山西省国民体质监测数据可视化平台的设计与应用

刘 姝 ，杨 喆，刘 珂

(1.山西省体育科学研究所 群众体育研究室，山西 太原 030012；2.太原日报报业集团 太原新闻网，山西 太原 030002)

0 前言

截至目前我国已完成了4次全国31个省(区、市)覆盖全国的国民体质监测工作，建立了中国人的国民体质数据库[1]，为国家科学制定群众体育事业发展规划、全面掌握我国国民体质动态变化规律，制定有关法律法规提供相关的依据。山西省历次国民体质监测是我国国民体质监测工作不可或缺的部分。近20年来，山西省参与完成了我国历次国民体质监测工作，建立了山西省国民体质数据库，积累了山西省国民体质的重要原始数据文献，为我省今后深入开展国民体质研究工作夯实了基础。国民体质监测的测试对象来源于民，国民体质监测的研究结果反馈应用于民。通过全国覆盖31个省(区、市)、每5年一次的体质监测工作，有关部门把握了我国国民体质动态变化规律，为国家制定改善国民体质的相关政策、全面发展我国群众体育事业、提供数据支撑和理论依据。历次体质监测结果被作为评价健康中国建设成效和团体、地方评估、制定全民健身计划执行效果的数据支撑和重要指标体系。

可视化(Visualization)是研究数据处理、数据表达、决策分析等相关系列问题的综合性技术，是利用图像处理技术和计算机图形学，把数据转换成图像或图形显示在屏幕上，再进行交互处理的方法、理论和技术。近年来，随着人工智能的兴起，以数据为工具，以可视化为手段，描述真实的数据内涵,在各类报表和说明性文件中有诸多应用。一个设计制作科学、操作便捷的可视化数据，可以把繁杂无序的数据从冰冷的数字转换成直白简洁的图形，带给使用者不仅仅是视觉上的冲击，还能够揭示蕴含在数据中的发展变化规律和现状事实，还包涵有发现、探索、分析、解释、学习和决策等诸多含义。数据可视化的最终目标是为了更好地促进行动，用直观的图表展现数据，让制定政策和行动的决策者看懂数据、使用数据。

20世纪90年代，国家体育总局就着手开始构建国民体质监测系统，历经约5年的持续努力，于2000年成功地进行了我国第一次国民体质监测工作，这项工作的开展，是我国国民体质监测系统建立的标志，同时出台的《国民体质监测工作规定》，从法规上保证监测工作以“每5年为一个周期”的开展工作，定期向社会公布监测结果。将国民体质运用科学的方法作为国家重要的资源加以运用和管理，是国民体质监测工作为国家建设和经济服务的重要举措。从2000年至2020年第一到第五次国民体质监测工作的相继顺利开展，标志着国民体质监测工作的近一步完善。

“健康中国2030”规划纲要的目标要求是，到2030年，城乡居民达到《国民体质测定标准》合格以上的人数比例92.2%、经常参加体育锻炼人数为5.3亿。为使更多的人尤其是制定群众体育工作的决策者直观、简捷地掌握我省11个地市的国民体质现状、水平、变化趋势及与“健康中国2030”规划纲要所要求的健康水平和健康生活的差距，本研究将我省成年人的国民体质监测数据以山西省地图为载体，将11个地市不同年龄、不同性别、不同体质测试指标以可视化方式展现出来，使国民体质监测结果的呈现更客观、直观，更具说服力。

1 研究人群

国民体质监测工作规定成年人20～39岁为成年甲组，40～59岁为成年乙组，成年人甲乙组的国民体质测定指标略有差异。成年人既是社会的中流砥柱，也是体质水平呈现下滑的薄弱群体[2]。以2005年、2010年、2014年三次国民体质监测中山西省11个地市成年人的国民体质监测结果为研究对象。2005年为16 893人，2010年为30 155人，2014年为30 165人。研究对象的测定评价指标见表1.

