压力及加速度传感器；或采用民航安全员考核app，利用手机/平板电脑进行计时计圈管理。

4、2、军警通用穿戴式体能监测系统：采用手环结合基站采集心率、姿态、定位等常规数据；或者采用“ai视觉+可穿戴号码背心”的模式，通过摄像头捕捉人体骨骼点。

5、3、通用可穿戴多传感器采集技术：在通用穿戴设备中集成加速度、陀螺仪、地磁或柔性贴片等传感器，用于日常运动或医疗康复监测。

6、然而，在面对高强度、高对抗性、多科目的训练场景时，上述现有技术仍存在以下明显缺陷：

7、第一，传感器维度单一，无法实现多源体能状态的全维度量化。 现有设备要么仅能监测心率、血氧等生命体征，要么仅能采集姿态或加速度数据，缺乏力量、压力、肌电及反应速度等关键指标的协同采集；而纯软件app或假人设备则无法测量人体自身的高动态姿态与体能负荷。这是因为现有技术缺乏针对高强度对抗训练所特化的多传感器集成硬件架构，导致采集到的数据割裂，无法完整还原受训人员的体能与动作链。

8、第二，动作识别与评估精准度低，缺乏深度的多源数据融合。 现有通用算法仅能识别跑步、俯卧撑等基础动作，且多传感器数据仅做简单叠加；而ai视觉方案在高动态、近距离对抗（如擒敌、格斗）中极易因身体遮挡而发生误判或识别失效。其原因在于现有技术缺乏内置的专项动作库以及针对多源体能信号（如姿态、肌电、力量）的深度融合处理机制，导致原始数据难以转化为精准的动作分类与体能评估结果。

9、第三，穿戴结构抗冲击与防护性差，高强度对抗下易脱落损坏。 现有的手环、通用背心或贴片式传感器主要是面向日常健身或医疗康复设计。在攀爬、格斗、剧烈战术移动等高强度对抗场景下，受体表剧烈摩擦与外力撞击，传统穿戴硬件极易发生物理脱落或结构损坏，无法保障数据的稳定连续采集。

10、第四，无线通信稳定性不足，密集训练时易发生数据丢失。 现有的可穿戴设备普遍仅依赖单一的低功耗蓝牙等无线传输方式。在多学员集中训练或复杂的场馆屏蔽环境下，无线信道极易受到干扰或发生拥堵中断，进而导致训练过程中的关键体能数据彻底丢失。

11、第五，软硬件割裂且功耗管理粗放，难以支撑长时间高强度训练与实时指导。 现有系统要么缺乏本地硬件屏与语音的实时反馈，只能依靠事后数据报表，无法在训练过程中即时纠正错误动作；要么各传感器持续高功率运转，缺乏基于分析结果的动态供电调控，导致设备续航时间大幅缩短，无法满足长时间高强度训练的需求。

技术实现思路

1、以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

2、本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种可穿戴式多源体能数据采集与监测装置，实现多维度体能数据的全面精准采集、高动态对抗下动作精准分类识别与深度数据融合评估、高强度训练场景下的稳定防脱与抗冲击防护、复杂通信环境下数据传输的高可靠性与零丢失，以及基于软硬件协同的动态低功耗续航与实时闭环指导。

3、本发明的技术方案为：本发明揭示了一种可穿戴式多源体能数据采集与监测装置，装置包括：

4、穿戴载体单元；

5、核心传感器单元，设置于所述穿戴载体单元，用于采集多维度的原始体能数据；

6、数据预处理单元，与所述核心传感器单元连接，用于对所述原始体能数据进行降噪与同步校准；

7、数据传输模块，与所述数据预处理单元连接，用于传输经预处理后的体能数据；

8、数据处理与分析模块，与所述数据传输模块连接，对数据传输模块接收到的多源体能数据进行深度融合、动作分类识别、体能指标计算；以及

9、显示与反馈模块，与所述数据处理与分析模块连接，用于输出实时数据反馈。

10、根据本发明的可穿戴式多源体能数据采集与监测装置的一实施例，所述核心传感器单元包括姿态传感器、力量/压力传感器、生命体征传感器、肌电传感器以及反应速度传感器。

11、根据本发明的可穿戴式多源体能数据采集与监测装置的一实施例，所述数据处理与分析模块包括数据融合子模块、动作识别子模块和体能评估子模块；其中，所述数据融合子模块用于对多传感器数据进行融合处理，所述动作识别子模块用于识别训练动作，所述体能评估子模块用于计算体能指标并生成评估报告。

