基于互聯網+徑跑達標自主測試智能管理系統研究

張萬民

(青島濱海學院，山東 青島　266555)

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基于互聯網+徑跑達標自主測試智能管理系統研究

張萬民

(青島濱海學院，山東 青島266555)

實現體育達標徑跑項目智能化管理，在無人值守的情況下測試者自主完成報名、測試、成績登錄查詢一直是體育工作者追求的目標。基于互聯網+徑跑達標自主測試智能管理系統，充分利用新一代移動互聯網系列技術有效解決徑跑測試者的身份識別、計時、犯規識別等問題，把老師從徑跑測試繁瑣的勞動中徹底解放出來，具有較好的經濟和社會效益。

徑跑自主測試;達標智能管理;互聯網

一個國家、一個民族體質的強弱是關系到這個國家能否屹立于世界民族之林的根本性問題。青少年，特別是學生承擔著國家的未來和希望，其身體健康水平關系著國家的強弱、民族的興衰、家庭的幸福和個人的前途。研究表明青少年乃至廣大國民，雖然身高、體重有所增加，但身體素質呈下降趨勢，尤其是速度、耐力素質。究其緣由主要是缺乏鍛煉所致。為此國家出臺了《關于進一步加強學校體育工作的若干意見》[1]，指出“加強學校體育，增強學生體質，對于提高學生綜合素質，實現教育現代化，建設人力資源強國，培養德智體美全面發展的社會主義建設者和接班人，具有重要戰略意義”。

2014年7月18日，教育部印發了《國家學生體質健康標準(2014年修訂)》[2]，要求各學校每學年開展覆蓋本校各年級學生的《標準》測試工作，并根據學生學年總分評定等級。只有達到良好及以上的學生，方可參加評優與評獎。《標準》中7項測試項目中，除體重指數、肺活量兩項身體素質指標外，涉及的運動項目為：50米跑、坐位體前屈、立定跳遠、1分鐘引體向上(男)/仰臥起坐(女)、1 000米跑(男)/800米跑(女)。本文所指徑跑項目就是指50米、800米、1 000米等圍繞固定跑步軌跡競技跑步項目的總稱。

據教育部網站公布的2014年統計數據顯示[3]：全國有普通高等學校2 529所、普通高中1.33萬所、中職1.19萬所、初中5.26萬所、小學20.14萬所。在校生人數普通本專科約2 547.70萬人、高中生2 400.47萬人，中職生1 755.28萬人、初中生4 384.63萬人、小學9 451.07萬人。特別是普通高校在校生上萬人的學校不在少數。面對如此龐大的達標測試群體，在完成正常體育課程教學任務的同時，還要利用傳統的人工測試方式和手段進行體育達標測試，對測試環境的壓力非常大、體育教師的工作量也很大，導致某些學校體育達標測試難以真正落實。

那么有無有效方法或手段，既大幅提高測試的效率，又能保證測試公平公正，甚至是在無人值守的情況下，由測試者自主完成測試，實現測試報名、現場測試、成績記錄和查詢的全流程智能化管理，克服傳統人工測試手段效率低、人為干擾因素多的弊端。很多同行在達標項目測試方面進行積極探索，力求從不同側面、用不同技術來提高測試的效率、改革測試方法，部分或全面的解決這些問題。

鐘華在“如何將智能化產品更好地運用到體育中考中”[4]一文中介紹了初中畢業升學體育考試使用的“恒康佳業”的系列產品應用情況，除立定跳遠、跑步、跳繩、仰臥起坐、引體向上等項目進行正常測試外，還具有防作弊犯規的功能，比如，立定跳遠有判定踩線的功能；跑步具備搶跑犯規提示的功能；跳繩人為自轉會自動減少次數；仰臥起坐、引體向上動作不規范就不計數；人工判定存在視線盲點，也就不會絕對公平，因此盡可能的少讓教師裁決。從上述描述可見，達標測試實現了自動化測試，杜絕了一些作弊現象的發生，但仍需要老師在場，沒有實現無人值守、無人監考的智能化全流程自主測試。

青島濱海學院在單項(如短跑)體育達標測試中進行了無人值守、自主化測試的嘗試。從2010年開始針對短跑測試項目，利用物聯網技術研發成功了“短跑智能測試系統”[5]，該系統利用起點和終點放置的跑道箱，在起點指紋識別學生身份、用紅外線開始計時，跑到終點再次通過指紋確認學生身份，通過紅外線記錄撞線時刻，從而計算出學生的短跑成績。通過現場設備和校園網連接，實現報名、現場測試、成績查詢的全流程智能化管理。何時測試、如何測試完全交給學生自主完成，無需教師參與，最大程度地避免了作弊現象的發生，真正實現無人值守下的智能化管理。系統投用近5年時間，完成短跑測試達10萬人次，獲得了較好的社會效益。

概括起來該系統解決的關鍵問題有兩項：1)身份識別，通過起點和終點的指紋確認確保了測試者的身份的真實性；2)計時準確，通過起點和終點的紅外線確保了跑步計時的準確性。

