微機輔助設計(CAD)訓練計劃系統及其特點

易英達, 楊棟棟, 石 磊

(1.安徽欣勝軟件科技有限公司,安徽 合肥 230088; 2.安徽省水上運動管理中心,安徽 合肥 231299;3.山東體育學院,山東 濟南 250102)

CAD訓練法是一種運用微機設備和計算技術對訓練進行實時監控的方法[1]。它可將教練員訓練設計思想通過微機系統語言轉化為體系化的計劃設計模塊,并在微機技術邏輯分析的基礎上,對訓練計劃和實施結果進行細粒度的提取、清洗、入庫、匯聚,進而使之內容系統化、指標定量化、過程反饋化、全程控制化[2]。

1 系統設計

CAD訓練計劃軟件根據不同運動項目運動員競技需要以及先天能力選材評估,運用互聯網云計算、數據挖掘等技術進行設計[3]。系統運用數據庫進行訓練資料的存儲與分類,并對訓練計劃的制訂、訓練效果的檢查、訓練過程的分析等設計各類數據表單與科學化指標,使之能夠實現輔助設計訓練計劃,輔助診斷實施效果,輔助提出糾偏方案,輔助提高教練員訓練計劃的設計思想和實施水平。

1.1 概要設計

系統總體框架以定制化模塊開發為原則,采用樹形框架搭建設置,各個模塊可依附或剝離實現定制化效果;各個模塊功能獨立開發完成,便于后期模塊功能迭代與調整;從軟件設計角度看,其模塊下數據源可靈活實現不同情景下智能化數據分析和推薦,輸出合理、高效的訓練計劃方案,向教練員及時反饋建議。其系統總體框架如圖1所示。

圖1 智能化運動訓練計劃總體框架

1.2 功能設計

系統功能結構由基本信息、計劃制訂、檢查與分析、訓練診斷、實施過程結果五大模塊組成。其系統功能結構如圖2所示。

圖2 智能化訓練計劃制訂流程

1.2.1 基本信息模塊設計

1.2.1.1 訓練計劃名稱模塊(表1)

表1 訓練計劃名稱模塊信息

1.2.1.2 訓練任務及其目標模塊

該模塊針對賽事目標要素下的基本信息、名次、隊伍訓練任務等進行詳細記載與參照。系統支持要素新增與修改,通過訓練計劃經驗與結果輸出,完善訓練報告,輔助教練員決策。其基本功能如表2所示。

表2 訓練任務及其目標模塊信息

1.2.1.3 訓練措施要求模塊

該模塊依據不同對象(教練員、隊醫、管理人員等)、不同職責要求進行靈活自定義編輯設置,支持事件時間記載、發布、通知、操作等服務。其基本功能如表3所示。

表3 訓練措施要求模塊信息

1.2.2 訓練計劃制訂模塊設計

系統將訓練計劃周期分為多年、年度、周期、階段、周、日、單元訓練計劃等7級體系。在宏觀訓練計劃(多年、年度、周期)制訂中,系統自動生成準備期、競賽期、過渡期,形成整體規劃和指導思路。制訂具體訓練計劃(階段、周、日、單元)時,系統從實用性出發,推選合理的訓練負荷、手段和方法,根據數據庫中運動員現實狀況診斷報告,自定義設置訓練計劃內容,系統會根據教練員多年計劃實施完成情況及海量國內外不同情景下訓練計劃實施綱領的有機結合,反饋具有操作意義強、計劃組織內容全、管理貼合實際的訓練方案[4]。其基本功能如表4所示。

表4 訓練計劃制訂模塊信息

1.2.3 檢查與分析模塊設計

1.2.3.1 隊伍現實狀態診斷模塊

該模塊實時診斷運動員身體素質、身體機能、傷病、請假等數據,進行信息存儲、同步與更新。其基本功能如表5所示。

表5 隊伍現實狀態診斷模塊信息

1.2.3.2 訓練過程分期模塊

該模塊針對周期劃分下階段進行具體訓練計劃布置工作,包括身體、戰術、心理、技術等維度的記載與跟蹤,系統支持信息點增改功能及重點運動員訓練監控功能。其基本功能如表6所示。

