基于iOS的國民體質監測和科學健身指導客戶端

馬單單，譚海波，趙 赫，周 桐，王衛東，張中賢，李曉風

(1.中國科學院 合肥物質科學研究院，安徽 合肥 230031;2.中國科學技術大學，安徽 合肥 230026)

基于iOS的國民體質監測和科學健身指導客戶端

馬單單1,2，譚海波1，趙 赫1，周 桐1,2，王衛東1，張中賢1，李曉風1,2

(1.中國科學院 合肥物質科學研究院，安徽 合肥 230031;2.中國科學技術大學，安徽 合肥 230026)

隨著經濟社會的發展和人民生活水平的提高，人們在追求豐富物質生活的同時，對體質健康和科學健身的關注也越來越多。介紹了一種基于iOS系統的國民體質監測和科學健身指導客戶端，包括體質、運動、資源、“我的”四個模塊。體質模塊主要對用戶的體質數據進行記錄和監測；運動模塊用于記錄用戶的運動和處方執行情況；資源模塊可創建健身團隊、搜索運動場所；“我的”界面可查看個人信息、歷史處方，進行問卷調查。用戶通過健身設備進行體檢和健身，設備將數據同步到云服務平臺，后者對數據進行分析處理后生成處方，供客戶端下載。該客戶端的實現及使用，方便了體質數據監測和科學健身指導，使用戶能及早發現自身亞健康狀態并及時進行改善和治療。

iOS；體質監測；科學健身；云服務平臺；處方

0 引 言

隨著經濟的高速發展，社會競爭日趨激烈，快節奏的生活和高壓力的工作導致的亞健康問題日漸普遍。體質健康和科學健身越來越多地成為大家關注的焦點。2014年國務院46號文件《關于加快發展體育產業促進體育消費的若干意見》提出康體結合，明確要求加強健身指導，推廣“運動處方”，發揮體育鍛煉在疾病防治及健康促進等方面的積極作用[1]。2016年國發37號《全民健身計劃(2016—2020年)》指出要推動移動互聯網、云計算、大數據、物聯網等現代信息技術手段與全民健身相結合，建設全民健身管理資源庫、服務資源庫和公共服務信息平臺，使全民健身服務更加便捷、高效、精準[2]。體質監測和科學指導健身是實現全民體質健康和科學健身的重要途徑和手段，開發此客戶端，能更好地服務大眾管理自身健康。

除此之外，隨著移動平臺技術的飛速發展，人們不再滿足網頁展現個人體質和健身運動數據的形式，而更多地希望手機作為獲取和接收數據的終端設備，用手機實時上傳體質數據、上傳運動信息、下載運動指導等，發揮手機的最大價值。在眾多的移動終端中，以蘋果公司的iOS手機及其操作系統性能較為突出[3-4]，存在較大的用戶量。因此，文中設計并開發了基于iOS系統的國民體質監測和科學健身指導客戶端[5]。

基于iOS系統開發的應用具有安全、便捷、簡單易用等特性[6]。文中提出的客戶端不僅具有以上特性，還具有以下功能：實時監測用戶運動心率；監測處方執行，實現科學指導；記錄用戶個人信息，供用戶查看修改；記錄用戶每天每時運動步數，繪制圖表；查看運動資源，進行團隊健身等。同時，它與云服務平臺進行數據交互，實現遠程共享、遠程指導。該客戶端的使用，使用戶在發現自身的健康問題后，通過執行科學運動處方改善自身健康狀態，并上傳處方執行結果數據，云服務平臺根據結果數據生成新的處方，促使用戶開始新一輪運動，進而保持在一個持久健康的狀態。

1 系統設計

1.1 技術基礎

本客戶端是基于iOS操作系統、Swift編程語言、MVC設計模式實現的[7]。iOS操作系統是由蘋果公司為iPhone、iPad等設備開發的屬于類Unix的商業操作系統，它管理設備硬件并為設備軟件提供基礎技術支持，是目前最受廣大用戶歡迎的操作系統之一[8]。Swift是可以運行在iOS系統上的開發語言[9]，由蘋果公司于2014年在WWDC大會上發布，可與Objective-C共同使用，開發應用程序。

