知識視角下?lián)魟τ?xùn)練比賽決策支持系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用

王 杰，趙傳杰，黃華勇

1.Shanghai University of Sport，Shanghai 200438，China；2. Huawei Technologies Co.，Ltd.，Shenzhen 518129，China.

擊劍訓(xùn)練和比賽研究經(jīng)歷了數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集、模擬評估等階段［12］，形成了海量的知識資源，但這些知識大多散落在各種文獻(xiàn)、獨(dú)立的研究和教練員的腦海中，缺乏有效的管理和發(fā)掘，知識不能得到有效共享與傳承。從備戰(zhàn)2008年北京奧運(yùn)會開始，我國體育部門已經(jīng)開始重視訓(xùn)練和比賽經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)以及知識的積累，著手建立國家體育信息平臺，促進(jìn)教練員和運(yùn)動(dòng)員對訓(xùn)練模式的記錄和制勝經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，相關(guān)研究也初步構(gòu)建了擊劍比賽數(shù)據(jù)庫，但平臺的構(gòu)建尚處于數(shù)據(jù)庫階段，目前正在向兩個(gè)方向進(jìn)行深入研究，其一，是海量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化入庫，其二，是在數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、知識發(fā)現(xiàn)和決策支持系統(tǒng)研究。

知識是指經(jīng)過人的思維整理過的信息、數(shù)據(jù)、形象、意向、價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)以及社會的其他符號化產(chǎn)物，不僅包括科學(xué)技術(shù)知識，還包括人文社會科學(xué)的知識、商業(yè)活動(dòng)、日常生活和工作中的經(jīng)驗(yàn)和知識，人們獲取、運(yùn)用和創(chuàng)造知識的知識，以及面臨問題做出判斷和提出解決方法的知識［4］。顯然，目前，關(guān)于擊劍訓(xùn)練和比賽的相關(guān)研究只有部分經(jīng)過整理，且沒有進(jìn)行符號化的處理，尚處于待開發(fā)的階段。從信息技術(shù)的發(fā)展來看，信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使計(jì)算機(jī)管理、處理、預(yù)測知識成為可能。

從知識的視角來看，知識可以分為隱形知識和顯性知識，隱性知識是指隱含經(jīng)驗(yàn)類知識，它存在于員工的頭腦中或組織的結(jié)構(gòu)和文化中，無法用語言或書面材料進(jìn)行準(zhǔn)確描述，因此，不易被他人獲知，也不易被編碼［1］。教練員和運(yùn)動(dòng)員形成的對于訓(xùn)練和比賽的認(rèn)識即為隱形知識。對訓(xùn)練和比賽中積累的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘研究，使隱形知識顯性化，對專家知識加以歸納整理，使經(jīng)驗(yàn)知識數(shù)字化，可以為擊劍訓(xùn)練和比賽提供決策支持。

知識管理是對包含數(shù)據(jù)、信息的廣義知識的創(chuàng)新生產(chǎn)、貯存、轉(zhuǎn)移和共享，以達(dá)到創(chuàng)新的目的、滿足顧客的需要［16］。為達(dá)到這一目標(biāo)，進(jìn)行知識庫的構(gòu)建是前提，以知識庫為平臺對比賽和訓(xùn)練中獲取的知識進(jìn)行存儲，通過綜合推理和數(shù)據(jù)挖掘獲取全新的知識，并通過決策系統(tǒng)將其以數(shù)據(jù)或者信息的形式推送給教練員或運(yùn)動(dòng)員，達(dá)到訓(xùn)練和比賽知識共享的目的，這也正是知識創(chuàng)新和知識共享的目的。因此，擊劍訓(xùn)練和比賽知識庫的構(gòu)建是進(jìn)行診斷分析以及開發(fā)專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本研究以構(gòu)建擊劍技、戰(zhàn)術(shù)知識庫為基礎(chǔ)，研究了擊劍訓(xùn)練比賽決策支持系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)。

擊劍訓(xùn)練比賽決策支持系統(tǒng)由數(shù)據(jù)入口、知識庫和數(shù)據(jù)智能分析3部分組成，其中，數(shù)據(jù)入口由擊劍訓(xùn)練質(zhì)量監(jiān)控軟件、擊劍比賽臨場數(shù)據(jù)采集軟件、擊劍離線數(shù)據(jù)采集軟件組成，分別用于采集擊劍訓(xùn)練監(jiān)控獲取的數(shù)據(jù)、現(xiàn)場采集到的比賽技術(shù)數(shù)據(jù)和在賽后利用比賽錄像采集到的技術(shù)數(shù)據(jù)。知識庫是本系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的輸入、存儲、管理、分析和決策支持功能。該部分由賽事信息庫、比賽選手庫、技術(shù)分析庫和媒體網(wǎng)站知識庫構(gòu)成。決策支持系統(tǒng)的智能分析和輸出部分對應(yīng)于輸入也有3部分組成，分別有臨場比賽智能分析數(shù)輸出、離線比賽分析和知識平臺輸出。需要指出的是，本系統(tǒng)分別經(jīng)歷了訓(xùn)練計(jì)劃輔助系統(tǒng)研究、臨場比賽分析系統(tǒng)研究、離線比賽智能分析系統(tǒng)研究和知識庫研究等階段建設(shè)完成。

