基于物联网大数据的全民户外健身器材应用管理

周立峰

基于物联网大数据的全民户外健身器材应用管理

周立峰

（沙洲职业工学院，江苏张家港 215600）

基于物联网大数据的全民户外健身器材应用管理系统，通过智能终端、物联网和大数据分析将为实现“健康中国2030”助力，为全民身体健康和社会健康提供足够的动力。

健身器材；物联网；大数据；健康中国2030

引言

《“健康中国2030”规划纲要》是根据党的十八届五中全会战略部署，为推进健康中国建设，提高人民健康水平而制定的[1]。健康是促进人的全面发展的必然要求，是经济社会发展的基础条件，是民族昌盛和国家富强的重要标志，也是广大人民群众的共同追求。根据《“健康中国2030”规划纲要》，扎实推进健康江苏建设，不断提高人民群众健康水平，江苏省委省政府出台了《“健康江苏2030”规划纲要》[2]。与此同时苏州市委市政府根据《江苏省2017年健康促进工作方案》[3]等，制定了《苏州市2017年健康促进工作方案》。基于物联网大数据的全民户外健身器材应用管理系统，通过智能终端、物联网和大数据分析，为推行健康文明的生活方式、营造绿色安全的健康环境、实现“健康中国2030”助力。

1 物联网信息化下的体育器材管理研究和实现

1.1 物联网信息化体育器材管理基本功能

物联网信息化体育器材管理，以现代通信、网络、数据库技术为基础，实现万物互联，把全市的户外健身器材进行有效管理，使其具备信息获取、信息传递、信息处理、信息再生、信息利用的功能，将所研究对象各要素汇总至数据库，供人们生活、工作、学习、辅助决策等与人们息息相关的各种行为相结合的管理机制。采集运动者在运动时所产生的与身体体征相关的各类数据，包括心率、呼吸、脉搏、步数、运动强度等。相关数据通过用户的手机或户外健身器材上进行获取，并上传至数据云端，进而对相关数据进行分类存储与分析。

1.2 体育器材日常使用管理系统及体育器材故障报修机制构建

基于物联网云、大数据的云端系统的整体设计方案采用了四层结构模型，分别是云应用层、云端服务层、传输层和感知层。

（1）感知层是底层的前端智能装置，由大量传感器节点组成，主要负责健康数据的采集。

（2）传输层的作用是将采集到的健康数据进行处理和传输。

（3）云端服务层位于系统的第三层，主要作用是负责接收、存储用户的健康数据，并根据一定的算法进行数据挖掘和数据分析处理。

（4）云应用层是用户直接接触的服务层，主要向用户反馈相关的健康数据信息以及数据分析报告，进行一定的人机交互功能，提供一定的应用服务。

1.2.1 构建室外健身器材物联网云平台

采用数据处理和数据分析技术构建的涵盖设备状态监测、运动数据分析、安全预警、维护调度、器材数据管理等功能的平台管理系统。

1.2.2 配置室外健身器材网络化系统功能

表1 室外健身器材网络化系统功能配置

1.3 构建云端数据与管理平台、用户APP等软件系统

1.3.1 云端用户管理平台

（1）技术结合：物联网、云计算技术、大数据的结合使得本系统能够顺利发挥功能。

用户根据自身情况选定不同的进入模式：儿童模式、青少年模式、成人模式、老人模式等不同模式。不同用户使用时进入所选模式，选取所需的功能板块对健康生活进行“定制性”辅助指导。

（2）系统可裁剪性：系统在设计中尽量做到某些关联性差的功能板块相互独立，设定视图，提供某些特定的开源，便于系统的优化。

（3）实现全市健身器材有效管理和利用，促进健身器材有效供给。通过对数据进行分析，实现对户外健身器材的管理，并对设备的利用率进行时效比统计。以利于体育局更好地在合理的空间和地点布置适量的健身器材。

1.3.2 用户APP等软件系统

APP主要是指用于智能手机、平板电脑以及其他移动设备上的第三方应用程序，成为智能手机中最重要的应用功能，随着我国全民健身首次作为国家战略被提出，运动健身领域再次成为焦点，健身类APP成为体育爱好者手机里必不可少的应用[4]。2018年8月20日中国互联网络信息中心发布第42次《中国互联网络发展状况统计报告》，报告显示，截止到2018年6月，中国网民规模达到8.02亿人，2018上半年新增网民数量为2 968万人，与2017年相比增长3.8%，互联网普及率为57.7%。在手机网民方面，数据显示，截止到2018年6月，中国手机网民规模达到7.88亿人，2018上半年新增手机网民数量为3 509万人，与2017年相比增长4.7%。手机网民占网民数量的比重持续攀升，2018年占比已高达98.3%。（数据来源：cnnic，中商产业研究院整理。）

1.4 整体系统的数据链协议架构

架构整体系统的数据链协议，达到并满足相关行业标准要求。系统数据架构协议如图1所示。

图1 系统数据架构协议

1.4.1 硬件组成

感知层：包含感知采集周围环境的传感器以及自身身体状况的传感器。其中感知周围环境的传感器，包含温湿度传感器、光照强度传感器、烟雾浓度传感器等；感知自身身体状况的传感器包含心电传感器、血压传感器、脉搏传感器、呼吸率传感器、体温传感器等。而这些传感器被集成人们便于穿戴的设备，具有简单，轻巧的特点。

