人体运动能力在线评估系统设计

刘忠齐

(秦皇岛广播电视大学 行政办公室， 河北 秦皇岛 066000)

0 引言

目前所应用的人体运动测试系统，大多都是采用基于J2EE设计，围绕Web服务器搭建整体架构，以SQL Server 2 000服务器作为后台数据库的总体结构形式。这一类系统能够将涉及人体运动的各项数据照既定规则实施综合与分析，同时考虑运动的个性化差异，对人体运动能力作出评价[1]。然而，若基于系统层次的角度评价系统本身，则会发现此类系统的构建难度很大，同时对用户的督促力度较小[2-6]。针对上述问题，本文设计了一种在复杂网络基础上搭建的新型系统，该系统大幅增加了人体运动能力测评的准确性，对于加大督促力度，科学增强人体运动能力能够发挥积极的作用。

1 评估系统设计

1.1 系统架构设计

人体运动能力评估系统必须具备能力评估、决策分析和查询分析的功能，系统硬件要配置对应的模块，同时，考虑不同用户运动信息的差异化因素，系统的查询功能需要体现可视化信息界面的差异性。系统中创建了一个新的用户时，必须首先进行运动信息采集，并依据这些信息为其制订权限管理方案。系统硬件架构,如图1所示。

图1 系件架构

由图1可见，运动能力评估系统包含运动专项查询、决策支持和查询分析三个子系统，为了实现运动能力评估的功能，用户需要根据自身的实际情况在系统中分别录入评估所需的运动信息，包括运动时长、基本运动信息、运动项目信息、运动学习能力和运动能力水平等。

1.2 子系统设计

按照系统的设计功能，应在系统中设置运动能力显示、运动能力计算、运动能力测评准备和运动能力评分四个子系统。子系统结构及其信息传递形式,如图2所示。

图2 子系统设置示意图

运动能力测评准备是指按照所采集到的用户运动信息确定各评分项所占比例[3]，其中方式较为简单、体力消耗较小的运动相对于难度大、消耗高的运动评分占比要低；复杂运动能力评估打分是指根据用户的运动成绩结合其个人能力给出一个综合评分，该子系统专门针对运动爱好者经常进行的复杂体育运动如足球、篮球、健美操和拳击等进行打分评估；运动能力计算深化了评估打分的结果，通过科学的算法对评分进行综合运算，使运动爱好者更为直观地了解自身的能力极限；运动爱好者能力显示则以可视化界面向用户告知系统对其能力评估的结果，该子系统通过系统界面向用户呈现根据其录入信息所得到的评估数据，使其能够对是否适合开展某些运动做出明确的判断。

2 系统实现

2.1 运动评估界限分析

在本系统的设计过程中，点权值确定是至关重要的一个环节。系统假定对所有参与运动的人员的能力进行评估，由此设定一个多边形，其节点的数量是x个，边数y个，同时将d0设定为人体运动源的节点且其点权值w0的数值为1，余下的其它节点为d1,d2,…,dn，其所对应的点权值w1,w2,…,wn的数值都是0。在这些条件下，通过计算相邻两节点之间的点权值和边界，能够提高系统评估的准确性[4]，按照相邻节点之间距离的不同来评价用户的运动能力。