1 擊劍訓(xùn)練比賽決策支持系統(tǒng)數(shù)據(jù)源

決策支持系統(tǒng)的輸入有4個(gè)數(shù)據(jù)源，分別是擊劍比賽臨場分析系統(tǒng)、擊劍比賽離線智能分析系統(tǒng)、擊劍訓(xùn)練計(jì)劃與訓(xùn)練質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)和擊劍訓(xùn)練比賽知識庫輸入接口（圖1）。其中，擊劍臨場比賽分析系統(tǒng)、擊劍比賽離線智能分析系統(tǒng)和擊劍訓(xùn)練計(jì)劃和訓(xùn)練質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)可以獨(dú)立作為軟件系統(tǒng)使用，本知識庫直接可以導(dǎo)入其錄入的后臺數(shù)據(jù)，知識庫輸入接口集成在知識庫平臺上，不可以作為獨(dú)立軟件系統(tǒng)使用，這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)前3個(gè)軟件系統(tǒng)時(shí)，后臺的數(shù)據(jù)表格式比較統(tǒng)一，知識庫的數(shù)據(jù)庫格式則為重新設(shè)計(jì)。

圖1 本研究擊劍訓(xùn)練、比賽決策支持系統(tǒng)架構(gòu)示意圖Figure 1. The System Architecture of FTC-DSS

1.1 擊劍比賽臨場分析系統(tǒng)

擊劍比賽臨場分析系統(tǒng)［13］考慮到了擊劍比賽速度快、技、戰(zhàn)術(shù)采集復(fù)雜的特點(diǎn)，按照專家和教練員要求選取對于比賽最具有決定性作用的技、戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)作為采集對象。根據(jù)各劍種特點(diǎn)，分別將佩劍戰(zhàn)術(shù)勢態(tài)分為進(jìn)攻、防守、反攻、對攻4種狀態(tài)，花劍戰(zhàn)術(shù)分為進(jìn)攻、防守、反攻3種狀態(tài)，重劍戰(zhàn)術(shù)分為進(jìn)攻、防守、搶攻、挑引4種狀態(tài)，對應(yīng)得、失分分別進(jìn)行采集。根據(jù)不同劍種的得、失分有效部位，將佩劍的有效部位分為頭部、上肢、軀干內(nèi)測、軀干外側(cè)和手，花劍的有效部位分為軀干、腰部、背部和肩部，重劍的有效部位分為頭部、上肢、軀干、大腿、腳和手，分別對應(yīng)得、失分進(jìn)行采集。為便于教練員和運(yùn)動(dòng)員實(shí)時(shí)觀察比賽中的技、戰(zhàn)術(shù)發(fā)揮情況，軟件增加了視頻實(shí)時(shí)錄制功能，即利用攝像設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)，可以實(shí)時(shí)拍攝到現(xiàn)場比賽情況。臨場分析軟件通過快捷鍵的相關(guān)操作，實(shí)現(xiàn)了比賽中的技、戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)值與比賽拍到錄像的關(guān)聯(lián)，將比賽視頻片段分別進(jìn)行標(biāo)注，實(shí)現(xiàn)了比賽視頻片段的實(shí)時(shí)分類。在每場比賽結(jié)束進(jìn)行比賽采集提交后，即得到了本場比賽基本的技、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)。可以提供下述幾種模式的技、戰(zhàn)術(shù)統(tǒng)計(jì)分析：整場比賽技、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、戰(zhàn)術(shù)勢態(tài)分析（分別對應(yīng)不同戰(zhàn)術(shù)勢態(tài)）、部位分布情況分析、得、失分統(tǒng)計(jì)分析。統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，以數(shù)據(jù)和合成視頻的狀態(tài)分別進(jìn)行展示，如查詢頭部得分分析時(shí)，系統(tǒng)相應(yīng)檢索整場比賽中所有的頭部得分視頻片段，并進(jìn)行視頻合成，方便教練員、運(yùn)動(dòng)員和研究人員觀察分析。系統(tǒng)在進(jìn)行提交時(shí)，同時(shí)，已經(jīng)將每場比賽的數(shù)據(jù)遞交到Access數(shù)據(jù)庫，技、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)表將作為知識庫的輸入源進(jìn)行連接。臨場比賽分析系統(tǒng)的特征是指標(biāo)簡單、采集速度快、查詢簡易、結(jié)果明確，但其也有缺點(diǎn)，如統(tǒng)計(jì)到的技術(shù)指標(biāo)比較單一，由于時(shí)效上的要求，不能同時(shí)對比賽中的雙方進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。為了彌補(bǔ)這一缺陷，開發(fā)了擊劍比賽離線數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)。

