基于運動安全監控系統的框架設計與研究

李璇

摘 要 本系統為運動者提供了一套完善的運動安全數據監測系統，對用戶在運動過程中的用戶數據進行實時監控，對運動安全保障有著重要意義。本系統的研發，是將采集到用戶運動數據，經過物聯網技術自動傳入移動智能手機端，再通過軟件將數據傳入云端服務器，進行數據的保存分析和處理，當運動狀態接近危險區，系統會做出預警提示，本作品最終實現了實時顯示監測對象的運動相關數據，及時準確的掌握監測對象的身體狀況并對此做出有效診斷和及時的反饋。

關鍵詞 界面設計 實時監控 功能模塊 物聯網

0引言

在國內很多體育運動過程中，因缺少適合的監測系統對用戶運動數據進行實時有效的監測，隨著社會經濟發展，高科技與體育的結合更是日趨緊密，本系統的研發，是通過“可穿戴式設備”采集到用戶運動數據，經過物聯網技術自動傳入移動智能手機端，再通過軟件將數據傳入云端服務器，進行數據的保存、分析和處理，當運動狀態接近危險區，系統會做出預警提示，并將提示分別反饋給專業的救護醫生以及用戶，采取及時的應對措施。當用戶出現運動意外時，需要立馬進行救治，醫護人員可以根據系統提示的用戶地理位置信息迅速趕赴意外現場進行救治，提高了救護效率，最大程度保障用戶的運動安全，防止運動性猝死的事件發生，亦可對運動安全性早期病進行預警，對用戶運動的前、中、后期的鍛煉負荷和體能恢復情況進行實時監控以及反饋。對運動者的運動安全監控有重要意義。

1系統概述

該系統設計主要由三大模塊組成，分別為數據采集模塊（采集監測對象在預定時間內的運動相關數據以及監測對象的數據）、數據發送模塊（將采集模塊采集到的數據通過無線信號發射裝置傳送給軟件接收端）、數據處理模塊（將傳送過來的運動原始數據通過建模、算法等處理，最終顯示在軟件端，并給出相應的方案），本作品最終實現了實時顯示監測對象的運動相關數據，及時準確的掌握監測對象的身體狀況，并對此做出有效診斷以及時的反饋。軟件系統由兩部分組成：手機端和云服務器端。手機端主要用來采集健身數據，并將數據上傳到云服務器端；云服務器端主要存儲用戶的健身數據并提供數據的查看。

系統工作原理即從運動數據采集模塊到運動數據采集集成傳感器及定位裝置，然后通過無線數據收發器，傳輸到APP中進行顯示，同時傳輸到云端服務器進行數據備份解析，研究人員以及教練、專家、醫護人員等獲得數據進行數據分析，從而對運動者進行運動指導給出健康運動建議，也從而達到監控運動情況的目的。

2系統設計

手機端可以使用開發的APP程序，通過無線傳輸模塊，利用FDD-LTE無線傳輸制式，將可穿戴設備采集到的運動生理數據傳輸到手機APP端，研究人員可以用過為系統專門開發的客戶端獲取并瀏覽測試者的運動生理數據同時通過網絡將數據上傳到云端服務器，以便隨時隨地查看運動生理數據。

3移動端軟件設計

手機端可以使用開發的程序，通過FDD-LTE無線傳輸制式，將可穿戴設備采集到的運動生理數據傳輸到手機端，研究人員可以用過為系統專門開發的客戶端獲取并瀏覽測試者的運動生理數據，同時可以通過網絡將數據上傳到云端服務器，以便隨時隨地查看運動生理數據。

3.1功能結構

手機端主要有五個功能模塊構成：

用戶信息模塊：登陸APP、管理用戶的信息。

無線通訊數據采集模塊：連接指定健身器材采集用戶健身數據。

數據分析處理模塊：對獲取的數據進行分析處理后，以方便數據的顯示傳輸。

數據傳輸模塊：將數據傳輸到云端服務器并能根據請求獲取云端服務器中的指定信息。

數據顯示模塊：將處理后的運動數據在手機端顯示。

3.2數據流程

用戶的健身信息通過藍牙數據采集模塊采集，采集到的信息由數據分析與處理模塊進行整理，然后將處理后的信息顯示在手機上，同時上傳信息到云端服務器，以便查詢和瀏覽。

3.3用戶界面開發設計

界面是系統與用戶進行信息的輸入與輸出的界面。其設計是以強大的數據庫作為支持的。窗體與頁面應盡量包含用戶所需的內容和功能，界面設計要做到簡潔明了和美觀，菜單的提示問答要直觀并可提供幫助功能。本作品界面全部采用了以圖形化的界面來顯示數據，本系統軟件端的開發是在安卓的開發環境，軟件的開發構架采用的是C/S架構模式開發。

