Биометрия в сфере физической культуры и спорта

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Московский педагогический государственный университет»

М. А. Аварханов

БИОМЕТРИЯ 
В СФЕРЕ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ И СПОРТА

Учебное пособие для студентов высших учебных заведений

Рекомендовано УМО по образованию 
в области подготовки педагогических кадров 
в качестве учебного пособия для осуществления образовательной деятельности 
по направлению 44.03.01 (44.03.05) Педагогическое образование

МПГУ
Москва • 2015

УДК 51:796
ББК 28в631.8=75я73
 
А182

Рецензенты:
О. Н. Степанова, доктор педагогических наук, профессор кафедры 
спортивных дисциплин и методики их преподавания Института 
физической культуры, спорта и здоровья ФГБОУ ВПО МПГУ
Л. А. Калинкин, доктор медицинских наук, профессор, заведующий 
отделом разработки прикладных медико-биологических и экологических 
проблем ФГБУ ФНЦ ВНИИФК  
А. А. Красников, доктор педагогических наук, профессор кафедры 
теоретико-методических основ физической культуры и спорта  
РГУФКСМиТ  

 
Аварханов, Муслим Аварханович.
А182  
Биометрия в сфере физической культуры и спорта: Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. – Москва : МПГУ, 
2015. – 120 с. : ил.
 
 
ISBN 978-5-4263-0207-5

 
 
Учебное пособие создано в соответствии с Федеральным государственным 
образовательным стандартом по направлению  44.03.01 (44.03.05) Педагогическое 
образование. В учебном пособии изложены основы биометрии в сфере физической 
культуры и спорта, рассмотрены предмет и методы  процедуры идентификации 
личности, обработки данных личности. Большая часть учебного пособия отведена основам биомеханического контроля, который представлен здесь как самостоятельная отрасль педагогических знаний, позволяющая не только измерять исходные 
данные, но и математически обработать. В учебном пособии рассмотрены основы 
измерений и контроля двигательной деятельности спортсменов, часть учебного 
пособия отведена основам спортивной статистики, которая представлена здесь как 
самостоятельная отрасль педагогических знаний, позволяющая обрабатывать исходные данные.
 
 
Учебное пособие предназначено студентам, обучающимся по направлению 
44.03.01 (44.03.05) Педагогическое образование. Может быть использовано магистрантами, аспирантами и преподавателями вузов России, а также специалистами, 
занимающимися научными исследованиями в данной области. 
    УДК 51:796
    ББК  28в631.8=75я73

ISBN 978-5-4263-0207-5 
 © МПГУ, 2015
 
 © Аварханов М. А., 2015

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
ГЛАВА 1
ПРЕДМЕТ И ИСТОРИЯ БИОМЕТРИИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Краткое содержание темы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
Введение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
1.1. История развития и современное состояние биометрии . . . . . . . . . . . .7
1.2. Биометрия как наука и учебная дисциплина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
Заключение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
Тестовые вопросы по главе 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
Семинарское занятие  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
Самостоятельная работа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
ГЛАВА 2
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ БИОМЕТРИИ. 
АУТЕНТИФИКАЦИЯ ЛИЧНОСТИ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1. Понятие аутентификация личности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
2.2. Биометрические идентификаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
2.3. Схема работы биометрической системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16
2.4. Практическое применение биометрических технологий . . . . . . . . . . .17
2.5. Ключевые термины биометрических измерений . . . . . . . . . . . . . . . . .18
2.6. Основные термины биометрической аутентификации  . . . . . . . . . . . .22
Заключение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
Тестовые вопросы по главе  2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
Семинарское занятие  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
Самостоятельная работа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
ГЛАВА 3
ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.1. Технологии, построенные на анализе гребней отпечатка пальца . . . .27
3.2. Технологии, построенные на анализе изображения ладоней . . . . . . .29
3.3. Технологии, построенные на анализе 
геометрии контура кисти руки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
3.4. Технологии, построенные на анализе геометрии контура пальца  . . .31
3.5. Технологии, построенные на анализе рисунка вен . . . . . . . . . . . . . . . .32
3.6. Характеристики изображения радужной оболочки глаза  . . . . . . . . . .34
3.7. Характеристики сетчатки глаза  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
3.8. Технологии, построенные на анализе изображения лица . . . . . . . . . .36
3.9. Технологии, построенные на анализе динамики подписи 
и росчерка: графологического анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
3.10. Технологии, построенные на анализе голоса . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
3.11. Технологии, построенные на анализе 
динамики работы на клавиатуре . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
3.12. Запах как биометрический параметр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
3.13. Анализ ДНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
3.14. Форма ушей как идентификатор личности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54

