馬 冉，劉宏超

（山西師范大學(xué) 體育學(xué)院，山西 臨汾041004）

2019年，由中國(guó)體育科學(xué)學(xué)會(huì)主辦的第十一屆全國(guó)體育科學(xué)大會(huì)在南京大學(xué)召開，此次大會(huì)的主題為“體育發(fā)展的科技力量”。在全面推進(jìn)“健康中國(guó)”這一戰(zhàn)略背景之下，為備戰(zhàn)東京奧運(yùn)會(huì)、北京冬奧會(huì)、卡塔爾世界杯預(yù)選賽三大任務(wù)，體育學(xué)領(lǐng)域各位專家學(xué)者到會(huì)交流，共同促進(jìn)學(xué)術(shù)的發(fā)展。從此次會(huì)議的成功舉辦可以發(fā)現(xiàn)，科技力量在體育領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用與發(fā)展將成為未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的主流趨勢(shì)［1］。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，科學(xué)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用及影響力不容忽視。在體育領(lǐng)域當(dāng)中，奧運(yùn)會(huì)等大型賽事的比拼，離不開科學(xué)技術(shù)的強(qiáng)力后備支撐。不論是2006年劉翔打破110米欄世界紀(jì)錄，還是北京奧運(yùn)會(huì)美國(guó)游泳運(yùn)動(dòng)員菲爾普斯豪取8金，科技的支撐力量不可忽視。尤其是在當(dāng)前大數(shù)據(jù)時(shí)代下，人工智能的長(zhǎng)足發(fā)展與應(yīng)用，使得可穿戴設(shè)備的應(yīng)用更加廣泛與普及。

可穿戴技術(shù)這一概念最早是由20世紀(jì)60年代的麻省理工學(xué)院（MIT）實(shí)驗(yàn)室中提出的一項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，是為實(shí)現(xiàn)智能與生物科學(xué)以及技術(shù)相融合的概念，通過(guò)電腦芯片、操作系統(tǒng)、傳感器、無(wú)線通訊、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與分析等多元合作實(shí)現(xiàn)人工智能的交互［2］。并且可穿戴設(shè)備在早期出現(xiàn)時(shí)的定位也只是一種概念性產(chǎn)品，直至2012年谷歌（Google）眼鏡的發(fā)布，被普遍認(rèn)為是“可穿戴設(shè)備元年”［3］，自此之后，蘋果公司也在2014年國(guó)際消費(fèi)電子展覽發(fā)布了Apple Watch等產(chǎn)品，許多可穿戴設(shè)備公司逐漸發(fā)展壯大，可穿戴設(shè)備的開發(fā)與應(yīng)用呈現(xiàn)蓬勃之勢(shì)。結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，可穿戴設(shè)備應(yīng)用的理論基礎(chǔ)以及技術(shù)支撐也得到了廣闊的發(fā)展空間，可穿戴設(shè)備應(yīng)用于工程制造、醫(yī)療衛(wèi)生、大眾健康等多個(gè)領(lǐng)域中，同時(shí)也應(yīng)用于競(jìng)技訓(xùn)練的監(jiān)控當(dāng)中。許多科學(xué)技術(shù)借助體育的場(chǎng)景進(jìn)行研發(fā)實(shí)驗(yàn)的開展，完成科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步；與此同時(shí)，體育領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)進(jìn)步也因科學(xué)技術(shù)的參與獲得了極大的提升，二者相輔相成［1］。在我國(guó)有關(guān)可穿戴設(shè)備應(yīng)用于競(jìng)技運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練領(lǐng)域的相關(guān)研究較少，因而未來(lái)發(fā)展研究的潛力相當(dāng)巨大。基于此，本研究對(duì)國(guó)內(nèi)外有關(guān)競(jìng)技訓(xùn)練領(lǐng)域中可穿戴設(shè)備應(yīng)用的相關(guān)研究進(jìn)行匯總分析，以期引起學(xué)者們對(duì)于該領(lǐng)域的研究探討，共同為促進(jìn)可穿戴設(shè)備乃至人工智能與訓(xùn)練的進(jìn)一步融合貢獻(xiàn)一份力量。

