室外竞技状态下运动员姿态摄像测量及应用

为解决竞技状态下运动员三维姿态现场测量的需求,利用非接触式摄像测量方法和为冬季体育运动项目量身打造的专用观测设备,采集了8名跳台滑雪运动员在训练过程中的原始数据.通过深度学习的改进方法识别与定位运动员关节点的三维信息,进而开展了运动员姿态测量与动作分析研究,获得了起跳阶段运动员的起跳速度对飞行距离的影响及主要关节夹角的变化规律.研究发现起跳速度是影响飞行距离的重要因素,同时获得了起跳到飞行初始阶段肢体角度的变化规律.该方法和设备可为各类体育项目的运动员姿态及器械运动参数测量提供新的手段,其所获得的观测结果可为教练员指导运动员技术动作提供精细化的数据支持.      

基于四元数的滑雪运动员姿态检测算法

针对滑雪运动员成绩评估时缺乏数据支撑的问题,提出了用于专业跳台滑雪运动员训练所需的姿态解算算法。所提算法根据跳台滑雪运动特征,基于四元数解算姿态角,且利用Mahony算法进行了误差修正,实现了多维度参数获取跳台滑雪过程姿态的目标。MATLAB仿真和实验结果表明,所提算法能够有效实现跳台滑雪运动员姿态检测,且数据处理方式简洁,结果可为滑雪运动员的训练及后期智能防护设备研究提供有效数据参考。     

嫦娥三号软着陆预测及优化模型

本文是对2014年全国大学生数学建模竞赛A题的解答.本文利用动力学模型,基于变推力发动机结合螺旋搜索等算法解决了嫦娥三号软着陆预测及优化问题.在问题一中,首先建立物理学模型,解出嫦娥三号着陆准备轨道近、远月点速度大小;然后在主减速阶段,建立了主减速变推力动力学模型,对主减速阶段嫦娥三号所经过的极角θ进行求解,加以考虑月球自转带来的影响,确定着陆准备轨道近月点和远月点的位置以及嫦娥三号在近、远月点的速度方向.在问题二中,建立变推力发动机燃耗优化模型对于问题一中的主减速阶段进行优化;以安全半径与速度增量为指标建立综合评价模型,求出粗避障式安全的降落范围;精避障阶段以保证安全为前提,建立评价指标为不平坦程度与平均坡度的综合评价模型确定精确降落区域.最后根据对每个阶段建立的力学模型,进行求解.最后综合起来确定嫦娥三号的着陆轨道和在6个阶段的最优控制策略.在问题三中,建立误差模型对设计的着陆轨道和控制策略做相应的误差分析,并且利用单因素敏感性分析对主减速阶段与剩余4阶段进行自变量与因变量敏感度计算.     

跳台滑雪助滑道结构对助滑姿态的动力学影响机制

跳台滑雪助滑速度的变化存在主体与客观影响因素,而助滑道结构对助滑姿态具有相对稳定的影响。基于助滑道物理结构特点,对助滑道人体动力学受力情况进行了分析,包括人体重力作用、外界作用力、全脚支撑反作用力等,并针对直线区、弧线区入口、弧线区途中、弧线区出口分别讨论助滑道对助滑姿态的动力学影响机制。通过分析助滑道结构对助滑姿态的动力学影响机制,为改善我国跳台滑雪运动员助滑技术动作与专项能力训练水平提供科学依据。     

跳远技术分析及教学方法

目的：通过对跳远的技术分析及教学方法的研究,使运动员能够快速获得正确的助跑、踏跳、腾空和落地的运动基本知识。通过对助跑的技术分析,使运动员能够快速掌握确定助跑距离及助跑的形成;通过对踏跳的技术分析,使运动员能够正确掌握起跳腿、起跳脚、踏跳板的配合及胯、膝、踝的伸展,充分施展踏跳时的爆发力,掌握踏跳时的起跳角度和水平速度;通过对腾空的技术分析,使运动员能够正确掌握摆动腿、起跳腿、躯干和手臂的角度、部位、空中高度及其用力方法和运行轨迹;通过对落地的技术分析,使运动员能够正确掌握最佳落地姿势从而提高落地动作的效率。     

平尾偏转对飞机着陆滑跑性能的影响

为了考察平尾偏转角度对飞机着陆滑跑性能的影响,通过计算流体力学进行气动数据储备,利用多体动力学建模方法,建立了能够反映飞机气动特性随迎角和平尾偏角变化而变化的飞机着陆滑跑动力学模型,在不同的飞机平尾偏转工况下进行了着陆滑跑仿真计算。经过验证,该动力学模型能够较好地反映飞机着陆滑跑时不同平尾偏转角度下动力学特性,仿真结果表明平尾前缘下偏（拉杆）能够有效缩短着陆滑跑距离。     