盡管如此，從實用角度考慮該系統還存在以下問題：1)跑道箱占用標準跑道。“短跑智能測試系統”在起點和終點都固定安裝了一組帶指紋儀、紅外線的跑道箱，跑道箱長期占據跑道，影響了體育場標準400米跑道的正常使用，所以不利于推廣應用；2)終點急停采集指紋不科學。現行系統需要學生在起點進行指紋識別，跑到終點還需要進一步用指紋進行身份識別。由此可見學生跑到終點進行沖刺時需要急停后再按指紋確認身份，這種急停方式對學生的身體健康不利；3)長距離彎道跑的作弊問題沒有解決。直線跑問題解決了，但較長距離的彎道徑跑，仍然無法解決“抄近路”的作弊問題。如何解決直線跑項目的上述問題，以及實現較長距離彎道跑無人值守智能化測試是擺在我們面前需要克服的難題。

2015年3月5日，在十二屆全國人大三次會議上，李克強總理在政府工作報告中首次提出“互聯網+”行動計劃，引起各界強烈反響。專家指出“互聯網+”行動計劃將重點促進以云計算、物聯網、大數據為代表的新一代信息技術與現代制造業、服務業等的融合創新，發展壯大新興業態，打造新的產業增長點，為大眾創業、萬眾創新提供環境，為產業智能化提供支撐，增強新的經濟發展動力，促進國民經濟提質增效升級。“互聯網+”計劃在各行各業的良好實踐，出現了許多新的業態，展現出蒸蒸日上的勃勃生機。

基于物聯網、可穿戴應用、移動互聯網等新一代信息技術不斷成熟，以及對“互聯網+體育”的深度思考，為我們實現無人值守情況下徑跑達標項目自主測試，打開了一扇通往終極目標的窗口，找到了解決問題的可行途徑。

1　系統實現的目標

從徑跑達標測試項目智能化管理入手，充分調研、借鑒前人的工作經驗，針對徑跑項目的特點，采取切實可行的科學技術手段，借助互聯網技術實現在教師無人值守的情況下，實現學生自主報名、測試、成績自動記錄和查詢的全流程智能化管理。綜合應用到的技術主要有指紋識別、GPS(全球定位系統)、RFID(無線射頻識別)、WIFI(無線局域網)、重力感應等技術。有效解決學生識別、計時、成績上傳和查詢，基本解決跑步過程中替考、抄近路、乘車輛工具跑的常規作弊問題。建立“基于互聯網+徑跑達標自主測試智能管理系統”。

基于互聯網+徑跑達標自主測試智能管理系統分為兩部分：1)現場徑跑智能測試系統，即能測試徑跑成績，又有效避免作弊，實現無人職守，自主測試，測試成績上傳至校園網上的“徑跑學生成績管理信息系統”，這是本課題的研究重點；2)“徑跑學生成績管理信息系統(簡稱徑跑系統或RMIS)”，實現參試學生信息、指紋信息、徑跑測試成績信息、跑道軌跡信息等的集中管理，該系統建在校園網上，方便教師和學生隨時上網查看。

2　系統達到的功能指標

要實現無人值守徑跑達標自主測試的智能化管理，必須要實現的功能指標：1)學生為主體的測試者測試過程中的身份識別問題，確保測試者就是本人，保證測試者的真實性；2)保證測試者在無人值守的情況下，按照跑道的正常軌跡和路線跑動，不能抄近路，既是出現抄近路的情況，測試設備也能檢測到，及時提醒測試者的違規行為，并做出處理；3)有效避免借助交通工具(如獨輪車、電動車、汽車等)徑跑，識別出違規現象給予警告，直至紀律處理；4)計時準確，達到徑跑達標測試的計時精度要求0.1秒；5)實現測試全流程管理的智能化，最大限度地實現測試者的自主測試和自主管理；6)實現與校園網的有效連接。借助于校園網，實現對測試學生信息、指紋信息、徑跑測試成績信息、跑道軌跡信息、學生成績新的分析查詢等的集中管理，方便師生對體育達標的有效管理。

3　系統組成

要實現上述功能，建立基于互聯網+徑跑達標自主測試智能管理系統，從系統層面分為兩部分：1)現場徑跑智能測試系統，即能測試徑跑成績，又有效避免作弊，實現無人職守，自主測試，測試成績上傳至校園網上的“徑跑學生成績管理信息系統”，這是系統實現的重點；2)“徑跑學生成績管理信息系統(簡稱徑跑系統或RMIS)”，實現參試學生信息、指紋信息、徑跑測試成績信息、跑道軌跡信息等的集中管理，該系統建在校園網上，方便教師和學生隨時上網查看。與參考文獻[5]所述的管理過程類似。

4　現場徑跑智能測試系統

現場徑跑智能測試系統，由硬件和軟件組成，功能上即能測試徑跑成績，又有效避免作弊，實現無人職守，自主測試，測試成績上傳至校園網上的“徑跑學生成績管理信息系統”，這是本研究的研究重點。現場測試示意圖見圖1。

