基于WebGIS的国民体质与全民健身工程信息集成与分析平台的研究

胡卫红 刘鹏 钟亚平 吴庆建

摘 要： 运用WebGIS技术，建立一个为国民体质监测与全民健身工程建设提供全过程、多层次信息服务的国民体质监测与全民健身工程信息集成与信息分析的交互平台，实现对国民体质监测指标信息和全民健身工程管理等相关信息进行统一的采集、管理、统计与分析。该平台以典型相关分析模型为基础，探讨国民体质、全民健身工程、地理与人文环境等多维关系的内在联系，为国民体质监测数据的科学分析提供一种新的方法，为全民健身工程资源配置、实施效果评价、宏观决策指导等提供参考。

关键词： 国民体质监测;全民健身工程;WebGIS;典型相关分析

中图分类号：G80-32   文献标识码：A  文章编号：1006-2076（2018）06-0045-05

Abstract： By using WebGIS technology， an interactive platform providing full， multi-level information services for the information integration and data analysis for Chinas National Physique Monitoring and the National Fitness Project was established in order to collect， manage and analyze the data information about the national physique monitoring indicators and fitness project and other related information in a comprehensive way. Based on the canonical correlation analysis model， the internal relations among the national physique， the National Fitness Project， geography and human environment was explored. It provides a new approach for the scientific analysis of National Physique Monitoring Data， as well as a reference for the resource allocation， effect evaluation， and policy-making for the future development of the National Fitness Project.

Key words：  National Physique Monitoring; National Fitness Project; WebGIS; canonical correlation analysis

全民健身工程作为政府的主导行为，实施十多年来，投入了巨大的人力物力，有力推动了我国群众体育事业的发展。然而，从我国每5年开展一次的国民体质监测的监测指标结果来看，国民体质整体状况仍不容乐观。2014年的第四次国民体质监测结果表明，虽然我国国民体质的总体合格率和总体水平在不断提高，但成年人和老年人的超重与肥胖率持续增长，群体性和区域性的不平衡性仍然明显[1]。一方面是国家投入巨大的人力物力，推动全民健身工程的实施，而另一方面却是国民体质提高不明显。虽然，如何改变这种状况仍缺乏直接而有效的手段，但是对目前正在实施的全民健身工程效果加以科学研究，结合环境（地理、社会发展等）要素，以我国国民体质现状和变化规律为切入点， 探寻科学制定全民健身工程发展规划和阶段实施方案，有目的、有步骤、有重点地逐步推进实施工作具有极其深远的意义。

目前对国民体质监测系统方面的研究比较多，绝大部分研究集中在体格发育水平、生理机能水平、身体素质和运动能力水平这三方面[2]，对国民体质监测的指标结果与环境发展研究较少[3-4];在全民健身工程方面的研究成果也成逐年遞增的趋势，但研究方法趋于集中，区域研究明显，研究内容多为重复，对当前全民健身工程的成效，特别是与国民体质检测指标结果的关系研究较少[5];运用典型相关分析开展国民体质、全民健身工程、地理与人文环境等多维关系的内在联系研究未见报道。

基于互联网的地理信息系统（WebGeographic Information System，简称WebGIS）作为一个开放的数据平台，目前已广泛应用于众多社会领域，但是运用WebGIS开展对国民体质与全民健身工程信息集成与分析的研究还不多。周彤在2016年基于GIS技术进行了国民体质监测数据管理的研究[6];那菊华在2015年开展基于GIS的全民健身设施空间分布应用研究[7];张福利等在2012年将GIS技术应用到全民健身工程的实施中[8]。以上研究基本上都只是单方面针对国民体质数据管理或全民健身工程布局的空间特征分析。目前，运用WebGIS技术开展国民体质与全民健身工程信息集成与分析的研究报道基本没有发现。