1 研究方法

以 “可穿戴設(shè)備”“可穿戴技術(shù)”“可穿戴”“智能設(shè)備”“競(jìng)技”“運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練”“訓(xùn)練”等關(guān)鍵詞結(jié)合“足球”“網(wǎng)球”“田徑”“武術(shù)”“健美操”等運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，以相互組合的形式在中文期刊平臺(tái)諸如中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）、讀秀、維普等數(shù)據(jù)庫(kù)檢索相關(guān)研究文獻(xiàn)；隨后以英文檢索詞：“Wearable sensors”“Wearable”“Wearable device”“Smart wear technology”結(jié)合“Training”“football”“swimming”“skiing”等項(xiàng)目關(guān)鍵詞在WOS、Science Direct等外文數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，包括但不限于實(shí)驗(yàn)研究、綜述、評(píng)論文章，隨后對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)當(dāng)中的信息進(jìn)行提取并進(jìn)行邏輯分析及綜述。

2 可穿戴設(shè)備的分類

當(dāng)前市場(chǎng)中存在的可穿戴設(shè)備在生產(chǎn)及應(yīng)用當(dāng)中涵蓋了多個(gè)領(lǐng)域的多項(xiàng)技術(shù)。其中，通信類技術(shù)主要包括：藍(lán)牙、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)、GPS定位、人體通信技術(shù)、NFC（近場(chǎng)通信near field communication）等。硬件設(shè)備技術(shù)包括：芯片技術(shù)（主要包括：模擬前端芯片、主控芯片、專用芯片等）、傳感器技術(shù)（主要包括：運(yùn)動(dòng)傳感器、生物傳感器、環(huán)境傳感器）等。傳輸技術(shù)主要包括了柔性原件、柔性電路板、柔性屏幕等。云端互聯(lián)技術(shù)，主要用于各項(xiàng)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存。在對(duì)所研究文獻(xiàn)中涉及的有關(guān)可穿戴設(shè)備種類進(jìn)行分類后，根據(jù)其不同設(shè)備特點(diǎn)以及應(yīng)用領(lǐng)域不同（如醫(yī)療健康、訓(xùn)練科研等），分為以下幾個(gè)方面［2，4］，具體見表1。

表1 可穿戴設(shè)備種類劃分一覽表

可穿戴設(shè)備是最能夠體現(xiàn)體育科技含量的實(shí)踐應(yīng)用［5］。其主要的核心技術(shù)包含了光電測(cè)量、生物識(shí)別以及無(wú)線傳感等多項(xiàng)技術(shù)。在實(shí)際的競(jìng)技訓(xùn)練運(yùn)用中，運(yùn)動(dòng)員穿戴的設(shè)備通過(guò)與專用信號(hào)接收設(shè)備的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體機(jī)能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以達(dá)到輔助訓(xùn)練，預(yù)防傷病等多重效果。例如：使用肌電測(cè)量設(shè)備來(lái)檢測(cè)肌肉疲勞程度的連身衣和壓縮短褲，以及根據(jù)運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作過(guò)程中對(duì)地面壓力測(cè)定的測(cè)力臺(tái)等等。獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)與之相匹配的一套數(shù)據(jù)分析處理軟件以及可視化視頻分析應(yīng)用，共同實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理分析，以支持訓(xùn)練過(guò)程的把控。

3 可穿戴設(shè)備在競(jìng)技訓(xùn)練領(lǐng)域中的應(yīng)用

科技的發(fā)展與應(yīng)用在體育領(lǐng)域的實(shí)現(xiàn)主要是在競(jìng)技與訓(xùn)練領(lǐng)域當(dāng)中［6］。其中，以大數(shù)據(jù)、可穿戴設(shè)備與人工智能的融入是體育領(lǐng)域科技進(jìn)步的重要推動(dòng)因素［1，5］?？纱┐髟O(shè)備通過(guò)在競(jìng)技以及訓(xùn)練過(guò)程中對(duì)運(yùn)動(dòng)員生理生化以及生物力學(xué)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集處理分析，以便隨時(shí)調(diào)整訓(xùn)練計(jì)劃，提升運(yùn)動(dòng)成績(jī)的同時(shí)降低運(yùn)動(dòng)員受傷幾率。

3.1 可穿戴設(shè)備在體能主導(dǎo)類項(xiàng)目中的應(yīng)用

體能主導(dǎo)類項(xiàng)目主要包括了舉重、跳躍等快速型力量性項(xiàng)目，短跑、短游、短距速滑、短距離場(chǎng)地自行車等速度性項(xiàng)目，以及中長(zhǎng)跑、中長(zhǎng)游泳、越野滑雪、長(zhǎng)距離場(chǎng)地自行車等耐力性項(xiàng)目［7］。

