计算机和网络技术在体质健身工作中的应用*

邱淑敏

（中央财经大学体育经济与管理学院，北京100081）

与我国日新月异的现代化和工业化相伴随，西方发达国家中普遍存在的体力活动不足和静坐生活方式[1]日益成为威胁我国广大居民健康和生活质量的重要危险因素，各级政府、体育和公共卫生等有关部门对国民体质的重视程度日益提高，认真贯彻落实《体育法》和《全民健身实施纲要》，对国民进行体质监测和健身指导成为工作计划的主要内容。国民体质监测是国家为了系统掌握国民体质状况，以抽样调查的方式，按照国家颁布的国民体质监测指标，在全国范围内定期对监测对象统一进行测试和对监测数据进行分析、研究。自2000年开始，我国每5年进行一次国民体质监测，该项工作系统地掌握了国民体质现状和变化规律，为提高国民身体素质和健康水平做出贡献。

近年来，计算机和网络技术日新月异，为各个行业的发展提供了强有力的工具。计算机技术包括软、硬件系统设计开发技术和应用系统的开发利用技术这两个方面，是信息社会中的核心技术，也是实现现代化的关键技术之一。网络技术指采取一定的通信协议，将分布在不同地点的多个独立计算机系统，通过互联通道（即通信线路）连接在一起，从而实现数据和服务共享的计算机技术，是现代计算机技术与通信技术相结合的产物。随着计算机技术和通信技术各自的进步，以及社会对于将计算机结成网络以实现资源共享的要求日益增长，计算机与网络技术也已紧密结合起来应用于各行各业，不仅改变了人们生产和生活的方式，而且在一定程度上决定着许多学科的新发展。在国民经济快速增长的背景下，大众健身需求逐渐增加，体质相关理论成果的日益积累促使了计算机和网络技术在该领域的普及和推广。在高性能计算机和网络技术发展与普及的条件下，体质工作得到科学化的管理和多样化的传播，健身指导效率相应提高。本研究在现有计算机和网络技术的基础上，对其在体质管理工作、体质监测数据采集与处理、健身指导工作中的应用现状进行分析，并探索未来的发展前景和方向，为全民健身工作的高效开展提供帮助。

1 体质管理工作中的技术应用

根据《国民体质监测工作规定》内容，国家建立由国家国民体质监测中心、省（区、市）国民体质监测中心、地（市）国民体质监测中心和监测点构成的国民体质监测网络，并实行分级管理。该项工作涉及面大、受试者多、测试工作重，计算机和网络技术的应用为工作开展提供了高效和快捷的工具。国民体质监测中心建立网站作为官方信息使用平台，整合了动态信息发布、管理平台、数据库平台和质量控制系统等功能，为管理工作的推进提供媒介工具。另外，各级体质监测部门还承担着日常的体质测试工作，体质测试的内容和性质决定了计算机和网络技术的广泛应用。在此背景下，部分省级体质监测主管部门建立体质监测网络系统[2,3]，借助互联网信息通道建成多用户网络系统，其网络工作平台连接市、区（县）、街道三级体质监测管理体系，实现了体质管理工作的科学性和高效性。

国民体质监测每五年进行一次，从全国31个省（区、市）抽取监测对象（3～69岁），对其进行身体形态、身体机能和身体素质三个方面多个指标的体质测试。体质测试的数据具有即时性和不可重复性的特点，要求一次获取正确，事后再次调查将失去原有的价值，因此使用先进的质量控制方法对于保证体质监测数据的准确性和可靠性至关重要。2010年国民体质监测工作启动质量控制网络平台系统，贯穿应用于各个流程，着重加强了对三级用户（国家级、省级、监督员）的工作进行管理，以控制其测试数据的系统误差（偏倚）和随机误差，保证准确性和可靠性。该系统采用B/S 架构，客户端程序采用 Jquery技术编码，方便全国各地用户使用并进行异地的填报和查询工作，同时有利于计算机网络安全。质量控制网络平台在国民体质监测工作中的应用，是体质管理工作中的重大创新，其工作流程设计使国家级和省级管理用户能够实时把握当前的工作进度，提高管理效率，降低管理成本；同时通过每天对复测率和误差率的要求和对样本量分布的严格控制，达到了对数据质量控制工作的实时性和客观性。

各项计算机和网络技术的应用，为体质工作提供辅助管理手段，并在实际应用中得到较好评价。与此同时，体质工作的科学管理也对计算机和网络技术提出更高的要求。国民体质监测作为一项覆盖全国、以收集客观准确的体质数据为主的多级管理工作，其利用质量控制网络平台实现数据收集和各项管理工作的办法，值得各级体质管理部门乃至其他大规模的调查开展部门所借鉴。但大规模的抽样调查工作中也逐渐暴露了一些问题，例如检测人员测试方法和手段的规范性、受测者在某些特定指标主观用力程度不同等，尽管各级体质监测管理部门已经组织了大量培训和抽查工作减少其影响，但仍然有个别监测点的数据出现偏差。因此根据现有计算机网络技术，可建立实时录像和远程监控技术，在下一步的工作中使该因素造成的影响最小化。

