体育系统工程研究

　　1  体育系统工程理论与方法

　　1.1  体育系统工程概述

　　    体育系统工程是指从系统的观点出发，多学科的思考问题，应用系统理论和工程方法去研究、解决和处理体育系统中的各种系统问题，以实现体育系统目标整体最优化的一种科学方法。他的研究对象是各种各类具体的体育系统。研究思想是以计算机辅助的定性和定量相结合为主。对体育系统进行分析、规划、仿真、评价、决策等名研究目标是通过规划和协调体育系统各要素之间的关系，来组织系统的层次结构和网络结构，使其系统内的各要素按照总体最优为原则，实现整体最优化。

　　    从其学科特点来讲，体育系统工程既是一门综合性学科，也是一门应用性学科，更是研究和解决体育系统复杂性问题的学科。他的发展大体上可以划分为四个阶段：第一阶段为70年代中至80年代末的起步阶段，主要以理论与方法引进为主；第二阶段为1989年—1990年的应用阶段，其标志性应用是11届亚运会的组织管理；第三阶段为1991年—1993年的迅速发展阶段，其标志是体育系统工程被广泛的应用到各类运动会的组织管理中，并掀起了学习和应用系统工程的高潮；第四阶段为1994年至今的广泛深入地研究阶段，体育系统工程作为一个学科正在逐步走向成熟。

　　    体育系统工程的理论基础主要由一般系统论、信息论、控制论、运筹学、计算机科学等。体育系统工程理论与方法主要包括体育系统模型理论与方法、体育系统预测理论与方法、体育系统规划理论与方法、体育系统评价理论与方法、体育系统决策理论与方法、体育系统控制理论与方法、体育系统仿真理论与方法、体育信息系统理论与方法。

　　1.2  体育系统模型理论与方法

　　    体育系统一般是较为复杂的系统，其构成因素众多，因素间的关系较为复杂。这就需要建立一种模型将系统所要研究的问题、系统所涉及的主要因素及其主要关系通过模型反映出来，进而再通过模型的求解反馈到实际问题中来寻找实际问题的解决方案，事实上，体育系统模型是对体育系统的特征及其变化规律的一种表征或者抽象，它反映了系统的本质属性，可以使人们了解要研究的体育实体的本质，并且便于对其进行分析和处理。在实践中，有些体育实体系统很难做试验或根本无法作试验，但是通过模型则可以替代，而有些问题虽然可以做试验，但利用模型则更易于实现和控制，并便于理解。应该说体育系统模型理论与方法较多，本研究主要介绍了体育系统解释结构模型理论与方法、体育系统状态空间模型理论与方法、体育系统线性规划模型理论与方法、体育系统计划网络模型与方法、体育系统灰色模型理论与方法。

　　1.3  体育系统预测理论与方法

　　    预测是计划与决策的前提。在体育系统中，内外环境变化万千，要素错综复杂。因此，在计划和决策前必须先对体育系统进行预测，只有通过预测，把不确定因素的发生、发展及趋势尽可能的确定下来，才能对体育系统作出可靠的超前能动的控制。所谓体育系统预测是指通过对体育系统事件当前状态和发展趋势的把握，而对体育事件未来发展的情况所进行推测、假设和判断。

　　    预测理论与方法很多，据统计至今已有200种以上。自20世纪七、八十年代以来，这些理论与方法不断被移植到体育中来，经过20多年的孕育发展，体育系统预测理论与方法已经自成体系。本研究主要介绍了体育系统特尔非法预测理论与方法、体育系统头脑风暴理论与方法、体育系统移动平均预测理论与方法、体育系统指数平滑预测理论与方法、体育系统趋势外推预测理论与方法、体育系统回归分析模型预测理论与方法、体育系统马尔科夫分析模型预测理论与方法、体育系统灰色模型预测理论与方法、体育系统预测的优选组合预测理论与方法等几种常见的传统预测理论与方法。

