男子籃球運動員體能測試自動評級系統(tǒng)設(shè)計

黃國權(quán)

(蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院 體育教學(xué)部，安徽 蕪湖 241003 )

籃球運動是一項對抗性較強的競技運動，對運動員的體能素質(zhì)有著很高的要求，體能測試形式不斷地多樣化，男子籃球運動員體能測試結(jié)果已經(jīng)成為評價運動員能力的重要指標(biāo)[1-2].在信息技術(shù)的支持下，設(shè)計一種體能測試自動評級系統(tǒng)，能夠處理大量的體能數(shù)據(jù)，提高運動員體能測試評級的效率[3]，為此針對男子籃球運動員，設(shè)計一種體能測試自動評級系統(tǒng).國外有著成熟的籃球培訓(xùn)體系，所以體能測試自動評級系統(tǒng)現(xiàn)已發(fā)展成熟，在實際訓(xùn)練測評過程中取得了良好的效果.國內(nèi)的男子籃球運動員的訓(xùn)練體系存在一定的問題，體能測試評級過程智能化程度較低.綜合國內(nèi)外的研究成果，在設(shè)計體能測試自動評級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，還需不斷地研究學(xué)習(xí).

1 自動評級系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 設(shè)計體能測試硬件結(jié)構(gòu)

男子籃球運動員的體能測試需要多種測試儀器的支持[4]，所以在設(shè)計體能測試硬件結(jié)構(gòu)時，以控制器作為核心處理硬件，將核心控制硬件與體能測試設(shè)備連接后，形成如圖1所示的硬件結(jié)構(gòu).

圖1 設(shè)計的體能測試硬件結(jié)構(gòu)

由圖1所示的硬件結(jié)構(gòu)可知，控制器為體能測試硬件的核心，采用嵌入式PC作為評級系統(tǒng)控制器，在控制器的外設(shè)接口處設(shè)定一個PCI插槽，在USB以及通信接口處留有余量，支持核心控制器的功能拓展[5].在測試儀器或是男子運動員身上放置一個傳感器，實時傳輸男子運動員的體能素質(zhì)數(shù)據(jù)和專業(yè)技能數(shù)據(jù).供電電源采用程序控制接口類型、工作溫度在-15～45 ℃的供電電源，控制電源電壓的穩(wěn)定輸出時間在10 h，設(shè)定輸出電壓的調(diào)整率在10.4%左右，在供電電源外部串聯(lián)一個電容，在供電電源與核心控制器間構(gòu)建一個輸出輸入保護.調(diào)整供電電源的負(fù)載調(diào)整率在5.4%左右，平衡供電電源在核心控制器與測試儀器間的供電平衡[6].信道開關(guān)選用斷點板和繼電器，采用斷點板上兩側(cè)金屬針連接測試儀器以及供電電源.采用U型插頭連接繼電器后，與DUT通信信道串聯(lián).將顯示設(shè)備與供電電源、測試儀器并聯(lián)，實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的同步顯示.體能測試硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計完畢后，設(shè)定硬件連接電路結(jié)構(gòu).

1.2 設(shè)計體能數(shù)據(jù)采集電路結(jié)構(gòu)

在上述體能測試硬件結(jié)構(gòu)下，體能數(shù)據(jù)采集電路以單片機作為核心，輔以一些外圍功能電路[7].將控制器的X1引腳與X2引腳與單片機的引腳4和引腳5連接，并在單片機外部設(shè)置兩個電容器，通過單片機與控制器產(chǎn)生時鐘信號，保持硬件電路的穩(wěn)定，形成的晶振穩(wěn)定電路如圖2所示.

圖2 設(shè)定的晶振穩(wěn)定電路結(jié)構(gòu)

在圖2所示的晶振穩(wěn)定電路結(jié)構(gòu)下，將采集電路放置在單片機與計算機之間[8]，控制計算機串口電平數(shù)值在-15～+15 V之間，并設(shè)置其邏輯電壓的數(shù)值范圍在+3～+15 V之間.采用電平轉(zhuǎn)換的方式連接計算機串口與計算機，ADC輸出采用并行接口的方式，之間將輸出連接至控制器的FPGA，不斷緩存采集電路的轉(zhuǎn)換結(jié)果.

使用3根線連接單片機的引腳1.0～3.0后，將連接引腳1.0的連接線作為發(fā)送線，將引腳2.0的連接線作為接收線，剩余的連接線接地[9].拓展核心控制器的RS232接口后，在接口外部并聯(lián)3個電容，最終形成的采集電路結(jié)構(gòu)如圖3所示.

