国家乒乓球队训练比赛知识交互平台的构建与应用

徐 赟，张 辉

随着信息技术的迅速发展、广泛渗透，国家体育总局对国家队管理信息化问题越来越重视，早在2006年就已在17支国家队建立了科学化训练信息平台，主要运用数据库、网络通信、图像处理等信息技术，对国家队运动员的基本信息、比赛信息、技战术分析、身体机能检测、营养恢复信息、损伤康复信息、心理监测信息、训练计划 和 队 务 信 息 等 进 行 管 理［4，6，7］。 本 文 以 国 家 乒 乓 球 队2005－2012两个奥运周期科研攻关与科技服务中所得到的大量数据为基础，结合国家乒乓球队科学化训练的特点与备战世界大赛的需要，构建了国家乒乓球队训练比赛知识交互平台，同时在国家乒乓球队备战2012年德国世界锦标赛和2012年伦敦奥运会中进行了应用，并取得了良好的效果。

1 平台的设计原则与结构

1.1 设计原则与思路

国家乒乓球队训练比赛知识交互平台的构建理念主要是知识的积累与共享、内容的充实与创新、平台的交互性和运行的高效率。知识交互平台首先是一个信息管理系统，即对国家队训练、比赛、文献资料、队务管理等数据、信息和知识进行管理，为教练员、运动员和科研人员提供科学化训练服务。其次，平台数据来源广泛，除了训练计划、技术训练监控、比赛技战术分析、比赛视频、体能训练与身体机能测试等，还包括许多来自网络的信息，如国际乒乓球联合会网站、中国乒乓球协会、相关乒乓球赛事网站等。再次，平台数据管理通过后台数据采集系统，将经过筛选的数据录入并保存到后台数据库中，而前台综合分析系统不仅可以对各种训练与比赛信息进行查询与专业化分析，还提供视频、图片、文档等多种格式信息的浏览和下载操作。

1.2 平台组成及架构

本平台分为综合分析和数据采集两个系统，综合分析（前台）系统以网站形式呈现给教练员、运动员和科研人员，提供各种数据的查询、专业分析、下载和管理等功能；数据采集（后台）系统即数据录入，提供各种数据的录入、删除和管理等功能。综合分析系统和数据采集系统分别采用B／S模式和C／S模式架构，其中，前台采用B／S模式，以浏览器方式进行浏览、查询与分析；后台采用C／S模式，面向内部管理人员及数据更新人员。鉴于浏览器／服务器（B／S）模式和客户端／服务器（C／S）模式的特性［8］，这样的架构是充分利用两种体系结构的优势，既能为教练员、运动员和科研人员提供简洁友好的操作界面，又能保证后台数据录入系统的安全性（图1）。

2 平台的功能模块

根据国家乒乓球队训练、比赛和队务管理的实际情况，将平台分为运动员资料库、赛事库、监控库、业务学习库、队务库、用户管理6个子模块（图2）。

图1 国家乒乓球队训练比赛知识交互平台结构示意图Figure 1. The Structure of Knowledge Interaction Platform of Chinese Table Tennis Team’s Training and Competition

图2 国家乒乓球队训练比赛知识交互平台功能示意图Figure 2. The Function of Knowledge Interaction Platform of Chinese Table Tennis Team’s Training and Competition

2.1 运动员资料库

运动员资料库是整个平台的基础，实现国内、外乒乓球运动员的个人信息、积分与排名的管理。积分与排名来自国际乒乓球联合会每月公布的最新数据，由于该积分、排名是根据运动员所参加的由国际乒乓球联合会组织的各种赛事的比赛成绩计算而成的，因此，运动员世界排名和积分的变化可在一定程度上反映各国乒乓球运动发展的变化，也能够引起教练员和运动员的重视。

平台采用数据列表与曲线图相结合、个人查询与多人对比相结合的方式，提供按多个时间段（本月、3个月、6个月、年度）查询与分析功能。教练员、运动员等可通过该模块更准确地了解运动员目前的实战水平、近期竞技状态以及对今后的发展趋势进行评估。此外，还可通过多人之间不同时间段的积分与排名比较，发现运动员之间竞技状态发展与变化的细微差异。

2.2 赛事库

赛事库分为国际赛事库和乒超联赛库，国际赛事库包括奥运会、世界锦标赛、世界杯、巡回赛、亚运会、亚洲锦标赛、亚洲杯等赛事中的比赛数据，乒超联赛事库包括运动员比赛胜负场数以及赛季权衡相对积分值等数据。此模块的数据除了对国际乒乓球联合会、亚洲乒乓球联合会和中国乒乓球超级联赛3个官方网站公布的比赛成绩进行统计外，还可以对其进行统计分析，并提供了比赛分析图表。

