无人机航拍技术在提高长绳跑绳成绩中应用.doc

无人机航拍技术在提高长绳跑绳成绩中应用 　　摘 要：无人机航拍技术作为一种新兴的摄像技术，以其应用灵活、便捷高效等特点，正在各个领域得到广泛运用。在体育竞技中，无人机航拍技术尚未得到应用，然而它对运动轨迹、理论研究等提出的积极意义，为以后的研究指出了方向。文章基于长绳跑绳运动，运用航拍技术拍摄了队员跑绳运动轨迹，通过专业的视频分析软件分析了队员的跑绳轨迹及关键点，提出训练方案，应用在长绳训练当中。无人机航拍技术在体育中竞技具有良好的应用前景。 　　关键词：航拍技术；自动控制；软件工程；长绳跑绳；数据采集 　　随着跳绳运动日益兴起，长绳跑绳作为跳绳运动的一种，受到广泛的关注。在各大高校中，如何提高长绳队的成绩一直是一个广受热议的话题。因此，得到长绳队队员的运动形态以及整个队伍的运动轨迹，成为研究如何提高成绩的基础和前提。此外，在拍摄队员跑绳轨迹的过程中，如何垂直精确地描绘出跑绳路径、采集到相应数据对于实验过程具有重要意义，而这些数据往往由于比例尺、空间结构等因素难以采集，寻常采集方法容易导致误差过大，并且采集成本较高[1]。 　　无人机低空航拍遥感系统作为一项空间数据获取的重要手段，具有成本低、机动灵活、影像实时传输、高危地区探测等特点，是高分辨率遥感数据获取的重要工具之一。随着无人机遥感监测技术的迅速发展，该技术己成为国内外研究开发的热点，并在众多领域得到广泛应用。在长绳跑绳的研究中，无人机低空航拍占有重要优势[2]。 　　而到目前为止，无人机航拍技术还未在体育竞技研究方面得到应用。对于研究?L绳队整体的运动轨迹以及单个队员在各个时刻的运动形态，无人机搭载高分辨率摄像、摄影设备进行航拍的方法都提供了有效的途径。特别是对于整体轨迹的研究，无人机航拍技术的研究大大提高了研究的效率，减小误差。并且通过航拍软件的应用，可以得到无人机航拍器的实时位置信息[3-4]。 　　1 研究对象和方法 　　1.1研究对象 　　华北电力大学长绳队队员的跑绳技术。 　　1.2研究方法 　　1.2.1无人机航拍飞行技术 　　运用无人机航拍技术可以从俯拍到长绳队队员跑绳的全过程，通过分析录像可以较精准地得到队员们的跑绳路径及关键点。 　　1.2.2文献资料法 　　阅读、收集、整理有关航拍、数据分析方面的文献，为我们的实验提供理论基础。 　　1.2.3数理统计法 　　借助MATLAB 8.3和SPSS 19.0软件，对运动影像视频分析获得的数据利用概率分布及统计分析法确定起跳、落地点的位置。 　　2研究过程 　　2.1对小型航拍无人机系统的研究 　　2.1.1航拍无人机系统的组成 　　航拍无人机系统的组成如图1所示。 　　（l）载机平台。载机平台可以选择四旋翼无人机。相对于直升机飞行器，多旋翼飞行器具有机械结构简单、操作简便、稳定性高、噪声小等优点。长绳跑绳是一种在多数情况下于室内进行的运动，因此，采用简单得多（四）旋翼无人机是较为合适的选择。 　　（2）飞行控制系统。飞行控制系统由飞行控制器、姿态传感器和GPS定位系统组成，可实现飞行器姿态、航向、高度等参数的自动控制。在长绳跑绳的研究过程中，为了采集到整队的运动轨迹，需要从空中俯拍。 　　（3）云台摄像系统。为保证在安全距离下可以拍摄到清晰的图像资料，采用高精度数字增稳云台，为摄影、摄像设备提供稳定的拍摄平台。 　　由于实验基本在室内，因此受到外力影像因素较小，对于增稳系统的要求较低。但同时由于本身实验的范围较小，数据精度要求较高，对于搭载的摄像系统的像素及分辨率有一定的要求。此外，在考虑到室内光线问题的情况下，对于摄像系统的平角和广角有一定的选择。 　　（4）图像传输系统。地面操作人员可以利用蓝牙回传的实时画面，对采集到的影像、数据进行及时的调整，保证采集到的影像清晰，数据有效。 　　2.1.2航拍器的选择 　　在长绳跑绳运动中，整个队伍的跑动轨迹、实时队伍所处的位置和单个队员的位置都难以测绘，尤其由于空间视角改变引起比例尺的变化，更加增大测绘的难度。而航拍飞行器经地面操作人员控制，可以直接位于长绳静止时中点的正上方，并且不影响其日常训练。此外，在拍摄过程中，往往由于一些实际因素，航拍器在自动控制调节的同时，操作人员也可以根据传回的实时图像，通过手动操作使飞行器达到合适的范围区间内。 　　我们本次实验采用的航拍器为大疆4，应用的航拍软件为DJI GO。 　　2.2对长绳跑绳技术的研究 　　本次实验基于对航拍器的使用研究长绳跑绳运动。首先利用航拍器对运动轨迹进行研究，利用自动控制原理和模糊影像分析技术，分析图像各因素的权重，利用关系公式使航拍器达到最佳高度。在调到最佳位置之后，利用航拍记录实时影像（运动员轨迹）并存储。拍摄完成之后，通过数据分析，