周立峰

基于物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的全民戶外健身器材應(yīng)用管理

周立峰

（沙洲職業(yè)工學(xué)院，江蘇張家港 215600）

基于物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的全民戶外健身器材應(yīng)用管理系統(tǒng)，通過智能終端、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析將為實現(xiàn)“健康中國2030”助力，為全民身體健康和社會健康提供足夠的動力。

健身器材；物聯(lián)網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；健康中國2030

引言

《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》是根據(jù)黨的十八屆五中全會戰(zhàn)略部署，為推進(jìn)健康中國建設(shè)，提高人民健康水平而制定的[1]。健康是促進(jìn)人的全面發(fā)展的必然要求，是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的基礎(chǔ)條件，是民族昌盛和國家富強的重要標(biāo)志，也是廣大人民群眾的共同追求。根據(jù)《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》，扎實推進(jìn)健康江蘇建設(shè)，不斷提高人民群眾健康水平，江蘇省委省政府出臺了《“健康江蘇2030”規(guī)劃綱要》[2]。與此同時蘇州市委市政府根據(jù)《江蘇省2017年健康促進(jìn)工作方案》[3]等，制定了《蘇州市2017年健康促進(jìn)工作方案》?；谖锫?lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的全民戶外健身器材應(yīng)用管理系統(tǒng)，通過智能終端、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析，為推行健康文明的生活方式、營造綠色安全的健康環(huán)境、實現(xiàn)“健康中國2030”助力。

1 物聯(lián)網(wǎng)信息化下的體育器材管理研究和實現(xiàn)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)信息化體育器材管理基本功能

物聯(lián)網(wǎng)信息化體育器材管理，以現(xiàn)代通信、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)萬物互聯(lián)，把全市的戶外健身器材進(jìn)行有效管理，使其具備信息獲取、信息傳遞、信息處理、信息再生、信息利用的功能，將所研究對象各要素匯總至數(shù)據(jù)庫，供人們生活、工作、學(xué)習(xí)、輔助決策等與人們息息相關(guān)的各種行為相結(jié)合的管理機(jī)制。采集運動者在運動時所產(chǎn)生的與身體體征相關(guān)的各類數(shù)據(jù)，包括心率、呼吸、脈搏、步數(shù)、運動強度等。相關(guān)數(shù)據(jù)通過用戶的手機(jī)或戶外健身器材上進(jìn)行獲取，并上傳至數(shù)據(jù)云端，進(jìn)而對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲與分析。

1.2 體育器材日常使用管理系統(tǒng)及體育器材故障報修機(jī)制構(gòu)建

基于物聯(lián)網(wǎng)云、大數(shù)據(jù)的云端系統(tǒng)的整體設(shè)計方案采用了四層結(jié)構(gòu)模型，分別是云應(yīng)用層、云端服務(wù)層、傳輸層和感知層。

（1）感知層是底層的前端智能裝置，由大量傳感器節(jié)點組成，主要負(fù)責(zé)健康數(shù)據(jù)的采集。

（2）傳輸層的作用是將采集到的健康數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和傳輸。

（3）云端服務(wù)層位于系統(tǒng)的第三層，主要作用是負(fù)責(zé)接收、存儲用戶的健康數(shù)據(jù)，并根據(jù)一定的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析處理。

（4）云應(yīng)用層是用戶直接接觸的服務(wù)層，主要向用戶反饋相關(guān)的健康數(shù)據(jù)信息以及數(shù)據(jù)分析報告，進(jìn)行一定的人機(jī)交互功能，提供一定的應(yīng)用服務(wù)。

1.2.1 構(gòu)建室外健身器材物聯(lián)網(wǎng)云平臺

采用數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析技術(shù)構(gòu)建的涵蓋設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、運動數(shù)據(jù)分析、安全預(yù)警、維護(hù)調(diào)度、器材數(shù)據(jù)管理等功能的平臺管理系統(tǒng)。

1.2.2 配置室外健身器材網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)功能

表1 室外健身器材網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)功能配置

1.3 構(gòu)建云端數(shù)據(jù)與管理平臺、用戶APP等軟件系統(tǒng)

1.3.1 云端用戶管理平臺

（1）技術(shù)結(jié)合：物聯(lián)網(wǎng)、云計算技術(shù)、大數(shù)據(jù)的結(jié)合使得本系統(tǒng)能夠順利發(fā)揮功能。

用戶根據(jù)自身情況選定不同的進(jìn)入模式：兒童模式、青少年模式、成人模式、老人模式等不同模式。不同用戶使用時進(jìn)入所選模式，選取所需的功能板塊對健康生活進(jìn)行“定制性”輔助指導(dǎo)。

（2）系統(tǒng)可裁剪性：系統(tǒng)在設(shè)計中盡量做到某些關(guān)聯(lián)性差的功能板塊相互獨立，設(shè)定視圖，提供某些特定的開源，便于系統(tǒng)的優(yōu)化。

