2025年大學《智能體育工程》專業(yè)題庫——運動員配智能裝備設計考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡答題1.針對長跑運動員在高速運動下的生理監(jiān)測需求，請簡述至少三種關鍵的生理參數(shù)及其監(jiān)測意義。2.在設計用于籃球運動中的智能護膝裝備時，需要綜合考慮哪些關鍵的設計因素？請列舉并說明。3.請簡述將多種傳感器集成到可穿戴智能裝備時，通常需要考慮的主要技術挑戰(zhàn)。4.解釋什么是“運動員為中心的設計”理念，并說明其在智能裝備開發(fā)中的重要性。5.智能體育裝備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對運動員表現(xiàn)提升和傷病預防有何價值？請舉例說明。二、論述題1.假設你需要為一類需要高強度間歇訓練的運動員設計一套智能運動服，請闡述你的設計思路，包括至少三種核心功能模塊的設計考慮、所選用的主要技術以及預期的性能指標。2.選擇一種具體的智能體育裝備（如智能跑鞋、智能球拍、智能自行車踏板等），分析其可能存在的安全風險和倫理問題，并提出相應的應對措施或設計考量。三、設計題為一個參與鐵人三項（游泳、自行車、跑步）的運動員設計一套智能裝備系統(tǒng)方案。請描述該系統(tǒng)的整體目標，并提出具體裝備（至少包括一件用于游泳、一件用于自行車、一件用于跑步的智能裝備），說明每件裝備的核心功能、關鍵技術選型（傳感器、處理器、通信等）以及它們?nèi)绾螀f(xié)同工作以提供全面的運動表現(xiàn)監(jiān)測和反饋。在設計中需考慮數(shù)據(jù)融合、傳輸、續(xù)航和不同場景下的適應性。試卷答案一、簡答題1.答案:關鍵生理參數(shù)包括心率、呼吸頻率、血氧飽和度、核心體溫、肌電活動。心率反映心臟負擔和有氧能力；呼吸頻率反映呼吸代謝和運動強度；血氧飽和度監(jiān)測組織供氧情況；核心體溫反映身體熱平衡狀態(tài)；肌電活動反映肌肉激活狀態(tài)和疲勞程度。解析思路:考察對長跑運動中核心生理指標的理解。需列出至少三種，并簡要說明其監(jiān)測意義與長跑運動的關系。心率、呼吸、血氧是基礎，體溫和肌電對于理解長跑中的能量代謝和肌肉工作狀態(tài)也很重要。2.答案:關鍵設計因素包括：生物力學兼容性與舒適性（貼合度、透氣性、重量分布）、傳感器的精確度和抗干擾能力（尤其在高沖擊和摩擦環(huán)境下）、數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)膶崟r性和可靠性、供電系統(tǒng)的續(xù)航能力、防水防塵等級、使用便捷性與可穿戴性、以及數(shù)據(jù)可視化界面。需綜合考慮性能、舒適、耐用、易用和成本。解析思路:考察對具體場景（籃球護膝）設計的全面性考慮。需從運動員使用角度出發(fā)，涵蓋物理特性（舒適、耐用）、技術核心（傳感器、數(shù)據(jù)傳輸）、功能保障（防水、供電）及用戶體驗（易用性）等多個維度。3.答案:主要技術挑戰(zhàn)包括：小型化與輕量化設計以滿足可穿戴需求；多傳感器數(shù)據(jù)融合算法以整合不同信息源；低功耗設計以延長電池壽命；高密度集成與散熱管理；無線通信的穩(wěn)定性與帶寬（尤其在運動中）；生物兼容性與安全性（皮膚接觸部分）；以及復雜的封裝技術。解析思路:考察對多傳感器集成技術難點的理解。