М. А. АВАРХАНОВ. БИОМЕТРИЯ  В СФЕРЕ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ И СПОРТА

3.15. Асимметрия тела как биометрический параметр . . . . . . . . . . . . . . . .55
3.16. Принципиальная схема обобщенной биометрической системы . . . .55
Заключение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
Тестовые вопросы по главе 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
Семинарское занятие  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
Самостоятельная работа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57
ГЛАВА 4
СОВРЕМЕННЫЕ БИОМЕТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ . . . . . . . . . . . . 58
4.1. Компьютерная безопасность как область применения 
биометрических технологий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58
4.2. Применение биометрических технологий в торговле . . . . . . . . . . . . .58
4.3. Биометрические технологии в СКУД . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
4.4. Системы АДИС  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
4.5. Комплексные системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60
4.6. Характеристики биометрических систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60
4.7. Биометрическая аутентификация: защита систем 
и конфиденциальность пользователей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68
4.8. Естественные ограничения применения 
биометрических систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69
4.9. Атаки злоумышленников . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70
4.10. Защищенность биометрического шаблона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
Заключение  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72
Тестовые вопросы по главе 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
Семинарское занятие  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75
Самостоятельная работа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75
ГЛАВА 5
СПОРТСМЕН КАК ОБЪЕКТ ИЗМЕРЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.1. Кибернетическая система и пространство ее состояния . . . . . . . . . . .76
5.2. Управление состоянием системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76
5.3. Основы спортивной тестологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .78
5.4. Датчики биологической информации о спортсмене. . . . . . . . . . . . . . .79
5.5. Современные комплексы регистрирующей аппаратуры . . . . . . . . . . .81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
Контрольные вопросы  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96
ОТВЕТЫ К ЗАДАНИЯМ И ТЕСТАМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РЕФЕРАТИВНАЯ РАБОТА . . . . . . . . . . . . . 97
ИТОГОВОЕ ТЕСТИРОВАНИЕ 
ПО КУРСУ «БИОМЕТРИЯ» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
ОТВЕТЫ НА ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
КОМПЕТЕНТНОСТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ 
ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие «Биометрия в сфере физической культуры и спорта» написано с привлечением основ биомеханики и спортивной статистики. Идея биометрии в сочетании с новыми информационными технологиями актуальна в наше время. В учебном пособии представлены 
наиболее важные темы общей методики обучения биометрии, а также 
вопросы для самоконтроля и целая серия заданий. Задания отобраны 
методически грамотно с учетом современных тенденций в области образования, четко и понятно сформулированы, имеются методические 
рекомендации, тестовые вопросы после каждой главы, выводы, рисунки, таблицы, лабораторное задание в последней главе и сто общих тестовых вопросов. Задания не ограничиваются рамками только курса 
теории и методики обучения биометрии, а направлены на интеграцию 
психолого-педагогических, математических и методических дисциплин с учетом новых информационных технологий, что позволяет 
сформировать целый комплекс профессиональных умений и навыков 
будущего учителя физической культуры и спорта.
Биометрия в сфере физической культуры и спорта рассматривается 
как одно из современных научных направлений в области образования 
по физической культуре.
Материал данного учебного пособия может быть использован на 
практических, семинарских и лабораторных занятиях, а также для самостоятельной работы студентов. 
Учебное пособие будет полезно как бакалаврам, так магистрам, 
особенно при получении второго образования.

ГЛАВА 1
ПРЕДМЕТ И ИСТОРИЯ БИОМЕТРИИ

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕМЫ

В лекции дается актуальное определение биометрии как науки, приводится классификация биометрических технологий, основанных на 
измерении характеристик отдельно взятого человека, определяется ее 
значение как учебной дисциплины, выявляются сферы практического 
применения, проблемы и актуальные задачи. В историческом разделе 
дается краткий обзор исследований в области биометрии, рассказывается о первых шагах науки, об исследователях, внесших заметный 
вклад в ее развитие, что помогает проследить становление биометрии 
как научной дисциплины, а также выявить ее перспективы.