MVC設計模式是模型(Model)、控制器(Controller)、視圖(View)的簡稱，它的目的是實現動態的程序設計，將程序代碼分開，改變代碼之間的高度耦合，提高代碼的可復用性[10]。模型是應用程序的主體部分，它可以為多個視圖提供數據。控制器用于邏輯處理，控制實體數據在視圖展示，調用模型處理業務請求。視圖主要用于數據展示，是用戶看到并與之交互的界面。

1.2 系統架構

系統由省級數據中心、地面站數據中心、后臺管理網站、基于iOS的移動客戶端四部分組成，各個部分之間通過網絡進行數據交互。系統總體架構如圖1所示。

省級數據中心包括相應的應用軟件和數據管理系統，實現國民體質和健身數據的交換、保存、更新、共享、備份、分發和存證等，并擴展容災、挖掘、分析等功能。

圖1 系統架構

地面站數據中心包括相應的體檢設備、運動設備，提供對用戶基礎數據的集中管理功能，保證基礎數據的一致性、準確性和完整性，為體育、衛生等監管部門提供基礎數據支持。

后臺管理網站包括查看和處理功能，查看用戶運動記錄、查看用戶運動處方完成情況、查看用戶膳食記錄、管理健康知識、管理運動場所、管理裝備信息，能更好地支撐客戶端運行。

基于iOS的移動客戶端作為一個終端設備，可以與省級數據中心、地面站數據中心、后臺管理網站進行數據交互。在公網范圍內，客戶端數據會直接同步到省級數據中心，與省級數據中心通過互聯網進行數據交互；在地面站局域網范圍內，客戶端數據會優先存儲到所在地面站數據中心，與所在地面站通過局域網進行數據交互；后臺管理網站會展示用戶通過客戶端記錄的歷史數據，根據客戶端的請求向客戶端發送相應內容。同時，省級數據中心與地面站數據中心會定期進行數據同步和更新維護，以保持數據的標準化、一致化，方便各級體育部門開展工作。

1.3 系統流程

用戶首次打開客戶端進入登錄界面，登錄界面包括用戶名填寫、密碼填寫、登錄方式選擇、登錄站點選擇。登錄方式可選擇省中心登錄和地面站登錄。省中心登錄需要在互聯網環境下，并手動選擇登錄站點。地面站登錄需掃碼獲取地面站信息，并在互聯網環境進行省中心登錄成功后，切換到地面站局域網環境，進行地面站登錄。登錄成功后用戶需進入問卷調查頁面，填寫問卷調查并提交，提交成功后進入體質檢測頁面查看管理目標和心血管風險分層等級[11-12]，確認管理目標已下發后進入運動頁面請求處方并開啟運動征程、執行處方。同時，用戶可在資源管理界面查看團隊信息、健康常識等，團隊頁面可以進行團隊的管理：創建團隊、添加成員、刪除成員。也可在“我的界面”查看個人基本信息，查看運動記錄，添加膳食記錄，查看今日運動步數、歷史運動步數等。系統主要功能流程如圖2所示。界面顯示如圖3所示。

圖2 系統主要功能流程

2 系統實現

2.1 地圖SDK接入

客戶端具有運動監測功能，運動分為兩大類：今日處方運動和自定義運動。處方運動主要有熱身運動、

耐力運動、整理運動；自定義運動主要有健步走、跑步、騎行、游泳等。處方運動是用戶通過客戶端向云服務平臺發送請求獲取的，用戶首先填寫個人基本信息、個人靜息心率、問卷調查，進而具備請求處方運動資格。自定義運動來源于常規設定，可由專業人員在后臺管理網站進行修改。以有明顯位置變動的處方運動為例，客戶端需要實時記錄用戶運動軌跡、計算用戶卡路里消耗、監測用戶心率變化，并將上述數據展現給用戶。

用戶心率需要借助可穿戴設備獲取，并由藍牙模塊發送給客戶端。同時，引入高德SDK，接入到客戶端，使后者能在用戶運動的同時更好地實現運動距離、運動軌跡的獲取，提供更佳的用戶體驗。高德SDK接入客戶端流程如圖4所示。在客戶端中的具體使用以健步走為例：用戶在進行健步走時首先打開客戶端，進入運動模塊，在自定義運動頁面選擇健步走，點擊開始運動，在運動主頁面點擊開始按鈕，客戶端開始監測用戶運動的狀態。運動的同時就可看到運動頁面動態展示各項數據：用戶運行公里數、運動時間、消耗卡路里數、運動心率，用戶可以選擇切換心率監測設備，也可選擇進入地圖頁面查看所在位置、具體運動軌跡，如圖3(d)所示。

