基于WLAN与手机APP的大学生日常跑步锻炼监测管理系统的设计与应用研究

陈　平，张　健，赵　斌

基于WLAN与手机APP的大学生日常跑步锻炼监测管理系统的设计与应用研究

陈平1，张健2，赵斌1

设计了一种基于校园无线局域网和Android平台技术的大学生日常跑步锻炼监测管理系统。学生跑步时通过手机APP采集相关运动数据，合格数据经校园无线局域网上传至服务器数据库，后台管理软件对数据进行汇总分析;系统通过下达锻炼次数、比对任务完成度等方法对学生日常跑步锻炼进行管理。该系统在学生课外体育锻炼管理实践中效果好。该系统的设计与实现可为学生日常锻炼管理提供一种新的思路和方法。

手机;跑步锻炼;监测;系统

前言

2015年8月15日发布的《中国青少年体育发展报告(2015)》显示，我国广大大学生身体素质依然不容乐观，耐力素质依然持续下降。针对大学生耐力素质多年持续下降的原因，众多学者归结于大学生对日常锻炼缺乏习惯，广大大学生对于课外锻炼“消极对待”所致。针对这一现状，我国众多高校尝试采用“强迫锻炼”的方式。目前在北京大学、南京大学、同济大学、中国矿大等高校中为加强学生课外锻炼，普遍采取“跑步锻炼刷卡制”的对策，即规定每学期跑步锻炼次数后，实行学生在指定时间到固定场所跑步刷卡的方法。不仅如此，浙江大学、扬州大学、杭州电子科技大学、贵州民族大学、西安电子科技大学等高校为杜绝学生跑步中作弊锻炼的现象，甚至推出了对跑步锻炼进行“指纹刷卡”。

在我国目前大学生锻炼习惯普遍缺失的情况下，这种“强迫跑步”的做法无疑对于提高学生体质，尤其是增强耐力素质能起到巨大推动的作用，但这种方式在由于目前在软件及硬件上的局限，许多高校在具体执行中存在着较多难题。如:①需要投入大笔资金进行硬件建设和专职人员值守，②学生锻炼刷卡一般需集中在固定的时间和固定的场所，容易出现大量学生集中刷卡而出现长时间排除等待现象，③学生锻炼时间选择不自由，④刷卡仅有考勤单一作用，学生锻炼效果无法监督，锻炼有效性仍是空白，⑤学生普遍消极对待，争议较大等。如何采取一种更加科学有效、易于开展的新方法，改善目前在学生日常锻炼中遇到的问题，调动学生日常锻炼和积极性显得越发重要，成为我国提高大学生身体质素的重要课题。

1　系统结构设计

大学生日常跑步锻炼监测管理系统由两部分组成:数据采集与反馈设备(客户端)由具备WALN(Wireless LocalArea Network，无线局域网)的手机完成，中心节点(服务端)由校园无线路由器和服务器构成。此外，在PC上运行MySQL数据库服务器，综合处理学生跑步数据，同时可支持用户对数据的查询统计与分析。系统的整体框图如图1所示。

学生运动时持安装有系统APP的手机，打开手机自带GPS功能进行持续不少于20分钟跑步锻炼，手机将根据学生BMI指数设定跑步应达到的有效强度，并通过跑步中的跑步速度、摆臂频率等指标进行有并有效性监控，学生锻炼后合格数据将通过WALN上传至云端服务器数据库，管理者通过电脑(PC)端管理网站对数据进行管理。管理者在后台即可通过下达每学期学生应跑步锻炼次数进行管理。

作者单位:1．中国海洋大学体育系，山东 青岛266100
Sport Department of Ocean University of China，Qingdao 266100，Shandong，China．
2．山东省章丘市福泰小学，山东 章丘250200

图一　系统整体框图

2　系统功能

2．1手机客户端模块

手机客户端为系统通过APP在手机上实现的各项功能。

图二　手机客户端框架图

2．1．1个人信息、修改信息模块

学生通过输入自己的学号与密码，登录至数据库，系统通过学生首次录入的性别、身高、体重以确定其BMI指数。

2．1．2跑步界面模块

是学生在持跑步时屏幕显示界面，系统显示运动者当前运动轨迹，本次锻炼里程、时间、所消耗热量、以及当前时间总锻炼次数、最大速度、最小速度等信息，方便锻炼者随时了解所需信息，并当锻炼者运动强度(跑步速度达不到标准要求时，给予震动提示)

