運(yùn)動(dòng)信息技術(shù)運(yùn)用于大眾健身器材分析

東北師范大學(xué)體育學(xué)院，吉林 長春　130024

李洪亮

Li Hongliang

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運(yùn)動(dòng)信息技術(shù)運(yùn)用于大眾健身器材分析

運(yùn)動(dòng)信息的獲取有助于人們了解運(yùn)動(dòng)特征，挖掘潛在的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，進(jìn)而可以根據(jù)獲取的運(yùn)動(dòng)信息提出相應(yīng)的改善措施。運(yùn)動(dòng)信息的發(fā)展水平?jīng)Q定了體育科學(xué)研究可以達(dá)到的高度，也影響著體育運(yùn)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。人體的運(yùn)動(dòng)信息是指人體在運(yùn)動(dòng)過程中表現(xiàn)出來的信息，其主要體現(xiàn)包括人體身體的姿態(tài)、關(guān)節(jié)的角度變化、身體的位移、力的大小和方向以及人體生理生化指標(biāo)的變化方面等。人體的運(yùn)動(dòng)信息的獲取離不開測(cè)試對(duì)象和測(cè)試的條件，對(duì)于同一測(cè)試對(duì)象，在不同的條件下，獲取運(yùn)動(dòng)學(xué)信息的方法也是不盡相同的，也就是說運(yùn)用的儀器也不盡相同。人體運(yùn)動(dòng)信息的發(fā)展可以廣泛應(yīng)用于體育科學(xué)研究、運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練以及健身活動(dòng)等方面。目前,人們對(duì)體育活動(dòng)的需求越來越高。但是相比之下，我國國民身體素質(zhì)卻在下降。造成這一方面的原因一是國民運(yùn)動(dòng)不足；而是缺乏提高人們進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的小型化、家庭化的體育器材。

1運(yùn)動(dòng)信息獲取技術(shù)

1.1生物電信息獲取技術(shù)

生物電信息主要包括心電、肌電和腦電的信息獲取技術(shù)。其中心電主要集中于研究心電圖的變化，通過觀察心電圖的變化情況觀察心臟機(jī)能與心臟是否患上了某些疾病。肌電的獲取方式主要是分析肌電圖通過時(shí)域、頻域特征值提取，分析肌肉的疲勞程度以及是否產(chǎn)生了肌肉損傷。肌電圖的應(yīng)用十分的廣泛，在臨床上主要應(yīng)用于病人的臨床監(jiān)護(hù)，在運(yùn)動(dòng)學(xué)領(lǐng)域主要應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)員輔助訓(xùn)練、恢復(fù)，運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)，運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)等研究。腦電目前主要集中于對(duì)腦部疾病進(jìn)行相關(guān)的診斷，在運(yùn)動(dòng)學(xué)領(lǐng)域，主要研究運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的腦電圖的相關(guān)變化，但是受到多種條件的制約，腦部的檢查一般需要結(jié)合受試者其它方面的特征和體征來進(jìn)行相關(guān)的檢驗(yàn)。目前隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生物電的測(cè)量技術(shù)也發(fā)生了相應(yīng)的變化。在早期，生物電的測(cè)量方法都會(huì)對(duì)測(cè)量者有一定的損害，但是現(xiàn)在測(cè)量基本上已經(jīng)達(dá)到了無創(chuàng)測(cè)量，其智能化和自助化的水平也越來越高。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，運(yùn)用生物電獲取人類運(yùn)動(dòng)信息的情況將會(huì)越來越完善，小型化的生物電測(cè)試儀器是未來的一個(gè)開發(fā)方向。如何將這些生物電技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室階段應(yīng)用到實(shí)際比賽中，觀察運(yùn)動(dòng)員在實(shí)際比賽中的表現(xiàn)將會(huì)是以后生物電應(yīng)用開發(fā)的一個(gè)新思路。