　　1.4  体育系统规划理论与方法

　　    规划是为了实现既定方针所必需的目标、政策、程序、规划、任务分配、执行步骤、使用的资源等而制定的综合性计划。一般是指比较长远的分阶段实现的计划。体育系统规划是指在一定时期内，根据社会发展和体育发展的需要，在确定体育发展总目标的同时对体育发展的子目标、相关因素进行必要的划分和分析，并以此为基础提出实现规划目标的合理方法、措施和途径。社会、经济和科技的发展，加速了体育的社会化、国际化和现代化进程。各国都在针对本国的实际和需要制定各自的体育发展规划。例如我国的奥运争光计划和全民健身计划等。本研究主要从规划理论和方法的层面，阐述了体育系统滚动式规划理论与方法、体育系统动力学规划理论与方法、体育系统计划网络理论与方法、体育系统线性规划理论与方法、体育系统非线性规划理论与方法、体育系统整数规划理论与方法、体育系统动态规划理论与方法、体育系统开发与管理规划理论与方法等体育领域中常见的几种规划理论与方法。

　　1.5  体育系统评价理论与方法

　　    目前，体育评价较多的应用于学校体育中，且多集中于研究局部或个别现象，不利于体育系统整体的协调发展。研究认为，应逐步转变体育评价的指导思想，根据评价对象的实际，重视整体和综合评价。体育系统评价是指从系统整体出发对体育系统结构和功能所进行的全面衡量和评价，是解决体育系统中复杂问题的技术。通过体育系统综合评价，可利用评价的导向作用，调整体育系统结构，协调系统内部各构成要素的关系，达到优化组合，为各项决策提供依据，最终促进体育系统的可持续发展。体育系统综合评价的基本理论有效用理论、确定性理论和非确定性理论。本课题主要从理论与方法层面阐述了体育系统层次分析理论与方法、体育系统模糊综合评价理论与方法、KLEE法用于体育系统的评价理论与方法、体育系统综合评价的系统理论与方法等。

　　1.6  体育系统决策理论与方法

　　    体育系统决策是指为实现系统的目标，针对需要解决的问题，从客观实际出发，通过收集、整理体育系统信息、拟定方案、选择方案和实施方案的全过程。目前，体育系统决策研究的深度和广度均不够，实践性较差，在体育实践中，经验决策、定性决策和个体少数人的决策偏多，运用现代决策理论的偏少。本课题重点介绍了体育系统定型决策理论与方法、体育系统随机型决策理论与方法、体育系统非确定型决策理论与方法、体育系统群体决策理论与方法、体育决策支持系统理论与方法等。

　　1.7  体育系统控制理论与方法

　　    体育系统控制是指为保证体育系统的计划、决策、管理等各项任务按预定的目标进行而采取的一系列活动。目前，控制理论与方法在体育系统中的应用还不够深入和广泛，例如，运动训练过程的控制问题上缺乏系统研究，智能控制在体育系统中的应用还比较浅薄等。控制理论与方法比较多，本研究主要是根据体育系统的实际和特点，探讨了体育简单系统无干扰控制、反馈控制、功能模拟控制和黑箱控制理论与方法、体育大系统分散控制和递阶控制理论与方法、体育系统神经网络控制理论与方法、体育系统模糊控制理论与方法、体育专家系统控制理论与方法等体育系统控制的理论与方法。

　　1.8  体育系统仿真理论与方法

　　    体育系统仿真就是通过计算机模拟技术再现和模拟体育教师的教学经验、教练员的训练意图、管理者的组织方案和运动员的训练过程，从而达到对体育系统的解释、分析、预测、组织、评价的一种实验技术科学。他在体育系统中主要可应用于运动训练模拟器研制、人体生物信息监测与计算的可视化、技战术动作的编排演练、大型运动会的组织管理、动作技术优化与创新、体育教学培训等。本研究从宏观层面探讨了体育系统仿真理论与方法。应当指出，体育系统仿真研究刚刚起步，是一种新兴的技术，尚未成熟，有很多理论与方法需要引进和研究。

　　1.9  体育信息系统理论与方法

　　    在体育信息系统中，主要的要素是信息。体育信息系统以加工处理各类体育信息为主。研究认为体育信息系统就是指从系统的观点出发，以电子计算机和通讯技术为手段，运用数学的方法，为人们提供体育信息服务的人机系统。随着信息化社会的到来，我国体育领域对信息系统的研究与应用也与日俱增。本研究主要论述了体育信息系统中数据库技术理论与方法、体育信息系统中计算机网络技术理论与方法，探讨了体育信息系统开发理论与方法，以及体育信息系统开发的组织管理问题。

