智能化條件下軍事體能訓練體系研究

（國防科技大學 湖南 長沙 410072）

軍事體能訓練作為軍事訓練的重要組成部分，加速其科學化、信息化和智能化發展已成為我軍未來必然發展趨勢。隨著基于神經網絡的深度學習、大數據、云計算、物聯網、5G通信等技術的突飛猛進，特別是智能化可穿戴設備、檢測評估設備、運動監控設備和大數據平臺的廣泛應用，利用最新的智能化方法手段來解決體能訓練中存在的問題，研究設計出基于智能化條件下具有軍事特色的軍事體能訓練體系，已經成為必然趨勢，對提升部隊軍事體能訓練水平，有著重要的現實意義。

1、智能化條件下軍事體能訓練體系設計總體設想

借助可穿戴設備、傳感器技術、深度學習技術、大數據、云計算等智能化手段，可以構建起集能力評估、計劃制定、動作學習、訓練監控、信息管理于一體的智能化體能訓練系統（見圖1），系統主要包括體質能評估、方案制訂、動作學習訓練、監控反饋和大數據平臺5個分系統。可實現對體能訓練的教、訓、學、管、用多維度開發，對體能的評、測、計、訓、監、反的多功能實現，對體能訓練由入伍到退伍的全周期跟蹤管理，達到體能評估精確化、訓練計劃科學化、動作學習專業化、訓練手段多樣化、訓練監控實時化，數據管理智能化的目的，有效解決部隊訓練存在的方法不科學、隊伍不專業、計劃不系統、監控不精準、手段不先進、管理不高效等問題，為科學提升實戰化體能訓練水平提供術支撐。

圖1 智能化軍事體能訓練體系示意圖

2、智能化條件下軍事體能訓練各分系統功能結構分析

2.1、體質能評估分系統

該系統主要實現對個體體型、體質、機能、體能的自動化測評，對健康狀況、體能水平、風險因素進行科學評估，并提出訓練干預措施和康復建議。從測量內容上可以分為形態測量與動作評估、健康篩查、運動能力測試（能量代謝測試）、和康復評估4個部分，實現全要素、全過程監控。

（1）形態測量與動作評估。借助三維人體參數化建模成像系統，開展身體形態、運動潛力和運動風險評估。技術方法和路徑是：被測者分別完成解剖姿態站立、立正、單腿站立、立位體前屈、深蹲等5個動作的三維成像，利用參數化建模系統掃描得到三維人體原始點云數據，使用poisson表面重建與三維人體參數化建模算法，完成體形尺寸的測量與變化追蹤，并與標準動作模式評估數據對比，通過大樣本篩選，建立針對軍人特殊群體的建模算法和操作系統，實現身體形態標準化測量、基本運動能力和運動風險的有效評估；

（2）健康篩查。借助人體機能分析儀、身體成分分析儀、數字化肌肉功能評估系統等，采用生物電阻抗技術等進行身體成分分析、脂肪分析、營養分析、節段分析、生理機能分析和健康狀況分析等，可以實現對心率、血壓、基礎代謝率、肌肉質量、肥胖度等參數進行精確測量，對個體身體機能狀況和健康情況進行準確分析，對訓練風險進行提前篩選和預判，提高訓練的針對性和科學性；

（3）運動能力測試。利用3D傳感和紅外成像技術、體感交互技術等，借助平衡診斷訓練儀、肌力測定訓練儀、視頻步態分析跑臺等設備，對人體上肢力量、下肢力量、核心力量、爆發力、耐力、靈敏、平衡、柔韌八大運動能力，采用縱跳、俯臥撐、卷腹、體前屈、快走、單腳站立、高抬腿等動作進行有效測量，最終形成可視化的體能分析報告，為下一步科學合理的訓練計劃制訂奠定基礎；

（4）康復評估。針對測試對象身體機能缺陷和傷病恢復情況，提供專業化的康復評估和訓練建議，實現自動化篩查、智能化評估、專業化訓練和閉環管理，康復評估內容主要包括柔韌性不足、平衡功能缺失、肌力發展受限、局部功能喪失等，能夠為傷病預防和康復提供有效載體。

2.2、訓練方案制訂分系統

依據體能訓練的金字塔模型理論、周期訓練理論、板塊訓練理論等，借助數據庫技術、智能代理技術、深度學習算法等，在對受訓對象體質、體能情況科學判斷的基礎上，可以實現對體能訓練方案的自動化制訂、檢查分析與訓練診斷，提高體能訓練的科學性和智能化水平。