1.2運(yùn)動(dòng)學(xué)信息獲取技術(shù)

人體的運(yùn)動(dòng)學(xué)信息包括運(yùn)動(dòng)距離、運(yùn)動(dòng)頻率、速度、加速度和關(guān)節(jié)角度等，反映運(yùn)動(dòng)的時(shí)空變化特征，大多是肉眼可以觀察到的，通過儀器設(shè)備可以更精確地測(cè)量到。運(yùn)動(dòng)學(xué)信息獲取技術(shù)主要有影像測(cè)量法、穿戴式傳感器測(cè)量和固定式傳感器測(cè)量等方法。影像測(cè)量法獲取信息的方法人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的形態(tài)信息、運(yùn)動(dòng)距離、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)頻率和關(guān)節(jié)角度等。比如在體操運(yùn)動(dòng)中我們通過觀察錄像來確定運(yùn)動(dòng)員的身體形態(tài)，在游泳運(yùn)動(dòng)中我們通過錄像來觀察運(yùn)動(dòng)員手臂最佳入水角度等相關(guān)問題。穿戴式傳感器測(cè)量主要測(cè)量的指標(biāo)為人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)距離、運(yùn)動(dòng)頻率、關(guān)節(jié)角度和加速度等。其代表性的儀器主要有Tekscan公司 F-scan壓力鞋墊。固定式傳感器測(cè)量主要是人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)距離、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)頻率等，主要是步態(tài)。其代表性的儀器主要為GaitRite電子步道、IIM 數(shù)字場(chǎng)地等。

目前的運(yùn)動(dòng)學(xué)的信息獲取技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是這些技術(shù)往往是檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員的，器材比較昂貴，一般人比較難以實(shí)現(xiàn)。將運(yùn)動(dòng)學(xué)的相關(guān)技術(shù)運(yùn)用到普通大眾并對(duì)普通大眾進(jìn)行身體狀況的檢測(cè)也許會(huì)運(yùn)動(dòng)學(xué)信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

1.3動(dòng)力學(xué)信息獲取技術(shù)

動(dòng)力學(xué)信息獲取技術(shù)與運(yùn)動(dòng)學(xué)信息獲取技術(shù)有非常相似的地方，人體的動(dòng)力學(xué)信息包括接觸力、關(guān)節(jié)力和力矩等，反映運(yùn)動(dòng)的力學(xué)特征，肉眼很難觀察到，主要靠儀器設(shè)備測(cè)量。動(dòng)力學(xué)信息獲取技術(shù)主要有剛性力獲取法和柔性力獲取方法，還有通過影像逆推的方法。剛性力主要用于獲取手或腳局部與器械的接觸力，比如槳力、腳蹬力、拉力、握力等。剛性力測(cè)量代表性產(chǎn)品：IIM，AMTI, Kistler, Bertec。柔性力獲取方式也是依靠傳感器進(jìn)行相關(guān)的測(cè)量。柔性力傳感器可以彎折，測(cè)量接觸面上的單維壓力，可以獲取身體任意部位的壓力分布,廣泛應(yīng)用于個(gè)性化工業(yè)設(shè)計(jì)、人機(jī)功效學(xué)相關(guān)研究，以及健康狀態(tài)評(píng)測(cè)。代表性產(chǎn)品：IIM，Tekscan, Novel等。影響逆推法是指通過高速影像設(shè)備和壓力板/測(cè)力臺(tái)分別獲取人體的影像和足底壓力，結(jié)合人體模型，逆向求解動(dòng)力學(xué)方程，從足底壓力中模擬計(jì)算關(guān)節(jié)力和力矩。其代表性的產(chǎn)品有NDI optotrak步態(tài)體態(tài)分析系統(tǒng)(高速影像+六維測(cè)力臺(tái))。

