智能体重管控系统的设计

徐颖颖，庄 彦，未 培

1 智能体重管控系统需求分析

人民群众的身心健康对国家的发展和未来有着至关重要的意义.在国民身体健康这一领域内，肥胖已成为相当突出的问题之一.世界四大医学社会问题其中之一就是肥胖，与艾滋病、吸毒与酗酒并列.2017年，《新英格兰医学杂志》称目前全球肥胖人口数量已超20亿，占总人口的1/3.世界卫生组织（WHO）更是宣称，全球首要健康问题，将是肥胖症.

据中国疾病预防控制中心发布的报告，中国肥胖人口比例约为12%.中国已是全球肥胖人口最多的国家.据国内权威机构发布的各项报告，我国的肥胖人口分布呈现以下趋势.

中青年人群中，肥胖人数上升.《1993-2011年中国9省区成年人腰围分布变化趋势》显示，在1993至2011年间，18至65岁的成年人中，单腰围均值一项，男性从76.5厘米增至84厘米，女性从75.3厘米增至80.6厘米［1］.

青少年肥胖率呈上升趋势.2014年，由教育部负责的《2014全国学生体质健康调研结果》中，明确指出，各年龄段学生肥胖检出率持续上升［2］.

肥胖、超重在中小城市及乡村蔓延.北京大学卫生研究所的研究报告称，自2005年至2010年间，内地中小城市及乡村肥胖人口数量显著增加.

从宏观数据及分项数据分析，肥胖人口显著增多的主要原因是社会的高速发展，物质生活的日益丰富，生活节奏的加快，生活压力的加大，各种外包服务日益完善，如外卖服务，人们以最便捷的方式获取食物已成为主流.高热量高脂肪的快餐的兴起，加之大多数上班族的久坐缺乏运动，肥胖率的增加在所难免.肥胖人群的年轻化、蔓延化对于国民身体健康水准的提高有弊无利.我国对于肥胖症的控制已经刻不容缓，应吸取发达国家的教训，学习其经验，以管控为基础，推广国民健康减肥、健康减负，倡导健康的生活方式.体重管理信息系统的研究与应用对提高特定人群的健康具有重要意义［3］.本款智能体重管控系统的设计，旨在为个人用户提供专业、中肯的健康之道，以便捷的手机或其他移动设备为载体，为广大用户提供有效、实时、长期的数据支持，在使用本款系统的同时，逐渐养成健康的生活方式，塑造理想体型、拥有健康体魄.

2 智能体重管控系统组成

智能体重管控系统架构图如图1所示，主要由五个模块组成，各模块功能详解如下.

图1 智能体重管控系统架构图

2.1 摄入量模块

想要保持或达到理想的体重，重点在于达到摄入和输出的平衡，饮食习惯对于体重管控至关重要.该模块功能图如图2所示.

图2 摄入量模块功能图

本模块中的营养素标准值比对表以NRV营养素参考值日推荐摄入量标准表为基准，用户在开始使用本模块功能之前，将自己的各项指标输入，具体到性别、年龄、身高、体重、体脂率、腰围等，通过后台数据的处理，为用户制定其具体标准值，所有的营养素值都应当是一个区间，在最低值和最高值之间摄入均可.

用户在食用食物之前，需要使用手机中的扫一扫功能，扫描食品包装以及其NRV标签，系统将自动识别用户的摄入食物的品种，以及对NRV标签进行识别和记录.由于NRV的计算通常以100g或100mL为基准单位，需要对食品的质量进行数据采集.在计算食品食用量的问题上，由于当前对于重量感知的压力传感器较大，无法集成到手机中，故而在此处，使用一个app模块，连接设备的蓝牙，实时传输数据到手机上.如表1所示，以某品牌巧克力能量表、仅脂肪单项营养素为例.

表1 某品牌巧克力营养成分表

用户在食用之前，扫描营养成分表和包装，系统将自动识别其为巧克力，作为一种食物种类自动加到食物摄入种类中，并识别其营养成分表中的数据，通过包装袋上的净含量或使用外接压力传感器称重其质量为15g，计算这一块巧克力的脂肪含量为34.7/100*15=5.205g.假设该用户是标准体重，脂肪摄入量参照标准表，从该单项指标来看应小于60g，则该用户一天食用该巧克力（假设无其他任何脂肪摄入）的份数应当小于12.

对单项营养素进行分别的计算.单项营养素的总值应当不低于用户的最低值，不超过最高值.并以24小时为一个周期，来获取用户摄入量的值，与标准值进行比对.并以14天为一个周期来监测食物的质量、品种、营养素的分配等指标.

