一种智慧训练综合管理应用系统设计研究

曹达

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510663）

0 引 言

以2020年东京奥运会为例，在跑步、乒乓球等各项赛事上，通过智能感知、视觉识别、物联网、数据库、大数据、边缘计算等科技手段，大大提升了运动员的训练成绩和比赛成绩，为国家队奥运备战科技助力积累了技术与经验，也开启了体育训练智能化发展的快车道。

以NBA 著名球队金州勇士队为例，科尔教练采用信息化手段，记录、统计、分析己方、对方各球员的投篮、跑位等特点，辅助制定进攻、防守策略，极大提高了球队胜率，创造了一个王朝时代。

在绿荫赛场，世界强队德国队就与SAP 公司签署协议，由SAP 公司提供一套基于大数据的足球训练解决方案，在球员的运动鞋、护胫以及训练场的各个角落放置传感器，基于海量数据形成各类数据分析，从而提高训练效果，提升战绩。

因此，利用目前信息技术和科技手段，建设一套针对训练的智慧综合应用管理系统，将为官兵或师生提供有效的支撑。

1 系统的组成

本文设计的智慧训练综合管理应用系统共由7 个分系统组成，包括人员及组织管理、训练计划管理、训练成绩管理、成绩分析及呈现、个人健康数据管理、伤病管理和场馆管理。具体如图1所示。

图1 系统组成图

人员及组织管理包含学员管理、教员管理、组织管理和训练科目管理。个人健康数据管理主要通过智能手环或手表监测个人的健康状态，并从各个不同方面以分析图形式展现。训练成绩管理用于对学员成绩的录入、查询等维护管理功能。成绩分析及呈现包括个人成绩分析和组织成绩的分析，以及可视化呈现。训练计划管理用于计划制定人员对月、周、日训练计划进行制定、修改、发布等功能。伤病管理用于学员伤病记录的新增、修改和删除等维护管理功能。场馆管理用于场馆的新增、修改、删除和预约等维护管理功能。

2 系统的架构

本文设计的智慧训练综合管理应用系统的技术架构主要分为资源层、网络层、服务层和应用层4 层架构，如图2所示。

图2 系统的架构图

资源层主要涉及数据的获取，包括个人身高、体重、心率等个人数据，以及系统采集的训练成绩等数据；网络层主要利用现有的有线网络、无线互联网网络、以及其他无线网络，实现数据的获取以及为系统的运行提供网络支撑；服务层为系统的正常应用提供基础的服务支撑，包括计算存储、时空大数据、分析评估、预警预测、可视化等服务模块；应用层为用户提供应用支撑，应用内容包括系统组成的7 大功能，展示方式包括移动端APP、PC 端浏览器、可视化大屏。

3 各分系统介绍

3.1 人员及组织管理

学员管理功能实现对学员进行增、删、查、改等维护管理；教员管理功能实现对教员进行增、删、查、改等维护管理；组织管理功能实现对学员所属组织进行增、删、查、改等维护管理；训练科目管理用于对训练课目进行维护，用于训练计划的制定。

3.2 训练计划管理

训练计划管理月计划制定时，填写计划名称、开始时间、结束时间等，并设计训练目标、时长项目，可自由制定当前月份的训练目标，用于给周计划的制定提供相关依据；在周训练计划制定时，填写周训练起止时间、参训组织、训练科目、训练内容、训练方法等信息。

周、月训练计划制定后，通过设计审批流对计划进行审批，确认后即可完成计划的生成，并在计划管理主界面可查看新增的计划。

3.3 个人健康数据管理

个人健康数据主要通过人员每天佩戴的智能手环或手表进行监测，监测数据主要包括能量消耗、心率、步数、压力、血氧饱和度、睡眠等。数据通过蓝牙连接手机或局域Wi-Fi上传到系统。个人健康数据和个人信息捆绑，可通过可视化界面以图表形式呈现。

3.4 训练成绩管理

成绩管理可通过人工手动逐一添加，在成绩录入界面，搜索栏选择所属组织、姓名、性别、学年、学期等信息，系统会筛选出相关人员信息，选中人员，即可进行人员成绩的录入。也可以通过人工批量添加，系统可下载成绩记录标准模板，根据模板填入数据后，可将相关数据导入。相关自动训练考核设备可以接入综合管理应用系统，将数据自动导入；成绩导入系统后，系统会根据所输入的测试数据自动计算出相关项目成绩得分。

3.5 成绩分析及呈现

个人成绩分析，系统自动统计分析学员个人成绩数据，选择学员列表中的多名学员，统计分析展现多名学员的对比数据；同时，可根据科目、时间等条件进行数据筛选，快速找到相关学员的成绩等数据。

组织成绩分析，系统自动统计分析选择的组织，选择组织列表中的多个组织，统计分析展现多个组织的对比数据；同时，可根据科目、时间等条件进行数据筛选，快速找到相关组织的成绩等数据。

个人及组织的统计分析数据最终以折线图、柱状图、雷达图等图形化的界面可视化呈现。

3.6 伤病管理

伤病管理提供给学员及教员上报受伤人员、受伤部位、创伤等级、受伤时间等信息，上传的受伤情况会完整保存在系统，并和个人信息关联，在训练计划时会根据伤病情况推送训练建议和康复建议。