ВВЕДЕНИЕ

Слово биометрия появилось в нашем словаре относительно недавно. Хотя то, что скрывается под этим понятием известно человечеству 
с древних времен. В то же время для многих людей слово биометрия 
не известно, однако обширное практическое применение этой сферы 
знания заслуживает того, чтобы ей уделили отдельное внимание. Биометрические технологии широко используются в повседневной жизни, каждый из нас, сам не зная этого, ежедневно прибегает к услугам 
биометрии. Поэтому содержащиеся в книге теоретические сведения 
понятны даже неподготовленному читателю. 
Целью этой работы и является изучение самого явления биометрии, 
а также его значимости и роли в современном мире. Хотелось бы сразу 
дать определение рассматриваемому понятию. Биометрия – это идентификация человека по уникальным, присущим только ему биологическим 
признакам. Системы доступа и защиты информации, основанные на таких технологиях, являются не только самыми надежными, но и самыми 
удобными для пользователей на сегодняшний день. И действительно, не 
нужно запоминать сложные пароли, постоянно носить с собой аппаратные ключи или смарт-карты. Достаточно всего лишь приложить к сканеру 
палец или руку, подставить для сканирования глаз или что-нибудь сказать, 
чтобы пройти в помещение или получить доступ к информации. Очевидно, что это достаточно просто и удобно, а самое главное – надежно.

ГЛАВА 1. ПРЕДМЕТ И ИСТОРИЯ БИОМЕТРИИ

Для усиления безопасности подобными системами были оборудованы  важные объекты «жизнедеятельности», например аэропорты. 
Повышенный спрос спровоцировал исследования в этой области, что, 
в свою очередь, привело к появлению новых устройств и целых технологий. Естественно, увеличение рынка биометрических устройств 
привело к увеличению числа компаний, занимающихся ими. А создавшаяся конкуренция послужила причиной к весьма значительному 
уменьшению цены на биометрические системы обеспечения информационной безопасности. Именно поэтому сегодня, например, сканер 
отпечатков пальцев вполне доступен рядовому пользователю. А это 
значит, что в скором времени возможна вторая волна бума биометрических устройств, связанная именно с простыми людьми и некрупными фирмами.

1.1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ И СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ БИОМЕТРИИ

Исследования в области биометрии начались полтора века назад 
с методов сравнения отпечатков пальцев. Первый научный трактат по 
этому вопросу написал в 1823 г. великий чешский физиолог, анатом, 
политик, педагог Ян Эвангелиста Пуркине (1787–1869). Он подразделил все узоры пальцев на 9 типов и выдвинул гипотезу о связи узоров 
с осязанием. В своих сочинениях он упоминал «о различных линиях 
и узорах» на концах пальцев, но не решался комментировать их происхождение и назначение. 
Первым европейцем, решившим использовать отпечатки пальцев 
в целях идентификации преступников, был Уильям Джеймс Гершель, 
выдвинувший в 1877 г. гипотезу о неизменности папиллярного рисунка ладонных поверхностей кожи человека.
Уильям Джеймс Гершель (1833–1917), английский колониальный 
чиновник, был одним из основоположников дактилоскопии. С 1857 г.
работал в британской администрации в Бенгалии (Индия) в округе 
Хугли. С 1858 г. начал применять на практике отпечатки пальцев в качестве удостоверения подлинности договоров, написанных на бенгальском языке. Вместо подписи или после подписи индусы, обмакнув 
палец в чернила, ставили отпечаток своего пальца. Вначале, по-видимому, Уильям Джеймс Гершель лишь извлекал пользу из распространенного у индусов мистического представления о том, что отпечаток 
обязывает гораздо больше, чем подпись. Но, взявшись из интереса за 
изучение отпечатков, он обнаружил, что отпечатки пальцев одного 
человека никогда не будут идентичными отпечаткам другого. Также 

М. А. АВАРХАНОВ. БИОМЕТРИЯ  В СФЕРЕ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ И СПОРТА

он научился различать отпечатки пальцев по рисунку и узнавал многих людей по этому признаку. Из одного учебника анатомии Уильям 
Джеймс Гершель узнал, что они называются папиллярными линиями, 
и применил это название.
После этого началось триумфальное шествие дактилоскопии по 
всему миру.