跳远运动员腾空与落地技术对运动成绩的影响

讨论了跳远运动员的腾空与落地技术对运动成绩的影响。分析结果表明,合理的腾空、落地技术,有利于运动员助跑最后阶段的向前加速,使运动员保持高速、高重心地完成起跳,能够取得起跳和空中平衡良好的效果,有利于获得合理的落地姿势,减少落地时距离的损失,为运动员创造优异的成绩提供了有利的条件和保障。     

背越式跳高动作仿真研究

根据多体动力学原理,建立背越式跳高运动的人体力学模型和数学模型,进行计算机仿真研究,揭示了运动全过程的运动生物力学规律.分析研究表明:运动员在倒二、倒一步助跑和起跳的缓冲阶段,人体重心位置都向前向下移动,其水平和垂直速度变化趋势亦基本一致.蹬地开始后的前0.02秒内人体重心水平速度均突然下降,然后逐渐上升.其垂直速度则是逐渐上升,而后期下降.正由于这三个运动技术阶段的落地、蹬地姿态各不相同,导致它们的运动生物力学特性各有特色.这与国外优秀运动员的影片解折结果基本一致.本研究可为运动员的科学训练,提高成绩提供理论依据.     

短跑运动员落地缓冲阶段水平速度变化分析

分析了中美两国优秀短跑运动员在不同支撑阶段水平速度的变化及影响因素.中国运动员在落地缓冲至垂直缓冲阶段水平速度明显高于美国运动员,但在整个缓冲期间,水平速度明显低于美国运动员.影响中国运动员水平速度的主要原因是摆动腿着地点距身体重心投影点较近,导致运动员从垂直缓冲到最大缓冲阶段的时间延长,身体重心下降幅度较大,不仅未能使着地缓冲至垂直缓冲阶段所获得的水平速度得以保持,而且在最大缓冲结束时水平速度下降幅度较大,进而影响后支撑阶段的水平速度和身体重心的移动距离.     

武术腾空动作落地阶段致膝关节损伤的运动生物力学分析

运用3D摄像技术对腾空摆莲720°接马步动作进行了测量,并对所获得的各阶段相关运动特征参数进行分析比对,最终从生物力学角度探求该动作落地阶段使膝关节损伤的影响因素。结果表明:腾空摆莲720°接马步动作落地阶段致膝关节的损伤多以半月板、侧副韧带或交叉韧带等的损伤为主,并具有普遍性。落地瞬时冲力是武术腾空动作中致膝关节损伤的主要影响因素,而冲力大小主要是由被试者体重、腾空高度以及落地缓冲方式等因素决定,由于被试者的体重为相对不可变量,那么其他两个因素则起到了决定性作用。腾空高度与动作完成质量成正相关,与此同时也为落地缓冲提供了相对充分的准备时间。若体重与腾空高度相对稳定情况下,那么被试者则要通过调整空中姿态来加大转动惯量,同时需要调整落地瞬间膝关节角度,为落地缓冲赢得准备时间,使落地瞬时冲力的值减到最小,以此来保护膝关节。     

载人飞船座椅着陆缓冲系统的动力学模型

在载人飞船着陆冲击中,座椅缓冲系统对宇航员防护具有重要意义.基于飞船返回舱整舱跌落试验舱体加速度曲线特征和宇航员座椅缓冲系统响应的试验数据,建立了包含缓冲器、座椅、赋形垫和人体的人-椅系统垂直着陆冲击动力学模型.将模型计算结果和试验数据进行比较的结果表明:计算得到的人体动力学响应的主要物理阶段和幅值均与试验结果符合良好.该模型建立了底部冲击加速度波形和人椅系统响应的直接关联,物理意义明确,便于工程应用.     

嫦娥三号软着陆轨道模型及最优控制策略

基于嫦娥三号在月球预定区域内实现软着陆的轨道设计要求,建立着陆轨道设计与最优控制策略模型。首先,利用月心惯性参考系建立着陆准备轨道位置模型,确定近月点和远月点的位置;利用开普勒第二定律、机械守恒定律建立卫星速度模型,得到近月点和远月点的速度。然后,利用微分方程理论建立着陆轨道模型,得到主减速阶段的最优化策略;利用灰度值理论和Matlab软件,得到快速调整阶段,避障阶段,缓速下降阶段的最优化策略。     

优秀短道速滑运动员起跑方式的研究

为研究我国短道速滑运动员的起跑技术,采用摄影测量及录像分析法,对世界优秀短道速滑运动员的起跑准备姿势、起动方式、起跑成功率、起动后前3步动作时间等进行了测量、分类及统计分析.结果表明:点冰式起跑准备姿势是目前主流的技术,男、女运动员在比赛中点冰式的运用远大于其他2种(交叉式、侧向平行式)准备姿势.男、女运动员采用后脚支撑腿发力、前脚先起动的方式占总数的86.6%,运用前支撑腿发力、后脚先起动方式的男、女运动员分别为12.7%和14.2%.运动员内道起跑与抢先进入弯道领跑的成功率相关性很高.我国短道速滑运动员在起跑起动后疾跑阶段前3步所用时间均比世界优秀短道运动员的平均用时要长,尤其是第1步,但均不呈显著性差异.     

