基于AIoT的智慧体育应用前景

张杰 李佳琪

（1.东华大学体育部 上海 201600；2.东华大学人文学院 上海 200050）

得益于5G的发展和普及，人工智能和物联网的融合协同发展成为现实，并由此诞生了人工智能物联网AIoT。相比于传统的物联网在收集了庞杂的数据后无法立即对数据进行分析的现象，搭载人工智能的智能物联网能在云端和边缘端利用人工智能的算法和模型对收集的数据立即进行分析并提供反馈，这种快速反应极大地提高了效率，阿里、小米、华为等科技巨头纷纷投资研发AIoT产品。

目前，AIoT 已广泛应用于智慧家居、智慧交通、智慧城市等领域，AIoT 的应用不仅极大减少了人力、物力，提高了工作效率，快速的数据分析与结果反馈还增添了决策的科学性。智能技术带来的便利显而易见。因此，2019 年国务院办公厅发布的《体育强国建设纲要》提到，运用物联网、云计算等新信息技术，促进体育场馆活动预订、赛事信息发布、经营服务统计等整合应用，推进智慧健身路径、智慧健身步道、智慧体育公园建设。

鼓励社会力量建设分布于城乡社区、商圈、工业园区的智慧健身中心、智慧健身馆。依托已有资源，提升智慧化全民健身公共服务能力，实现资源整合、数据共享、互联互通，加强分析应用［1］。2021 年《“十四五”体育发展规划》提出，推动全民健身智慧化发展。推进“互联网+健身”“物联网+健身”，大力推广居家健身和全民健身网络赛事活动。创建涵盖全民健身群众组织、场地设施、赛事活动、健身指导、器材装备等内容的数字化全民健身服务平台，创新全民健身公共服务模式［2］。因此，利用新兴智能技术推动体育发展，实现体育的智慧化、智能化俨然上升为国家战略。在此背景下，人工智能、互联网、云计算等智能技术成为体育界的研究热点，并取得了丰硕的研究成果：“互联网+体育”创新了体育赛事传播、体育教学的新路径；人工智能推进了体育馆的智慧化和运动训练方式的数字化等。

以上研究为梳理基于AIoT 的智慧体育应用奠定了基础。研究基于AIoT 的智慧体育应用不仅能够促进智能物联网技术的发展，促使智能物联网技术形成成熟的应用模式，而且能够促进智慧体育的发展与完善，为人民提供高质量的服务，再者能够加快体育智慧化速度，早日实现体育智慧化的目标。

1 AIOT概念及其功能

1.1 AIOT的内涵

2017 年11 月28 日，AIoT 的概念在万物智能·新纪元AIoT 未来峰会上被正式提出。AIoT（Artificial Intelligence of Things）是人工智能（Artificial Intelligence）和物联网（Internet of Things）相融合产生的一个新概念，也被称为智能物联网。由于AIoT是一个较新的概念，目前业界还没有明确的定义，也正因如此，许多企业在应用时将其单纯认为是AI和IoT的融合或者认为是在物联网中应用人工智能技术。同样，不同的学者对AIoT的定义也不尽相同。

2020 年中国智能物联网（AIoT）白皮书提出，AIoT是人工智能与物联网的协同应用，它通过IoT系统的传感器实现实时信息采集，而在终端、边缘或云端进行数据智能分析，最终形成一个智能化生态体系［3］。

吴吉义等人［4］在研究中将AIoT 视为一个模型，他们认为AIoT是一种人工智能与物联网融合研究模型，属于一种新型的深度IoT 研究和应用形态，其中IoT 是AIoT 的基础设施，用来收集数据，AI 则是AIoT 的智慧化手段和工具，帮助IoT实现智慧互联。

王金雪［5］认为，AIoT是以物联网技术为基础，以智能硬件系统为载体，运用人工智能、大数据和云计算等技术，在智能终端、云端和人之间进行信息采集、分析、传递和应用，协助人机实时自然交互的智能化网络。

1.2 AIoT的技术架构

AIoT 作为人工智能和物联网的深度融合，是以物联网为基底，以人工智能为手段来实现万物智联的。因此，AIoT 的技术架构不仅要兼顾物联网本身的逻辑层次，同时也要发挥人工智能的价值功能。目前，学界设计的AIoT 技术架构普遍包含设备层、边缘计算层、云计算层。

1.2.1 设备层

设备层是AIoT 的躯体。它由两部分组成，一部分是硬件设施，如传感器、智能设备等，其主要功能是采集现实世界中的各项数据，并将数据上传至服务器；另一部分是软件设施，包括服务器、传输网络、数据存储中心等。软件设施的存在为AIoT 进行数据分析、监测、预测奠定了基础。

1.2.2 边缘计算层

边缘计算是指在靠近传感器的边缘智能设备以及靠近数据源的网络边缘部署一定的计算能力，用来进行简单的计算、分析、数据处理，也能存储少量数据。相比于云计算层，边缘计算层减少了网络延迟，能够快速获得非关键信息，同时降低了网络宽带成本，保护了数据安全和隐私。但边缘计算层的数据存储容量、深度学习能力和数据处理能力均有限。

