男子篮球运动员体能测试自动评级系统设计

黄国权

(芜湖职业技术学院 体育教学部，安徽 芜湖 241003 )

篮球运动是一项对抗性较强的竞技运动，对运动员的体能素质有着很高的要求，体能测试形式不断地多样化，男子篮球运动员体能测试结果已经成为评价运动员能力的重要指标[1-2].在信息技术的支持下，设计一种体能测试自动评级系统，能够处理大量的体能数据，提高运动员体能测试评级的效率[3]，为此针对男子篮球运动员，设计一种体能测试自动评级系统.国外有着成熟的篮球培训体系，所以体能测试自动评级系统现已发展成熟，在实际训练测评过程中取得了良好的效果.国内的男子篮球运动员的训练体系存在一定的问题，体能测试评级过程智能化程度较低.综合国内外的研究成果，在设计体能测试自动评级系统结构上，还需不断地研究学习.

1 自动评级系统硬件设计

1.1 设计体能测试硬件结构

男子篮球运动员的体能测试需要多种测试仪器的支持[4]，所以在设计体能测试硬件结构时，以控制器作为核心处理硬件，将核心控制硬件与体能测试设备连接后，形成如图1所示的硬件结构.

图1 设计的体能测试硬件结构

由图1所示的硬件结构可知，控制器为体能测试硬件的核心，采用嵌入式PC作为评级系统控制器，在控制器的外设接口处设定一个PCI插槽，在USB以及通信接口处留有余量，支持核心控制器的功能拓展[5].在测试仪器或是男子运动员身上放置一个传感器，实时传输男子运动员的体能素质数据和专业技能数据.供电电源采用程序控制接口类型、工作温度在-15～45 ℃的供电电源，控制电源电压的稳定输出时间在10 h，设定输出电压的调整率在10.4%左右，在供电电源外部串联一个电容，在供电电源与核心控制器间构建一个输出输入保护.调整供电电源的负载调整率在5.4%左右，平衡供电电源在核心控制器与测试仪器间的供电平衡[6].信道开关选用断点板和继电器，采用断点板上两侧金属针连接测试仪器以及供电电源.采用U型插头连接继电器后，与DUT通信信道串联.将显示设备与供电电源、测试仪器并联，实现测试数据的同步显示.体能测试硬件结构设计完毕后，设定硬件连接电路结构.

1.2 设计体能数据采集电路结构

在上述体能测试硬件结构下，体能数据采集电路以单片机作为核心，辅以一些外围功能电路[7].将控制器的X1引脚与X2引脚与单片机的引脚4和引脚5连接，并在单片机外部设置两个电容器，通过单片机与控制器产生时钟信号，保持硬件电路的稳定，形成的晶振稳定电路如图2所示.

图2 设定的晶振稳定电路结构

在图2所示的晶振稳定电路结构下，将采集电路放置在单片机与计算机之间[8]，控制计算机串口电平数值在-15～+15 V之间，并设置其逻辑电压的数值范围在+3～+15 V之间.采用电平转换的方式连接计算机串口与计算机，ADC输出采用并行接口的方式，之间将输出连接至控制器的FPGA，不断缓存采集电路的转换结果.

使用3根线连接单片机的引脚1.0～3.0后，将连接引脚1.0的连接线作为发送线，将引脚2.0的连接线作为接收线，剩余的连接线接地[9].拓展核心控制器的RS232接口后，在接口外部并联3个电容，最终形成的采集电路结构如图3所示.

图3 形成的采集电路结构

在如图3所示的采集电路结构下，调整串行接口与接口RS422连接后，形成一个隔离线路[10].综合上述处理，完成评级系统硬件设计.

2 自动评级系统软件设计

2.1 构建体能测试评级算法

将上述硬件采集得到的男子篮球运动员体能测试数据划定为正类，以正类数据的平均数值作为体能合格标准，平均正类的计算公式就可表示为：

(1)

其中，TP表示男子篮球的助跑摸高成绩；TN表示一分钟投篮的成绩；FP表示篮球运动员的综合技术；FN表示运动员的实战能力.以上述计算得到的数值作为及格数值后，由于不同篮球运动员表现出的突出点不同[11]，所以将大于A数值以及小于A数值的等级进行细化处理，将大于A数值定义为一个假正类，构建一个专项评级标准，计算公式就可表示为：

(2)

其中，Fi表示定义得到的假正类；n表示数值数量.根据计算得到的数值可知，假正类的数值分布为一个近似正态分布，计算上述数值的标准差后，设定一个指向参数D，构建一个评分过程，可表示为：