2．1．3历史记录模块

用户每进行一次跑步锻炼以后软件都会自动记录并存储到登录用户的文件中，在用户进行多次跑步之后根据跑步记录情况自动生成锻炼日志。日志包括以周锻炼次数为显示条件的月度锻炼次数折线图和每一次锻炼的详细锻炼柱状图。

2．1．4科学建议模块

此模块给出学生关于不同BMI指数在达到有效锻炼时应达到的速度区间，以供学生跑步锻炼合理掌握运动量，进行科学锻炼提供参考。

2．1．5其他

此模块提示用户可下载离线地图以及开发人员有关信息，方便学生当出现问题时反馈。

2．2电脑(PC)端管理功能模块

各级管理员通过电脑(PC)端网站实现对系统数据的管理功能。网站作为运动监控系统的后台，肩负着查询处理数据的责任，管理员需在网站进行监控和数据分析，并且网站作为后台承载也有与移动端进行数据交互的职能。管理系统分为四大功能模块，各自模块功能根据分析基本相互独立，分别为院系信息、班级信息、学生信息、个人信息及管理员登录五大模块，用户通过五个模块进行的数据查询及管理。

图三　电脑(PC)端框架图

2．2．1管理员登录模块

系统可根据权限分为校管理员、院系管理员、体育教师三级权限，分别拥有对全校、院系、体育教师对应教学班数据管理的权利。

2．2．2个人信息模块

可供登录的管理员(体育教师)设置或个人密码。

2．2．3院系信息

便于学校对全校各院系学生总体日常跑步锻炼情况进行汇总、分析。

2．2．4班级信息模块

便于各院系对本院系学生各班级、专业总体学生锻炼情况进行汇总、分析。

图四　学生运动管理系统示意图

2．2．5学生信息模块

便于针对学生自身锻炼情况进行查阅分析。

3　系统关键指标的设计

3．1大学生跑步锻炼有效心率的选择

根据我国大学生的年龄及生理特点，选取最大心率的70%－80%为跑步锻炼的心率目标区间，因此按照公式(最大心率=220－年龄)×［70%～80%］确定学生有氧运动心率区间为140～160次/分。

3．2跑步速度标准的确定

根据不同性别人群BMI指数的差异，把学生按性别分成偏瘦、正常、超重、偏胖、肥胖五组，对各组进行了大样本测试，测试时由测试者配带心率表进行跑步锻炼，要求其心率保持在140～160次/分之间进行持续运动20分钟，据此计算其有效心率区间的跑步距离及跑步速度。这样分别得出各组别20分钟内跑过的路程及平均速度的概率分布，并依此确定了大学生跑步速度和跑过的距离应达到的各类标准。只有锻炼者进行跑步锻炼时达到系统设定的标准，才能记录本次锻炼数据，如锻炼强度达不到标准(如跑步速度过慢、跑步距离过短)，本次锻炼数据将无法保存提交，锻炼无效。

3．3跑步时间及场所的限定

本方法基于手机对于运动轨迹的记录，所以只要手机能接收GPS信号，可不受限锻炼时间及场所的限制。学生可在任何自己方便的时间及地点进行跑步锻炼，使锻炼的开展更加灵活。同时，学生在每次锻炼时，只需要在跑步前通过WLAN登录系统，便可离线进行锻炼，锻炼数据可保存于手机之中，当恢复WLAN信号时将锻炼数据上传服务器，对于锻炼者提供了极大便利。

3．4防作弊方法的设计

系统通过对比上传数据中的运动轨迹坐标与摆臂频率进行作弊。由于在跑步时，每个跑步者有着自己独特的跑步习惯和跑步轨迹，即使20分钟内两人并排同时跑步，也很难做到两人20分钟的运动轨迹与摆臂频率的完全一致。因此，系统设定，当上传数据中两人跑步时间、GPS轨迹与摆臂频率完全一致，则第二个数据将无法上传。同时，系统也设定了每分钟内的平均摆臂次数区间，当锻炼者摆臂频率处于极端状态时，也默认为锻炼者为非正常锻炼状态，该次锻炼数据将无效，并不能上传。