1.2 擊劍比賽離線數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)

擊劍比賽離線數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)［9］可以更加細(xì)膩地對比賽中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，由于比賽錄像具有可以多次觀察重復(fù)分析的屬性，在開發(fā)擊劍離線采集分析系統(tǒng)時(shí)，對系統(tǒng)的指標(biāo)值進(jìn)行了進(jìn)一步細(xì)化。除了可以采集進(jìn)攻、防守、反攻等戰(zhàn)術(shù)勢態(tài)外，系統(tǒng)還增加了位置的采集。與臨場比賽分析系統(tǒng)類似，系統(tǒng)也具有視頻片段標(biāo)志的功能，不僅實(shí)現(xiàn)了戰(zhàn)術(shù)勢態(tài)與視頻片段的關(guān)聯(lián)、得、失分與視頻片段的關(guān)聯(lián)，還實(shí)現(xiàn)了擊（刺）打位置與視頻片段的關(guān)聯(lián)。離線采集分析系統(tǒng)與臨場分析系統(tǒng)的最大區(qū)別在于實(shí)現(xiàn)了比賽雙方數(shù)據(jù)的同時(shí)采集，這樣的采集方式不僅增加了A、B雙方的技、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)，還實(shí)現(xiàn)了兩者之間技、戰(zhàn)術(shù)的關(guān)聯(lián)，這與比賽實(shí)際更加接近，因?yàn)閾魟Ρ荣愂菍剐缘模荣愔须p方的技、戰(zhàn)術(shù)互相制約、互相影響，從第一劍起始到一個(gè)回合結(jié)束構(gòu)成了一個(gè)戰(zhàn)（技）術(shù)鏈，這種采集方式便于后續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘研究，找出若干個(gè)有效的序列，為教練員和運(yùn)動(dòng)員提供參考。

1.3 擊劍訓(xùn)練計(jì)劃與訓(xùn)練質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)

訓(xùn)練和比賽是運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練項(xiàng)目不可分割的兩部分，對比賽中的技、戰(zhàn)術(shù)特征進(jìn)行采集分析也是為了便于有針對性地安排訓(xùn)練，以求在后續(xù)的比賽中采取相應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)、克敵制勝。擊劍訓(xùn)練計(jì)劃與訓(xùn)練質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)［11］主要對日常訓(xùn)練中的情況進(jìn)行記錄和跟蹤，發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練中存在的問題，為合理化提高運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)水平提供數(shù)據(jù)依據(jù)。擊劍訓(xùn)練質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)綜合了國內(nèi)、外訓(xùn)練監(jiān)控軟件的優(yōu)勢，采用VB＋Access數(shù)據(jù)庫開發(fā)，具有訓(xùn)練計(jì)劃錄入、訓(xùn)練計(jì)劃實(shí)施跟蹤、訓(xùn)練質(zhì)量監(jiān)控和訓(xùn)練結(jié)果反饋等功能。其中，訓(xùn)練計(jì)劃錄入采用周期訓(xùn)練理論，將訓(xùn)練計(jì)劃分為多年訓(xùn)練計(jì)劃、年訓(xùn)練計(jì)劃、月訓(xùn)練計(jì)劃、周訓(xùn)練計(jì)劃、日訓(xùn)練計(jì)劃和課訓(xùn)練計(jì)劃分別錄入。課訓(xùn)練計(jì)劃遵循教練員撰寫訓(xùn)練計(jì)劃的格式，按照體能訓(xùn)練、技術(shù)訓(xùn)練、隊(duì)內(nèi)比賽等形式分別進(jìn)行編制。訓(xùn)練質(zhì)量監(jiān)控部分用于控制擊劍運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練量和訓(xùn)練強(qiáng)度，可以記錄訓(xùn)練總時(shí)間、有效訓(xùn)練時(shí)間、訓(xùn)練組次等參數(shù)，最終計(jì)算出運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練強(qiáng)度。

