2025年大學(xué)《智能體育工程》專業(yè)題庫——運(yùn)動生理信號采集與分析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)字母填入括號內(nèi)）1.在運(yùn)動生理信號采集中，用于測量心率的傳感器主要利用的生理原理是？A.皮膚電導(dǎo)變化B.心臟產(chǎn)生的生物電流C.脈搏引起的血管容積變化D.呼吸頻率的周期性變動2.以下哪種設(shè)備最適合進(jìn)行長時間、低成本的連續(xù)心率監(jiān)測？A.侵入式動脈血壓傳感器B.橈動脈光電容積脈搏波描記法（PPG）傳感器C.肌電圖（EMG）傳感器D.腦電圖（EEG）傳感器3.在處理高頻噪聲干擾時，以下哪種濾波方法通常效果最顯著？A.低通濾波B.高通濾波C.帶通濾波D.陷波濾波4.采樣定理是信號采集的基本原則，它規(guī)定了為了避免頻譜混疊，采樣頻率必須至少是信號最高頻率成分的多少倍？A.1倍B.2倍C.5倍D.10倍5.心率變異性（HRV）分析中，反映交感神經(jīng)活動占優(yōu)勢的指標(biāo)通常是？A.高頻（HF）成分B.低頻（LF）成分C.總功率（TP）D.標(biāo)準(zhǔn)差（SDNN）6.肌電圖（EMG）信號的主要頻率范圍通常在？A.0.5Hz-4HzB.4Hz-100HzC.10Hz-500HzD.1000Hz-5000Hz7.在運(yùn)動生理信號采集系統(tǒng)中，信號調(diào)理電路的主要作用是？A.將傳感器輸出的微弱信號放大B.對信號進(jìn)行濾波和去噪C.將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號D.存儲采集到的數(shù)據(jù)8.以下哪項(xiàng)不是可穿戴生理信號采集設(shè)備的主要優(yōu)勢？A.非侵入式，舒適度高B.便攜性好，便于在運(yùn)動中使用C.可以實(shí)現(xiàn)長期、連續(xù)的監(jiān)測D.通常成本非常低廉9.在進(jìn)行呼吸信號分析時，常用的生理指標(biāo)是？A.心率（HR）B.血氧飽和度（SpO2）C.呼吸頻率（RF）和潮氣量（TV）D.肌電（EMG）10.將原始生理信號轉(zhuǎn)換為無量綱形式，以便于不同個體或不同條件下信號進(jìn)行比較的方法是？A.濾波B.歸一化C.采樣D.特征提取二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填入橫線上）1.生理信號采集系統(tǒng)的核心部件通常包括______、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集單元和______。2.為了保證信號采集的準(zhǔn)確性，必須嚴(yán)格遵守______，避免信號失真。3.肌電圖（EMG）信號反映的是肌肉______活動的電生理活動。4.常用的生理信號預(yù)處理方法包括濾波、______、基線校正和去噪等。5.時域分析方法主要關(guān)注信號的______、峰值、谷值等時間域特征。6.心率變異性（HRV）是衡量______調(diào)節(jié)功能的重要指標(biāo)。7.光電容積脈搏波描記法（PPG）利用光照射人體組織，通過測量______的變化來反映血流脈動。8.在運(yùn)動生理學(xué)中，心率是反映運(yùn)動員______的重要生理參數(shù)。9.特征提取的目的是從原始信號中提取能夠______生理狀態(tài)或運(yùn)動表現(xiàn)的有意義的參數(shù)。10.運(yùn)動生理信號分析在智能體育工程中的應(yīng)用領(lǐng)域包括運(yùn)動訓(xùn)練監(jiān)控、______、運(yùn)動損傷預(yù)防等。三、名詞解釋（每題3分，共12分。請給出簡潔、準(zhǔn)確的定義）1.采樣定理2.肌電（EMG）3.呼吸頻率（RF）4.生理信號特征提取四、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述選擇運(yùn)動生理信號采集設(shè)備時需要考慮的主要因素。2.解釋什么是信號濾波，并簡述低通濾波和高通濾波的基本原理和作用。3.闡述心率變異性（HRV）分析在運(yùn)動訓(xùn)練中的主要應(yīng)用。4.簡述將生理信號數(shù)據(jù)應(yīng)用于智能體育系統(tǒng)分析的一般步驟。五、論述題（10分。請結(jié)合智能體育工程的實(shí)際應(yīng)用，論述可穿戴生理信號采集技術(shù)的優(yōu)勢及其面臨的挑戰(zhàn)。）試卷答案一、選擇題1.B2.B3.B4.B5.A6.C7.B8.D9.C10.B二、填空題1.傳感器，數(shù)據(jù)輸出接口2.采樣定理3.收縮與舒張4.整流5.形態(tài)6.神經(jīng)7.血流容積8.運(yùn)動強(qiáng)度9.表示10.運(yùn)動表現(xiàn)評估三、名詞解釋1.采樣定理：為了能夠從離散的樣本中準(zhǔn)確地重建原始連續(xù)信號，采樣頻率必須至少是信號最高頻率成分的兩倍。