需指出從物理設計、硬件（功耗、通信）、軟件（融合算法）到生物安全等多個層面面臨的挑戰(zhàn)。4.答案:“運動員為中心的設計”理念是指將運動員的需求、體驗、使用習慣和實際運動場景放在設計的首位，圍繞運動員的目標和痛點進行設計決策。其重要性在于確保裝備的實用性和有效性，提高運動員的接受度和使用意愿，從而真正實現(xiàn)通過裝備輔助提升表現(xiàn)、預防傷病或監(jiān)測健康的目標，避免設計出技術上先進但用戶無法有效使用或不適用的產(chǎn)品。解析思路:考察對設計理念的理解。需準確定義“以運動員為中心”，并闡述其核心思想，最后說明其在智能裝備開發(fā)中的實踐意義和必要性。5.答案:數(shù)據(jù)價值體現(xiàn)在：實時反饋運動表現(xiàn)（如速度、距離、功率、步頻等），幫助運動員調(diào)整訓練強度和策略；長期追蹤訓練負荷和生理變化，評估訓練效果和疲勞狀態(tài)，優(yōu)化訓練計劃；通過分析運動數(shù)據(jù)模式和生物標志物，識別潛在的運動損傷風險并進行預防；賽后進行運動表現(xiàn)復盤，分析技術動作和戰(zhàn)術執(zhí)行；為運動科學研究和教練員提供量化依據(jù)，制定更科學的訓練和指導方案。例如，通過分析跑步姿態(tài)數(shù)據(jù)預防膝關節(jié)損傷，通過心率變異性數(shù)據(jù)評估運動員恢復狀態(tài)。解析思路:考察對智能裝備數(shù)據(jù)應用價值的理解。需從訓練監(jiān)控、傷病預防、表現(xiàn)分析、科學決策等多個方面舉例說明數(shù)據(jù)如何轉(zhuǎn)化為實際價值。二、論述題1.答案:設計思路：目標是為高強度間歇訓練運動員提供精準的生理和運動狀態(tài)監(jiān)控，實時反饋，輔助優(yōu)化訓練效果與恢復。核心功能模塊與設計考慮：*生理參數(shù)監(jiān)測模塊：集成高精度實時心率帶（胸帶或臂帶）、呼吸頻率傳感器（如胸帶式或集成在口罩/面罩中）、核心肌群EMG傳感器，監(jiān)測心率區(qū)間、呼吸頻率變化、關鍵肌群活動水平，實時反饋訓練強度是否達標。*運動表現(xiàn)監(jiān)測模塊：集成加速度計、陀螺儀和磁力計的慣性測量單元（IMU）于服裝關鍵部位（如大腿、小腿、軀干），通過算法估算速度、加速度、步頻、步幅、姿態(tài)角度（如軀干傾角、膝角），評估爆發(fā)力、速度變化能力。可選配功率傳感器（如鞋墊式）。*環(huán)境與生物標志物監(jiān)測模塊：集成環(huán)境溫濕度傳感器、GPS模塊（用于室外訓練），可選配血氧飽和度傳感器、體溫傳感器。通過監(jiān)測環(huán)境因素和血氧、體溫變化，評估環(huán)境壓力和生理應激水平。所選主要技術：柔性傳感器技術（用于服裝集成）、低功耗廣域網(wǎng)通信技術（如低功耗藍牙BLE或NB-IoT，根據(jù)傳輸距離和頻次選擇）、高性能嵌入式處理器（用于本地數(shù)據(jù)處理和決策）、邊緣計算技術（對數(shù)據(jù)進行初步分析，減少傳輸負擔）、移動應用或云端平臺（用于數(shù)據(jù)存儲、可視化、長期分析）。預期性能指標：心率、呼吸頻率監(jiān)測精度±2bpm，EMG信號信噪比>80dB，IMU數(shù)據(jù)采樣率≥100Hz，姿態(tài)角度估算誤差<5度，數(shù)據(jù)傳輸延遲<1秒，裝備在運動中穿戴的舒適度評分（主觀）>4.0/5.0，電池續(xù)航時間≥8小時/次充電，防水等級IP67。