基于互联网+径跑达标自主测试智能管理系统研究

张万民

(青岛滨海学院，山东 青岛　266555)



基于互联网+径跑达标自主测试智能管理系统研究

张万民

(青岛滨海学院，山东 青岛266555)

实现体育达标径跑项目智能化管理，在无人值守的情况下测试者自主完成报名、测试、成绩登录查询一直是体育工作者追求的目标。基于互联网+径跑达标自主测试智能管理系统，充分利用新一代移动互联网系列技术有效解决径跑测试者的身份识别、计时、犯规识别等问题，把老师从径跑测试繁琐的劳动中彻底解放出来，具有较好的经济和社会效益。

径跑自主测试;达标智能管理;互联网

一个国家、一个民族体质的强弱是关系到这个国家能否屹立于世界民族之林的根本性问题。青少年，特别是学生承担着国家的未来和希望，其身体健康水平关系着国家的强弱、民族的兴衰、家庭的幸福和个人的前途。研究表明青少年乃至广大国民，虽然身高、体重有所增加，但身体素质呈下降趋势，尤其是速度、耐力素质。究其缘由主要是缺乏锻炼所致。为此国家出台了《关于进一步加强学校体育工作的若干意见》[1]，指出“加强学校体育，增强学生体质，对于提高学生综合素质，实现教育现代化，建设人力资源强国，培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人，具有重要战略意义”。

2014年7月18日，教育部印发了《国家学生体质健康标准(2014年修订)》[2]，要求各学校每学年开展覆盖本校各年级学生的《标准》测试工作，并根据学生学年总分评定等级。只有达到良好及以上的学生，方可参加评优与评奖。《标准》中7项测试项目中，除体重指数、肺活量两项身体素质指标外，涉及的运动项目为：50米跑、坐位体前屈、立定跳远、1分钟引体向上(男)/仰卧起坐(女)、1 000米跑(男)/800米跑(女)。本文所指径跑项目就是指50米、800米、1 000米等围绕固定跑步轨迹竞技跑步项目的总称。

据教育部网站公布的2014年统计数据显示[3]：全国有普通高等学校2 529所、普通高中1.33万所、中职1.19万所、初中5.26万所、小学20.14万所。在校生人数普通本专科约2 547.70万人、高中生2 400.47万人，中职生1 755.28万人、初中生4 384.63万人、小学9 451.07万人。特别是普通高校在校生上万人的学校不在少数。面对如此庞大的达标测试群体，在完成正常体育课程教学任务的同时，还要利用传统的人工测试方式和手段进行体育达标测试，对测试环境的压力非常大、体育教师的工作量也很大，导致某些学校体育达标测试难以真正落实。

那么有无有效方法或手段，既大幅提高测试的效率，又能保证测试公平公正，甚至是在无人值守的情况下，由测试者自主完成测试，实现测试报名、现场测试、成绩记录和查询的全流程智能化管理，克服传统人工测试手段效率低、人为干扰因素多的弊端。很多同行在达标项目测试方面进行积极探索，力求从不同侧面、用不同技术来提高测试的效率、改革测试方法，部分或全面的解决这些问题。

钟华在“如何将智能化产品更好地运用到体育中考中”[4]一文中介绍了初中毕业升学体育考试使用的“恒康佳业”的系列产品应用情况，除立定跳远、跑步、跳绳、仰卧起坐、引体向上等项目进行正常测试外，还具有防作弊犯规的功能，比如，立定跳远有判定踩线的功能；跑步具备抢跑犯规提示的功能；跳绳人为自转会自动减少次数；仰卧起坐、引体向上动作不规范就不计数；人工判定存在视线盲点，也就不会绝对公平，因此尽可能的少让教师裁决。从上述描述可见，达标测试实现了自动化测试，杜绝了一些作弊现象的发生，但仍需要老师在场，没有实现无人值守、无人监考的智能化全流程自主测试。

青岛滨海学院在单项(如短跑)体育达标测试中进行了无人值守、自主化测试的尝试。从2010年开始针对短跑测试项目，利用物联网技术研发成功了“短跑智能测试系统”[5]，该系统利用起点和终点放置的跑道箱，在起点指纹识别学生身份、用红外线开始计时，跑到终点再次通过指纹确认学生身份，通过红外线记录撞线时刻，从而计算出学生的短跑成绩。通过现场设备和校园网连接，实现报名、现场测试、成绩查询的全流程智能化管理。何时测试、如何测试完全交给学生自主完成，无需教师参与，最大程度地避免了作弊现象的发生，真正实现无人值守下的智能化管理。系统投用近5年时间，完成短跑测试达10万人次，获得了较好的社会效益。

概括起来该系统解决的关键问题有两项：1)身份识别，通过起点和终点的指纹确认确保了测试者的身份的真实性；2)计时准确，通过起点和终点的红外线确保了跑步计时的准确性。