1.4 擊劍訓(xùn)練比賽知識庫接口

擊劍訓(xùn)練比賽知識接口基于知識庫平臺開發(fā)，主要用于錄入在進(jìn)行擊劍科研攻關(guān)和研究過程中形成的技術(shù)分析、訓(xùn)練數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)資料等。對應(yīng)上述幾種文檔形式，知識庫接口包括運(yùn)動(dòng)員信息輸入、數(shù)字錄像資料輸入、比賽技、戰(zhàn)術(shù)分析文稿輸入和文獻(xiàn)資料輸入。知識庫接口以B＋S的結(jié)構(gòu)開發(fā)，后臺數(shù)據(jù)庫部署在重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大型服務(wù)器上，需要錄入上述資料時(shí)，通過web平臺可以直接訪問。平臺支持DOC、XLS、PPT、HTML等格式的文檔資料入庫，還支持WMV、AVI、MPG等視頻格式的入庫，并且可以進(jìn)行在線實(shí)時(shí)預(yù)覽和閱讀。知識庫接口采用集中式的輸入和輸出接口，可以分別按照比賽錄像、技、戰(zhàn)術(shù)分析、文獻(xiàn)資料等形式進(jìn)行查詢。接口還提供了先進(jìn)的全文檢索功能，例如：當(dāng)輸入關(guān)鍵字“仲滿”時(shí)，可以檢索到數(shù)據(jù)庫中所有關(guān)于“仲滿”的數(shù)字資料。知識庫接口與上述3種系統(tǒng)不同的是，其輸入到知識庫的內(nèi)容同時(shí)以兩種形式存儲：文檔原本的格式和全文索引。保留文檔原本的形式可以方便科研人員在保證原有格式的條件下，采用隨機(jī)自帶的軟件進(jìn)行瀏覽，而全文索引則可以按照文檔中任意關(guān)鍵字進(jìn)行檢索。

2 擊劍訓(xùn)練比賽知識庫

擊劍訓(xùn)練比賽知識庫按照知識管理的理念來構(gòu)建，主要體現(xiàn)以下3個(gè)特點(diǎn)：分別為技、戰(zhàn)術(shù)知識的積累與共享性、技、戰(zhàn)術(shù)內(nèi)容的充實(shí)與創(chuàng)新性、平臺的交互性和運(yùn)行的高效率，力求簡潔、高效。將網(wǎng)絡(luò)和已有研究數(shù)據(jù)充分整合構(gòu)建一個(gè)內(nèi)容詳實(shí)、數(shù)據(jù)多樣性的平臺是知識庫建立的前提，平臺的首要功能是提供信息服務(wù)的信息管理系統(tǒng)，即把擊劍相關(guān)的數(shù)據(jù)、信息和知識管理起來，為中國擊劍隊(duì)教練員、運(yùn)動(dòng)員和科研人員提供相關(guān)的科研服務(wù)，數(shù)據(jù)主要來源與已有技、戰(zhàn)術(shù)資料、訓(xùn)練計(jì)劃和訓(xùn)練監(jiān)控等，還有來源于國際劍聯(lián)、中國劍協(xié)、相關(guān)擊劍賽事網(wǎng)站提供的擊劍比賽比賽信息和技術(shù)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)平臺上運(yùn)行，用戶可以方便地獲取所需要的比賽、訓(xùn)練或者相關(guān)信息，教練員和運(yùn)動(dòng)員能夠在已建立數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上進(jìn)行相關(guān)評論和補(bǔ)充。不僅提供數(shù)據(jù)的快速查詢，還提供對視頻、圖片、文檔等多媒體格式的瀏覽和下載功能。

2.1 Web服務(wù)技術(shù)

Web Services技術(shù)是是一種全新的分布式計(jì)算模型，一經(jīng)推出就受到眾多企業(yè)用戶的支持，由于其接口和綁定都可以通過XML語言進(jìn)行定義、描述和發(fā)現(xiàn)，并且支持基于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議，可以方便地與其他軟件系統(tǒng)進(jìn)行交互，因此，具有自包含、自描述、模塊化和松耦合等特點(diǎn)［2，8］。

Web服務(wù)的操作對象由服務(wù)請求者、服務(wù)提供者和服務(wù)代理構(gòu)成，它們通過交互執(zhí)行查找、綁定和發(fā)布3項(xiàng)操作（圖2）。當(dāng)服務(wù)請求者需要調(diào)用某項(xiàng)服務(wù)時(shí)，首先，利用服務(wù)代理提供的目錄去查找該項(xiàng)服務(wù)，得到調(diào)用該服務(wù)的信息，然后，根據(jù)調(diào)用信息去提取業(yè)務(wù)提供者發(fā)布的服務(wù)。一旦提取了服務(wù)的調(diào)用信息，通信就在服務(wù)請求者和提供者之間直接進(jìn)行，而無須再經(jīng)過服務(wù)代理［10］。

在基于web服務(wù)的擊劍訓(xùn)練比賽知識平臺上，教練員、運(yùn)動(dòng)員和科研人員同時(shí)是服務(wù)請求者。知識庫是服務(wù)提供者，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢和數(shù)據(jù)推理，通過指定算法將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識；網(wǎng)站平臺是服務(wù)代理機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)將后臺知識推理生成結(jié)果的傳送和知識表達(dá)。Web服務(wù)平臺實(shí)現(xiàn)了訓(xùn)練比賽數(shù)據(jù)的管理、數(shù)據(jù)到知識的轉(zhuǎn)化和數(shù)據(jù)的傳送與共享，是決策支持系統(tǒng)的核心所在。

