楊 兵

（渤海大學 體育學院，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動水平創(chuàng)造了必要的物質(zhì)條件.體育器材是學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，由專門人員負責管理，購入器材及時登記入庫，教師上課使用體育器材需要提前預約，用后及時歸還入庫.高校體育器材主要服務于教學需要，原則上不對教師或?qū)W生個人出借，特殊情況必須經(jīng)過管理部門審批，并且嚴格執(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間閑置在體育器材倉庫，并沒有產(chǎn)生經(jīng)濟效益和社會效益，沒有為廣大師生體育鍛煉服務，實質(zhì)上是資源的巨大浪費.這些體育器材需要保養(yǎng)、維修和更新，僅僅依靠學校撥款經(jīng)費難以為繼，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)展和廣泛應用，共享經(jīng)濟改變著人們的生產(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)更多參與體育運動的機會，豐富課外活動，培養(yǎng)運動興趣，掌握運動技能，促進終身體育運動意識形成［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)務網(wǎng)點，用戶通過手機App線上操作，想要鍛煉的師生能夠輕易地獲取體育器材，讓運動變得方便快捷，同時為愛好運動的人們提供社交平臺.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，師生個人的體育器材也可以實現(xiàn)共享，讓更多人受益.共享經(jīng)濟需要以信息技術(shù)為支撐的共享平臺，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用和推廣.

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

架構(gòu)是關(guān)于軟件整體結(jié)構(gòu)與組件的抽象描述，是實際系統(tǒng)設(shè)計方案的基礎(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，集成主流JavaEE開發(fā)框架的優(yōu)勢，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平臺設(shè)計的分層架構(gòu)由表示層、業(yè)務邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層構(gòu)成，如圖1所示［4-5］.

對于圖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，面向用戶提供人機交互功能，需要為用戶提供良好的操作體驗；本系統(tǒng)的表示層包括電腦端和手機端兩類，Jeesite平臺提供了電腦端頁面顯示框架Twitter Bootstrap和移動WebApp框架Jingle，同時客戶端驗證框架JQuery Validation Plugin減輕服務端負載.業(yè)務邏輯層，體現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)的核心價值部分，架構(gòu)起表示層和數(shù)據(jù)訪問層之間的橋梁，將用戶請求轉(zhuǎn)變?yōu)樾枰慕Y(jié)果，方便用戶與存儲之間的數(shù)據(jù)交互；Jeesite平臺提供了若干業(yè)務邏輯層的實施框架，其中，核心框架Spring Framework使得應用程序組建更加快捷，工作流引擎框架Activiti適用于流程性很強的業(yè)務系統(tǒng).數(shù)據(jù)訪問層，用于完成對數(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平臺提供的持久層框架MyBatis，同時使用數(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

功能設(shè)計在軟件生命周期中屬于概要設(shè)計范疇，是基于整體框架的模塊化設(shè)計，為用戶提供清晰的可操作性功能，在邏輯上將系統(tǒng)分割成為多個模塊，降低模塊之間以及與外部環(huán)境之間接口的復雜性，便于每個模塊獨立編程實現(xiàn)［6］.本系統(tǒng)主要為三類用戶服務，分別是器材管理員、學校師生和器材管理部門［7-9］.基于模塊化和獨立性的設(shè)計思想，將系統(tǒng)功能劃分為會員管理子系統(tǒng)、器材管理子系統(tǒng)、業(yè)務辦理子系統(tǒng)、手機端借用子系統(tǒng)、留言評價子系統(tǒng)和統(tǒng)計報表子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)又包含若干個實現(xiàn)具體功能的模塊，功能設(shè)計結(jié)果如圖2所示.

對于圖2所示的高校體育器材共享管理系統(tǒng)的六個子系統(tǒng)，簡要說明如下：會員管理子系統(tǒng)，教師或?qū)W生用戶注冊后才能成為會員，根據(jù)以往借用記錄將會員劃分為不同等級，不同等級用戶具有不同權(quán)限；器材管理子系統(tǒng)，專門提供給器材倉庫管理員對器材進行綜合管理，每個器材根據(jù)相關(guān)信息生成一個二維碼供全程操作使用；業(yè)務辦理子系統(tǒng)，顯示網(wǎng)點及所在網(wǎng)點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)務處理；手機端借用子系統(tǒng)，器材使用者通過手機掃描自行借用是系統(tǒng)的主要工作方式，使用后自動完成費用支付以及器材使用評價；留言評價子系統(tǒng)，對用戶的留言內(nèi)容進行審核以決定是否網(wǎng)上發(fā)布，對會員評分和用戶評分進行綜合管理，定期對留言信息進行轉(zhuǎn)存；統(tǒng)計報表子系統(tǒng)，主要為器材管理員和學校器材管理部門服務，提供各種報表輔助器材管理、分析和決策.

3 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

常規(guī)性的軟件功能實現(xiàn)相對容易，軟件實現(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 射頻識別實現(xiàn)

射頻識別通過射頻信號自動識別目標對象，具有無接觸、距離大和信息豐富等特點，可以識別動態(tài)和靜態(tài)的體育器材，方便對器材進行管理和跟蹤.射頻識別系統(tǒng)組成如圖3所示.

圖3 射頻識別系統(tǒng)組成

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

讀寫操作是射頻識別技術(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)實現(xiàn)涉及到天線、讀寫器主機部分和應用軟件系統(tǒng)等三部分，讀寫器主機部分又由射頻收發(fā)模塊、控制處理模塊和I/O接口模塊等構(gòu)成，應用軟件系統(tǒng)對接收的數(shù)據(jù)進行分析與處理，標準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，當射頻卡接收到數(shù)據(jù)時建立認證，然后進行密碼驗證，驗證通過后對射頻卡進行讀寫訪問操作.如果入場的是其他用途的射頻卡，則需要完成相應的選卡操作［12］.每臺讀寫器可以驅(qū)動多組天線，支持在較寬的通道內(nèi)組合使用.

圖4 標準讀寫器工作模型

3.2 二維碼實現(xiàn)

二維碼是一種自動識別技術(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現(xiàn)對器材的便捷化管理，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、糾錯能力強和編解碼速度快等優(yōu)點［13］，廣泛應用于電子商務、移動支付和數(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，位置探測圖形用于標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，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等級，版本信息存儲了QR二維碼的版本號，數(shù)據(jù)和糾錯碼字是QR二維碼的核心內(nèi)容［14］.QR二維碼支持數(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，支持漢字編碼促進了在中國的使用；QR二維碼支持四種級別糾錯，糾錯級別越高，可以修正的錯誤就越多，但可儲存的數(shù)據(jù)就會減少，因此需要確定適當?shù)募m錯級別.

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、生產(chǎn)廠商、付費標志和收費標準等信息生成二維碼.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).二維碼生成是一個復雜的過程，本系統(tǒng)設(shè)計二維碼生成界面，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級別等參數(shù)，由生成工具自動生成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到數(shù)據(jù)庫中對應的體育器材記錄.

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)在三個方面：一是，基于Jeesite平臺設(shè)計分層架構(gòu)，實現(xiàn)了對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)性和擴展性.二是，應用射頻識別技術(shù)對體育器材進行監(jiān)控和跟蹤，提高了管理自動化水平.三是，調(diào)用QRCodeUtil.java二維碼生成工具，直接應用成熟的技術(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間所限，沒有進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，對一些非關(guān)鍵技術(shù)也沒有進行設(shè)計，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用，對于推進高校體育器材管理科學化、提高體育器材共享水平等方面具有重要作用，對于其他領(lǐng)域的共享研究也具有借鑒意義.