高校體育器材共享管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊 兵

（渤海大學(xué) 體育學(xué)院，遼寧 錦州121013）

0 引言

體育器材是競技體育和健身鍛煉所使用的各種器械、裝備和用品的總稱，質(zhì)量優(yōu)良的體育器材為提高體育運(yùn)動(dòng)水平創(chuàng)造了必要的物質(zhì)條件.體育器材是學(xué)校開展體育教育的基礎(chǔ)載體和主要教具［1］，體育器材管理是學(xué)校體育工作的重要組成部分，目前高校專門配置體育器材倉庫，由專門人員負(fù)責(zé)管理，購入器材及時(shí)登記入庫，教師上課使用體育器材需要提前預(yù)約，用后及時(shí)歸還入庫.高校體育器材主要服務(wù)于教學(xué)需要，原則上不對(duì)教師或?qū)W生個(gè)人出借，特殊情況必須經(jīng)過管理部門審批，并且嚴(yán)格執(zhí)行借用手續(xù)和賠償制度.高校體育器材種類繁多、規(guī)格各異［2］，但總體數(shù)量不足，管理上存在很多弊端，又受到器材倉庫偏遠(yuǎn)或借還審批手續(xù)繁瑣等因素制約，很多體育器材大部分時(shí)間閑置在體育器材倉庫，并沒有產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，沒有為廣大師生體育鍛煉服務(wù)，實(shí)質(zhì)上是資源的巨大浪費(fèi).這些體育器材需要保養(yǎng)、維修和更新，僅僅依靠學(xué)校撥款經(jīng)費(fèi)難以為繼，亟待新的管理模式破解這一難題.

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，共享經(jīng)濟(jì)改變著人們的生產(chǎn)和生活方式，從共享產(chǎn)品到共享服務(wù)再到共享技能，眾多共享模式產(chǎn)品如雨后春筍般破土而出，為高校體育器材管理提供了全新的思路.通過體育器材共享，最大限度地發(fā)揮體育器材的作用，為廣大師生創(chuàng)設(shè)更多參與體育運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)，豐富課外活動(dòng)，培養(yǎng)運(yùn)動(dòng)興趣，掌握運(yùn)動(dòng)技能，促進(jìn)終身體育運(yùn)動(dòng)意識(shí)形成［3］.開發(fā)體育器材共享管理系統(tǒng)，建設(shè)體育器材共享業(yè)務(wù)網(wǎng)點(diǎn)，用戶通過手機(jī)App線上操作，想要鍛煉的師生能夠輕易地獲取體育器材，讓運(yùn)動(dòng)變得方便快捷，同時(shí)為愛好運(yùn)動(dòng)的人們提供社交平臺(tái).通過體育器材共享管理系統(tǒng)，不僅使高校的體育器材得到有效利用，師生個(gè)人的體育器材也可以實(shí)現(xiàn)共享，讓更多人受益.共享經(jīng)濟(jì)需要以信息技術(shù)為支撐的共享平臺(tái)，本文基于軟件工程的思想和方法展開研究，助力高校體育器共享的應(yīng)用和推廣.

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

架構(gòu)是關(guān)于軟件整體結(jié)構(gòu)與組件的抽象描述，是實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ).分層架構(gòu)是目前廣泛使用的架構(gòu)模式，每一層都有著特定的角色和職能，實(shí)現(xiàn)了低耦合和高內(nèi)聚，降低了層內(nèi)變化成本，提高了部署的靈活性.Jeesite是在Spring Framework基礎(chǔ)上搭建的Java基礎(chǔ)開發(fā)平臺(tái)，集成主流JavaEE開發(fā)框架的優(yōu)勢(shì)，充分利用JavaEE成熟的第三方工具，顯著提高開發(fā)效率和質(zhì)量.本系統(tǒng)基于Jeesite平臺(tái)設(shè)計(jì)的分層架構(gòu)由表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層構(gòu)成，如圖1所示［4-5］.