圖3 形成的采集電路結(jié)構(gòu)

在如圖3所示的采集電路結(jié)構(gòu)下，調(diào)整串行接口與接口RS422連接后，形成一個隔離線路[10].綜合上述處理，完成評級系統(tǒng)硬件設(shè)計.

2 自動評級系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 構(gòu)建體能測試評級算法

將上述硬件采集得到的男子籃球運動員體能測試數(shù)據(jù)劃定為正類，以正類數(shù)據(jù)的平均數(shù)值作為體能合格標(biāo)準(zhǔn)，平均正類的計算公式就可表示為：

(1)

其中，TP表示男子籃球的助跑摸高成績；TN表示一分鐘投籃的成績；FP表示籃球運動員的綜合技術(shù)；FN表示運動員的實戰(zhàn)能力.以上述計算得到的數(shù)值作為及格數(shù)值后，由于不同籃球運動員表現(xiàn)出的突出點不同[11]，所以將大于A數(shù)值以及小于A數(shù)值的等級進行細(xì)化處理，將大于A數(shù)值定義為一個假正類，構(gòu)建一個專項評級標(biāo)準(zhǔn)，計算公式就可表示為：

(2)

其中，F(xiàn)i表示定義得到的假正類；n表示數(shù)值數(shù)量.根據(jù)計算得到的數(shù)值可知，假正類的數(shù)值分布為一個近似正態(tài)分布，計算上述數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)差后，設(shè)定一個指向參數(shù)D，構(gòu)建一個評分過程，可表示為：

(3)

2.2 軟件功能實現(xiàn)

在上述構(gòu)建得到的評級算法下，以算法構(gòu)建得到的相關(guān)性關(guān)系作為編碼對象，相關(guān)性關(guān)系就可計算為：

(4)

(5)

其中，Ck表示相關(guān)性小的數(shù)據(jù)集；其余參數(shù)含義不變.劃分上述計算得到的順序數(shù)值為不同的測試屬性，以數(shù)據(jù)集合的基尼指數(shù)作為劃分依據(jù)，指數(shù)計算公式就可表示為：

(6)

其中，C1表示第一編碼程序的數(shù)據(jù)集；其余參數(shù)含義不變.根據(jù)上述處理過程，以最小基尼指數(shù)對應(yīng)的屬性作為編程的根節(jié)點，以該根階段作為編程起點，最終形成如下圖所示的評級過程：

圖4 評級功能實現(xiàn)過程

在上圖所示的評級過程下，不斷重復(fù)男子籃球運動員體能數(shù)據(jù)的實時上傳后，得到不同籃球運動員個體的評級結(jié)果[14-15].綜合上述軟硬件的設(shè)計，最終完成對男子籃球運動員體能測試自動評級系統(tǒng)的設(shè)計.

3 系統(tǒng)測試

3.1 測試準(zhǔn)備

根據(jù)籃球運動員測試系統(tǒng)的總體需求，使用內(nèi)置Linux操作系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)器以及ETL服務(wù)器，控制應(yīng)用服務(wù)器使用Weblogic作為應(yīng)用中間件，在集群方式的控制下，搭建一個測試環(huán)境，實現(xiàn)評級系統(tǒng)的自動部署.使用F5控制應(yīng)用服務(wù)器之間的負(fù)載均衡，在ETL服務(wù)器內(nèi)部署Pentaho作為ETL的工具，最終部署得到的系統(tǒng)測試環(huán)境如圖5所示.

圖5 部署的系統(tǒng)測試環(huán)境

在圖5部署的系統(tǒng)測試環(huán)境下，在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中設(shè)定男子籃球運動員的標(biāo)準(zhǔn)體能數(shù)據(jù)，用戶以及計算機負(fù)責(zé)采集男子籃球運動員的體能實時數(shù)據(jù)，應(yīng)用服務(wù)器負(fù)責(zé)運行自動評級程序.系統(tǒng)測試環(huán)境部署完畢后，設(shè)定用戶計算機發(fā)送體能數(shù)據(jù)的大小以及指令周期，如表1所示.

表1 設(shè)定的體能數(shù)據(jù)大小及指令周期

在表1設(shè)定的體能數(shù)據(jù)和指令周期控制下，分別使用傳統(tǒng)評級系統(tǒng)、文獻(xiàn)[4]中的評級系統(tǒng)以及文中設(shè)計的評級系統(tǒng)進行測試，對比3種評級系統(tǒng)的性能.

