一種智慧訓練綜合管理應用系統設計研究

曹達

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510663）

0 引 言

以2020年東京奧運會為例，在跑步、乒乓球等各項賽事上，通過智能感知、視覺識別、物聯網、數據庫、大數據、邊緣計算等科技手段，大大提升了運動員的訓練成績和比賽成績，為國家隊奧運備戰科技助力積累了技術與經驗，也開啟了體育訓練智能化發展的快車道。

以NBA 著名球隊金州勇士隊為例，科爾教練采用信息化手段，記錄、統計、分析己方、對方各球員的投籃、跑位等特點，輔助制定進攻、防守策略，極大提高了球隊勝率，創造了一個王朝時代。

在綠蔭賽場，世界強隊德國隊就與SAP 公司簽署協議，由SAP 公司提供一套基于大數據的足球訓練解決方案，在球員的運動鞋、護脛以及訓練場的各個角落放置傳感器，基于海量數據形成各類數據分析，從而提高訓練效果，提升戰績。

因此，利用目前信息技術和科技手段，建設一套針對訓練的智慧綜合應用管理系統，將為官兵或師生提供有效的支撐。

1 系統的組成

本文設計的智慧訓練綜合管理應用系統共由7 個分系統組成，包括人員及組織管理、訓練計劃管理、訓練成績管理、成績分析及呈現、個人健康數據管理、傷病管理和場館管理。具體如圖1所示。

圖1 系統組成圖

人員及組織管理包含學員管理、教員管理、組織管理和訓練科目管理。個人健康數據管理主要通過智能手環或手表監測個人的健康狀態，并從各個不同方面以分析圖形式展現。訓練成績管理用于對學員成績的錄入、查詢等維護管理功能。成績分析及呈現包括個人成績分析和組織成績的分析，以及可視化呈現。訓練計劃管理用于計劃制定人員對月、周、日訓練計劃進行制定、修改、發布等功能。傷病管理用于學員傷病記錄的新增、修改和刪除等維護管理功能。場館管理用于場館的新增、修改、刪除和預約等維護管理功能。

2 系統的架構

本文設計的智慧訓練綜合管理應用系統的技術架構主要分為資源層、網絡層、服務層和應用層4 層架構，如圖2所示。

圖2 系統的架構圖

資源層主要涉及數據的獲取，包括個人身高、體重、心率等個人數據，以及系統采集的訓練成績等數據；網絡層主要利用現有的有線網絡、無線互聯網網絡、以及其他無線網絡，實現數據的獲取以及為系統的運行提供網絡支撐；服務層為系統的正常應用提供基礎的服務支撐，包括計算存儲、時空大數據、分析評估、預警預測、可視化等服務模塊；應用層為用戶提供應用支撐，應用內容包括系統組成的7 大功能，展示方式包括移動端APP、PC 端瀏覽器、可視化大屏。

3 各分系統介紹

3.1 人員及組織管理

學員管理功能實現對學員進行增、刪、查、改等維護管理；教員管理功能實現對教員進行增、刪、查、改等維護管理；組織管理功能實現對學員所屬組織進行增、刪、查、改等維護管理；訓練科目管理用于對訓練課目進行維護，用于訓練計劃的制定。

3.2 訓練計劃管理

訓練計劃管理月計劃制定時，填寫計劃名稱、開始時間、結束時間等，并設計訓練目標、時長項目，可自由制定當前月份的訓練目標，用于給周計劃的制定提供相關依據；在周訓練計劃制定時，填寫周訓練起止時間、參訓組織、訓練科目、訓練內容、訓練方法等信息。

周、月訓練計劃制定后，通過設計審批流對計劃進行審批，確認后即可完成計劃的生成，并在計劃管理主界面可查看新增的計劃。

3.3 個人健康數據管理

個人健康數據主要通過人員每天佩戴的智能手環或手表進行監測，監測數據主要包括能量消耗、心率、步數、壓力、血氧飽和度、睡眠等。數據通過藍牙連接手機或局域Wi-Fi上傳到系統。個人健康數據和個人信息捆綁，可通過可視化界面以圖表形式呈現。

3.4 訓練成績管理

成績管理可通過人工手動逐一添加，在成績錄入界面，搜索欄選擇所屬組織、姓名、性別、學年、學期等信息，系統會篩選出相關人員信息，選中人員，即可進行人員成績的錄入。也可以通過人工批量添加，系統可下載成績記錄標準模板，根據模板填入數據后，可將相關數據導入。相關自動訓練考核設備可以接入綜合管理應用系統，將數據自動導入；成績導入系統后，系統會根據所輸入的測試數據自動計算出相關項目成績得分。

3.5 成績分析及呈現

個人成績分析，系統自動統計分析學員個人成績數據，選擇學員列表中的多名學員，統計分析展現多名學員的對比數據；同時，可根據科目、時間等條件進行數據篩選，快速找到相關學員的成績等數據。

組織成績分析，系統自動統計分析選擇的組織，選擇組織列表中的多個組織，統計分析展現多個組織的對比數據；同時，可根據科目、時間等條件進行數據篩選，快速找到相關組織的成績等數據。

個人及組織的統計分析數據最終以折線圖、柱狀圖、雷達圖等圖形化的界面可視化呈現。

3.6 傷病管理

傷病管理提供給學員及教員上報受傷人員、受傷部位、創傷等級、受傷時間等信息，上傳的受傷情況會完整保存在系統，并和個人信息關聯，在訓練計劃時會根據傷病情況推送訓練建議和康復建議。