Wood等［8］使用三軸加速度計(jì)對(duì)田徑運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，評(píng)估了運(yùn)動(dòng)員的脛骨正向加速度時(shí)的峰值變化。也有研究人員［9-10］在訓(xùn)練監(jiān)控中，使用膠帶將穿戴設(shè)備固定在右側(cè)小腿脛骨內(nèi)側(cè)，測(cè)量了男性中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員小腿擺動(dòng)幅度與頻率以及脛骨感受的垂直地面反作用力峰值等指標(biāo)。Belbasis［11］和Fuss［12］發(fā)現(xiàn)，位于壓縮衣物等穿戴設(shè)備內(nèi)的壓力感應(yīng)傳感器可測(cè)量到與肌電圖（EMG）類似的騎行過(guò)程中大腿肌肉活動(dòng)的數(shù)據(jù)。智能壓縮服裝（SCG）是一種集成在壓縮服裝中的低成本材料壓力映射系統(tǒng)，能夠評(píng)估肌肉收縮情況和肢體位置。SCG包含5個(gè)傳感器，能夠通過(guò)基于標(biāo)記的視頻分析來(lái)確定下肢肌肉群上方的織物與皮膚之間的壓力，從而確定膝蓋屈曲角度。SCG通過(guò)目標(biāo)肌肉的自愿收縮進(jìn)行校準(zhǔn)，在參與者進(jìn)行腿部伸展和屈曲活動(dòng)時(shí)根據(jù)壓力范圍和EMG數(shù)據(jù)量化運(yùn)動(dòng)水平。這種智能壓縮服可以監(jiān)測(cè)自行車運(yùn)動(dòng)員肌肉活動(dòng)數(shù)據(jù)，而EMG可以測(cè)量神經(jīng)活動(dòng)，因此兩者配合適用于生物力學(xué)建模。在設(shè)定肌肉負(fù)荷和預(yù)防潛在損傷方面具有可觀的前景，以支持運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練過(guò)程。Falbriard［13］等人以35名短跑運(yùn)動(dòng)員為樣本，使用裝有測(cè)力板的跑步機(jī)和基于攝像頭的運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)檢測(cè)短跑運(yùn)動(dòng)員跑步過(guò)程中的腳部接觸地面時(shí)間和腳部落地角度，精確評(píng)估運(yùn)動(dòng)員在短跑過(guò)程中地面接觸、騰空、步距和擺動(dòng)時(shí)間等相關(guān)參數(shù)。為短跑訓(xùn)練提供數(shù)據(jù)參考。

可穿戴設(shè)備不僅可以對(duì)訓(xùn)練過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)也可以作為一種輔助的練習(xí)手段應(yīng)用于實(shí)踐。例如可穿戴式負(fù)重背心在監(jiān)控運(yùn)動(dòng)員日常訓(xùn)練指標(biāo)的同時(shí)可以增加負(fù)荷量，參與下肢力量抗阻訓(xùn)練中，提升爆發(fā)力。Marriner［14］等將16名運(yùn)動(dòng)員隨機(jī)分組進(jìn)行為期5周的抗阻訓(xùn)練，相比傳統(tǒng)組，佩戴可穿戴設(shè)備的WR組的下蹲跳（CMJ）成績(jī)多提升了8.7%，并且1RM也多提升了1.8%。同時(shí)對(duì)于運(yùn)動(dòng)員在1RM負(fù)荷下的下肢力量相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行了發(fā)掘并使之得到了改善。

3.2 技能主導(dǎo)類項(xiàng)目

技能主導(dǎo)類主要包括了體操、跳水、花樣游泳、技巧滑雪等難美性運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目以及射擊、射箭等技心能主導(dǎo)的準(zhǔn)確性項(xiàng)目［7］。

