2025年大學(xué)《智能體育工程》專業(yè)題庫——智能體育裝備的智能化設(shè)計考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)。）1.以下哪一項不屬于智能體育裝備的核心構(gòu)成要素？（）A.傳感器B.數(shù)據(jù)處理單元C.運動營養(yǎng)補(bǔ)充劑D.無線通信模塊2.在設(shè)計可穿戴式智能運動設(shè)備時，以下哪項因素通常不是優(yōu)先考慮的？（）A.傳感器的采樣頻率B.設(shè)備的防水等級C.用戶的社交網(wǎng)絡(luò)積分D.設(shè)備的功耗和續(xù)航時間3.以下哪種傳感器最常用于實時監(jiān)測運動員的心率？（）A.加速度計B.陀螺儀C.光學(xué)心率傳感器D.氣壓傳感器4.對于需要長時間連續(xù)監(jiān)測且對功耗要求極為嚴(yán)格的智能體育裝備，在設(shè)計時最適合采用哪種數(shù)據(jù)傳輸方式？（）A.有線連接B.高速Wi-Fi直連C.藍(lán)牙低功耗（BLE）技術(shù)D.5G高速網(wǎng)絡(luò)5.智能運動服裝通過柔性材料和集成傳感器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，其設(shè)計的核心挑戰(zhàn)之一是保證傳感器的（）。A.精度高于獨立設(shè)備B.長時間穩(wěn)定性和舒適性C.數(shù)據(jù)傳輸速度比專用設(shè)備快D.成本低于普通服裝6.在智能體育裝備的設(shè)計流程中，需求分析階段最主要的目標(biāo)是？（）A.確定具體的硬件型號B.選擇合適的軟件算法C.明確裝備需要解決的運動問題及性能指標(biāo)D.完成裝備的外觀設(shè)計7.以下哪項技術(shù)不屬于智能體育裝備中常用的電源管理策略？（）A.電池容量最大化B.低功耗模式設(shè)計C.利用運動產(chǎn)生的能量（如動能、熱能）進(jìn)行充電D.無線能量傳輸技術(shù)8.評價一款智能運動手表智能化水平的重要指標(biāo)之一是？（）A.手表的厚度B.顯示屏的分辨率C.是否具備實時運動姿態(tài)分析和指導(dǎo)功能D.手表的銷售價格9.某智能跑鞋能監(jiān)測步頻、步幅和地面沖擊力，并將數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙傳輸?shù)绞謾C(jī)APP進(jìn)行分析。該跑鞋的智能化主要體現(xiàn)在？（）A.制造工藝先進(jìn)B.價格昂貴C.集成了多傳感器并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用D.外觀時尚10.在設(shè)計需要高度交互的智能體育裝備（如智能護(hù)具）時，以下哪個方面最為關(guān)鍵？（）A.硬件性能參數(shù)B.數(shù)據(jù)的實時反饋與用戶指導(dǎo)的清晰度C.生產(chǎn)的便捷性D.使用的復(fù)雜性二、簡答題（每小題5分，共25分。請簡要回答下列問題。）1.簡述智能體育裝備設(shè)計中需要重點考慮的舒適性因素有哪些？2.解釋什么是低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN），并說明其在智能體育裝備數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用優(yōu)勢。3.列舉至少三種在智能運動服裝中可能集成的傳感器類型，并說明其各自的主要監(jiān)測功能。4.簡述在進(jìn)行智能體育裝備原型設(shè)計時，需要進(jìn)行的主要測試環(huán)節(jié)及其目的。5.闡述智能體育裝備設(shè)計中，數(shù)據(jù)安全與用戶隱私保護(hù)面臨的主要挑戰(zhàn)。三、論述題（每小題10分，共20分。請結(jié)合所學(xué)知識，回答下列問題。）1.以某項具體的運動（如籃球、游泳或長跑）為例，分析為其設(shè)計一套智能化裝備時，需要綜合考慮哪些關(guān)鍵的設(shè)計需求和技術(shù)要素？請詳細(xì)闡述。2.選擇一款你熟悉的智能體育裝備（如智能手環(huán)、智能自行車或智能球拍等），分析其智能化設(shè)計的特點、優(yōu)勢以及可能存在的不足之處。提出至少兩點可以改進(jìn)或提升其智能化水平的建議。四、設(shè)計題（10分。請根據(jù)要求完成下列設(shè)計。）設(shè)計一個用于攀巖運動的智能安全裝備的概念方案。