[發明專利]一種健身跑運動方案生成方法

有效

• 申請號: 201410178014.2
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103942445B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 杜欣;倪友聰;葉鵬;謝大同;孫聰;羅增;昂鳳平
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

1.一種健身跑運動方案生成方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.?采集運動者健身跑過程中的速度和心率數據；

S2.?基于步驟S1采集的速度和心率數據，運用遺傳算法對運動者的健身跑運動模型進行參數整定，建立運動者的健身跑運動模型；

S3.?基于步驟S2建立的健身跑運動模型，以及給定運動時間和安全有效心率區間參數，以在給定運動時間的健身跑過程中，心率落在安全有效心率區間內的時長最長為優化目標，建立運動者的健身跑最優運動方案。

2.根據權利要求1所述的一種健身跑運動方案生成方法，其特征在于，在步驟S2中，對于如式(1)的健身跑運動模型：

????(1)

其中，x₁(t)、x₂(t)和u(t)分別表示運動者t時刻較0時刻的心率增量、t時刻較0時刻的疲勞程度增量和t時刻的速度，、分別表示x₁(t)、x₂(t)的微分，a₁、a₂、a₃、a₄和a₅為5個待估參數；按如下步驟建立運動者的健身跑運動模型：

S201.?種群初始化：設置種群規模、交叉概率、變異概率、最大進化代數，隨機生成初始種群P(t)，t=0，其中初始化參數a₁、a₂、a₃、a₄和a₅，個體編碼采用實數編碼，編碼長度為5；

S202.?適應度計算：以心率的估計值與實測值的殘差平方和作為適應度函數，根據式(1)和采集的速度實測值u(t)，計算心率估計值x₁(t)，將計算結果和采集的心率實測值輸入適應度函數，計算各個體的適應度；

S203.?采用整體算術雜交算子對種群進行交叉操作，然后采用自適應變異算子對種群進行變異操作，再采用帶精英保留策略的輪盤賭方法選擇下一代種群；

S204.?判斷是否滿足終止條件：最優個體的適應度達到給定的閾值，或者經過多次迭代后最優個體的適應度不再發生變化，或者迭代次數達到最大進化代數，是則輸出最優個體的優化結果，計算結束，否則基于步驟S203得到的下一代種群，返回步驟S202進行下一次迭代；

將求得的參數a₁、a₂、a₃、a₄和a₅的值代入式(1)，得到運動者的健身跑運動模型。

3.根據權利要求1所述的一種健身跑運動方案生成方法，其特征在于，在步驟S3中，基于步驟S2建立的健身跑運動模型，將求解運動者的健身跑最優運動方案抽象為一個帶約束的優化問題：在給定運動時間Ts和采樣周樣T下，在速度值u(t)中找出最優的速度值u*(t)，使其滿足健身跑過程中心率不超過預設的最大值V_max，且心率達到安全有效心率區間[a,?b]的次數N(t)最多；u(t)和N(t)的定義如式(2)和式(3)：

??(2)

????(3)

其中，表示對T_S除于T的值向下取整，對應T_S時間內的采樣次數，s_i(t)表示在第i個采樣周期內其速度值為1，而在其它采樣周期內其速度值為0；c_i為待估參數，i=1,2,…,；按如下步驟估計個參數c_i的值：

S301.?種群初始化：設置種群規模、交叉概率、變異概率、最大進化代數，隨機生成初始種群Q(t)，t=0，初始化參數，個體編碼采用實數編碼，編碼長度為；

S302.?適應度計算：以式(3)作為適應度函數，首先估計速度值u(t)，然后將該值代入健身跑運動模型，得到心率值x₁(t)，最后將計算結果輸入適應度函數，計算各個體的適應度，對于x₁(t)的值超過V_max的個體，將其適應度賦值為0；

S303.?采用整體算術雜交算子對種群進行交叉操作，然后采用自適應變異算子對種群進行變異操作，再采用帶精英保留策略的輪盤賭方法選擇下一代種群；

S304.?判斷是否滿足終止條件：最優個體的適應度達到給定的閾值，或者經過多次迭代后最優個體的適應度不再發生變化，或者迭代次數達到最大進化代數，是則輸出最優個體的優化結果，計算結束，否則基于步驟S303得到的下一代種群，返回步驟S302進行下一次迭代；

將求得的參數的值代入式(2)，得到運動者的健身跑最優運動方案。