基于WLAN與手機APP的大學生日常跑步鍛煉監測管理系統的設計與應用研究

陳　平，張　健，趙　斌

基于WLAN與手機APP的大學生日常跑步鍛煉監測管理系統的設計與應用研究

陳平1，張健2，趙斌1

設計了一種基于校園無線局域網和Android平臺技術的大學生日常跑步鍛煉監測管理系統。學生跑步時通過手機APP采集相關運動數據，合格數據經校園無線局域網上傳至服務器數據庫，后臺管理軟件對數據進行匯總分析;系統通過下達鍛煉次數、比對任務完成度等方法對學生日常跑步鍛煉進行管理。該系統在學生課外體育鍛煉管理實踐中效果好。該系統的設計與實現可為學生日常鍛煉管理提供一種新的思路和方法。

手機;跑步鍛煉;監測;系統

前言

2015年8月15日發布的《中國青少年體育發展報告(2015)》顯示，我國廣大大學生身體素質依然不容樂觀，耐力素質依然持續下降。針對大學生耐力素質多年持續下降的原因，眾多學者歸結于大學生對日常鍛煉缺乏習慣，廣大大學生對于課外鍛煉“消極對待”所致。針對這一現狀，我國眾多高校嘗試采用“強迫鍛煉”的方式。目前在北京大學、南京大學、同濟大學、中國礦大等高校中為加強學生課外鍛煉，普遍采取“跑步鍛煉刷卡制”的對策，即規定每學期跑步鍛煉次數后，實行學生在指定時間到固定場所跑步刷卡的方法。不僅如此，浙江大學、揚州大學、杭州電子科技大學、貴州民族大學、西安電子科技大學等高校為杜絕學生跑步中作弊鍛煉的現象，甚至推出了對跑步鍛煉進行“指紋刷卡”。

在我國目前大學生鍛煉習慣普遍缺失的情況下，這種“強迫跑步”的做法無疑對于提高學生體質，尤其是增強耐力素質能起到巨大推動的作用，但這種方式在由于目前在軟件及硬件上的局限，許多高校在具體執行中存在著較多難題。如:①需要投入大筆資金進行硬件建設和專職人員值守，②學生鍛煉刷卡一般需集中在固定的時間和固定的場所，容易出現大量學生集中刷卡而出現長時間排除等待現象，③學生鍛煉時間選擇不自由，④刷卡僅有考勤單一作用，學生鍛煉效果無法監督，鍛煉有效性仍是空白，⑤學生普遍消極對待，爭議較大等。如何采取一種更加科學有效、易于開展的新方法，改善目前在學生日常鍛煉中遇到的問題，調動學生日常鍛煉和積極性顯得越發重要，成為我國提高大學生身體質素的重要課題。

1　系統結構設計

大學生日常跑步鍛煉監測管理系統由兩部分組成:數據采集與反饋設備(客戶端)由具備WALN(Wireless LocalArea Network，無線局域網)的手機完成，中心節點(服務端)由校園無線路由器和服務器構成。此外，在PC上運行MySQL數據庫服務器，綜合處理學生跑步數據，同時可支持用戶對數據的查詢統計與分析。系統的整體框圖如圖1所示。

學生運動時持安裝有系統APP的手機，打開手機自帶GPS功能進行持續不少于20分鐘跑步鍛煉，手機將根據學生BMI指數設定跑步應達到的有效強度，并通過跑步中的跑步速度、擺臂頻率等指標進行有并有效性監控，學生鍛煉后合格數據將通過WALN上傳至云端服務器數據庫，管理者通過電腦(PC)端管理網站對數據進行管理。管理者在后臺即可通過下達每學期學生應跑步鍛煉次數進行管理。

作者單位:1．中國海洋大學體育系，山東 青島266100
Sport Department of Ocean University of China，Qingdao 266100，Shandong，China．
2．山東省章丘市福泰小學，山東 章丘250200