使用高德地圖SDK部分關鍵代碼如下：

//獲取iOS key

LetAPIKey = "xxxxxxxxxxxxx"

//配置用戶Key

MapServices.sharedServices().apiKey = APIKey

//初始化

mapView = MAMapView(frame: self.view.bounds)

mapView!.delegate = self

//設置指南針和比例尺的位置

圖3 界面顯示效果

mapView?.compassOrigin = CGPointMake(compassX!, 21)

//開啟定位

mapView!.showsUserLocation = true

//設置跟隨定位模式，將定位點設置成地圖中心點

mapView!.userTrackingMode = MAUserTrackingMode.Follow

//后臺開啟定位

mapView!.pausesLocationUpdatesAutomatically = false

mapView!.allowsBackgroundLocationUpdates = true

//添加視圖

self.view.addSubview(mapView!)

圖4 高德SDK引入流程

2.2 處方產生邏輯

本客戶端下載的科學運動處方來源于云服務平臺。云服務平臺產生的運動處方不僅基于用戶個人數據，也采用了人工智能、數據挖掘等互聯網技術來增加運動處方的科學性和智能性。數據挖掘技術是指從大量模糊的數據中提取其中具有潛在價值的實用信息的過程，它使得原來復雜度很高的算法能夠更快地實現，得到的運算結果也更精確[13-15]。它在健康方面的廣泛應用，使得對海量用戶數據的處理分析成為可能，并根據數據分析結果，得到科學運動處方。

處方產生的依據包括用戶注冊時上傳的個人基本信息，用戶填寫的問卷調查數據，用戶輸入的非檢測指標數據，用戶靜息心率數據，等等。云服務平臺獲取以上數據后，通過數據挖掘技術對其進行處理分析，并基于一定的判斷邏輯，獲取用戶健康管理目標和心血管風險分層等級等信息，通過數據對比推出該用戶最亟需解決的管理目標，根據該管理目標對應的運動需求進行處方合成，進而生成科學運動處方，供用戶在客戶端下載。用戶下載執行運動處方，處方運動的執行結果數據會同步到云服務平臺，后者會根據反饋的運動結果數據和其他基本信息再次進行數據分析，生成新的處方，供用戶再次下載。這個過程就形成了一個閉環健康監測指導系統，它能持續、循環地對用戶的健康狀態進行監測，并根據用戶的當前健康狀態下發科學運動處方。使用文中提出的客戶端監測處方執行，能更早地發現威脅用戶健康的潛在問題，及時解決這些問題，使用戶保持良好的健康狀態，持久關注自身健康狀況。處方生成依據的個人數據是有效的、實時的；依據的專業技術是科學的、精確的，從而進一步保證了處方運動的科學性和有效性，促使用戶下載處方，達到良好健康狀態。

處方生成流程如圖5所示。

圖5 處方生成流程

2.3 體質數據趨勢圖

客戶端具有體質數據記錄功能，體質數據分為兩大類：用戶通過檢測設備運動獲取的數據，包括體成分、骨密度、心血管、肺機能等；用戶自主輸入的指標數據，包括血壓、血糖、血脂、視力等。檢測設備分布在各個數據中心，用戶在檢測設備上按照設備運行需求進行運動，設備獲得用戶數據后上傳至數據中心。用戶自主輸入的數據是用戶通過日常體檢獲得的。用戶使用客戶端查看體質數據，并不想看到枯燥乏味的數據羅列，而是希望看到能直接反映自身數據變化的折線圖或突顯數據對比的柱狀圖。因此，本客戶端引入iOS Charts庫，進行圖表繪制，豐富客戶端的數據展示形式，提升用戶體驗。iOS Charts庫是Swift語言編寫的開源庫，引入本客戶端需要三個步驟。首先，從GitHub下載Charts庫并安裝；其次，配置Charts庫到目標工程目錄；最后，確認圖表類型，設置圖表屬性。