12、根据本发明的可穿戴式多源体能数据采集与监测装置的一实施例，所述穿戴载体单元为具备抗冲击与防脱落结构的护腕、护膝或战术背心。

13、根据本发明的可穿戴式多源体能数据采集与监测装置的一实施例，所述数据传输模块包括：

14、无线传输子模块，采用蓝牙与wi-fi双模通信架构，用于多设备同步传输；以及

15、有线备份子模块，作为应急传输通道与所述数据处理与分析模块连接，用于避免无线信号中断时的数据丢失。

16、根据本发明的可穿戴式多源体能数据采集与监测装置的一实施例，所述装置还包括电源管理模块，所述电源管理模块包括可充电锂电池单元、低功耗控制子模块以及包含防过充、防短路保护电路的充电保护子模块。

17、根据本发明的可穿戴式多源体能数据采集与监测装置的一实施例，所述低功耗控制子模块根据所述数据处理与分析模块输出的功耗优化指令动态调整按需供电策略。

18、根据本发明的可穿戴式多源体能数据采集与监测装置的一实施例，所述数据处理与分析模块还包括异常预警子模块，用于在检测到体能过载或训练动作不规范时输出预警信号；所述数据处理与分析模块的处理结果输出至所述显示与反馈模块以实现实时训练指导。

19、根据本发明的可穿戴式多源体能数据采集与监测装置的一实施例，所述显示与反馈模块包括：设置于所述穿戴载体单元的显示屏本地显示子模块、语音反馈子模块，以及用于在教练端显示多学员数据的终端显示子模块。

20、根据本发明的可穿戴式多源体能数据采集与监测装置的一实施例，所述装置还包括：

21、数据存储与交互模块，用于实现多维度的原始体能数据的本地离线存储、历史数据管理，以及与外部云端或教练终端的同步与交互。

22、本发明对比现有技术有如下的有益效果：

23、第一，实现了多维度体能数据的全面精准采集。本发明通过在穿戴载体单元上设置包括姿态传感器、力量/压力传感器、生命体征传感器、肌电传感器以及反应速度传感器的核心传感器单元，克服了现有技术传感器维度单一、数据割裂的问题。多源传感器的集成实现了对受训人员运动姿态、打击/握力、生理负荷、肌肉发力以及反应时等多维度体能指标的全方位量化，为后续体能评估提供了全面且精准的数据支撑。

24、第二，实现了高动态对抗场景下的动作精准分类识别与深度数据融合评估。 本发明通过数据处理与分析模块中的数据融合子模块、动作识别子模块和体能评估子模块，打破了传统技术中多传感器数据仅做简单叠加且易受身体遮挡影响的局限。数据融合子模块将多源体能数据进行深度融合处理，动作识别子模块基于内置动作库实现受训人员典型训练动作的精准自动分类识别，体能评估子模块实现体能指标的高效计算并自动生成评估报告，显著提升了动作识别的精准度与体能评估的科学性。

25、第三，提高了高强度对抗训练场景下的结构稳定性与抗冲击防护能力。 本发明通过将穿戴载体单元设计为具备抗冲击与防脱落结构的护腕、护膝或战术背心，解决了传统通用穿戴设备或贴片在高强度对抗性训练（如攀爬、格斗、剧烈战术移动等）中易发生物理脱落与撞击损坏的缺陷。该防护结构确保了设备在复杂严苛环境中的稳定佩戴与传感器的紧密贴合，保障了数据采集的连续性与设备的耐用性。

26、第四，保障了复杂通信环境下数据传输的高可靠性与零丢失。 本发明通过在数据传输模块中配置采用蓝牙与wi-fi双模通信架构的无线传输子模块，以及作为应急传输通道的有线备份子模块，克服了传统单一无线传输在多学员集中训练或场馆屏蔽环境下易受干扰、拥堵中断导致数据丢失的缺陷。双模无线通信保证了多设备远距离同步传输的高效性，而有线备份传输通道则在无线信号中断时提供应急保障，确保关键训练数据不丢失。

27、第五，实现了基于软硬件协同的动态低功耗续航与实时闭环指导。 本发明通过设置由可充电锂电池单元、低功耗控制子模块及充电保护子模块构成的电源管理模块，配合数据处理与分析模块中的异常预警子模块，以及由本地显示屏子模块、语音反馈子模块和终端显示子模块构成的显示与反馈模块；其中，低功耗控制子模块根据数据处理与分析模块输出的功耗优化指令动态调整按需供电策略，数据处理与分析模块的处理结果通过数据回流路线输出至电源管理模块以优化功耗，并输出至显示与反馈模块。这一软硬件协同设计解决了现有技术功耗管理粗放、续航短且缺乏实时指导的问题，一方面通过实时数据与语音提示实现了训练过程中的实时动作纠错与风险预警，另一方面通过数据回流动态调控供电策略，大幅延长了设备的续航时间，保障了长时间高强度训练的顺利开展。