人體運動能力在線評估系統(tǒng)設(shè)計

劉忠齊

(秦皇島廣播電視大學(xué) 行政辦公室， 河北 秦皇島 066000)

0 引言

目前所應(yīng)用的人體運動測試系統(tǒng)，大多都是采用基于J2EE設(shè)計，圍繞Web服務(wù)器搭建整體架構(gòu)，以SQL Server 2 000服務(wù)器作為后臺數(shù)據(jù)庫的總體結(jié)構(gòu)形式。這一類系統(tǒng)能夠?qū)⑸婕叭梭w運動的各項數(shù)據(jù)照既定規(guī)則實施綜合與分析，同時考慮運動的個性化差異，對人體運動能力作出評價[1]。然而，若基于系統(tǒng)層次的角度評價系統(tǒng)本身，則會發(fā)現(xiàn)此類系統(tǒng)的構(gòu)建難度很大，同時對用戶的督促力度較小[2-6]。針對上述問題，本文設(shè)計了一種在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上搭建的新型系統(tǒng)，該系統(tǒng)大幅增加了人體運動能力測評的準(zhǔn)確性，對于加大督促力度，科學(xué)增強人體運動能力能夠發(fā)揮積極的作用。

1 評估系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

人體運動能力評估系統(tǒng)必須具備能力評估、決策分析和查詢分析的功能，系統(tǒng)硬件要配置對應(yīng)的模塊，同時，考慮不同用戶運動信息的差異化因素，系統(tǒng)的查詢功能需要體現(xiàn)可視化信息界面的差異性。系統(tǒng)中創(chuàng)建了一個新的用戶時，必須首先進行運動信息采集，并依據(jù)這些信息為其制訂權(quán)限管理方案。系統(tǒng)硬件架構(gòu),如圖1所示。

圖1 系件架構(gòu)

由圖1可見，運動能力評估系統(tǒng)包含運動專項查詢、決策支持和查詢分析三個子系統(tǒng)，為了實現(xiàn)運動能力評估的功能，用戶需要根據(jù)自身的實際情況在系統(tǒng)中分別錄入評估所需的運動信息，包括運動時長、基本運動信息、運動項目信息、運動學(xué)習(xí)能力和運動能力水平等。

1.2 子系統(tǒng)設(shè)計

按照系統(tǒng)的設(shè)計功能，應(yīng)在系統(tǒng)中設(shè)置運動能力顯示、運動能力計算、運動能力測評準(zhǔn)備和運動能力評分四個子系統(tǒng)。子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其信息傳遞形式,如圖2所示。

圖2 子系統(tǒng)設(shè)置示意圖

運動能力測評準(zhǔn)備是指按照所采集到的用戶運動信息確定各評分項所占比例[3]，其中方式較為簡單、體力消耗較小的運動相對于難度大、消耗高的運動評分占比要低；復(fù)雜運動能力評估打分是指根據(jù)用戶的運動成績結(jié)合其個人能力給出一個綜合評分，該子系統(tǒng)專門針對運動愛好者經(jīng)常進行的復(fù)雜體育運動如足球、籃球、健美操和拳擊等進行打分評估；運動能力計算深化了評估打分的結(jié)果，通過科學(xué)的算法對評分進行綜合運算，使運動愛好者更為直觀地了解自身的能力極限；運動愛好者能力顯示則以可視化界面向用戶告知系統(tǒng)對其能力評估的結(jié)果，該子系統(tǒng)通過系統(tǒng)界面向用戶呈現(xiàn)根據(jù)其錄入信息所得到的評估數(shù)據(jù)，使其能夠?qū)κ欠襁m合開展某些運動做出明確的判斷。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 運動評估界限分析