对短跑运动员力量训练负荷安排的研究

本文采用文献综述法从生理学、动力学．生物力学．运动训练的角度对短跑运动员力量训练中负荷安排的生理机制及相关因素进行了阐述,期望能对短跑运动员教练和运动员的力量训练提供一定的理论依据。     

一种求解终端区紧急降落飞机的插入算法

空中管制员需为到达的飞机安排跑道并计算着陆时间,研究在一条单跑道上安排要求紧急降落的飞机到已排好降落次序的飞机队列中的飞机着陆调度问题.紧急降落的飞机只有出现在终端区时才知道它的机型和预期落地时间.约束条件为紧急降落的飞机应在预期落地时间之前降落及其与前后相邻两架飞机应满足最小时间间隔.已排好的飞机可以被延迟降落,但降落次序不能改变.目标函数是使由于插入紧急降落飞机所造成飞机的总延误时间增加值最小.针对该问题设计了一种优化插入算法对问题进行求解,该算法分为两部分：离线部分——为了实行实时插入紧急降落的飞机做准备;在线部分——当出现紧急降落的飞机后施行实时计算出其插入位置.实例验证了该算法的有效性.     

速滑蹬冰下肢关节工作顺序分析

运用生物力学方法,从机能解剖学角度对弯道蹬冰动作中下肢关节的工作顺序及发力时机进行了分析,并从速滑运动员不同滑行阶段关节的角度变化,蹬冰阶段下肢关节角度的动态变化及蹬冰脚关节角速度的变化三方面进行了研究,得出了速滑蹬冰技术中下肢关节工作顺序是髋、膝、踝,为速滑运动员蹬冰技术提高提供了理论依据.     

基于柔性铰链的滑雪板摩擦因数测试装置设计及试验

针对国内缺乏滑雪板摩擦因数检测装置的问题,设计了一种基于柔性铰链的滑雪板摩擦因数测试装置.在研究滑雪板摩擦因数测试理论的基础上,确定加载方案,完成测试装置结构设计;确定柔性铰链设计参数,进行仿真分析,确定形变量与载荷之间的关系,验证设计的合理性;搭建滑雪板摩擦因数测试装置物理样机,开展测试及对比试验.测试结果表明：该测试装置能够有效测量出滑雪板与雪面间的摩擦因数,验证了该设计的正确性及合理性.     

竞技太极拳(324B+3)难度动作足底压力特征研究

腾空外摆莲360°接提膝独立(324B+3)是竞技太极拳的B级难度动作,在比赛中出现频率较高,分值为0.4,此动作的完成质量可直接影响比赛成绩.本文中,笔者采用足底压力测试系统,选取压力、压强、冲量、腾空时间等指标,分析324B+3动作的关键阶段的足底压力分布特征,为指导教学和训练、减少运动损伤提供依据.结果显示:1)起跳阶段左足第1,2,3跖骨、跖趾和大拇指冲量占整足冲量的46.66%,右足足跟内侧和2,3跖骨占整足冲量的54%;2)男运动员平均腾空时间为(0.62±0.15)s,女运动员为(0.53±0.26)s,T检验P0.05;3)落地阶段右足足底压强大小依次为足跟内侧、足跟外侧、第5跖骨、第4跖骨及第3跖骨等.结论:1)324B+3动作在起跳阶段双足压力不对称;2)腾空时间短将增大空中转体和稳定落地的难度;3)落地阶段出现较大的足内翻,对下肢肌力和足踝稳定有较高要求.     

基于序列图像的无人机进近着陆跑道识别与跟踪研究

跑道的准确识别与跟踪,是基于视觉的无人机自主着陆的重要条件.利用单目视觉获取进近着陆过程中实时跑道序列图像,经过Canny边缘检测算法和基于梯度方向的Hough变换处理,将同一跑道上的2条边缘线识别出来,并进行实时跟踪.最后利用大量真实的室外道路模拟跑道图像,以DM642为核心处理器设计视觉处理系统,结合固定翼无人机进近阶段着陆飞行特点,对设计的相关算法及视觉系统进行验证.结果表明所设计方法可以在进近着陆阶段准确提取跑道目标,并能够满足无人机着陆实时性要求.     

支撑机构驻留水下航行器着陆策略及影响因素

简单介绍了驻留水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的概念及工作过程,基于基本力学理论,建立了航行器空间运动的运动学及动力学数学模型;结合本航行器的特点,建立了变浮力系统作用力数学模型、垂推作用力及控制数学模型.在此基础上,建立了航行器着陆过程仿真模型.针对支撑机构驻留AUV,提出了注水自由下潜、支撑机构伸出注水自由下潜、垂推控制、支撑机构伸出垂推控制4种着陆策略,研究了变浮力系统注水质量和位置对着陆参数的影响;对比4种着陆策略,分析了支撑机构和垂推对着陆策略的影响,为着陆及驻留方案的设计和航行器设计及改进提供理论依据.