Точное прогнозирование скорости старта для спортсменов в соревнованиях по лыжному фристайлу на основе глубокого трансферного обучения.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 4308 (2023) Цитировать эту статью

473 Доступа

12 Альтметрика

Подробности о метриках

Авторская поправка к этой статье опубликована 8 мая 2023 г.

Эта статья обновлена

Автоматическое определение скорости старта является мощной гарантией для спортсменов в лыжных соревнованиях по фристайлу достижения хороших результатов. В большинстве опубликованных исследований, описывающих спортсменов, набирающих высокие баллы, вспомогательная дистанция скольжения полностью зависит от тренера и даже от собственного опыта спортсмена, который может быть не оптимальным. Основная цель настоящей статьи — использовать систему сбора данных и разработать модель искусственной нейронной сети (ИНС) для автоматического получения соответствующей зависимости между расстоянием вспомогательного скольжения и скоростью. Влияние коэффициента трения снега, скорости ветра, направления ветра, уклона, высоты и веса можно смоделировать в движке Unity3D. Влияние температуры, влажности и угла наклона необходимо измерять в реальных условиях профессиональными тестировщиками, что требует усилий. Нейронная сеть сначала обучается на достаточном количестве данных моделирования для получения закодированной функции. Затем информация, полученная в среде моделирования, передается в другую сеть. Вторая сеть использует данные двадцати профессиональных тестировщиков. По сравнению с моделью без трансферного обучения производительность предлагаемого метода значительно улучшилась. Среднеквадратическая ошибка для тестового набора составляет 0,692. Замечено, что скорость, предсказанная разработанной моделью глубокого переноса обучения (DTL), хорошо согласуется с результатами экспериментальных измерений. Результаты показывают, что предложенный метод трансферного обучения является эффективной моделью, которую можно использовать в качестве инструмента для прогнозирования вспомогательной дистанции скольжения и скорости старта для спортсменов в лыжных соревнованиях вольным стилем.

Соревнования по лыжному фристайлу – это вид спорта, который привлекает внимание людей во всем мире. Проект в основном демонстрирует технику и гибкость спортсменов и полностью соответствует их спортивным характеристикам и физическим особенностям1. Поэтому соревнования по лыжному фристайлу всегда были важным прорывом для спортсменов в завоевании золота на зимних Олимпийских играх. Состав действий в воздушных соревнованиях по фристайлу в основном разделен на четыре фазы, а именно: вспомогательное скольжение, отталкивание, воздушную фазу и фазу приземления соответственно. Обычно эти четыре фазы связаны друг с другом, способствуют друг другу и взаимодействуют друг с другом. Одним из ключевых факторов, определяющих успех или неудачу действия, является контроль высоты подъема, то есть контроль скорости разбега в конце вспомогательной фазы скольжения. Схема и вид сбоку аэродрома показаны на рис. 1, где подробно представлены четыре этапа и критическая точка скорости запуска.

Схема и вид сбоку аэродрома.

Однако на скорость запуска влияет множество факторов. На прошлых соревнованиях вспомогательная дистанция скольжения в лыжах вольным стилем полностью зависит от тренеров и даже от собственного опыта спортсмена, либо состояние окончательного определения определяется после повторных испытаний на скольжение, что может быть не оптимальным. Кроме того, проведение испытаний на открытом воздухе требует много времени и усилий2,3,4. На вспомогательную скорость скольжения влияют состояние снега, окружающая среда и уклон скольжения. Условия снега включают температуру, твердость и текстуру снега5,6,7, и все это напрямую влияет на коэффициент трения снега, что, в свою очередь, влияет на скорость скольжения. Ограничение повторных скользящих испытаний спортсменов можно преодолеть, используя систему трибометра лыжи-снег. Предпочтение отдается системе трибометра лыжи-снег из-за ее объективного, быстрого и надежного измерения. Однако меньше работ было проведено по разработке трибометрической системы лыжи-снег. Существующие измерительные системы можно разделить на две категории: (1) линейные трибометры6,8; (2) ротационные трибометры9. Ограничением существующих систем является то, что они не могут обеспечить измерение трения вдоль лыжи из-за размера образцов и конструкции систем. Кроме того, что еще более важно, помимо коэффициента трения снега, скорость спортсмена также связана с расстоянием скольжения, скоростью ветра, направлением ветра, уклоном, высотой, весом, температурой, влажностью и углом наклона. К сожалению, существующая модель измерения не дает прямой связи между скоростью и этими факторами, чтобы ориентировать спортсменов на достижение высоких результатов, что неблагоприятно для спортсменов.