表6 訓練過程分期模塊信息

1.2.3.3 訓練負荷安排模塊

該模塊建立不同的訓練計劃類型,針對實際訓練情況進行多維度對比,給予教練員強提示,可隨時調整訓練節奏。其基本功能如表7所示。

表7 訓練負荷安排模塊信息

1.2.3.4 訓練具體內容模塊

該模塊對單元訓練計劃進行細粒度設定,結合訓練計劃目標,模塊內設定多項單元課次審核指標,將訓練內容與訓練計劃有機結合。其基本功能如表8所示。

表8 訓練具體內容模塊信息

1.2.3.5 訓練計劃責任標簽模塊

該模塊對訓練計劃進行責任標簽設置,并對設置的責任標簽進行數據管理。其基本功能如表9所示。

表9 訓練計劃責任標簽模塊信息

1.2.4 訓練診斷與訓練過程結果設計模塊

該模塊從訓練計劃角度了解各單元課次完成情況,各項技術動作、身體機能、專項成績等指標變換趨勢。其基本功能如表10所示。

表10 訓練診斷與訓練過程結果模塊信息

2 系統開發

2.1 軟件系統架構

2.1.1 基礎服務層

包括主機系統、存儲系統、數據傳輸協議、網絡系統、安全系統等基礎運行環境,使各個系統之間高內聚低耦合。

2.1.2 數據資源層

運用Oracle Data數據庫、SQL Server數據庫完成管理數據、訓練數據、計劃目標數據、運動員數據、教練員數據、訓練目標完成情況數據等的存儲。

2.1.3 應用交互層

包括應用中間件、工作流程管理平臺、業務服務組件平臺、報表生成工具、圖形圖表生成軟件、數據交互接口。

2.1.4 業務處理層

人員錄入系統:幫助教練員快速收集運動員基本信息,并快速歸納整理形成能力“六邊形”可視化數據圖,讓教練員能夠直觀對比運動員的優缺點,有針對性地制訂訓練計劃。

訓練周期劃分系統:幫助教練員制訂針對大賽成績目標的訓練周期,從宏觀上把握訓練節奏。

計劃制訂系統:根據訓練周期制訂詳細的訓練計劃,幫助教練員歸集訓練量、訓練狀態、運動員成績漲幅,通過數據科學制訂訓練計劃。

2.1.5 用戶交互層

用戶可通過Pad端數據錄入及展現、移動端(手機)數據錄入及展現、Web端數據錄入及展現,形成用戶多終端立體化數據收集和展現。

2.2 詳細設計

實現訓練計劃制訂、訓練目標檢驗、訓練數據統計分析等模塊所涉及的主要算法、數據結構、類的層次結構及調用關系,說明軟件系統各個層次每個程序(每個模塊或子程序)的設計思路,以便進行編碼和測試。保證軟件給出詳細的設計報告,為后續的編碼開發提供依據。

2.2.1 訓練計劃目標制訂

訓練計劃目標制訂對整個訓練計劃具有指導性作用[5]。須根據運動員的身體狀況、比賽周期等綜合考量制訂訓練計劃目標。教練員可調取系統中的運動隊數據庫給出運動員多維度現實狀態評估報告,并在系統內輸入本周期比賽信息,系統可通過Pad端、移動端(手機端)、Web端等多端口智能化定義訓練計劃總體目標,并通過HTTP協議以json字符的方式機密傳輸到后臺SQL Server數據庫。

2.2.2 訓練計劃周期劃分

根據訓練計劃目標,系統會計算出最合理的訓練計劃類型,科學適配各計劃的訓練負荷、方法和手段等具體指標。具體到單元訓練計劃,可細化專項訓練、身體素質訓練等各維度訓練比重和不同階段適配的訓練方法與手段,根據SQL Server數據庫調取合適的具體訓練內容。

