智慧體育總體架構及關鍵技術研究①

謝雨航李顯良 陳志輝

（湖南體育職業學院 湖南長沙 410019）

智慧體育總體架構及關鍵技術研究①

謝雨航*李顯良 陳志輝

（湖南體育職業學院 湖南長沙 410019）

智慧體育是智慧地球在體育領域的具體實現，智慧體育有別與其他領域的“智慧化”。從智慧體育的總體架構設計入手，并對實現智慧體育的云計算、大數據、物聯網、虛擬仿真、移動互聯網以及定位與導航術等六大關鍵技術進行了分析研究。在我國體育事業飛速發展的今天，對智慧體育總體架構及關鍵技術進行研究，有利于將智慧體育的相關成果轉化應用于競技體育、全民健身等領域，為我國體育事業的持續發展提供支撐和保障。

智慧體育 云計算 大數據 物聯網 虛擬仿真 移動互聯網 定位與導航

近年來，隨著物聯網和云計算等新興技術的快速發展及其產業化，物聯網與現有的互聯網整合起來，實現人類社會與物理系統的整合，社會各行業逐漸對“智慧地球”有了越來越明確的發展思路，提出了“智慧城市、智慧醫療、智慧校園”等的具體實現路徑，“智慧地球”開始真正著地［1］。

體育行業由于它的特殊性，高科技手段僅在個別的競技體育項目及大型的比賽中應用，與其他行業相比，體育行業的“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”建設的基礎上，“智慧體育”的建設時期趨向成熟，探討“智慧體育”建設就尤為迫切而又有十分重大的意義。

1　智慧體育的內涵

根據“智慧地球”及其他行業的“智慧化”，“智慧體育”是指充分利用云計算、物聯網、大數據、移動互聯網等新一代信息技術，通過感知化、物聯化、智能化的手段，形成體育立體感知、管理協同高效、服務內外一體的體育發展新模式［2，3］。

“智慧體育”主要是通過立體感知、管理協同、服務便捷等體系來體現“智慧體育”的智慧化。這可以不斷地促進我國體育事業的發展，改善我國國民體質狀況，實現我國體育事業的智能化、便捷化與安全化。這是未來體育事業創新發展的必由之路，也可以為發展我國全民健身事業、促進我國體育事業可持續發展提供支撐和保障。

圖1　“智慧體育”總體架構圖

2　智慧體育的總體架構

“智慧體育”是基于云計算、物聯網、移動互聯網、大數據及3S等現代信息技術，涵蓋智慧體育立體感知、智慧體育協同管理、智慧體育全民建設工程、智慧體育綜合管理等四大體系的新型體育模式。“智慧體育”在總體上可以采用4層架構，即由基礎層、數據層、支撐層以及應用層組成；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，其總體架構如圖1所示［4］。

2.1標準規范體系

智慧體育建設和運營的重要支撐保障體系就是體育信息標準規范體系，該體系主要包括智慧體育總體標準、信息資源標準、基礎設施標準、應用標準、管理規范以及數據編碼規范。

總體標準是其他標準制定的基礎，也是標準化體系的基礎標準，主要內容包括：智慧體育信息術語、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標準。智慧體育信息資源標準主要內容包括：體育信息分類與編碼、體育數據訪問、體育信息資源的表示和處理、目錄服務等。智慧體育基礎設施標準主要內容包括：信息安全基礎設施及計算機設備等標準。智慧體育應用標準主要內容包括：體育資源成果文檔格式、體育信息資源業務應用流程控制、體育資源業務流程建模、體育資源業務功能建模、體育資源業務應用規程及信息資源目錄和交換體系等標準。智慧體育管理規范主要內容包括：數據庫、應用支撐、應用系統、基礎設施建設和運行等方面的管理辦法和制度。數據編碼規范是指規范智慧體育中數據的編碼，以達到數據交換及共享。