2.2 输出量模块

运动量主要分为日常消耗和运动消耗，即非主动运动和主动运动两种.能量是人体维持新陈代谢、生长发育、从事体力活等生命活动的基础，身体活动消耗的能量至少应占总能量的15%，对一般人群而言，也就是240～360千卡.去除日常活动等之外，还需要再加主动身体活动40分钟，即时速5.4～6.0km的6000步运动量.

本模块中，以标准运动量的作为依据，并根据用户身体状况、塑身需求来制定合理、专业、长期的安排，为用户提供参考运动量区间值.用户应当根据参考运动量值作为指导，完成目标量.该模块功能图如图3所示.

图3 输出量模块功能图

输出量模块对非主动运动的热量消耗和运动消耗都会记录，并针对个人用户的性别、年龄、身高、体重、身体状况等情况，对个人用户的运动时长、强度、消耗能量提出专业性的指导.建议适量运动，避免过度运动.

该模块的数据的监测和计量，可以通过各种智能穿戴设备来完成，当前的技术完全可以达到要求.

2.3 个人体重数据

个人体重报表模块功能图如图4所示.

图4 个人体重报表模块功能图

主要采用体质指数（BMI）、体脂率（BFR）来判断体重是否健康.

其中，BMI为体质指数，BW为体重（kg），Height为身高（m）.其值以中国标准而言，超过28即为肥胖，超过40为极重度肥胖.

其中，BFR为体脂率，WC为腰围（cm），BW为体重（kg）.C为常量，男性取值44.74，女性取值34.89.BFR男性取值超过25%、女性超过30%即为肥胖.

以上述较为客观的两组数据进行同比监控，并对其他身体指标进行监控，包括血压、心跳等指标，对单项数据曲线图进行实时监测.单项数据曲线图不应波动较大，而短期内的指标骤然改变必然造成不可逆的身体损伤.

2.4 群体体重数据

群体体重报表模块功能表如图5所示.

图5 群体体重报表模块功能图

群体体重数据以大数据为依托，对同社区、同城市、同省份等数据进行数据比对，对全国体重及其他相关指标，以及对个人数据进行比对.本模块数据对于国民身体素质、健康水准都有一定意义，当用户量达到一定程度时，本模块中的数据不仅仅可以对个人用户的体重管理起到指导作用，亦可与医疗等大型数据库对接，发挥更大的作用.

2.5 预警模块

体重过低或过高均会增加疾病的发生风险.肥胖固然有害，盲目减肥更加有害.如今随着市场需求的加大，各种减肥产品大行其道，产品质量良莠不齐，而很多人，尤其以青年人为主，盲目减肥、跟风减肥，为了降低体重值，节食甚至断食，越来越多的人陷入了“肥胖→过度减肥→亚健康”的怪圈，非但没有起到好的作用，反而把身体弄得更加糟糕.而随着微信运动等app的兴起，在朋友圈里晒步数也成为了一种潮流.为了所谓的步数造成的过度运动非但不能起到健身的作用，反而对身体有害.无论是过度节食、过度运动，或过度进食、久坐不动，都会造成身体的损伤.预警系统在前四个模块的基础上，为用户提供及时、有效、专业的预警，使得管控更加有效.本模块功能图如图6所示.运动.当差额较小或为负值，以14天为一个周期来提醒用户.

（4）个人指标预警.当用户的各项指标，主要包括BMI以及体脂率发生锐减或者陡增时，都应实时发出预警.

3 结论

图6 预警模块功能图

（1）营养素预警.当摄入量过低，低于前文所述的摄入量最低值，当14天一个监测周期结束时，平均值仍低于最低值，发出营养素过低预警；同理，当摄入量高于最高值，也应当及时发出过高预警.

（2）热量预警.当摄入量与输出量的差值以14天为周期监测时，其绝对值持续保持较高值时，应当发出预警.持续较高正值容易造成能量堆积，形成脂肪，造成肥胖；持续负值，且绝对值较高，摄入热量不足以维持机体运行，会对人体造成不可逆的损伤.

（3）运动量预警.在输出量模块中的运动量追踪、记录，应当与该模块中标准运动量相比较.当运动量与标准运动量差额为较高正值，则表示运动量较大，以24h为一个周期，及时制止过度

随着社会经济的高速发展，在国民肥胖率不断提高的背景下，每个人都应当意识到体重管控的重要性.本系统以摄入模块来控制用户的摄入量，以输出模块来监控用户的输出量，对个人数据进行长期收集，并且将个人数据与群体数据进行比对，对用户在使用过程中的营养素摄入量、热量、运动量等直接与健康情况相关的各项指标进行监测，实时发出预警.相比其他体重管控的方法，本系统以客观数据为依据，是一款依托大数据提供专业、实时、高效的智能系统.设计目标小而言之，是为了个人用户的身体健康；大而言之，是为了提高国民的整体身体素质.在互联网的技术背景下，令数据指引智慧生活，让科技更好地服务于生活.