運動監(jiān)控大數據平臺構建與應用

石磊 徐春霞

(1.山東體育學院 山東濟南 250102;2.山東中醫(yī)藥大學 山東濟南 250355)

數字化訓練已成為體育強國科技攻關研究的熱點。研究結合筆者科技助力國家舉重隊備戰(zhàn)東京奧運會訓練實踐，采用科學評估手段以及個性化的評估方法，整合訓練指標數據，實現對選手的競技能力變化的動態(tài)數據等進行智能監(jiān)測，通過AI智能模型進行智能分析，為選手備戰(zhàn)提供智能評估和動態(tài)監(jiān)測，解決訓練過程難掌握、訓練數據難管理、訓練負荷難把控等問題。

1 目標建構

運動監(jiān)控大數據平臺建構基于微服務架構設計，采用云計算、容器化、微服務化、大數據分析挖掘技術、人工智能、物聯網等先進技術，針對選手訓練管理應用需求，進行數據的統(tǒng)計、定制、評估、挖掘、應用，充分整合運用現代科技建設成果，提煉可共享復用的通用工具、組件、服務等，沉淀通用數據服務能力，為運動監(jiān)控大數據業(yè)務應用提供數據資源、工具組件、算法模型、數據應用的效能，產生高價值訓練數據體系，綜合運用大數據分析和可視化技術展現運動監(jiān)控大數據平臺各類數據指標，助力國家隊高水平教練員統(tǒng)籌訓練需求、把控訓練過程、分析評估訓練成效［1］。為訓練監(jiān)控大數據平臺提供統(tǒng)一的微服務運行管控能力，有力推動運動訓練數據業(yè)務化、服務精準化、應用組件化、監(jiān)控智能化的運動監(jiān)控大數據應用體系構建。

1.1 實現訓練數據自動采集

通過建設訓練監(jiān)控大數據平臺，利用云計算、大數據、物聯網、人工智能等技術手段，實現對動作智能捕捉系統(tǒng)數據、各類穿戴運動設備數據、視頻數據等各項訓練相關數據進行采集、資源引接匯聚，整合訓練及備戰(zhàn)過程中與運動員相關的所有數據信息，實現各項指標數據的自動化和智能化采集。

1.2 輔助訓練過程科學研究

通過建設運動訓練監(jiān)控大數據平臺，通過容器、微服務等技術對現有建設成果進行能力解構，通過平臺使能創(chuàng)新構建服務能力，實現智慧應用創(chuàng)新，沉淀通用數據服務能力，實現數據服務共享共用；對訓練計劃實施過程各項數據采集及挖掘分析及可視化展現，提供大數據分析挖掘及人工智能開放平臺、提供大數據計算能力、大數據治理能力、數據共享服務能力、平臺使能創(chuàng)新能力、人工智能服務能力、訓練監(jiān)測數據可視化等能力，為訓練相關技術科研提供輔助支撐。

1.3 提升科技助力能力水平

通過構建運動監(jiān)控大數據平臺，提供云計算、物聯網、大數據、人工智能等先進技術，提供分類、聚類、回歸等數據挖掘算法，對訓練相關各項指標數據分析挖掘、智能感知、智能分析、智能預測等手段，提供科學研究及科學技術服務的大數據和人工智能應用訓練模型，全面提升科技助力能力水平。

2 總體設計

運動監(jiān)控大數據平臺依托山東體育學院運動監(jiān)控大數據中心服務平臺，進行運動大數據構建與科技助力服務，開展運動監(jiān)控數據采集與數據分析評估，實現對選手的信息管理和數據管理。平臺基于運動監(jiān)控大數據分析開展應用創(chuàng)新，通過大數據平臺服務門戶提供公共信息查詢、業(yè)務信息主題及目錄檢索，以及對各類數據服務、報表信息的展現，建立運動監(jiān)控大數據應用平臺，統(tǒng)籌實現“數據資源集約化、大數據治理快捷化、我國選手信息全息數字化、備戰(zhàn)過程監(jiān)控智能化、訓練計劃科學精細合理化、訓練管理自動化、傷病預測預防準確高效化、訓練數據監(jiān)控可視化”的總目標［2］。

2.1 平臺建構

運動監(jiān)控大數據平臺主要包括云基礎支撐平臺、運動員信息管理、運動訓練管理、運動監(jiān)控數據采集、運動大數據建設、運動監(jiān)控大數據分析、大數據分析及創(chuàng)新應用。

2.1.1 大數據支撐平臺

大數據支撐平臺采用“大平臺+大數據+輕應用+微服務”為設計思路，以容器、微服務技術路線構建大數據應用支撐平臺，通過微服務化架構設計，沉淀通用服務能力，為運動訓練監(jiān)控業(yè)務應用提供數據資源、工具組件、算法模型、數據應用的效能，通過微服務管控運營有效支撐應用，為運動訓練監(jiān)控業(yè)務應用提供“模塊化、組件化、智能化”服務，通過“匯數據”實現運動訓練各類數據的統(tǒng)一，通過“聚服務”實現平臺一體化，通過“輕應用”實現平臺支持運動監(jiān)控業(yè)務應用共享服務輕量化，以微服務開發(fā)框架實現了運動監(jiān)控業(yè)務應用靈活性和便捷性［3，7］。大數據支撐平臺通過采集治理各類數據后，利用大數據分析，挖掘模型及算法，有效地發(fā)現挖掘系統(tǒng)內部的數據價值，實現運動監(jiān)控數據價值能力釋放。大數據支撐平臺為運動訓練監(jiān)控大數據平臺建設提供統(tǒng)一資源服務和數據服務、通用工具和應用組件等能力，為運動訓練監(jiān)控大數據平臺提供統(tǒng)一的微服務運行管控能力，有力推動運動訓練數據業(yè)務化、服務精準化、應用組件化、監(jiān)控智能化的運動訓練監(jiān)控大數據應用體系建設。

