軍人體能的量化方法研究

鄧偉明

（特種作戰(zhàn)學院軍事體育法規(guī)教研室，廣東廣州510500）

●軍體理論與應用

軍人體能的量化方法研究

鄧偉明

（特種作戰(zhàn)學院軍事體育法規(guī)教研室，廣東廣州510500）

目的：軍人體能在部隊的廣泛開展和理論研究的深入發(fā)展，要求我們能對不同年齡、不同軍兵種的軍人的體能訓練在狀況進行比較、鑒別和評價，建立一種新的、適用范圍更廣泛的定量描述軍人體能狀況的計算方法。方法：基于現(xiàn)代軍事體育的生理學理論，運用數(shù)學理論，利用容易測得的非入侵式的人體數(shù)據(jù)來建立軍事體能定量化的計算方法。結論：得到用心率和通氣量聯(lián)合的方式來對軍人體能進行定量化描述的結果及相關性質(zhì)。

軍事體育；體能；心率

《軍事體育訓練改革發(fā)展綱要（2015-2020年）》提出，到2020年，形成具有我軍特色、符合現(xiàn)代戰(zhàn)爭特點規(guī)律、滿足能打仗打勝仗要求的軍事體育訓練體系，基本實現(xiàn)軍事體育訓練科學化、專業(yè)化和實戰(zhàn)化，官兵身心素質(zhì)滿足遂行多樣化軍事任務需要。我們知道，軍人在作戰(zhàn)過程中通過攀、爬、跑、跳、投、搬運、裝填、挖掘、負重、格斗、刺殺和操作各種形式的武器裝備進行發(fā)射、射擊等各種戰(zhàn)斗技能動作，來完成各種軍事任務，達到消滅敵人，保存自己的目的。此過程需消耗大量的體能。各軍兵種有不同任務，據(jù)稱全軍部隊和武警有1500多個不同的作戰(zhàn)技術兵種。就我國陸軍來說，現(xiàn)已發(fā)展成機械化步兵、摩托化步兵、山地步兵、裝甲兵、防空兵、陸軍航空兵、工程兵、通信兵、防化兵、電子對抗兵、偵察兵、測繪兵和汽車兵等多種專業(yè)兵種的合成軍種。各自的作戰(zhàn)任務不同，對崗位專業(yè)體能的要求也不同，如何衡量軍人的體能需求？當然我們依然可以用傳統(tǒng)的軍事體育測驗的方法，如測試速度、力量、耐力等等來進行評價；可用現(xiàn)代《軍人體能標準》中基礎體能和專業(yè)體能的標準來進行評價；也可從生理效應和生化指標的角度來進行評價。但是隨著體能訓練在部隊的廣泛開展和軍事體育理論研究的不斷深入發(fā)展，加快軍事體育訓練改革、提高軍事體育訓練水平，對推進實戰(zhàn)化軍事訓練、打贏信息化局部戰(zhàn)爭具有基礎性作用。我們要求能對不同專業(yè)軍種兵種的軍人的體能狀況進行定量化的比較、鑒別和評價，如電子對抗兵和工程兵，通信兵和炮兵，他們的任務完全不同，體力消耗大不相同，腦力消耗更不同，心理應激緊張程度也不同，如何評判這種差別，能否建立一種新的、適用范圍更廣的描述軍人體能狀況的指標和評價方法。

為了解決這個問題，通過分析，我們運用現(xiàn)代的運動生理學、運動醫(yī)學和現(xiàn)代有關的數(shù)學等理論，試圖建立一種定量化的方法，來描述和定量化軍人的體能狀況。

1 體能的定量化研究方法

HR&MV法（Heart Rate and Minute Ventilation）是利用我們現(xiàn)在常用的數(shù)據(jù)來建立體能定量化計算方法。我們知道經(jīng)常進行軍事體育鍛煉或體能訓練，可促使人體心血管系統(tǒng)的形態(tài)、機能和調(diào)節(jié)能力產(chǎn)生良好的適應性，從而提高人體的工作能力。由于心率是反映人體的心臟機能，所以在耐力的運動訓練中經(jīng)常用心率指標來控制運動強度。如卡爾森等［1］提出的運動強度心率測定方法，目的在于用心率控制在不同狀態(tài)下的運動強度而獲得良好的訓練效果。