2 体质监测数据采集与处理技术

数据采集是对一个或多个信号获取对象信息的过程。体质测试对象和指标较多，手工输入需要耗费大量的人力物力和时间，且容易出现误差。为解决这个问题，需对各个测试仪器数据进行自动采集和处理。目前IC卡数据采集、串行通讯、无线数据传输等技术在体质测试的数据采集中已经得到充分利用，测试仪器和相关计算机也准备了多种模块，适应各自不同的配置。体质监测数据采集中应用最广泛的技术为IC卡数据采集，大多数体质测试仪器操作台设有微处理器控制电路，采用IC卡技术，以人机对话方式指导测试过程，测试数据自动记录在IC卡上。测试过程无需与计算机连接，所有指标测试完成后可通过计算机读卡器将体质数据导入电脑进行存储和分析。串行通讯技术也可应用于体质测试中，可利用测试仪器的RS-485串行通信接口，采用网络通信规程，采用VB 6.0下的ActiveX通讯控件技术，将各台测试仪以级连的方式接入计算机端口形成串行通信，实时获取各测试仪的数据，不失为一种低成本的连接方案。另外，体质测试仪器可配置无线数据采集器，内置无线模块，采用2.4G无线数据传输协议，支持同时采用有线和无线方式采集主机数据。以上方法为体质数据的采集提供了多种工具，但作为体质监测工作的最前端，数据采集的准确性和高效性直接影响了检测现场管理的科学性和有效性。自动化、集成化和智能化是今后数据采集的重点发展方向，如体质监测数据登录书的内容采集可采用在线填写的办法或智能化终端设备收集上传，解决手写输入和数据录入时出现的误录现象；数据采集和处理的软件的统一和集成化，可为后期体质数据的统一上传和分析提供便利；测试仪器的智能化检测替代传统的手工机械操作，可实现检测和信息存储自动化和一体化，提高数据处理的科学性、准确性与时效性。

体质监测数据处理是一项非常复杂繁琐的工程[4]，数据库技术是数据处理和管理的基础。2011年国民体质监测共采集样本量259,858人，加上复测人数以及历次体质监测数据，已达上亿条样本数据。计算机软件技术实现了对体质数据的储存和处理，同时根据政府决策需求自动生成不同的体质评价报表，提高了体质监测工作的科学性和高效性。中国国民数据库以数据库应用技术为主，建立中央数据库、用户数据库和数据库管理系统，可为网络发布提供动态数据[5]。借助数据库技术，提高了体质资料的完整性、正确性和利用率，为体质研究增加其深度和广度提供手段和工具。近年来，数据处理的新技术和新方法直接或间接地引发各个应用行业的技术革新和变化。体质监测工作进行多年来，各级政府部门已经建立体质信息的大量数据库，根据体质测试特点设计数据挖掘技术，从海量的体质数据里提取有意义的信息，发现其中蕴含的规律，可为体质管理工作的决策提供理论支撑。数据挖掘在人工智能领域也叫知识发现，是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的数据集中识别有效的、新颖的、潜在有用的，以及最终可理解的模式的非平凡过程。数据挖掘利用了人工智能（AI）和统计分析的进步所带来的好处，与目前体质数据分析常用的数学理论和统计方法不同，可通过统计、在线分析处理、情报检索、机器学习、专家系统和模式识别等诸多方法，可为挖掘体质数据中所含信息提供技术手段。但是需要注意的是，数据挖掘只是对数据之间的关系挖掘出一定的模式，它只能提供一个强大的操作工具，无法根据所研究数据的特点自动选择分析方法，同样也无法对实现结果进行解析，因此需要体质研究人员充分熟悉相应技术，根据体质数据特点选择不同的数据分析模型，发挥数据挖掘技术的应用并提炼体质相关信息，为政府的相应决策提供科学理论支撑。

