院校體能體格測(cè)試管理系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

◆翟 翔 葉 雯

院校體能體格測(cè)試管理系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

◆翟 翔 葉 雯

（中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)海警學(xué)院 浙江 315800）

隨著信息化建設(shè)的不斷發(fā)展，開發(fā)相關(guān)應(yīng)用來(lái)滿足院校體能體格測(cè)試管理需求已成必然趨勢(shì)。通過(guò)開發(fā)MVC模式的Java web實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)的多端成績(jī)共享、數(shù)據(jù)交互，通過(guò)數(shù)據(jù)可視化和數(shù)據(jù)挖掘?yàn)橛脩籼峁┹o助決策，有效提升了院校體能體格測(cè)試管理的信息化、科學(xué)化、網(wǎng)絡(luò)化程度。

MVC；AJAX；數(shù)據(jù)挖掘

傳統(tǒng)的體能體格測(cè)試管理測(cè)試流程不規(guī)范，相關(guān)測(cè)試信息留存不足，測(cè)試成績(jī)沒(méi)有系統(tǒng)化的分析處理，成績(jī)登記文件管理煩瑣，查詢個(gè)人成績(jī)難度大。通過(guò)輕型Java web的開發(fā)能夠有效消除以上弊端，減輕管理負(fù)擔(dān)，建立標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的成績(jī)分析評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)綜合管理、智能化管理。

1 功能模塊的劃分

通過(guò)對(duì)實(shí)際管理需求的考量，將系統(tǒng)主要?jiǎng)澐譃橛脩裟K、成績(jī)CRUD模塊、成績(jī)分析處理模塊。用戶模塊承擔(dān)著用戶的注冊(cè)、管理、登錄、登出等功能，成績(jī)CRUD模塊承擔(dān)成績(jī)的錄入、查詢、更新、刪除等功能，成績(jī)分析處理模塊通過(guò)對(duì)成績(jī)數(shù)據(jù)的可視化和數(shù)據(jù)挖掘，為用戶提供科學(xué)的統(tǒng)計(jì)、預(yù)測(cè)、決策輔助功能。各個(gè)功能模塊相互獨(dú)立，在功能實(shí)現(xiàn)中存在耦合，內(nèi)部數(shù)據(jù)具有共享性。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的核心，有效規(guī)劃字段和數(shù)據(jù)類型為功能實(shí)現(xiàn)和信息的流轉(zhuǎn)奠定了基礎(chǔ)。在系統(tǒng)中共有用戶、單位、用戶類別、測(cè)試類別、測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試成績(jī)、管理員7個(gè)實(shí)體數(shù)據(jù)表，3個(gè)實(shí)體關(guān)系映射表，每個(gè)實(shí)體都對(duì)應(yīng)著數(shù)個(gè)屬性。實(shí)體之間關(guān)系有一對(duì)一聯(lián)系、多對(duì)一聯(lián)系、多對(duì)多聯(lián)系三種范式。以Role和User映射數(shù)據(jù)表為例，該表為一個(gè)關(guān)系表，如果將ROLE ID直接放在用戶數(shù)據(jù)表中就無(wú)法實(shí)現(xiàn)Role和User的（M：N）多對(duì)多范式，通過(guò)映射關(guān)系表的建立，一個(gè)人員可以擁有多種身份，一個(gè)身份也可以賦給多個(gè)人員。

3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

MVC思想是將一個(gè)應(yīng)用分成三個(gè)部分，Model（模型）、View（視圖）、Controller（控制器），三個(gè)部分協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了各層之間的低耦合和可移植拓展性。在本系統(tǒng)中，通過(guò)Springboot整合SSM框架，使用Maven項(xiàng)目統(tǒng)一管理jar包，將項(xiàng)目開發(fā)和管理過(guò)程抽象成一個(gè)項(xiàng)目對(duì)象模型，簡(jiǎn)化開發(fā)過(guò)程。系統(tǒng)前端采用Html整合Thymeleaf實(shí)現(xiàn)頁(yè)面渲染，Js實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)效果。系統(tǒng)后端主要分為四層，DAO層承擔(dān)與數(shù)據(jù)庫(kù)的功能交互，Domain層實(shí)體化數(shù)據(jù)表，提供數(shù)據(jù)表操作的成員方法，Service層負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)模塊和邏輯應(yīng)用設(shè)計(jì)，Controller層負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)模塊流程控制?？刂茖诱{(diào)用服務(wù)層的方法，服務(wù)層調(diào)用數(shù)據(jù)訪問(wèn)層的方法，調(diào)用參數(shù)使用Entity進(jìn)行傳遞。