在本系統(tǒng)的設(shè)計過程中，點權(quán)值確定是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。系統(tǒng)假定對所有參與運動的人員的能力進行評估，由此設(shè)定一個多邊形，其節(jié)點的數(shù)量是x個，邊數(shù)y個，同時將d0設(shè)定為人體運動源的節(jié)點且其點權(quán)值w0的數(shù)值為1，余下的其它節(jié)點為d1,d2,…,dn，其所對應(yīng)的點權(quán)值w1,w2,…,wn的數(shù)值都是0。在這些條件下，通過計算相鄰兩節(jié)點之間的點權(quán)值和邊界，能夠提高系統(tǒng)評估的準(zhǔn)確性[4]，按照相鄰節(jié)點之間距離的不同來評價用戶的運動能力。

(1) 若相鄰兩節(jié)點i和j的間距為系統(tǒng)設(shè)定值，則節(jié)點di=dj=1，wi=wj，判定用戶運動能力達標(biāo)；

(2) 若相鄰兩節(jié)點i和j的間距小于系統(tǒng)設(shè)定值，則節(jié)點di=dj>1，wi=wi+wj，判定用戶運動能力不達標(biāo)；

(3) 若相鄰兩節(jié)點i和j的間距大于系統(tǒng)設(shè)定值，則節(jié)點di=dj<1，wj=wi+wj，判定用戶運動能力優(yōu)異。

2.2 人體運動信息庫實現(xiàn)

系統(tǒng)信息庫的作用是存儲各子系統(tǒng)所收集的信息，并在子系統(tǒng)之間按需求進行信息傳遞。其實現(xiàn)流程，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)信息庫工作流程

系統(tǒng)接收到來自于用戶的評估申請后，從信息庫里讀取該用戶的相關(guān)信息，按照設(shè)定的規(guī)則將各種信息進行匯總和分析，隨后將結(jié)論通過顯示界面告知用戶。具體流程，如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)信息庫邏輯關(guān)系圖

由此可見，系統(tǒng)信息庫創(chuàng)建的基礎(chǔ)是子系統(tǒng)間信息的交互和邏輯關(guān)系的確定。

2.3 整體系統(tǒng)的實現(xiàn)

基于上述設(shè)計的完成，通過本系統(tǒng)對真實用戶的運動能力進行評估，以此來完成系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。具體實現(xiàn)過程，如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)功能實現(xiàn)操作流程

(1) 采集用戶運動基本信息，如運動的名稱、類型和平均運動時長等；

(2) 根據(jù)基本信息對用戶的日常運動開展情況進行綜合分析；

(3) 通過大量信息的錄入獲取各類運動的相關(guān)數(shù)據(jù)，創(chuàng)建運動能力評估信息庫；

(4) 從運動信息庫資源中提取與用戶運動對應(yīng)的信息進行對比；

(5) 根據(jù)匹配和對比結(jié)果對用戶的運動能力進行評估。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

選取10名體育運動愛好者作為本系統(tǒng)評估的實驗對象，將其隨機劃分為兩組，5人作為實驗組，其余5人為對照組。首先采集10人的身體參數(shù)信息，并以此為依據(jù)對實驗參數(shù)進行設(shè)置。

3.1 實驗參數(shù)設(shè)置

實驗參數(shù)即STS(骨骼強度)、MCS(肌肉強度)、FCF(力量系數(shù))、ECF(耐力系數(shù))、MEI(最大運動強度)和SAL(人體能力水平),為保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性[5]，兩組實驗對象的參數(shù)基本一致。具體參數(shù)，如表1所示。

表1 實驗參數(shù)

3.2 運動能力評估的準(zhǔn)確性對比

實驗過程如下：全部實驗對象一起學(xué)習(xí)相同動作的一套健美操，整個過程中記錄所有人的學(xué)習(xí)時間等信息。通過本系統(tǒng)對實驗組人員進行運動能力評估，對照組則通過其它系統(tǒng)進行評估，分別獲得評估結(jié)果后對其準(zhǔn)確性進行比較。在同等學(xué)習(xí)強度下由專業(yè)人員對參與實驗兩組人員的健美操完成度進行評價。具體結(jié)果，如表2所示。