在單板滑雪項(xiàng)目中，加速度計(jì)的使用可用于確定膝蓋和踝關(guān)節(jié)的角度［15］，以此來(lái)指導(dǎo)訓(xùn)練，預(yù)防運(yùn)動(dòng)員關(guān)節(jié)角度變化過(guò)大導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)損傷。Chardonnens等人［16-17］研究中將瑞士產(chǎn)的一套IMMU system應(yīng)用于滑雪研究。其中包含了7個(gè)傳感器，采用128Hz信號(hào)頻率進(jìn)行接收，測(cè)量運(yùn)動(dòng)員下半身關(guān)節(jié)的角度和速度，以及落地時(shí)滑雪角和產(chǎn)生的力和速度。在游泳項(xiàng)目中，加速度計(jì)主要用于確定運(yùn)動(dòng)員側(cè)傾角和俯仰角（身體旋轉(zhuǎn)）以及身體加速度，同時(shí)由于水上項(xiàng)目的特殊性，該研究將設(shè)備的防水功能以及與其他類型手表以及腕帶設(shè)備進(jìn)行了比較［18］。Nakazato等人在兩項(xiàng)研究［19-20］中使用了德國(guó)產(chǎn)Pedar壓力鞋墊（鞋墊厚度僅為1.9mm）系統(tǒng)以測(cè)量與滑雪項(xiàng)目中與垂直地面反作用力和足底壓力中心數(shù)據(jù)。并對(duì)運(yùn)動(dòng)員受傷幾率以及預(yù)防措施進(jìn)行了分析。

在滑雪項(xiàng)目中，可穿戴設(shè)備通常用于評(píng)估滑雪過(guò)程中的相關(guān)參數(shù)。Gilgien［21］等應(yīng)用差分全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（dGNSS）來(lái)評(píng)估與不同滑雪項(xiàng)目中相關(guān)的身體反應(yīng)和安全性需求。大回環(huán)和高山速降滑雪等不同技術(shù)動(dòng)作對(duì)身體的要求差異很大，研究人員得出結(jié)論，為了提高安全性，在大回環(huán)等轉(zhuǎn)體動(dòng)作時(shí)，可以通過(guò)增強(qiáng)滑雪板和雪地之間的摩擦來(lái)最大程度地降低滑雪速度；而對(duì)于速降滑雪，減少空氣阻力可能會(huì)更加有效［22］。Sp?rri［23］等也使用了6個(gè)可穿戴慣性測(cè)量設(shè)備評(píng)估了大回旋和回旋滑雪過(guò)程中身體不同部位產(chǎn)生的振動(dòng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在小腿的設(shè)備上所接收到的頻率、功率（PSD）最大，頻率約小于30 Hz，并且膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)等部位減弱了振動(dòng)的傳遞。 PSD值在4～10 Hz的頻率之間顯著增加了高山滑雪者過(guò)度使用背部而導(dǎo)致受傷的風(fēng)險(xiǎn)。Supej［24］等人使用5個(gè)加速度計(jì)和一個(gè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)記錄了18位精英滑雪者的三維運(yùn)動(dòng)學(xué)測(cè)量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)高山滑雪過(guò)程中的低頻全身振動(dòng)會(huì)增加下背部疼痛的風(fēng)險(xiǎn)，特別是在地面反作用力較大的情況下。因此他們得出結(jié)論，涉及這種低頻振動(dòng)的跑步次數(shù)（例如，在側(cè)滑時(shí)）應(yīng)減少，尤其是對(duì)于年輕的滑雪運(yùn)動(dòng)員更需要留意。由此可見，可穿戴設(shè)備在訓(xùn)練中大多是對(duì)訓(xùn)練過(guò)程的身體姿態(tài)以及生物力學(xué)角度等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控分析。

可穿戴設(shè)備在射箭項(xiàng)目中也有應(yīng)用，Taha［25］等使用加速度計(jì)來(lái)監(jiān)控射箭運(yùn)動(dòng)員手部動(dòng)作與產(chǎn)生的位移，由于釋放的箭頭軌跡取決于弓箭手在釋放階段的手部運(yùn)動(dòng)，測(cè)量釋放箭桿之前幾秒鐘手部動(dòng)作顯得尤為重要。實(shí)驗(yàn)中受試者兩臂佩戴專用的小型加速度計(jì)，生成的數(shù)據(jù)（以線性加速度表示）通過(guò)藍(lán)牙實(shí)時(shí)無(wú)線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。加速度計(jì)的采樣率約為15Hz。記錄兩臂向前、向后、上下、左右移動(dòng)以及每次射擊的得分和箭頭位置。數(shù)據(jù)分析表明，弓箭手的手臂運(yùn)動(dòng)與其得分之間存在相關(guān)性。分?jǐn)?shù)較高的線性加速度模式與分?jǐn)?shù)較低的線性加速度模式非常相似。