（1）體能訓練方案制訂理論模型。

根據體能訓練金字塔理論、板塊訓練理論等，結合軍事體能訓練特點，可以開發具有軍隊特色的漸進式模塊化體能訓練理論模型，制訂出相應的有針對性的體能訓練方案。

模型中最下層為基礎訓練模塊，包括關節的柔韌性、靈活性，核心的穩定性、控制能力，以及推、拉、蹲、弓步、屈體、扭轉、步態等基本動作模式的準確性。這一部分是體能訓練的基石，是運動效率、運動表現和傷病預防的關鍵環節。倒數第二層為力量素質訓練環節，力量是體能訓練的基礎，沒有力量就談不上速度、耐力、靈敏和技能生成。力量素質通常包括力量耐力、肌肥大、最大力量和爆發力等，它們是一個循序漸進的過程，通常先進行力量耐力訓練，再進行最大力量和爆發力訓練，效果和安全性更佳。倒數第三層是耐力、速度和靈敏訓練，3種素質與運動表現和作戰行動密切相關，三者通常按照耐力、速度和靈敏順序進行訓練，首先提升心肺有氧能力，然后再提高速度和靈敏性，靈敏要以耐力和速度為基礎。最后一層為專項能力，具體到軍隊，就是軍事技能和作戰行動表現，是在前三種素質基礎上的綜合運用，是戰斗力釋放的最終體現，這階段通常與具體的技戰術相配合共同實現。

（2）體能訓練方案制訂的模塊化周期性重構。

在漸進式模塊化金字塔體能訓練理論模型基礎上，結合周期性訓練理論，可以對力量、耐力、速度等主要素質進行模塊化周期性安排。

①力量計劃

力量訓練包括4個階段，力量耐力訓練階段、增肌階段、最大力量階段、力量爆發力階段。根據力量訓練狀態（訓練年限）進行分級，每個級別對應不同的訓練階段、訓練頻率（見表1），再根據前述測試模塊中的學員測試成績及訓練目標確認訓練強度、訓練時間，自動生成符合個體差異的力量訓練計劃。

表1 力量訓練周期性訓練表

②耐力計劃

主要使用LSD（長距離慢跑）、節奏訓練、間歇訓練、重復訓練和法特萊克訓練等方法進行訓練，并采取周期性訓練方法來實施。

周期性訓練可以分為4個階段（見表2），每個訓練階段均是上一個訓練階段的基礎。

表2 耐力訓練周期性訓練表

根據受訓者體能成績進行分級，每個級別對應不同的訓練階段，自動生成包含有氧耐力訓練方法、訓練頻率、訓練強度、訓練時間的訓練計劃。

③速度計劃

速度的發展需要建立在一定的力量基礎之上，因此速度訓練同樣根據力量訓練狀態（訓練年限）進行分級。在達到了一定的力量基礎后（設定值），再進行速度訓練，并且仍要根據力量計劃的執行過程來設計速度計劃，如速度訓練可以在單獨日安排，也可以穿插安排進力量訓練課起始階段。

（3）訓練方案制訂系統功能實現。

借助數據庫技術、智能代理技術、深度學習算法等，可以實現對體能訓練方案的自動化制訂、檢查分析與訓練診斷，主要包括基本信息、訓練計劃制訂、檢查與分析、訓練診斷、數據倉庫等部分（功能結構如圖2）。

圖2 訓練方案制訂模塊功能結構圖

2.3、動作學習訓練分系統

該系統主要實現對體能各類專業知識的學習，對動作模式的掌握，對虛擬與增強訓練手段的運用，載體主要有文字、視頻、三維動畫、交互平臺、模擬軟件等。主要包括體育知識庫、MOOC課程庫、動作視頻庫、運動技術診斷與訓練平臺、虛擬訓練平臺等。

（1）體育知識庫。把體能訓練相關的知識按照學科體系進行梳理歸納并數字化，形成體育知識專家庫，為體能訓練提供理論支撐。主要包括運動生理學、運動解剖學、運動力學、運動生物化學、運動保健學、運動損傷與防護等體育運動科學知識；籃球、足球、排球、游泳、體操、武術等競技項目專項知識、技術與裁判法，以及體育史、體育管理、體育心理學、運動訓練學、體育教學法等相關外延知識；

（2）MOOC課程庫。可以看作體育知識庫的一部分，主要內容包括各訓練項目的MOOC課程、微課等，如體操、游泳、格斗、障礙、越野以及籃球、足球、排球等各類競技項目MOOC課程、微課程等，能夠為受訓者提供完整的學習資源和考核需求；

（3）動作視頻庫。把體能訓練方案相關的訓練內容以視頻、動畫等形式呈獻出來，為受訓者提供直觀、生動的訓練體驗，能夠有效提升訓練效率和準確性。其主要內容包括熱身、放松、力量訓練、速度訓練、耐力訓練、靈敏訓練、平衡訓練、穩定性訓練等科目的視頻動畫等，也包括一些各項目國內外經典比賽與訓練視頻；