表1 各组别国民体质测定评价指标一览表Table 1 Evaluation index of the people's fitness measurement in different groups

2 研究步骤

2.1 国民体质测试值得分分值的计算

《国民体质测定标准》[3]1是我国首次建立的涵盖四个年龄段人群(幼儿组、儿童青少年组、成年人、老年人)的体质测定标准。该标准是运用科学的方法将国民个体的身体形态、身体机能和身体运动素质等进行测量与评价，针对性指导全民健身活动的科学开展，充分发挥体育运动在增强人民体质中的地位和作用。该标准于2003年由国家体育总局发布实施，至今一直延用。

每一个测试对象完成一个指标的测试后，会得到这个指标的测试值；根据被测对象的年龄、性别、测试指标，查询《国民体质测定标准》，测试值落在哪个得分值的区域内，就是该测试的得分值。同理，一个省市、地区、团体根据被测对象的年龄、性别、测试指标的平均值，查询《国民体质测定标准》可以获得相应的显示其水平的得分值。国民体质测定指标包含身体形态指标2项、身体机能2项、身体素质7项，身高体重采用其派生指标BMI来分析身体形态的变化特征。按照我国颁布的BMI评价标准执行：BMI<18.5为“体重过轻”，18.5≤BMI<23.90为“体重正常”，24.0≤BMI<27.90为“超重”，BMI≥28.0为“肥胖”[4-5]。《国民体质测定标准》中身体机能和身体素质各指标的单项得分采用五等级评价，为5级评分法，分别为1分、2分、3分、4分、5分，评分值越大则越好。所在的等级为被评价者(个人、团体、区域、地市等)某项体质测试指标在整体(整体指被评价者所在的性别和年龄段人群)中的水平。现行的5等级评分是根据百分位数法制定，分值范围比较宽泛，某些单项指标的得分分值段高限值高于低限值约25%.例如女子30～34岁组肺活量2分值的范围为1 782～2 339 mL，高限值与低限值之差为557 mL，约24%；男子30～34岁组肺活量4分值的范围为3 875～4 544 mL，高限值与低限值之差为669 mL，约15%[3]60.考虑到人体身体形态、身体机能和身体素质指标在现实运用中的特点，我国现行的《国民体质测定标准》在制定中对身体机能、身体素质单项指标评分规定了最低限制线：即身体机能、身体素质指标的测试值小于第3百分位数则不给与评分[1]，以鼓励被测者在测试中竭尽全力发挥自身真实能力。为准确、客观地掌握我省11个地市的成年人的整体体质和单项体质指标的水平，及时发现某些身体机能和身体素质指标潜在短板和提升的潜力，本研究在参照《国民体质测定标准》5分制的基础上，将机能和素质指标分值细化，增加了0.5的分值段：若体质测试值高于A得分区域高限和相邻B得分区域值低限均不足3%，在A得分值的基础上加0.5分。以肺活量指标为例，表2中“均值”为该市该指标某年龄段的平均值，“分值”为该指标对照《国民体质测定标准》的得分值。

表2为2005年山西省部分城市、部分年龄段成年男子肺活量的平均值。以长治市为例，2005年长治市男子20～24岁组肺活量的均值为3 492 mL;查阅《国民体质测定标准》成年人手册，成年男子20～24岁肺活量3 465～3 984 mL，得分为3分[2]，2 848～3 464 mL，得分为2分，测试值3 492落在3 465～3 985 mL 之间的3分值区域内；该值仅比3分区域低限3 465 mL高27 mL，比2分区域高限3 464 mL低28 mL，均不足3%，故将该测试值得分规定为2分+0.5分=2.5分。依照此规则对身体机能和身体素质指标逐一运算，对2005年、2010年和2014年三次国民体质监测的山西省11个市的成年人的体质测试指标分别赋予相应的得分值。

表2 2005年山西省部分城市成年男子肺活量Table 2 Vital capacity of male adults of some cities in Shanxi province in 2005 单位：mL

2.2 国民体质监测结果在山西地图的呈现

国民体质监测结果在山西地图的呈现使用了多种网页语言、框架和前端技术来构建实现，包括HTML5语言和CSS3层叠样式表等核心网络标准，JavaScript脚本语言，以及JavaScript代码库(框架)jQuery和基于JavaScript的滑动特效插件Swpier、数据可视化图表库ECharts.

HTML5是构建及呈现互联网内容的一种语言方式，被认为是互联网的核心技术之一；CSS3是CSS(层叠样式表)技术的升级版本,是用来表现XML或HTML等文件格式的计算机语言。JavaScript是一种编程语言，具有函数优先的解释型、轻量级或即时编译型，用来为用户提供美观、流畅的浏览效果，为网页添加形式多样的动态功能。

