2025年大學(xué)《智能體育工程》專業(yè)題庫——運動員裝備智能系統(tǒng)設(shè)計考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.在運動員裝備智能系統(tǒng)中，用于測量心率和呼吸頻率的傳感器通常屬于哪一類？A.位置傳感器B.速度傳感器C.加速度傳感器D.生理傳感器2.對于需要長時間附著在運動員身體上的裝備，以下哪項是其設(shè)計的首要考慮因素之一？A.數(shù)據(jù)傳輸速率B.裝備的舒適性和透氣性C.硬件成本D.電池續(xù)航時間3.在運動員裝備系統(tǒng)中，傳感器數(shù)據(jù)融合的主要目的是什么？A.增加數(shù)據(jù)采集頻率B.減少傳感器數(shù)量C.提高數(shù)據(jù)準確性和信息全面性D.簡化數(shù)據(jù)處理流程4.如果運動員裝備系統(tǒng)需要在水下或潮濕環(huán)境中工作，對其電路設(shè)計的主要要求是？A.提高輸出功率B.采用低功耗器件C.具備良好的防水和防腐蝕能力D.使用無線通信方式5.以下哪種技術(shù)通常不用于運動員裝備的能量收集？A.運動能量收集（如壓電效應(yīng)）B.體溫收集C.光能收集D.環(huán)境熱能收集6.設(shè)計運動員裝備系統(tǒng)的軟件架構(gòu)時，將驅(qū)動程序和硬件接口封裝在一起，主要目的是？A.提高代碼執(zhí)行速度B.實現(xiàn)硬件的即插即用C.降低系統(tǒng)復(fù)雜度D.方便進行單元測試7.以下哪項不屬于運動員裝備系統(tǒng)可能面臨的挑戰(zhàn)？A.數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求B.裝備與運動員服裝的集成度C.運動員在運動中的劇烈抖動D.裝備的智能化程度8.用于實時向運動員反饋運動狀態(tài)（如速度、心率）的運動員裝備系統(tǒng)，其人機交互（HMI）設(shè)計應(yīng)側(cè)重于？A.數(shù)據(jù)記錄和離線分析B.提供直觀、簡潔的實時信息顯示C.實現(xiàn)復(fù)雜的參數(shù)設(shè)置D.支持與其他智能設(shè)備的復(fù)雜互聯(lián)9.在進行運動員裝備的嵌入式軟件開發(fā)時，通常推薦使用哪種編程語言？A.JavaB.PythonC.C/C++D.JavaScript10.保障運動員裝備系統(tǒng)中采集到的生理數(shù)據(jù)（如心率、GPS位置）的安全性和隱私，主要涉及哪方面的技術(shù)？A.數(shù)據(jù)壓縮B.數(shù)據(jù)加密C.數(shù)據(jù)融合D.信號處理二、填空題（每空1分，共15分）1.設(shè)計運動員裝備智能系統(tǒng)時，必須嚴格遵守相關(guān)的______標準和法規(guī)，特別是涉及人體接觸和生理數(shù)據(jù)采集的部分。2.選擇用于運動員裝備的傳感器時，除了精度和量程，還需要考慮其______、______、功耗和成本等特性。3.運動員裝備系統(tǒng)通常需要采用______設(shè)計，以減少體積、重量和能耗，并提高長時間佩戴的舒適性。4.無線通信技術(shù)是連接運動員裝備與數(shù)據(jù)接收端的關(guān)鍵，根據(jù)應(yīng)用場景和功耗要求，可選的通信協(xié)議包括______、______、Zigbee等。5.為了準確評估運動員的訓(xùn)練負荷和生理狀態(tài)，運動員裝備系統(tǒng)需要能夠采集多維度的數(shù)據(jù)，如______、______、體溫、環(huán)境溫濕度等。6.嵌入式系統(tǒng)是運動員裝備智能化的核心，其軟件開發(fā)常使用______操作系統(tǒng)來滿足實時性要求。7.在運動員裝備系統(tǒng)中，對采集到的生理信號（如ECG、EMG）進行處理時，常用的預(yù)處理方法包括______、濾波和去噪。8.運動員裝備系統(tǒng)的設(shè)計不僅要考慮技術(shù)性能，還要考慮其______和美觀性，以促進運動員的接受度和使用意愿。9.利用可穿戴計算機技術(shù)，運動員裝備系統(tǒng)可以為教練提供實時的______和______數(shù)據(jù)，輔助進行科學(xué)訓(xùn)練和戰(zhàn)術(shù)調(diào)整。10.當(dāng)前運動員裝備智能系統(tǒng)的發(fā)展趨勢之一是與其他智能設(shè)備（如智能手機、智能場館系統(tǒng)）的______，形成更全面的智能體育解決方案。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述在設(shè)計需要長時間佩戴的運動員裝備時，舒適性和安全性需要考慮的關(guān)鍵因素。