運動訓練中可穿戴設備的應用與發展

摘要：隨著時代發展，科技不斷進步，運動訓練的方式也融入了新觀念、新科技、新器材等。在運動訓練中運用“互聯網+”技術，應用可穿戴設備，將訓練中的身體情況通過無線傳輸進行快速實時的反饋，為運動訓練提供了更加科學、更加合理的途徑。雖然在現階段可穿戴運動設備的應用中依然存在測量誤差，會影響到運動中數據的有效性和可靠性。應用中數據缺乏規范性，沒有統一性，集成化依然需要加強，指標采集的方式單一性，還重視商業性開發，生產鏈也并不完善等。所以，可穿戴設備在接下來的運動訓練中的發展可以從監控頻率帶動訓練水平等方面有突破，對行業標準也要科學制定；產業鏈也需要進行整合；讓可穿戴設備檢查的數據精準可靠；設備的兼容性也需要進一步提高，利用云端和網聯網的融入更加廣泛，傳感技術也需要集成化，可以讓運動員在使用中能更加舒適安全。

關鍵詞：競技體育" 可穿戴設備" 運動訓練

隨著競技體育不斷地發展進步，科技助力奧運的口號下，運動訓練也在不斷融入新技術、新器材等，在這樣的環境下科學力量在體育領域當中的應用與發展也將成為接下來的主流趨勢。目前，最前沿性的可穿戴設備都是基于“互聯網+”和云平臺等對運動員身體具體情況進行監控和實時反饋，尤其是在足球、籃球等運動方式復雜、對于身體負荷波動比較大的運動項目或者是不太容易獲得量化數據的項目中進行廣泛的應用和發展。通過可穿戴設備在運動訓練中的應用極大地促進了科學化訓練水平的提高。目前，我國可穿戴設備在集體球類的運動項目中得到廣泛應用，但是在相關應用中，還是可以發現相關的理論知識和實際運用中依然存在脫節，需要進一步對相關理論和實踐情況進行歸納整合。

雖然科學技術在運動訓練中得到應用，可穿戴設備技術也在不斷提升，但是在訓練應用中依然存在不足和問題，尤其是在測量精度和交互形式上需要優化，在運行的穩定性和可靠性的開發和擴展上有較大的空間。所以在可穿戴設備的選擇上教練要對其產品的基礎理論知識和相關應用情況有一定的了解，避免在實踐中出現偏差。為此本文主要圍繞運動訓練中可穿戴設備的應用與發展進行深入討論，為運動訓練中的實踐和創新做好相關的整理和歸納，希望能夠提高可穿戴設備在運動訓練中的合理性和高效性。

1、可穿戴設備的發展及特征

1.1、可穿戴設備的發展

可穿戴設備就是指能夠在運動訓練時穿戴到人體的設備，在當前的學術界中并沒有對可穿戴設備進行明確的定義。其實可穿戴設備在20世紀就已經出現了雛形，在1983年的時候芬蘭奧盧大學電子系就發明了第一臺無線測試心率的設備，這也是第一次將可穿戴設備應用到運動訓練中。該設備的應用，讓運動強度的測評有了新方式，提供了更多選擇，這也開啟了運動訓練中監控方式的變革。隨著新時代的到來，科技不斷發展，運動訓練中可穿戴設備也在不斷更新，通過各種形式的設備，讓人們更加了解自己的運動狀態，為科學訓練提供了可靠的依據。其實可穿戴設備在國外已經增加了動作識別功能，這個功能在球類運動中運動員可以在訓練中捕捉到自己的動作，可以根據捕捉到的數據對訓練內容進行完善。國內可穿戴設備主要是使用小型化電子設備佩戴在人體上，記錄日常生活中的運動數據，包括跑步里程、卡路里消耗等，除了這些基本的數據以外，還增加了專業數據記錄，讓人們能夠在運動訓練中及時調整動作規范性，有利于降低在運動訓練中的損傷，促進運動訓練項目科學合理地進行。

1.2、可穿戴設備的特征

（1）可視化。

可穿戴設備應用到運動訓練中，運動員可以通過設備反饋數據了解當前運動情況，運用圖表、數字等直觀的方式呈現出運動訓練的情況，讓運動訓練有更可靠的數據依靠。在運動訓練中并不是簡單重復動作，需要有合理的訓練方式、健康的思維理念，可視化在訓練中能夠幫助運動員規范動作，還能通過對其的反復觀看，找尋運動員在訓練中的問題，并進行改善。教練在可視化的情況下，可以根據訓練中的實際情況，優化訓練方案，對訓練方式進行創新，讓其更符合運動員的實際情況，幫助運動員在訓練中突破。