2.2 擊劍訓(xùn)練、比賽知識表示方法

知識表示是將知識描述成計(jì)算機(jī)可以理解和接受的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對知識進(jìn)行表示以便進(jìn)行相應(yīng)的推理與演繹，其表示方法決定了計(jì)算機(jī)挖掘和利用知識的有效性，其選擇得當(dāng)程度決定了決策支持和專家系統(tǒng)的性能。擊劍比賽技術(shù)知識表示就是要尋求適合擊劍比賽技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)知識描述的方法，通過該方法實(shí)現(xiàn)每場比賽中運(yùn)動(dòng)員所采用技術(shù)的數(shù)據(jù)庫存儲和比賽中關(guān)鍵信息的數(shù)字化，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行推理和演繹，從不同角度實(shí)現(xiàn)比賽知識的獲取，為構(gòu)建擊劍專家系統(tǒng)提供基礎(chǔ)。知識表示的意義在于使擊劍比賽的技術(shù)特征成為便于計(jì)算機(jī)存儲和利用的結(jié)構(gòu)，使比賽特征以知識元的形式在數(shù)據(jù)庫中保存下來，不僅實(shí)現(xiàn)了單場比賽的關(guān)鍵特征重現(xiàn)，而且還便于進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)的研究。

圖2 web服務(wù)的架構(gòu)框圖Figure 2. The Web Service Framework

技、戰(zhàn)術(shù)知識總體上采用產(chǎn)生式規(guī)則表示法來建立，主要有以下3種形式［7］：

1.基本形式：“IF條件 THEN結(jié)論。”

2.多前提：當(dāng)存在多個(gè)前提條件時(shí)，則在前提條件中用邏輯關(guān)系詞AND、OR或NOT來表達(dá)不同條件的組合。其具體表示形式如下：if條件1AND（OR、NOT）條件2 THEN結(jié)論。

3.對于非確定性、模糊性的專家知識，可采用以下的表示方式：

〈規(guī)則〉：：＝（〈適用條件〉→〈結(jié)論〉）＆〈適用條件〉：：＝（〈條件描述〉∣〈約束定義〉）＆〈條件描述〉：：＝（〈條件邏輯〉∣〈條件名〉）＆〈條件邏輯〉：：＝（〈AND〉∣〈OR〉〈NOT〉）＆〈條件名〉：：＝（〈字符串〉）＆〈約束定義〉：：＝（〈可默 認(rèn)〉∣ 〈可 列 舉〉）＆〈權(quán) 重〉：：＝ ［0，1］＆〈可 信度〉：：＝［0，1］。

表1 擊劍比賽指標(biāo)體系一覽表Table 1. The Indicator System of Fencing Competition

2.3 擊劍訓(xùn)練、比賽知識的推理

知識推理是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)到知識轉(zhuǎn)化的動(dòng)力來源，在知識表示的基礎(chǔ)上進(jìn)行知識推理才能實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練比賽數(shù)據(jù)到知識的轉(zhuǎn)化，才能將隱形知識轉(zhuǎn)換成顯性知識、孤立信息到系統(tǒng)知識的轉(zhuǎn)化。知識推理的方法有人工推理和及其推理兩種，人工推理即教練員和運(yùn)動(dòng)員通過觀察比賽獲取對于訓(xùn)練和比賽有用的知識，這些知識資源往往是隱形的，存在于教練員和運(yùn)動(dòng)員的腦海中，另外一種推理方式基于機(jī)器的知識推理，是通過一定的算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和知識發(fā)現(xiàn)，獲取有用的知識。本平臺采用基于屬性約簡的算法和決策樹算法進(jìn)行知識的推理。屬性約簡算法用于從多屬性的數(shù)據(jù)集中約簡獲得對于比賽和訓(xùn)練最有意義的數(shù)據(jù)，決策樹算法對訓(xùn)練和比賽中獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模并構(gòu)建決策樹，最終獲得對制勝有決定意義的決策規(guī)則集。

2.4 擊劍訓(xùn)練、比賽知識庫的構(gòu)成

擊劍訓(xùn)練比賽技、戰(zhàn)術(shù)知識庫由賽事庫、選手庫、比賽分析案例庫構(gòu)成，它們共同構(gòu)成了知識庫的底層平臺，在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、知識推理和知識獲取。

賽事庫。以運(yùn)動(dòng)員的姓名、比賽年份、比賽地點(diǎn)、比賽場次等信息存儲賽事情況，并與比賽視頻相關(guān)聯(lián)。

選手庫。基本信息庫包含了運(yùn)動(dòng)員的基本信息，如姓名、性別、出生年月、籍貫、民族、學(xué)歷、所屬隊(duì)、性格、主要技術(shù)特點(diǎn)、經(jīng)歷、所獲榮譽(yù)等。該部分?jǐn)?shù)據(jù)部分來源于國家擊劍隊(duì)提供的各劍種運(yùn)動(dòng)員信息，部分來源于中國擊劍協(xié)會和國家劍聯(lián)官方網(wǎng)站。