（3）實現(xiàn)全市健身器材有效管理和利用，促進(jìn)健身器材有效供給。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實現(xiàn)對戶外健身器材的管理，并對設(shè)備的利用率進(jìn)行時效比統(tǒng)計。以利于體育局更好地在合理的空間和地點布置適量的健身器材。

1.3.2 用戶APP等軟件系統(tǒng)

APP主要是指用于智能手機(jī)、平板電腦以及其他移動設(shè)備上的第三方應(yīng)用程序，成為智能手機(jī)中最重要的應(yīng)用功能，隨著我國全民健身首次作為國家戰(zhàn)略被提出，運動健身領(lǐng)域再次成為焦點，健身類APP成為體育愛好者手機(jī)里必不可少的應(yīng)用[4]。2018年8月20日中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心發(fā)布第42次《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計報告》，報告顯示，截止到2018年6月，中國網(wǎng)民規(guī)模達(dá)到8.02億人，2018上半年新增網(wǎng)民數(shù)量為2 968萬人，與2017年相比增長3.8%，互聯(lián)網(wǎng)普及率為57.7%。在手機(jī)網(wǎng)民方面，數(shù)據(jù)顯示，截止到2018年6月，中國手機(jī)網(wǎng)民規(guī)模達(dá)到7.88億人，2018上半年新增手機(jī)網(wǎng)民數(shù)量為3 509萬人，與2017年相比增長4.7%。手機(jī)網(wǎng)民占網(wǎng)民數(shù)量的比重持續(xù)攀升，2018年占比已高達(dá)98.3%。（數(shù)據(jù)來源：cnnic，中商產(chǎn)業(yè)研究院整理。）

1.4 整體系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈協(xié)議架構(gòu)

架構(gòu)整體系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈協(xié)議，達(dá)到并滿足相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)協(xié)議如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)協(xié)議

1.4.1 硬件組成

感知層：包含感知采集周圍環(huán)境的傳感器以及自身身體狀況的傳感器。其中感知周圍環(huán)境的傳感器，包含溫濕度傳感器、光照強度傳感器、煙霧濃度傳感器等；感知自身身體狀況的傳感器包含心電傳感器、血壓傳感器、脈搏傳感器、呼吸率傳感器、體溫傳感器等。而這些傳感器被集成人們便于穿戴的設(shè)備，具有簡單，輕巧的特點。

傳輸層：包含NB模塊，GPRS/4G/5G模塊，協(xié)調(diào)器，網(wǎng)絡(luò)路由器等。

云服務(wù)層：包含WebService服務(wù)器，數(shù)據(jù)接收器，日志解析器，云平臺數(shù)據(jù)倉庫，華為云、阿里云、百度云等資源服務(wù)?；蛘弋?dāng)?shù)卣w育機(jī)構(gòu)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)服務(wù)器系統(tǒng)。

云應(yīng)用層：手機(jī)APP與計算機(jī)顯示終端。

1.4.2 軟件組成

系統(tǒng)的軟件主要包含傳感層數(shù)據(jù)采集的嵌入式程序，云端服務(wù)層的華為云、阿里云、百度云等服務(wù)相關(guān)的云軟件，云應(yīng)用層的手機(jī)與計算機(jī)終端顯示與提示軟件。

通過采用RT-Thread操作系統(tǒng)的SAL抽象層（如圖2），開發(fā)者可以利用多種無線模塊、通訊模式，僅調(diào)用上層的API接口，即可實現(xiàn)一次開發(fā)，跨平臺使用。不僅如此，RT-Thread支持的各種IoT軟件包，都可以實現(xiàn)“即裝即用”[5]。

圖2 具備SAL的軟件開發(fā)模式

RT-Thread的SAL發(fā)布，對IoT產(chǎn)業(yè)意義重大，真正實現(xiàn)了系統(tǒng)（MCU+無線芯片/模塊）層面的跨平臺軟件開發(fā)及兼容，便于后期的應(yīng)用擴(kuò)展。

SAL，意為套接字抽象層，處于網(wǎng)絡(luò)硬件層與應(yīng)用層之間。RT-Thread可以無縫接入各式各樣的網(wǎng)絡(luò)芯片或模塊（例如：W5500/CH395自帶協(xié)議棧的以太網(wǎng)芯片，帶AT指令的WiFi模塊、GPRS/4G/5G模塊、NB模塊等），極大地提升RT-Thread在IoT領(lǐng)域?qū)τ诓煌W(wǎng)絡(luò)硬件的兼容性。其主要特性為（圖3）：抽象、統(tǒng)一多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧接口；提供標(biāo)準(zhǔn) BSDSocket API；統(tǒng)一fd（file descriptor）管理方式。