2.3 训练与比赛监控库

监控库是整个平台的核心部分，分为训练、体能、形态机能、教学比赛与实战比赛监控5个子模块。

训练监控是指在教练员指导下，对运动员在平时训练或大赛集训时的技战术训练水平进行的监控，平台选取平均板数、得分率、训练密度作为监控指标，提供单次训练课监控和阶段训练监控两种查询方式，结果以表格和直方图、曲线图进行显示，便于了解运动员的训练水平的变化趋势。

生理生化监控分为形态机能监控和体能监控两部分。形态机能监控提供包括基本类、血常规、血清生化与内分泌检测3个部分指标数据的管理与分析，平台通过不同指标对训练负荷强度、量度及机能恢复等进行生理生化评价，便于全面、及时地掌握国家队每名运动员生理机能和身体形态状况变化情况。体能监控提供体能测试数据的录入管理，可按项目、次数、阶段进行查询对比，以表格和直方图进行更直观的显示。

比赛监控是指对运动员在平时训练、大赛集训或参加正式比赛时技术和战术的发挥状况进行的监控，它包括实战单打、双打监控和教学比赛单打、双打监控4个部分。针对国家乒乓球队比赛监控指标体系的不断发展变化，为了尽量满足国家乒乓球队大赛集训时所采集的技战术分析数据的多样性，平台在数据输入时设计建立了3种不同的模式，即粗略化、中细化、细化录入模式，以及每局让分、隔局让分等特殊录入要求选择。针对本模块中的大量比赛数据，平台不仅提供每场比赛的比分统计表，而且还增加了比赛走势图的输出，进行比赛势态发展过程的动态描述。另外，在传统的乒乓球比赛分析方法的基础上引入了贡献率［段得分／（全场比赛总得分＋总失分）×100%］和技战术快速诊断公式［（甲发抢段的贡献率－乙接抢段的贡献率）＋（甲接抢段的贡献率－乙发抢段的贡献率）＋（甲相持段的贡献率－乙相持段的贡献率）］，用以分析决定双方比赛胜负的技战术原因及评估运动员技战术发挥对于比赛胜负的影响，并且可根据计算结果自动给出每场比赛的双方实力差距评估、影响胜负的技战术原因等技战术诊断小结［3］。此外，本团队研究人员根据得分率和使用率之间的关系构建了技术效能公式，并制定了技术效能评估标准，利用平台提供的技术效能评估值和比赛水平值可更方便地对运动员的比赛竞技能力进行评估［10］。教练员可通过该模块的内容全面的分析运动员，为下一步的训练比赛起到更客观的辅助作用。

2.4 业务学习库

业务学习库中提供对文献、视频及技战术分析PPT资料的管理，将乒乓球相关的文献按不同类别、主题、格式进行了标识，并综合了国际乒乓球联合会、中国网络电视台、博乒网等众多国内外大型视频网站的比赛视频，以及国家乒乓球队大赛时所做的国内、外运动员的技战术分析PPT资料，首次形成了一个基于乒乓球的知识搜索引擎及视频搜索库。此模块中的科研信息对于提高教练员的知识文化、指导能力以及运动员的训练能力与比赛成绩都有着很重要的意义。

2.5 队务库

队务库中将教练员的训练计划、专项诊断、比赛总结及队内的相关文件以文档的形式进行汇总整理，提供用户上传、查询、预览、下载功能。该模块为国家乒乓球队提供了简洁高效的管理方式，摒弃了传统的“纸张管理”方式，为国家乒乓球队提高管理效益提供了重要保障。

2.6 管理库

管理库主要是保证整个平台的数据安全，对平台的使用者的权限、角色等信息进行管理，且后台提供使用者数据录入的信息查询功能。

3 关键技术

3.1 平台中数据对比图表的实现

平台中技战术数据较多，为充分体现数据之间的关联性，采用了Highcharts技术实现图表形式的直观显示。Highcharts是一个用纯JavaScript编写的图表库，具有较强的兼容性，能够简单便捷的在web网站或是web应用程序中添加有交互性的图表，并且免费提供给个人学习、个人网站和非商业用途使用。目前，Highcharts支持的图表类型有曲线图、区域图、柱状图、饼状图、散状点图和综合图表，并且具有提示、放大等人性化功能［9］。该项技术在运动员资料库的积分、排名对比，监控库中走势图、技术效能评估等处进行了使用。

3.2 比赛技战术诊断报告的自动生成

在乒乓球比赛中，根据一场比赛的技战术数据进行分析往往是依靠教练员的专业知识与经验，并未形成知识进行有效的积累。为此，平台通过专家系统的解释理论提出了一个基于专家系统解释机制的报告生成方法，即根据现有的比赛数据（比赛双方获胜局数、总得失分数、发抢段得失分、接抢段得失分、相持段得失分及各段贡献率之差等），运用基于规则的专家系统，深层次分析比赛情况、双方实力差距评估等比赛技战术信息；再利用跟踪解释法对分析的技战术结论进行解释，最后把解释的内容进行排版整理并作为最终的分析报告提供给用户［5］。