Этапы истории 
Биометрия как относительно самостоятельная научная дисциплина сложилась во второй половине XIX в. Однако ее истоки восходят к более раннему периоду в истории естествознания: к тому 
времени, когда измерения биологических объектов стали рассматривать как  метод научного познания. Пришедшее на смену феодализма буржуазное общество нуждалось в развитии точных знаний 
о природе; актуальным для этого времени стал афоризм Галилео 
Галилея (1564–1642): «Измеряй все измеримое и сделай неизмеримое измеримым».
Первым, кто удачно объединил методы антропологии и социальной статистики с выводами теории вероятностей и математической 
статистики, был бельгийский антрополог и статистик Адольф Кетле 
(1796–1874). В 1835 г. Адольф Кетле заложил основы биометрии. Создание же математического аппарата этой науки принадлежит английской школе биометриков XIX в., во главе которой стояли сэр Фрэнсис 
Гальтон (1822–1911) и Карл Пирсон (1857–1936). 
Революция, совершенная Чарлзом Робертом  Дарвином (1809–1882) 
в биологической науке, поставила перед учеными целый ряд больших 
и неотложных задач, среди которых на первом плане оказалась проблема изменчивости и наследственности организмов. Решение этой 
проблемы явилось мощным стимулом к развитию экспериментальных 
методов и, как следствие, к развитию биометрии.
Одним из тех, кто испытал на себе влияние гениального труда Чарлза Роберта Дарвина «Происхождение видов» (1859), был его двоюродный брат сэр Фрэнсис Гальтон. Сильное впечатление произвели на 
Фрэнсиса Гальтона и труды Адольфа Кетле, особенно его «Социальная физика» и «Антропология». Поэтому неудивительно, что именно 
Фрэнсису Гальтону принадлежит первая попытка применить статистические методы к решению проблемы наследственности и изменчивости организмов. Начиная с 1865 г. он опубликовал ряд оригинальных 
работ по антропологии и генетике, где на большом фактическом материале подтвердил вывод Адольфа Кетле о том, что не только физиче

ГЛАВА 1. ПРЕДМЕТ И ИСТОРИЯ БИОМЕТРИИ

ские, но и умственные способности человека распределяются по закону вероятностей, описываемому формулой Карла Фридриха Гаусса 
и Пьера Симона Лапласа.
Достойным продолжателем исследований Фрэнсиса Гальтона явился его ученик Карл Пирсон – профессор Лондонского университета. 
Получив в 1884 г. кафедру прикладной математики и механики, Карл 
Пирсон занялся изучением проблемы наследственности и изменчивости организмов. Он создал математический аппарат биометрии, развил учение о разных типах кривых распределения, разработал метод 
моментов (1894) и критерий согласия «хи-квадрат» (1990). Карл Пирсон ввел в биометрию такие показатели, как среднее квадратическое 
отклонение (1894) и коэффициент вариации (1896). Ему принадлежит 
усовершенствование методов корреляции и регрессии Фрэнсиса Гальтона (1896, 1898). 
Разработанные Фрэнсисом Гальтоном и Карлом Пирсоном биометрические методы вошли в золотой фонд математической статистики. 
Однако попытки Фрэнсиса Гальтона применить эти методы к решению проблемы наследственности организмов оказались неудачными.
Значение биометрии в исследовательской работе биологов стало 
очевидным уже тогда, когда были открыты статистические законы, 
действующие в сфере массовых явлений. Но биологи не сразу оценили 
всю важность этих открытий: статистические методы базировались на 
больших количествах наблюдений, которые требовали большой вычислительной работы, к чему у биологов, привыкших к работе на малочисленных выборках, не было навыка.
Положение стало меняться после того, как была обоснована теория 
малой выборки. Теория малой выборки получила развитие в трудах 
Карла Пирсона и, особенно, Роналда Фишера (1890–1962), внесшего 
огромный вклад в биометрию, обогатив ее новыми методами статистического анализа. Одновременно являясь биологом-экспериментатором 
и математиком-статистиком, Роналд Фишер привнес в биометрию не 
только новые методы, но и новые идеи. Он заложил основы планирования экспериментов – теории, которая в настоящее время получила 
дальнейшее развитие и стала относительно самостоятельным разделом биометрии. Роналд Фишер ввел в биометрию целый ряд новых 
терминов и понятий и убедительно показал, что планирование экспериментов и обработка их результатов – это две неразрывно связанные задачи статистического анализа. Классические труды Роналда 
Фишера явились новой эпохой в истории биометрии. Они доказали, 
что биометрия не просто руководство по использованию различных