基于運(yùn)動(dòng)安全監(jiān)控系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)與研究

李璇

摘 要 本系統(tǒng)為運(yùn)動(dòng)者提供了一套完善的運(yùn)動(dòng)安全數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)用戶(hù)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的用戶(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)運(yùn)動(dòng)安全保障有著重要意義。本系統(tǒng)的研發(fā)，是將采集到用戶(hù)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自動(dòng)傳入移動(dòng)智能手機(jī)端，再通過(guò)軟件將數(shù)據(jù)傳入云端服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存分析和處理，當(dāng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)接近危險(xiǎn)區(qū)，系統(tǒng)會(huì)做出預(yù)警提示，本作品最終實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)，及時(shí)準(zhǔn)確的掌握監(jiān)測(cè)對(duì)象的身體狀況并對(duì)此做出有效診斷和及時(shí)的反饋。

關(guān)鍵詞 界面設(shè)計(jì) 實(shí)時(shí)監(jiān)控 功能模塊 物聯(lián)網(wǎng)

0引言

在國(guó)內(nèi)很多體育運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，因缺少適合的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)用戶(hù)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測(cè)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，高科技與體育的結(jié)合更是日趨緊密，本系統(tǒng)的研發(fā)，是通過(guò)“可穿戴式設(shè)備”采集到用戶(hù)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自動(dòng)傳入移動(dòng)智能手機(jī)端，再通過(guò)軟件將數(shù)據(jù)傳入云端服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存、分析和處理，當(dāng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)接近危險(xiǎn)區(qū)，系統(tǒng)會(huì)做出預(yù)警提示，并將提示分別反饋給專(zhuān)業(yè)的救護(hù)醫(yī)生以及用戶(hù)，采取及時(shí)的應(yīng)對(duì)措施。當(dāng)用戶(hù)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)意外時(shí)，需要立馬進(jìn)行救治，醫(yī)護(hù)人員可以根據(jù)系統(tǒng)提示的用戶(hù)地理位置信息迅速趕赴意外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行救治，提高了救護(hù)效率，最大程度保障用戶(hù)的運(yùn)動(dòng)安全，防止運(yùn)動(dòng)性猝死的事件發(fā)生，亦可對(duì)運(yùn)動(dòng)安全性早期病進(jìn)行預(yù)警，對(duì)用戶(hù)運(yùn)動(dòng)的前、中、后期的鍛煉負(fù)荷和體能恢復(fù)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控以及反饋。對(duì)運(yùn)動(dòng)者的運(yùn)動(dòng)安全監(jiān)控有重要意義。

1系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要由三大模塊組成，分別為數(shù)據(jù)采集模塊（采集監(jiān)測(cè)對(duì)象在預(yù)定時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)以及監(jiān)測(cè)對(duì)象的數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊（將采集模塊采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號(hào)發(fā)射裝置傳送給軟件接收端）、數(shù)據(jù)處理模塊（將傳送過(guò)來(lái)的運(yùn)動(dòng)原始數(shù)據(jù)通過(guò)建模、算法等處理，最終顯示在軟件端，并給出相應(yīng)的方案），本作品最終實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)，及時(shí)準(zhǔn)確的掌握監(jiān)測(cè)對(duì)象的身體狀況，并對(duì)此做出有效診斷以及時(shí)的反饋。軟件系統(tǒng)由兩部分組成：手機(jī)端和云服務(wù)器端。手機(jī)端主要用來(lái)采集健身數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器端；云服務(wù)器端主要存儲(chǔ)用戶(hù)的健身數(shù)據(jù)并提供數(shù)據(jù)的查看。

系統(tǒng)工作原理即從運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集模塊到運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集集成傳感器及定位裝置，然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)器，傳輸?shù)紸PP中進(jìn)行顯示，同時(shí)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)備份解析，研究人員以及教練、專(zhuān)家、醫(yī)護(hù)人員等獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而對(duì)運(yùn)動(dòng)者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)給出健康運(yùn)動(dòng)建議，也從而達(dá)到監(jiān)控運(yùn)動(dòng)情況的目的。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

手機(jī)端可以使用開(kāi)發(fā)的APP程序，通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊，利用FDD-LTE無(wú)線(xiàn)傳輸制式，將可穿戴設(shè)備采集到的運(yùn)動(dòng)生理數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)APP端，研究人員可以用過(guò)為系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的客戶(hù)端獲取并瀏覽測(cè)試者的運(yùn)動(dòng)生理數(shù)據(jù)同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到云端服務(wù)器，以便隨時(shí)隨地查看運(yùn)動(dòng)生理數(shù)據(jù)。