(1) 若相邻两节点i和j的间距为系统设定值，则节点di=dj=1，wi=wj，判定用户运动能力达标；

(2) 若相邻两节点i和j的间距小于系统设定值，则节点di=dj>1，wi=wi+wj，判定用户运动能力不达标；

(3) 若相邻两节点i和j的间距大于系统设定值，则节点di=dj<1，wj=wi+wj，判定用户运动能力优异。

2.2 人体运动信息库实现

系统信息库的作用是存储各子系统所收集的信息，并在子系统之间按需求进行信息传递。其实现流程，如图3所示。

图3 系统信息库工作流程

系统接收到来自于用户的评估申请后，从信息库里读取该用户的相关信息，按照设定的规则将各种信息进行汇总和分析，随后将结论通过显示界面告知用户。具体流程，如图4所示。

图4 系统信息库逻辑关系图

由此可见，系统信息库创建的基础是子系统间信息的交互和逻辑关系的确定。

2.3 整体系统的实现

基于上述设计的完成，通过本系统对真实用户的运动能力进行评估，以此来完成系统功能的实现。具体实现过程，如图5所示。

图5 系统功能实现操作流程

(1) 采集用户运动基本信息，如运动的名称、类型和平均运动时长等；

(2) 根据基本信息对用户的日常运动开展情况进行综合分析；

(3) 通过大量信息的录入获取各类运动的相关数据，创建运动能力评估信息库；

(4) 从运动信息库资源中提取与用户运动对应的信息进行对比；

(5) 根据匹配和对比结果对用户的运动能力进行评估。

3 系统应用

选取10名体育运动爱好者作为本系统评估的实验对象，将其随机划分为两组，5人作为实验组，其余5人为对照组。首先采集10人的身体参数信息，并以此为依据对实验参数进行设置。

3.1 实验参数设置

实验参数即STS(骨骼强度)、MCS(肌肉强度)、FCF(力量系数)、ECF(耐力系数)、MEI(最大运动强度)和SAL(人体能力水平),为保证实验结果的准确性[5]，两组实验对象的参数基本一致。具体参数，如表1所示。

表1 实验参数

3.2 运动能力评估的准确性对比

实验过程如下：全部实验对象一起学习相同动作的一套健美操，整个过程中记录所有人的学习时间等信息。通过本系统对实验组人员进行运动能力评估，对照组则通过其它系统进行评估，分别获得评估结果后对其准确性进行比较。在同等学习强度下由专业人员对参与实验两组人员的健美操完成度进行评价。具体结果，如表2所示。

表2 两组人员健美操完成度统计表

理想状态下，参与实验人员的运动能力越高，则健美操的完成度应该越高，但由于运动能力评估得分为综合得分，参试人员的某项参数短板可能对实际的健美操完成度造成影响，所以必须经过运动评估系统的科学评估，结合运动项目的时长、强度等因素，才能得到最符合参试人员实际情况的评估结果。按照评估结果所绘制的评估曲线，如图6所示。

图6 两组实验人员运动能力评估准确性对比

图6中的对角线实线为标准能力评估曲线，代表具备理想运动能力的人在完成全套健美操学习后完成度与系统评估得分的对应关系；点实线为实验组的运动能力评估准确性曲线，是本系统依据表1参数所绘制的实验组人员完成全套健美操学习后完成度与系统评估得分的对应关系；虚线为对照组的运动能力评估准确性曲线，是对照系统依据表1参数所绘制的对照组人员完成全套健美操学习后完成度与系统评估得分的对应关系。

由图6可见，本系统绘制的评估准确性曲线均匀分布在标准曲线两侧，且实验组人员的评估结果数值点全部落在系统绘制的评估曲线上，这说明实验结果与系统评估结果是吻合的；而对照组人员的评估结果数值点都落在了其它系统所绘制的曲线外，与系统绘制的评估曲线存在较大差异，且该曲线整体位于标准曲线下方，可判定为其结果准确性较低。所以，本系统相较于其它性能能够对用户的运动能力评估出更为准确的结果。

3.3 差异性反映对比

基于实验所获得的评估结果，对同组5名实验人员个性化差异的反映做出对比分析。实验组与对照组的个性化差异反映，如图7、图8所示。

图7 实验组个性化差异

图8 对照组个性化差异

对比两组曲线可见，实验组评估结果数值点分散分布于评估曲线上，没有发生两个以上的点重叠的情况，在标准曲线的垂直方向上各点与标准曲线的间距基本相等，说明系统评估结果与运动人员的真实能力接近；而对照组评估结果数值点发生了两两重叠，各数值点在标准曲线两侧呈不均匀分布状态，同时，运动能力评估点与标准曲线的距离各不相同，说明评估结果与运动人员的真实能力存在较大差距。通过上述几点分析可见，本系统的差异性反映能力更强。

4 总结

本文所设计基于复杂网络的人体运动能力评估系统，解决了其他同类系统构建难度大，对用户的督促力度较小的问题。基于系统设计功能完成了硬件配置及其子系统划分，基于界限分析和信息库的创建完成了软件部分的设计。通过实验对系统功能进行验证，结果表明，基于复杂网络的人体运动能力评估系统相较于其他同类系统更具实用价值。