動(dòng)力學(xué)信息獲取技術(shù)與運(yùn)動(dòng)學(xué)信息獲取技術(shù)類似，動(dòng)力學(xué)信息獲取的主要是人們?nèi)庋垭y以識(shí)別的信息，如人體的動(dòng)力，對(duì)物體的壓力等。動(dòng)力學(xué)信息獲取技術(shù)目前也并沒有在家庭健身器械中應(yīng)用，而且測(cè)力技術(shù)儀器相對(duì)比較昂貴，普通大眾難以接受。

1.4身體機(jī)能成分測(cè)試

身體機(jī)能成分測(cè)試就是采用一些儀器設(shè)備對(duì)人體的身體形態(tài)、機(jī)能、素質(zhì)和生理生化指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試。比如我們現(xiàn)在進(jìn)行的中學(xué)生身體素質(zhì)測(cè)試就屬于此種范疇。對(duì)于生理生化指標(biāo)的測(cè)量方法，主要有取樣測(cè)量法(如血液，骨髓等)，組織解剖測(cè)量法(主要針對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn))，無創(chuàng)成像測(cè)量法(X線、CT、MRI等成像)。

簡單的身體形態(tài)測(cè)試不需要專業(yè)的測(cè)試工具，但是對(duì)于生理生化指標(biāo)的測(cè)試，普通大眾并不能進(jìn)行相關(guān)的測(cè)試，只能夠在生病時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，平常不會(huì)對(duì)自己的身體狀態(tài)進(jìn)行相關(guān)的監(jiān)控。

2體育運(yùn)動(dòng)裝備需要更新的原因

2.1國民體質(zhì)下降

根據(jù)中國疾病預(yù)防中心的數(shù)據(jù)，冠心病、鬧卒中、糖尿病、肺癌、肝癌和乳腺癌是目前我國死亡率最高的幾種疾病，且死亡率有逐年上升的趨勢(shì)(圖1)。其中引起這些疾病的原因主要有運(yùn)動(dòng)不足、不良作息習(xí)慣、不平衡飲食等相關(guān)因素。其中運(yùn)動(dòng)不足的原因除了工作壓力比較大以外，還有一部分原因就是對(duì)人們不愿意去體育場(chǎng)館進(jìn)行鍛煉，也缺乏比較輕便的家庭健身器材，而且目前的健身器材大部分并不能起到娛樂作用。

2.2國民運(yùn)動(dòng)不足

國家體育總局在2004年完成了“全國體育場(chǎng)地普查”，在普查中發(fā)現(xiàn)，我國人均僅有1.04平方米的體育場(chǎng)地，這其中還包括65.6%的學(xué)校體育場(chǎng)地。而這65.6%的學(xué)校體育場(chǎng)地中，大部分的場(chǎng)地并不是對(duì)外開放的，僅僅處于教學(xué)的目的在使用。在調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)，目前我國體育設(shè)施的使用率明顯不足，大部分的體育設(shè)施處于半開放的狀態(tài)，僅僅有大型比賽或者演唱會(huì)才對(duì)外開放，平時(shí)是不對(duì)外開放的，這樣也使造成了人們的運(yùn)動(dòng)不足。

圖1　6種主要慢性病的標(biāo)化死亡率增長趨勢(shì)

圖2　2007年中國城鄉(xiāng)居民參加體育鍛煉現(xiàn)狀調(diào)查公報(bào)

2.3中國是體育強(qiáng)國，但不是體育大國

中國在奧運(yùn)會(huì)上取得了輝煌的成就，但是成就的同時(shí)我們應(yīng)該注意到以下的事實(shí)：目前我國在奧與會(huì)上奪取金牌項(xiàng)目最多的往往是并沒有群眾體育基礎(chǔ)的冷門項(xiàng)目(乒乓球和羽毛球除外)。在這些金牌項(xiàng)目中，能夠創(chuàng)造給他們奪取金牌的是目前的體質(zhì)，并不具有良好的群眾運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)。相反的是，目前歐洲國家在奪取金牌的項(xiàng)目上往往具有良好的群眾基礎(chǔ)，也正是具有良好的群眾基礎(chǔ)，所以國外在沒有舉國體質(zhì)的情況下能夠?qū)⑦@些項(xiàng)目開展的更好。