尽管如此，从实用角度考虑该系统还存在以下问题：1)跑道箱占用标准跑道。“短跑智能测试系统”在起点和终点都固定安装了一组带指纹仪、红外线的跑道箱，跑道箱长期占据跑道，影响了体育场标准400米跑道的正常使用，所以不利于推广应用；2)终点急停采集指纹不科学。现行系统需要学生在起点进行指纹识别，跑到终点还需要进一步用指纹进行身份识别。由此可见学生跑到终点进行冲刺时需要急停后再按指纹确认身份，这种急停方式对学生的身体健康不利；3)长距离弯道跑的作弊问题没有解决。直线跑问题解决了，但较长距离的弯道径跑，仍然无法解决“抄近路”的作弊问题。如何解决直线跑项目的上述问题，以及实现较长距离弯道跑无人值守智能化测试是摆在我们面前需要克服的难题。

2015年3月5日，在十二届全国人大三次会议上，李克强总理在政府工作报告中首次提出“互联网+”行动计划，引起各界强烈反响。专家指出“互联网+”行动计划将重点促进以云计算、物联网、大数据为代表的新一代信息技术与现代制造业、服务业等的融合创新，发展壮大新兴业态，打造新的产业增长点，为大众创业、万众创新提供环境，为产业智能化提供支撑，增强新的经济发展动力，促进国民经济提质增效升级。“互联网+”计划在各行各业的良好实践，出现了许多新的业态，展现出蒸蒸日上的勃勃生机。

基于物联网、可穿戴应用、移动互联网等新一代信息技术不断成熟，以及对“互联网+体育”的深度思考，为我们实现无人值守情况下径跑达标项目自主测试，打开了一扇通往终极目标的窗口，找到了解决问题的可行途径。

1　系统实现的目标

从径跑达标测试项目智能化管理入手，充分调研、借鉴前人的工作经验，针对径跑项目的特点，采取切实可行的科学技术手段，借助互联网技术实现在教师无人值守的情况下，实现学生自主报名、测试、成绩自动记录和查询的全流程智能化管理。综合应用到的技术主要有指纹识别、GPS(全球定位系统)、RFID(无线射频识别)、WIFI(无线局域网)、重力感应等技术。有效解决学生识别、计时、成绩上传和查询，基本解决跑步过程中替考、抄近路、乘车辆工具跑的常规作弊问题。建立“基于互联网+径跑达标自主测试智能管理系统”。

基于互联网+径跑达标自主测试智能管理系统分为两部分：1)现场径跑智能测试系统，即能测试径跑成绩，又有效避免作弊，实现无人职守，自主测试，测试成绩上传至校园网上的“径跑学生成绩管理信息系统”，这是本课题的研究重点；2)“径跑学生成绩管理信息系统(简称径跑系统或RMIS)”，实现参试学生信息、指纹信息、径跑测试成绩信息、跑道轨迹信息等的集中管理，该系统建在校园网上，方便教师和学生随时上网查看。

2　系统达到的功能指标

要实现无人值守径跑达标自主测试的智能化管理，必须要实现的功能指标：1)学生为主体的测试者测试过程中的身份识别问题，确保测试者就是本人，保证测试者的真实性；2)保证测试者在无人值守的情况下，按照跑道的正常轨迹和路线跑动，不能抄近路，既是出现抄近路的情况，测试设备也能检测到，及时提醒测试者的违规行为，并做出处理；3)有效避免借助交通工具(如独轮车、电动车、汽车等)径跑，识别出违规现象给予警告，直至纪律处理；4)计时准确，达到径跑达标测试的计时精度要求0.1秒；5)实现测试全流程管理的智能化，最大限度地实现测试者的自主测试和自主管理；6)实现与校园网的有效连接。借助于校园网，实现对测试学生信息、指纹信息、径跑测试成绩信息、跑道轨迹信息、学生成绩新的分析查询等的集中管理，方便师生对体育达标的有效管理。

3　系统组成

要实现上述功能，建立基于互联网+径跑达标自主测试智能管理系统，从系统层面分为两部分：1)现场径跑智能测试系统，即能测试径跑成绩，又有效避免作弊，实现无人职守，自主测试，测试成绩上传至校园网上的“径跑学生成绩管理信息系统”，这是系统实现的重点；2)“径跑学生成绩管理信息系统(简称径跑系统或RMIS)”，实现参试学生信息、指纹信息、径跑测试成绩信息、跑道轨迹信息等的集中管理，该系统建在校园网上，方便教师和学生随时上网查看。与参考文献[5]所述的管理过程类似。

4　现场径跑智能测试系统

现场径跑智能测试系统，由硬件和软件组成，功能上即能测试径跑成绩，又有效避免作弊，实现无人职守，自主测试，测试成绩上传至校园网上的“径跑学生成绩管理信息系统”，这是本研究的研究重点。现场测试示意图见图1。