該裝備需要能在運動員發(fā)生失手或墜落時自動觸發(fā)報警，并記錄關(guān)鍵數(shù)據(jù)。請簡述該裝備的核心組成部件、工作原理、關(guān)鍵功能設(shè)計以及需要解決的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.C5.B6.C7.A8.C9.C10.B二、簡答題1.智能體育裝備設(shè)計中需要重點考慮的舒適性因素包括：穿戴的貼合度與靈活性、設(shè)備的重量分布、表面材質(zhì)的親膚性與透氣性、穿戴過程中的壓感與摩擦力、設(shè)備的動態(tài)穩(wěn)定性（不易移位）、以及長時間使用的無負(fù)擔(dān)感等。2.低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）是一種專為低數(shù)據(jù)速率、長傳輸距離和低功耗應(yīng)用設(shè)計的無線通信技術(shù)（如NB-IoT、LoRa等）。其在智能體育裝備數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用優(yōu)勢在于：傳輸距離遠(yuǎn)，適合大型體育場館或野外運動場景；功耗極低，適合需要長時間續(xù)航的便攜式設(shè)備；支持大量設(shè)備連接（網(wǎng)絡(luò)容量大），適合需要部署眾多傳感器的場景。3.智能運動服裝中可能集成的傳感器類型及其主要監(jiān)測功能包括：*光學(xué)心率傳感器：監(jiān)測心率變化。*加速度計和陀螺儀：監(jiān)測運動姿態(tài)、動作軌跡、速度和加速度。*皮膚溫度傳感器：監(jiān)測運動過程中的核心體溫或皮膚表面溫度變化。*氣壓傳感器：輔助判斷海拔變化，可用于爬升或下降運動分析。*接觸式傳感器（如壓力傳感器）：監(jiān)測身體特定部位的壓力分布。4.進(jìn)行智能體育裝備原型設(shè)計時，需要進(jìn)行的主要測試環(huán)節(jié)及其目的包括：*功能性測試：驗證裝備各項預(yù)設(shè)功能是否正常工作，如傳感器數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)處理邏輯正確、通信模塊穩(wěn)定等。*性能測試：評估裝備的關(guān)鍵性能指標(biāo)，如傳感器的精度和采樣率、數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和延遲、設(shè)備的處理速度、續(xù)航時間等。*環(huán)境適應(yīng)性測試：檢驗裝備在不同環(huán)境條件（如溫度、濕度、光照、海拔、水浸、跌落等）下的工作穩(wěn)定性和可靠性。*用戶體驗測試：評估裝備的佩戴舒適度、操作便捷性、界面友好度、信息反饋清晰度等，收集用戶的直觀感受和改進(jìn)建議。5.智能體育裝備設(shè)計中，數(shù)據(jù)安全與用戶隱私保護(hù)面臨的主要挑戰(zhàn)包括：*數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險：存儲在設(shè)備中或傳輸過程中的用戶生理數(shù)據(jù)、運動行為數(shù)據(jù)等高度敏感，易被非法獲取。*數(shù)據(jù)濫用可能：收集到的數(shù)據(jù)可能被開發(fā)者、平臺或第三方用于商業(yè)目的，而用戶并不知情或未同意。*硬件安全漏洞：設(shè)備本身可能存在安全設(shè)計缺陷或固件漏洞，被攻擊者利用以竊取數(shù)據(jù)或控制系統(tǒng)。*通信傳輸安全：數(shù)據(jù)在設(shè)備與云端或APP之間傳輸時，若加密措施不足，可能被竊聽或篡改。*用戶隱私意識不足：用戶可能不了解所采集數(shù)據(jù)的范圍、用途和風(fēng)險，或未設(shè)置合理的隱私保護(hù)策略。三、論述題1.以籃球運動為例，為其設(shè)計一套智能化裝備時，需要綜合考慮的關(guān)鍵設(shè)計需求和技術(shù)要素：*核心監(jiān)測需求：實時監(jiān)測投籃動作的準(zhǔn)確度（角度、力量）、跑動速度與距離、運動軌跡、跳躍高度、身體碰撞沖擊力、心率變化、運動負(fù)荷等。*關(guān)鍵技術(shù)要素：*多傳感器融合：需集成加速度計、陀螺儀（用于姿態(tài)和動作捕捉）、GPS/北斗模塊（用于位置和速度）、氣壓計（用于高度）、光學(xué)心率傳感器（用于生理狀態(tài)）、可能還有肌電傳感器（用于肌肉活動分析）和碰撞傳感器。