協(xié)同工作：各模塊數(shù)據(jù)通過內(nèi)置處理器進行初步融合與處理（如心率與運動姿態(tài)關聯(lián)分析），通過無線方式實時傳輸至運動員終端（智能手表/手機APP）和教練/訓練監(jiān)控平臺。平臺提供實時反饋（如聲音、震動提示心率區(qū)間）、訓練過程數(shù)據(jù)曲線、運動后快速評估報告（如最大攝氧量估算、疲勞指數(shù)）、長期訓練趨勢分析等。解析思路:考察綜合設計能力。要求學生針對特定需求（高強度間歇訓練），提出完整的設計方案。需包含系統(tǒng)目標、多個功能模塊（生理、運動、環(huán)境）、關鍵技術選型、關鍵性能指標設定，并闡述模塊間的協(xié)同工作方式和最終應用價值。評分重點在于設計的完整性、合理性、技術選型的恰當性以及與需求的匹配度。2.答案:選擇智能跑鞋為例?？赡艽嬖诘陌踩L險與倫理問題：*安全風險：*電氣安全：內(nèi)部電路、電池可能存在漏電風險，尤其是在跑鞋被汗水浸濕或遭受撞擊時，可能導致運動員電擊傷害。*數(shù)據(jù)安全與隱私：跑鞋可能收集步頻、步幅、地面沖擊力、GPS位置等敏感個人健康和運動數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)若被泄露或濫用，可能侵犯運動員隱私，甚至被用于不正當競爭（如監(jiān)測對手訓練）。*依賴性與信息過載：過度依賴跑鞋提供的數(shù)據(jù)反饋，可能使運動員忽視自身感覺或教練指導，或因接收過多復雜數(shù)據(jù)而造成認知負擔，影響專注度。*裝備故障：傳感器、連接或電池故障可能導致數(shù)據(jù)丟失或錯誤，誤導運動員或教練，甚至引發(fā)運動損傷（如基于錯誤數(shù)據(jù)調(diào)整跑姿）。*新技術未知風險：新材料、新傳感器可能帶來長期使用的健康風險（如材料致敏）或未預見的性能問題。*倫理問題：*公平性：不同預算的運動員可能使用不同性能的智能跑鞋，獲取不同的性能提升或數(shù)據(jù)反饋，可能拉大運動員間的能力差距，影響比賽的公平性。*數(shù)據(jù)所有權與控制權：收集到的運動員數(shù)據(jù)歸誰？所有運動員是否有權訪問、修改和刪除自己的數(shù)據(jù)？數(shù)據(jù)使用是否需要明確授權？*透明度：裝備的性能指標、數(shù)據(jù)收集范圍、算法邏輯等是否對運動員完全透明？算法是否存在偏見？*人類增強界限：隨著技術發(fā)展，智能跑鞋等裝備是否會在倫理上模糊“輔助”與“增強”的界限？*應對措施/設計考量：*安全設計：采用高安全性電氣標準，使用防水防腐蝕材料，進行嚴格的安全測試（如防水、沖擊、老化測試），配備過充、過放保護。*數(shù)據(jù)安全與隱私：采用強加密技術傳輸和存儲數(shù)據(jù)，提供用戶友好的隱私設置選項，明確告知數(shù)據(jù)收集和使用政策，遵守相關法律法規(guī)，考慮數(shù)據(jù)匿名化處理。*用戶體驗與信息過濾：設計簡潔直觀的用戶界面，提供關鍵信息的實時反饋，允許用戶自定義關注的數(shù)據(jù)，避免信息過載。*可靠性與冗余：選用高可靠性的元器件，設計故障診斷和告警機制，提供清晰的維護和更換指南。*倫理規(guī)范與標準：推動制定智能體育裝備的倫理指南和行業(yè)標準，促進公平競爭。在產(chǎn)品設計初期就進行倫理風險評估。