對(duì)于圖1所示的高校體育器材共享管理系統(tǒng)架構(gòu)，簡要說明如下：表示層，展現(xiàn)給用戶的操作界面，面向用戶提供人機(jī)交互功能，需要為用戶提供良好的操作體驗(yàn)；本系統(tǒng)的表示層包括電腦端和手機(jī)端兩類，Jeesite平臺(tái)提供了電腦端頁面顯示框架Twitter Bootstrap和移動(dòng)WebApp框架Jingle，同時(shí)客戶端驗(yàn)證框架JQuery Validation Plugin減輕服務(wù)端負(fù)載.業(yè)務(wù)邏輯層，體現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)的核心價(jià)值部分，架構(gòu)起表示層和數(shù)據(jù)訪問層之間的橋梁，將用戶請(qǐng)求轉(zhuǎn)變?yōu)樾枰慕Y(jié)果，方便用戶與存儲(chǔ)之間的數(shù)據(jù)交互；Jeesite平臺(tái)提供了若干業(yè)務(wù)邏輯層的實(shí)施框架，其中，核心框架Spring Framework使得應(yīng)用程序組建更加快捷，工作流引擎框架Activiti適用于流程性很強(qiáng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng).數(shù)據(jù)訪問層，用于完成對(duì)數(shù)據(jù)庫的集成統(tǒng)一化訪問，解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)訪問類和SQL語句的弊端，本系統(tǒng)使用Jeesite平臺(tái)提供的持久層框架MyBatis，同時(shí)使用數(shù)據(jù)庫連接池Alibaba Druid解決頻繁連接操作占用較多系統(tǒng)資源的問題.

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

功能設(shè)計(jì)在軟件生命周期中屬于概要設(shè)計(jì)范疇，是基于整體框架的模塊化設(shè)計(jì)，為用戶提供清晰的可操作性功能，在邏輯上將系統(tǒng)分割成為多個(gè)模塊，降低模塊之間以及與外部環(huán)境之間接口的復(fù)雜性，便于每個(gè)模塊獨(dú)立編程實(shí)現(xiàn)［6］.本系統(tǒng)主要為三類用戶服務(wù)，分別是器材管理員、學(xué)校師生和器材管理部門［7-9］.基于模塊化和獨(dú)立性的設(shè)計(jì)思想，將系統(tǒng)功能劃分為會(huì)員管理子系統(tǒng)、器材管理子系統(tǒng)、業(yè)務(wù)辦理子系統(tǒng)、手機(jī)端借用子系統(tǒng)、留言評(píng)價(jià)子系統(tǒng)和統(tǒng)計(jì)報(bào)表子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)又包含若干個(gè)實(shí)現(xiàn)具體功能的模塊，功能設(shè)計(jì)結(jié)果如圖2所示.

對(duì)于圖2所示的高校體育器材共享管理系統(tǒng)的六個(gè)子系統(tǒng)，簡要說明如下：會(huì)員管理子系統(tǒng)，教師或?qū)W生用戶注冊(cè)后才能成為會(huì)員，根據(jù)以往借用記錄將會(huì)員劃分為不同等級(jí)，不同等級(jí)用戶具有不同權(quán)限；器材管理子系統(tǒng)，專門提供給器材倉庫管理員對(duì)器材進(jìn)行綜合管理，每個(gè)器材根據(jù)相關(guān)信息生成一個(gè)二維碼供全程操作使用；業(yè)務(wù)辦理子系統(tǒng)，顯示網(wǎng)點(diǎn)及所在網(wǎng)點(diǎn)的器材信息供借用人員使用，完成人工借用操作以及異常業(yè)務(wù)處理；手機(jī)端借用子系統(tǒng)，器材使用者通過手機(jī)掃描自行借用是系統(tǒng)的主要工作方式，使用后自動(dòng)完成費(fèi)用支付以及器材使用評(píng)價(jià)；留言評(píng)價(jià)子系統(tǒng)，對(duì)用戶的留言內(nèi)容進(jìn)行審核以決定是否網(wǎng)上發(fā)布，對(duì)會(huì)員評(píng)分和用戶評(píng)分進(jìn)行綜合管理，定期對(duì)留言信息進(jìn)行轉(zhuǎn)存；統(tǒng)計(jì)報(bào)表子系統(tǒng)，主要為器材管理員和學(xué)校器材管理部門服務(wù)，提供各種報(bào)表輔助器材管理、分析和決策.