国民体质监测结果可视化展现的构建过程，主要包括网页布局的静态展现和监测结果的动态呈现。以成年男子肺活量值在山西省地图的呈现为例，构建过程如下。

根据本次研究目标，分析表2中成年男子肺活量值及其对照《国民体质测定标准》不同年龄段、不同城市该指标所得的分值如何在网页上展现，设计地图的展示模板，初步拟定呈现可视化内容的页面布局结构，使用HTML5语言根据页面布局编写网页代码，生成可供用户访问的HTML页面；同时，协同CSS3层叠样式表以及jQuery、Swpier等JavaScript框架和插件对HTML页面内的元素进行格式化，形成基本网页布局和主体风格。在HTML页面调用ECharts数据可视化图表库和山西省地图的JavaScript脚本文件(下称js文件)，将山西地图呈现在HTML页面中，完成展示山西地图为主体的静态网页(不包含国民体质监测结果数据)的构建。

静态网页结构完成后，将国民体质监测数据中成年男子肺活量的监测数据按监测年份划分，以二维数组(年龄段为“行”；城市数据为“列”)的形式将数据录入到男性肺活量监测项目的数据js文件中，并在HTML页面中调用已录入数据的js文件。通过编写并执行JavaScript代码，使山西省各地市的地图数据和其对应的成年男子肺活量监测数据逐项结合，形成不同年份、不同年龄段的地图实例和图表实例，如“2005年山西省成年男子肺活量指标地图”8个年龄段的地图实例、“山西省11个城市成年男子肺活量对比曲线图”11个图表数据实例，保存在成年男子肺活量对应的实例js文件。把成年男子肺活量的js实例文件与之前已经构建完成的静态网页相结合，将监测数据和各指标的得分值在山西省地图的静态页面中动态地展现，完成山西省成年男子肺活量指标地图的可视化呈现，如图1.

图1 山西省国民体质监测数据可视化平台Fig.1 The visualization platform of people's fitness monitoring in Shanxi province

对山西省国民体质监测的全部测定指标在山西省地图的可视化呈现后，经过功能完善、应用测试、数据核对后，可发布在网络上供公众在PC端、手机端用户进行浏览，或封装成“山西省国民体质监测数据可视化平台”可执行文件在电脑上运行使用。

在“山西省国民体质监测数据可视化平台”中，2005年山西省成年男子不同年龄段肺活量的水平分布以及具体数值以山西地图这种可视化形式直观地展示出来，用户可以自由选择不同维度的地图进行查询、对比、分析。以“2005年山西省成年男子肺活量地图(25～29岁)”为例，如图2.

图2 2005年山西省成年男子肺活量地图(25～29岁)Fig.2 The map of the vital capacity of male adults in Shanxi Province (aged 25～29) in 2005

山西省11个市25～29岁男子的肺活量水平一目了然，不同分值的城市以深浅不同的蓝色表示，分值越高，颜色越浅，分值越低，颜色越深。由图2可知，2005年山西省25～29岁男子肺活量水平最高的是颜色最浅的晋城、运城，其平均值远高于当年山西省该年龄段的均值；太原、忻州、晋中、临汾、长治、阳泉等市25～29岁男子肺活量平均值与当年山西省的平均水平同一；2005年25～29岁男子肺活量水平最低的是颜色最深的朔州，其次是吕梁和大同，这三个市2005年25～29岁男子肺活量水平均低于当年山西省该年龄段的平均水平。将鼠标移动到图例的不同分数上，会在山西地图上以黄色高亮显示出该分值的全部城市，如图3.当鼠标移动到不同的城市，可以显示出2005年该年龄段该城市男性的肺活量具体数值和山西省的平均值，如图4.

图3 显示某一水平的全部城市Fig.3 Cities at the same level

图4 显示某城市的水平及全省平均水平Fig.4 Level of a certain city and the average level of the whole province

不同年份、不同城市、不同性别、不同国民体质测试指标的水平除以山西省地图展示外，可视化平台还配有其他的一些辅助图、表，也可以直观展现分析不同城市某指标与山西省平均值的比较、不同城市之间的对比分析等功能。

3 研究结果

形成山西省成年人2005年、2010年和2014年国民体质监测测定指标BMI、肺活量、台阶指数、纵跳、握力、坐位体前屈、选择反应时、仰卧起坐(俯卧撑)、闭眼单脚站立等10项指标及派生指标的可视化地图。直观展示山西省11个市成年人的身体形态、身体机能和身体素质在不同年代水平及在全省所处的位置及不同城市间的不同年龄段、不同性别、不同指标间的差异。揭示从2005年到2014年15年间山西省成年人体质的总体变化趋势及各项体质指标的动态变化。直观提示不同年代某个年龄段、不同性别、某项测定指标的水平存在潜在的短板和具有进一步提升的潜力，为整体国民体质水平的提高提供对策和建议。