高校体育器材共享管理系统的设计与实现

杨 兵

（渤海大学 体育学院，辽宁 锦州121013）

0 引言

体育器材是竞技体育和健身锻炼所使用的各种器械、装备和用品的总称，质量优良的体育器材为提高体育运动水平创造了必要的物质条件.体育器材是学校开展体育教育的基础载体和主要教具［1］，体育器材管理是学校体育工作的重要组成部分，目前高校专门配置体育器材仓库，由专门人员负责管理，购入器材及时登记入库，教师上课使用体育器材需要提前预约，用后及时归还入库.高校体育器材主要服务于教学需要，原则上不对教师或学生个人出借，特殊情况必须经过管理部门审批，并且严格执行借用手续和赔偿制度.高校体育器材种类繁多、规格各异［2］，但总体数量不足，管理上存在很多弊端，又受到器材仓库偏远或借还审批手续繁琐等因素制约，很多体育器材大部分时间闲置在体育器材仓库，并没有产生经济效益和社会效益，没有为广大师生体育锻炼服务，实质上是资源的巨大浪费.这些体育器材需要保养、维修和更新，仅仅依靠学校拨款经费难以为继，亟待新的管理模式破解这一难题.

随着互联网技术的快速发展和广泛应用，共享经济改变着人们的生产和生活方式，从共享产品到共享服务再到共享技能，众多共享模式产品如雨后春笋般破土而出，为高校体育器材管理提供了全新的思路.通过体育器材共享，最大限度地发挥体育器材的作用，为广大师生创设更多参与体育运动的机会，丰富课外活动，培养运动兴趣，掌握运动技能，促进终身体育运动意识形成［3］.开发体育器材共享管理系统，建设体育器材共享业务网点，用户通过手机App线上操作，想要锻炼的师生能够轻易地获取体育器材，让运动变得方便快捷，同时为爱好运动的人们提供社交平台.通过体育器材共享管理系统，不仅使高校的体育器材得到有效利用，师生个人的体育器材也可以实现共享，让更多人受益.共享经济需要以信息技术为支撑的共享平台，本文基于软件工程的思想和方法展开研究，助力高校体育器共享的应用和推广.

1 系统架构设计

架构是关于软件整体结构与组件的抽象描述，是实际系统设计方案的基础.分层架构是目前广泛使用的架构模式，每一层都有着特定的角色和职能，实现了低耦合和高内聚，降低了层内变化成本，提高了部署的灵活性.Jeesite是在Spring Framework基础上搭建的Java基础开发平台，集成主流JavaEE开发框架的优势，充分利用JavaEE成熟的第三方工具，显著提高开发效率和质量.本系统基于Jeesite平台设计的分层架构由表示层、业务逻辑层和数据访问层构成，如图1所示［4-5］.

对于图1所示的高校体育器材共享管理系统架构，简要说明如下：表示层，展现给用户的操作界面，面向用户提供人机交互功能，需要为用户提供良好的操作体验；本系统的表示层包括电脑端和手机端两类，Jeesite平台提供了电脑端页面显示框架Twitter Bootstrap和移动WebApp框架Jingle，同时客户端验证框架JQuery Validation Plugin减轻服务端负载.业务逻辑层，体现系统架构的核心价值部分，架构起表示层和数据访问层之间的桥梁，将用户请求转变为需要的结果，方便用户与存储之间的数据交互；Jeesite平台提供了若干业务逻辑层的实施框架，其中，核心框架Spring Framework使得应用程序组建更加快捷，工作流引擎框架Activiti适用于流程性很强的业务系统.数据访问层，用于完成对数据库的集成统一化访问，解决了传统数据访问类和SQL语句的弊端，本系统使用Jeesite平台提供的持久层框架MyBatis，同时使用数据库连接池Alibaba Druid解决频繁连接操作占用较多系统资源的问题.

2 系统功能设计

功能设计在软件生命周期中属于概要设计范畴，是基于整体框架的模块化设计，为用户提供清晰的可操作性功能，在逻辑上将系统分割成为多个模块，降低模块之间以及与外部环境之间接口的复杂性，便于每个模块独立编程实现［6］.本系统主要为三类用户服务，分别是器材管理员、学校师生和器材管理部门［7-9］.基于模块化和独立性的设计思想，将系统功能划分为会员管理子系统、器材管理子系统、业务办理子系统、手机端借用子系统、留言评价子系统和统计报表子系统，每个子系统又包含若干个实现具体功能的模块，功能设计结果如图2所示.

对于图2所示的高校体育器材共享管理系统的六个子系统，简要说明如下：会员管理子系统，教师或学生用户注册后才能成为会员，根据以往借用记录将会员划分为不同等级，不同等级用户具有不同权限；器材管理子系统，专门提供给器材仓库管理员对器材进行综合管理，每个器材根据相关信息生成一个二维码供全程操作使用；业务办理子系统，显示网点及所在网点的器材信息供借用人员使用，完成人工借用操作以及异常业务处理；手机端借用子系统，器材使用者通过手机扫描自行借用是系统的主要工作方式，使用后自动完成费用支付以及器材使用评价；留言评价子系统，对用户的留言内容进行审核以决定是否网上发布，对会员评分和用户评分进行综合管理，定期对留言信息进行转存；统计报表子系统，主要为器材管理员和学校器材管理部门服务，提供各种报表辅助器材管理、分析和决策.

