篮球技术与体能测评系统的设计与实现

宋 薇，胡 广，王瑞华

（1.湖北广播电视大学，湖北武汉430074 2.武汉大学资源与环境学院，湖北武汉430079）

篮球技术与体能测评系统的设计与实现

宋 薇1，胡 广2，王瑞华1

（1.湖北广播电视大学，湖北武汉430074 2.武汉大学资源与环境学院，湖北武汉430079）

本系统借助现代计算机技术，构建篮球技术与体能测评系统，在数据采集部分，专项测试仪器可以进行实时多参数检测和快速反馈测试数据，并把现场模拟信号转换成计算机能处理的数字信号，并通过无线网络发送给服务器；在数据处理部分，数据处理软件采用C/S架构，并用微型计算机为监控处理器，该软件通过无线网络能实现数字信号的接收、逻辑处理以及自动评分；在数据分析部分，数据分析软件采用B/S架构，数据分析软件可以对测试数据进行智能化、网络化分析，在研究人员现场分析技术动作时，数据分析软件为其提供精确的科学依据。

篮球技术；体能测评；传感器

引言

近年来运动员体能训练评价成为了国内外体育领域研究的热点，特别是欧美等体育强国，非常注重对运动员体能的研究。世界上篮球体能训练领域最具权威性的两大机构是美国国家体能训练协会NSCA(National strength and conditioning association)和AP(AthleticPerformance)训练基地[1][2]。我国对运动员体能训练的研究起步较晚，我国在篮球这样的对抗性运动项目上表现出了对运动员体能训练的不足，而篮球运动员的体能是篮球运动员竞技能力的关键。

本系统主要解决如下3个问题：

（1）改变传统测试工作方式

传统测试工作方式是人工操作，测试必须有大量的裁判员参与，裁判员手工记录测试数据，并根据运动员个人身体特征（身高、年龄、体重），参照评分标准，手工折算出每位运动员的最终成绩。该测试方式的缺点：工作人员数量多；测试时间长、速度慢；产生的测试数据不准确。

（2）改善当前体能训练评价方法片面化

当前体能训练评价往往会忽略篮球运动员动作能力测评，更多在于对身体机能的评价，这会导致教练员在调整运动员的体能训练计划时缺乏科学依据。

（3）改变当前体能测评方式的局限性

目前体能训练中篮球框及场地都是固定的，在这些固定的区域进行体能监测，这会导致无法直接测量一些重要的运动参数（加速度、线速度、角速度）。

1 系统组成设计

本系统由3部分组成：专项测试仪、数据处理软件和数据分析软件。专项测试仪由微处理器、接口电路、传感器共同组成，其中微处理器是核心控制器件，微处理器与接口电路、传感器组成数据采集前端。本系统采用的技术有集成电路技术、传感器技术、无线网络技术、计算机信息等高新技术，利用这些技术实现篮球训练中4组15m×17次往返跑专项速度耐力测试与内外线强度投篮测试。本系统结构如图1所示。

2 系统功能模块设计

本系统将用户分为运动员、管理员、裁判员、总裁判长4种类型[3]。本系统的功能模块为:运动员模块、总裁判长功能模块、管理员功能模块、测试硬件系统模块。其运动员模块实现信息录入及公告浏览；总裁判长模块实现运动员成绩查询；管理员模块实现成绩管理、测试成绩评分分析、评分标准录入等；测试硬件系统模块实现传感器数据采集、数据转换处理及数据传输。本系统功能模块如图2所示。

图1 系统结构

图2 系统功能模块

3 数据库设计

《2011年CBA、WCBA专项身体素质和技术测试内容和评价办法》中的强度投篮及专项速度耐力的说明包含：测试内容、测试目的、测试场地、测试方法、测试要求、成绩记录及达标评定以及测试流程。根据这些说明，详细分析数据需求，进而设计出数据库的概念模型。概念模型如图3所示。

4 专项测试仪设计

专项测试仪由RFID传感器、红外光电传感器、无线路由器、终端微机组成。RFID传感器用于运动员的刷卡检录，任何时候的运动员身份标示；红外光电传感器用于数据采集，无线路由器用于数据传输，终端微机用于提供操作界面及结果显示界面。

4.1 配置置无线路由器

无线路由器名称：bt_Network

图3 篮球技术与体能测评系统概念模型

其功能是感知运动员的RFID数据并发回服务器，发回服务器的数据格式为：#07%0014*4C55578B $。其中“#”为起始符；“07”为传感器类型，即RFID传感器数据；“0014”为传感器组的序号，可以标定发出数据的传感器位置；“%”和“*”为隔离符号；“BDD8902D”为读到的RFID卡号，即运动员的数据库中的标示；“$”表示为结束符。两个跑道采用两个RFID传感器设备。

1统计方式：将时间和RFID卡号存到数据库，为最终统计提供数据基础。

2配置RFID传感器

配置RFID 0014:

配置RFID 0011:

4.4 投篮测试装置系统配置

本装置安装在篮框上，靠近篮框固定篮板位置，用于感知篮球通过篮框这个动作，并将感知到命中状态时的状态与时间通过无线通信装置发回服务器，在服务器侧实现各种统计功能，并将测试成绩通过适当的显示媒体进行显示。

发回服务器的格式：

#c11,20231607,1,1,1,1,$。其中“#”为起始符；“c”为传感器组类型，即有四组传感器状态值；“11”为传感器组的序号，可以标定发出数据的传感器位置；“20231542”为感知到这个状态时的装置时间，单位为毫秒（ms）；“1,0,0,0,”分别为传感器的状态值，“1”代表没有被切割到，“0”代表传感器感知到切割这个动作；像例中所示，篮球切割了右边三个传感器，所以球是在篮框内靠右位置落下；如“0,0,0,1,”则相反球是在篮框内靠左位置落下；如“0,0,0,0,”则是在篮框正中间落下；如出现一个或两个“0”时，则不动作，认为没有出现篮球投中的事件，此为择多判决；“$”表示为结束符。

1统计方式：将时间和状态传入数据库。

2配置红外光电传感器

配置C11：

4.5 专项速度耐力测试装置系统配置

本装置安装到标准篮球场地的两端，共有两个跑道（4个红外光电传感器），用于感知运动员的踩线状态和踩线的起始及结束时间，最后将测试数据传回服务器，服务器端经过逻辑处理及分析，将相应的成绩结果通过显示设备显示出来。

发回服务器的数据格式为：

其中#b01,159066,1,1,$。“#”为起始符，“b01”是传感器的编号，“159066”是一个相对时间，“1,1”是代表传感器的一个状态（正确踩线后会变成“0.，0”），$表示为结束符。

1统计方式：时间和状态发回服务器。

2配置红外光电传感器

配置b01：

配置b02：

配置b03：

配置b04：

5数据处理软件设计

数据处理软件基于C/S模式，传感器将数据通过无线网络传输到服务器，数据处理软件实现传感器数据采集，数据处理软件根据运动员身高、体重、年龄等评分标准，对运动员测试结果进行自动评分及显示。

5.1 4组15×17往返跑数据采集及数据处理

数据采集及数据处理部分利用C#语言在Visual Studio 2010集成环境下，采用多线程网络编程，通过C#中Socket类接收从传感器发出的数据，原始的数据是类似#b01,159066,1,1,$其中b01是传的感器编号，159066是一个相对时间，1,1是代表传感器的一个状态（正确踩线后会变成0，0），$表示一条记录的结束。程序要获取的就是传感器的0,0状态。程序从第一次获取0,0状态时开始计时，记录传感器编号，计数器加1，记录此时传感器的相对时间，发出收到0,0状态信号，再次当获取到0,0时，先查看上次获取的0,0时的传感器编号，如果是一样的，属于一次踩线，发送了多条记录按一次处理，如果不是一样的，记录这次的传感器编号，踩线次数加1，如果踩线次数达18次，记录此时传感器的相对时间，并计算考试时间，将考试时间显示在显示器。最后将18次踩线的记录和考试所用的时间插入数据库。同时语音提示18次跑完休息两分钟，定时器进入两分钟倒计时，倒计时到20秒时，语音提示进行组刷卡检录测试。直到4组测试完，最后显示出4组的平均成绩。

5.2 内外线强度投篮数据采集及数据处理

120秒投球部分的传感器发送出来的数据是类似#c11,20219998,1,1,1,1,$，其中#c11是传感器编号，20219998是相对时间，1,1,1,1是传感器状态（投中时会有至少3个0），$一条记录的结束标志。程序主要是获取一条记录中表示传感器状态中的0的个数，如果有3个或者3个以上，与上次出现有3个或3个以上0的状态时间相差3秒以上（防止一次投中多次记录）满足且在120秒内，投篮计数器加1。当120秒结束，程序统计有效投中次数，并将数据插入数据库。

6数据分析软件设计

数据分析软件基于B/S模式，系统用户可以利用Internet对运动员的技术与体能测试结果进行查询以及智能化评比与评估。测试数据分析软件主要实现对SQL Server数据库中运动员信息及测试成绩信息进行查询及统计,另外，实现运动员测试成绩的智能化分析,并把得出的相应结果利用图表的方式显示出来。其图表可以按照单人4组往返跑成绩显示；各队平均成绩显示；按位置各队平均成绩显示。

6.1 B/S模式

B/S（Browser/Server，浏览器/服务器）模式在Web开发中得到了普遍使用，在这种网络结构模式中，客户端采用浏览器作为终端软件。另外，该模式下服务器承担了系统功能实现的核心部分，这使得系统的开发、维护和使用都得到了简化。该模式的特点是：客户机上只需安装一个浏览器（Browser），服务器上安装数据库。采用该模式设计的系统，其工作原理是：客户端软件（浏览器）通过WebServer同服务器端数据库进行数据交互。

