GIS在全民健身中的應用特征研究

王 爽， 張 磊， 張俊勇， 王一樂

(1.鄭州大學體育學院,鄭州 450000； 2.鄭州大學體育學院(校本部)，鄭州 450001； 3.鄭州大學馬克思主義理論博士后科研流動站，鄭州 450001； 4.南陽師范學院體育學院，南陽 473061)

0 引言

我國居民生活質量水平不斷提高，人民群眾健身鍛煉的需求日益增長，促進全民健身活動開展，成為實現“健康中國2030”規劃的重要任務。2019年7月，國務院在《關于實施健康中國行動的意見》中明確提出“實施全民健身行動”、“提高全民健康水平”[1]； 2020年10月，再次在《關于加強全民健身場地設施建設 發展群眾體育的意見》中強調“增加健身設施有效供給，補齊群眾身邊的健身設施短板，大力開展群眾體育活動”[2]。現階段，“健身場地不足”與“健身設施配給不當”仍是城鄉居民不參加鍛煉的主要原因[3]，如何滿足人民群眾日益增長的鍛煉需求，是當前我國在群眾體育方面迫切需要解決的問題。

地理信息系統(geographic information systems，GIS)技術具有形象、直觀、數據處理能力強等特點和優勢，應用過程中能夠更加清晰、準確、精細地展現出地域健身設施種類、規模、布局以及人口分布情況，并詳細分析健身設施與人口流量之間的動態關系。利用該技術，可以挖掘全民健身數據的內在價值，設計構建具有前瞻性和針對性的體育健身場地模型，細致地展現出全民健身工程的建設情況，提供更加標準化、動態化的群眾體育監督管理辦法，同時還能為全民健身的階段性工作提供有效的評估與總結建議[4]。隨著國家“十四五”規劃的到來，如何利用新技術、新思路解決居民健身鍛煉的問題，成為GIS在全民健身中發揮良好作用，實現技術應用價值的關鍵，而歸納GIS的應用特征，總結實踐應用方法，將為全民健身運動的有效開展提供依據。因此，從GIS與全民健身的結合出發，針對GIS在全民健身運動中的應用實踐，探明其發展特征和應用方法特征，探討利用GIS技術促進全民健身活動實施的應用前景，從而推動全民健身活動的進一步開展。

1 GIS與全民健身的結合歷程概述

GIS是一種用于獲取、存儲、查詢、分析和顯示地理空間信息數據的計算機系統，主要采用地理模型分析的方法，產生多空間、動態化的地理空間數據信息，從而提供地理研究與決策服務[5]。同時，GIS具有計算機系統支持的快速精確分析、數據采集管理與輸出、動態空間信息演示等特征[6]。隨著測繪、遙感、電腦與信息技術等的發展，20世紀60—70年代，西方國家首先將GIS應用于學校、醫院等公共設施的最優選址和城市規劃[7-8]，隨后由于經濟發展和人民健身需求的增長，GIS輔助設計成為發達國家體育設施選址規劃、擴容新建的主流方式。

進入21世紀，“大眾健身”、“健康公民”等理念在全球范圍擴散，GIS在綜合分析區位、人口、交通等因素方面的優勢逐漸顯現，利用GIS技術實現體育場館、體育公園、社區健身中心、健身路徑、健身步(跑)道等體育健身設施選址設計的研究逐漸增多[9]。基于GIS對數據的動態處理能力，經濟學方向的健身場館輻射范圍與經營效益分析、社會學方向的健身場地人口流動性統計與可達性分析、心理學方向的健康意識與體育參與意向分析等方面的實踐應用和理論研究數量明顯增長。GIS與全民健身的關系日益密切，智能設備的革新和網絡通信速率的大幅提升，使得對全民健身數據的調閱、監測、互動更加便捷。持續加強GIS和公共體育之間的聯系，促進GIS與體育的實踐結合，發展群眾體育和社區體育，特別是推進全民健身場地設施建設，提高健身工作的系統化和科學化程度，推動群眾體育蓬勃發展，成為GIS技術實踐應用和理論研究的趨勢。

2 GIS在全民健身中的應用范圍

2.1 全民健身數據的空間分析

全民健身數據主要包含體育設施數據和健身人口數據，利用GIS技術對資源的空間布局與時空演化分析功能，可實現對體育設施分布狀態、輻射能力的計算，以及對區域人口健身參與度、流動性、可達性等的評估。如利用區位配置模型(LA模型)和緩沖區法、空間疊加法等，了解城市全民健身路徑、公共體育設施等的空間布局特征，改善布局結構[10-12]； 利用GIS技術與統計學方法，建立體育設施與人口分布之間的相關模型、回歸模型等，探究體育設施與周邊人口肥胖率、心肺功能等健康指標以及體育活動參與度等的關系[13-14]。我國2014年第六次全國體育場地普查數據包含了諸如場地面積、設施類型、地區分布等，與以往規模狹小、形式單一、數據匱乏的調查相比數據資料更加豐富[15]，對比該數據，市區、縣區等可增加調查人口、交通等數據，應用GIS相關軟件建模計算，對體育健身設施進行具體地空間分析和規劃。