（2）個性化。

由于可穿戴設備是個人佩戴，通過設備在運動中的應用可以直接反映出每個人之間的個體差異性，因為運動訓練中的強度、心率等都是在運動員運動結束后真實的數據，這樣的檢測也能夠體現出在同一個運動項目中，運動員之間的不同情況，有利于教練及時給運動員調整相關訓練方式，為個性化訓練方案提供了可靠依據，通過這樣的方式能夠彌補傳統訓練中的不足，對于個體訓練更有針對性。

2、可穿戴設備的分類

在當前運動訓練中，通過對使用對象和環境可以將可穿戴設備分為以下幾類（表1），一是滿足運動員平時訓練需求和恢復訓練的設備，這類設備主打輕便，能夠進行數據交換和云端交互功能，以運動手環和手表等為主；二是以訓練課監控為主，這類設備的專業性更強，可以根據訓練需求調整數據，佩戴的舒適性更高，如GPS、陀螺儀等；三是以科學研究為主，這類設備測量相對于其他兩類來說是很高的，但是它的操作比較復雜，例如氣體代謝分析儀和血氧儀等。多樣化可穿戴設備類型能夠滿足不同運動訓練的需求，在選擇時，可以從專項訓練這個層面進行整理分析，重視所得數據與監控目的之間的關系；另一方面就是需要考慮使用對象和環境因素對數據的影響，因地制宜地作出相應的判斷。此外，因受到科技發展的影響，三種類型的可穿戴設備在一定程度上都存在兼容性問題，需要花一定的時間去解決，其發展的前景和利用空間比較廣泛深入，值得學者進行深入研究。

可穿戴設備是最能體現出體育科技含量的實踐應用。它主要是以生物識別以及無線傳感等技術進行的，這也是可穿戴設備的核心技術。在實際的運動訓練中，運動員穿戴設備可以通過與軟件的連接，對人體機能進行實時監測，以便觀察運動員的訓練效果，一定程度上有輔助效果，預防在訓練中出現運動量超過負荷或者是受傷的情況。例如在足球訓練中，可以讓運動員穿戴連身衣或者壓縮短褲，通過肌電測量設備檢查運動員在訓練中肌肉的疲憊狀況，以及運動員在訓練過程中與地面的壓力測量等。這樣獲得的數據可以根據運動員的實際情況進行整合分析，達到對整體訓練過程的實時把控，掌握整體進程，提高訓練效率。

3、可穿戴設備在競技體育訓練中的應用優勢

3.1、激發人員訓練熱情

可穿戴電子設備可以通過人體的數據分析準確反映出當前佩戴者在運動過程中的情況，讓運動者在訓練過程中清楚地了解自己的運動負荷，了解自己的優勢和劣勢，并制定符合自己實際情況的訓練計劃。例如，在跑步運動中，運動員就可以根據自己跑步的距離、時間和高強度沖刺次數與其他訓練者進行對比，合理看待自己的身體素質，從而科學地制定自己的訓練計劃，對自己的弱項制定針對性訓練，同時提高自己的優勢項目。從而刺激運動員在訓練過程中的積極性，有效提高訓練效率。此外，可穿戴電子設備還可以激發運動員在訓練過程中的熱情，當代很多年輕人對于智能電子產品的熱情只限于娛樂影視和游戲等，對于運動方面的興趣并不高。所以，在訓練過程中可以從運動員感興趣的電子產品入手，充分展示可穿戴設備強大的智能化效果，激發運動員的興趣，讓他們主動參與到運動訓練中，同時還能改善枯燥乏味的訓練氛圍，提高訓練質量。

3.2、及時調整訓練內容

組訓者和運動員可以根據可穿戴電子設備反饋的數據，及時調整訓練內容，為制定科學有效合理的訓練計劃提供科學依據。在以往的訓練中，訓練中更強調運動員的技能技巧，對運動員的運動狀態只能根據主觀感受，并沒有科學依據。而可穿戴設備就能夠彌補這點，通過對運動員身體各項數據的反饋，捕捉運動中的動作標準和肌肉等進行監測，并對反饋數據進行整合，對當前運動員的訓練狀態給出一個綜合評價，通過實時數據的反饋，讓組訓者準確掌握運動員的訓練狀態，針對運動員的狀態及時調整訓練進度和內容，科學有效地提高訓練質量。