3.2 測試結(jié)果及分析

控制3種評級系統(tǒng)處理表1中設(shè)定的體能數(shù)據(jù)，在實際運行體能數(shù)據(jù)時，調(diào)用承載評級系統(tǒng)計算機的任務(wù)管理器，控制3種計算機網(wǎng)速相等，3種評級系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率結(jié)果如表2所示.

表2 3種評級系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率結(jié)果

由表2所示的數(shù)據(jù)速率結(jié)果可知，控制3種評級系統(tǒng)處理相同大小的體能數(shù)據(jù)時，傳統(tǒng)評級系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率數(shù)值在2.45 MB/s左右，實際處理體能數(shù)據(jù)的速率最小;文獻(xiàn)[4]中的評級系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)速率在5.89 MB/s左右，實際處理體能數(shù)據(jù)時的速率數(shù)值較大;而文中設(shè)計的自動評級系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)速率在10.91 MB/s左右，與兩種現(xiàn)有的評級系統(tǒng)相比，文中設(shè)計的評級系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率數(shù)值最大.

保持上述實驗環(huán)境不變，調(diào)用3種評級系統(tǒng)的寫頁函數(shù)，將表1中的數(shù)據(jù)寫入FLASH頁中后，以3種系統(tǒng)內(nèi)寫頁函數(shù)讀取體能數(shù)據(jù)所需的時間作為評級系統(tǒng)的響應(yīng)時間，3種評級系統(tǒng)最終產(chǎn)生的響應(yīng)時間結(jié)果如表3所示.由表3所示的響應(yīng)時間結(jié)果可知，在3種評級系統(tǒng)的控制下，傳統(tǒng)評級系統(tǒng)的響應(yīng)時間在7～9 s之間，產(chǎn)生的響應(yīng)時間最長；文獻(xiàn)[4]中的評級系統(tǒng)的響應(yīng)時間在4～5 s之間，產(chǎn)生的響應(yīng)時間較短；而文中設(shè)計的評級系統(tǒng)的響應(yīng)時間在2～3 s之間，與兩種現(xiàn)有的評級系統(tǒng)相比，該種評級系統(tǒng)產(chǎn)生的響應(yīng)時間最短.

表3 3種評級系統(tǒng)的響應(yīng)時間

在上述實驗環(huán)境下，以體能數(shù)據(jù)中的評級指標(biāo)作為處理對象，以評級指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)的評級參數(shù)，定義偏移該評級系統(tǒng)數(shù)值的即為評級誤差，標(biāo)準(zhǔn)評級參數(shù)就可計算為：

(7)

其中，T表示評級因子;ai表示體能數(shù)據(jù)集;n表示體能數(shù)據(jù)集數(shù)量.以上述計算得到的數(shù)值作為標(biāo)準(zhǔn)評級數(shù)值，最終3種自動評級系統(tǒng)產(chǎn)生的評級誤差結(jié)果如表4所示.

表4 3種評級系統(tǒng)產(chǎn)生的等級誤差

由表4所示的等級誤差結(jié)果可知，3種評級系統(tǒng)表現(xiàn)出不同程度的等級誤差，根據(jù)表中數(shù)值，傳統(tǒng)評級系統(tǒng)產(chǎn)生的等級誤差數(shù)值在0.6～0.8之間，誤差數(shù)值最大;文獻(xiàn)[4]中的評級系統(tǒng)產(chǎn)生的等級誤差數(shù)值在0.4～0.5之間，誤差數(shù)值較大;而文中設(shè)計的評級系統(tǒng)產(chǎn)生的等級誤差在0.2～0.3之間，與兩種現(xiàn)有的評級系統(tǒng)相比，該種評級系統(tǒng)產(chǎn)生的等級誤差結(jié)果最小.綜合上述實驗結(jié)果可知，文中設(shè)計的評級系統(tǒng)具有良好的性能，適合在運動員體能測試自動評級中使用.

4 結(jié) 論

針對男子籃球運動員體能測試數(shù)據(jù)，設(shè)計一種自動評級系統(tǒng)，能夠改善現(xiàn)有評級系統(tǒng)存在的不足，為今后研究評級系統(tǒng)提供一定的研究方向.但文中設(shè)計得到的評級系統(tǒng)并未細(xì)化實際的體測項目，仍需不斷地研究改進.