传输层：包含NB模块，GPRS/4G/5G模块，协调器，网络路由器等。

云服务层：包含WebService服务器，数据接收器，日志解析器，云平台数据仓库，华为云、阿里云、百度云等资源服务。或者当地政府体育机构、医疗机构服务器系统。

云应用层：手机APP与计算机显示终端。

1.4.2 软件组成

系统的软件主要包含传感层数据采集的嵌入式程序，云端服务层的华为云、阿里云、百度云等服务相关的云软件，云应用层的手机与计算机终端显示与提示软件。

通过采用RT-Thread操作系统的SAL抽象层（如图2），开发者可以利用多种无线模块、通讯模式，仅调用上层的API接口，即可实现一次开发，跨平台使用。不仅如此，RT-Thread支持的各种IoT软件包，都可以实现“即装即用”[5]。

图2 具备SAL的软件开发模式

RT-Thread的SAL发布，对IoT产业意义重大，真正实现了系统（MCU+无线芯片/模块）层面的跨平台软件开发及兼容，便于后期的应用扩展。

SAL，意为套接字抽象层，处于网络硬件层与应用层之间。RT-Thread可以无缝接入各式各样的网络芯片或模块（例如：W5500/CH395自带协议栈的以太网芯片，带AT指令的WiFi模块、GPRS/4G/5G模块、NB模块等），极大地提升RT-Thread在IoT领域对于不同网络硬件的兼容性。其主要特性为（图3）：抽象、统一多种网络协议栈接口；提供标准 BSDSocket API；统一fd（file descriptor）管理方式。

有了SAL框架，新的协议栈，只需要与其对接完毕，上层应用即可直接使用。

图3 网络框架图

2 大数据下的信息化健身器材对全民健身的意义

2.1 利用物联网，实现户外器材的万物互联

扫描健身器材上的二维码，便能得到该器材设备的信息，同时还能看到器材使用教学视频。通过智能器材健身时所产生的个人数据将通过云端归档，并推送到个人手机上，为人们提供全面的体能分析，并以此制定个性化健身方案。

2.2 利用大数据分析，对户外健身器材进行合理有效的规划布局

大数据在全民健身领域，主要体现在智慧城市的智慧体育上，即政府层面利用互联网、云技术，通过对相应的大数据采集和分析，全面了解全民健身参与情况。基于数据有效解决政府的投入和配置的效率问题，有利于政府公共服务采购、供给侧改革，提升人民群众生活幸福指数。

利用大数据分析实现全市健身器材有效管理和利用，促进健身器材供应商有效供给，通过对数据进行分析，实现对户外健身器材的管理，并对设备的利用率进行时效比统计。以利于政府层面更好地在合理的空间和地点布置适量的健身器材。

2.3 数据分析，对市民的健身和全民健身提供有力的数据支撑

通过大数据分析，在健康管理领域，通过对个体的运动健康的数据积累和状态追踪，提出运动、饮食、防病的个性化推荐，这对保险、食品、医疗、体育等行业具有深刻的影响[6]。

2.4 通过数据分析，推荐用户选择合理的健身时间

根据气象大数据，以及分布于各运动场所的传感器，实时采集温度、湿度、PM2.5、PM1.0、CO、霾等环境数据，为用户推荐合适合理的运动时间与运动场所。

2.5 物联网化的户外健身器材为提高人民健康水平提供有力保障

物联网化的管理形式，为推进健康中国建设，提高人民健康水平提供有力的数据支撑和保障。

3 结语

随着越来越多的人参与到运动健身中来以及移动互联网、人工智能、物联网的快速发展，加上全民健身已上升为国家战略，各级政府政策引导和资金支持，体育产业发展进入了爆发的黄金十年期，物联网、大数据在全民体育中越来越广泛的应用，必将成为加速群众体育发展的助推器。

[1] 中共中央、国务院. “健康中国2030”规划纲要[EB/OL]. [2016-10-25] [2018-11-25]. http://www.gov.cn/zhengce/2016-10/25 /content_5124174.htm.

[2] 江苏省委、省政府.“健康江苏2030”规划纲要[EB/OL]. [2017-02-07] [2018-11-25]. http://www.zgjssw.gov.cn/ fabuting/sheng weiwenjian/201702/t3585524.shtml.

[3] 江苏省政府. 江苏省全民健身实施计划(2016-2020年) [EB/OL]. [2016-12-31] [2018-11-25]. http://www.zgjssw.gov.cn/yaowen /201612/t3250403.shtml.

[4] 范广晖. 基于iOS的移动健康管理系统的设计与实现[D]. 西安: 西北大学, 2014.

[5] 高天雷. 基于云计算的智能健康感知系统关键技术研究[D]. 济南: 山东师范大学, 2015.

[6] 徐峰. 互联网运动健身服务的现状与对策研究[D]. 上海: 华东师范大学, 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年苏州市科协软科学研究重点项目（2060799）

周立峰（1973-），男，沙洲职业工学院机电工程系高级工程师。