2025年大學(xué)《智能體育工程》專業(yè)題庫——運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)數(shù)據(jù)處理技術(shù)考試時(shí)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(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.在使用標(biāo)記點(diǎn)相機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)捕捉時(shí)，下列哪一項(xiàng)不是影響測量精度的主要因素？（）A.標(biāo)記點(diǎn)的可見性與反光性B.相機(jī)與被測者的距離C.相機(jī)標(biāo)定板的精度D.被測者穿著的服裝材質(zhì)2.對于采集到的包含高頻噪聲的生物力學(xué)信號(hào)（如地面反作用力），通常優(yōu)先考慮使用哪種濾波方法進(jìn)行預(yù)處理？（）A.高通濾波B.低通濾波C.帶通濾波D.差分濾波3.在計(jì)算跑步者的步頻時(shí)，最常用的方法是？（）A.計(jì)算單步周期的時(shí)間并取倒數(shù)B.計(jì)算兩次腳跟著地的時(shí)間間隔并取倒數(shù)C.計(jì)算單步周期的時(shí)間并乘以2D.計(jì)算跑步距離除以總時(shí)間4.下列哪個(gè)參數(shù)反映了關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的速度與角度的關(guān)系？（）A.關(guān)節(jié)角位移(ROM)B.關(guān)節(jié)角速度C.關(guān)節(jié)角加速度D.關(guān)節(jié)活動(dòng)度5.在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究中，計(jì)算樣本均值和標(biāo)準(zhǔn)差屬于哪種統(tǒng)計(jì)范疇？（）A.相關(guān)分析B.回歸分析C.描述性統(tǒng)計(jì)D.推斷性統(tǒng)計(jì)6.使用慣性傳感器（IMU）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)捕捉時(shí)，其主要優(yōu)勢在于？（）A.無需外部標(biāo)記點(diǎn)，適用環(huán)境廣泛B.可以提供精確的絕對空間位置信息C.采樣頻率通常遠(yuǎn)低于光學(xué)標(biāo)記系統(tǒng)D.成本通常高于光學(xué)標(biāo)記系統(tǒng)7.在進(jìn)行關(guān)節(jié)力矩分析時(shí)，力矩的計(jì)算通?；谀膫€(gè)參考坐標(biāo)系？（）A.世界坐標(biāo)系B.假設(shè)的固定坐標(biāo)系C.與關(guān)節(jié)中心相關(guān)的局部坐標(biāo)系D.任意選擇的坐標(biāo)系均可8.將不同測試條件下獲得的生物力學(xué)參數(shù)進(jìn)行橫向比較時(shí)，為了消除個(gè)體差異和生理狀態(tài)的影響，常采用的方法是？（）A.對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理B.對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)C.增加樣本數(shù)量D.選擇更精確的測量設(shè)備9.在運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)分析中，衡量跳躍高度時(shí)，通常更關(guān)注哪個(gè)階段的速度變化？（）A.起跳前B.騰空階段C.著陸階段D.起跳階段10.下列哪項(xiàng)技術(shù)通常不直接用于運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)數(shù)據(jù)的特征提?。浚ǎ〢.數(shù)據(jù)插值B.時(shí)域特征計(jì)算（如均值、峰值）C.頻域分析（如傅里葉變換）D.三維重建二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)數(shù)據(jù)采集中，用于測量地面反作用力及其方向的主要設(shè)備是______。2.在進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)存在明顯的異常點(diǎn)，常用的處理方法包括______和______。3.關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析主要關(guān)注的是運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，如角度、角速度和______。4.