3 关键技术实现

常规性的软件功能实现相对容易，软件实现的重要工作是解决关键技术问题，本系统的关键技术是射频技术和二维码技术.

3.1 射频识别实现

射频识别通过射频信号自动识别目标对象，具有无接触、距离大和信息丰富等特点，可以识别动态和静态的体育器材，方便对器材进行管理和跟踪.射频识别系统组成如图3所示.

图3 射频识别系统组成

对于图3所示的射频识别系统，基本组成是标签、阅读器和天线［10-11］，标签存储器材编号，利用电磁反向散射耦合与读写器之间通讯；阅读器用于对标签的读写操作；天线用于标签和阅读器之间的射频信号空间传播.标签与阅读器之间根据时序关系，实现能量传递和数据交换.射频识别需要计算机系统支持，中间件用于屏蔽底层的硬件接口，实现阅读器与计算机系统之间的连接，阅读器识别的标签编码与数据库存储的体育器材建立对应关系.

读写操作是射频识别技术的核心功能，将由天线传来的数据存入数据库或由数据库中读出所需数据，系统实现涉及到天线、读写器主机部分和应用软件系统等三部分，读写器主机部分又由射频收发模块、控制处理模块和I/O接口模块等构成，应用软件系统对接收的数据进行分析与处理，标准读写器工作模型如图4所示.读写器向射频卡发出固定频率的电磁波，当射频卡接收到数据时建立认证，然后进行密码验证，验证通过后对射频卡进行读写访问操作.如果入场的是其他用途的射频卡，则需要完成相应的选卡操作［12］.每台读写器可以驱动多组天线，支持在较宽的通道内组合使用.

图4 标准读写器工作模型

3.2 二维码实现

二维码是一种自动识别技术，体育器材共享依赖于二维码，器材管理员通过扫描二维码可以实现对器材的便捷化管理，用户也通过扫描二维码借用器材或支付费用.二维码用分布在二维方向上黑白相间的几何图形表示信息，具有信息量大、纠错能力强和编解码速度快等优点［13］，广泛应用于电子商务、移动支付和数据防伪等诸多领域，为人们的日常工作和生活提供了极大便利.二维码分为行排式和矩阵式两种，QR二维码是应用最广泛的矩阵式二维码，基本构如图5所示.

图5 QR二维码结构

从图5所示的QR二维码结构可以看出，QR二维码由功能图形和编码区构成，功能图形主要由三部分构成，位置探测图形用于标记二维码的矩形大小并确定旋转方向，定位图形用于确定QR二维码的模块坐标，校正图形用于确定QR二维码的中心并纠正扭曲；编码区也主要由三部分构成，格式信息记录使用的掩码和纠错等级，版本信息存储了QR二维码的版本号，数据和纠错码字是QR二维码的核心内容［14］.QR二维码支持数字编码、字符编码、字节编码、日文编码、汉字编码、混合编码和特殊字符集编码，支持汉字编码促进了在中国的使用；QR二维码支持四种级别纠错，纠错级别越高，可以修正的错误就越多，但可储存的数据就会减少，因此需要确定适当的纠错级别.

为了方便体育器材共享，提高器材管理效率，本系统根据器材编码、器材名称、器材类别编码、器材类别名称、器材品牌、器材型号、生产厂商、付费标志和收费标准等信息生成二维码.所有器材必须录入数据库后才能共享和借用，扫描原器材包装上的二维码将基本信息载入数据库，并录入器材的补充信息，生成共享的二维码后使之与数据库中的器材相关联.二维码生成是一个复杂的过程，本系统设计二维码生成界面，界面显示生成二维码的相关信息，调用开源的QRCodeUtil.java二维码生成工具［15］，传入生成二维码的文本内容、目的文件、输出文件路径、二维码宽度、二维码高度、中间logo文件、二维码照片宽度、二维码照片高度和容错级别等参数，由生成工具自动生成PDF格式的二维码文件，将生成的二维码显示在屏幕界面并存储到数据库中对应的体育器材记录.

4 结束语

共享是高校体育器材未来的发展方向，本文解决了共享领域的关键性技术问题.创新之处主要体现在三个方面：一是，基于Jeesite平台设计分层架构，实现了对JavaEE领域相关框架的最佳整合，提高了系统的易开发性和扩展性.二是，应用射频识别技术对体育器材进行监控和跟踪，提高了管理自动化水平.三是，调用QRCodeUtil.java二维码生成工具，直接应用成熟的技术和方法，减轻了软件开发工作量.不足之处是受文章篇幅和研究时间所限，没有进行数据结构设计，对一些非关键技术也没有进行设计，这些工作需要系统开发者在本文提供的架构上自行完成.本文研究成果的成功应用，对于推进高校体育器材管理科学化、提高体育器材共享水平等方面具有重要作用，对于其他领域的共享研究也具有借鉴意义.