比賽分析案例庫。比賽分析庫包含了運(yùn)動(dòng)員比賽時(shí)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。本知識庫主要存儲了3年來國家擊劍隊(duì)參加的奧運(yùn)會、亞運(yùn)會、世錦賽和其他重要賽事的比賽錄像，并將比賽的相關(guān)信息也入庫，實(shí)現(xiàn)了比賽視頻與比賽信息的關(guān)聯(lián)。

擊劍比賽指標(biāo)體系是根據(jù)擊劍不同劍種的規(guī)則與交鋒特點(diǎn)而建立的。本研究所采用的擊劍比賽指標(biāo)體系［14］如表1所示，其宗旨是技、戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)最終能夠反映出各劍種技、戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用的特征及教練員的需求。擊劍技、戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)體系的建立主要有技術(shù)指標(biāo)和有效部位指標(biāo)兩個(gè)部分，技術(shù)指標(biāo)用于診斷技術(shù)發(fā)揮情況，包括質(zhì)量和數(shù)量，有效部 位 指 標(biāo) 用 于 發(fā) 現(xiàn) 得 分 或 者 失 分 的 部 位 分 布 情 況［5，6，14，15］。

根據(jù)事實(shí)庫的內(nèi)容進(jìn)行合理推理才能形成最終的知識。技、戰(zhàn)術(shù)推理庫是各種規(guī)則的集合。本知識庫中的案例主要來源于課題組歷年來為國家隊(duì)備戰(zhàn)各大賽事所制作的多媒體技、戰(zhàn)術(shù)分析，包括我方技、戰(zhàn)術(shù)分析與主要對手技、戰(zhàn)術(shù)分析兩大部分。每個(gè)案例均以數(shù)據(jù)的形式描述了運(yùn)動(dòng)員的技、戰(zhàn)術(shù)特點(diǎn)，并結(jié)合教練員和運(yùn)動(dòng)員的本體感受進(jìn)行了決策分析。

3 擊劍訓(xùn)練、比賽決策支持系統(tǒng)的輸出與應(yīng)用

擊劍訓(xùn)練比賽決策支持系統(tǒng)分別以賽事、技、戰(zhàn)術(shù)分析、媒體網(wǎng)站、專項(xiàng)資料4個(gè)中心構(gòu)建知識平臺（圖3），分別提供運(yùn)動(dòng)員、教練員和賽事信息的更新和查詢、技、戰(zhàn)術(shù)分析的更新和查詢、媒體網(wǎng)站的查詢和更新、專項(xiàng)資料的查詢和更新。系統(tǒng)構(gòu)架主要考慮對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的利用、訪問效率和安全性問題。平臺所需的大部分?jǐn)?shù)據(jù)目前已經(jīng)具備，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和推理后以知識的形式提供給用戶使用，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)的形式訪問視頻等多媒體數(shù)據(jù)。為保證訪問和下載這些數(shù)據(jù)的高速度，視頻格式采用流媒體格式wmv，搭建windows media service提供視頻在線瀏覽服務(wù)。由于提供在線訪問功能且都是一線的真實(shí)數(shù)據(jù)，為保證訪問的安全性，采取技術(shù)數(shù)據(jù)與視頻資料分列存儲的方式。

圖3 本研究擊劍訓(xùn)練、比賽決策支持系統(tǒng)示意圖Figure 3. The User Guide of FTC-DSS

數(shù)據(jù)來源于國家擊劍隊(duì)提供的比賽視頻資料和錄像帶，在技、戰(zhàn)術(shù)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行數(shù)字化處理后進(jìn)行存入知識平臺，比賽技術(shù)數(shù)據(jù)為歷屆大型賽事課題組制作的技、戰(zhàn)術(shù)分析，將視頻相對存儲路徑進(jìn)行批量處理后錄入知識庫。比賽信息主要由國家擊劍隊(duì)結(jié)合國際劍聯(lián)和中國擊劍協(xié)會官方網(wǎng)站數(shù)據(jù)。運(yùn)動(dòng)員的基本信息、成績、排名等來源于國際劍聯(lián)網(wǎng)站，經(jīng)過軟件翻譯和手工調(diào)整后錄入數(shù)據(jù)庫。詳細(xì)的技、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)分別來源于現(xiàn)有的技、戰(zhàn)術(shù)分析和擊劍比賽技、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)庫，本研究主要是開發(fā)了接口用于將上述兩個(gè)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入本庫。擊劍專項(xiàng)資料庫中參考文獻(xiàn)來源于相關(guān)期刊、擊劍課題組成員的往年研究報(bào)告、自編教材及碩、博士學(xué)位論文。