社会各界对体质的重视程度逐渐提高，对体质测试的不同需求不仅增加了体质检测部门的数据累积，同时也催生了相关部门和机构如医院、体检中心和健身房等纷纷开展体质测试，这种彼此分割的数据格局、技术应用的局限性以及对计算平台和存储能力的高要求，对体质数据处理平台提出更高的要求。根据近几年云计算在各个领域的应用增加，其基于互联网和大众参与的计算模式、动态可伸缩且虚拟化的计算资源（包括计算能力、存储能力和交互能力等）特点，引起体质研究者的注意。建设体质数据云，为广大用户提供共享的计算资源和服务，成为体质研究中的重点方向。体质数据云作为融合分布式计算、互联网技术和大规模体质测试资源管理的系统工程，较之传统的服务器建设模式有着明显的优势。第一，体质数据云的互联网广泛接入性可向体质管理部门、体质测试机构以及个人提供开放的体质管理和服务平台，各级用户均可利用终端设备（如电脑、智能手机等）随时随地上网访问云计算服务内容，实现体质信息共享。第二，体质数据云的虚拟化资源池共享方式可为各部门提供基础服务并分享相关数据，避免重复投入和重复建设。第三，体质数据云的弹性服务规模可适应各部门体质业务负载的动态变化，避免服务器过载或资源浪费，实现高扩展、高性能、高标准、易配置的一体化体质相关服务。第四，体质数据云的动态可伸缩计算能力可为海量体质数据的智能挖掘技术提供基础，为制定科学健身决策提供理论支持，提升各级体质管理部门的工作绩效，降低全民健身投入成本，提供业务监督、绩效考核和决策支持等辅助功能。目前，云计算已应用于医疗健康数据中，如何设计体质数据云并与个体健康数据云相结合，增加数据共享和使用率，使医疗和体质资源利用达到最大化，将增强体质和疾病预防治疗真正结合起来，同样也是设计体质数据云时需要考虑的内容。

3 健身指导软件的设计及其网络化

软件工程是各种计算机技术最终实现的平台，也是各项体质研究成果转化应用的基础。健身指导工作中，体质评价、运动处方、运动营养、体重控制等内容均需要计算获得且较为复杂，因此通过计算机技术将其内容进行转化不仅可以提高健身指导工作的效率，而且为构造健身指导网络平台提供基础。体质评价如同对于疾病的诊断，只有掌握了体质状况，才可以有针对性地采取措施。一般来说，体质评价软件以《国民体质测定标准手册》[6,7]为理论依据，根据受试者年龄和性别不同进行各个指标的评价，再针对其综合分数划分体质等级，为实施运动处方提供依据[8]，实现了对受试者体质的自动评价和分析，提高体质评价的准确性和客观性，同时增加相应工作效率。体质评价的目的是使受试者了解自身体质状况并为运动处方的设计提供依据，运动处方则是科学健身指导的主要体现形式。在大量的理论研究的基础上[9]，运动处方软件的研究与开发成果显著，如采用运动处方金字塔模型和等级运动处方模块开发完成的健康人群运动处方系统[8]，含九种变异方案的运动处方整体模型的中老年人运动处方微机咨询系统[10]等，为科学健身指导提供工具。除此之外，营养是增强体质的重要物质基础。调整饮食和增加体育运动相结合的方法，对体质改善的效果要优于单纯运动干预。科学有效的运动营养测评软件是体质相关研究内容中不可或缺的一部分。健身指导软件中应用营养测评模块，一方面可以评估用户的营养状况，另一方面也可通过自动计算来衡量用户的能量平衡状态，并针对能量过剩给出饮食和运动的建议，这个功能也多用于网上众多减肥软件的设计中。综上所述，健身指导的理论知识已经通过相应软件的开发得到成果转化，并逐渐得到广泛的应用，为科学健身理论技术的普及和应用提供基础。

随着软件的大量使用和网络的普及，健身指导软件的网络化程度逐渐提高，软件开始从单机版向网络版转化，运行环境从单用户向网络多用户发展，从而实现用户数据的共享，提高体质工作中的健身指导效率。国外众多研究已证实，通过网络的互动和在线测评技术对用户进行体质干预可以增加其体力活动水平[11]，帮助用户增加各种强度的体育锻炼[12]，有效指导其减肥行为[13][14]。国内进行在线健身指导的网站趋向于两个方向：一种是政府或学术科研机构设计的网站进行科学健身的指导；另一种是商业机构以推介产品或服务为主的营利性网站。一些政府部门（如上海市体育局、济南市体育局等）建立相关网站，并将体质测试数据与网络服务器共享，市民可通过网站查询本人在体质监测站的测试结果，并获得相应运动处方，这是体质监测软件与网络的良好结合。还有一些商业组织，其健身指导网站的建设如火如荼，如39健身网、51健身网、薄荷网、慧俪轻体、健网、飞瘦网等。网站均从用户的健身或减肥需求出发，设计在线指导流程并给出相应建议。尽管有些网站进行在线健身指导的目的在于推介其产品或服务，但健身爱好者利用该网络的热情由此可见一斑。与此同时，健身指导相关软件和网站的市场推广和商业运作也受到研究者和健身产业相关者的广泛关注。如健身指导软件推出智能手机支持版本，免费供用户下载并便于用户随时随地接受健身指导；健身网站提供智能化健身模块，支持网站进行商业化运作的条件；建立健身网络社交平台，记录用户锻炼记录和健身计划，并随时反馈计划的完成情况，通过积分制、勋章等积极的评价来激发用户健身的兴趣。健身指导软件和网站基于市场化的推广和运作方法，为全民健身工作的组织和实施提供新的思路和途径。

