“人工智能+大数据”技术在运动戒毒工作中的运用

贾东明，孙 飙

2018年6月，中国司法部提出“以运动戒毒为引领，构建中国的戒毒体系”的核心目标。 2019年6月，司法部戒毒管理局与中国体育科学学会在司法部签署运动戒毒战略合作框架协议。合作双方将高标准共建中国运动戒毒创新研究中心，建设世界一流的运动戒毒专家库，搭建高层次、高水平学术交流平台，加强运动戒毒专业人才职业技能培训，加快运动戒毒理论研究与实践成果的转化。2019年11月，南京第十一届全国体育科学大会开设“运动戒毒”研究领域分论坛，为我国司法行政运动戒毒工作提供了理论支持和科学指导。

目前“运动戒毒”工作已经成为司法行政戒毒工作的新内容，对其进行整理和规范已经势在必行。全国运动戒毒工作主要由“康复训练中心”负责，开展得很热烈，亮点纷呈，但大多局限于各地的“地方特色”，如编排体能康复操、太极拳、健身项目等[1]。在实际运行过程中，研究发现，康复训练中心运用国民体质监测进行体质综合评定的过程中会出现数据不能兼容的问题。不同的设备测试后的数据无法进入统一的综合平台并形成一份科学完整的报告。另外，训练与评价、人数与场地器材严重不足的矛盾突出，康复训练工作的最后一环——智能化数据处理和出具科学运动处方问题这一瓶颈，尚没有得到有效解决。

“人工智能+大数据”结合“科学运动康复训练”手段，属于科学戒治手段创新，使戒毒人员通过运动干预、康复训练，正确意识到成瘾行为的成因及危害，发挥主观能动作用，培养良好的生活习惯，改善精神状况，从生理和心理上摆脱毒瘾，坚定戒毒成功的决心，同时可以有效助力专业民警快速分析、精准决策、提高戒毒人员的操守率。

1 “人工智能+大数据”简介

2018年10月底，中共中央政治局第九次集体学习时强调：“人工智能是新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量，加快发展新一代人工智能是事关我国能否抓住新一轮科技革命和产业变革机遇的战略问题。要深刻认识到加快发展新一代人工智能的重大意义，加强领导，做好规划，明确任务，夯实基础，促进其同经济社会发展深度融合，推动我国新一代人工智能健康发展。”

1.1 “人工智能”的定义及特点

人工智能（Artificial Intelligence，AI），它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，人工智能研究的一个主要目标是使机器能够胜任一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。

1.2 人工智能与大数据的关系

人工智能、大数据属于数据技术范畴，数据技术另外还包括数据科学、机器学习等内容。

人工智能的发展，需要大数据的支持，人工智能是一种在大数据世界中指引方向和收集规律的方法。人工智能可以超越人类传统方式来处理大数据集，机器通过强大的逻辑运算能力，生成对抗网络、替代型的递归神经网络以及新胶囊网络，进行深度迭代学习，做出预测及决策。为人工智能系统提供更多数据时，它会变得更聪明，这非常适合于识别随时间变化的异常，例如更多的历史数据被馈送到贝叶斯算法里，其预测结果变得更准确[2]。

1.3 “人工智能+大数据”的应用

该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等，具体运用在三个方面。

1.3.1 智能化的数据、信息处理决策链条

面对互联网的海量数据，先用机器人进行信息收集；后台算法自动匹配图表、图片或视频；结合AI追踪有价值的新闻信息，最终生成选题决策。例如写稿机器人以及2017年12月26阿里巴巴发布的中国第一个媒体人工智能平台“媒体大脑”，正是运用人工智能技术由机器智能生产新闻的成功代表，“媒体大脑”能够“提供基于云计算、物联网、大数据、人工智能（AI）等技术的八大功能，覆盖报道线索、策划、采访、生产、分发、反馈等全新闻链路”[3]。

1.3.2 算法与异常检测、机器学习与人机协作

将动态数据在后台实施行为监测、特征画像和机器学习，依托于差异化的算法进行智能判定，包括标识不符合预期模式的识别数据项、事件或观测，或数据集中的其它项。异常检测可以识别诸如银行欺诈、故障检测、系统健康监测、传感器网络和生态系统干扰等[4]。机器人使用智能控制技术、高性能传感器和先进的软件技术，可以协作生产，使以往困难的、一直都手动完成的转换成自动化生产，例如在电子产品的生产中涉及到的焊接、装配、打磨、检测等复杂的工序过程。