3.3技戰(zhàn)能主導(dǎo)類項(xiàng)目

技戰(zhàn)能主導(dǎo)類項(xiàng)目主要包括了乓乓球、羽毛球、網(wǎng)球等隔網(wǎng)對(duì)抗性項(xiàng)目，籃球、足球、手球、冰球、曲棍球等同場(chǎng)對(duì)抗性項(xiàng)目，以及棒球、壘球 高爾夫等輪換攻防性項(xiàng)目［7］。

齊朋雨［26］利用可穿戴技術(shù)輔助羽毛球訓(xùn)練，在訓(xùn)練課中記錄學(xué)生的揮拍次數(shù)、速度、力量等指標(biāo)，并制定對(duì)應(yīng)的訓(xùn)練方案，提高了學(xué)生羽毛球底線正手高遠(yuǎn)球、發(fā)底線高遠(yuǎn)球等基礎(chǔ)技術(shù)的能力。Jacob［27］等使用由美國(guó)Spectra Symbol公司生產(chǎn)的傳感器并入了手套狀的手部監(jiān)視模塊，羽毛球運(yùn)動(dòng)員使用這種傳感器，可以通過(guò)測(cè)量拇指的撓曲角度來(lái)確定不同類型的握力，包括食指和中指的發(fā)力。Mitsui等［28］使用重量?jī)H為22g的加速度計(jì)測(cè)量了高爾夫運(yùn)動(dòng)員在揮桿過(guò)程中產(chǎn)生的三維加速度和角速度，同時(shí)對(duì)足部發(fā)力點(diǎn)以及力學(xué)指標(biāo)的大小進(jìn)行了測(cè)量。Koda［29］等使用三軸加速度計(jì)評(píng)估了棒球運(yùn)動(dòng)員揮臂過(guò)程中手臂揮棒時(shí)產(chǎn)生的線速度與角速度以及做功等運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)。Gawsalyan［30］等在板球運(yùn)動(dòng)中也對(duì)運(yùn)動(dòng)員擊球時(shí)肘部伸展角度進(jìn)行了觀察，該研究使用3個(gè)裝在手臂特定位置的MARG傳感器，通過(guò)MARG穿戴式傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)員上肢運(yùn)動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)捕捉。該方法的進(jìn)一步發(fā)展將涉及軟件工具擴(kuò)展到全身監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這將對(duì)教練員、體育科學(xué)研究者有極大幫助。并且這種方法的用途擴(kuò)展將有效診斷出與技術(shù)和姿勢(shì)相關(guān)的運(yùn)動(dòng)損傷。

在足球項(xiàng)目訓(xùn)練中，F(xiàn)uss［31］等人在足球鞋中采用了壓敏傳感器矩陣來(lái)識(shí)別腳上的“最佳位置”，以58～86°的直接彎曲任意球最大程度地?fù)糁星蜷T。該傳感器可以使足球運(yùn)動(dòng)員分析他們的腳對(duì)球的撞擊并改善他們的技術(shù)特點(diǎn)，同時(shí)與定位系統(tǒng)如全球定位（GPS），本地定位（LPS）和基于視覺的（VBS）系統(tǒng)等配合對(duì)團(tuán)隊(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控活動(dòng)［32］。Pettersen［33］等人進(jìn)行的研究中，使用高精度的XYZ三軸運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，以20 Hz的采樣率采集球員數(shù)據(jù)，包括場(chǎng)地位置，運(yùn)動(dòng)方向和速度。身體傳感器數(shù)據(jù)包括時(shí)間戳，玩家位置，速度，前進(jìn)方向和其他幾種數(shù)據(jù)類型。該系統(tǒng)使用兩個(gè)固定的攝像機(jī)陣列進(jìn)行捕獲，攝像機(jī)陣列位于靠近場(chǎng)中心區(qū)域上方的升高位置。攝像機(jī)覆蓋整個(gè)足球場(chǎng)，展示了基于無(wú)線電的可穿戴式定位系統(tǒng)可以洞察單個(gè)足球運(yùn)動(dòng)員及其球隊(duì)的表現(xiàn)。Blair［34］等對(duì)30名男性俱樂(lè)部足球運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行了下肢力學(xué)的監(jiān)測(cè)。參與者佩戴了荷蘭某公司生產(chǎn)的穿戴設(shè)備，包含17個(gè)傳感器，接收器和電池等，將其壓佩戴至連體壓縮服中。傳感器按照制造商建議放置于：小腿脛骨內(nèi)側(cè)表面，大腿膝蓋上方外側(cè)，骨盆兩個(gè)后上棘中間，肩膀，脊柱中間，上臂肘部上方，前臂手腕的外側(cè)，胸骨和頭后部等部位。為了避免與球接觸，將腳部傳感器放置在球員踝部下方踝部側(cè)面。同時(shí)根據(jù)每個(gè)人的人體測(cè)量數(shù)據(jù)（身高體重臂展），進(jìn)行縮放生物力學(xué)模型，然后配合12臺(tái)相機(jī)攝錄并配合Vicon系統(tǒng)（英國(guó)產(chǎn)）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并以此結(jié)果作為參考改進(jìn)訓(xùn)練計(jì)劃。同樣類型的穿戴設(shè)備也可以測(cè)量足球運(yùn)動(dòng)員射門時(shí)足部的直線速度和角速度以及小腿和大腿的加速度［35］，足部運(yùn)動(dòng)角度［36］，并對(duì)運(yùn)動(dòng)員做功進(jìn)行測(cè)量記錄?？纱┐骷夹g(shù)在訓(xùn)練中對(duì)運(yùn)動(dòng)員生物力學(xué)指標(biāo)的監(jiān)控，可以對(duì)運(yùn)動(dòng)員不同技術(shù)動(dòng)作的角度、速度進(jìn)行多方面分析，在增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和預(yù)防運(yùn)動(dòng)損傷方面有重要作用。

