微机辅助设计(CAD)训练计划系统及其特点

易英达, 杨栋栋, 石 磊

(1.安徽欣胜软件科技有限公司,安徽 合肥 230088; 2.安徽省水上运动管理中心,安徽 合肥 231299;3.山东体育学院,山东 济南 250102)

CAD训练法是一种运用微机设备和计算技术对训练进行实时监控的方法[1]。它可将教练员训练设计思想通过微机系统语言转化为体系化的计划设计模块,并在微机技术逻辑分析的基础上,对训练计划和实施结果进行细粒度的提取、清洗、入库、汇聚,进而使之内容系统化、指标定量化、过程反馈化、全程控制化[2]。

1 系统设计

CAD训练计划软件根据不同运动项目运动员竞技需要以及先天能力选材评估,运用互联网云计算、数据挖掘等技术进行设计[3]。系统运用数据库进行训练资料的存储与分类,并对训练计划的制订、训练效果的检查、训练过程的分析等设计各类数据表单与科学化指标,使之能够实现辅助设计训练计划,辅助诊断实施效果,辅助提出纠偏方案,辅助提高教练员训练计划的设计思想和实施水平。

1.1 概要设计

系统总体框架以定制化模块开发为原则,采用树形框架搭建设置,各个模块可依附或剥离实现定制化效果;各个模块功能独立开发完成,便于后期模块功能迭代与调整;从软件设计角度看,其模块下数据源可灵活实现不同情景下智能化数据分析和推荐,输出合理、高效的训练计划方案,向教练员及时反馈建议。其系统总体框架如图1所示。

图1 智能化运动训练计划总体框架

1.2 功能设计

系统功能结构由基本信息、计划制订、检查与分析、训练诊断、实施过程结果五大模块组成。其系统功能结构如图2所示。

图2 智能化训练计划制订流程

1.2.1 基本信息模块设计

1.2.1.1 训练计划名称模块(表1)

表1 训练计划名称模块信息

1.2.1.2 训练任务及其目标模块

该模块针对赛事目标要素下的基本信息、名次、队伍训练任务等进行详细记载与参照。系统支持要素新增与修改,通过训练计划经验与结果输出,完善训练报告,辅助教练员决策。其基本功能如表2所示。

表2 训练任务及其目标模块信息

1.2.1.3 训练措施要求模块

该模块依据不同对象(教练员、队医、管理人员等)、不同职责要求进行灵活自定义编辑设置,支持事件时间记载、发布、通知、操作等服务。其基本功能如表3所示。

表3 训练措施要求模块信息

1.2.2 训练计划制订模块设计

系统将训练计划周期分为多年、年度、周期、阶段、周、日、单元训练计划等7级体系。在宏观训练计划(多年、年度、周期)制订中,系统自动生成准备期、竞赛期、过渡期,形成整体规划和指导思路。制订具体训练计划(阶段、周、日、单元)时,系统从实用性出发,推选合理的训练负荷、手段和方法,根据数据库中运动员现实状况诊断报告,自定义设置训练计划内容,系统会根据教练员多年计划实施完成情况及海量国内外不同情景下训练计划实施纲领的有机结合,反馈具有操作意义强、计划组织内容全、管理贴合实际的训练方案[4]。其基本功能如表4所示。

表4 训练计划制订模块信息

1.2.3 检查与分析模块设计

1.2.3.1 队伍现实状态诊断模块

该模块实时诊断运动员身体素质、身体机能、伤病、请假等数据,进行信息存储、同步与更新。其基本功能如表5所示。

表5 队伍现实状态诊断模块信息

1.2.3.2 训练过程分期模块

该模块针对周期划分下阶段进行具体训练计划布置工作,包括身体、战术、心理、技术等维度的记载与跟踪,系统支持信息点增改功能及重点运动员训练监控功能。其基本功能如表6所示。