圖一　系統整體框圖

2　系統功能

2．1手機客戶端模塊

手機客戶端為系統通過APP在手機上實現的各項功能。

圖二　手機客戶端框架圖

2．1．1個人信息、修改信息模塊

學生通過輸入自己的學號與密碼，登錄至數據庫，系統通過學生首次錄入的性別、身高、體重以確定其BMI指數。

2．1．2跑步界面模塊

是學生在持跑步時屏幕顯示界面，系統顯示運動者當前運動軌跡，本次鍛煉里程、時間、所消耗熱量、以及當前時間總鍛煉次數、最大速度、最小速度等信息，方便鍛煉者隨時了解所需信息，并當鍛煉者運動強度(跑步速度達不到標準要求時，給予震動提示)

2．1．3歷史記錄模塊

用戶每進行一次跑步鍛煉以后軟件都會自動記錄并存儲到登錄用戶的文件中，在用戶進行多次跑步之后根據跑步記錄情況自動生成鍛煉日志。日志包括以周鍛煉次數為顯示條件的月度鍛煉次數折線圖和每一次鍛煉的詳細鍛煉柱狀圖。

2．1．4科學建議模塊

此模塊給出學生關于不同BMI指數在達到有效鍛煉時應達到的速度區間，以供學生跑步鍛煉合理掌握運動量，進行科學鍛煉提供參考。

2．1．5其他

此模塊提示用戶可下載離線地圖以及開發人員有關信息，方便學生當出現問題時反饋。

2．2電腦(PC)端管理功能模塊

各級管理員通過電腦(PC)端網站實現對系統數據的管理功能。網站作為運動監控系統的后臺，肩負著查詢處理數據的責任，管理員需在網站進行監控和數據分析，并且網站作為后臺承載也有與移動端進行數據交互的職能。管理系統分為四大功能模塊，各自模塊功能根據分析基本相互獨立，分別為院系信息、班級信息、學生信息、個人信息及管理員登錄五大模塊，用戶通過五個模塊進行的數據查詢及管理。

圖三　電腦(PC)端框架圖

2．2．1管理員登錄模塊

系統可根據權限分為校管理員、院系管理員、體育教師三級權限，分別擁有對全校、院系、體育教師對應教學班數據管理的權利。

2．2．2個人信息模塊

可供登錄的管理員(體育教師)設置或個人密碼。

2．2．3院系信息

便于學校對全校各院系學生總體日常跑步鍛煉情況進行匯總、分析。

2．2．4班級信息模塊

便于各院系對本院系學生各班級、專業總體學生鍛煉情況進行匯總、分析。

圖四　學生運動管理系統示意圖

2．2．5學生信息模塊

便于針對學生自身鍛煉情況進行查閱分析。

3　系統關鍵指標的設計

3．1大學生跑步鍛煉有效心率的選擇

根據我國大學生的年齡及生理特點，選取最大心率的70%－80%為跑步鍛煉的心率目標區間，因此按照公式(最大心率=220－年齡)×［70%～80%］確定學生有氧運動心率區間為140～160次/分。

3．2跑步速度標準的確定

根據不同性別人群BMI指數的差異，把學生按性別分成偏瘦、正常、超重、偏胖、肥胖五組，對各組進行了大樣本測試，測試時由測試者配帶心率表進行跑步鍛煉，要求其心率保持在140～160次/分之間進行持續運動20分鐘，據此計算其有效心率區間的跑步距離及跑步速度。這樣分別得出各組別20分鐘內跑過的路程及平均速度的概率分布，并依此確定了大學生跑步速度和跑過的距離應達到的各類標準。只有鍛煉者進行跑步鍛煉時達到系統設定的標準，才能記錄本次鍛煉數據，如鍛煉強度達不到標準(如跑步速度過慢、跑步距離過短)，本次鍛煉數據將無法保存提交，鍛煉無效。