圖1　學生現場持跑步棒徑跑示意圖

必須從硬件和軟件兩方面配合才能解決，缺一不可。需要的硬件和網絡環境：

4.1硬件支持：手持智能化跑步測試棒

設計一款“手持智能化跑步測試棒”(簡稱跑步棒)如圖2所示。

圖2　手持徑跑智能測試棒外觀效果圖

跑步棒形似接力棒，直徑與接力棒相當，約3.5厘米，長度約為接力棒的一半，約13厘米長。中間集成了GPS(全球定位系統)、重力感應器、RFID、指紋儀、WiFi(無線局域網)、揚聲器、CPU主板、電池等器件。重量與智能手機相當，基本不影響徑跑的成績。

跑步棒實現的功能是測試者持棒跑完測試全程，由跑步棒識別測試者，判斷違規行為，記錄測試成績于其中。跑步棒內部結構原理圖如圖3所示。各部件的作用分別是：

圖3　手持徑跑智能測試棒內部結構原理圖

1)指紋儀：識別徑跑測試者的身份，杜絕替考現象發生；

2)重力感應器：用于判斷是否在跑步，而不是乘交通工具；

3)GPS：用于判斷測試者是否按指定的跑道軌跡跑，杜絕“抄近路”現象的發生；

4)WiFi：下載保存學生基本信息和指紋信息于跑步棒中，上傳測試者測試成績信息。

5)RFID：用于起點和終點計時，給出測試成績；

6)揚聲器：與測試者交流的通道，如發出起跑指令、報告測試成績、報告違規行為等。

7)CPU主板：總控中心，協調各部件有序運行，是智能化的具體體現。

4.2跑步棒中的應用軟件

基于安卓系統，具有GPS、重力感應器、RFID、指紋儀、WiFi檢測和服務功能的應用軟件。具體實現的功能參見圖4徑跑智能測試流程。

圖4　徑跑智能測試流程

徑跑學生成績管理信息系統(簡稱徑跑系統或RMIS)，實現測試學生信息、指紋信息、徑跑測試成績信息、跑道軌跡信息等的集中管理，該系統建在校園網上，方便教師和學生隨時上網查看。

徑跑學生成績管理信息系統硬件方面需要服務器及校園網的支撐，為RMIS系統運行提供存儲空間和網絡環境。軟件方面借助微軟NET系列技術實現對全校學生基本信息、指紋信息、徑跑測試成績信息，以及跑道軌跡信息的綜合管理。該系統具有存儲學生基本信息(學號、姓名、性別、年級、專業等)，學生指紋信息(指紋采集數據)，各徑跑測試項目長度(如50米、800米、1 000米等)的跑道GPS軌跡信息，以及學生每次徑跑測試的成績信息(項目名稱、日期、成績)等內容。通過對以上信息的有效管理，實現與“跑步棒”之間的數據上傳和下載、學生成績查詢、教師查詢和管理等功能。

徑跑達標測試的基本流程如圖4所示。

5　結束語

利用物聯網、移動互聯網等新一代信息技術解決以學生為主體的達標測試問題，最終實現體育達標測試的智能化、無人值守的管理目標，建立基于互聯網+徑跑達標自主測試智能管理系統是一次有意的嘗試。其它達標測試項目，如坐位體前屈、立定跳遠、1分鐘引體向上(男)/仰臥起坐(女)等測試項目，還有待我們繼續努力，充分利用“互聯網+”的思想，深入研究，解決體育達標測試全部項目的智能化、無人化管理問題指日可待。

[1]國務院辦公廳轉發教育部等部門關于進一步加強學校體育工作若干意見的通知[EB/OL].http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_1778/201210/143745.html,2012-10-22.

[2]教育部關于印發《國家學生體質健康標準(2014年修訂)》的通知[EB/OL]. http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3273/201407/171692.html, 2014-7-7.

[3]中華人民共和國教育部. 2014年全國教育事業發展統計公報[EB/OL]. http://www.moe.gov.cn/srcsite/A03/s180/moe_633/201508/t20150811_199589.html, 2015-7-30.

[4]鐘華.如何將智能化產品更好地運用到體育中考中[J].中國學校體育，2014(06):51.

[5]張萬民,等.基于物聯網的短跑智能測試系統研發[J].山東體育學院學報，2014(30):116-118.

Research on "intelligent management system of race run standard-reaching self-testing" based on internet plus

ZHANG Wan-min

(QindaoBinhaiUniversity,Qingdao266555,Shandong,China)

The realization of intelligent management of sport standard-reaching project race run, which means the testees would complete all by themselves the registration, testing and checking test results without the supervision of testers, has long been the wish of sports workers. The internet plus based intelligent standard-reaching self-testing management system, which makes full use of the new generation mobile internet technology, effectively solves the problems of identifying testees, timing and recognizing fouling, liberating teachers from the tedious hard work of race run testing and having good economic and social benefits.

race run self-testing; intelligent standard-reaching management; internet plus

2016-06-07

張萬民(1959-)，男，高級工程師、副教授，主要研究方向計算機應用技術、物聯網應用技術。

TP393.0

A

1009-9840(2016)04-0041-04