智慧體育總體架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究①

謝雨航李顯良 陳志輝

（湖南體育職業(yè)學院 湖南長沙 410019）

智慧體育總體架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究①

謝雨航*李顯良 陳志輝

（湖南體育職業(yè)學院 湖南長沙 410019）

智慧體育是智慧地球在體育領(lǐng)域的具體實現(xiàn)，智慧體育有別與其他領(lǐng)域的“智慧化”。從智慧體育的總體架構(gòu)設(shè)計入手，并對實現(xiàn)智慧體育的云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬仿真、移動互聯(lián)網(wǎng)以及定位與導航術(shù)等六大關(guān)鍵技術(shù)進行了分析研究。在我國體育事業(yè)飛速發(fā)展的今天，對智慧體育總體架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)進行研究，有利于將智慧體育的相關(guān)成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用于競技體育、全民健身等領(lǐng)域，為我國體育事業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供支撐和保障。

智慧體育 云計算 大數(shù)據(jù) 物聯(lián)網(wǎng) 虛擬仿真 移動互聯(lián)網(wǎng) 定位與導航

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)和云計算等新興技術(shù)的快速發(fā)展及其產(chǎn)業(yè)化，物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來，實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)的整合，社會各行業(yè)逐漸對“智慧地球”有了越來越明確的發(fā)展思路，提出了“智慧城市、智慧醫(yī)療、智慧校園”等的具體實現(xiàn)路徑，“智慧地球”開始真正著地［1］。

體育行業(yè)由于它的特殊性，高科技手段僅在個別的競技體育項目及大型的比賽中應(yīng)用，與其他行業(yè)相比，體育行業(yè)的“智慧化”明顯落后。在國家高度重視全民健身的背景下以及“智慧城市”建設(shè)的基礎(chǔ)上，“智慧體育”的建設(shè)時期趨向成熟，探討“智慧體育”建設(shè)就尤為迫切而又有十分重大的意義。

1　智慧體育的內(nèi)涵

根據(jù)“智慧地球”及其他行業(yè)的“智慧化”，“智慧體育”是指充分利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，通過感知化、物聯(lián)化、智能化的手段，形成體育立體感知、管理協(xié)同高效、服務(wù)內(nèi)外一體的體育發(fā)展新模式［2，3］。

“智慧體育”主要是通過立體感知、管理協(xié)同、服務(wù)便捷等體系來體現(xiàn)“智慧體育”的智慧化。這可以不斷地促進我國體育事業(yè)的發(fā)展，改善我國國民體質(zhì)狀況，實現(xiàn)我國體育事業(yè)的智能化、便捷化與安全化。這是未來體育事業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的必由之路，也可以為發(fā)展我國全民健身事業(yè)、促進我國體育事業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供支撐和保障。

圖1　“智慧體育”總體架構(gòu)圖

2　智慧體育的總體架構(gòu)

“智慧體育”是基于云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及3S等現(xiàn)代信息技術(shù)，涵蓋智慧體育立體感知、智慧體育協(xié)同管理、智慧體育全民建設(shè)工程、智慧體育綜合管理等四大體系的新型體育模式?！爸腔垠w育”在總體上可以采用4層架構(gòu)，即由基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、支撐層以及應(yīng)用層組成；體育信息標準、安全與綜合管理體系作為智慧體育平臺的支撐體系，其總體架構(gòu)如圖1所示［4］。

2.1標準規(guī)范體系

智慧體育建設(shè)和運營的重要支撐保障體系就是體育信息標準規(guī)范體系，該體系主要包括智慧體育總體標準、信息資源標準、基礎(chǔ)設(shè)施標準、應(yīng)用標準、管理規(guī)范以及數(shù)據(jù)編碼規(guī)范。