表2 兩組人員健美操完成度統(tǒng)計表

理想狀態(tài)下，參與實驗人員的運動能力越高，則健美操的完成度應(yīng)該越高，但由于運動能力評估得分為綜合得分，參試人員的某項參數(shù)短板可能對實際的健美操完成度造成影響，所以必須經(jīng)過運動評估系統(tǒng)的科學(xué)評估，結(jié)合運動項目的時長、強度等因素，才能得到最符合參試人員實際情況的評估結(jié)果。按照評估結(jié)果所繪制的評估曲線，如圖6所示。

圖6 兩組實驗人員運動能力評估準(zhǔn)確性對比

圖6中的對角線實線為標(biāo)準(zhǔn)能力評估曲線，代表具備理想運動能力的人在完成全套健美操學(xué)習(xí)后完成度與系統(tǒng)評估得分的對應(yīng)關(guān)系；點實線為實驗組的運動能力評估準(zhǔn)確性曲線，是本系統(tǒng)依據(jù)表1參數(shù)所繪制的實驗組人員完成全套健美操學(xué)習(xí)后完成度與系統(tǒng)評估得分的對應(yīng)關(guān)系；虛線為對照組的運動能力評估準(zhǔn)確性曲線，是對照系統(tǒng)依據(jù)表1參數(shù)所繪制的對照組人員完成全套健美操學(xué)習(xí)后完成度與系統(tǒng)評估得分的對應(yīng)關(guān)系。

由圖6可見，本系統(tǒng)繪制的評估準(zhǔn)確性曲線均勻分布在標(biāo)準(zhǔn)曲線兩側(cè)，且實驗組人員的評估結(jié)果數(shù)值點全部落在系統(tǒng)繪制的評估曲線上，這說明實驗結(jié)果與系統(tǒng)評估結(jié)果是吻合的；而對照組人員的評估結(jié)果數(shù)值點都落在了其它系統(tǒng)所繪制的曲線外，與系統(tǒng)繪制的評估曲線存在較大差異，且該曲線整體位于標(biāo)準(zhǔn)曲線下方，可判定為其結(jié)果準(zhǔn)確性較低。所以，本系統(tǒng)相較于其它性能能夠?qū)τ脩舻倪\動能力評估出更為準(zhǔn)確的結(jié)果。

3.3 差異性反映對比

基于實驗所獲得的評估結(jié)果，對同組5名實驗人員個性化差異的反映做出對比分析。實驗組與對照組的個性化差異反映，如圖7、圖8所示。

圖7 實驗組個性化差異

圖8 對照組個性化差異

對比兩組曲線可見，實驗組評估結(jié)果數(shù)值點分散分布于評估曲線上，沒有發(fā)生兩個以上的點重疊的情況，在標(biāo)準(zhǔn)曲線的垂直方向上各點與標(biāo)準(zhǔn)曲線的間距基本相等，說明系統(tǒng)評估結(jié)果與運動人員的真實能力接近；而對照組評估結(jié)果數(shù)值點發(fā)生了兩兩重疊，各數(shù)值點在標(biāo)準(zhǔn)曲線兩側(cè)呈不均勻分布狀態(tài)，同時，運動能力評估點與標(biāo)準(zhǔn)曲線的距離各不相同，說明評估結(jié)果與運動人員的真實能力存在較大差距。通過上述幾點分析可見，本系統(tǒng)的差異性反映能力更強。

4 總結(jié)

本文所設(shè)計基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的人體運動能力評估系統(tǒng)，解決了其他同類系統(tǒng)構(gòu)建難度大，對用戶的督促力度較小的問題。基于系統(tǒng)設(shè)計功能完成了硬件配置及其子系統(tǒng)劃分，基于界限分析和信息庫的創(chuàng)建完成了軟件部分的設(shè)計。通過實驗對系統(tǒng)功能進行驗證，結(jié)果表明，基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的人體運動能力評估系統(tǒng)相較于其他同類系統(tǒng)更具實用價值。