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容包括：網絡安全、系統安全、物理安全、應用安全、數據安全、制度保障等6個部分。網絡安全是保護智慧體育內部基礎網絡傳輸和網絡邊界安全；系統安全是通過建設覆蓋智慧體育全網的分級管理、入侵攻擊、病毒防治及第三方安全接入系統；物理安全主要包括機房內相同類型資產的安全域劃分；數據安全是解決智慧體育資源數據丟失與異常、數據訪問權限控制；制度保障主要建立信息安全組織體系，確定組織機構及崗位職責。這是智慧體育建設與運營的重要保障。

2.3基礎層

智慧體育的基礎就是基礎層，主要進行體育信息的采集，為上層業務與應用提供高效運營的基礎及高速通道。其中，感知體系主要是利用3S技術、傳感器、自動識別技術、物聯網、多媒體射頻技術、移動互聯網等技術，通過全方位的感知體系，實現對體育信息的全面感知、深度感知。云計算中心為上層應用提供軟件運行、數據庫運行以及平臺運行的服務。因為大數據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，這樣能夠對海量數據進行分布式數據挖掘。

2.4數據層

數據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據源，并支撐智慧體育的所有應用。通過規范體育信息分類、采集存儲、處理、交換和服務的標準，建成體育信息三大類基礎數據庫，即體育政務管理數據庫、競技體育數據庫、全民健身工程數據庫。這樣就能實現數據的互聯互通與共建共享，為智慧體育的實現打下堅實基礎。

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，為智慧體育的應用系統提供智能、科學、包容、開放的統一支撐平臺。它負責整個系統的信息加工、業務流程規范、海量數據處理、數表模型分析、預測分析、智能決策等。支撐層主要是通過體育云、大數據決策平臺使云計算、人工智能技術、數據挖掘、虛擬現實等新技術逐步融入到應用層的各個應用系統，為智慧體育實現智能化與科學化的運營提供有力的支撐。

2.6應用層

應用層是智慧體育成果的展示窗口，也是智慧體育建設與運營的核心，還是檢驗智慧體育成功與否的最直接判斷依據。應用層主要建設內容包括：國民體質監測平臺，競技體育綜合管理平臺，智慧體育政務管理平臺，智能化體育場館管理平臺，中國體育網站群，體育人才管理平臺，體育產業管理平臺等。它主要功能是進行資源交換、信息集成共享、業務協同等，為智慧體育的運營發展提供服務。

3　智慧體育關鍵技術研究

智慧體育得以實現的一個關鍵就是必須有相關的技術支撐，參照智慧地球、智慧交通、智慧城市以及智慧醫療等的實施結合信息技術的發展，智慧體育的實現主要依賴的技術有云計算、大數據、物聯網、移動互聯網以及地位與導航技術等，其中云計算是基礎，為其他技術的運行提供基礎支撐，其他各項技術間也存在一定的關聯［4，5］。

3.1云計算技術

云計算（Cloud Computing）可以將巨大的系統池連接在一起以提供各種IT服務，以實現資源的按需分配；主要包括3個層次的服務：基礎設施級服務（IaaS）、軟件級服務（SaaS）、平臺級服務（PaaS）。云計算的關鍵技術有虛擬化技術、編程方式、分布式海量數據存儲、云計算平臺管理技術海量數據管理技術等。

在智慧體育決策支持服務方面，通過構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，挖掘數據的內在關聯，對數據應用進行并行處理。基于Openstack構建的云計算基礎設施層可以提供可靠的調度策略，實現資源的按需分配，這是智慧體育云計算得以高效實現的關鍵［6］。

3.2大數據技術

目前，大數據技術已經應用到了安全管理、金融、水利、環保等領域。智慧體育中涉及到海量的數據，大數據技術是指從那些海量數據中快速獲得有價值信息的技術。大數據處理關鍵技術一般包括：大數據采集、大數據存儲及管理、大數據預處理、大數據分析及挖掘、大數據展現和應用。