另一方面，人體運動時機體代謝加強，呼吸系統(tǒng)也將發(fā)生一系列的變化，以適應機體代謝的需求和保證戰(zhàn)斗技術動作的順利完成。運動時隨著強度的增大，機體為適應代謝的要求，需要消耗更多的氧和排出更多的二氧化碳。通氣機能發(fā)生相應的變化，具體表現(xiàn)為呼吸加深、加快，肺通氣量增加。運動時的通氣量可從安靜時的每分鐘6～8 L/min增加到80～150 L/min。

因此，我們考慮用心率和通氣量聯(lián)合的方式來對體能進行定量化描述。設心率隨時間變化的序列為X（t），通氣量隨時間變化的序列為Y（t），安靜時的心率為x0，安靜時的通氣量為y0，在時間段［t1，t2］（t1≤t2）內(nèi)表現(xiàn)的軍人體能為P，定義

式中t1，t2表示運動之間的時刻。

式中的軍人體能P，是一個非量綱的值，我們可以給它命名一個單位，規(guī)定：以1 min的采樣間隔，用“pf”表示其單位（注：pf為physical fitness的縮寫）。

2 體能的定量化計算方法

上式（1）只給出了軍人體能的量化的定義和計算方法，為了更清楚理解，下面我們給出一個具體的例子，展示其計算過程。

例1：設某作戰(zhàn)人員，安靜時的心率為62次/ min，通氣量為7.5 L/min，測得在某次演習中的心率如下，采樣頻率為30 s，總共用時46 min。

X（t）=｛118，128，130，132，117，110，113，115，112，118，133，139，138，133，130，133，143，142，126，122，119，127，128，126，130，121，132，120，115，113，113，118，123，121，141，147，135，142，145，142，141，158，153，160，155，157，159，150，148，141，142，134，130，133，136，143，146，152，151，143，145，146，137，129，132，132，145，163，157， 170，158，171，161，167，172，164，163，155，171，161，155，159，155，146，140，154，150，142，151，141，134，131｝

Y（t）=｛81.041，84.694，85.497，81.666，75.57，65.575，55.04，47.658，42.159，42.676，44.965，49.152，45.788，43.494，45.787，47.705，47.226，41.495，34.071，29.241，28.22，30.473，29.371，27.448，26.078，26.585，28.269，31.016，30.84，30.311，28.59，31.7，40.557，59.275，65.025，58.618，48.952，46.211，44.415，39.526，47.71，59.652，77.732，74.045，67.813，62.973，75.638，86.387，95.441，94.43，93.708，85.215，74.199，70.403，82.27，92.316，105.116，102.96，97.297，87.62，79.054，72.381，67.694，67.053，79.75，91.67，102.287，99.321，97.898，97.177，102.795，106.543，111.622，114.488，115.313，115.412，116.592，119.032，117.957，111.987，103.617，95.037，88.002，90.741，93.771，103.095，102.249，107.516，105.737，102.011，91.224，82.543｝

為了解決量綱問題，我們首先對數(shù)據(jù)進行初值化處理。即按如下公式進行

式中x0，y0表示安靜時的值。

則有

X′（t）=｛0.9032，1.0645，…，1.1129｝

Y′（t）=｛9.8055，10.2925，…，10.0057｝

現(xiàn)在直接按下式計算

得到，P=791.3692。這是一個非量綱的值，我們前面給它命名了一個單位，規(guī)定：以1 min的采樣間隔，根據(jù)式（2）和（3）計算得到的值，用“pf”表示單位。那么就得到了換算關系，30 s表示采樣間隔，計算得到的體能值就應乘以1/2，同理，15 s采樣間隔，計算得到的體能值就應乘以1/ 4，5 s采樣間隔，計算得到的體能值就應乘以1/ 12，2 min的采樣間隔計算得到的體能值就應乘以2。一般地，采樣的間隔為秒，計算得到的體能值就應乘以。因此體能的定義（1）式，就應乘上因子，改為