1.3.3 精准对象：用户画像与兴趣标签、人机对话和定制化交互

用户画像是根据对象用户表现出来的行为以及社会属性、生活习惯等，揭示其背后的特征，为决策过程提供信息基础，指导产品服务研发和应用，兴趣标签则便于归类检索。数据上看，对象用户存在标注数据有误，特征数据稀疏，类别不平衡等问题。因此需要对大量已存案例样本的基本行为特征数据建模，对其他用户画像维度的进行预测，数据源不同，标签体系不同。好的模型，除了算法本身外，数据质量，数据预处理，特征工程等方面也很重要。借助自然语言处理和语义分析等功能，微软小冰、小i机器人等解决方案已经在电子商务、智能家电、客户服务等领域得以应用[5]。

2 “人工智能+大数据”康复训练平台

按照司法部的要求，强制隔离戒毒场所需要对戒毒人员进行体质测试、体质分析，开展理论教学，制定集体训练计划、开具个体运动处方，并对测试和训练场地以及训练设备做了具体安排。但是所内戒毒人员人数较多，民警为每人制定训练计划，并根据体质恢复情况定时调整计划，工作量巨大。而且戒毒人员存在特殊群体，身体状况差异大，需要有很强的针对性训练计划，使得专职干警培训投入成本较高。另外，场所训练内容较单一，缺乏系统性和针对性，戒毒人员训练目标不明确、积极性不高，以及运动器械使用计划单一，功能性训练不全，运动康复计划参差不齐等问题普遍存在。

将“人工智能+大数据”技术运用到强制隔离戒毒人员“身体康复训练平台系统”，针对戒毒所中的不同人群，如身体状况一般人群、身体状况不佳人群，病残人群，以及兴趣人群，为所内不同人群戒毒人员提供健康大数据应用服务，根据人群特殊性与风险进行针对性体质监测、体质评估，定制化运动处方、运动干预、生命体征风险监控、体况数据分析诊断等一系列健康管理服务，结合大数据分析、智能设备、智能管理系统，帮助戒毒人员快速高效分析体质状况、精准决策、个性化服务。

2.1 “人工智能+大数据”康复训练信息化链

“人工智能+大数据”康复训练平台系统由五大模块组成，彼此构成信息化链。

2.1.1 大数据监控模块

对使用者，群体或个人群进行标识与实时监控追踪，显示屏一侧装有高清人脸识别摄像头，可完成人脸识别及动作捕捉功能，后台按照优化模型算法进行分析，将动作数据和生理数据提交至主机。

2.1.2 智能终端模块

大型群体场所可通过人机交互智能大屏，家用或个人可使用手机端APP，通过人脸识别自动匹配康复训练方案，进行运动指导与训练。个体可配备智能手环，进行运动检测，风险预警。大型群体运动场所配备智能器械，可与大数据监控模块实时生理指标数据传输分析，提升运动训练康复效能。以场所中的力量训练器为例，通过WiFi互联技术，将力量训练器接入网络；利用人脸识别技术对个人进行身份认证，并且获取力量训练器的数字化运动处方，指导个人进行训练：利用传感器感知力量训练过程中的参数如实际负荷、做功、功率等，将训练结果上传至大数据监控模块并且保存。

2.1.3 运动康复系统模块

核心模块，由国家级运动康复学专家队伍针对使用者体质及心理特征，研发3,000套运动训练康复训练方案及运动处方，人工智能算法进行裂变式分发。训练方案及运动处方制定流程主要包括一般调查、医学检查、运动实验与评价、制定运动处方以及在运动处方训练过程中进行监督、运动处方的调整等几个阶段。一般调查主要是用来了解健身者的基本运动状况和健康状态；医学检查主要包括心血管系统、神经系统、呼吸系统、运动系统等身体检查；运动实验与评价主要评定心肺等功能以及运动状况，为运动处方的制定提供重要的依据。在全面的了解健身者的身体状况之后，由专家制定出科学化的运动处方。其内容包括运动的种类、强度、时间、频率、进度以及注意事项等。其中运动种类包括有氧运动：步行、慢跑、上下楼梯、划船等，也可由跑步机、动感单车、划船器、攀登台阶机等有氧训练器械上完成；力量训练：被动运动、助力运动、主动运动和抗阻力运动等，可由场所内的部分力量训练器械完成训练；伸展运动和健美操：保健体操、气功、太极拳等。