總體標準是其他標準制定的基礎(chǔ)，也是標準化體系的基礎(chǔ)標準，主要內(nèi)容包括：智慧體育信息術(shù)語、智慧體育信息文本圖形符號、智慧體育信息標準化指南以及其他相關(guān)標準。智慧體育信息資源標準主要內(nèi)容包括：體育信息分類與編碼、體育數(shù)據(jù)訪問、體育信息資源的表示和處理、目錄服務(wù)等。智慧體育基礎(chǔ)設(shè)施標準主要內(nèi)容包括：信息安全基礎(chǔ)設(shè)施及計算機設(shè)備等標準。智慧體育應(yīng)用標準主要內(nèi)容包括：體育資源成果文檔格式、體育信息資源業(yè)務(wù)應(yīng)用流程控制、體育資源業(yè)務(wù)流程建模、體育資源業(yè)務(wù)功能建模、體育資源業(yè)務(wù)應(yīng)用規(guī)程及信息資源目錄和交換體系等標準。智慧體育管理規(guī)范主要內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用支撐、應(yīng)用系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運行等方面的管理辦法和制度。數(shù)據(jù)編碼規(guī)范是指規(guī)范智慧體育中數(shù)據(jù)的編碼，以達到數(shù)據(jù)交換及共享。

2.2安全與綜合管理體系

智慧體育安全與綜合管理體系內(nèi)容包括：網(wǎng)絡(luò)安全、系統(tǒng)安全、物理安全、應(yīng)用安全、數(shù)據(jù)安全、制度保障等6個部分。網(wǎng)絡(luò)安全是保護智慧體育內(nèi)部基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)傳輸和網(wǎng)絡(luò)邊界安全；系統(tǒng)安全是通過建設(shè)覆蓋智慧體育全網(wǎng)的分級管理、入侵攻擊、病毒防治及第三方安全接入系統(tǒng)；物理安全主要包括機房內(nèi)相同類型資產(chǎn)的安全域劃分；數(shù)據(jù)安全是解決智慧體育資源數(shù)據(jù)丟失與異常、數(shù)據(jù)訪問權(quán)限控制；制度保障主要建立信息安全組織體系，確定組織機構(gòu)及崗位職責。這是智慧體育建設(shè)與運營的重要保障。

2.3基礎(chǔ)層

智慧體育的基礎(chǔ)就是基礎(chǔ)層，主要進行體育信息的采集，為上層業(yè)務(wù)與應(yīng)用提供高效運營的基礎(chǔ)及高速通道。其中，感知體系主要是利用3S技術(shù)、傳感器、自動識別技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、多媒體射頻技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，通過全方位的感知體系，實現(xiàn)對體育信息的全面感知、深度感知。云計算中心為上層應(yīng)用提供軟件運行、數(shù)據(jù)庫運行以及平臺運行的服務(wù)。因為大數(shù)據(jù)必然無法用單臺的計算機進行處理，所以，必須采用分布式架構(gòu)，這樣能夠?qū)Ａ繑?shù)據(jù)進行分布式數(shù)據(jù)挖掘。

2.4數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是智慧體育的信息倉庫，它為智慧體育的運營提供大量的數(shù)據(jù)源，并支撐智慧體育的所有應(yīng)用。通過規(guī)范體育信息分類、采集存儲、處理、交換和服務(wù)的標準，建成體育信息三大類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，即體育政務(wù)管理數(shù)據(jù)庫、競技體育數(shù)據(jù)庫、全民健身工程數(shù)據(jù)庫。這樣就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通與共建共享，為智慧體育的實現(xiàn)打下堅實基礎(chǔ)。

2.5支撐層

支撐層的主要支撐平臺包括：體育云平臺、地理信息平臺、決策支持平臺等，為智慧體育的應(yīng)用系統(tǒng)提供智能、科學、包容、開放的統(tǒng)一支撐平臺。它負責整個系統(tǒng)的信息加工、業(yè)務(wù)流程規(guī)范、海量數(shù)據(jù)處理、數(shù)表模型分析、預(yù)測分析、智能決策等。支撐層主要是通過體育云、大數(shù)據(jù)決策平臺使云計算、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘、虛擬現(xiàn)實等新技術(shù)逐步融入到應(yīng)用層的各個應(yīng)用系統(tǒng)，為智慧體育實現(xiàn)智能化與科學化的運營提供有力的支撐。

2.6應(yīng)用層

應(yīng)用層是智慧體育成果的展示窗口，也是智慧體育建設(shè)與運營的核心，還是檢驗智慧體育成功與否的最直接判斷依據(jù)。應(yīng)用層主要建設(shè)內(nèi)容包括：國民體質(zhì)監(jiān)測平臺，競技體育綜合管理平臺，智慧體育政務(wù)管理平臺，智能化體育場館管理平臺，中國體育網(wǎng)站群，體育人才管理平臺，體育產(chǎn)業(yè)管理平臺等。它主要功能是進行資源交換、信息集成共享、業(yè)務(wù)協(xié)同等，為智慧體育的運營發(fā)展提供服務(wù)。