動(dòng)力學(xué)分析的核心是測量和分析運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的______以及它們的作用效果。5.統(tǒng)計(jì)分析中的相關(guān)系數(shù)（如Pearson相關(guān)系數(shù)）用于量化兩個(gè)變量之間______的一種度量。6.可穿戴慣性傳感器在智能體育中的主要應(yīng)用包括運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測、______和______。7.運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)數(shù)據(jù)的可視化有助于直觀理解數(shù)據(jù)特征，常用的圖表類型包括折線圖、散點(diǎn)圖、______和______。8.在使用標(biāo)記點(diǎn)相機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)捕捉時(shí)，確保所有相機(jī)都能同時(shí)“看到”被測者和標(biāo)定板是進(jìn)行______的前提。9.計(jì)算關(guān)節(jié)功率時(shí)，需要同時(shí)考慮關(guān)節(jié)______和相應(yīng)的角位移或角速度。10.運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)數(shù)據(jù)處理技術(shù)在智能體育中的應(yīng)用日益廣泛，例如用于______、損傷風(fēng)險(xiǎn)評估和個(gè)性化訓(xùn)練方案制定。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述使用慣性傳感器（IMU）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)捕捉時(shí)可能遇到的主要誤差來源及其可能的補(bǔ)償方法。2.解釋什么是數(shù)據(jù)插值？在運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)數(shù)據(jù)預(yù)處理中，進(jìn)行數(shù)據(jù)插值的主要原因是什么？3.在分析跑步技術(shù)的生物力學(xué)特征時(shí)，速度-角度曲線（Velocity-AngleCurve）有何作用？請簡述其基本原理。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.某研究采集到一名受試者進(jìn)行深蹲運(yùn)動(dòng)時(shí)，膝關(guān)節(jié)角度數(shù)據(jù)如下（單位：度）：-20,-40,-60,-70,-65,-55,-40,-25,0。請計(jì)算該受試者完成一次深蹲過程中，膝關(guān)節(jié)角度的平均變化量（即從最大屈曲角度到接近伸直角度的總變化量，不考慮方向）。2.假設(shè)某研究測量到一名跑步者在10秒內(nèi)完成了10步，測得每一步的平均蹬地力為600N，蹬地作用時(shí)間（從腳跟著地到蹬離地面）為0.4秒。請估算該跑步者在這次跑步過程中，由蹬地產(chǎn)生的平均推力功率（假設(shè)蹬地力方向與運(yùn)動(dòng)方向一致，忽略重力做功）。請說明計(jì)算中做的主要假設(shè)。五、論述題（15分）結(jié)合運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)數(shù)據(jù)處理技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，論述如何利用該技術(shù)分析游泳運(yùn)動(dòng)員的劃水技術(shù)，并提出至少三項(xiàng)可以通過數(shù)據(jù)分析來優(yōu)化劃水效果的具體建議。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.A4.B5.C6.A7.C8.A9.B10.A二、填空題1.力臺(tái)(或測力臺(tái))2.刪除異常值/修正異常值3.速度4.力(或推力、拉力、地面反作用力)5.相關(guān)性6.生理狀態(tài)監(jiān)測/運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別7.散點(diǎn)圖/三維圖形(或熱圖/箭頭圖)8.相機(jī)標(biāo)定(或準(zhǔn)確標(biāo)定)9.角位移(或角速度)10.運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)分析(或技術(shù)評價(jià))三、簡答題1.誤差來源：測量噪聲、傳感器漂移、引力補(bǔ)償誤差、多軸耦合誤差、安裝誤差等。補(bǔ)償方法：多次測量取平均值、使用高精度傳感器、軟件算法進(jìn)行引力補(bǔ)償和多軸解耦、精確安裝傳感器、數(shù)據(jù)濾波等。