統(tǒng)一了單位，計算出的體能值就有可比性了。那么例1中的戰(zhàn)斗員的體能值

P=791.3692×0.5=395.6846（pf）。

每名戰(zhàn)斗員的體能值可以進行橫向比較，甚至推廣到班、排等更大范圍作評價對比。

這只是給出了單個作戰(zhàn)人員在這46 min內(nèi)的體能值，如果有多個作戰(zhàn)人員在相同時間內(nèi)的測試數(shù)據(jù)，就可進行比較大小了。

但是實際情況可能并非那么簡單，有同一名軍人或不同的軍人，在不同時段要完成不同的軍事任務。因此，必須討論體能量化公式的性質(zhì)，能作何種級別的運算，如大小的傳遞性、可加性、平均值、變化率等等。下面我們進一步討論。

3 體能的定量化公式的性質(zhì)

3.1 體能平均值

3.2 體能的可加性

設為tc區(qū)間［a，b］上的任一點，即ta≤tc≤tb，根據(jù)定義有

這個性質(zhì)表明，體能在不同時間的區(qū)間上具有可加性。

例2：我們把上例中數(shù)據(jù)分為兩部分，比如分為前30 min和后16 min。分別按（4）式計算得P1=205.1084，P2=190.5762，則有P1+P2= 205.1084+190.5762=395.6846=P。

3.3 體能的變化率

我們進一步對式（4）討論。設任意時刻t的體能值為P（t），顯然這是一個關于時間變量t的函數(shù)，

4 結論與展望

軍事體育在部隊的廣泛開展和理論研究的深入發(fā)展，要求我們能對不同年齡，不同專業(yè)軍種兵種的軍人的體能狀況進行比較、評價，希望建立一種新的，適用范圍更廣泛的定量描述軍人體能狀況的計算方法。通過我們的初步研究，這種計算方法是從數(shù)學上分析是可行的，并獲得了一些基本的性質(zhì)或推論。

4.1 我們又利用容易獲得的數(shù)據(jù)，即用心率和通氣量聯(lián)合的方式來對體能進行定量化計算，得到了可信的結果，能滿足比較、評價的要求。本文的例子只是針對單兵而言，當然還可進一步推廣到班、排、連、營等分隊的體能評價中，這不在本文討論之列。

4.2 從原理上講，除用心率和通氣量聯(lián)合的方式外，同樣也可用其它相對獨立的指標體系來對體能進行定量化計算。

4.3 本文是用兩個指標建立的定量化計算，事實上，還可根據(jù)需要，建立多個（k個）指標體系，對體能進行定量化的計算。方法完全類似，推而廣之即可得到。

4.4 我們在給出軍人體能量化定義后，還進一步得到了一些相關性質(zhì)。如體能的平均值、變化率的計算以及具有的可加性等性質(zhì)，為下一步深入的理論研究奠定了基礎。

當然，給軍人體能一個定量化的描述，這只是初步的探討，想起到一個拋磚引玉作用，還有大量的工作需要繼續(xù)完成，還存在種種不足和錯誤，歡迎大家提出批評意見，以后我們將進一步展開研究，逐步完善它。

［1］王瑞元.運動生理學［M］.北京：人民體育出版社，2002.

Study on Quantitative Methods for Servicemen′s Physical Fitness

DENG Wei-ming
（Teaching and Reseach Office of Military Sport Laws，Special Operations Academy，Guangzhou 510500，China）

With the development of study and wide spread of the military physical fitness training in troops，we should build a set of new approach and widely applying physical fitness assessment method for soldiers.Methods：It can be used with measurement，comparison and assessment of physical fitness for various ages and special soldiers.It is based on modern military sports theories，exercise physiology，mathematics and utilizing body′s data from non-intrusive measurement.Conclusions：With servicemen′s physical fitness we get a quantitative descriptive result and a set of relative dependency for utilizing HR and MV.

military sport；physical fitness；HR

G80-32

A

1671-1300（2016）03-0004-04

2016-01-10

鄧偉明（1964—），男，四川遂寧人，教授。研究方向：軍事體育法規(guī)。