2025年大学《智能体育工程》专业题库—— 智能穿戴设备在运动监测中的应用.docxVIP

2025年大学《智能体育工程》专业题库——智能穿戴设备在运动监测中的应用

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、简答题（每题6分，共30分）

1.简述光学心率传感器（PPG/PPH）测量心率的原理及其主要优缺点。

2.在运动监测中，加速度计和陀螺仪各自主要测量哪些物理量？它们在步态分析和运动姿态识别中分别起到什么作用？

3.解释什么是传感器数据融合，并列举至少两种在运动监测中融合不同类型传感器数据的场景及其意义。

4.运动生理学中常用的“无氧阈”可以通过智能穿戴设备监测到的哪些生理参数间接估算？简述其基本原理。

5.针对智能穿戴设备在竞技体育训练中的应用，分析其可能带来的至少三个具体价值。

二、论述题（每题10分，共20分）

6.结合具体应用场景，论述在运动监测数据分析中，数据预处理（如滤波、去噪）的重要性，并简述一种常用的滤波方法及其作用。

7.现代智能穿戴设备通常包含硬件、软件、云平台和移动应用等多个部分。请论述这些组成部分如何协同工作，以实现一个完整的运动监测与反馈流程。

三、分析题（每题10分，共20分）

8.假设某款智能手环宣传具备精准的跑步姿态识别功能，并能根据识别结果提供实时姿态调整建议。请分析实现这一功能可能涉及的关键技术环节，并探讨其面临的主要技术挑战。

9.在进行长时间户外运动（如马拉松）监测时，用户可能同时关注速度、心率、步频和GPS轨迹等数据。请分析这些数据之间可能存在的关联性，并说明综合分析这些数据对提升运动表现和保障安全的潜在价值。

试卷答案

一、简答题

1.答案：光学心率传感器（PPG/PPH）通过发射光（通常是红外光或绿光）照射到人体组织，利用血液中脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白对光的吸收率差异进行检测。通过测量光信号在组织中的透射或反射变化，计算出血红蛋白浓度的变化率，从而推算出心率。优点：无创、易于集成、成本相对较低；缺点：易受皮肤颜色、肤色、运动状态、传感器佩戴位置和压力等因素影响，测量精度可能不如有创方式。

解析思路：考察对光学心率原理的基本理解。需要答出其利用的光学原理（不同血红蛋白对光吸收不同）、测量对象（血氧饱和度和心率相关变化）、基本工作方式（发光-探测-计算），并能够列出其主要的优势和局限性。

2.答案：加速度计主要测量三维空间内的线性加速度（包括重力加速度和运动加速度）。陀螺仪主要测量三维空间内的角速度（旋转速率）。在步态分析中，加速度计通过检测步态周期内的加速度变化（如触地冲击、摆动期）来计算步频、步幅等参数。陀螺仪通过检测身体姿态的角速度变化来辅助识别步态阶段、分析步态稳定性或检测运动中的姿态变化。

解析思路：考察对核心传感器的测量参数和功能的区分。需要明确回答各自测量的物理量，并能结合具体应用（步态分析）说明其作用，体现对传感器应用的理解。

3.答案：传感器数据融合是指将来自多个不同类型或位置的传感器的数据进行组合或集成，以获得比单一传感器数据更准确、更完整、更可靠的信息。在运动监测中，融合场景包括：融合GPS和加速度计数据以提高室内或低信号环境下位置和运动状态的监测精度；融合心率、呼吸率和肌电信号数据以更全面地评估运动员的运动强度和疲劳状态；融合IMU和视觉传感器数据进行更精确的姿态估计。

解析思路：考察对数据融合概念的理解及其在运动监测中的具体应用。需要定义数据融合，并列举至少两个有说服力的融合场景，并简述融合的意义（如提高精度、完整性等）。

4.答案：可以通过监测到的最大心率（HRmax）、无氧阈心率（AT）或血乳酸浓度相关指标（间接）来间接估算无氧阈。其基本原理是：在递增负荷运动中，心率随着运动强度的增加而升高。当运动强度达到无氧阈时，心率上升的速率（斜率）会发生显著变化（通常变陡）；同时，血乳酸开始快速积累。智能穿戴设备通过连续监测心率，结合算法模型（如卡氏公式或基于特定运动测试数据的个体化模型），可以估算出无氧阈强度对应的心率区间。

解析思路：考察对无氧阈概念及其监测方法的了解。需要答出可监测的生理参数（心率是直接指标，血乳酸是间接指标），并解释心率变化模式与无氧阈的关系，最后说明智能穿戴设备如何利用这些信息和算法进行估算。

5.答案：智能穿戴设备在竞技体育训练中的价值包括：提供客观、连续的运动数据（如心率区间分布、速度、步频、姿态参数），帮助教练精确评估运动员的训练负荷和强度，科学制定和调整训练计划；通过实时监测和反馈（如心率过高/过低提醒、姿态错误提示），帮助运动员及时调整技术动作，提升技术动作的规范化程度；记录长期训练数据，进行纵向比较分析，追踪运动员的竞技状态变化和成长轨迹；用于运动员健康管理，监测恢