4 競(jìng)技訓(xùn)練領(lǐng)域中可穿戴設(shè)備的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

可穿戴設(shè)備未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)可能會(huì)根據(jù)其所在的不同領(lǐng)域而會(huì)有所不同，諸如在大眾健康領(lǐng)域，從產(chǎn)品銷售以及便攜性的角度來(lái)看，可穿戴設(shè)備可能趨于微小化、時(shí)尚個(gè)性化。但不可否認(rèn)的是，在未來(lái)可穿戴設(shè)備的發(fā)展必然會(huì)趨向于機(jī)器便攜化、識(shí)別敏感化、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)化、能耗降低化，這些都是穿戴設(shè)備在提升其產(chǎn)品性能以及行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要發(fā)展方向。尤其是在體育領(lǐng)域當(dāng)中，科技進(jìn)步最大的應(yīng)用領(lǐng)域以及受益者為競(jìng)技體育，人工智能以及可穿戴設(shè)備與運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的融合將是競(jìng)技體育發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)因素［1］。因此，從運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的角度對(duì)于未來(lái)可穿戴設(shè)備的發(fā)展，提出一些建議，以供參考。

4.1 提升運(yùn)動(dòng)員隱私保護(hù)

可穿戴設(shè)備在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練領(lǐng)域的應(yīng)用當(dāng)中，運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練或者模擬比賽時(shí)所穿戴的設(shè)備，其中多為一些國(guó)外品牌制造商所生產(chǎn)的設(shè)備，其設(shè)備運(yùn)行中所實(shí)時(shí)共享的云端數(shù)據(jù)隱私及安全性不得而知，甚至在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存與處理過(guò)程中，勢(shì)必會(huì)運(yùn)用到第三方平臺(tái)的相關(guān)軟件，而此類軟件的隱私性也是不可把控的。在科技迅速發(fā)展的現(xiàn)今，競(jìng)技場(chǎng)上的千分之一秒甚至都能成為勝負(fù)的關(guān)鍵，尤其是在奧運(yùn)會(huì)、世錦賽備戰(zhàn)期間，頂級(jí)運(yùn)動(dòng)員各項(xiàng)身體數(shù)據(jù)必然要成為密切保護(hù)的對(duì)象。因此，在可穿戴設(shè)備應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練領(lǐng)域時(shí)，必然要保證運(yùn)動(dòng)員數(shù)據(jù)的隱私性［37］。而達(dá)成這一目標(biāo)則需要大力促進(jìn)本土科技公司的發(fā)展，使可穿戴設(shè)備研發(fā)公司以及云端數(shù)據(jù)處理技術(shù)的共同進(jìn)步才得以達(dá)成。