为此，本研究通过运用WebGIS技术，以S省2010年国民体质监测数据、2011年全民健身工程基本数据和2011年统计年鉴公布数据为基础，建立一个为国民体质监测与全民健身工程建设提供全过程、多层次信息服务的国民体质监测与全民健身工程信息集成与信息分析的交互平台，实现对国民体质监测指标信息和全民健身工程管理等相关信息进行统一的采集、管理、统计与分析。该平台以典型相关分析模型为基础，探讨国民体质、全民健身工程、地理与人文环境等多维关系的内在联系，为国民体质监测数据的科学分析提供一种新的方法，为全民健身工程资源配置、区域规划调整、实施效果评价、宏观决策指导等提供参考。

1 指标体系设计

本着全面性和可操作性的原则，在深入分析国内外国民体质水平研究和全民健身工程发展程度的基础上，平台所采用的指标体系包括国民体质水平、全民健身工程和环境三大指标体系。

1.1 国民体质水平指标体系

国民体质水平指标以国民体质监测指标为主，包括身体形态指标、身体机能指标和身体素质指标三大类。身体形态指标包括身高、体重、胸围、腰围、臀围、上臂部皮褶厚度、腹部皮褶厚度、肩胛部皮褶厚度和BMI（体重指数，BMI是反映身体形态的重要指标）。身体机能指标包括肺活量、脉搏（心率）、收缩压、舒张压和台阶测试。身体素质（握力、背力、俯卧撑（男）、仰卧起坐（女）、纵跳、坐位体前屈、选择反应时、闭眼单脚站立）。

1.2 全民健身工程指标体系

目前我国还缺少一个成熟统一的评估全民健身工程发展程度的指标体系。 根据国家体育总局制定的《2011年群众体育基础数据统计指标说明》，选取与全民健身工程紧密相关的指标数据作为平台分析的主要指标，包括：场地数量、年度财政投入、测试站点总数、体育组织总数（城镇）、体育组织总数（乡村）、新增健身站数、俱乐部总数和参加全民健身活动总人次。

1.3 环境指标体系

与体质水平相关的环境因素纷繁复杂。 环境指标主要选择与体质水平可能相关的自然环境和社会经济环境指标。目前的研究成果[3-4]表明：与体质水平可能相关的自然环境因素主要包括经度、海拔高度、维度、年均气温、日照、降雨量等指标;与体质水平可能相关的社会经济环境因素主要包括GDP、人均纯收入、出生率、人口自然增长率、文盲率、人口密度、人文发展指数等指标。结合2011年统计年鉴所获取的数据样本来源，选取了人均地区生产总值、人口密度、恩格尔系数城镇、恩格尔系数乡村、教育投入、年平均气温、全年降水量和全年日照时数作为主要指标进行建模分析。

2 模型的建立

如何在如此多的因素中找出国民体质、全民健身工程和环境（自然地理、经济社会发展）等多维关系的内在联系是一项非常艰难的工作，平台通过建立典型相关分析模型，探寻这种多维关系的内在联系。

2.1 典型相关分析

典型相关分析是研究两组变量之间相关关系的多元分析方法，其基本思想是对两组变量分别找出变量的线性组合，使其具有最大相关性，为第一对典型相关变量;然后再在每组变量中找出第二对、第三对等多对典型相关变量，并使各对变量互不相关。一般地，假设有一组变量X1，X2，…，Xp与另一组变量Y1，Y2，…，Yq，我们要研究这两组变量之间的相关关系，可以转化为两个新的综合变量之间的相关即

U=α1X1+α2X2+…αpXp=α′X

V=β1Y1+β2Y2+…βpYp=β′Y

其中，α=（α1，α2，…，αp）和β=（β1，β2，…，βq）为任意非零向量，于是把研究两组变量之间的问题化为研究两个变量U与V之间的相关问题，寻求α，β使U， V之间最大可能的相关。考虑方差为 1 的X、Y的线性函数α′X与β′Y，若存在常向量α1′与β1′，使得