某些國外公司已經探索和嘗試在體育產業領域應用新一代信息技術，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“大數據服務”構架的高科技體育產業發展模式，這些主要是基于穿戴式體育設備、云端數據分析平臺、云端數據管理采集平臺和商業化服務平臺等。隨著智慧體育進一步發展，大數據技術可以廣泛應用于競技體育、體育產業以及全民健身等領域，包括運動員訓練比賽、體育場館與設施的投資與布局以及國民體質的檢測等。

3.3物聯網技術

物聯網就是通過智能感知、識別技術與普適計算、泛在網絡的融合應用，構建一個覆蓋世界上所有人與物的網絡信息系統，實現物理世界與信息世界的無縫連接。物聯網用途極其廣泛，遍及交通、消防、安保、醫療、食品等多個領域。“物”是體育領域應用物聯網技術的基礎，主要包括：體育場地設施、運動裝備、體育器材、體育服務、體育環境等體育相關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”，另一方面是體育領域的“物”必須具有數字化、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合［7］。

3.4移動互聯網技術

移動互聯網是一種新型的數字通信模式，也是移動通信技術與互聯網技術融合的產物。廣義的移動互聯網是指用戶使用蜂窩移動電話、PDA或者其他手持設備，通過各種無線網絡，包括移動無線網絡和固定無線接入網等接入到互聯網中，進行話音、數據和視頻等通信業務［8］。智慧體育與移動互聯網密切相關的重要應用主要有：國民體質監測服務、體育場館的移動信息服務等，通過移動互聯網為民眾提供場館信息服務與健康體質監測服務，包括場館的預定、移動支付以及運動處方的開具等應用。

3.5虛擬仿真技術

虛擬仿真技術是在虛擬現實技術、多媒體技術與網絡通信技術等信息科技的基礎上，將仿真技術與虛擬現實技術相結合的一種更高級的仿真技術。虛擬仿真技術與智慧體育相結合，通過其他相關的信息技術與虛擬仿真技術將各種體育資源虛擬化為數字資源，構建一個動態的體育資源平臺，供政府、企業與大眾進行信息共享。就體育行業的單個虛擬仿真的應用而言，專業運動員的訓練中可以充分運用虛擬仿真技術［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

隨著智能終端設備的普及與互聯網技術的不斷發展，以地理信息位置為核心的導航與基于位置服務（location-based services，LBS）應用得以迅速發展。導航與LBS領域涉及許多關鍵技術，包括基礎定位技術、三維導航技術、elematics技術、實景應用服務、語音導航等技術。定位與導航技術主要用于智慧體育中的移動定位服務，移動定位服務利用無線定位技術，可以實現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以及北斗衛星技術都可以為定位與導航應用提供支持，GPS或北斗導航與無線網絡融合起來形成LBS（基于位置服務），使得移動定位服務產業作為最具有潛力的移動增值業務而迅速發展。隨著語音處理技術的成熟，語音門戶網站將使互聯網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的體育場館并提供目標場館的導航服務，并通過增強現實技術可提供增強現實實景應用服務［10］。

4　結語

隨著物聯網、云計算以及大數據等新一代信息技術的創新發展，智慧地球的建設取得了一定的成功，智慧體育也是智慧地球真正地實現的一個重要內容。就目前智慧體育的建設來看，體育行業具有一定的獨特性，行業內專門從事信息技術的專業人員有限，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及關鍵技術的研究，并力求將其成果轉化應用于競技體育和全民健身等領域，這必將對我國體育事業的發展起到重要的積極作用。

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［8］王宏星.移動互聯網技術在旅游業中的應用研究［D］.杭州：浙江大學，2004.

［9］孫月舟，沈勇.體育教學與運動訓練中的虛擬仿真技術輔助手段研究［J］.哈爾濱師范大學自然科學學報，2006，22（6）：105-107.

［10］李霖，王偉，譚永濱，等.導航與LBS關鍵技術標準化研究進展［J］.測繪通報，2014（5）：95-98.

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：體育產業，E-mail：xyhang@126.com。