3 關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

常規(guī)性的軟件功能實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易，軟件實(shí)現(xiàn)的重要工作是解決關(guān)鍵技術(shù)問題，本系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是射頻技術(shù)和二維碼技術(shù).

3.1 射頻識(shí)別實(shí)現(xiàn)

射頻識(shí)別通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象，具有無接觸、距離大和信息豐富等特點(diǎn)，可以識(shí)別動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的體育器材，方便對(duì)器材進(jìn)行管理和跟蹤.射頻識(shí)別系統(tǒng)組成如圖3所示.

圖3 射頻識(shí)別系統(tǒng)組成

對(duì)于圖3所示的射頻識(shí)別系統(tǒng)，基本組成是標(biāo)簽、閱讀器和天線［10-11］，標(biāo)簽存儲(chǔ)器材編號(hào)，利用電磁反向散射耦合與讀寫器之間通訊；閱讀器用于對(duì)標(biāo)簽的讀寫操作；天線用于標(biāo)簽和閱讀器之間的射頻信號(hào)空間傳播.標(biāo)簽與閱讀器之間根據(jù)時(shí)序關(guān)系，實(shí)現(xiàn)能量傳遞和數(shù)據(jù)交換.射頻識(shí)別需要計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持，中間件用于屏蔽底層的硬件接口，實(shí)現(xiàn)閱讀器與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的連接，閱讀器識(shí)別的標(biāo)簽編碼與數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的體育器材建立對(duì)應(yīng)關(guān)系.

讀寫操作是射頻識(shí)別技術(shù)的核心功能，將由天線傳來的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫或由數(shù)據(jù)庫中讀出所需數(shù)據(jù)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)涉及到天線、讀寫器主機(jī)部分和應(yīng)用軟件系統(tǒng)等三部分，讀寫器主機(jī)部分又由射頻收發(fā)模塊、控制處理模塊和I/O接口模塊等構(gòu)成，應(yīng)用軟件系統(tǒng)對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，標(biāo)準(zhǔn)讀寫器工作模型如圖4所示.讀寫器向射頻卡發(fā)出固定頻率的電磁波，當(dāng)射頻卡接收到數(shù)據(jù)時(shí)建立認(rèn)證，然后進(jìn)行密碼驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后對(duì)射頻卡進(jìn)行讀寫訪問操作.如果入場的是其他用途的射頻卡，則需要完成相應(yīng)的選卡操作［12］.每臺(tái)讀寫器可以驅(qū)動(dòng)多組天線，支持在較寬的通道內(nèi)組合使用.

圖4 標(biāo)準(zhǔn)讀寫器工作模型

3.2 二維碼實(shí)現(xiàn)

二維碼是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，體育器材共享依賴于二維碼，器材管理員通過掃描二維碼可以實(shí)現(xiàn)對(duì)器材的便捷化管理，用戶也通過掃描二維碼借用器材或支付費(fèi)用.二維碼用分布在二維方向上黑白相間的幾何圖形表示信息，具有信息量大、糾錯(cuò)能力強(qiáng)和編解碼速度快等優(yōu)點(diǎn)［13］，廣泛應(yīng)用于電子商務(wù)、移動(dòng)支付和數(shù)據(jù)防偽等諸多領(lǐng)域，為人們的日常工作和生活提供了極大便利.二維碼分為行排式和矩陣式兩種，QR二維碼是應(yīng)用最廣泛的矩陣式二維碼，基本構(gòu)如圖5所示.