ρ（α1′X，β1′Y）=maxρ（α′X，β′Y）

var（α′X）=var（β′Y）=1

则称α′X、β′Y是X、Y的第一对典型相关变量，依此求出第二对、第三对等多对典型相关变量，这些典型相关变量反映了X、Y间的线性相关情况[9]，基于这种原则的分析方法就是典型相关分析。

2.2 模型建立

本研究以S省16个地市的数据作为样本，以健身工程与国民体质中的身体素质（男）评价模型为例说明。

两组变量分别为身体素质指标：X=（握力，俯卧撑（男），纵跳，坐位体前屈，选择反应时，闭眼单脚站立），健身工程指标：Y=（场地数量，年度财政投入，体育组织总数（城镇），体育组织总数（乡村），新增健身站数）。

样本量为16个。考虑到现有样本量较小，可根据各变量的贡献率（即现有变量的典型相关计算中AB矩阵特征向量中值的大小），逐次减少指标量进行相关性分析（消除AB矩阵特征向量中最小值对应的变量），直至显著性检验通过为止，完成两组变量的指标筛选。

筛选后的两组变量分别为身体素质X=（握力（X1），俯卧撑（男） （X2），闭眼单脚站立（X3）），健身工程指标：Y=（场地数量（Y1），年度财政投入（Y2），体育组织总数（城镇）（Y3）， 新增健身站数（Y4），相关分析结果如下：

通过模型分析可知典型相关系数共有三个，分别为：0.8735、0.5685、0.4713。经检验第一典型相关系数具有统计学意义，第二和第三典型相关系数无统计学意义。

对应于第一典型相关系数的第一对标准化的典型相关变量为：

[JB（{]U=0.2624X1-0.3861X2-0.5606X3

V=-0.2224Y1-0.1197Y2-0.595Y3+0.2235Y4[JB）]

其中U、V分别为运用典型相关分析算法建立的有关身体素质（男）的线性模型和健身工程的线性模型。

由标准化的典型相关变量可知，身体素质（男）线性模型U中的俯卧撑（男）和闭眼单脚站立与健身工程线性模型V中的场地数量、年财政投入和体育组织总数（城镇）成正相关关系，身体素质（男）线性模型U中的握力与健身工程线性模型V中新增健身站数成正相关。根据结果可知，场地数量多、年财政投入大和体育组织总数（城镇）多的地区成年男性腰腹力量及身体平衡力较好，新增健身站数多的地区成年男性上肢力量较好。

3 平台架构

平台在软件体系结构上设计为三层B/S结构，分别为：表示层、服务层和数据层。系统部署到WEB服务器上， GIS数据库跟DM数据库分别部署到其他服务器上。用户可以通过Internet对WEB服务器进行访问，WEB服务器经从GIS和DM数据库服务器上进行数据交换，取出用户想要获得的信息反馈给用户。平台地理数据库选用武汉中地集团的GIS服務数据库[10]，系统其他信息数据库采用SQL2008数据库。

4 平台功能

遵循实用性与可扩展性的原则，平台基本业务模块分成国民体质监测信息管理子系统、全民健身工程信息管理子系统、环境信息管理子系统、分析评价子系统、全民健身方法管理子系统、系统配置管理子系统以及系统帮助子系统7大模块，其中分析评价子系统是平台的核心功能模块。

国民体质监测信息管理子系统实现对国民体质监测结果信息的管理，主要包括监测信息的添加、修改、删除、数据的导入、导出等操作;监测信息的查询，全面显示国民体质监测不同地区、不同年龄段、不同性别及城乡差异国民体质各监测指标的平均数以及综合评定等级中各评定等级人数百分比。

全民健身工程信息管理子系统主要提供在数字地图全景下全民健身工程统计信息的查询与更新，主要包括健身工程統计信息的添加、修改、删除等操作;健身工程统计信息的查询及对比分析（在数字地图下用不同颜色或图表等对比显示、通过人数百分比显示资源的分布情况）。

环境信息管理子系统主要实现对与国民体质相关的环境因素的管理，提供在数字地图全景下环境信息的查询与更新，主要包括人均地区生产总值、人口密度、恩格尔系数、教育投入、年平均气温、全年降水量、年平均日照时数等与区域人口、社会经济发展、地理环境和人文环境相关的环境要素。