2.1.4 管理平台模块

群体场所使用，提供管理人员移动式管理平台，包括使用人员风险预警、数据分析、训练报告，实施运动康复计划的出具和打印。个人使用可通过手机 APP界面进行操作，自行调整时间和参数设置，数据保存等功能，实现人机交互。

2.1.5 智慧物联网模块

物联网技术是未来智慧运动康复的核心，其实质是通过将传感器技术、RFID技术、无线通信技术、数据处理技术、网络技术、视频检测识别技术、GPS技术等综合应用于整个康复训练管理体系中进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术，从而建立起实时、准确、高效的实时控制和管理系统。

2.2 解决方案

“人工智能+大数据”康复训练平台系统是针对戒毒人员基础测试和运动康复开发的智能管理系统。该系统适用于现有的戒毒场所康复训练中心，拥有建立戒毒人员个人信息电子档案，构建戒毒人员体质健康数据模型，分析戒毒人员体质测试成绩数据，自动匹配针对性课程，互动指导戒毒人员训练，实时反馈数据与风险监控预警，持续追踪戒毒人员大数据轨迹等多项功能。该平台系统的运行流程见图1。

3 “人工智能+大数据”康复训练平台的优势

与“传统康复训练工作”相对比，“人工智能+大数据”康复训练平台在检测评估、指导训练、风险预警、运动处方、场地利用等方面具有较大优势。见表1。另外，在运动处方库、智能算法和智能终端物联三方面具有“传统康复训练工作”无法比拟的优势。

3.1 运动处方库

由运动医学、心理学、营养学、训练信息论、医疗体操、运动训练学、体能训练、统计学、计算机信息学等多学科支撑来共同完成，进行处方数据库的建立。所采用训练动作由运动医学博士在国家体育总局指导运动员训练动作基础上进行调整，训练动作数量约为3000种，涵盖了人体形态矫正、人体机能恢复、人体素质提高所需要的力量、速度、耐力、柔韧、协调平衡、反应灵敏相关的所有动作，实施过程严格按照运动医学、康复体育、临床医学、运动训练学等学科的要求进行，权威性、科学性和安全性较强。数据库在对戒毒人员生命体征进行分析后，制定出涵盖了徒手、小器械、固定大器械的具有安全性和针对性的运动处方。

图1 人工智能+大数据”康复训练平台系统流程图

3.2 AI智能算法

将先进的强化学习等人工智能方法与传统的运筹学优化算法、近似求解算法结合在一起，构建了业界领先的运动康复训练系统。可根据戒毒人员身体状况做出精准判断和完美匹配运动处方。“云平台”终端助力戒毒所数据归档和接收，搭载领先的深度学习算法，逐步实现归档方式从传统人工操作向大数据安全化、自动化、精细化转变。为戒毒所提供精准人脸检测、人脸识别、生物活体检测、运动轨迹识别等线下场景常见功能，能够实现戒毒人员人机交互，有利于提高学员锻炼积极性。

3.3 智能终端物联

利用智慧物联网，全方位把控戒毒人员各终端接触信息，更准确监测数据，为戒毒模式创新提供新的工具和手段，包括戒毒人员智能手环及其他可穿戴设备。如智能化可穿戴设备，通过感知人体运动过程中的生理特征变化，如心率、血压、呼吸速度、实时的掌握运动者的运动情况、生理安全等，及时调整执行机构的控制参数，防止健身者出现过度疲劳和运动损伤，主动保护健身者的运动安全。见表1。

表1 与“传统康复训练工作”对比表

4 “人工智能+大数据”康复训练平台的应用

目前，国内多家戒毒所在“运动戒毒”工作中都试点了“康复训练智能管理系统”，2019年6·26国际禁毒日，司法部在云南昆明举办国际戒毒论坛，以“戒毒新技术新方法——以科学运动戒毒为试点”主题，为全世界介绍中国特色智慧戒毒方法，重点展示了南京和广州科技研究团队的“智慧运动康复管理系统”的运行和实践效果。同时，该团队还将智能机器人运用到“运动戒毒”智慧训练平台当中，极大地方便了受训人员，可随受训人员自由移动，有效解决训练空间跨度过大，场所健身设备不便移动的问题。通过“人工智能”对戒毒人员这一特殊群体的测试指标大数据的积累分析和不断迭代学习更新，用于指导运动戒毒工作，我国毒品戒治模式必将更加科学，更加完善。