2025年大學(xué)《智能體育工程》專業(yè)題庫——運動生理學(xué)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項字母填在題干后的括號內(nèi)）1.下列哪項生理指標(biāo)最能直接反映身體對運動的即時能量需求？A.最大攝氧量(VO2max)B.平均心率C.皮膚溫度D.乳酸閾2.在使用光電式心率傳感器時，為獲得最準(zhǔn)確的心率讀數(shù)，應(yīng)確保電極與皮膚的良好接觸，其主要目的是：A.減少信號噪聲B.增加信號傳輸距離C.提高傳感器靈敏度D.防止電極過熱3.信號處理中，高通濾波器主要用于：A.濾除高頻干擾信號B.濾除低頻干擾信號（如基線漂移）C.放大信號中的直流成分D.提高信號的采樣頻率4.心率變異性（HRV）分析中，通常認為較高的SDNN值代表：A.心率波動較大，自主神經(jīng)系統(tǒng)失衡B.心率波動較小，自主神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力可能較弱C.心率非常穩(wěn)定，不受外界影響D.心率控制能力下降，潛在健康風(fēng)險增加5.將連續(xù)的生理信號轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字序列的過程稱為：A.信號濾波B.信號采樣C.信號量化D.信號編碼6.在智能跑步手表中，用于記錄跑步軌跡和速度的主要傳感器是：A.光電心率傳感器B.加速度計C.GPS接收器D.肌電傳感器7.下列哪種方法不適合用于去除生理信號中的運動偽影？A.濾波處理B.平均化處理C.直流偏置D.多通道校準(zhǔn)8.評估長期訓(xùn)練效果時，比單次最大心率更具有預(yù)測價值的指標(biāo)是：A.靜息心率B.最大攝氧量C.無氧閾心率D.平均步頻9.生理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的主要作用是：A.放大模擬信號B.將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號C.將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號D.選擇合適的傳感器10.在運動生理學(xué)數(shù)據(jù)報告中，使用圖表進行數(shù)據(jù)可視化主要是為了：A.隱藏原始數(shù)據(jù)B.便于存儲C.更直觀地展示數(shù)據(jù)趨勢和模式D.減少數(shù)據(jù)量二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填寫在橫線上）1.生理信號通常具有______、______和______三個基本特征。2.根據(jù)工作原理，肌電傳感器主要分為______式和______式兩大類。3.在進行心率數(shù)據(jù)分析時，通常需要設(shè)定合適的______和______來識別有效的心跳信號。4.生理數(shù)據(jù)的______和______是保障數(shù)據(jù)質(zhì)量和后續(xù)分析準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)。5.呼吸頻率和深度等生理參數(shù)對于評估運動中的______和______狀態(tài)至關(guān)重要。6.基于______和______技術(shù)，可以實現(xiàn)對運動員生理狀態(tài)和運動表現(xiàn)的實時監(jiān)測與評估。7.在運動訓(xùn)練中，通過監(jiān)測心率變異性等指標(biāo)，可以客觀評價運動員的______狀態(tài)。三、名詞解釋（每題3分，共12分。請給出簡潔、準(zhǔn)確的定義）1.信噪比(SNR)2.生理信號采集3.乳酸閾4.數(shù)據(jù)特征提取四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述光電式心率傳感器的工作原理及其主要優(yōu)缺點。2.列舉至少三種常見的運動生理學(xué)數(shù)據(jù)采集傳感器，并簡述其各自的主要應(yīng)用場景。3.