分析评价子系统主要包括国民体质、环境要素及健身工程之间相互关系的分析与评价，具体为环境与国民体质（身体形态、身体机能、身体素质）关系评价、环境与健身工程关系评价、健身工程与国民体质关系评价。

1）环境与国民体质（身体形态）关系评价。环境与身体形态关系评价主要是对不同地区不同人群的环境要素（区域人口、社会经济发展、地理环境和人文环境）与身体形态的关系进行分析比较，找出环境因素对身体形态的影响度，并输出分析结果。分析结果显示身体形态变量（身高、体重、BMI）和环境要素变量（人均地区生产总值、人口密度、恩格尔系数、教育投入、年平均气温、全年降水量、年平均日照时数）相关分析结果。

2）环境与国民体质（身体机能）关系评价。环境与身体机能关系评价主要对不同地区不同人群的环境要素（区域人口、社会经济发展、地理环境和人文环境）与身体机能的关系进行分析比较，找出环境因素对身体机能的影响度，并输出分析结果。

3）环境与国民体质（身体素质）关系评价主要对不同地区不同人群的环境要素（区域人口、社会经济发展、地理环境和人文环境）与身体素质的关系进行分析比较，找出环境因素对身体素质的影响度，并输出分析结果。

4）环境与健身工程关系评价就是要通过评价模型找出健身工程建设水平与环境要素之间的关系，并输出分析结果。

5）健身工程与国民体质关系评价主要是对不同地市不同区县的健身工程建设和投入情况与国民体质的综合指数进行分析比较，找出健身工程对国民体质的影响，并输出分析结果。图4显示了全民健身工程统计信息（健身场地设施、健身经费、健身指导、社会体育指导员、街道体育组织、农村乡镇体育组织、健身站（点）、社区体育健身俱乐部、健身活动、健身法制建设）和国民体质变量（身体形态、身体机能、身体素质）之间的相关分析结果。

5 结论

本研究通过综合运用WebGIS、数据库建模等技术，建立一个为国民体质监测与全民健身工程建设提供全过程、多层次信息服务的国民体质监测与全民健[LL]身工程信息集成与信息分析的交互平台，实现对国民体质监测指标信息和全民健身工程管理等相关信息进行统一的采集、管理、统计与分析。该平台以典型相关分析模型为基础，探讨国民体质、全民健身工程、地理与人文环境等多维关系的内在联系，为国民体质监测数据的科学分析提供一种新的方法，为全民健身工程发展与规划提供参考。

参考文献：

[1]国家体育总局.2014年国民体质监测公报[R].2011-09-02.

[2]张洋，何玲.中国青少年体质健康状况动态分析——基于2000-2014年四次国民体质健康监测数据[J].中国青年研究，2016（6）：5-12.

[3]李纪江，蔡睿，何仲涛.我国成年人体质综合水平与自然环境因素的关联分析[J].体育科学，2010，30（12）：42-47.

[4]李纪江，蔡睿.我国成年人体质水平与社会经济因素相关性探讨[J].四川体育科学，2011（1）：111-119.

[5]赵富学，程传银，才让卓玛，等.“体育援藏”背景下安多藏区农牧区全民健身路径工程现状调查研究[J].武汉体育学院学报，2016，50（1）：9-14.

[6]周彤.基于GIS国民体质监测管理平台设计研究——以湖北省为例[J].科技创业月刊，2016（8）：16-18.

[7]那菊华.基于GIS的全民健身设施空间分布应用研究——以山东省潍坊市为例[J].山东体育科技，2015，37（5）：116-118.

[8]张福利，刘志敏，白忠波.GIS技术在鞍山地区农民体育健身工程中的应用[J].鞍山师范学院学报，2012，14（2）：51-53.

[9]袁志发，周静芋.多元统计分析[M].北京：科学出版社，2002.