4、可穿戴設備在競技體育訓練中的應用

科技發展與應用在運動訓練中的實現主要從競技與訓練領域中體現出來。推動體育領域科技進步的主要因素是運動訓練中融入了大數據、可穿戴設備以及人工智能。可穿戴設備在運動訓練中對運動員生理情況進行實時監測，將反饋的數據及時進行整理分析，以便在接下來的訓練過程中調整計劃，能夠科學有效地提高運動成績并降低運動員在訓練中受傷的概率。

4.1、可穿戴設備在挑戰功能主導類項目中的應用

運動訓練中挑戰功能主導類項目主要是球類運動，比如羽毛球、網球等隔網對抗性運動，又或者是籃球、足球、曲棍等同場對抗性運動，還包含了棒球、壘球以及高爾夫等輪換攻防性運動。例如在羽毛球訓練中，可以通過可穿戴設備記錄運動員在訓練中的揮拍次數、速度、力量等指標，并根據這些數據制定符合運動員實際情況的訓練計劃，提供運動員正手高遠球、發球等基礎技術。此外，在可穿戴設備中有手部監視的功能，羽毛球運動員也可以通過這種方式，來檢測拇指不同彎曲度下不同類型的握力，可以掌握不同情況下的手部發力。又如足球訓練中，采用壓敏感器矩陣來識別腳上的“最佳位置”，通過這種測試幫助運動員在任意球中找到最適合射門的位置。該傳感器讓足球運動員對射門數據進行分析，通過對腳的力度、角度等數據進行分析完善他們的技術特點，同時在設備中增加了GPS等定位系統配合整個團隊運動訓練進行監控。該可穿戴設備也可以檢測到運動員在足球訓練中射門的直線速度和角度以及他們小腿、大腿的加速度，還有在射門時腳步運動的角度，對運動訓練過程進行實時記錄。可穿戴設備在運動訓練中對運動員的生物力學指標進行監控，通過反饋數據可以對運動員在訓練中的動作技巧進行分析，增強運動員在運動中的表現力有重要作用。

4.2、運動訓練基礎數據的提取以及處理方法

可穿戴設備在運動訓練中的應用并不是獨立存在的，而是需要大數據在背后支持，是新時代下科技發展的產物，通過可穿戴設備對運動訓練中的信息進行采集，是科學監控中的外在表現，然后使用科學的信息處理方式，對設備反饋的數據進行處理，這也是可穿戴設備在運動過程中進行科學監控的核心所在。運動訓練基礎數據的提取以及處理方式最早是馬爾科夫模型，在1907年提出，主要是對狀態轉移概率以及數據可靠性和設備的靈敏度用于運動訓練中的技術、戰術分析。利用該模式可以將運動員在賽場中運動表現出來的距離、速度等方面的變量進行整合分析，這樣就有利于教練和運動員在接下來的運動訓練中通過數據分析制定好技術訓練計劃以及戰術。這是最早出現的可穿戴設備，隨著科技的高速發展，可穿戴設備的功能性和實用性也越來越好，其中有大量的科技融入幫助設備采集原始數據。數據挖掘技術就是要將各個數據之間的關系串聯起來，做一個清晰明了的處理，讓數據可視化，從這些數據中發現運動的規律，實現有效的運動訓練，從而促進競技體育內部發生較大的變化。將運動基礎數據進行提取和處理，我們可以看出，可穿戴設備在未來發展中要將數據的精確性作為核心要素。

4.3、不同負荷監控模式下的應用

可穿戴設備在運動訓練中對負荷的監控可以分為兩種，一種是內部負荷監控，另一種是外部負荷監控。內部負荷監控領域就可以從心肺指標、體液指標、神經肌肉指標三個方面進行監控。心肺指標就是心率、呼吸與能力代謝等方面的測試，其中可穿戴設備中對于心率的測試在實踐中有較多地使用，特別是在球類項目中。主要特點就是能夠反映出在運動過程中運動員內部負荷情況，這個過程是不受運動場地和運動設施影響的；其缺點就是如果出現多臺設備，信號之間就會出現相互干擾的情況，多設備時得出的數據是沒有參考價值的。與心率不同的是呼吸與能量代謝需要相關的設施才能進行，如功率自行車等，需要在實驗環境下進行，但可穿戴設備在這項測試中有較大的發展前景，能夠廣泛深入地發展。體液指標就是血液、汗液和尿液等深化測試，在普通訓練過程中并不常用，而且這項測試費用較高，流程較多，測試結果有一定的延時性。外部負荷監控相關的研究主要就是描述性，通過研究運動員在比賽和日常訓練中的狀態，對外部環境進行對比，根據不同位置以及比賽時間的數據進行對比。這些可以通過可穿戴設備對外部負荷的量化和分析途徑提供更多的選擇。但是因為受外部因素影響，有更多不確定因素，在監控過程中設備反饋的信息精度需要進一步完善。