3.3 平台中检索系统的构建

平台将以训练、比赛和学习3个基本点实现视频、图片、文档等多种形式的数据整合，针对数量庞大的、结构复杂的数据源，利用具有扩展能力强、读写性能高的非关系型数据库作为文档数据的存储解决方案。另鉴于Lucene全文检索框架的小巧精悍、功能强大、便于二次开发及面向对象等优点，结合Lucene全文检索工具包，建立了乒乓球专业的搜索引擎，以满足用户快速、准确地锁定自己所需要的检索信息的要求［1］。

3.4 平台数据的安全性保障

平台数据录入、存储以及传输等方面的安全问题是整个平台安全的核心。本平台的安全框架通过注册机制来保护数据源的合法性，通过访问控制来实现不同用户对不同操作对象的权限控制，通过搭建VPN通道保证数据在公共网络上的传输安全（图3）。

图3 国家乒乓球队训练比赛知识交互平台安全框架示意图Figure 3. The Safeframe of Knowledge Interaction Platform of Chinese Table Tennis Team’s Training and Competition

信息采集系统中加入了注册验证模块，其中采用注册表方法、客户端时间对比法和基于用户硬件信息的识别码方法相结合的软加密方案，即选用硬盘首簇号、CPU序列号和网卡MAC地址这3个机器指纹生成机器特征码，然后用机器特征码与授权给用户的使用期限共同生成序列号，注册时将序列号等相关信息保存到注册表，软件每次启动时先读取注册表中的信息进行验证，如果序列号有效且在授权的使用期限内，软件继续运行，否则立刻中止运行。因此，可有效防止软件的非法使用以及扩散，极大地提高了访问控制的安全性。

在后台信息采集管理系统和前台综合分析系统中都加入了访问控制，来实现不同用户对不同操作对象的权限控制。基于角色的访问控制技术（Role－Based Access Control），其基本思想是将对客体的访问权限赋给角色，再将角色赋给用户，通过角色用户才能获得对应的访问权限。平台使用者包括国家乒乓球队运动员、教练员、医务人员、科研人员、管理人员等，根据平台的结构，系统在划分出不同权限后为各个角色分配不同的权限，然后为不同用户分配不同角色［2］（图4）。

图4 国家乒乓球队训练比赛知识交互平台角色权限分配示意图Figure 4. The Role Powers Assignment of Knowledge Interaction Platform of Chinese Table Tennis Team’s Training and Competition

4 平台的实际应用情况

对于大量的技战术分析数据，平台中提供了自动转化为图表等形式的功能，让教练员观察更全面、直观；对于运动员在训练中采集到的大量数据实现了数据的挖掘再利用，节省了不少人力；此外，该平台将运动员的比赛成绩、训练计划、生理生化指标、体能监测数据进行集中管理，为教练员在做分析时提供更全面、具体、可靠的信息，使得诊断更科学高效。

平台初步完成之后，在上海体育学院局域网内进行试运行，并在国家乒乓球队备战2012年世界乒乓球锦标赛和伦敦奥运会中进行了试运行，取得了良好的效果。

5 结束语

国家乒乓球队训练比赛知识交互平台实现了比赛视频、比赛技、战术分析、训练监控、文献资料等多种异构数据源的融合，首次构建了基于乒乓球的知识搜索引擎及视频搜索库，为教练员、运动员、科研人员、医务人员和管理人员提供了新颖的知识获取渠道和个性化的交流沟通环境。在知识平台的基础上进行决策支持系统和专家系统研究将是今后研究的方向。

［1］毕洪宇.基于NoSQL构建高性能全文检索系统［J］.计算机与现代化，2012，（3）：122－127.

［2］常彦德.基于角色的访问控制技术研究进展［J］.计算机与现代化，2011，（12）：5－8.

［3］李强.对乒乓球技战术分析统计方法的新探讨——贡献率统计法［D］.上海体育学院硕士学位论文，2011：11－13.

［4］石清，郑伟涛，何海峰.帆船帆板国家队信息平台研究［J］.湖北体育科技，2007，26（3）：288－290.

［5］王伟嘉，汪海航.基于专家系统解释机制的报告生成方法［J］.计算机应用，2012，32（S1）：151－153.

［6］谢琳.安全WEB服务在国家击剑队信息化平台中的应用［D］.中国海洋大学硕士学位论文，2007：34－37.

［7］伊超.体育系统工程理论与方法研究及国家皮划艇队训练信息管理平台（CCIMP）研发［D］.曲阜师范大学硕士学位论文，2007：111－114.

［8］周长城.国家帆船帆板队信息平台的构建及应用［D］.武汉体育学院硕士学位论文，2007：13－14.

［9］张建军，刘虎，倪芳英.基于SSH与Highcharts整合架构的Web应用研究［J］.计算机技术与发展，2013，23（9）：245－247.

［10］ZHANG H，LIU W，HU J，et al.Evaluation of elite table tennis players’technique effectiveness［J］.J Sports Sci，2013，31（14）：1526－1534.