[发明专利]一种健身跑运动方案生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及健身跑运动优化技术领域，特别是一种健身跑运动方案生成方法。

背景技术

健身跑是一种最为普及的健身和体疗方法，健身跑运动过程建模、优化等相关课题一直是学者们的研究热点。但是，目前定量研案健身跑方面的成果还比较少。Cheng(2008)和Scalzi(2012)提出了健身跑的运动过程模型，在此基础上，Scalzi(2013)等还给出自动生成最优跑步方案的方法。然而Cheng和Scalzi模型中的参数只是针对23–38岁的英国人，Scalzi等人的最优方案也只能用于赛跑的情景，即在指定运动距离下，得到最短时间。这些成果难以直接用于指导健身跑的教学和平时锻炼，这使得健身跑的体育教学和平时锻炼缺乏有效的技术手段和工具。

发明内容

本发明的目的在于提供一种健身跑运动方案生成方法，该方法可以为运动者建立个性化的健身跑最优运动方案，从而为指导运动者进行安全、有效的健身跑提供了有用的技术手段。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种健身跑运动方案生成方法，包括以下步骤：

S1. 采集运动者健身跑过程中的速度和心率数据；

S2. 基于步骤S1采集的速度和心率数据，运用遗传算法对运动者的健身跑运动模型进行参数整定，建立运动者的健身跑运动模型；

S3. 基于步骤S2建立的健身跑运动模型，以及给定运动时间和安全有效心率区间参数，以在给定运动时间的健身跑过程中，心率落在安全有效心率区间内的时长最长为优化目标，建立运动者的健身跑最优运动方案。

进一步的，在步骤S2中，对于如式(1)的健身跑运动模型：

    (1)

其中，x₁(t)、x₂(t)和u(t)分别表示运动者t时刻较0时刻的心率增量、t时刻较0时刻的疲劳程度增量和t时刻的速度，、分别表示x₁(t)、x₂(t)的微分，a₁、a₂、a₃、a₄和a₅为5个待估参数；按如下步骤建立运动者的健身跑运动模型：

S201. 种群初始化：设置种群规模、交叉概率、变异概率、最大进化代数，随机生成初始种群P(t)，t=0，其中初始化参数a₁、a₂、a₃、a₄和a₅，个体编码采用实数编码，编码长度为5；

S202. 适应度计算：以心率的估计值与实测值的残差平方和作为适应度函数，根据式(1)和采集的速度实测值u(t)，计算心率估计值x₁(t)，将计算结果和采集的心率实测值输入适应度函数，计算各个体的适应度；

S203. 采用整体算术杂交算子对种群进行交叉操作，然后采用自适应变异算子对种群进行变异操作，再采用带精英保留策略的轮盘赌方法选择下一代种群；

S204. 判断是否满足终止条件：最优个体的适应度达到给定的阈值，或者经过多次迭代后最优个体的适应度不再发生变化，或者迭代次数达到最大进化代数，是则输出最优个体的优化结果，计算结束，否则基于步骤S203得到的下一代种群，返回步骤S202进行下一次迭代；

将求得的参数a₁、a₂、a₃、a₄和a₅的值代入式(1)，得到运动者的健身跑运动模型。