造成這種現(xiàn)象的原因一是人們對(duì)體育器材的購買力有限，二是體育器材并不能帶給人們運(yùn)動(dòng)時(shí)的快樂，人們想得到身體的鍛煉但是并不能感受到來自運(yùn)動(dòng)的快樂體驗(yàn)，久而久之，人們就會(huì)對(duì)器械健身失去興趣。

3運(yùn)動(dòng)裝備技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

3.1傳統(tǒng)裝備與裝備市場(chǎng)需求下降的原因分析

美國體育用品制造商聯(lián)合會(huì)2009年健身設(shè)備市場(chǎng)調(diào)查報(bào)告指出：近二十年來首次出現(xiàn)所有的健身器械行業(yè)整體銷售下降的現(xiàn)象。造成這種現(xiàn)象的原因一方面是運(yùn)動(dòng)器械功能缺失，性價(jià)比不合理；另一方面的原因是娛樂性欠缺，單調(diào)乏味。而造成健身器械市場(chǎng)真正萎縮的原因在于不能夠量化健身效果，與健康快樂完全割裂開來。

3.2當(dāng)代體育健身的功能特征分析

體育的健身功能是面向所有人群的，其健身的形式必定是快樂的，輕松的，任何運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目如果是在付出極大的體力和精神上的痛苦而換取的健康，其必將得不到相關(guān)的普及。同時(shí)，健身運(yùn)動(dòng)要因人而異，最大限度的滿足個(gè)性化生理機(jī)能特征的選擇需求。健身過程中的能量消耗是可計(jì)劃的和可量化的，運(yùn)動(dòng)特征可以是抽象的，健身效果可以是精確測(cè)評(píng)的，需要滿足人類功利心的基本價(jià)值觀。

3.3運(yùn)動(dòng)裝備技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著生活節(jié)奏的加快，很多人并沒有太多的時(shí)間去真正意義上的健身娛樂場(chǎng)所去進(jìn)行相關(guān)的健身活動(dòng)，人們往往是一下班就趕回家中，從而沒有時(shí)間進(jìn)行相關(guān)的健身活動(dòng)。以后的健身器材發(fā)展趨勢(shì)是將健身器械與辦公設(shè)備、家具和自我生活空間有效的結(jié)合在一起，使人們可以在任何時(shí)間和地點(diǎn)得到鍛煉，將時(shí)間和空間得到有效的整合，這樣就會(huì)使國民體質(zhì)得到一定程度的提升。

4運(yùn)動(dòng)裝備器材的相關(guān)創(chuàng)新思路

4.1智能跑步機(jī)

智能跑步機(jī)需要擁有自動(dòng)辨別鍛煉人群的特征，對(duì)人的生理信息，病理信息和特殊鍛煉需求進(jìn)行相關(guān)的識(shí)別和紀(jì)錄。在運(yùn)動(dòng)過程中能夠排除相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，確定鍛煉的目標(biāo)，對(duì)人體的健康具有促進(jìn)作用，并且能夠明確地記住鍛煉的強(qiáng)度、頻率和相關(guān)的周期，并且跑步機(jī)的環(huán)境也將會(huì)做出改變，使人們不再感覺到單調(diào)乏味。

4.2小型化娛樂化的家庭健身設(shè)備

人們?cè)阱憻捝眢w上只是為了健康而進(jìn)行的相關(guān)鍛煉，像目前的小型健身器材并不能夠引起人們的興趣，將健身與游戲結(jié)合起來的健身模式也許是未來發(fā)展的一個(gè)方向。目前，在近幾年興起了體感游戲的體育運(yùn)動(dòng)。這是將電子游戲與體育的有效結(jié)合，在鍛煉人們身體的同時(shí)，還具有游戲的功能，但是體感游戲并不能將運(yùn)動(dòng)的真實(shí)體驗(yàn)表現(xiàn)出來，這也是以后要解決的一個(gè)方向。