本客戶端中的體質數據趨勢以折線圖作為展現形式。根據體質數據來源不同分為體質結果趨勢圖和非檢測指標趨勢圖。體質結果趨勢圖，數據來源于體質檢測設備，用戶可以在數據展示頁查看任意時間間隔內的數據；非檢測指標趨勢圖，數據來源于用戶自主輸入，用戶可查看每周、每月、每年、總體數據。兩種趨勢圖的引入，使用戶能更直接地看到自身數據對比，查看自身健康狀態，發現健康問題，增強健康意識。

3 結束語

設計并實現了基于iOS系統的國民體質監測和科學健身指導客戶端。該客戶端中，個人體質數據的對比展示能盡早讓用戶發現自身的健康問題并及時進行改善和治療；運動處方的監測執行能督促用戶進行科學健身，保持健康狀態。同時，該客戶端還具有以下功能：修改個人信息；查看歷史處方執行情況；添加好友，邀請好友組建團隊進行健身；查看健康常識，包括心理健康、生活方式、科學運動；查看、添加裝備信息；柱狀圖展現用戶歷史步數、增強用戶健身意識；查看用戶指導醫生等。該客戶端的實現，可以更高效便捷地向慢病患者和亞健康用戶提供國民體質監測和科學健身指導服務，改善用戶亞健康狀態。

在未來的工作中，將繼續致力于改善用戶體驗，優化客戶端功能，使客戶端能監測更多種類的體質數據，記錄更多實時運動狀態信息，從而更好地服務用戶，幫助用戶發現自身健康問題，并達到改善自身健康狀態的目的。

[1] 關于加快發展體育產業促進體育消費的若干意見[EB/OL].2014-10-20.http://www.gov.cn/zhengce/content/2014-10/20/content_9152.htm.

[2] 國務院國務院關于印發全民健身計劃(2016-2020年)的通知[EB/OL].2016-06-23.http://www.gov.cn/zhengce/content/2016-06/23/content_5084564.htm.

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[5] 段學東,何九周.基于敏捷思想的iOS平臺軟件的設計與實現[J].計算機技術與發展,2012,22(9):53-58.

[6] 馬松巖.基于iOS平臺的健身應用的設計與實現[D].北京：北京郵電大學,2013.

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[9] 關東升.iOS開發指南：從零基礎到App Store上架[M].北京：人民郵電出版社,2013.

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[14] 賀 瑤,王文慶,薛 飛.基于云計算的海量數據挖掘研究[J].計算機技術與發展,2013,23(2):69-72.

[15] MILTON M.深入淺出數據分析[M].李 芳,譯.北京：電子工業出版社,2009.

NationalPhysicalMonitoringandScientificFitnessExerciseGuidanceClientBasedoniOS

MA Dan-dan1,2，TAN Hai-bo1，ZHAO He1，ZHOU Tong1,2，WANG Wei-dong1，ZHANG Zhong-xian1，LI Xiao-feng1,2

(1.Hefei Institutes of Physical Sciences,Chinese Academy of Sciences,Hefei 230031,China;2.University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China)

With the development of economic society and improvement of current living standards,people pay more and more attention to physical health and scientific fitness when they seek rich material life.A national physical monitoring and scientific fitness guidance client based on the iOS system is introduced,which contains four modules,namely,physical,sports,resources and my interface.Physical module mainly records and monitors user data.Sports module achieves the recording of sports data and prescription execution.Resource module serves to create team and search sport places.Users can view their personal information and historical prescriptions,and fill up questionnaire surveys through my interface.Users use the equipment for physical examination and exercise which can synchronize data to cloud service platform which produces a prescription by analyzing users’ data and provides the downloading of client.It is convenient for physical monitoring and scientific fitness exercise guidance because of implementation of the client.And users can find their sub-health state and make corresponding improvements and treatments in time.

iOS；physical monitoring；scientific fitness；cloud service platform；prescription

TP39

A

1673-629X(2017)12-0161-05

10.3969/j.issn.1673-629X.2017.12.035

2016-12-29

2017-04-28 < class="emphasis_bold">網絡出版時間

時間：2017-09-27

中國科學院科技服務網絡計劃項目(KFJ-SW-STS-161)；安徽省科技重大專項項目(16030901057)

馬單單(1992-)，女，碩士研究生，研究方向為計算機應用；譚海波，高級工程師，碩士生導師，研究方向為計算機應用和網絡安全。

http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20170927.0958.038.html