图1　学生现场持跑步棒径跑示意图

必须从硬件和软件两方面配合才能解决，缺一不可。需要的硬件和网络环境：

4.1硬件支持：手持智能化跑步测试棒

设计一款“手持智能化跑步测试棒”(简称跑步棒)如图2所示。

图2　手持径跑智能测试棒外观效果图

跑步棒形似接力棒，直径与接力棒相当，约3.5厘米，长度约为接力棒的一半，约13厘米长。中间集成了GPS(全球定位系统)、重力感应器、RFID、指纹仪、WiFi(无线局域网)、扬声器、CPU主板、电池等器件。重量与智能手机相当，基本不影响径跑的成绩。

跑步棒实现的功能是测试者持棒跑完测试全程，由跑步棒识别测试者，判断违规行为，记录测试成绩于其中。跑步棒内部结构原理图如图3所示。各部件的作用分别是：

图3　手持径跑智能测试棒内部结构原理图

1)指纹仪：识别径跑测试者的身份，杜绝替考现象发生；

2)重力感应器：用于判断是否在跑步，而不是乘交通工具；

3)GPS：用于判断测试者是否按指定的跑道轨迹跑，杜绝“抄近路”现象的发生；

4)WiFi：下载保存学生基本信息和指纹信息于跑步棒中，上传测试者测试成绩信息。

5)RFID：用于起点和终点计时，给出测试成绩；

6)扬声器：与测试者交流的通道，如发出起跑指令、报告测试成绩、报告违规行为等。

7)CPU主板：总控中心，协调各部件有序运行，是智能化的具体体现。

4.2跑步棒中的应用软件

基于安卓系统，具有GPS、重力感应器、RFID、指纹仪、WiFi检测和服务功能的应用软件。具体实现的功能参见图4径跑智能测试流程。

图4　径跑智能测试流程

径跑学生成绩管理信息系统(简称径跑系统或RMIS)，实现测试学生信息、指纹信息、径跑测试成绩信息、跑道轨迹信息等的集中管理，该系统建在校园网上，方便教师和学生随时上网查看。

径跑学生成绩管理信息系统硬件方面需要服务器及校园网的支撑，为RMIS系统运行提供存储空间和网络环境。软件方面借助微软NET系列技术实现对全校学生基本信息、指纹信息、径跑测试成绩信息，以及跑道轨迹信息的综合管理。该系统具有存储学生基本信息(学号、姓名、性别、年级、专业等)，学生指纹信息(指纹采集数据)，各径跑测试项目长度(如50米、800米、1 000米等)的跑道GPS轨迹信息，以及学生每次径跑测试的成绩信息(项目名称、日期、成绩)等内容。通过对以上信息的有效管理，实现与“跑步棒”之间的数据上传和下载、学生成绩查询、教师查询和管理等功能。

径跑达标测试的基本流程如图4所示。

5　结束语

利用物联网、移动互联网等新一代信息技术解决以学生为主体的达标测试问题，最终实现体育达标测试的智能化、无人值守的管理目标，建立基于互联网+径跑达标自主测试智能管理系统是一次有意的尝试。其它达标测试项目，如坐位体前屈、立定跳远、1分钟引体向上(男)/仰卧起坐(女)等测试项目，还有待我们继续努力，充分利用“互联网+”的思想，深入研究，解决体育达标测试全部项目的智能化、无人化管理问题指日可待。

[1]国务院办公厅转发教育部等部门关于进一步加强学校体育工作若干意见的通知[EB/OL].http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_1778/201210/143745.html,2012-10-22.

[2]教育部关于印发《国家学生体质健康标准(2014年修订)》的通知[EB/OL]. http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/s3273/201407/171692.html, 2014-7-7.

[3]中华人民共和国教育部. 2014年全国教育事业发展统计公报[EB/OL]. http://www.moe.gov.cn/srcsite/A03/s180/moe_633/201508/t20150811_199589.html, 2015-7-30.

[4]钟华.如何将智能化产品更好地运用到体育中考中[J].中国学校体育，2014(06):51.

[5]张万民,等.基于物联网的短跑智能测试系统研发[J].山东体育学院学报，2014(30):116-118.

Research on "intelligent management system of race run standard-reaching self-testing" based on internet plus

ZHANG Wan-min

(QindaoBinhaiUniversity,Qingdao266555,Shandong,China)

The realization of intelligent management of sport standard-reaching project race run, which means the testees would complete all by themselves the registration, testing and checking test results without the supervision of testers, has long been the wish of sports workers. The internet plus based intelligent standard-reaching self-testing management system, which makes full use of the new generation mobile internet technology, effectively solves the problems of identifying testees, timing and recognizing fouling, liberating teachers from the tedious hard work of race run testing and having good economic and social benefits.

race run self-testing; intelligent standard-reaching management; internet plus

2016-06-07

张万民(1959-)，男，高级工程师、副教授，主要研究方向计算机应用技术、物联网应用技术。

TP393.0

A

1009-9840(2016)04-0041-04