基于红外测温技术的非接触式跑步运动能量预测模型研究

来源 :第十二届全国体育科学大会 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ytzhjx
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研究目的:本研究旨在通过红外测温仪这一"非接触式"测量方法采集人体在递增负荷运动中特定部位的皮肤温度,探究皮肤温度变化与摄氧量之间的关系。结合实时心率以及摄氧量分析运动过程中的能量消耗EEm(kcal/min),并尝试建立运动状态下皮肤温度与能量消耗之间的预测模型。研究方法:本研究选取20名18-30岁男性健康被试,所有被试在测试前三个月内无下肢伤病或手术。实验室温度恒定在26摄氏度,相对湿度和室内风速指标为50±0.5%、0.09m/s。根据人体体表温度研究中ROI(region of interest)区域划分选取额头、前胸、后背、腹部、大腿内侧作为皮肤温度采集区域。实验分为静息状态下皮肤温度温度测量和运动中皮肤温度与摄氧量的连续监测。本研究选取COSMED运动跑台,能量消耗指标通过K5(COSMED,意大利)气体采集设备收集运动中测试对象摄氧量和实时心率。特定部位皮肤温度由两台MS-B红外测温仪持续测量温度变化,其中一台固定于跑台上测量前胸温度变化,另一台则移动检测其他部位的皮肤温度。运动跑台速度从6km/h开始,间隔三分钟后将速度提升2km/h,最后提升至14km/h,整个运动过程持续时间为15分钟。运动结束后,进行3分钟的放松。测试结束后将将气体采集设备数据和体表温度数据导出,并分析运动过程中各部位皮肤温度与摄氧量的相关性,运用线性回归预测皮肤温度与摄氧量之间的关系。研究结果:1)静息状态下,人体各部位皮肤温度分布存在差异,其中额头温度最高,大腿内侧温度最低。2)运动开始后,各测试部位的皮肤温度即刻下降,随着运动负荷的增强,下降趋势变化明显,其中腹部皮肤温度下降程度最大。运动结束后各处皮肤温度缓慢上升至正常水平。3)皮肤温度与能量消耗EEm(kcal/min)的预测模型。后背部皮肤温度与能量消耗的预测模型为y=-8.4495x.325.62(R2=0.46);腹部皮肤温度与能量消耗的预测模型为y=-2.7143x+101.75(R2=0.65);前胸温度与能量消耗的预测模型为y=-4.1492x+151.65(R2=0.35);额头温度与能量消耗的预测模型为y=-5.5151x+200.75(R2=0.69);大腿内侧温度与能量消耗的预测模型为y=-8.5148x+327.59(R2=0.35);将各个部位皮肤温度和心率数据整合后得到的最终预测模型为EEm=171.183-3.386a-1.516b+1.756c-1.469d-0.308e+0.054HR(a:额头温度、b:大腿温度、c:后背温度、d:前胸温度、e:腹部温度、HR:心率)(R2=0.78)。研究结论:1)运动过程中人体皮肤温度发生规律性变化。运动开始各测量处皮肤温度下降,并与运动强度呈负相关。皮肤温度下降是人体体温调节系统运作的结果,具体表现在,运动初期皮肤血管收缩,将血流从皮肤表面运送至工作肌以满足代谢需求,由于流体的热量交换效应,运动过程中相关部位的皮肤温度下降。2)基于非接触式红外测温技术采集人体在运动中皮肤温度变化,结合心率和摄氧量已初步建立递增负荷运动中能量消耗的预测模型:EEm=171.183-3.386a-1.516b+1.756c-1.469d-0.308e+0.054HR(a:额头温度、b:大腿温度、c:后背温度、d:前胸温度、e:腹部温度、HR:心率)(R2=0.78)。该模型在实验室环境下具有较好的预测效果。3)今后可在本研究的基础上应用红外成像技术,并结合计算机视觉分析人体运动中各区域的皮肤温度变化,发展一种新型、便携且高效的能量消耗预测方法。
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