　　2  体育系统工程实践—应用研究

　　2.1  体能主导项群运动负荷系统仿真系统的开发与应用

　　    本研究综合应用多种系统工程理论与方法，通过建立仿真实验来验证训练计划的合理性和科学性，并对训练效果进行检验、评价、预测和分析的信息系统。

　　    从系统开发上看，因为体育软件系统特有的学科特性，体育系统规划和体育系统模型的理论和方法，对本系统的规划和模型构建有重要作用，是系统开发成功的保证。

　　    从系统流程上看，本系统是应用体育信息技术，通过人机界面对教练员的训练计划、运动员的训练状态数据、科研教练的测量数据 （生理生化数据等）等信息进行采集，并应用数据技术进行存储，形成基本信息库。

　　    对基本信息的处理上采用评价、决策、控制、预测技术，开发了知识库、模糊化器、模糊识别系统和反模糊化器。知识库是整修训练的动态过程，教练员在安排计划时，可不断地根据运动员的情况相应地调整训练参数，预测出运动员未来的运动能力，将其作为参考标准安排运动训练，并不断学习新的规则，及时更新原有规则。知识库的信息通过模糊化器和模糊识别系统将信息进行处理，生成精确的评价信息。反模糊化器将精确信息转化为一组模糊子集的模块，构造出隶属函数，生成仿真数据。

　　    仿真平台就是应用体育系统仿真技术为教练员提供一种模拟运动负荷强度的虚拟现实试验平台，能把仿真数据转化为媒体三维立体动画和虚拟现实环境，为教练员提供直观的训练评价、预测、分析信息。

　　    通过实践应用检验证明，体育仿真技术与其他体育系统工程技术的组合应用，具有明显优势。

　　2.2  体育预测的系统方法论研究及SSPST运动训练预测仿真系统的开发与研制

　　    透过对体育预测方法的梳理、分析，可以看出目前人们对于体育领域内的预测仍然是以定性的研究为主，而定量预测研究主要集中在运动训练的成绩预测上。虽然体育系统中的预测方法已经形成了一套方法体系，但就其研究的对象来说，都是用来解决体育领域中局部的、低层次的问题，达不到“现代科学技术呈现出既高度分化又高度综合的趋势”。本研究对我国体育预测研究的现状特点进行了全面分析，并在此基础上，从方法论的角度提出体育应用科学的预测方法论一一综合集成方法论来指导。在这种系统方法论的指导下，从实践应用性的角度出发，进一步开发研制出SSPST (Simulation System on Prediction of sports Training ）运动训练预测仿真系统。 基于综合集成方法论开发设计的SSPST 运动训练预测仿真系统以其友好的界面、强大的功能设计可实现信息资料集成、模型知识集成、功能集成三个层次，实现科学研究需定性与定量的结合，使运动训练的预测更加准确、更加科学，进而给决策者提供科学地决策依据。

　　2.3  国家皮划艇队训练信息管理平台（CCIMP）开发

　　    国家皮划艇队训练信息管理平台（CCIMP）系统开发是以体育信息系统技术应用为平台，穿插应用了大量体育系统规划、体育系统预测、体育系统评价、体育系统决策、体育系统控制等技术理论与方法。

　　    在系统需求确定后，应用体育系统规划和体育系统模型的理论和方法，对系统作整体规划和模型构建，并对主要功能模块进行系统分析，生成系统规划书。

　　    在系统开发过程中应用体育信息技术为技术主线，通过人—机界面采集运动员、教练员、场地等基本信息、训练计划、测试信息和其他处理后的数据信息，并应用大型网络数据库技术进行存储。

　　    采用评价、决策、控制技术开发了训练评价系统，应用多库协同技术，使KB（知识库）、MB（方法库）、DB（数据库）协同运行，多库一体，形成KS （知识系统），通过训练控制功能系统调用对训练信息数据的处理，可对某一阶段或某运动员的训练效果和负荷进行评价，为运动员、教练员和管理者提供不同的目标服务。

　　    应用灰色预测、决策、控制技术开发了预测系统（成绩预测、伤病预防、竞技状态预测等等），通过封装不同的知识库和推理机对数据信息进行处理，生成解释程序和调度程序，可对运动员竞技状态、成绩、伤病等进行智能预测，辅助教练员更好地抓住规律，有针对性地进行训练。

　　通过实践应用检验证明，CCIMP系统中多种体育系统技术理论和方法的结合应用，能更好的实现皮划艇项目训练科学化。

　　    作者：孙晋海（曲阜师范大学）

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