*數(shù)據(jù)處理與算法：需要強(qiáng)大的邊緣計算能力或可靠的云端處理能力，以實時處理傳感器數(shù)據(jù)，運行運動姿態(tài)識別算法、生物力學(xué)分析算法、運動負(fù)荷評估算法等。*無線通信：確保傳感器數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定、低延遲地傳輸?shù)浇叹毝嘶蛴?xùn)練APP。*設(shè)備形態(tài)與佩戴舒適性：裝備需輕便、牢固，能牢固佩戴在運動員身上（如胸掛、臂包、腿套），不影響正常運動，且佩戴舒適。*交互與反饋：可提供實時動作指導(dǎo)、沖擊力預(yù)警、心率區(qū)間提醒等形式的交互反饋（如震動、語音提示）。*安全防護(hù)：對于接觸性碰撞監(jiān)測，需考慮設(shè)備的安全性設(shè)計和碰撞預(yù)警功能。*低功耗設(shè)計：確保設(shè)備能支持一場訓(xùn)練或比賽所需的時間。2.選擇智能手環(huán)作為分析對象：*智能化設(shè)計特點：集成了多種傳感器（如光學(xué)心率、PPG血氧、加速度計、陀螺儀、有時含GPS），可自動識別多種運動模式，記錄運動數(shù)據(jù)（時長、距離、卡路里、心率區(qū)間等），具備睡眠監(jiān)測功能，提供實時心率、步數(shù)、久坐提醒等健康追蹤功能，通過低功耗藍(lán)牙與手機(jī)APP連接同步數(shù)據(jù)，部分型號支持消息提醒、移動支付等智能互聯(lián)功能。*優(yōu)勢：非常便攜，佩戴舒適，功能全面，價格相對適中，能提供日常健康管理和基礎(chǔ)運動追蹤，用戶基數(shù)大。*可能存在的不足：傳感器精度（尤其是GPS定位、運動識別）可能不如專業(yè)設(shè)備；屏幕顯示信息和交互性有限；運動模式識別可能不夠精準(zhǔn)；對于高強(qiáng)度、技巧性強(qiáng)的專項運動指導(dǎo)性不足；續(xù)航時間受功能使用影響較大；數(shù)據(jù)分析和長期健康評估能力相對基礎(chǔ)。*改進(jìn)建議：*提升核心傳感器精度，特別是GPS和運動姿態(tài)傳感器，以適應(yīng)更專業(yè)的運動分析需求。*增強(qiáng)屏幕顯示信息量和交互性，或引入E-ink等長續(xù)航屏幕技術(shù)。*內(nèi)置更專業(yè)的運動指導(dǎo)算法，如提供更精細(xì)化的動作分析、訓(xùn)練計劃建議和實時反饋。*增加更多健康監(jiān)測指標(biāo)，如壓力水平、血糖趨勢預(yù)測（通過連續(xù)無創(chuàng)監(jiān)測技術(shù)）等。*優(yōu)化低功耗設(shè)計，延長設(shè)備在典型使用場景下的續(xù)航時間。四、設(shè)計題設(shè)計一個用于攀巖運動的智能安全裝備概念方案：*核心組成部件：主體穿戴裝置（如硬殼背心或腰帶）、高精度三軸加速度計和陀螺儀、GPS模塊、氣壓計、碰撞傳感器、緊急停止按鈕（物理按鍵）、微型電池、低功耗藍(lán)牙模塊、LED告警燈、蜂鳴器。*工作原理：裝備實時監(jiān)測穿戴者的加速度、角速度變化以及位置高度信息。通過內(nèi)置算法分析數(shù)據(jù)，判斷是否發(fā)生異常的失手墜落姿態(tài)（如垂直快速下墜）。同時，碰撞傳感器檢測身體是否發(fā)生劇烈撞擊。若算法判定為墜落或檢測到強(qiáng)烈碰撞，且在設(shè)定時間內(nèi)未收到緊急停止按鈕的指令，則觸發(fā)報警。*關(guān)鍵功能設(shè)計：*自動墜落檢測與報警：根據(jù)加速度和角速度數(shù)據(jù)模式識別墜落，通過藍(lán)牙觸發(fā)連接的手機(jī)APP發(fā)出警報（聲音、震動），并在APP中記錄墜落時的位置（GPS）、速度、姿態(tài)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。*手動緊急停止：穿戴者可在感知到危險或確認(rèn)安全后，按下物理緊急停止按鈕以取消報警。*碰撞檢測與輔助報警：檢測到劇烈碰撞時，發(fā)出本地聲光警報，并記錄碰撞強(qiáng)度和發(fā)生時位置，增強(qiáng)安全保障。*數(shù)據(jù)記錄與傳輸：記錄關(guān)鍵事件（墜落、碰撞）發(fā)生前后的詳細(xì)數(shù)據(jù)，并通過藍(lán)牙傳輸給配套APP進(jìn)行存儲和分析。*需要解決的主要技術(shù)挑戰(zhàn)：*墜落檢測算法的魯棒性：需有效區(qū)分真實墜落與劇烈跑動、跳躍等正常運動狀態(tài)，減少誤報率。