3.1 用戶注冊(cè)、登錄的實(shí)現(xiàn)

用戶的注冊(cè)、登錄功能代表著系統(tǒng)的入口，主要負(fù)責(zé)對(duì)用戶的信息匹配驗(yàn)證，通過(guò)隨機(jī)驗(yàn)證碼來(lái)防止暴力登錄。視圖層為用戶提供基本的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)功能，檢驗(yàn)用戶名、密碼、驗(yàn)證碼是否為空。信息校驗(yàn)由web發(fā)出請(qǐng)求→控制層接收控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)向→service驗(yàn)證數(shù)據(jù)正確性→dao層定義數(shù)據(jù)獲取方法→domain層存入、讀取數(shù)據(jù)。通過(guò)Ajax請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)前段和數(shù)據(jù)庫(kù)的交互，交互方法為POST，交互數(shù)據(jù)為“codekey：用戶名、密碼、驗(yàn)證碼”，數(shù)據(jù)校驗(yàn)成功后根據(jù)控制器指令進(jìn)入index.html，校驗(yàn)失敗進(jìn)入login頁(yè)面并刷新驗(yàn)證碼。驗(yàn)證碼主要由控制器執(zhí)行文件產(chǎn)生，存入Redis數(shù)據(jù)庫(kù)后，與codekey進(jìn)行校驗(yàn)，在HTML頁(yè)面中加入驗(yàn)證碼視圖，單擊更新。

Ajax向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求需要三個(gè)參數(shù)，分別為定義發(fā)送請(qǐng)求使用的方法、規(guī)定服務(wù)端腳本的URL、規(guī)定應(yīng)當(dāng)對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行異步處理。和傳統(tǒng)JS不同的是，Ajax只進(jìn)行數(shù)據(jù)內(nèi)容的請(qǐng)求，不加載整個(gè)頁(yè)面，提高數(shù)據(jù)處理與反饋速度，減輕服務(wù)器負(fù)擔(dān)。

用戶注冊(cè)功能實(shí)現(xiàn)同用戶登錄基本一致，區(qū)別的是服務(wù)層對(duì)數(shù)據(jù)處理的業(yè)務(wù)邏輯不一樣。

3.2 用戶管理的實(shí)現(xiàn)

管理員模塊的成員管理采用基于角色的權(quán)限訪問(wèn)控制RBAC，將權(quán)限和人員類別建立映射關(guān)系，給用戶授予角色（人員類別）從而獲得該角色的權(quán)限，變更用戶的角色以變更其權(quán)限內(nèi)容，通過(guò)建立Role和User映射數(shù)據(jù)表來(lái)實(shí)現(xiàn)。

用戶管理功能通過(guò)創(chuàng)建服務(wù)層接口并定義實(shí)現(xiàn)方法，創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的Controller并提供Ajax請(qǐng)求的地址，創(chuàng)建js，具體化Ajax請(qǐng)求。對(duì)于用戶有效性狀態(tài)的控制使用checkbox來(lái)實(shí)現(xiàn)，在js中實(shí)現(xiàn)控制狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

系統(tǒng)采用組織關(guān)系樹來(lái)表達(dá)人員的組織結(jié)構(gòu)關(guān)系，在添加用戶單位時(shí)，增加上級(jí)單位ID屬性，ID為NULL時(shí)表示該單位為首級(jí)單位。樹形結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的拼裝既可通過(guò)jsTree跨瀏覽器樹控件實(shí)現(xiàn)，也可通過(guò)Service層遞歸算法實(shí)現(xiàn)，由Domain層承擔(dān)數(shù)據(jù)的獲取。

3.3 測(cè)試信息CRUD的實(shí)現(xiàn)

測(cè)試信息包括測(cè)試類別、項(xiàng)目、成績(jī)、測(cè)試人、時(shí)間、地點(diǎn)、備注、測(cè)試編號(hào)。測(cè)試信息CRUD既面向管理員又面向用戶，數(shù)據(jù)管理員承擔(dān)著錄入、更新測(cè)試信息的任務(wù)，用戶通過(guò)該模塊實(shí)現(xiàn)成績(jī)查詢功能。用戶發(fā)出成績(jī)CRUD請(qǐng)求后，控制器根據(jù)請(qǐng)求尋找Service接口，在Impl中對(duì)實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行定義，調(diào)用Dao層實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)，采用Service層接口+實(shí)現(xiàn)類更有助于“松耦合”，業(yè)務(wù)邏輯更加便于拓展。