系統(tǒng)采用BS架構(gòu)設(shè)計(jì)，服務(wù)器設(shè)在實(shí)驗(yàn)室，通過遠(yuǎn)程訪問來獲取相關(guān)信息；由于是提供給教練員和運(yùn)動(dòng)員來使用，力求界面簡潔高效，系統(tǒng)采用集成界面進(jìn)行全站搜索，前臺和后臺分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，前臺提供給用戶使用，力求簡潔，后臺供管理人員或數(shù)據(jù)更新人員使用，需提供相關(guān)的錄入功能。由于本系統(tǒng)的許多資源來源于相關(guān)網(wǎng)站及既有數(shù)據(jù)庫，所以系統(tǒng)需提供對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的搜索、分析和錄入功能，還兼容現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫，提供對已采集數(shù)據(jù)的導(dǎo)入功能。系統(tǒng)的不同模塊接入界面分別提供了賽事信息、技、戰(zhàn)術(shù)分析、專項(xiàng)資料庫和媒體網(wǎng)站4個(gè)接口，點(diǎn)擊相應(yīng)的鏈接可以進(jìn)入。

3.1 擊劍賽事知識

賽事知識指每次賽事的常規(guī)信息，如賽事的舉辦時(shí)間、地點(diǎn)、賽事的比賽人數(shù)、賽事級別、賽事的名次、簽表等信息。擊劍賽事知識庫按時(shí)間先后來管理各項(xiàng)賽事，運(yùn)動(dòng)員信息庫相關(guān)聯(lián)。可按按劍種（男花個(gè)人、男花團(tuán)體、女花個(gè)人、女花團(tuán)體、男佩個(gè)人、男佩團(tuán)體、女佩個(gè)人、女佩團(tuán)體、男重個(gè)人、男重團(tuán)體、女重個(gè)人、女重團(tuán)體）、個(gè)人賽和團(tuán)體賽隊(duì)名、賽事名稱（奧運(yùn)會、世錦賽、世界杯、亞運(yùn)會、亞錦賽、大運(yùn)會）、時(shí)間進(jìn)行分類。賽事知識庫實(shí)現(xiàn)了賽事信息與比賽視頻的關(guān)聯(lián)，對每場比賽視頻分別進(jìn)行了標(biāo)注，用戶可根據(jù)要求檢索每場賽事中的比賽視頻并進(jìn)行實(shí)時(shí)播放，軟件界面左側(cè)為檢索選項(xiàng)，右側(cè)為基于windows流媒體服務(wù)器的視頻播放插件，下側(cè)為比賽的相關(guān)信息，用戶在播放的同時(shí)可以對視頻進(jìn)行播放、停止、暫停等操作。在賽事信息入庫后，可以按照年度、舉辦地、比賽級別等信息分別得到不同的檢索結(jié)果，方便地獲取某項(xiàng)賽事的舉辦情況。進(jìn)行單場賽事的知識獲取顯得比較單調(diào)，但把一個(gè)年度或者一段時(shí)間內(nèi)的賽事信息進(jìn)行合并查詢時(shí)，可以通過對比獲取更多的賽事知識。再如，對某位運(yùn)動(dòng)員一段時(shí)間內(nèi)的賽事信息進(jìn)行綜合查詢，可以獲取其成績和名次的變化情況、與不同對手的比分等信息，為調(diào)整其訓(xùn)練計(jì)劃制定不同技、戰(zhàn)術(shù)提供參考。

3.2 擊劍訓(xùn)練、比賽技、戰(zhàn)術(shù)知識

擊劍訓(xùn)練比賽技、戰(zhàn)術(shù)知識詳細(xì)的技術(shù)數(shù)據(jù)來源于現(xiàn)有的技、戰(zhàn)術(shù)分析文檔和擊劍比賽技、戰(zhàn)術(shù)分析采集數(shù)據(jù)庫。按劍種（男花個(gè)人、男花團(tuán)體、女花個(gè)人、女花團(tuán)體、男佩個(gè)人、男佩團(tuán)體、女佩個(gè)人、女佩團(tuán)體、男重個(gè)人、男重團(tuán)體、女重個(gè)人、女重團(tuán)體）、個(gè)人賽和團(tuán)體賽隊(duì)名、賽事名稱（奧運(yùn)會、世錦賽、世界杯、亞運(yùn)會、亞錦賽、大運(yùn)會）、時(shí)間進(jìn)行分類。可以檢索多媒體技、戰(zhàn)術(shù)ppt，軟件接口左側(cè)為技、戰(zhàn)術(shù)分析的檢索選項(xiàng)，右側(cè)為基于powerpoint插件的播放窗口，可以方便地控制技、戰(zhàn)術(shù)分析的頁面跳轉(zhuǎn)、窗口縮放、視頻鏈接等操作。通過4個(gè)接口能獲得運(yùn)動(dòng)員的比賽技、戰(zhàn)術(shù)分析，獲得其在單場比賽、多場比賽、單局比賽中整場技、戰(zhàn)術(shù)發(fā)揮情況，單項(xiàng)技、戰(zhàn)術(shù)發(fā)揮情況，各部位得、失分情況和在不同位置使用不同位置的有效性和頻率。