有了SAL框架，新的協(xié)議棧，只需要與其對接完畢，上層應(yīng)用即可直接使用。

圖3 網(wǎng)絡(luò)框架圖

2 大數(shù)據(jù)下的信息化健身器材對全民健身的意義

2.1 利用物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)戶外器材的萬物互聯(lián)

掃描健身器材上的二維碼，便能得到該器材設(shè)備的信息，同時還能看到器材使用教學(xué)視頻。通過智能器材健身時所產(chǎn)生的個人數(shù)據(jù)將通過云端歸檔，并推送到個人手機(jī)上，為人們提供全面的體能分析，并以此制定個性化健身方案。

2.2 利用大數(shù)據(jù)分析，對戶外健身器材進(jìn)行合理有效的規(guī)劃布局

大數(shù)據(jù)在全民健身領(lǐng)域，主要體現(xiàn)在智慧城市的智慧體育上，即政府層面利用互聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)，通過對相應(yīng)的大數(shù)據(jù)采集和分析，全面了解全民健身參與情況?；跀?shù)據(jù)有效解決政府的投入和配置的效率問題，有利于政府公共服務(wù)采購、供給側(cè)改革，提升人民群眾生活幸福指數(shù)。

利用大數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)全市健身器材有效管理和利用，促進(jìn)健身器材供應(yīng)商有效供給，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實現(xiàn)對戶外健身器材的管理，并對設(shè)備的利用率進(jìn)行時效比統(tǒng)計。以利于政府層面更好地在合理的空間和地點布置適量的健身器材。

2.3 數(shù)據(jù)分析，對市民的健身和全民健身提供有力的數(shù)據(jù)支撐

通過大數(shù)據(jù)分析，在健康管理領(lǐng)域，通過對個體的運動健康的數(shù)據(jù)積累和狀態(tài)追蹤，提出運動、飲食、防病的個性化推薦，這對保險、食品、醫(yī)療、體育等行業(yè)具有深刻的影響[6]。

2.4 通過數(shù)據(jù)分析，推薦用戶選擇合理的健身時間

根據(jù)氣象大數(shù)據(jù)，以及分布于各運動場所的傳感器，實時采集溫度、濕度、PM2.5、PM1.0、CO、霾等環(huán)境數(shù)據(jù)，為用戶推薦合適合理的運動時間與運動場所。

2.5 物聯(lián)網(wǎng)化的戶外健身器材為提高人民健康水平提供有力保障

物聯(lián)網(wǎng)化的管理形式，為推進(jìn)健康中國建設(shè)，提高人民健康水平提供有力的數(shù)據(jù)支撐和保障。

3 結(jié)語

隨著越來越多的人參與到運動健身中來以及移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，加上全民健身已上升為國家戰(zhàn)略，各級政府政策引導(dǎo)和資金支持，體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入了爆發(fā)的黃金十年期，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)在全民體育中越來越廣泛的應(yīng)用，必將成為加速群眾體育發(fā)展的助推器。

[1] 中共中央、國務(wù)院. “健康中國2030”規(guī)劃綱要[EB/OL]. [2016-10-25] [2018-11-25]. http://www.gov.cn/zhengce/2016-10/25 /content_5124174.htm.

[2] 江蘇省委、省政府.“健康江蘇2030”規(guī)劃綱要[EB/OL]. [2017-02-07] [2018-11-25]. http://www.zgjssw.gov.cn/ fabuting/sheng weiwenjian/201702/t3585524.shtml.

[3] 江蘇省政府. 江蘇省全民健身實施計劃(2016-2020年) [EB/OL]. [2016-12-31] [2018-11-25]. http://www.zgjssw.gov.cn/yaowen /201612/t3250403.shtml.

[4] 范廣暉. 基于iOS的移動健康管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 西安: 西北大學(xué), 2014.

[5] 高天雷. 基于云計算的智能健康感知系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 濟(jì)南: 山東師范大學(xué), 2015.

[6] 徐峰. 互聯(lián)網(wǎng)運動健身服務(wù)的現(xiàn)狀與對策研究[D]. 上海: 華東師范大學(xué), 2014.

Application and Management of Universal Outdoor Fitness Equipment Based on Big Data of Internet of Things

Zhou Lifeng

( Shazhou Professional Institute of Technology, Zhangjiagang 215600, Jiangsu, China )

The application and management system of national outdoor fitness equipment based on the big data of Internet of Things will help the realization of "Healthy China 2030" through intelligent terminals, Internet of Things and big data analysis, offering enough motivation for the physical health and social health of the whole people.

fitness equipment; IOT; big data; Healthy China 2030

TP391.44

A

1009－8429(2019)01－0016－05

2018-11-15

2018年蘇州市科協(xié)軟科學(xué)研究重點項目（2060799）

周立峰（1973-），男，沙洲職業(yè)工學(xué)院機(jī)電工程系高級工程師。