3．3跑步時間及場所的限定

本方法基于手機對于運動軌跡的記錄，所以只要手機能接收GPS信號，可不受限鍛煉時間及場所的限制。學生可在任何自己方便的時間及地點進行跑步鍛煉，使鍛煉的開展更加靈活。同時，學生在每次鍛煉時，只需要在跑步前通過WLAN登錄系統，便可離線進行鍛煉，鍛煉數據可保存于手機之中，當恢復WLAN信號時將鍛煉數據上傳服務器，對于鍛煉者提供了極大便利。

3．4防作弊方法的設計

系統通過對比上傳數據中的運動軌跡坐標與擺臂頻率進行作弊。由于在跑步時，每個跑步者有著自己獨特的跑步習慣和跑步軌跡，即使20分鐘內兩人并排同時跑步，也很難做到兩人20分鐘的運動軌跡與擺臂頻率的完全一致。因此，系統設定，當上傳數據中兩人跑步時間、GPS軌跡與擺臂頻率完全一致，則第二個數據將無法上傳。同時，系統也設定了每分鐘內的平均擺臂次數區間，當鍛煉者擺臂頻率處于極端狀態時，也默認為鍛煉者為非正常鍛煉狀態，該次鍛煉數據將無效，并不能上傳。

3．5日常鍛煉和管理設計

系統在每學期初對學生應完成的有效跑步鍛煉次數進行設定，并在學期末對學生鍛煉情況進行匯總。不同用戶(學校、院系、體育教師)可PC端對服務器數據進行不同用戶的各項操作，便于可實現其對于學生日常鍛煉情況的掌握。

3．6數據傳輸的設計

系統充分利用學校網絡資源，以學校網絡中心服務器作為數據庫后臺支撐。目前各高校廣泛覆蓋的WLAN信號為學生隨時訪問、登錄系統提供了極大便利，學生可利用手機WLAN進行身份認證后可免費登錄校內網絡，實現手機數據與服務器之間的交互，使鍛煉數據的上傳與下載均不會產生額外費用，為工作的開展提供了極大的便利。

4　系統的運行及專家的評價

2015年初，本系統首先在中國海洋大學體育課學生課后鍛煉中試用，取得了良好的效果。在系統使用后的訪談調查中，體育教師普遍反應體育工作中最難落實的學生課后鍛煉問題得到了有效解決;學生們也普遍認為，對照其他高校的跑步“刷卡”管理方式，這種應用手機APP進行跑步鍛煉的方式更加靈活，也更易接受，鍛煉效果也有較大保證。

5　結束語

本系統充分發揮智能手機的功能，與校內資源(服務器與WLAN)合理整合來構建學生日常跑步的監測與管理系統，學校無需進行新的硬件投入，節省了大量人力、財力;其次，系統針對不同BMI學生的每次跑步時間、距離與速度的有效認證，使得日常的跑步鍛煉有了基礎標準，使得鍛煉的有效性得到了保證;第三，學生可自主選擇方便的時間及場所進行跑步鍛煉，極大消除了學生的抵觸情緒;第四，本系統對于促進學校體育工作的開展，強化學生體育課的課外鍛煉提供了有力的抓手。

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Research on Design and Application of University Students’Daily Running Exercise Monitoring and Management System Based on WLAN and Mobile Phone APP

Chen Ping1，Zhang Jian2，Zhao Bin1

A monitoring and management system based on campus WLAN and Android system mobile phone with app technology of university students’daily running exercise has been designed．Exercising data of students running will be collected through mobile phone APP，and then uploaded by campus WLAN to the server database to be analyzed by background management software．By downloading exercising times and comparing the task completeness rate，students’daily running exercise activities are managed．The system is effective in the management of students＇extracurricular exercising．Design and accomplishment of the system can provide a new method to the management of students’daily exercise．

mobile phone;running exercise;monitor;system

G804

A

1005－0256(2016)08－0041－3

10．19379/j．cnki．issn．1005－0256．2016．08．016

中國海洋大學本科教育教學研究項目(項目編號: 2014JY37)

陳平(1972－)，男，山東泰安人，副教授，碩士，研究方向:體育教學研究。