4.2 設(shè)備便攜性提高

與可穿戴設(shè)備信號(hào)接收器的要求不同，穿戴設(shè)備的信號(hào)發(fā)射器，尤其是運(yùn)動(dòng)員肢端佩戴的設(shè)備，其對(duì)于設(shè)備大小及體型的要求更高。不論是日常訓(xùn)練課還是模擬比賽過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員不僅需要進(jìn)行高強(qiáng)度的訓(xùn)練，甚至在一些運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中需要激烈的身體對(duì)抗，因此需要可穿戴設(shè)備在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的情況下盡可能的縮小體積、減輕重量、柔性屏幕、乃至芯片集成化，以減少佩戴過(guò)程中運(yùn)動(dòng)員的不適感，降低對(duì)運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)的影響。

4.3 生物識(shí)別技術(shù)更加敏感、精準(zhǔn)

競(jìng)技體育所要求的即是使運(yùn)動(dòng)員競(jìng)技能力有較大提升，因而在運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練過(guò)程中，不僅僅對(duì)相關(guān)科研工作要求嚴(yán)謹(jǐn)精確，對(duì)于要采集的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度也要求嚴(yán)格。訓(xùn)練隊(duì)也需要根據(jù)運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練過(guò)程中實(shí)時(shí)出現(xiàn)的不同狀況進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，并安排后續(xù)的訓(xùn)練計(jì)劃與工作。同時(shí)，考慮到一些常見情況，如：運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練過(guò)程中大量出汗，而汗液可能會(huì)影響到與皮膚有直接接觸的一些可穿戴設(shè)備生理信號(hào)的傳輸，導(dǎo)致設(shè)備的敏感性降低［38］。因此，考慮到對(duì)于所獲數(shù)據(jù)要求的精準(zhǔn)度，需要提升可穿戴設(shè)備生物識(shí)別技術(shù)的敏感度以及精準(zhǔn)度。

4.4 提升網(wǎng)絡(luò)信號(hào)穩(wěn)定性

可穿戴設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，多數(shù)需要無(wú)線信號(hào)的傳輸。普通大眾經(jīng)常所使用的運(yùn)動(dòng)手環(huán)等設(shè)備，大多使用藍(lán)牙等連接方式。而在運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員常用設(shè)備，如加速度計(jì)、可穿戴背心等設(shè)備所依賴的信號(hào)傳輸包含了GPS、Wifi以及多種網(wǎng)絡(luò)信號(hào)聯(lián)合使用的方式.運(yùn)動(dòng)員穿戴設(shè)備訓(xùn)練的過(guò)程中，信號(hào)的傳輸也會(huì)因項(xiàng)目的不同受到不同程度的影響。如短跑、跳遠(yuǎn)等直線加速型運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，所要求GPS定位信號(hào)準(zhǔn)確，頻率變化不大。而籃球、橄欖球等人數(shù)較多，身體對(duì)抗較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，以及自由操等身體運(yùn)動(dòng)角度變化較大、曲線加速較大的項(xiàng)目，對(duì)于無(wú)線信號(hào)的傳輸敏感性以及穩(wěn)定性要求精度更高。有研究表明，集體性球類對(duì)抗項(xiàng)目中對(duì)于GPS信號(hào)傳輸?shù)念l率要求應(yīng)當(dāng)達(dá)到5Hz，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膸拺?yīng)當(dāng)至少在250 Kbps以上［39］，以滿足運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)過(guò)程中身體移動(dòng)的變化，確保數(shù)字以及影像的傳輸，在未來(lái)可穿戴設(shè)備研發(fā)階段中，可以將這一標(biāo)準(zhǔn)作為參考。

5 結(jié)論

1）可穿戴設(shè)備在競(jìng)技訓(xùn)練領(lǐng)域中的應(yīng)用廣泛，其中在體能主導(dǎo)類項(xiàng)目中短跑、自行車項(xiàng)目應(yīng)用較多；技能主導(dǎo)類項(xiàng)目中，技巧性滑雪項(xiàng)目應(yīng)用較多；技戰(zhàn)能項(xiàng)目當(dāng)中，足球項(xiàng)目應(yīng)用較多。

2）可穿戴設(shè)備主要的作用是對(duì)運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控、并對(duì)所獲的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行分析。能夠輔助運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練過(guò)程，降低運(yùn)動(dòng)損傷發(fā)生率。

3）未來(lái)可穿戴設(shè)備在我國(guó)競(jìng)技訓(xùn)練領(lǐng)域中的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)關(guān)注提升運(yùn)動(dòng)員數(shù)據(jù)隱私、可穿戴設(shè)備便攜性、生物識(shí)別技術(shù)的敏感性、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)更穩(wěn)定等幾個(gè)方面。