表6 训练过程分期模块信息

1.2.3.3 训练负荷安排模块

该模块建立不同的训练计划类型,针对实际训练情况进行多维度对比,给予教练员强提示,可随时调整训练节奏。其基本功能如表7所示。

表7 训练负荷安排模块信息

1.2.3.4 训练具体内容模块

该模块对单元训练计划进行细粒度设定,结合训练计划目标,模块内设定多项单元课次审核指标,将训练内容与训练计划有机结合。其基本功能如表8所示。

表8 训练具体内容模块信息

1.2.3.5 训练计划责任标签模块

该模块对训练计划进行责任标签设置,并对设置的责任标签进行数据管理。其基本功能如表9所示。

表9 训练计划责任标签模块信息

1.2.4 训练诊断与训练过程结果设计模块

该模块从训练计划角度了解各单元课次完成情况,各项技术动作、身体机能、专项成绩等指标变换趋势。其基本功能如表10所示。

表10 训练诊断与训练过程结果模块信息

2 系统开发

2.1 软件系统架构

2.1.1 基础服务层

包括主机系统、存储系统、数据传输协议、网络系统、安全系统等基础运行环境,使各个系统之间高内聚低耦合。

2.1.2 数据资源层

运用Oracle Data数据库、SQL Server数据库完成管理数据、训练数据、计划目标数据、运动员数据、教练员数据、训练目标完成情况数据等的存储。

2.1.3 应用交互层

包括应用中间件、工作流程管理平台、业务服务组件平台、报表生成工具、图形图表生成软件、数据交互接口。

2.1.4 业务处理层

人员录入系统:帮助教练员快速收集运动员基本信息,并快速归纳整理形成能力“六边形”可视化数据图,让教练员能够直观对比运动员的优缺点,有针对性地制订训练计划。

训练周期划分系统:帮助教练员制订针对大赛成绩目标的训练周期,从宏观上把握训练节奏。

计划制订系统:根据训练周期制订详细的训练计划,帮助教练员归集训练量、训练状态、运动员成绩涨幅,通过数据科学制订训练计划。

2.1.5 用户交互层

用户可通过Pad端数据录入及展现、移动端(手机)数据录入及展现、Web端数据录入及展现,形成用户多终端立体化数据收集和展现。

2.2 详细设计

实现训练计划制订、训练目标检验、训练数据统计分析等模块所涉及的主要算法、数据结构、类的层次结构及调用关系,说明软件系统各个层次每个程序(每个模块或子程序)的设计思路,以便进行编码和测试。保证软件给出详细的设计报告,为后续的编码开发提供依据。

2.2.1 训练计划目标制订

训练计划目标制订对整个训练计划具有指导性作用[5]。须根据运动员的身体状况、比赛周期等综合考量制订训练计划目标。教练员可调取系统中的运动队数据库给出运动员多维度现实状态评估报告,并在系统内输入本周期比赛信息,系统可通过Pad端、移动端(手机端)、Web端等多端口智能化定义训练计划总体目标,并通过HTTP协议以json字符的方式机密传输到后台SQL Server数据库。

2.2.2 训练计划周期划分

根据训练计划目标,系统会计算出最合理的训练计划类型,科学适配各计划的训练负荷、方法和手段等具体指标。具体到单元训练计划,可细化专项训练、身体素质训练等各维度训练比重和不同阶段适配的训练方法与手段,根据SQL Server数据库调取合适的具体训练内容。

2.2.3 训练计划完成度检验

根据训练负荷、训练课完成质量进行各指标量化检验,全方位、多维度地对训练计划完成度进行评估[6]。系统会根据数据分析给出合理的比例区间,对运动员的身体机能进行检测,给出训练预警和建议,教练员可根据系统建议进行调整。

2.2.4 训练计划数据库建立

前端生成的数据统一汇总到SQL Server数据库,根据数据类型、数据功能生成不同的表单,每张数据表单根据储存的数据分为不同类型的字段。根据筛选条件搜索训练数据、生成数据图表,通过图表能够直观体现各训练方法和手段的权重、训练负荷的权重及周期性的变化规律,结合运动员在不同阶段的训练成绩变化趋势,随时从数据库筛选和调取相关指标信息。

3 系统关键技术

系统通过 TCP网关技术实现Session 管理、心跳管理、数据上行和下行。技术架构基于Netty构建TCP网关的长连接容器,作为网关接入层提供服务API请求调用。

客户端通过域名+端口访问TCP网关,域名不同的运营商对应不同的VIP,VIP发布在LVS上,LVS将请求转发给后端的HAProxy,再由HAProxy把请求转发给后端的Netty的IP+Port。LVS转发给后端的HAProxy,请求经过LVS,响应是通过HAProxy直接反馈给客户端。

通过分布式文件系统存储训练数据并建模,实现训练数据可视化、智能化。分布式存储的优势:(1) 可大规模横向扩展。每个节点都参与数据的管理和存储,每个节点独立工作,提高了系统的抗灾性,节点间通过网络进行互联,提高了系统的互通性。(2) 容量扩展,性能同步提升。传统存储容量扩展到一定程度以后,性能不再提升,而以服务器为单位的扩展,服务器性能会同步提升。(3) 可以解耦和全闪存。可实现软硬件一体设计和软件解耦,提高系统的灵活性。可以SAS介质和SATA介质混合使用,也可全部使用SSD介质。(4) 软硬件升级不用数据迁移。淘汰的节点逐个替换,不影响业务运行,极大节约了运行成本。

4 系统特点

(1) 科学化设计运动训练计划,可将其联网存储,便于查阅或传输。教练员能够自定义重要指标,结合程序自动构建的图形进行训练评估。

(2) 对训练有引导式的提醒功能,根据不同阶段、不同需求输出多类型报表,满足教练员多维度需求,实现训练数据“一键式”展示。

(3) 通过多终端(Web端、移动端、Pad端)操作,实现训、科、医、管之间数据共享。此外,提高教练员与运动员的互通性,使其更好地了解运动员的竞技状态,及时调整训练计划。运动员通过端口可实时了解个体训练水平及训练目标、要求等信息,使训练过程更加高效。

(4) 智能化分析。通过强大的数据分析检索工具,采用正则表达式检索、布尔表达式检索、模糊检索等多种检索手段,使教练员“精准式”进入训练仓库,快速检索数据并分析检索结果从而作出决策。

5 小 结

系统从教练员、运动员的视角多向延展,通过运用互联网云计算、大数据技术实现运动队全方位训练计划数据的采集、资源汇聚和智能分析。系统依据不同应用场景下用户操作习惯及角色职能打造出的Web端、移动(手机)端、Pad端等多终端控制台,可对训练数据进行“统一化”管理、“一键式”分析,实现“管、训、控、赛”一体化,使各维度数据形成“生态闭环”,达到“计算驱动、智能训练”的效果,使运动训练过程“全局把控、有据可循”。

本系统已在我国部分水上、重竞技、田径等项目上进行了应用。用户从功能设计、流程梳理、格式规范、数据调取、结果诊断等方面给予系统极高评价,认为其对科学控制运动训练过程具有极高的应用价值。