2.2.3 訓練計劃完成度檢驗

根據訓練負荷、訓練課完成質量進行各指標量化檢驗,全方位、多維度地對訓練計劃完成度進行評估[6]。系統會根據數據分析給出合理的比例區間,對運動員的身體機能進行檢測,給出訓練預警和建議,教練員可根據系統建議進行調整。

2.2.4 訓練計劃數據庫建立

前端生成的數據統一匯總到SQL Server數據庫,根據數據類型、數據功能生成不同的表單,每張數據表單根據儲存的數據分為不同類型的字段。根據篩選條件搜索訓練數據、生成數據圖表,通過圖表能夠直觀體現各訓練方法和手段的權重、訓練負荷的權重及周期性的變化規律,結合運動員在不同階段的訓練成績變化趨勢,隨時從數據庫篩選和調取相關指標信息。

3 系統關鍵技術

系統通過 TCP網關技術實現Session 管理、心跳管理、數據上行和下行。技術架構基于Netty構建TCP網關的長連接容器,作為網關接入層提供服務API請求調用。

客戶端通過域名+端口訪問TCP網關,域名不同的運營商對應不同的VIP,VIP發布在LVS上,LVS將請求轉發給后端的HAProxy,再由HAProxy把請求轉發給后端的Netty的IP+Port。LVS轉發給后端的HAProxy,請求經過LVS,響應是通過HAProxy直接反饋給客戶端。

通過分布式文件系統存儲訓練數據并建模,實現訓練數據可視化、智能化。分布式存儲的優勢:(1) 可大規模橫向擴展。每個節點都參與數據的管理和存儲,每個節點獨立工作,提高了系統的抗災性,節點間通過網絡進行互聯,提高了系統的互通性。(2) 容量擴展,性能同步提升。傳統存儲容量擴展到一定程度以后,性能不再提升,而以服務器為單位的擴展,服務器性能會同步提升。(3) 可以解耦和全閃存。可實現軟硬件一體設計和軟件解耦,提高系統的靈活性。可以SAS介質和SATA介質混合使用,也可全部使用SSD介質。(4) 軟硬件升級不用數據遷移。淘汰的節點逐個替換,不影響業務運行,極大節約了運行成本。

4 系統特點

(1) 科學化設計運動訓練計劃,可將其聯網存儲,便于查閱或傳輸。教練員能夠自定義重要指標,結合程序自動構建的圖形進行訓練評估。

(2) 對訓練有引導式的提醒功能,根據不同階段、不同需求輸出多類型報表,滿足教練員多維度需求,實現訓練數據“一鍵式”展示。

(3) 通過多終端(Web端、移動端、Pad端)操作,實現訓、科、醫、管之間數據共享。此外,提高教練員與運動員的互通性,使其更好地了解運動員的競技狀態,及時調整訓練計劃。運動員通過端口可實時了解個體訓練水平及訓練目標、要求等信息,使訓練過程更加高效。

(4) 智能化分析。通過強大的數據分析檢索工具,采用正則表達式檢索、布爾表達式檢索、模糊檢索等多種檢索手段,使教練員“精準式”進入訓練倉庫,快速檢索數據并分析檢索結果從而作出決策。

5 小 結

系統從教練員、運動員的視角多向延展,通過運用互聯網云計算、大數據技術實現運動隊全方位訓練計劃數據的采集、資源匯聚和智能分析。系統依據不同應用場景下用戶操作習慣及角色職能打造出的Web端、移動(手機)端、Pad端等多終端控制臺,可對訓練數據進行“統一化”管理、“一鍵式”分析,實現“管、訓、控、賽”一體化,使各維度數據形成“生態閉環”,達到“計算驅動、智能訓練”的效果,使運動訓練過程“全局把控、有據可循”。

本系統已在我國部分水上、重競技、田徑等項目上進行了應用。用戶從功能設計、流程梳理、格式規范、數據調取、結果診斷等方面給予系統極高評價,認為其對科學控制運動訓練過程具有極高的應用價值。