2.解釋什么是低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN），并列舉至少兩種其在運動員裝備系統(tǒng)中的應(yīng)用場景。3.闡述運動員裝備系統(tǒng)中數(shù)據(jù)融合技術(shù)的意義，并說明如何融合來自加速度計和心率帶的數(shù)據(jù)來估算運動員的強度水平。4.分析運動員裝備智能系統(tǒng)在傷病預(yù)防方面可能發(fā)揮的作用，并舉例說明。四、設(shè)計題（每題10分，共20分）1.假設(shè)你需要為一個短跑運動員設(shè)計一套用于訓(xùn)練監(jiān)控的智能裝備系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要實時監(jiān)測心率、步頻和地面反作用力（通過加速度計估算）。請簡述該系統(tǒng)的需求分析結(jié)果，并畫出其初步的系統(tǒng)架構(gòu)框圖，標明主要組成部分及其功能。2.設(shè)計一個運動員裝備智能系統(tǒng)的關(guān)鍵功能模塊，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理與存儲模塊、無線通信模塊和電源管理模塊。請對每個模塊的主要功能、關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)計考慮進行簡要說明。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.C4.C5.C6.C7.D8.B9.C10.B二、填空題1.安全2.尺寸、重量3.低功耗4.藍牙、Wi-Fi5.心率、呼吸頻率6.實時性7.濾波8.可穿戴性9.運動表現(xiàn)、生理狀態(tài)10.互聯(lián)互通三、簡答題1.解析思路：考察對可穿戴設(shè)備人體工程學(xué)的理解。舒適性問題涉及重量分布、材質(zhì)選擇、透氣性、貼合度、運動過程中的摩擦和壓迫感等。安全性問題涉及電磁輻射安全、材料生物相容性（長期接觸皮膚）、電氣安全（防漏電）、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（防止在運動中脫落造成傷害）等。答案要點：需考慮重量和分布、材質(zhì)（透氣、親膚、耐用）、形狀（貼合）、防水防塵等級、電池安全、電磁兼容、生物相容性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、無尖銳邊角等。2.解析思路：考察對LPWAN技術(shù)的理解和應(yīng)用。需要解釋LPWAN的特點（低功耗、遠距離、大連接數(shù)），并聯(lián)系運動員裝備的場景，如GPS定位（覆蓋范圍廣）、大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)（連接大量裝備）等。答案要點：LPWAN是一種低功耗、支持遠距離通信的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，適用于需要長電池壽命和/或廣覆蓋范圍的設(shè)備連接。應(yīng)用場景如：使用GPS模塊進行長距離跑步或騎行軌跡追蹤的裝備；在大型場館內(nèi)，連接多個傳感器節(jié)點（如心率帶、加速度計）進行區(qū)域監(jiān)控的裝備系統(tǒng)。3.解析思路：考察數(shù)據(jù)融合技術(shù)的概念和應(yīng)用。解釋融合的目的（提高準確性、互補信息），并給出具體融合方法示例。融合加速度計（提供運動模式、沖擊力）和心率帶（提供生理負荷、強度）數(shù)據(jù)，可以通過算法（如機器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計模型）結(jié)合兩者信息，更準確地判斷運動強度（高強度運動通常伴隨心率和沖擊力劇增）。答案要點：數(shù)據(jù)融合技術(shù)將來自不同傳感器或不同來源的數(shù)據(jù)進行組合，以獲得比單一數(shù)據(jù)源更準確、更全面或更可靠的信息。融合加速度計和心率帶數(shù)據(jù)：加速度計提供步頻、步態(tài)模式、地面反作用力等信息，反映機械運動；心率帶提供心率等生理指標，反映生理負荷。結(jié)合兩者數(shù)據(jù)，可以通過算法分析它們之間的關(guān)系，例如，高步頻伴隨高心率和高沖擊力，可以更準確地判斷運動員的訓(xùn)練強度水平，彌補單一傳感器信息的不足。4.