3移動(dòng)端軟件設(shè)計(jì)

手機(jī)端可以使用開(kāi)發(fā)的程序，通過(guò)FDD-LTE無(wú)線(xiàn)傳輸制式，將可穿戴設(shè)備采集到的運(yùn)動(dòng)生理數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)端，研究人員可以用過(guò)為系統(tǒng)專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的客戶(hù)端獲取并瀏覽測(cè)試者的運(yùn)動(dòng)生理數(shù)據(jù)，同時(shí)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到云端服務(wù)器，以便隨時(shí)隨地查看運(yùn)動(dòng)生理數(shù)據(jù)。

3.1功能結(jié)構(gòu)

手機(jī)端主要有五個(gè)功能模塊構(gòu)成：

用戶(hù)信息模塊：登陸APP、管理用戶(hù)的信息。

無(wú)線(xiàn)通訊數(shù)據(jù)采集模塊：連接指定健身器材采集用戶(hù)健身數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)分析處理模塊：對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，以方便數(shù)據(jù)的顯示傳輸。

數(shù)據(jù)傳輸模塊：將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器并能根據(jù)請(qǐng)求獲取云端服務(wù)器中的指定信息。

數(shù)據(jù)顯示模塊：將處理后的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)在手機(jī)端顯示。

3.2數(shù)據(jù)流程

用戶(hù)的健身信息通過(guò)藍(lán)牙數(shù)據(jù)采集模塊采集，采集到的信息由數(shù)據(jù)分析與處理模塊進(jìn)行整理，然后將處理后的信息顯示在手機(jī)上，同時(shí)上傳信息到云端服務(wù)器，以便查詢(xún)和瀏覽。

3.3用戶(hù)界面開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)

界面是系統(tǒng)與用戶(hù)進(jìn)行信息的輸入與輸出的界面。其設(shè)計(jì)是以強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)作為支持的。窗體與頁(yè)面應(yīng)盡量包含用戶(hù)所需的內(nèi)容和功能，界面設(shè)計(jì)要做到簡(jiǎn)潔明了和美觀(guān)，菜單的提示問(wèn)答要直觀(guān)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(lái)顯示數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)軟件端的開(kāi)發(fā)是在安卓的開(kāi)發(fā)環(huán)境，軟件的開(kāi)發(fā)構(gòu)架采用的是C/S架構(gòu)模式開(kāi)發(fā)。

C/S架構(gòu)，即服務(wù)器/客戶(hù)端架構(gòu)。是大家熟知的軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)將任務(wù)合理分配到Client端和Server端，降低了系統(tǒng)的通訊開(kāi)銷(xiāo)，需要安裝客戶(hù)端才可進(jìn)行管理操作。本系統(tǒng)采用C/S架構(gòu)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(shí)現(xiàn)多層認(rèn)證也不難，除此之外，由于只有一層交互，用戶(hù)與數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)器之間的響應(yīng)速度較快。這也提高了用戶(hù)在使用軟件的流暢性，提升了用戶(hù)體驗(yàn)。

本系統(tǒng)軟件端開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)模式采用時(shí)下最流行的MVC設(shè)計(jì)模式，是一種軟件設(shè)計(jì)典范，用一種業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)、界面顯示分離的方法組織代碼，將業(yè)務(wù)邏輯聚集到一個(gè)部件里面，在改進(jìn)和個(gè)性化定制界面及用戶(hù)交互的同時(shí)，不需要重新編寫(xiě)業(yè)務(wù)邏輯。MVC被獨(dú)特的發(fā)展起來(lái)用于映射傳統(tǒng)的輸入、處理和輸出功能在一個(gè)邏輯的圖形化用戶(hù)界面的結(jié)構(gòu)中。

3.4用戶(hù)界面設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)置了用戶(hù)賬號(hào)登陸功能，用戶(hù)可自行設(shè)定賬號(hào)密碼進(jìn)行注冊(cè)使用。