這是避免頻譜混疊的基本原則。2.肌電（EMG）：指肌肉在收縮和放松過程中，運(yùn)動單位放電所產(chǎn)生的生物電活動。通過電極記錄下來的這種電信號稱為肌電圖（EMG信號）。3.呼吸頻率（RF）：指單位時間內(nèi)呼吸的次數(shù)，通常以次/分鐘為單位，是衡量呼吸功能的重要生理參數(shù)之一。4.生理信號特征提?。簭脑忌硇盘栔?，根據(jù)特定的分析目的，提取出能夠有效反映生理狀態(tài)、運(yùn)動強(qiáng)度、技術(shù)特征等信息的代表性參數(shù)或指標(biāo)的過程。四、簡答題1.選擇運(yùn)動生理信號采集設(shè)備時需要考慮的主要因素包括：①所要測量的生理指標(biāo)類型及其適宜的測量范圍；②信號的特性（如頻率、幅度）；③采集環(huán)境（如運(yùn)動場景、干擾情況）；④設(shè)備的便攜性、舒適度和安全性；⑤數(shù)據(jù)傳輸方式（有線/無線）；⑥設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性和精度；⑦成本預(yù)算；⑧與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的兼容性。2.信號濾波是指利用電子電路或數(shù)字算法，選擇性地去除信號中不需要的頻率成分（噪聲或干擾），同時保留所需頻率成分的過程。低通濾波器允許低于其截止頻率的信號通過，而衰減高于截止頻率的信號，主要用于去除高頻噪聲。高通濾波器允許高于其截止頻率的信號通過，而衰減低于截止頻率的信號，主要用于去除低頻漂移或基線噪聲。它們的作用是凈化信號，提高信噪比，使后續(xù)分析更準(zhǔn)確。3.心率變異性（HRV）分析在運(yùn)動訓(xùn)練中的主要應(yīng)用包括：①評估自主神經(jīng)系統(tǒng)的功能狀態(tài)和平衡性，判斷運(yùn)動員的興奮-抑制狀態(tài)；②監(jiān)控訓(xùn)練負(fù)荷，預(yù)測訓(xùn)練效果和過度訓(xùn)練風(fēng)險，指導(dǎo)訓(xùn)練強(qiáng)度和休息安排；③評定恢復(fù)狀況，HRV的改善通常意味著身體恢復(fù)良好；④作為評定運(yùn)動員心功能潛力的參考指標(biāo)之一。4.將生理信號數(shù)據(jù)應(yīng)用于智能體育系統(tǒng)分析的一般步驟包括：①生理信號數(shù)據(jù)的采集，使用合適的傳感器和設(shè)備在運(yùn)動過程中獲取原始數(shù)據(jù)；②數(shù)據(jù)預(yù)處理，對原始信號進(jìn)行去噪、濾波、基線校正、歸一化等操作，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量；③特征提取，從預(yù)處理后的信號中計(jì)算提取能夠代表生理狀態(tài)或運(yùn)動表現(xiàn)的關(guān)鍵參數(shù)（如HR、HRV、呼吸頻率、肌電功率等）；④數(shù)據(jù)傳輸與存儲，將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心或存儲系統(tǒng)；⑤數(shù)據(jù)分析與建模，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法、機(jī)器學(xué)習(xí)或人工智能算法對特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立預(yù)測模型或評估模型；⑥結(jié)果解釋與應(yīng)用，根據(jù)分析結(jié)果提供反饋信息，應(yīng)用于運(yùn)動訓(xùn)練監(jiān)控、技術(shù)分析、健康管理、競賽輔助決策等智能體育場景。五、論述題（以下為論述點(diǎn)，非完整答案，需自行擴(kuò)展）可穿戴生理信號采集技術(shù)具有以下優(yōu)勢：①非侵入式，佩戴舒適，不影響運(yùn)動員正常運(yùn)動，易于接受和長期使用；②便攜靈活，可在各種運(yùn)動場景下使用，實(shí)現(xiàn)自然狀態(tài)下的生理監(jiān)測；③實(shí)時采集與傳輸，許多設(shè)備可實(shí)時獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行無線傳輸，便于及時反饋和遠(yuǎn)程監(jiān)控；④長期連續(xù)監(jiān)測，有助于了解生理狀態(tài)的動態(tài)變化和長期趨勢；⑤降低采樣成本，相比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，部分可穿戴設(shè)備成本較低，易于大規(guī)模部署。面臨的挑戰(zhàn)主要包括：①信號質(zhì)量與穩(wěn)定性問題，運(yùn)動中的汗液、肢體運(yùn)動、環(huán)境干擾等可能影響信號質(zhì)量；②個體差異與標(biāo)準(zhǔn)化問題，不同個體間生理信號基線水平和反