3.3 擊劍媒體網(wǎng)站知識和專項(xiàng)知識

各大門戶網(wǎng)站、單項(xiàng)協(xié)會網(wǎng)站有諸多關(guān)于運(yùn)動(dòng)員和各項(xiàng)賽事的技術(shù)資料、報(bào)道和評論等，這些知識形式不統(tǒng)一、內(nèi)容散落，但其中卻集中了許多通過技術(shù)分析部容易獲取的知識。這些知識對于運(yùn)動(dòng)員備戰(zhàn)、訓(xùn)練和參賽均具有非常重要的影響作用，但長期以來得不到合理的采集和使用。本研究通過訪問網(wǎng)站所得到的信息能夠下載并保存在指定的文件中。網(wǎng)站主要包括國際劍聯(lián)網(wǎng)（主要用于查詢國際比賽信息、運(yùn)動(dòng)員比賽成績、運(yùn)動(dòng)員積分、運(yùn)動(dòng)員基本信息等）、中國擊劍協(xié)會網(wǎng)（主要用于查詢國內(nèi)比賽信息）、新浪網(wǎng)（主要用于查詢優(yōu)秀擊劍運(yùn)動(dòng)員的基本信息）、搜狐網(wǎng)（主要用于查詢對擊劍比賽和運(yùn)動(dòng)員的評述）等。窗口列舉了常用的關(guān)于擊劍項(xiàng)目的網(wǎng)站，其中，在鏈接到國外網(wǎng)站時(shí)，還可提供頁面信息自動(dòng)翻譯為中文的功能，可以便捷地獲取擊劍賽事信息、優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員動(dòng)態(tài)信息等。

文獻(xiàn)信息是進(jìn)行專項(xiàng)理論研究、教練員運(yùn)動(dòng)員學(xué)習(xí)的重要補(bǔ)充，長期以來主要依靠書籍學(xué)習(xí)來完成。但數(shù)字化信息廣泛傳播和使用的今天，電子文獻(xiàn)資料已成為進(jìn)行科學(xué)研究和業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)的重要組成部分，也成為年輕教練員和運(yùn)動(dòng)員非常青睞的學(xué)習(xí)工具，但專業(yè)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫使用起來較為專業(yè)且分布在不同的數(shù)據(jù)庫中，本研究通過構(gòu)建擊劍專項(xiàng)的文獻(xiàn)資料庫來輔助教練員、運(yùn)動(dòng)員學(xué)習(xí)和研究。文獻(xiàn)信息涵蓋了體育教育理論、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練理論、運(yùn)動(dòng)生理生化理論、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)理論、擊劍技、戰(zhàn)術(shù)分析理論、擊劍規(guī)則和裁判理論等方面的內(nèi)容，力求為運(yùn)動(dòng)員和教練員提供比較完備的知識服務(wù)平臺。文獻(xiàn)資料庫還將擊劍科學(xué)研究的最新成果報(bào)告、書籍等信息也錄入數(shù)據(jù)庫，讓運(yùn)動(dòng)員和教練員了解最新的專項(xiàng)研究動(dòng)態(tài)，以提高其自覺運(yùn)用科技手段服務(wù)訓(xùn)練和比賽的能力。文獻(xiàn)資料庫用于管理擊劍科研和學(xué)習(xí)的相關(guān)電子文獻(xiàn)和書籍等，采用簡單檢索的方式，即只需輸入作者、題名或關(guān)鍵詞即可獲取相應(yīng)的文獻(xiàn)知識。文獻(xiàn)資料檢索接口庫支持doc、pdf、caj等常見文檔格式，客戶機(jī)上安裝了相應(yīng)軟件即可方便進(jìn)行閱讀。

4 總結(jié)

擊劍訓(xùn)練比賽決策支持系統(tǒng)的構(gòu)建融合了擊劍臨場比賽分析數(shù)據(jù)庫、離線智能分析數(shù)據(jù)庫、訓(xùn)練計(jì)劃和訓(xùn)練質(zhì)量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了比賽視頻、比賽技術(shù)分析、訓(xùn)練計(jì)劃、專項(xiàng)文獻(xiàn)資料等多種異構(gòu)數(shù)據(jù)源的融合，為整合擊劍訓(xùn)練和比賽中獲取的各種研究資源提供了基礎(chǔ)平臺，為進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和關(guān)聯(lián)研究奠定了基礎(chǔ)。系統(tǒng)用產(chǎn)生式規(guī)則方法解決了擊劍比賽技、戰(zhàn)術(shù)的知識表示問題、采用屬性約簡的方法解決了比賽技、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)推理的問題，與基于本體領(lǐng)域的知識表示方法相比［3］，具有易于解釋和操作等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的跨平臺和可移植性，應(yīng)用實(shí)踐表明，系統(tǒng)通過訓(xùn)練比賽數(shù)據(jù)、信息到知識的轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)了知識的創(chuàng)新與共享。

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