1.2.3 云计算层

云计算层是AIoT 的大脑。云计算层的主要功能是存储数据，深度学习，进行云计算。在传感器和智能设备中收集的数据通过一定的传输网络上传到云计算层，在这一层它们被进一步集成、处理、存储。云计算层利用深度学习工具和一定的计算硬件系统，进行海量数据的运算和分析决策。

1.3 AIoT的功能

1.3.1 跟踪监测功能

根据人工智能所具有的识别功能，利用搭载在智能设备上的摄像头及环境传感器，AIoT 能够将所拍摄的监测目标转换为图像信号，传输给中央的图片处理系统，该系统对目标进行识别、分析，识记目标形态特征，对目标的行为进行判断。通过与云端相关数据进行对比，及时对目标异常行为发出警报。该功能已经广泛应用在大气变化、农作物生长、工程建造等方面。利用AIoT 对目标进行跟踪监测，大大节省了人力、物力、财力，提高了工作效率。

1.3.2 预测功能

通过对数据的收集以及对目标模型的建立，AIoT能够精准对目标的各项指标进行评测，并根据云端数据库中的匹配数据对目标未来的需求或走向进行预测，从而提供智能化解决方案。例如，应用了AIoT 技术的智能教育产品能够在测评目标用户的知识储备、认知发展状况的基础上，分析用户的学习偏好和知识薄弱点，结合一定的理论模型对用户的发展潜力进行预测，提供个性化学习方案。

1.3.3 分析决策功能

AIoT的分析决策功能更多地体现在能够为决策者提供科学的数据支撑，通过对已有的数据进行分析，能够将背景环境的全貌客观展现出来。在此基础上，对事物的发展规律进行研究，帮助决策者做出理性判断，提高决策的科学性。

2 AIoT在智慧产业领域的应用

根据《2020 年中国智能物联网（AIoT）白皮书》显示，目前AIoT已广泛应用在家居、建筑、安全、交通、医疗、教育、工业、农业等领域。阿里巴巴、腾讯、华为、小米等大企业纷纷投入研发。

在农业领域中，CHEN［6］探究了AIoT在害虫检测中的应用。通过AI 的深度学习以及IoT 的数据收集功能，建立了一种实时图像识别系统，并将其与环境传感器结合，对害虫进行检测、报告，有效地提高了农作物的产量和质量。Jung［7］则将AIoT技术用在了家畜养殖上。与害虫检测相似，该技术同样是利用安装在猪圈的摄像机对猪进行图像识别，然后通过算法对猪进行跟踪，跟踪所得的图像传回中央服务器，最后由中央服务器向养猪户报警。

在医学领域中，AIoT 能够帮助近视患者进行近视监测、大数据分析、个性化防控措施制定、实时监测、反馈，为近视防治提供了新的思路［8］。AIoT 还与个性化康复识别系统相结合，帮助居家隔离者医疗保健，跟踪康复锻炼以进行临床诊断［9］。除了这些，AIoT 在肺癌［15］防治方面也有帮助。

在工业中，ZHANG 等人［10］开发了一套基于AIoT的隧道施工实时监测系统，以用来促进施工信息的通信通畅，并确保在隧道挖掘的过程中产生的大量数据能够被准确记录。

在城市建设方面，Yang等人［11］提出将AIoT应用在PM监测、室内空气质量控制等方面。该方法降低了监测成本，同时通过对数据的分析，理解数据背后蕴含的现实含义，帮助决策者制定更为科学的政策。Bano 等人［12］研究了AIoT与垃圾桶的结合，提出了一种实时智能垃圾桶监控框架，这种技术不仅减少了劳动成本，还有助于环境整洁，减少疾病的发生。Ahmed Barnawi等人［13］则将AIoT应用在了新冠肺炎监测上，对人们的提问数据进行检测收集，对潜在患者进行跟踪，当出现感染者时，患者的信息会传输到医院，为国家的防疫工作减轻了负担。

3 基于AIoT的智慧体育应用及展望

3.1 基于AIoT的智慧体育应用

智慧体育是以大数据、人工智能等新兴信息技术为基础，通过应用智能可穿戴设备、运动训练实时监控等传感仪器和监测系统，实现对各种体育行为的全面感知，运用智能算法深度挖掘和解析体育大数据，形成可供预测、计划、判断的知识体系，为竞技体育、群众体育、体育产业等各种需求提供理论依据和科学决策［14］。

Yang［15］等人认为，智能技术的应用不仅对体育场的管理方式、经营方式带来了变革，更改变了体育场与消费者之间的关系。这些消费者，亦可称为球迷，他们不再处于体育场的边缘，而是数据分析和数据开发的关键对象，他们的喜好成为体育场经营的重点。在智能体育场馆中，球迷与体育之间的生物政治关系在空间上得到了扩展。同时，在智能体育场域中，比赛不仅仅是一种商品，而是一个持续的数据开发和饰演的场所。比如，SDS体育场就利用传感器、网关和微软的云计算平台，将现场比赛变为了技术演示和监视群体行为的试验场地。

