2021 Fiscal Year Research-status Report
Technique detection of cross-country ski based on high precision positioning system
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20K11411
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
宮本 直人 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (60400462)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | クロスカントリースキー / 動作解析 / 走法判別 / GNSS / RTK |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，クロスカントリースキー選手の競技力向上を目指して，選手がコースのどこで，どのような時に，どの走法で滑走したのかを携帯型高精度GNSSを用いて分析・可視化し，選手やコーチにフィードバックする走法分析システムを構築することが目的である．この走法分析システムは，滑走軌跡から選手の左右の蛇行や頭部の上下運動を抽出し，選手が選択した走法を自動的に判別する．さらに，コースの全区間においてコースの斜度／スキーの速度／地図上の位置と選手が選択した走法とを対比し，選手の滑走パフォーマンスを分析するシステムである．
2021年度は，2020年度に開発した2周波RTK対応の携帯型高精度GNSSを用いてクロスカントリースキー選手の競技中の滑走データを収集する実験を行った．被験者はクロスカントリースキー・スケーティング種目でインカレまたは国体に出場経験がある男子1名・女子2名である．テストコースは新潟県池の平クロスカントリースキー3kmコースを利用した．選手の後頭部・右肩・左肩に1台ずつアンテナを装着し，ミリメートル精度でスキー滑走中の運動データを計測収集することに成功した．また，選手の腰に小型ビデオカメラを装着し，左右のスキーの動きを録画した．さらに，各々の被験者には，一番滑るスキーと一番滑らないスキーを履いてコースを1回ずつ滑走してもらい，スキーの滑り具合により走法に違いが現れるかどうか調査した．
収集した運動データから走法判別アルゴリズムを開発するのに必要となる特徴量の抽出を行った．スケーティング種目の走法V1・V2・V2aにおける選手の左右の蛇行運動の周波数と振幅，頭部の上下運動の周波数と振幅，各走法のサイクルタイムとサイクルレングス，直滑降時のスキーと雪面間の摩擦係数といった特徴量を抽出することに成功した．その特徴量を用いて手動で走法判別を行い，録画したスキーの動きとの対比を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2021年度は，2020年度に開発した携帯型高精度GNSSの基準局および移動局を用いてクロスカントリースキー・スケーティング種目の競技中の運動データの収集を行い，走法判別に必要な特徴量を抽出できるかどうか確認することを目標に研究開発を行い，これを達成することができた．それに加えて，選手の腰部に装着した小型ビデオカメラで競技中のスキーの動きを録画し，走法判別とスキーの動きの対比を取ることができた．
携帯型高精度GNSSのサンプリングレートを現状の10Hzから目標とする25Hzに向上することが課題である．そこで，u-blox社のZED-F9Pモジュールに代わりSeptentrio社のmosaic-X5モジュールを選定した結果，サンプリングレートを最大50Hzまで改善させることができた．mosaic-X5モジュールをEspressif Systems社のESP32WROOM32Dモジュールと組み合わせて，測位データをインターネット上のクラウドサーバに送信するための装置開発を行った．
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は，当初の計画通り，携帯型高精度GNSSを用いたクロスカントリースキー選手の競技中の運動データから選手の左右の蛇行運動の周波数と振幅，頭部の上下運動の周波数と振幅，サイクルタイムとサイクルレングス，スキーと雪面間の摩擦係数などの特徴量を抽出し，走法判別を自動化するための走法判別アルゴリズムの開発を行う．さらに，走法判別結果を選手・コーチにフィードバックするための走法分析用可視化ソフトも引き続き開発し，競技中の軌跡・スキー速度・コース傾斜・滑走距離・競技タイム・サイクルタイム・サイクルレングス等の滑走情報やコース情報に対して競技者が選択した走法の対応関係を，Google Earthの3次元地図等を利用して，選手・コーチが理解しやすい形式で可視化する．開発した走法判別アルゴリズムや走法分析用可視化ソフトを実際の競技現場で評価・検証を行う．
新型コロナウィルスによる出張制限により実験回数や被験者数の減少が懸念されるが，アルコール消毒やマスク着用の徹底，三密対策を行うなどの感染症対策を徹底するとともに，事前準備をしっかりするなど実験効率の向上を図る．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスによる出張制限により実験回数や被験者数が減少し，当初の計画よりも旅費や謝金が余った．アルコール消毒やマスク着用の徹底，三密対策を行うなどの感染症対策を徹底するとともに，事前準備をしっかりするなど実験効率の向上を図る．
計画していた国際会議（European College of Sport Science 2020および2021）での研究発表はオンライン形式となったため，旅費が余った．これは，クロスカントリースキーの走法判別精度を向上させるための装置開発に使用する．具体的には，高精度携帯型GNSSのサンプリング周波数を当初の計画である25Hzの倍の50Hzに向上させるために，Septentrio社のmosaic-X5モジュールとEspressif Systems社のESP32WROOM32Dモジュールを組み合わせた高精度携帯型GNSS装置開発のために使用する．
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[Presentation] Stroke Analysis of Canoe Sprint Kayak Single using RTK GNSS2021
Author(s)
Miyamoto N., Ohta, K., Migita, A., Suzuki, K., Miura, R., Hatakeyama, N., Miyamoto, A., Takeda M.
Organizer
26th Annual European College of Sport Science (ECSS) Congress
Int'l Joint Research
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[Presentation] Stroke Analysis during a Canoe Canadian 500 m Time Trial using Highly Precision Kinematic Global Navigation Satellite System2021
Author(s)
Takeda M., Ohta, K., Migita, A., Suzuki, K., Miura, R., Hatakeyama, N., Miyamoto, A., Miyamoto, N.
Organizer
26th Annual European College of Sport Science (ECSS) Congress
Int'l Joint Research
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