C/S架構，即服務器/客戶端架構。是大家熟知的軟件系統體系結構，通過將任務合理分配到Client端和Server端，降低了系統的通訊開銷，需要安裝客戶端才可進行管理操作。本系統采用C/S架構模式主要是為了使得軟件的操作界面很豐富，而在安全性方面，安全性可以很容易保證，實現多層認證也不難，除此之外，由于只有一層交互，用戶與數據庫、服務器之間的響應速度較快。這也提高了用戶在使用軟件的流暢性，提升了用戶體驗。

本系統軟件端開發的設計模式采用時下最流行的MVC設計模式，是一種軟件設計典范，用一種業務邏輯、數據、界面顯示分離的方法組織代碼，將業務邏輯聚集到一個部件里面，在改進和個性化定制界面及用戶交互的同時，不需要重新編寫業務邏輯。MVC被獨特的發展起來用于映射傳統的輸入、處理和輸出功能在一個邏輯的圖形化用戶界面的結構中。

3.4用戶界面設計

系統設置了用戶賬號登陸功能，用戶可自行設定賬號密碼進行注冊使用。

運動數據監測系統軟件端主頁，為進行測試運動數據的時候，實時顯示用戶運動狀態的界面，在多個被測試者進行測試的時候，可以在軟件端點擊開始，系統就開始獲取從系統采集模塊傳輸過來的信號數據，而經過數據計算、轉換、處理，以數字、圖形化的形式顯示在用戶界面中，供用戶直觀、清晰的對數據進行分析。在上圖界面中，用戶不僅可以了解自身的運動數據信息還能與其他共同測試者進行各項數據的對比，如距離對比、心率對比、跑動分析等。而在界面中間則是顯示根據用戶想要了解的數據，進行可視化顯示。如動態心率圖，平均心率圖，運動軌跡圖等。

系統軟件個人報告頁面，主要是根據登陸用戶，對該位登陸用戶的運動數據進行一個可視化顯示，在該頁面中，不僅可以詳細的顯示出測試者的運動數據信息，還能顯示每條數據是總哪個數據采集端發送出來。從頁面中，可以詳細了解該測試者的個人信息（姓名、年齡、身高、體重等）以及測試過程中的運動數據信息，如該測試的開始時間、結束時間、期間耗時時間；以及在測試運動過程中出現的最大心率、平均心率、運動的距離、在運動過程中的最大速度、平均速度等；用戶還能點擊下排的按鈕，了解自身在運動過程中心率與速度的融合圖、運動軌跡圖等。當用戶想要了解在運動測試過程的運動軌跡圖，只需要點擊軌跡圖即可，頁面底部的可視化顯示區域就能將用戶運動測試時的運動軌跡繪制顯示在APP客戶端上。以便用戶可以全方面的了解自己的運動狀態，在出現運動損傷性早期病之前及時對運動者做出反饋預警，預防運動安全事故的發生。

3.5數據庫設計

數據庫是構建在SSD盤上采用最新的軟硬件架構，帶來前所未有的性能提升，完全兼容多種協議的關系型數據庫服務，具有多重安全防護措施和完善的性能監控體系。支持批量數據庫的管理、權限設置和SQL導入。有多種數據導入途徑完成初始化，用戶可隨時備份數據。并提供專業的數據庫備份恢復及優化方案使用戶能專注于應用開發和業務發展。數據庫端使用關系型數據庫，其體積小、速度快、總體擁有成本低，中小型網站的開發都由此作為網站數據庫。

4 結論

本系統將多個具有運動數據采集功能的傳感器集成在一個設備中，采集的原始數據通過算法處理再通過無線通信協議傳輸到軟件進行數據顯示，實時監控用戶的運動狀態，在用戶因運動狀態過于激烈導致心率急增，監測系統會做出預警機制；當用戶運動過程中突然暈倒受傷無法進行運動時，檢測系統會實時顯示用戶運動姿態變化并通過定位迅速趕往現場進行救治最大程度上保障用戶的運動安全。

本系統數據傳輸方案采用的是目前國內最主流的無線通信協議，該方案可極大降低數據量，減少通信過程中因偶然原因引起的數據丟失，從而使得多個數據采集設備同時工作，進而能夠同時監測較多對象的運動信息滿足運動過程中對多個用戶運動狀態的實時監控。另外本作品采集到的大量數據為政府制定與體育產業相關的政策提供了科學依據。

參考文獻

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[2] 李磊.基于B/S模式數據監控系統的研究與應用[J].教育科學：全文版， 2016（12）：00175-00175.