作为教员或管理人员可以在系统方便查看人员、组织的伤病情况，持续关注与跟踪康复情况。

3.7 场馆管理

新增场馆可以添加场馆名称、可预约人数等信息，当场馆添加入系统后，即可实现线上场馆预约。场馆预约在日历、时间表格内进行，表格直观显示可预约的场馆和时间，并展示当前场馆已预约人数，填写预约时间和时段即可完成场馆预约。

4 重点模块实现

4.1 人员及组织信息管理

系统通过人工手动或模板批量添加和删除人员基本信息，同时，系统实现添加单个组织、批量导入组织、移动组织、修改或删除，并将人员按照一定的划分规格添加到不同的组织中，方便进行人员的管理。

系统为用户定义角色，为不同角色分配不同权限访问和管理系统，根据用户角色开放系统上的不同操作权限。创建角色后，配置该角色的权限，再进行创建用户，将用户关联角色。

4.2 个人健康数据采集

个人采集设备主要用于实现对体温、睡眠时间、睡眠质量、压力、位置、速度、方向、轨迹、心率、运动模式等个人体征数据进行全方位实时采集，并实现与数据分析管理平台进行实时或离线数据同步。如图3所示。

图3 个人采集示意图

需要采集的数据类型有：

体温：通过温度传感器，感知训练学员的体表温度，并可在屏幕上显示出当前的人体温度，显示范围34.5 ℃～43.5℃，对异常体温进行告警显示；睡眠时间、睡眠质量：根据手表翻转的频率和幅度，判断用户的睡眠质量情况，可根据实际需求设置检测时间，并可通过APP 或数据平台查询相关数据；压力、心率：设备通过压力测试掌握人体的脉搏和血压信息，从而判断检测对象的血压、心率、血氧饱和度等关键指标，判断测试对象的健康程度；位置、速度、方向、轨迹：通过设备配置的定位模块，检测目标的地理位置和具体方位，判断测试对象移动速度和方向，形成运动轨迹信息，并将相关信息实时传送给监控终端或数据采集平台，用以数据收集分析等。数据采集示意图如图4所示。

图4 数据采集示意图

运动模式：采用三轴传感技术，判断测试人员的弹跳次数、弹跳高度等，结合心率、位置变化等变量，判断运动人体运动模式。

根据个人数据的采集要求，可利用具备网络传输能力的运动手环或运动手表来实现目标检测和数据采集的目的。

因此采集设备应具备温度传感模块、压力/心率检测模块、定位采集模块、三轴传感模块以及网络传输模块。

终端采集设备采用蓝牙传输技术，通过手机终端或移动便携终端上传数据信息，完成数据收集工作。

4.3 成绩分析

将单项成绩定义优秀（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 个等级区间，选择不同时间段，系统自动统计部分或所有单项成绩的各等级区间占比；同理，选择等级区间，系统自动统计该等级区间各单项占比。

类似单项成绩，同样设置5 个等级区间，选择不同时间段，系统自动统计综合成绩各等级区间占比；选择不同时间段，系统自动统计综合成绩各等级区间占比；选择等级区间，系统自动统计该等级区间综合成绩占比。

4.4 能力素质评价

能力素质设置速度、上肢力量、下肢力量、耐力、灵敏度、柔韧度等多个维度，每个维度根据对应考核科目成绩加权算出，如：

同理算出上肢力量、下肢力量、耐力、灵敏度、柔韧度得分，可以以雷达图等形式对几个维度进行呈现。

4.5 计划管理

计划分为月训练计划与周训练计划，系统根据训练分析推荐训练计划（训练科目、时长等），指导不同职别权限的管理人员制定及发布训练计划。

月训练计划依据训练大纲，供各下级组织参考并制定周训练计划，主要包括新增、修改、删除、导出、审批、查询等功能。

周训练计划包括新增、修改、删除、导出、审批、查询计划、实训填报等功能。周训练计划内容包括参训对象、训练科目、训练内容、应训人数、训练时间、负责人、训练条件、训练方法、实训人数、实训时长、训练人时等。

4.6 训练建议

根据能力素质得分，制定相应的训练计划。设计模型为：

平台计算出近一个月的各项能力素质得分，选择得分最低三项，并统计各项距离满分的分差占比；平台设置针对训练不同占比能力素质的不同训练科目，如：1 分钟高抬腿对应40%下肢力量、30%速度、30%耐力；平台根据能力素质得分自动推荐每日训练科目与时长（推荐至少2 种方案），时长的确定根据离满分的分差范围确定；根据训练推荐登记实际训练情况，平台根据反馈的训练情况和成绩变化情况统计训练效果。

5 结 论

本文介绍了一种智慧训练综合管理应用系统，通过配备个人体征数据采集设备（手表或手环），采集学员个人体征数据的全方位实时监控，同时，通过成绩管理模块，实现对各个科目成绩的记录、分析、统计，并能进行长期的跟踪与比较；系统建设数据管理分析系统，

提供个性化的学员训练数据报告、训练趋势分析、训练建议，并可向教务系统、科研管理系统等推送学员考核数据，充分挖掘测试考核数据的价值，有效提高训练的针对性和目的性；最后，系统根据个人的健康数据、考试成绩等数据，综合分析个人的伤病情况，及时提前对个人进行预警，避免不科学的运动或训练造成的训练损伤，并通过系统进行持续跟踪，帮助学员恢复。