計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)在網(wǎng)球訓(xùn)練中的應(yīng)用研究

引 言

目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有網(wǎng)球發(fā)球機(jī)大部分沒(méi)有智能控制功能， 部分國(guó)外先進(jìn)的網(wǎng)球發(fā)球機(jī)雖有簡(jiǎn)單的智能控制，但不能進(jìn)行人機(jī)互動(dòng) ；只能進(jìn)行單一技戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練和動(dòng)作強(qiáng)化訓(xùn)練，也無(wú)法同步實(shí)現(xiàn)對(duì)訓(xùn)練對(duì)象的訓(xùn)練效果的反饋與評(píng)價(jià)；更不可能實(shí)現(xiàn)對(duì)某些高水平球員的技戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行有效的針對(duì)性訓(xùn)練。這樣的發(fā)球機(jī)對(duì)于高級(jí)水平網(wǎng)球選手的訓(xùn)練效果很不理想。隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展、不斷創(chuàng)新，計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)在提高體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練效果中，已顯得愈發(fā)重要，計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)在體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中的應(yīng)用，在二十一世紀(jì)已然成為不可分割的一部分。

本文研究的目的是應(yīng)用最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)，使用計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)的通訊，也就是上位機(jī)與下位機(jī)的通訊，從而達(dá)到網(wǎng)球發(fā)球機(jī)的可隨機(jī)控制性和智能性，模擬出各世界級(jí)球員擊球的技戰(zhàn)術(shù)套路 ；再運(yùn)用遙感測(cè)控技術(shù)對(duì)參訓(xùn)對(duì)象的擊球效果進(jìn)行及時(shí)的反饋與評(píng)價(jià)，從而提高網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練水平， 提升網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員的比賽能力。

1 新型智能網(wǎng)球發(fā)球機(jī)的開(kāi)發(fā)原理

1.1 計(jì)算機(jī)技術(shù)與智能化體育設(shè)備的研制路線和系統(tǒng)組成

本研究的設(shè)計(jì)原則是使所研制的智能化體育設(shè)備具有科學(xué)性、先進(jìn)性、智能性、完備性和實(shí)用性。該計(jì)算機(jī)技術(shù)與智能化體育設(shè)備的研制路線和系統(tǒng)組成如圖 1 所示。

1.2 硬件設(shè)備

本系統(tǒng)在最初的設(shè)計(jì)原則中就確定了其必須考慮到既能適用于廣大體育愛(ài)好者，又能保持其先進(jìn)性，確保其能在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)因計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展而被淘汰。因此，我們?cè)谥悄芑w育設(shè)備（網(wǎng)球發(fā)球機(jī)）里面安裝有一片微處理器芯片——單片機(jī)，也就是整個(gè)系統(tǒng)的下位機(jī)控制系統(tǒng)，通過(guò)這片單片機(jī)可分別控制網(wǎng)球發(fā)球機(jī)兩個(gè)發(fā)球輪電機(jī)的轉(zhuǎn)速、發(fā)球輪角度等，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)球發(fā)球機(jī)的發(fā)球速度、頻率、方向以及上旋和下旋等，同時(shí)采用雙發(fā)球機(jī)聯(lián)控技術(shù)可實(shí)現(xiàn)線路變化。在單片機(jī)的外圍也可安裝一些特殊傳感器，通過(guò)傳感器采集到的發(fā)球和擊球信號(hào)傳輸給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后再通過(guò)液晶顯示器顯示。單片機(jī)也可經(jīng)RS 232 芯片與上位機(jī)也就是計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，即網(wǎng)球發(fā)球機(jī)控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，從而達(dá)到計(jì)算機(jī)控制的效果，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)及智能化。其工作過(guò)程如下：教練在系統(tǒng)上位機(jī)中設(shè)計(jì)訓(xùn)練規(guī)劃，由計(jì)算機(jī)通訊把數(shù)據(jù)下載到網(wǎng)球發(fā)球機(jī)的控制系統(tǒng)單片機(jī)，網(wǎng)球發(fā)球機(jī)根據(jù)控制指令，以不同發(fā)球速度、線路、頻率、方向以及上旋和下旋等發(fā)出一組（6 ～12 個(gè)）球， 球的落點(diǎn)、線路、旋轉(zhuǎn)都是按照教練的訓(xùn)練規(guī)劃執(zhí)行的。圖 2 所示是計(jì)算機(jī)智能化體育設(shè)備圖。

