運動信息技術運用于大眾健身器材分析

東北師范大學體育學院，吉林 長春　130024

李洪亮

Li Hongliang

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運動信息技術運用于大眾健身器材分析

運動信息的獲取有助于人們了解運動特征，挖掘潛在的運動規律，進而可以根據獲取的運動信息提出相應的改善措施。運動信息的發展水平決定了體育科學研究可以達到的高度，也影響著體育運動技術的發展。人體的運動信息是指人體在運動過程中表現出來的信息，其主要體現包括人體身體的姿態、關節的角度變化、身體的位移、力的大小和方向以及人體生理生化指標的變化方面等。人體的運動信息的獲取離不開測試對象和測試的條件，對于同一測試對象，在不同的條件下，獲取運動學信息的方法也是不盡相同的，也就是說運用的儀器也不盡相同。人體運動信息的發展可以廣泛應用于體育科學研究、運動訓練以及健身活動等方面。目前,人們對體育活動的需求越來越高。但是相比之下，我國國民身體素質卻在下降。造成這一方面的原因一是國民運動不足；而是缺乏提高人們進行運動的小型化、家庭化的體育器材。

1運動信息獲取技術

1.1生物電信息獲取技術

生物電信息主要包括心電、肌電和腦電的信息獲取技術。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域、頻域特征值提取，分析肌肉的疲勞程度以及是否產生了肌肉損傷。肌電圖的應用十分的廣泛，在臨床上主要應用于病人的臨床監護，在運動學領域主要應用于運動員輔助訓練、恢復，運動醫學，運動生物力學等研究。腦電目前主要集中于對腦部疾病進行相關的診斷，在運動學領域，主要研究運動導致的腦電圖的相關變化，但是受到多種條件的制約，腦部的檢查一般需要結合受試者其它方面的特征和體征來進行相關的檢驗。目前隨著科學技術的發展，生物電的測量技術也發生了相應的變化。在早期，生物電的測量方法都會對測量者有一定的損害，但是現在測量基本上已經達到了無創測量，其智能化和自助化的水平也越來越高。

隨著科學技術的不斷進步，運用生物電獲取人類運動信息的情況將會越來越完善，小型化的生物電測試儀器是未來的一個開發方向。如何將這些生物電技術在實驗室階段應用到實際比賽中，觀察運動員在實際比賽中的表現將會是以后生物電應用開發的一個新思路。

1.2運動學信息獲取技術

人體的運動學信息包括運動距離、運動頻率、速度、加速度和關節角度等，反映運動的時空變化特征，大多是肉眼可以觀察到的，通過儀器設備可以更精確地測量到。運動學信息獲取技術主要有影像測量法、穿戴式傳感器測量和固定式傳感器測量等方法。影像測量法獲取信息的方法人體運動時的形態信息、運動距離、運動軌跡、運動頻率和關節角度等。比如在體操運動中我們通過觀察錄像來確定運動員的身體形態，在游泳運動中我們通過錄像來觀察運動員手臂最佳入水角度等相關問題。穿戴式傳感器測量主要測量的指標為人體運動時的運動距離、運動頻率、關節角度和加速度等。其代表性的儀器主要有Tekscan公司 F-scan壓力鞋墊。固定式傳感器測量主要是人體運動時的運動距離、運動軌跡、運動頻率等，主要是步態。其代表性的儀器主要為GaitRite電子步道、IIM 數字場地等。

目前的運動學的信息獲取技術已經比較成熟，但是這些技術往往是檢測運動員的，器材比較昂貴，一般人比較難以實現。將運動學的相關技術運用到普通大眾并對普通大眾進行身體狀況的檢測也許會運動學信息技術的進一步發展。

1.3動力學信息獲取技術

動力學信息獲取技術與運動學信息獲取技術有非常相似的地方，人體的動力學信息包括接觸力、關節力和力矩等，反映運動的力學特征，肉眼很難觀察到，主要靠儀器設備測量。動力學信息獲取技術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。剛性力測量代表性產品：IIM，AMTI, Kistler, Bertec。柔性力獲取方式也是依靠傳感器進行相關的測量。柔性力傳感器可以彎折，測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,廣泛應用于個性化工業設計、人機功效學相關研究，以及健康狀態評測。代表性產品：IIM，Tekscan, Novel等。影響逆推法是指通過高速影像設備和壓力板/測力臺分別獲取人體的影像和足底壓力，結合人體模型，逆向求解動力學方程，從足底壓力中模擬計算關節力和力矩。其代表性的產品有NDI optotrak步態體態分析系統(高速影像+六維測力臺)。

動力學信息獲取技術與運動學信息獲取技術類似，動力學信息獲取的主要是人們肉眼難以識別的信息，如人體的動力，對物體的壓力等。動力學信息獲取技術目前也并沒有在家庭健身器械中應用，而且測力技術儀器相對比較昂貴，普通大眾難以接受。

1.4身體機能成分測試

身體機能成分測試就是采用一些儀器設備對人體的身體形態、機能、素質和生理生化指標進行相關的測試。比如我們現在進行的中學生身體素質測試就屬于此種范疇。對于生理生化指標的測量方法，主要有取樣測量法(如血液，骨髓等)，組織解剖測量法(主要針對動物實驗)，無創成像測量法(X線、CT、MRI等成像)。