3．5日常锻炼和管理设计

系统在每学期初对学生应完成的有效跑步锻炼次数进行设定，并在学期末对学生锻炼情况进行汇总。不同用户(学校、院系、体育教师)可PC端对服务器数据进行不同用户的各项操作，便于可实现其对于学生日常锻炼情况的掌握。

3．6数据传输的设计

系统充分利用学校网络资源，以学校网络中心服务器作为数据库后台支撑。目前各高校广泛覆盖的WLAN信号为学生随时访问、登录系统提供了极大便利，学生可利用手机WLAN进行身份认证后可免费登录校内网络，实现手机数据与服务器之间的交互，使锻炼数据的上传与下载均不会产生额外费用，为工作的开展提供了极大的便利。

4　系统的运行及专家的评价

2015年初，本系统首先在中国海洋大学体育课学生课后锻炼中试用，取得了良好的效果。在系统使用后的访谈调查中，体育教师普遍反应体育工作中最难落实的学生课后锻炼问题得到了有效解决;学生们也普遍认为，对照其他高校的跑步“刷卡”管理方式，这种应用手机APP进行跑步锻炼的方式更加灵活，也更易接受，锻炼效果也有较大保证。

5　结束语

本系统充分发挥智能手机的功能，与校内资源(服务器与WLAN)合理整合来构建学生日常跑步的监测与管理系统，学校无需进行新的硬件投入，节省了大量人力、财力;其次，系统针对不同BMI学生的每次跑步时间、距离与速度的有效认证，使得日常的跑步锻炼有了基础标准，使得锻炼的有效性得到了保证;第三，学生可自主选择方便的时间及场所进行跑步锻炼，极大消除了学生的抵触情绪;第四，本系统对于促进学校体育工作的开展，强化学生体育课的课外锻炼提供了有力的抓手。

［1］ 倪红军．基于Android平台的移动终端GPS研究［J］．计算机技术与发展，2012，22(5):198－201．

［2］ 徐乃煊．基于Android平台的健身运动管理系统的设计与实现．［D］．北京:北京邮电大学，2013

［3］ 石林．基于Wi_Fi协议的人体多生理信_省略_采集及发送的关键技术的研究与实现．［D］．南京:南京师范大学，2013．

［4］ 冯勇．定向运动训练中GPS技术实践研究．［D］．四川:四川师范大学，2012．

［5］ 王赟，贺洪平，刘斌，等．基于Android平台及手机WLAN功能的评分系统［J］．科学技术与工程．2011，36(11):9075－9079．

［6］阿英嘎．自主学习环境下运动技能的自我评价方法研究［J］．南京体育学院学报．2010，24(5):14－17．

［7］国锋．管理信息系统［M］．北京:机械工业出版社，2001．

［8］曹蔚明．美术院校体育教学在线管理系统的设计研究［J］．浙江体育科学．2013，35(3):76－79．

Research on Design and Application of University Students’Daily Running Exercise Monitoring and Management System Based on WLAN and Mobile Phone APP

Chen Ping1，Zhang Jian2，Zhao Bin1

A monitoring and management system based on campus WLAN and Android system mobile phone with app technology of university students’daily running exercise has been designed．Exercising data of students running will be collected through mobile phone APP，and then uploaded by campus WLAN to the server database to be analyzed by background management software．By downloading exercising times and comparing the task completeness rate，students’daily running exercise activities are managed．The system is effective in the management of students＇extracurricular exercising．Design and accomplishment of the system can provide a new method to the management of students’daily exercise．

mobile phone;running exercise;monitor;system

G804

A

1005－0256(2016)08－0041－3

10．19379/j．cnki．issn．1005－0256．2016．08．016

中国海洋大学本科教育教学研究项目(项目编号: 2014JY37)

陈平(1972－)，男，山东泰安人，副教授，硕士，研究方向:体育教学研究。