付紫硕［16］阐述了国外智慧体育场馆建设的经验，认为国外智慧体育馆建设成功的原因之一是依托科技公司，由科技公司为场馆智能化提供一套完整的方案，并根据发展不断调整。这些方案中包括硬件设施的应用、为球迷和赞助商提供的访问数据服务以及提高用户体验的VR、AR 等技术的应用。这也为我国智慧体育场馆的建设提供了启示，要更加注重与华为、阿里等科技公司的合作，开创新的管理运营模式，从而为顾客提供更加优质的服务。

傅钢强［17］介绍了四种目前我国智慧体育场馆的驱动模式。这四种模式的体育场馆分别运用不同的智能技术，如用于承办大型赛事的冬奥体育馆更多利用的是VR、5G、AI、IoT、AR 等技术。而杭州黄龙体育中心作为提供公共体育服务的场所，配备的是人脸识别、人机互动等高科技设备。场馆行业自我改良驱动模式的代表——上海久事智慧体育有限公司则研发了智慧体育云服务平台，以实现场馆集约化、平台化和智慧化发展。最后是以周边需求为驱动模式的乐刻运动，乐刻通过低价月卡、智能化设备等技术在健身房竞争激烈的今天取得了一席地位。

Chu等人［18］从技术层面出发，以举重训练为例，研究了AIoT 在体育科学的应用。提出了AIoT 体育科学系统架构：SIAS 和AIoT 边缘计算。其中，SIAS 包括的功能有整合和管理云计算资源，数据收集、合并、管理，AI 和深度学习，3D 建模和模拟，提供一个体育APP。运动员在训练过程中通过佩戴传感器（可穿戴与不可穿戴）来监测自身情况，这些信息通过物联网传输到后台，后台通过AI 技术进行分析，得出结果后再由物联网传回到运动员及教练。AIoT还用于捕捉运动员的动作轨迹，以矫正动作，它通过传感器实时三维动态捕捉目标动作技术，与数据库中的模型进行对比，发现现有动作的不足并加以矫正。

Farrokhi［19］研究了AIoT在健身中的应用，除了探究智慧健身中AIOT的具体应用情况，AIoT为智慧健身带来了社交上的改变。他们将AIoT 中的IoT 看成是Social-IoT，即这种物与物之间的互联使系统能够收集到所有相连设备的数据和信息，来为使用者更好地做预测和决策，同时运动平台、运动APP的建立使运动爱好者能够分享心得与经验，从而改变健康和锻炼习惯，还能获得他人支持，缓解压力。

3.2 基于AIoT的智慧体育应用前景展望

3.2.1 竞技体育

智慧体育中应用AIoT 能从三方面为竞技体育带来改变。首先，AIoT 能够更加准确收集分析运动员身体的各项指标，从而为教练在运动员选拔上提供助力。其次，AIoT 的中央数据库能够存储各个国家各个项目的体育情报。理论上看，这些数据能够在全世界范围内免费共享，这样便于国家收集体育情报，各国“各凭本事”对情报进行利用，促进了竞技体育的公平性。最后，AIoT能够帮助检测环境中的不安全因素，并对运动员自身做出的不规范动作发出预警，能起到预防运动伤病的作用，还能根据受伤情况协助队医制订休养计划。

3.2.2 大众体育

AIoT技术能够为大众体育提供的服务更多。运动时，人体所配戴的运动手环能够收集运动数据，这些数据在经过边缘计算层简单分析之后能快速传给使用者，使用户在第一时间了解自己的运动信息，如果想要更深层次的信息，也可以等待云计算层的深度计算。加工处理之后的数据可以传到使用者的手机、平板等一切智能产品中，这些数据甚至可以传输到智能家居中，无缝链接地为用户准备舒适的家居环境。体育公园、开放体育运动场也可以配备传感器，通过对居民使用器械、参加项目的次数进行分析，充分了解居民对运动场所的需求，从而为大众提供更优质便民的服务。

3.2.3 体育产业

目前我国体育产业已广泛应用智能技术。因此，将AIoT 技术应用在体育产业是指日可待的。无论是体育产业园、体育旅游业、智慧健身房、智慧体育馆，都能利用AIoT实现收集数据、分析计算、预测需求、提供服务的一站式服务模式，转变传统的经营管理模式，提高自身的竞争力，在激烈的市场竞争中站稳脚跟。

4 结语

AIoT是一个新概念，正处于发展初期，具有巨大潜力。用AI 赋能IoT，使IoT 真正实现连接万物，智能互联，这是物联网发展的趋势。目前，AIoT架构普遍设计成设施层、边缘计算层、云计算层3 个层次，使AIoT 具有跟踪监测、预测、决策的功能。现阶段，AIoT 已广泛应用在农业、工业、医学等领域。为害虫检测、城市建设、隧道工程、医学研究带来了便利。对于AIoT 在智慧体育中所起的作用，国外已有学者进行了研究，在举重训练中，AIoT帮助运动员和教练员进行技术分析；在健身中，AIoT创造了一个社交物联网，在这个网络中人们能够分享经验，互相鼓励。由此，将AIoT 应用于智慧体育，能为竞技体育、大众体育、体育产业的发展提供助力。