解析思路：考察對運動員裝備系統(tǒng)應(yīng)用價值的理解。從數(shù)據(jù)監(jiān)測和分析入手，說明系統(tǒng)如何提供早期預(yù)警。例子要具體，說明系統(tǒng)監(jiān)測到的異常數(shù)據(jù)如何指向潛在傷病風(fēng)險。答案要點：作用：實時監(jiān)測運動員的關(guān)鍵生理參數(shù)（如心率變異性、血乳酸、肌電活動）和生物力學(xué)參數(shù)（如關(guān)節(jié)角度、沖擊力），并進行數(shù)據(jù)分析。早期預(yù)警：通過算法識別異常數(shù)據(jù)模式，如心率持續(xù)高于正常范圍可能提示過度訓(xùn)練或潛在心血管風(fēng)險；步態(tài)分析異常可能預(yù)示關(guān)節(jié)損傷；肌電信號異常可能與肌肉疲勞或損傷有關(guān)。例子：系統(tǒng)監(jiān)測到運動員的心率恢復(fù)速度顯著慢于平時，且步頻變異性增大，結(jié)合訓(xùn)練負荷數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可預(yù)警教練該運動員可能存在過度疲勞，增加傷病風(fēng)險。四、設(shè)計題1.解析思路：考察系統(tǒng)設(shè)計的基本流程和能力。需求分析要明確監(jiān)測內(nèi)容、精度、實時性、佩戴方式等。架構(gòu)圖要包含核心功能模塊，并說明其作用。答案要點：需求分析：監(jiān)測對象為心率、步頻、地面反作用力；要求實時性（用于訓(xùn)練反饋）；精度滿足訓(xùn)練分析需求；佩戴舒適、牢固；具備一定的防水防塵能力。系統(tǒng)架構(gòu)框圖：主要包括傳感器模塊（心率傳感器、加速度計）、數(shù)據(jù)處理模塊（MCU/嵌入式系統(tǒng)，執(zhí)行濾波、特征提取、算法計算）、存儲模塊（本地緩存，可選）、無線通信模塊（如藍牙/Zigbee/Wi-Fi，傳輸數(shù)據(jù)至手機或教練端）、電源管理模塊（電池、充電管理）。各模塊功能簡述：傳感器模塊負責(zé)采集原始數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理模塊負責(zé)信號處理、計算步頻、估算沖擊力、分析數(shù)據(jù)；存儲模塊用于臨時或長期保存數(shù)據(jù)；無線通信模塊負責(zé)數(shù)據(jù)傳輸；電源管理模塊負責(zé)提供穩(wěn)定電力并優(yōu)化續(xù)航。2.解析思路：考察對智能系統(tǒng)模塊化設(shè)計的理解。需要對提出的四個模塊進行詳細的功能描述、關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)計考慮的闡述。答案要點：*數(shù)據(jù)采集模塊：功能：負責(zé)采集來自各類傳感器的原始數(shù)據(jù)，如生理信號（心率、肌電）、運動參數(shù)（加速度、角度）、環(huán)境參數(shù)（溫度、濕度）。關(guān)鍵技術(shù)：選擇合適的傳感器類型和規(guī)格；設(shè)計信號調(diào)理電路（放大、濾波）；設(shè)計低功耗采集策略。設(shè)計考慮：傳感器選型需考慮量程、精度、功耗、尺寸、環(huán)境適應(yīng)性；接口設(shè)計需標準化。*數(shù)據(jù)處理與存儲模塊：功能：對接收到的原始數(shù)據(jù)進行預(yù)處理（濾波、去噪）、特征提取（如頻率域特征、時域統(tǒng)計量）、狀態(tài)識別（如運動模式、疲勞度評估）、數(shù)據(jù)融合（若有多源數(shù)據(jù)）。進行本地決策或數(shù)據(jù)壓縮。存儲處理后的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。關(guān)鍵技術(shù)：嵌入式處理器/SoC選型；實時信號處理算法；機器學(xué)習(xí)/統(tǒng)計模型算法；數(shù)據(jù)存儲格式與管理。設(shè)計考慮：處理算法需滿足實時性要求；算法精度影響系統(tǒng)價值；存儲容量需滿足需求，并考慮功耗和擦寫壽命。*無線通信模塊：功能：負責(zé)將處理后的數(shù)據(jù)或原始數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備（如運動員手機App、教練端、云端平臺）。關(guān)鍵技術(shù)：選擇合適的無線通信技術(shù)（如藍牙低功耗用于短距離交互，Wi-Fi用于數(shù)據(jù)上傳，LPWAN用于遠距離或多節(jié)點場景）；設(shè)計通信協(xié)議（如MQTT）