4 健身物联网技术发展

物联网是信息化应用的新模式，可通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别（RFID）技术、全球定位系统（GPS）、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成巨大网络[15]。作为继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，物联网技术开始应用于各个领域。通过各种传感设备识别并跟踪健身信息，通过各种网络共享建立健身物联网成为近年来的一个研究和应用热点。

健身物联网中可被采集的运动或生理参数包括体温、心率、血压、血氧饱和度、步数、日常活动和运动轨迹等，根据此参数设计可采集相应数据的终端产品是健身物联网发展的重要基石。国内外不少厂商相继开发基于运动监测和追踪的硬件产品，计步器、运动能耗监测仪、“Nike＋iPod”运动组件、内置GPS模块的智能手机等均成为健身物联网技术广泛应用的典型终端产品。除此之外，根据物联网的特点，各种健身设备如跑步机、功率自行车、力量训练器等，以及各种健身信息采集仪器（如体重计和各种体质测试仪器），均可以增加传感器或电子标签标记后，升级成为健身物联网的终端设备。在终端设备如此多样化的背景下，统一数据通信规范和标准，同时设计网关技术将多种接入手段整合起来，统一互联接入网络，是健身物联网发展中需要重点考虑的内容。

从技术架构上看，健身物联网和物联网一样，分为感知层、网络层和应用层[16]。感知层即健身物联网终端产品，负责相关数据的采集；网络层由各种通讯手段（如有线和无线网络、各种私有网络和局域网、移动通信网等）与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心组成，不仅完成各种渠道健身数据的传输，而且还要对相应数据进行处理；应用层指各级体质管理部门、健身指导部门、医疗服务和健康管理部门的业务应用系统，对健身人群提供各种资讯和指导服务。健身物联网的发展应是前瞻性和整合性的，随着相应技术的发展和应用，云计算可为规模化的健身物联网网络层中数据的智能处理提供一种新的高效率计算模式，通过分布式计算和虚拟化技术建设数据中心，为健身物联网提供数据存储、分析和科学计算等服务。未来的健身物联网应该是一个由“云+物”组成的庞大网络，随着终端传感器网络的大规模部署，各种传感器就像蓝海一样，分布到各种各样的健身设施上收集信息，通过各种网络将数据发送到云端进行计算和处理，经过计算和处理的信息再回到应用层，为各种健身需求提供服务。

5 小结

随着社会信息化的飞速普及，技术创新不断推动着生产方式的变革和生产效率，相应地改变了人们的生产生活方式，推动社会不断进步。计算机和网络技术已经广泛应用于体质管理工作、体质监测数据采集和处理以及健身指导工作中，为体质工作的开展提供快捷、方便的高效率平台。通过以上的现状研究，也应看到计算机和网络技术在体质工作中的应用前景。其一，国民体质监测工作意义重大，通过计算机和网络技术对其进行辅助管理已取得骄人成绩，但科学管理永无止境，根据其多地多点抽样测试的特点可设计实时录像和远程监控技术，增加对测试过程的管理和控制。其二，随着社会各界对体质数据的重视程度增加，云计算以其互联网广泛接入性、虚拟化的资源池共享方式、动态可伸缩的计算能力为体质数据的共享以及智能挖掘技术提供可实现的平台，建造体质数据云可为广大用户提供共享的计算资源和服务，为促进全民健身水平作出贡献。其三，作为体质研究成果的重要转化手段，健身指导软件的设计及网络化不仅提高了健身指导工作的效率，而且为构造健身指导网络平台提供基础。但健身指导软件的网络化如何设计其网络平台的推广形式，提高网络传播的影响力，增加健身爱好者的关注度并构造市场化运营模式，同样也是健身产业创造新的网络服务模式需要思考的问题。其四，基于云计算的健身物联网是健身领域的一项重大工程，其设计和规模化发展应有前瞻性和整合性，在建造体质数据云的基础上，与健身物联网终端设备采集的数据云相结合，通过数据和信息的智能处理，建设由“云+物”组成的庞大网络，为各种健身需求提供服务。

计算机和网络技术在体质健身工作中应用时只能提供一个强大的操作工具，无法根据体质工作的特点自动选择相应技术和手段；同时各项技术开发和实现的难点也不在于其技术指标的设计，而在于体质工作中应如何选择相适用的关键技术并实现相应功能，使其更好地为体质工作服务。因此，充分熟悉计算机和网络的相应技术，并联系体质工作特点多加思考，充分发挥先进技术的应用，是每个体质研究工作者需要重视的内容。

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