簡單的身體形態測試不需要專業的測試工具，但是對于生理生化指標的測試，普通大眾并不能進行相關的測試，只能夠在生病時進行檢測，平常不會對自己的身體狀態進行相關的監控。

2體育運動裝備需要更新的原因

2.1國民體質下降

根據中國疾病預防中心的數據，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(圖1)。其中引起這些疾病的原因主要有運動不足、不良作息習慣、不平衡飲食等相關因素。其中運動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人們不愿意去體育場館進行鍛煉，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國民運動不足

國家體育總局在2004年完成了“全國體育場地普查”，在普查中發現，我國人均僅有1.04平方米的體育場地，這其中還包括65.6%的學校體育場地。而這65.6%的學校體育場地中，大部分的場地并不是對外開放的，僅僅處于教學的目的在使用。在調查中還發現，目前我國體育設施的使用率明顯不足，大部分的體育設施處于半開放的狀態，僅僅有大型比賽或者演唱會才對外開放，平時是不對外開放的，這樣也使造成了人們的運動不足。

圖1　6種主要慢性病的標化死亡率增長趨勢

圖2　2007年中國城鄉居民參加體育鍛煉現狀調查公報

2.3中國是體育強國，但不是體育大國

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

造成這種現象的原因一是人們對體育器材的購買力有限，二是體育器材并不能帶給人們運動時的快樂，人們想得到身體的鍛煉但是并不能感受到來自運動的快樂體驗，久而久之，人們就會對器械健身失去興趣。

3運動裝備技術發展趨勢分析

3.1傳統裝備與裝備市場需求下降的原因分析

美國體育用品制造商聯合會2009年健身設備市場調查報告指出：近二十年來首次出現所有的健身器械行業整體銷售下降的現象。造成這種現象的原因一方面是運動器械功能缺失，性價比不合理；另一方面的原因是娛樂性欠缺，單調乏味。而造成健身器械市場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，任何運動項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，其必將得不到相關的普及。同時，健身運動要因人而異，最大限度的滿足個性化生理機能特征的選擇需求。健身過程中的能量消耗是可計劃的和可量化的，運動特征可以是抽象的，健身效果可以是精確測評的，需要滿足人類功利心的基本價值觀。

3.3運動裝備技術發展趨勢

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

4運動裝備器材的相關創新思路

4.1智能跑步機

智能跑步機需要擁有自動辨別鍛煉人群的特征，對人的生理信息，病理信息和特殊鍛煉需求進行相關的識別和紀錄。在運動過程中能夠排除相關的風險，確定鍛煉的目標，對人體的健康具有促進作用，并且能夠明確地記住鍛煉的強度、頻率和相關的周期，并且跑步機的環境也將會做出改變，使人們不再感覺到單調乏味。

4.2小型化娛樂化的家庭健身設備

人們在鍛煉身體上只是為了健康而進行的相關鍛煉，像目前的小型健身器材并不能夠引起人們的興趣，將健身與游戲結合起來的健身模式也許是未來發展的一個方向。目前，在近幾年興起了體感游戲的體育運動。這是將電子游戲與體育的有效結合，在鍛煉人們身體的同時，還具有游戲的功能，但是體感游戲并不能將運動的真實體驗表現出來，這也是以后要解決的一個方向。

4.3對人們的身體狀態進行監控的健身設備

人們對于自己的身體情況并不是非常了解，往往認為沒有生病就是健康的身體，但是其實在生病前人體就會出現很多的征兆，這些征兆是很難覺察出來的。健身器材以后的發展趨勢必將會對人體的身體狀態進行相關的監控。比如今天適合練什么項目，需要多大的運動負荷，明天適不適合運動，需要多大的運動負荷等。每一天的運動負荷隨著自己身體狀況的改變來進行相關的調整，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小結與展望

大眾的健身熱情與運動裝備的技術革新密切相關，好的運動器材能夠促使人們健身，對大眾的身體健康具有很好的推動作用。在目前看來，很多運動裝備并不能促進人們的健身興趣，一是人們缺乏體育鍛煉的習慣；二是體育器材單調乏味，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。

小型化和精密化的健身器材是以后的發展趨勢，如何開發價格合適、能夠引起人們健身興趣的健身器材是當前要解決的問題。

參考文獻：

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Analysis of Applying Sports Information Technology in Mass Fitness Equipment

東北師范大學體育學院，吉林 長春130024

李洪亮

Li Hongliang

摘要：本文概括了目前運動儀器在運動技術獲取中的應用。人體運動信息的獲取方式主要由生理生化信息、生物電信息、運動學信息和動力學信息等途徑。在概括這些人體運動學的同時，也敘述了目前我國體育鍛煉人口的數量不足，體育器材比較單調，精密化的體育儀器沒有應用到大眾健身中。基于如何開發小型化和精密化的健身儀器是以后大眾體育健身市場的一個主要方向，本文對于以后健身器材的開發趨勢進行了相關的預測。

關鍵詞：運動信息；大眾健身；體育器材；開發

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：

文獻標識碼：A

文章編號：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：體育教育訓練學。

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