基于B/S模式的系统能够在方能上网的任何地就在不安装专门的应用软件的情况下进行操作，客户端几乎达到零安装、零维护。并且，系统的扩展非常容易。随着AJAX技术的发展，致使B/S模式越来越普遍，在B/S模式程序中使用AJAX技术可以让客户端进行部分程序处理，致使服务器的负担得到了减轻，并且交互性得到了增强，同时也能实现在不重新加载网页的情况下进行局部实时刷新。

6.2 数据分析软件的功能

用户及权限如下：

运动员：成绩及信息查找，可以按编号、位置、角色进行查找；排序，按身高、体重、成绩进行升序和降序排序。

管理员：运动员用户添加，运动员信息查询及修改；判员信息添加及修改。

裁判员：运动员成绩统计，按单人四组往返跑成绩统计、各队平均成绩统计、按位置各队队员平均成绩统计。

7结束语

文中的工作包括：

1数据采集的设计及实现，通过将传感器、网络、计算机组合在一起，完成信号的检测，把传感器电信号转换成数字信号，然后传输到计算机中进行处理。

2数据处理软件的设计及实现，通过多线程网络编程接收传感器发送数据信息，然后对数据进行分析及逻辑处理进而转换成运动员测试数据信息，然后保存信息到数据库中。

3数据分析软件的设计及实现，采用MVC架构，SQL Server数据库实现数据分析软件设计，主要实现的功能是：管理员对运动员及裁判员信息的管理，运动员查询成绩，裁判员对运动员成绩的管理及查询，成绩的图表显示等。

在未来的研究工作中，要解决启动与结束时间的启动与同步问题。不同的旋转方式会影响测试人员的触线成功率与测试成绩，需要对触及边线的测试规则进行重点提示与说明。针对投篮测试不同角度投篮数据的覆盖问题，考虑采用多组传感器进行光线切割，需要对传感器安装模式进行实验。研究多传感器融合算法，对篮球进篮的瞬时片断进行深入分析。

[1]MUJIKAI.Tapering and peaking for optimal performance [M].Human Kinetics,2009.

[2]WILHELMP,MONIERE,THOMASP,et al.Spa-a system for analysis of indoor team sports using video tracking and wireless sensor network.[C].Image and Signal Processing andAnalysis,2009.ISPA 2009.Proceedings of 6th International Symposium on.IEEE.2009:23.

[3]练碧贞，宋薇，单曙光.篮球技术与体能测评系统应用研究[J].北京体育大学学报，2013（6）：36.

[4]崔远光.中国职业篮球运动员体能训练探索[J].山东体育科技，2010(6):71-72.

[5]毛卫星,许月芳.浅析篮球训练中的体能训练[J].体育科技，2009(9):148-149.

[6]陈小平，梁世雷，李亮.当代运动训练理论热点问题及对我国训练实践的启示——2011杭州国际运动训练理论与实践创新论坛评述[J].体育科学，2012，32(2):3-13.

[7]杨桦.论篮球运动的本质、特征及规律[J].成都体育学院学报，2001(4):60-62.

[8]王保成，等.篮球运动员体能训练的基本理论与内容[J].首都体育学院学报，2001(3):38-46.

[9]全国体育院校教材委员会.运动生理学[M].北京:人民体育出版社，2002.

[10]成惜今，等,我国优秀女篮运动员比赛中供能问题的初步探讨[J].武汉体育学院学报，2000(4):98-99.

（责任编辑：李影丹）

On Design and Realization of Basketball Technique and Physical Fitness

SONG Wei1,HU Guang2,WANG Rui-hua1
（1.Hubei Radio&Television University,Wuhan,Hubei 430074;
2.School of Resource and Environmental Science,Wuhan University,Wuhan,Hubei 430079）

By the means of modern computer technology,the system constructs monitoring system of basketball technique and physical fitness.Special test equipment can realize real-time multi-parameter detection and rapid feedback，which can transforms electrical signals of the sensors into computer digital signal and send digital signal to server through wireless network;In the aspect of data processing,data processing software which based on C/S architecture used a microcomputer as monitor processor,which can realize the receiving of digital signal,the logic processing of data and automatically scores after the server processes the incoming signal;In the data analysis,the data analysis software based on B/S architecture,in addition,the software can realize intelligent and network-based data analysis and the software provided accurate scientific basis for researchers at the scene analysis technique.

basketball technique;physical fitness;sensor

G841

A

1008—7427（2016）06—0028—04

2016—06—22

湖北省教育厅科学研究计划项目“基于WSN与.net平台的大学生体质测试管理信息系统研究”（B2014185）。

宋薇（1981—），女，湖北武汉人，博士，湖北广播电视大学副教授，研究方向：计算机应用。