運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件端主頁(yè)，為進(jìn)行測(cè)試運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的時(shí)候，實(shí)時(shí)顯示用戶(hù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的界面，在多個(gè)被測(cè)試者進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，可以在軟件端點(diǎn)擊開(kāi)始，系統(tǒng)就開(kāi)始獲取從系統(tǒng)采集模塊傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)數(shù)據(jù)，而經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算、轉(zhuǎn)換、處理，以數(shù)字、圖形化的形式顯示在用戶(hù)界面中，供用戶(hù)直觀(guān)、清晰的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在上圖界面中，用戶(hù)不僅可以了解自身的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)信息還能與其他共同測(cè)試者進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的對(duì)比，如距離對(duì)比、心率對(duì)比、跑動(dòng)分析等。而在界面中間則是顯示根據(jù)用戶(hù)想要了解的數(shù)據(jù)，進(jìn)行可視化顯示。如動(dòng)態(tài)心率圖，平均心率圖，運(yùn)動(dòng)軌跡圖等。

系統(tǒng)軟件個(gè)人報(bào)告頁(yè)面，主要是根據(jù)登陸用戶(hù)，對(duì)該位登陸用戶(hù)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)可視化顯示，在該頁(yè)面中，不僅可以詳細(xì)的顯示出測(cè)試者的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)信息，還能顯示每條數(shù)據(jù)是總哪個(gè)數(shù)據(jù)采集端發(fā)送出來(lái)。從頁(yè)面中，可以詳細(xì)了解該測(cè)試者的個(gè)人信息（姓名、年齡、身高、體重等）以及測(cè)試過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)信息，如該測(cè)試的開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、期間耗時(shí)時(shí)間；以及在測(cè)試運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)的最大心率、平均心率、運(yùn)動(dòng)的距離、在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大速度、平均速度等；用戶(hù)還能點(diǎn)擊下排的按鈕，了解自身在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中心率與速度的融合圖、運(yùn)動(dòng)軌跡圖等。當(dāng)用戶(hù)想要了解在運(yùn)動(dòng)測(cè)試過(guò)程的運(yùn)動(dòng)軌跡圖，只需要點(diǎn)擊軌跡圖即可，頁(yè)面底部的可視化顯示區(qū)域就能將用戶(hù)運(yùn)動(dòng)測(cè)試時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡繪制顯示在APP客戶(hù)端上。以便用戶(hù)可以全方面的了解自己的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)損傷性早期病之前及時(shí)對(duì)運(yùn)動(dòng)者做出反饋預(yù)警，預(yù)防運(yùn)動(dòng)安全事故的發(fā)生。

3.5數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)是構(gòu)建在SSD盤(pán)上采用最新的軟硬件架構(gòu)，帶來(lái)前所未有的性能提升，完全兼容多種協(xié)議的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，具有多重安全防護(hù)措施和完善的性能監(jiān)控體系。支持批量數(shù)據(jù)庫(kù)的管理、權(quán)限設(shè)置和SQL導(dǎo)入。有多種數(shù)據(jù)導(dǎo)入途徑完成初始化，用戶(hù)可隨時(shí)備份數(shù)據(jù)。并提供專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)備份恢復(fù)及優(yōu)化方案使用戶(hù)能專(zhuān)注于應(yīng)用開(kāi)發(fā)和業(yè)務(wù)發(fā)展。數(shù)據(jù)庫(kù)端使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，其體積小、速度快、總體擁有成本低，中小型網(wǎng)站的開(kāi)發(fā)都由此作為網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)將多個(gè)具有運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集功能的傳感器集成在一個(gè)設(shè)備中，采集的原始數(shù)據(jù)通過(guò)算法處理再通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議傳輸?shù)杰浖M(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶(hù)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在用戶(hù)因運(yùn)動(dòng)狀態(tài)過(guò)于激烈導(dǎo)致心率急增，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)做出預(yù)警機(jī)制；當(dāng)用戶(hù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中突然暈倒受傷無(wú)法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)顯示用戶(hù)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)變化并通過(guò)定位迅速趕往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行救治最大程度上保障用戶(hù)的運(yùn)動(dòng)安全。

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方案采用的是目前國(guó)內(nèi)最主流的無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議，該方案可極大降低數(shù)據(jù)量，減少通信過(guò)程中因偶然原因引起的數(shù)據(jù)丟失，從而使得多個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備同時(shí)工作，進(jìn)而能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)較多對(duì)象的運(yùn)動(dòng)信息滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)多個(gè)用戶(hù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外本作品采集到的大量數(shù)據(jù)為政府制定與體育產(chǎn)業(yè)相關(guān)的政策提供了科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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