簡述信號濾波在生理數(shù)據(jù)預(yù)處理中的目的和常用方法。4.解釋什么是“偽影”，并說明在生理數(shù)據(jù)采集和處理中，如何減少或消除運動偽影的影響。五、計算題（共8分）已知某受試者在進行最大負荷測試時，連續(xù)5分鐘內(nèi)的心率數(shù)據(jù)（單位：次/分鐘）如下：160,162,164,168,170,172,175,180,178,176,174,172,170,168,166。假設(shè)心率數(shù)據(jù)的分布近似服從正態(tài)分布，請計算：（1）該段時間內(nèi)受試者的平均心率。（2分）（2）若要評估其短時心率變異性（用標(biāo)準(zhǔn)差SDNN表示），請計算心率的標(biāo)準(zhǔn)差。（2分）（3）簡述SDNN值的大小可能反映的生理意義。（4分）六、論述題（10分）結(jié)合智能體育工程領(lǐng)域的應(yīng)用，論述運動生理學(xué)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)在提升運動表現(xiàn)、科學(xué)訓(xùn)練和健康監(jiān)測方面的作用和價值。試卷答案一、選擇題1.B2.A3.B4.B5.B6.C7.C8.B9.C10.C二、填空題1.時域，頻域，時頻2.振動，電磁3.最低心率，最高心率（或心率區(qū)間）4.準(zhǔn)確性，完整性5.能量代謝，心血管功能6.傳感器，無線傳輸7.疲勞恢復(fù)三、名詞解釋1.信噪比(SNR)：指信號強度與背景噪聲強度的比率，通常用分貝（dB）表示，是衡量信號質(zhì)量的重要指標(biāo)。2.生理信號采集：指利用特定的傳感器或設(shè)備，從人體或動物體表、內(nèi)部或特定部位獲取生理活動信息（如電信號、壓力、溫度、化學(xué)成分等）的過程。3.乳酸閾：指運動中血乳酸開始急劇增加的那個運動強度閾值，通常被認為是無氧代謝開始參與的標(biāo)志。4.數(shù)據(jù)特征提?。褐笍脑忌頂?shù)據(jù)中識別、提取能夠反映生理狀態(tài)或運動特征的關(guān)鍵信息（如時域參數(shù)、頻域參數(shù)、統(tǒng)計參數(shù)等）的過程。四、簡答題1.工作原理：利用光電容積脈搏波描記法（PPG），通過發(fā)射光（通常是紅光和紅外光）照射人體組織，根據(jù)心跳引起血管容積周期性變化導(dǎo)致反射光強度變化的原理，檢測光信號的強度變化，從而推算出心率。優(yōu)點：無創(chuàng)、便捷、成本相對較低、可連續(xù)監(jiān)測。缺點：易受運動偽影、皮膚顏色、傳感器佩戴等因素影響，信號質(zhì)量不如心電信號穩(wěn)定。2.傳感器類型與應(yīng)用場景：*光電心率傳感器：廣泛應(yīng)用于運動手環(huán)、手表、心率帶等設(shè)備，用于實時監(jiān)測心率。*加速度計：用于監(jiān)測動作姿態(tài)、運動強度、步數(shù)等，常用于智能運動鞋、服裝、可穿戴設(shè)備。*GPS接收器：用于定位追蹤，監(jiān)測運動軌跡、速度、距離等，常用于跑步、騎行等戶外運動設(shè)備。*肌電傳感器（EMG）：用于分析肌肉活動狀態(tài)、力量輸出、疲勞程度等，常用于力量訓(xùn)練監(jiān)測、康復(fù)評估。*呼吸傳感器：用于監(jiān)測呼吸頻率、潮氣量等，可評估運動強度、通氣效率等，常用于高精度運動生理測試。3.目的：為了去除或削弱生理信號中不需要的成分（如高頻噪聲、低頻干擾如基線漂移），保留有用信號的主要特征，提高信號的質(zhì)量和后續(xù)分析的準(zhǔn)確性。常用方法：低通濾波器（濾除高頻噪聲）、高通濾波器（濾除低頻干擾）、帶通濾波器（保留特定頻段）、平均化濾波（如移動平均、中值濾波，常用于去除周期性偽影）。4.偽影：指在生理數(shù)據(jù)采集過程中，由于儀器設(shè)備、測量環(huán)境、受試者自身狀態(tài)或操作不當(dāng)?shù)纫蛩匾氲摹⒉⒎窃从谏眢w真實生理變化的干擾信號或錯誤數(shù)據(jù)。減少或消除方法：*優(yōu)化傳感器佩戴和固定，確保與身體良好接觸且穩(wěn)定。*使用高信噪比的傳感器和采集設(shè)備。*信號預(yù)處理，如濾波、去噪、基線校正等。