4.3對(duì)人們的身體狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的健身設(shè)備

人們對(duì)于自己的身體情況并不是非常了解，往往認(rèn)為沒有生病就是健康的身體，但是其實(shí)在生病前人體就會(huì)出現(xiàn)很多的征兆，這些征兆是很難覺察出來的。健身器材以后的發(fā)展趨勢(shì)必將會(huì)對(duì)人體的身體狀態(tài)進(jìn)行相關(guān)的監(jiān)控。比如今天適合練什么項(xiàng)目，需要多大的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷，明天適不適合運(yùn)動(dòng)，需要多大的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷等。每一天的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷隨著自己身體狀況的改變來進(jìn)行相關(guān)的調(diào)整，這樣就能夠保證自己的最佳鍛煉量，保證自己的身體健康。

5小結(jié)與展望

大眾的健身熱情與運(yùn)動(dòng)裝備的技術(shù)革新密切相關(guān)，好的運(yùn)動(dòng)器材能夠促使人們健身，對(duì)大眾的身體健康具有很好的推動(dòng)作用。在目前看來，很多運(yùn)動(dòng)裝備并不能促進(jìn)人們的健身興趣，一是人們?nèi)狈w育鍛煉的習(xí)慣；二是體育器材單調(diào)乏味，不能引起人們的鍛煉興趣；三是精密的體育器材并沒有普及，比較昂貴，小型化的家庭健身器材有待開發(fā)。

小型化和精密化的健身器材是以后的發(fā)展趨勢(shì)，如何開發(fā)價(jià)格合適、能夠引起人們健身興趣的健身器材是當(dāng)前要解決的問題。

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Analysis of Applying Sports Information Technology in Mass Fitness Equipment

東北師范大學(xué)體育學(xué)院，吉林 長春130024

李洪亮

Li Hongliang

摘要：本文概括了目前運(yùn)動(dòng)儀器在運(yùn)動(dòng)技術(shù)獲取中的應(yīng)用。人體運(yùn)動(dòng)信息的獲取方式主要由生理生化信息、生物電信息、運(yùn)動(dòng)學(xué)信息和動(dòng)力學(xué)信息等途徑。在概括這些人體運(yùn)動(dòng)學(xué)的同時(shí)，也敘述了目前我國體育鍛煉人口的數(shù)量不足，體育器材比較單調(diào)，精密化的體育儀器沒有應(yīng)用到大眾健身中?；谌绾伍_發(fā)小型化和精密化的健身儀器是以后大眾體育健身市場(chǎng)的一個(gè)主要方向，本文對(duì)于以后健身器材的開發(fā)趨勢(shì)進(jìn)行了相關(guān)的預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)信息；大眾健身；體育器材；開發(fā)

Abstract:This paper summarizes the current application of sports equipment in sports technology acquisition. Access of human movement information is mainly through paths of physiological and biochemical information, bio electrical information, kinematics information and dynamics information. While summarizing these human movement and sports sciences, the paper also describes the current small sports population in our country, drab sports equipment, and failure of applying precision sports equipment into mass fitness. As developing small and precise sports equipment is one of the major directions of future mass fitness market, the paper conducts relevant prediction on the development trend of fitness equipment on such basis.

Key words:sports information; mass fitness; sports equipment; development

doi:10.3969/ j.issn.1005-0256.2016.05.056

中圖分類號(hào)：

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-0256(2016)05-0121-3

作者簡介：李洪亮(1983-)，男，吉林省吉林市人，在讀碩士研究生，研究方向：體育教育訓(xùn)練學(xué)。

School of Physical Education, Northeast Normal University, Changchun 130024, Jilin, China.