作為教員或管理人員可以在系統方便查看人員、組織的傷病情況，持續關注與跟蹤康復情況。

3.7 場館管理

新增場館可以添加場館名稱、可預約人數等信息，當場館添加入系統后，即可實現線上場館預約。場館預約在日歷、時間表格內進行，表格直觀顯示可預約的場館和時間，并展示當前場館已預約人數，填寫預約時間和時段即可完成場館預約。

4 重點模塊實現

4.1 人員及組織信息管理

系統通過人工手動或模板批量添加和刪除人員基本信息，同時，系統實現添加單個組織、批量導入組織、移動組織、修改或刪除，并將人員按照一定的劃分規格添加到不同的組織中，方便進行人員的管理。

系統為用戶定義角色，為不同角色分配不同權限訪問和管理系統，根據用戶角色開放系統上的不同操作權限。創建角色后，配置該角色的權限，再進行創建用戶，將用戶關聯角色。

4.2 個人健康數據采集

個人采集設備主要用于實現對體溫、睡眠時間、睡眠質量、壓力、位置、速度、方向、軌跡、心率、運動模式等個人體征數據進行全方位實時采集，并實現與數據分析管理平臺進行實時或離線數據同步。如圖3所示。

圖3 個人采集示意圖

需要采集的數據類型有：

體溫：通過溫度傳感器，感知訓練學員的體表溫度，并可在屏幕上顯示出當前的人體溫度，顯示范圍34.5 ℃～43.5℃，對異常體溫進行告警顯示；睡眠時間、睡眠質量：根據手表翻轉的頻率和幅度，判斷用戶的睡眠質量情況，可根據實際需求設置檢測時間，并可通過APP 或數據平臺查詢相關數據；壓力、心率：設備通過壓力測試掌握人體的脈搏和血壓信息，從而判斷檢測對象的血壓、心率、血氧飽和度等關鍵指標，判斷測試對象的健康程度；位置、速度、方向、軌跡：通過設備配置的定位模塊，檢測目標的地理位置和具體方位，判斷測試對象移動速度和方向，形成運動軌跡信息，并將相關信息實時傳送給監控終端或數據采集平臺，用以數據收集分析等。數據采集示意圖如圖4所示。

圖4 數據采集示意圖

運動模式：采用三軸傳感技術，判斷測試人員的彈跳次數、彈跳高度等，結合心率、位置變化等變量，判斷運動人體運動模式。

根據個人數據的采集要求，可利用具備網絡傳輸能力的運動手環或運動手表來實現目標檢測和數據采集的目的。

因此采集設備應具備溫度傳感模塊、壓力/心率檢測模塊、定位采集模塊、三軸傳感模塊以及網絡傳輸模塊。

終端采集設備采用藍牙傳輸技術，通過手機終端或移動便攜終端上傳數據信息，完成數據收集工作。

4.3 成績分析

將單項成績定義優秀（90 以上）、良好（80 ～90 分）、一般（70 ～80 分）、及格（60 ～70 分）、不及格（60 分以下）5 個等級區間，選擇不同時間段，系統自動統計部分或所有單項成績的各等級區間占比；同理，選擇等級區間，系統自動統計該等級區間各單項占比。

類似單項成績，同樣設置5 個等級區間，選擇不同時間段，系統自動統計綜合成績各等級區間占比；選擇不同時間段，系統自動統計綜合成績各等級區間占比；選擇等級區間，系統自動統計該等級區間綜合成績占比。

4.4 能力素質評價

能力素質設置速度、上肢力量、下肢力量、耐力、靈敏度、柔韌度等多個維度，每個維度根據對應考核科目成績加權算出，如：

同理算出上肢力量、下肢力量、耐力、靈敏度、柔韌度得分，可以以雷達圖等形式對幾個維度進行呈現。

4.5 計劃管理

計劃分為月訓練計劃與周訓練計劃，系統根據訓練分析推薦訓練計劃（訓練科目、時長等），指導不同職別權限的管理人員制定及發布訓練計劃。

月訓練計劃依據訓練大綱，供各下級組織參考并制定周訓練計劃，主要包括新增、修改、刪除、導出、審批、查詢等功能。

周訓練計劃包括新增、修改、刪除、導出、審批、查詢計劃、實訓填報等功能。周訓練計劃內容包括參訓對象、訓練科目、訓練內容、應訓人數、訓練時間、負責人、訓練條件、訓練方法、實訓人數、實訓時長、訓練人時等。

4.6 訓練建議

根據能力素質得分，制定相應的訓練計劃。設計模型為：

平臺計算出近一個月的各項能力素質得分，選擇得分最低三項，并統計各項距離滿分的分差占比；平臺設置針對訓練不同占比能力素質的不同訓練科目，如：1 分鐘高抬腿對應40%下肢力量、30%速度、30%耐力；平臺根據能力素質得分自動推薦每日訓練科目與時長（推薦至少2 種方案），時長的確定根據離滿分的分差范圍確定；根據訓練推薦登記實際訓練情況，平臺根據反饋的訓練情況和成績變化情況統計訓練效果。

5 結 論

本文介紹了一種智慧訓練綜合管理應用系統，通過配備個人體征數據采集設備（手表或手環），采集學員個人體征數據的全方位實時監控，同時，通過成績管理模塊，實現對各個科目成績的記錄、分析、統計，并能進行長期的跟蹤與比較；系統建設數據管理分析系統，

提供個性化的學員訓練數據報告、訓練趨勢分析、訓練建議，并可向教務系統、科研管理系統等推送學員考核數據，充分挖掘測試考核數據的價值，有效提高訓練的針對性和目的性；最后，系統根據個人的健康數據、考試成績等數據，綜合分析個人的傷病情況，及時提前對個人進行預警，避免不科學的運動或訓練造成的訓練損傷，并通過系統進行持續跟蹤，幫助學員恢復。