1.3 軟件系統(tǒng) 

此軟件系統(tǒng)是以 Windows 系統(tǒng)作為平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上搭 建 VB 軟件操作界面，應(yīng)用計(jì)算機(jī)串口通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了體育 設(shè)備（網(wǎng)球發(fā)球機(jī)）的高智能化。利用 VB 軟件中的 mscomm 控件對(duì)下位機(jī)——網(wǎng)球發(fā)球機(jī)進(jìn)行通訊，數(shù)據(jù)交換，在編程 之前，首先確定通訊協(xié)議。將網(wǎng)球發(fā)球機(jī)的發(fā)球速度、頻率、 方向以及上旋和下旋等參數(shù)預(yù)先放置在計(jì)算機(jī)里，在訓(xùn)練過(guò) 程中通過(guò)在計(jì)算機(jī)中輸入對(duì)應(yīng)于訓(xùn)練要求的相對(duì)應(yīng)指令，然 后將參數(shù)通過(guò)串口傳輸給網(wǎng)球發(fā)球機(jī)，使網(wǎng)球發(fā)球機(jī)處理計(jì) 算機(jī)傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，發(fā)球機(jī)開(kāi)始執(zhí)行教練員的此次訓(xùn)練指 令，發(fā)球機(jī)將依次發(fā)出直線、斜線、底線球、淺球等不同的 線路，同時(shí)球也有上旋、下旋、左旋、右旋等不同的旋轉(zhuǎn)和 節(jié)奏。軟件系統(tǒng)的控制界面（即人機(jī)界面）操作非常簡(jiǎn)單，如 圖 3、圖 4 所示，圖 3 是選擇組數(shù)對(duì)話界面，教練員可以通過(guò) 鼠標(biāo)點(diǎn)擊若干個(gè)組號(hào)，每次鼠標(biāo)點(diǎn)擊組號(hào)時(shí)會(huì)彈出一個(gè)顯示發(fā) 球機(jī)該組球的出球狀態(tài)、節(jié)奏和線路的對(duì)話界面。如圖 4 所示， 在圖4界面里可以設(shè)計(jì)每一球的落點(diǎn)、上旋和下旋等技術(shù)參數(shù)， 被選中的組號(hào)自動(dòng)按鼠標(biāo)點(diǎn)擊的順序排列，最后點(diǎn)擊發(fā)送框， 教練員的訓(xùn)練計(jì)劃就傳送到發(fā)球機(jī)的控制系統(tǒng)中，斷開(kāi)數(shù)據(jù) 連接線打開(kāi)發(fā)球機(jī)的運(yùn)行開(kāi)關(guān)，發(fā)球機(jī)就會(huì)按照教練員的訓(xùn) 練計(jì)劃將球依次發(fā)出。

根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練，每個(gè)運(yùn)動(dòng)員都有自 己的特點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)模擬網(wǎng)球場(chǎng)地，根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的特長(zhǎng)設(shè) 計(jì)訓(xùn)練計(jì)劃，每組 6 ～ 12 個(gè)球，直線、斜線、底線球、淺球 等不同的線路和落點(diǎn)，同時(shí)球也有上旋、下旋、左旋、右旋 等不同的旋轉(zhuǎn)和節(jié)奏，最多連續(xù) 32 組，組與組之間不同（也 可以相同）而且節(jié)奏有不規(guī)律變化。