3　智慧體育關(guān)鍵技術(shù)研究

智慧體育得以實現(xiàn)的一個關(guān)鍵就是必須有相關(guān)的技術(shù)支撐，參照智慧地球、智慧交通、智慧城市以及智慧醫(yī)療等的實施結(jié)合信息技術(shù)的發(fā)展，智慧體育的實現(xiàn)主要依賴的技術(shù)有云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)以及地位與導航技術(shù)等，其中云計算是基礎(chǔ)，為其他技術(shù)的運行提供基礎(chǔ)支撐，其他各項技術(shù)間也存在一定的關(guān)聯(lián)［4，5］。

3.1云計算技術(shù)

云計算（Cloud Computing）可以將巨大的系統(tǒng)池連接在一起以提供各種IT服務(wù)，以實現(xiàn)資源的按需分配；主要包括3個層次的服務(wù)：基礎(chǔ)設(shè)施級服務(wù)（IaaS）、軟件級服務(wù)（SaaS）、平臺級服務(wù)（PaaS）。云計算的關(guān)鍵技術(shù)有虛擬化技術(shù)、編程方式、分布式海量數(shù)據(jù)存儲、云計算平臺管理技術(shù)海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)等。

在智慧體育決策支持服務(wù)方面，通過構(gòu)建的高可靠智慧體育云計算平臺為體育智能決策提供計算和存儲能力，其虛擬化技術(shù)及容錯特性保證了其存儲、運算的高可靠性，其擴展性可以極大地方便用戶。利用云計算的并行處理技術(shù)，挖掘數(shù)據(jù)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，對數(shù)據(jù)應(yīng)用進行并行處理?；贠penstack構(gòu)建的云計算基礎(chǔ)設(shè)施層可以提供可靠的調(diào)度策略，實現(xiàn)資源的按需分配，這是智慧體育云計算得以高效實現(xiàn)的關(guān)鍵［6］。

3.2大數(shù)據(jù)技術(shù)

目前，大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了安全管理、金融、水利、環(huán)保等領(lǐng)域。智慧體育中涉及到海量的數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)技術(shù)是指從那些海量數(shù)據(jù)中快速獲得有價值信息的技術(shù)。大數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)一般包括：大數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)存儲及管理、大數(shù)據(jù)預(yù)處理、大數(shù)據(jù)分析及挖掘、大數(shù)據(jù)展現(xiàn)和應(yīng)用。

某些國外公司已經(jīng)探索和嘗試在體育產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用新一代信息技術(shù)，并取得重要突破。世界一線體育品牌正大力布局一系列基于“大數(shù)據(jù)服務(wù)”構(gòu)架的高科技體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，這些主要是基于穿戴式體育設(shè)備、云端數(shù)據(jù)分析平臺、云端數(shù)據(jù)管理采集平臺和商業(yè)化服務(wù)平臺等。隨著智慧體育進一步發(fā)展，大數(shù)據(jù)技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于競技體育、體育產(chǎn)業(yè)以及全民健身等領(lǐng)域，包括運動員訓練比賽、體育場館與設(shè)施的投資與布局以及國民體質(zhì)的檢測等。

3.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)就是通過智能感知、識別技術(shù)與普適計算、泛在網(wǎng)絡(luò)的融合應(yīng)用，構(gòu)建一個覆蓋世界上所有人與物的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，實現(xiàn)物理世界與信息世界的無縫連接。物聯(lián)網(wǎng)用途極其廣泛，遍及交通、消防、安保、醫(yī)療、食品等多個領(lǐng)域?！拔铩笔求w育領(lǐng)域應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)，主要包括：體育場地設(shè)施、運動裝備、體育器材、體育服務(wù)、體育環(huán)境等體育相關(guān)資源及其屬性以及虛擬的體育資源和體育活動中的人，這些是實實在在的“物”，另一方面是體育領(lǐng)域的“物”必須具有數(shù)字化、信息化、智能化的屬性，必須具有可使用的智能接口，才能與信息感知層相結(jié)合［7］。