2.1.2 基礎信息管理

精英選手基礎信息管理模塊，通過對精英選手基礎信息的及時采集、實時更新與集中存儲管理，通過從選材、訓練、輸送、安置等一系列職業(yè)周期的跟蹤記錄，實現對運動員生活職業(yè)周期的全過程管理，內容見表1。

2.1.3 訓練信息管理

選手訓練管理以年度訓練計劃和周訓練計劃為周期，按照準備期、競賽期、過渡期統(tǒng)籌實現訓練計劃的制定、訓練的檢查、訓練的診斷及訓練結果的數據采集與分析，具體內容見表2。

表2 精英選手訓練計劃信息管理

2.1.4 監(jiān)控數據采集

運動監(jiān)控數據采集是實現對運動心肺功能測試數據采集、運動心電圖采集、血乳酸采集、表面肌電采集、三維測力臺數據采集、運動形狀智能捕捉暨快速動作診斷數據采集、可穿戴技術實時數據采集，具體內容見表3。

表3 運動監(jiān)控數據采集一覽表

2.1.5 監(jiān)控數據整合

運動訓練監(jiān)控大數據建設主要包含訓練監(jiān)控大數據資源的整合、訓練監(jiān)控大數據治理及訓練監(jiān)控大數據分析建模［4］，具體內容見表4。

表4 運動監(jiān)控數據構建

2.2 監(jiān)控數據分析

運動訓練監(jiān)控大數據分析主要包括心肺機能、心電圖、血乳酸、表面肌電、三維測力臺、可穿戴設備方面的數據解析與評估，主要針對選手周期內訓練的運動心肺大數據分析、訓練的運動心電圖大數據分析、訓練的血乳酸大數據分析、訓練的表面肌電大數據分析、訓練的三維測力臺大數據分析、運動員周期內訓練的可穿戴設備大數據分析以及精英選手畫像。

2.3 監(jiān)控數據應用

基于大數據支撐平臺為用戶提供應用服務創(chuàng)新構建能力，立足于業(yè)務協同與聯動需求，廣泛匯聚各類數據資源，構建共享創(chuàng)新應用服務體系，整合各項運動訓練監(jiān)控數據，包括訓練計劃、訓練等級、訓練配套等歷史和當前數據；基于大數據、云計算、人工智能、物聯網等先進技術，通過數據分析挖掘模型、物聯智能感知、數據智能分析、模型智能預測等手段，采用分類、聚類、回歸等數據挖掘算法對采集、匯聚的海量數據資源進行分析挖掘，生成統(tǒng)計成果；通過大數據支撐平臺提供的柱狀圖、餅狀圖、趨勢圖等可視化圖表將各類成果數據進行直觀鮮明展示；根據業(yè)務需求進行數據定制，建立數據評估指標體系，輔助學院開展體育大數據分析及創(chuàng)新應用服務［5，6］，助力于競技運動訓練向精準化、個性化和智能化發(fā)展，為解決項目的運動訓練與競賽監(jiān)測、運動員潛力評估與傷病預防、興奮劑預防以及體育管理決策能力不足等問題提供強力支撐，促進體育發(fā)展規(guī)模和效益的有機統(tǒng)一，助力項目現代化的全面實現，具體內容表5。

表5 監(jiān)控數據基本應用一覽表

大數據分析及創(chuàng)新應用提供對各項運動訓練監(jiān)控數據加工、清洗、轉換、匯總、提升，按照數據標準對運動訓練監(jiān)控數據進行加工、識別和分類，實現數據服務的標準化、統(tǒng)一化，通過建立運動訓練監(jiān)控大數據資源專題庫（應用系統(tǒng)庫、基礎數據庫、標準數據庫、非結構化數據庫等數據庫），實現大數據質量管理，在確保數據質量和安全的前提下，為數據綜合分析和應用提供數據支撐［8］。

3 結語

科研平臺以訓練監(jiān)控數據為核心，運用數據采集設備及軟件，通過智能化模塊鑲嵌，將訓練數據通過識別、加工、清洗、對標，進行數據整合、數據治理、數據建模。為我國精英選手奧運備戰(zhàn)提供訓練負荷監(jiān)測、狀態(tài)評估、傷病預警、興奮劑防控等多途徑延展。運動監(jiān)控大數據中心自2018年開始，先后服務國家舉重隊、山東省田徑隊、國家女子橄欖球隊、海南國家沖浪隊。形成了項目數據采集與分析評估報告，得到項目中心與教練團隊認可，后續(xù)平臺將根據多輪使用，進一步細化采集過程，優(yōu)化評估結果，提供更好的科技服務。