2 計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)在網(wǎng)球訓(xùn)練中的應(yīng)用

2.1 利用計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)，可以模擬出不同優(yōu)秀球員的擊球技戰(zhàn)術(shù)特點(diǎn)和套路，使訓(xùn)練者對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的適應(yīng)訓(xùn)練

比賽是檢驗(yàn)教學(xué)與訓(xùn)練效果的最佳方式，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員需要長(zhǎng)期參加很多次不同層次的比賽，才能豐富比賽的經(jīng)驗(yàn)和提升比賽的能力。中國(guó)女子網(wǎng)球在短時(shí)間的異軍突起，主要因素就是參加了大量國(guó)際性的網(wǎng)球比賽，在比賽中適應(yīng)各球員不同的打發(fā)特點(diǎn)。但是參加大量的國(guó)際網(wǎng)球賽，需要大量的資金投入。利用計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同球員的模擬訓(xùn)練，從而達(dá)到節(jié)省比賽費(fèi)用，提升網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員的比賽適應(yīng)能力的目的。

首先對(duì)優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員（例如費(fèi)德勒、納達(dá)爾等）在比賽中的擊球進(jìn)行視頻解析，得出其擊球的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速和方向、飛行弧線、平移速度、落點(diǎn)、節(jié)奏頻率等數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)中， 使用操作系統(tǒng)對(duì)新型智能網(wǎng)球發(fā)球機(jī)發(fā)布指令，使其出球效果盡可能的接近真實(shí)的參照隊(duì)員。這樣運(yùn)動(dòng)員足不出戶就能與世界優(yōu)秀的網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練和比賽。

2.2 通過(guò)計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，發(fā)揮教練員的主觀能動(dòng)性，對(duì)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行有效的針對(duì)性訓(xùn)練

首先，教練員可以利用計(jì)算機(jī)，把多種訓(xùn)練方法、模式進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，然后對(duì)智能網(wǎng)球發(fā)球機(jī)發(fā)布指令，使其出球達(dá)到教練員的設(shè)計(jì)效果，對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行有針對(duì)性的強(qiáng)化訓(xùn)練，以達(dá)到彌補(bǔ)運(yùn)動(dòng)員的劣勢(shì)技術(shù)，強(qiáng)化其優(yōu)勢(shì)技術(shù)的目的。

其次，教練員也可以即時(shí)遙控智能網(wǎng)球發(fā)球機(jī)，通過(guò)對(duì)鍵盤(pán)或遙控鍵的操控，根據(jù)隊(duì)員場(chǎng)上的位置，對(duì)智能網(wǎng)球發(fā)球機(jī)發(fā)布指令，智能網(wǎng)球發(fā)球機(jī)就猶如一個(gè)高水平的網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員和隊(duì)員在球場(chǎng)上對(duì)打，象“打電子游戲”一樣，用教練員的意念對(duì)運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行訓(xùn)練和比賽。

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)在其它領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。我們通過(guò)研究和借用計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)，把這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)球訓(xùn)練中，可以模擬出不同優(yōu)秀球員的擊球技戰(zhàn)術(shù)特點(diǎn)和套路，使訓(xùn)練者對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的適應(yīng)訓(xùn)練 ；可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，發(fā)揮教練員的主觀能動(dòng)性，對(duì)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行有效的針對(duì)性訓(xùn)練 ；可以迅速計(jì)算出訓(xùn)練隊(duì)員的擊球速度、線路 和落點(diǎn)等技術(shù)參數(shù)，并及時(shí)反饋給教練員，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)訓(xùn)練隊(duì) 員進(jìn)行及時(shí)、有效的評(píng)價(jià)和指導(dǎo)。 

所以計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)球訓(xùn)練中，將會(huì)大幅 提高網(wǎng)球訓(xùn)練水平和訓(xùn)練效率，為我國(guó)網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)水平的提高做 出貢獻(xiàn)。