圖5 QR二維碼結(jié)構(gòu)

從圖5所示的QR二維碼結(jié)構(gòu)可以看出，QR二維碼由功能圖形和編碼區(qū)構(gòu)成，功能圖形主要由三部分構(gòu)成，位置探測(cè)圖形用于標(biāo)記二維碼的矩形大小并確定旋轉(zhuǎn)方向，定位圖形用于確定QR二維碼的模塊坐標(biāo)，校正圖形用于確定QR二維碼的中心并糾正扭曲；編碼區(qū)也主要由三部分構(gòu)成，格式信息記錄使用的掩碼和糾錯(cuò)等級(jí)，版本信息存儲(chǔ)了QR二維碼的版本號(hào)，數(shù)據(jù)和糾錯(cuò)碼字是QR二維碼的核心內(nèi)容［14］.QR二維碼支持?jǐn)?shù)字編碼、字符編碼、字節(jié)編碼、日文編碼、漢字編碼、混合編碼和特殊字符集編碼，支持漢字編碼促進(jìn)了在中國的使用；QR二維碼支持四種級(jí)別糾錯(cuò)，糾錯(cuò)級(jí)別越高，可以修正的錯(cuò)誤就越多，但可儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)就會(huì)減少，因此需要確定適當(dāng)?shù)募m錯(cuò)級(jí)別.

為了方便體育器材共享，提高器材管理效率，本系統(tǒng)根據(jù)器材編碼、器材名稱、器材類別編碼、器材類別名稱、器材品牌、器材型號(hào)、生產(chǎn)廠商、付費(fèi)標(biāo)志和收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)等信息生成二維碼.所有器材必須錄入數(shù)據(jù)庫后才能共享和借用，掃描原器材包裝上的二維碼將基本信息載入數(shù)據(jù)庫，并錄入器材的補(bǔ)充信息，生成共享的二維碼后使之與數(shù)據(jù)庫中的器材相關(guān)聯(lián).二維碼生成是一個(gè)復(fù)雜的過程，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)二維碼生成界面，界面顯示生成二維碼的相關(guān)信息，調(diào)用開源的QRCodeUtil.java二維碼生成工具［15］，傳入生成二維碼的文本內(nèi)容、目的文件、輸出文件路徑、二維碼寬度、二維碼高度、中間logo文件、二維碼照片寬度、二維碼照片高度和容錯(cuò)級(jí)別等參數(shù)，由生成工具自動(dòng)生成PDF格式的二維碼文件，將生成的二維碼顯示在屏幕界面并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)的體育器材記錄.

4 結(jié)束語

共享是高校體育器材未來的發(fā)展方向，本文解決了共享領(lǐng)域的關(guān)鍵性技術(shù)問題.創(chuàng)新之處主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是，基于Jeesite平臺(tái)設(shè)計(jì)分層架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)JavaEE領(lǐng)域相關(guān)框架的最佳整合，提高了系統(tǒng)的易開發(fā)性和擴(kuò)展性.二是，應(yīng)用射頻識(shí)別技術(shù)對(duì)體育器材進(jìn)行監(jiān)控和跟蹤，提高了管理自動(dòng)化水平.三是，調(diào)用QRCodeUtil.java二維碼生成工具，直接應(yīng)用成熟的技術(shù)和方法，減輕了軟件開發(fā)工作量.不足之處是受文章篇幅和研究時(shí)間所限，沒有進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)一些非關(guān)鍵技術(shù)也沒有進(jìn)行設(shè)計(jì)，這些工作需要系統(tǒng)開發(fā)者在本文提供的架構(gòu)上自行完成.本文研究成果的成功應(yīng)用，對(duì)于推進(jìn)高校體育器材管理科學(xué)化、提高體育器材共享水平等方面具有重要作用，對(duì)于其他領(lǐng)域的共享研究也具有借鑒意義.