*數(shù)據(jù)校正算法，利用多通道信息或模型進行偽影估計與補償。*環(huán)境控制，減少電磁干擾等。*受試者指導(dǎo)，保持身體姿勢穩(wěn)定，避免劇烈抖動。五、計算題（1）平均心率=(160+162+...+166)/15=(160+162+164+168+170+172+175+180+178+176+174+172+170+168+166)/15=2540/15=169.33次/分鐘(保留兩位小數(shù))（2）心率數(shù)據(jù)：160,162,164,168,170,172,175,180,178,176,174,172,170,168,166平均心率(X?)=169.33標(biāo)準(zhǔn)差(SD)=sqrt[Σ(xi-X?)2/N]=sqrt[((160-169.33)2+(162-169.33)2+...+(166-169.33)2)/15]=sqrt[((-9.33)2+(-7.33)2+(-5.33)2+(-1.33)2+(0.67)2+(2.67)2+(5.67)2+(10.67)2+(8.67)2+(6.67)2+(4.67)2+(2.67)2+(0.67)2+(-1.33)2+(-3.33)2)/15]=sqrt[(87.0489+53.7289+28.4089+1.7689+0.4489+7.1289+32.1489+113.8489+75.1689+44.4889+21.8089+7.1289+0.4489+1.7689+11.0889)/15]=sqrt[490.625/15]=sqrt[32.7083]≈5.72次/分鐘(保留兩位小數(shù))（3）SDNN值的大小通常反映自主神經(jīng)系統(tǒng)（特別是迷走神經(jīng)）的調(diào)節(jié)功能狀態(tài)。*較高的SDNN值通常表示心率變異性較大，意味著自主神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力強，交感和副交感神經(jīng)平衡，可能提示良好的恢復(fù)狀態(tài)、較低的疲勞水平和較高的健康狀態(tài)。*較低的SDNN值通常表示心率變異性較小，意味著自主神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力可能較弱，交感神經(jīng)活動相對占優(yōu)勢，可能提示疲勞、壓力、疾病狀態(tài)或恢復(fù)不佳。六、論述題運動生理學(xué)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)是智能體育工程領(lǐng)域的核心支撐，在提升運動表現(xiàn)、科學(xué)訓(xùn)練和健康監(jiān)測方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用和巨大價值。首先，在提升運動表現(xiàn)方面，通過對運動員在訓(xùn)練和比賽中心率、呼吸、血乳酸、肌電等關(guān)鍵生理指標(biāo)的實時、精確采集，結(jié)合GPS、動作捕捉等技術(shù)獲取的運動學(xué)數(shù)據(jù)，可以全面、客觀地量化運動負荷、評估運動強度、監(jiān)測運動效果。基于這些數(shù)據(jù)，教練和運動員可以更準(zhǔn)確地了解自身狀態(tài)，優(yōu)化訓(xùn)練計劃，針對性地提升力量、速度、耐力、技術(shù)等能力，避免過度訓(xùn)練或訓(xùn)練不足，從而最大化運動表現(xiàn)。其次，在科學(xué)訓(xùn)練方面，該技術(shù)使得個性化訓(xùn)練成為可能。通過長期追蹤和分析運動員的生理數(shù)據(jù)變化規(guī)律，可以建立個體化的生理模型，為制定差異化的訓(xùn)練方案、安排恢復(fù)時間提供科學(xué)依據(jù)。例如，根據(jù)心率變異性等指標(biāo)判斷運動員的疲勞與恢復(fù)狀態(tài)，指導(dǎo)訓(xùn)練的強度和量；根據(jù)無氧閾等指標(biāo)設(shè)定訓(xùn)練目標(biāo)。此外，數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)還能用于運動損傷的預(yù)防與康