(3)

2.2 软件功能实现

在上述构建得到的评级算法下，以算法构建得到的相关性关系作为编码对象，相关性关系就可计算为：

(4)

(5)

其中，Ck表示相关性小的数据集；其余参数含义不变.划分上述计算得到的顺序数值为不同的测试属性，以数据集合的基尼指数作为划分依据，指数计算公式就可表示为：

(6)

其中，C1表示第一编码程序的数据集；其余参数含义不变.根据上述处理过程，以最小基尼指数对应的属性作为编程的根节点，以该根阶段作为编程起点，最终形成如下图所示的评级过程：

图4 评级功能实现过程

在上图所示的评级过程下，不断重复男子篮球运动员体能数据的实时上传后，得到不同篮球运动员个体的评级结果[14-15].综合上述软硬件的设计，最终完成对男子篮球运动员体能测试自动评级系统的设计.

3 系统测试

3.1 测试准备

根据篮球运动员测试系统的总体需求，使用内置Linux操作系统的应用服务器以及ETL服务器，控制应用服务器使用Weblogic作为应用中间件，在集群方式的控制下，搭建一个测试环境，实现评级系统的自动部署.使用F5控制应用服务器之间的负载均衡，在ETL服务器内部署Pentaho作为ETL的工具，最终部署得到的系统测试环境如图5所示.

图5 部署的系统测试环境

在图5部署的系统测试环境下，在数据库服务器中设定男子篮球运动员的标准体能数据，用户以及计算机负责采集男子篮球运动员的体能实时数据，应用服务器负责运行自动评级程序.系统测试环境部署完毕后，设定用户计算机发送体能数据的大小以及指令周期，如表1所示.

表1 设定的体能数据大小及指令周期

在表1设定的体能数据和指令周期控制下，分别使用传统评级系统、文献[4]中的评级系统以及文中设计的评级系统进行测试，对比3种评级系统的性能.

3.2 测试结果及分析

控制3种评级系统处理表1中设定的体能数据，在实际运行体能数据时，调用承载评级系统计算机的任务管理器，控制3种计算机网速相等，3种评级系统的数据速率结果如表2所示.

表2 3种评级系统的数据速率结果

由表2所示的数据速率结果可知，控制3种评级系统处理相同大小的体能数据时，传统评级系统的数据速率数值在2.45 MB/s左右，实际处理体能数据的速率最小;文献[4]中的评级系统产生的数据速率在5.89 MB/s左右，实际处理体能数据时的速率数值较大;而文中设计的自动评级系统产生的数据速率在10.91 MB/s左右，与两种现有的评级系统相比，文中设计的评级系统的数据速率数值最大.

保持上述实验环境不变，调用3种评级系统的写页函数，将表1中的数据写入FLASH页中后，以3种系统内写页函数读取体能数据所需的时间作为评级系统的响应时间，3种评级系统最终产生的响应时间结果如表3所示.由表3所示的响应时间结果可知，在3种评级系统的控制下，传统评级系统的响应时间在7～9 s之间，产生的响应时间最长；文献[4]中的评级系统的响应时间在4～5 s之间，产生的响应时间较短；而文中设计的评级系统的响应时间在2～3 s之间，与两种现有的评级系统相比，该种评级系统产生的响应时间最短.

表3 3种评级系统的响应时间

在上述实验环境下，以体能数据中的评级指标作为处理对象，以评级指标的权重系数作为标准的评级参数，定义偏移该评级系统数值的即为评级误差，标准评级参数就可计算为：

(7)

其中，T表示评级因子;ai表示体能数据集;n表示体能数据集数量.以上述计算得到的数值作为标准评级数值，最终3种自动评级系统产生的评级误差结果如表4所示.

表4 3种评级系统产生的等级误差

由表4所示的等级误差结果可知，3种评级系统表现出不同程度的等级误差，根据表中数值，传统评级系统产生的等级误差数值在0.6～0.8之间，误差数值最大;文献[4]中的评级系统产生的等级误差数值在0.4～0.5之间，误差数值较大;而文中设计的评级系统产生的等级误差在0.2～0.3之间，与两种现有的评级系统相比，该种评级系统产生的等级误差结果最小.综合上述实验结果可知，文中设计的评级系统具有良好的性能，适合在运动员体能测试自动评级中使用.

4 结 论

针对男子篮球运动员体能测试数据，设计一种自动评级系统，能够改善现有评级系统存在的不足，为今后研究评级系统提供一定的研究方向.但文中设计得到的评级系统并未细化实际的体测项目，仍需不断地研究改进.