在本模塊，控制層提供了5個(gè)控制器，分別為修改成績(jī)、查詢個(gè)人全部成績(jī)、查詢當(dāng)前用戶全部成績(jī)統(tǒng)計(jì)信息、查詢指定項(xiàng)目成績(jī)信息、查詢所有用戶指定項(xiàng)目所有成績(jī)。服務(wù)層為成績(jī)查詢提供了根據(jù)用戶id和測(cè)試項(xiàng)目id進(jìn)行查詢，根據(jù)用戶id和測(cè)試類別id進(jìn)行查詢，根據(jù)用戶id查詢總成績(jī)、全部成績(jī)、均分、排名6個(gè)實(shí)現(xiàn)接口并在實(shí)現(xiàn)類中逐個(gè)定義方法。數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)層提供了1個(gè)按用戶檢索個(gè)人總分的方法。進(jìn)而，在功能上用戶整合了多種查詢信息的方式，包括簡(jiǎn)單查詢、模糊查詢、索引查詢、關(guān)聯(lián)查詢、子查詢等多種查詢方式。

3.4 數(shù)據(jù)分析處理的實(shí)現(xiàn)

可視化分析通過(guò)折線圖來(lái)反映個(gè)人成績(jī)變化趨勢(shì)，通過(guò)餅狀圖來(lái)反映整體測(cè)試成績(jī)分布，通過(guò)散點(diǎn)圖反映整體體格分布。采用Highcharts圖表庫(kù)來(lái)為應(yīng)用添加交互性圖表，通過(guò)Ajax加載數(shù)據(jù)，在圖表配置中需實(shí)例化綁定容器，可以通過(guò)構(gòu)造函數(shù)、chart.renderTo指定、jQuery插件的形式調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)列配置是功能實(shí)現(xiàn)的核心，數(shù)據(jù)列中的數(shù)據(jù)數(shù)組通過(guò)交互加載的數(shù)值數(shù)組來(lái)定義，在實(shí)例化配置中，可以配置在plotOptions.series中針對(duì)所有類型圖表有效，配置在plotOptions中針對(duì)指定圖表類型有效，配置在series中針對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)列有效，三種方式權(quán)重依次遞增，配置在series的屬性會(huì)覆蓋plotOptions的屬性。

數(shù)據(jù)挖掘通過(guò)關(guān)聯(lián)規(guī)則來(lái)反映數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系和特征，如體能測(cè)試項(xiàng)目成績(jī)是否和性別、人員類型、所在單位存在關(guān)聯(lián)，是否項(xiàng)目與項(xiàng)目之間存在關(guān)聯(lián)等。

首先要進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇和預(yù)處理，將文本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，去量綱，將數(shù)據(jù)歸一化處理，去除字段間大小不均衡帶來(lái)的影響。其次采用Apriori算法計(jì)算頻繁項(xiàng)集，逐層迭代由第N相集計(jì)算出第N+1相集。

最后對(duì)頻繁項(xiàng)集展開置信度分析，數(shù)學(xué)方法為：

并開展結(jié)果分析和評(píng)估。如400米短跑成績(jī)優(yōu)異的人員，其400米游泳成績(jī)也較為優(yōu)異，在后期計(jì)劃中，可以將二者合并訓(xùn)練，起到輔助決策的作用。

XGBoost回歸模型算法框架相對(duì)傳統(tǒng)的梯度提升決策樹算法做了很多改進(jìn)，可以通過(guò)XGBoost回歸模型算法來(lái)預(yù)測(cè)成績(jī)動(dòng)態(tài)，實(shí)現(xiàn)成績(jī)預(yù)警和反饋機(jī)制，通過(guò)系統(tǒng)的外部接口實(shí)現(xiàn)框架的運(yùn)用。

4 結(jié)語(yǔ)

院校體能體格測(cè)試管理系統(tǒng)充分考慮實(shí)際需求，以輕量Java web來(lái)實(shí)現(xiàn)高效管理，建立標(biāo)準(zhǔn)的人員類別與功能權(quán)限的映射關(guān)系。通過(guò)MVC式架構(gòu)，更便于日后的功能擴(kuò)展和業(yè)務(wù)邏輯的整合。通過(guò)可視化和數(shù)據(jù)挖掘，建立統(tǒng)一的成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)體系，起到?jīng)Q策輔助、綜合管理作用。

[1]閆金奎.基于數(shù)據(jù)挖掘的高校學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].天津大學(xué)，2016.

[2]趙陽(yáng).某高職院校學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].山東大學(xué)，2012.