（4）運動技術診斷與訓練平臺。主要利用視頻成像、動作捕捉、深度學習和智能分析技術，對比標準技術動作要求，自動或半自動實現各主要項目的動作演示、技術動作診斷和針對性訓練，有效糾正和提高動作要領和技術水平，如器械、格斗等項目的運動技術診斷與訓練系統等；

（5）虛擬訓練平臺。虛擬技術應用于運動訓練領域主要表現為通過虛擬現實設備向受訓者展示可交互的、由計算機或現實攝影生成的、與體育運動情景相關的虛擬環境，以此來評估、訓練、提高受訓者在特定項目或技術動作上的表現。虛擬技術在體能訓練中的應用主要包括：虛擬試驗項目，就是把一些抽象的、復雜的運動與生理生化試驗用虛擬技術直觀的、生動的呈現出來，能夠節約成本、提高重復使用率和訓練質量；虛擬專項訓練系統，包括游泳、格斗、越野以及技術比較復雜的各類競技項目的虛擬訓練，能夠提供一個沉浸式、多感知、交互性的運動訓練環境；虛擬情境互動訓練系統，利用計算機3D成像、運動人體捕捉和摳像技術，使受訓者根據屏幕上情景的適時變化和提示及時完成各種訓練動作，并達到預設訓練目標，該系統可用于傷病康復訓練與各類動作模式訓練中。

2.4、監控反饋分系統

該系統主要實現對訓練過程的適時監控，對考核數據的及時收集，對訓練效果的及時反饋。主要包括智能考核系統、動態運動監控系統、智能綜合監控系統和移動APP信息終端等幾部分。

（1）智能考核系統。主要利用射頻技術、動作識別技術、可穿戴技術等，結合大綱考核要求和國家體能測試標準，分階段對3000m、引體向上、俯臥撐、仰臥起坐、30m×2m往返跑、障礙、游泳等項目進行自動化考核評估，考核數據作為體能監控狀態數據的一部分納入大數據平臺，測量可以定期也可以不定期，能夠階段性反映受測者的體能狀況；

（2）動態運動監控系統。借助可穿戴技術、傳感技術、無線通信技術等，利用智能化運動手表、手環、心率帶、運動衣、運動鞋等設備，實現對心率、能耗、路徑、距離、配速等參數的測量，適時監控受測者的運動表現，與大數據平臺一起能夠實現對被觀測者全過程、全時段、動態運動監控，全面掌握分析受測者運動表現和體能訓練科學性與合理性；

（3）智能綜合監控系統。借助Omegawave等設備，運用訓練窗理論，可以對人體的機能與體能狀態作出實時的綜合性診斷和評估，測量內容包括靜心率指標、安全心率閥值、功能狀態系統數據、能量代謝系統數據、心電圖和心臟功能數據等，可以實現對人體身體疲勞和恢復狀況、能量代謝狀況、神經功能狀況和肌肉功能狀況的有效測量，從而實現對運動狀況的適時監測，為訓練計劃的及時調整和訓練傷病預防提供有力支撐。該系統側重于對人體內在環境參數進行精細化測量與監控，而動態運動監控系統側重于對外在運動數據進行大批量的收集與監測，二者相配合能夠實現對個體的全角度、全要素監控；

（4）移動APP信息終端。主要是指應用于面向受測者手機的應用軟件開發，通過APP可以實現基礎數據收集和訓練各項功能的有效反饋。它可以通過編程語言進行開發，也可以利用成熟應用平臺進行二次開發。

2.5、大數據平臺

主要運用大數據、云計算和深度學習算法，實現對訓練各類數據的收集、存儲、統計分析、深層挖掘和科學管理，它是整個智能化體能訓練系統的基石，是系統信息終端。可以分為數據采集層、數據處理層、數據分析層、數據訪問層及應用層等幾個大的部分。市場上已經有比較成熟的技術和系統可提供二次開發，亦可委托專業公司進行研發。

3、小結

上文對智能化條件下軍事體能訓練體系進行了初步研究，構設了包括體質能測評、方案制訂、動作學習訓練、監控反饋、大數據管理平臺五位一體智能化體能訓練系統，可以實現體能訓練的全要素、全過程、全維度管理。對全面提升我軍體能訓練質量，提升部隊信息化水平，加強部隊戰斗力建設具有重要意義和廣闊應用前景。但系統的實現還需要智能化技術的支持，需要軟硬件環境的支撐，當前智能化體能訓練設備無論從性能上、功能上、體系上，還是從智能化程度上都有較大差距，需要投入大量人力財力進行研發，離真正開發出智能化系統、形成訓練能力還有很長的路要走。