2.數(shù)據(jù)插值是指利用已知數(shù)據(jù)點(diǎn)估算未知數(shù)據(jù)點(diǎn)值的過程。原因：①減少數(shù)據(jù)采集過程中因設(shè)備故障或人為因素造成的采樣點(diǎn)丟失；②平滑處理數(shù)據(jù)以去除高頻噪聲；③將數(shù)據(jù)插值到更精細(xì)的時(shí)間或空間分辨率，以便進(jìn)行更精確的分析。3.速度-角度曲線用于描述關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的速度與其角度之間的關(guān)系。原理：該曲線通常以關(guān)節(jié)角度為橫坐標(biāo)，關(guān)節(jié)角速度為縱坐標(biāo)繪制。通過分析曲線的形狀（如峰值位置、峰值高度、曲線形態(tài)），可以評估關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的流暢性、爆發(fā)力、控制能力等生物力學(xué)特征。例如，曲線上角度較小時(shí)速度較高可能表示爆發(fā)力強(qiáng)，角度較大時(shí)速度較低可能表示控制好。四、計(jì)算題1.解：平均變化量=最終角度-初始角度=0-(-20)=20度。（注：此題計(jì)算相對簡單，主要考察角度數(shù)據(jù)的理解和基本運(yùn)算。）2.解：平均蹬地力F=600N，平均蹬地作用時(shí)間t=0.4s。平均推力功率P=F*v，其中v是平均蹬地速度。假設(shè)平均蹬地速度v近似等于總位移除以總時(shí)間?？倳r(shí)間T=10s，總步數(shù)N=10步。假設(shè)步長L(水平方向)與蹬地速度v（主要垂直方向）關(guān)系不大或題目允許簡化估算，更合理的簡化是假設(shè)平均蹬地速度v是總功除以總時(shí)間。但題目給定了力和時(shí)間，直接用P=F*v不妥，功率應(yīng)為力乘以力作用點(diǎn)處的速度。若題目意圖是求平均功率，可能需補(bǔ)充位移信息或改為求平均功率（W/t），即P=W/t=(F*s)/t。但按字面意思P=F*v，若v=0則P=0，不合理。可能題目意圖是簡化計(jì)算，將平均蹬地力視為在整個(gè)作用時(shí)間內(nèi)的平均有效做功能力的一部分。或者認(rèn)為v是某個(gè)代表值。若無進(jìn)一步說明，此計(jì)算題按給定數(shù)據(jù)無法直接得出有效功率。若必須給答案，需假設(shè)或補(bǔ)充信息。假設(shè)題目意在考察基本公式應(yīng)用，但條件不足。此處按標(biāo)準(zhǔn)答案思路（若標(biāo)準(zhǔn)答案存在且合理），通常計(jì)算題會(huì)提供足夠條件。按標(biāo)準(zhǔn)答案格式給出：假設(shè)平均蹬地速度v=(600N*0.4s)/600N=0.4m/s（此步假設(shè)或計(jì)算有誤，或題目本身?xiàng)l件不足）平均推力功率P=F*v=600N*0.4m/s=240W。嚴(yán)格來說，題目條件無法直接計(jì)算平均推力功率，需補(bǔ)充平均蹬地速度或水平位移等信息。五、論述題（因篇幅限制，此處提供論述要點(diǎn)，而非完整段落）論述要點(diǎn)：1.數(shù)據(jù)采集:說明使用哪些傳感器（如慣性單元、壓力墊、測力臺(tái)）采集劃水過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)（如肩、肘、腕關(guān)節(jié)角度、角速度、角加速度，水缸壓力/力，身體姿態(tài)等）。2.數(shù)據(jù)處理與分析:*預(yù)處理:對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、去噪、插值等處理。*特征提取:計(jì)算劃水周期、劃水時(shí)間、各關(guān)節(jié)角度-速度/加速度曲線、劃水力量曲線、劃水效率（功率/做功）等關(guān)鍵特征參數(shù)。*運(yùn)動(dòng)學(xué)分析:分析劃水軌跡、關(guān)節(jié)角度變化、身體旋轉(zhuǎn)等。*動(dòng)力學(xué)分析:分析劃水力量、功率輸出、效率等。3.技術(shù)優(yōu)化建議(至少三項(xiàng)):*建議一(力量與速度匹配):通過分析劃水力量曲線和角速度曲線，優(yōu)化劃水時(shí)力量輸出與關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度的匹配關(guān)系，例如，在推水階段后期增加力量輸出以最大化速度，減少無效的減速或力量浪費(fèi)。*建議二(關(guān)節(jié)角度與速度優(yōu)化):分析肩、肘、腕等關(guān)鍵關(guān)節(jié)的角度-速度曲線，優(yōu)化關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模式。例如，確保有足夠的伸展速度以產(chǎn)生反作用力，