3.4移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

移動互聯(lián)網(wǎng)是一種新型的數(shù)字通信模式，也是移動通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合的產(chǎn)物。廣義的移動互聯(lián)網(wǎng)是指用戶使用蜂窩移動電話、PDA或者其他手持設(shè)備，通過各種無線網(wǎng)絡(luò)，包括移動無線網(wǎng)絡(luò)和固定無線接入網(wǎng)等接入到互聯(lián)網(wǎng)中，進行話音、數(shù)據(jù)和視頻等通信業(yè)務(wù)［8］。智慧體育與移動互聯(lián)網(wǎng)密切相關(guān)的重要應(yīng)用主要有：國民體質(zhì)監(jiān)測服務(wù)、體育場館的移動信息服務(wù)等，通過移動互聯(lián)網(wǎng)為民眾提供場館信息服務(wù)與健康體質(zhì)監(jiān)測服務(wù)，包括場館的預(yù)定、移動支付以及運動處方的開具等應(yīng)用。

3.5虛擬仿真技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多媒體技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技的基礎(chǔ)上，將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)相結(jié)合的一種更高級的仿真技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)與智慧體育相結(jié)合，通過其他相關(guān)的信息技術(shù)與虛擬仿真技術(shù)將各種體育資源虛擬化為數(shù)字資源，構(gòu)建一個動態(tài)的體育資源平臺，供政府、企業(yè)與大眾進行信息共享。就體育行業(yè)的單個虛擬仿真的應(yīng)用而言，專業(yè)運動員的訓練中可以充分運用虛擬仿真技術(shù)［9］。由于很多運動項目中人體接觸多，實地操練與激烈對抗都會造成一定的運動損傷。通過虛擬仿真技術(shù)輔助運動訓練，可以消除教練與運動員的緊張心理，還能夠更加方便教練員對技術(shù)動作的分解教學，提高教學效果，提高運動成績。

3.6定位與導航技術(shù)

隨著智能終端設(shè)備的普及與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，以地理信息位置為核心的導航與基于位置服務(wù)（location-based services，LBS）應(yīng)用得以迅速發(fā)展。導航與LBS領(lǐng)域涉及許多關(guān)鍵技術(shù)，包括基礎(chǔ)定位技術(shù)、三維導航技術(shù)、elematics技術(shù)、實景應(yīng)用服務(wù)、語音導航等技術(shù)。定位與導航技術(shù)主要用于智慧體育中的移動定位服務(wù)，移動定位服務(wù)利用無線定位技術(shù)，可以實現(xiàn)個人自身的定位查詢功能，也可以查詢運動場館的地理位置信息。GPS以及北斗衛(wèi)星技術(shù)都可以為定位與導航應(yīng)用提供支持，GPS或北斗導航與無線網(wǎng)絡(luò)融合起來形成LBS（基于位置服務(wù)），使得移動定位服務(wù)產(chǎn)業(yè)作為最具有潛力的移動增值業(yè)務(wù)而迅速發(fā)展。隨著語音處理技術(shù)的成熟，語音門戶網(wǎng)站將使互聯(lián)網(wǎng)的易用性達到新的水平。例如：在某一地點，通過移動終端可以方便快速地搜索到一定距離半徑內(nèi)的體育場館并提供目標場館的導航服務(wù)，并通過增強現(xiàn)實技術(shù)可提供增強現(xiàn)實實景應(yīng)用服務(wù)［10］。

4　結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算以及大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，智慧地球的建設(shè)取得了一定的成功，智慧體育也是智慧地球真正地實現(xiàn)的一個重要內(nèi)容。就目前智慧體育的建設(shè)來看，體育行業(yè)具有一定的獨特性，行業(yè)內(nèi)專門從事信息技術(shù)的專業(yè)人員有限，體育與信息化的深度融合不高。因此，開展對智慧體育總體架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)的研究，并力求將其成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用于競技體育和全民健身等領(lǐng)域，這必將對我國體育事業(yè)的發(fā)展起到重要的積極作用。

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G812.6

A

2095-2813（2016）09（a）-0177-03

10.16655/j.cnki.2095-2813.2016.25.177

2014年度教育部人文社會科學研究規(guī)劃基金項目（14YJAZH011）；2014年度湖南省教育廳科學研究一般項目（14C0751）；湖南省教育廳科研項目（14C0750）。

謝雨航（1975—），男，湖南新寧人，講師，碩士，研究方向：體育產(chǎn)業(yè)，E-mail：xyhang@126.com。