4.4、應用和發展過程中的不足

出于對可穿戴設備商業價值角度的考慮，在研發過程中更注重與用戶之間的互動性，而這種互動性體驗都是建立在對原始數據的處理上，在一定程度上就犧牲了對于科研和醫療有關鍵性作用的原始數據提升用戶的好感度。除此之外，就算是一個品牌的可穿戴設備也會因為獲取數據的方法不同、計算方式不同，出現數據差異的情況，所以在實際使用中還是會因為數據之間有明顯的誤差，影響到可穿戴設備數據的可靠性；而設備反饋的數據并沒有進行統一規范，無法實現兼容；需要加強集成性，采集的方式也可以多樣化；其次就是過多地注重可穿戴設備的商業價值，生產鏈并不完善，無法促進可穿戴設備在運動訓練領域的可持續發展。

5、運動訓練中可穿戴設備的未來發展趨勢

5.1、提升運動員的隱私保護

在運動訓練中應用可穿戴設備，運動員不論是在日常訓練中還是組織進行的模擬訓練中都有可能會穿戴設備，其設備在運行中將相關數據進行反饋，對于實時共享數據是否安全都是不得而知的，甚至在處理或者是儲存相關數據時會運用到第三方軟件，這對于運動員的隱私性是不可把控的。這對于參加奧運會備戰的運動員來說是致命的，他們身體的各項數據都需要得到密切的保護，所以在可穿戴設備技術提高的同時，需要保護運動員的隱私性。為達成這一目的就需要大力發展本土科技，使可穿戴設備以及云端處理技術能夠共同進步。

5.2、提高設備便攜性，讓佩戴舒適且安全

在運動訓練中，運動員都是在極端的速度和難度下進行的，外界因素對于運動訓練效果都會產生影響，因此可穿戴設備必須要在不影響運動員訓練的情況下進行數據采集，傳感器的外形設計必須要小型，這樣才不影響運動員正常的發揮。所以在科技研發中也出現了柔性電子科技以及多點觸控、語音識別等技術，這能夠提高設備的便捷性，讓運動員在佩戴時能更加舒適、安全。隨著科技發展，現在正在開發一種腕式可穿戴設備，通過心率監控，來了解運動員在訓練中的情況，也可以減少在訓練中給運動員帶來的不適感，同時能夠降低測試的平均誤差。纖維類的可穿戴設備研發也取得了重大進展，目前科研人主要是根據紡織品傳感器的研發，想必最后應該和普通衣物質地一樣，穿上就能夠測試出人體活動，并反饋相關信息。其次柔性電子技術，提高可穿戴設備的精準度、舒適度，增加動作捕捉、多點觸控以及語音識別等功能，這些很大程度上都能提高運動員在使用中的舒適性和安全性。

5.3、設備兼容性進一步提高，云端互聯更加廣泛

將可穿戴設備運用到實際訓練中，想要對運動員綜合能力進行測試，一般是需要運動員穿戴背心或是心率帶，但這種設備并不能幫助運動員提升訓練效率，甚至還加重運動員的負擔影響數據讀取，這也是當前可穿戴設備在運動訓練中最大的難題。隨著人們對運動訓練理解的變化，觀念的更新，科學的進步，可穿戴設備的兼容性在未來的發展中能夠進一步得到提高。

6、結束語

目前可穿戴設備在運動訓練中的應用是體育領域中的主流趨勢，一方面是可以通過可穿戴設備對運動員在訓練過程中檢測進行數據分析，對運動訓練進行量化評價，另一方面就是可以通過對生物力學指標進行分析，為探究人體活動中生物學意義提供了更多的途徑。未來可穿戴設備在運動訓練中應當提升數據的隱私性、設備的便攜性和設備的兼容性等幾個方面的問題。當然通過以上的研究發現，我們也應該清楚地認識到任何監測方式都有局限性，運動訓練中可穿戴設備的應用和發展任重而道遠。

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