2.2 全民健身設施的資源配置

公共設施的布局向來是城市規劃的重要問題，在我國城鎮化發展和老舊城區改造提升的背景下，合理有效地規劃全民健身設施，分配有限的空間資源，成為限制全民健身活動開展的難點[16]。GIS可以對全民健身設施所在區域的交通流量、土地使用情況、輻射居民人數、場地設施的承載能力等數據進行分析,提高土地利用效率[17]。管理部門利用此類數據，對體育資源狀況和城市人口分布情況進行查詢統計，在進行地區整體的全民健身工程統籌規劃時，結合社區居民實際需求、設施配套情況、交通等因素，修正規劃方案，保證體育健身資源配給的合理化和使用率最大化，確保資源發揮最大效益[11,18]。實際生活中，體育設施輻射范圍內的人口流動、年齡結構，以及設施老舊損壞等對GIS軟件的處理結果產生一定的影響，體育設施的供給和使用難以達到理想的狀態，若社區工作人員實地考察并及時修正數據，固然對健身設施的合理配置帶來益處，但增加了工作負擔和人力成本，需要在資源協調的過程中形成平衡。

2.3 全民健身信息的查詢檢索

體育部門通過對某一地區全民健身工程設施相關的服務區域人口規模、場館建設面積、健身設施數量與種類、健身設施輻射區域人口、交通流量、當地經濟發展等數據的收集與分析，利用GIS技術構建全民健身工程動態分布圖。該過程需通過GIS系統對數據進行編輯和整理，同時為數據的統計、管理、查詢提供更加便捷的條件。體育決策部門對全民健身工程進展數據進行查詢，結合調查數據規劃工作方案； 社會公益組織、體育場館運營單位等利用檢索數據，合理組織開發公益性體育活動或調整體育營銷策略[10]； 社區居民在使用健身設施時，可利用手機、電腦等終端設備將場地即時情況、健身體驗等信息同步上傳，實現信息雙向溝通[19]。人們可以通過互聯網實時查詢喜愛或偏好的運動場地與設施的使用情況，了解相關設施附近的交通情況，以便制定健身計劃。管理部門和社區體育服務中心可以通過后臺數據，了解全民健身體育設施的具體情況，便于服務和管理[20]。

3 GIS在全民健身中的應用方式

從GIS在全民健身中的應用范圍來看，GIS技術主要起到輔助計算分析的作用，而利用GIS進行的理論探索與實踐應用，無論針對何種體育健身設施和人群，最終目的均為以人民健康為中心的資源合理配置與效益最大化。因此，以GIS軟件的功能和全民健身的現實需求為基礎，對相關實踐應用類文獻進行分析，認為GIS在全民健身中的應用方式流程如圖1所示。

圖1 GIS在全民健身中的應用方式流程圖Fig.1 Flow chart of the use of GIS in national fitness

健身設施的類型、數量、布局等基本信息，是利用GIS進行分析的基礎和主體; 人口方面的人群規模、性別比例、年齡構成、流動規律等，地形方面的海拔落差、山川河流等，交通方面的通勤方式、通勤時間等，氣候方面的雨雪、風暴、溫度差等，是對體育健身設施進行動態空間分析的影響因素和必要補充。通過對一系列數據的編碼整合，使用諸如GISLIB，ArcGIS，gvSIG等空間分析軟件，觀察健身設施的布局情況、使用情況、分布特征等，進而通過相關分析、回歸分析等統計學方法，對居民健康促進、城市設計規劃、體育市場營銷等提出改進策略。隨著我國“北斗”導航系統的建立和完善，實時定位更加準確快捷，在GIS技術結合了全球定位系統(global positioning system,GPS)和遙感(remote sensing,RS)技術后形成的“3S”分析模式，也使得全民健身的動態監測和設施配置更加精確。

3.1 空間與分布特征分析

全民健身設施屬于公共設施的體育類設施，既包括封閉性體育場館，也包括開放性的健身廣場、步道等，具有公共設施的公益性和公共使用等一般特性。利用GIS對健身設施進行空間分布的數據分析，可以形象、清晰地展現其分布和使用特征，同時減少了大量人工計算成本，可為健身設施的完善提供參考。根據國家體育總局關于體育設施的分類標準，可將體育設施按功能和占地面積，分類為特殊性體育設施、大型綜合性體育設施以及小型體育設施[15]。不同類型的健身設施又有著不同的屬性，進行空間分析前應對其分類，如體育場、體育館主要用于大型賽事、文體活動，社區籃球場、足球場、公園跑道、步道以及健身器材等主要用于居民日常鍛煉。通過電子地圖識別和實地走訪，可確定體育設施的具體位置與占地面積，利用MapInfo等軟件繪制圖形信息。地圖和地圖上體育健身設施的標注是進行GIS空間分析的前提，獲得地圖的方法主要有兩種，一是借助遙感技術，通過遙感衛星或其他航空航天器，直接掃描拍攝獲得地形圖； 二是通過網絡獲取具有坐標的矢量地形圖層，例如由美國地質調查局、歐洲航天局、美國航空航天局以及我國自然資源部標準地圖服務系統提供的數據，將其作為源數據用于GIS空間分析。

在GIS軟件中，首先建立信息數據庫，依據研究目的可進行路徑分析、網絡分析、鄰域分析以及疊置分析、緩沖區分析、空間統計分析、多邊形分析等多種操作。如在對我國社區體育“健身圈”建設規劃的研究中，利用GIS技術和K-means劃分聚類方法，處理連續居民區離散化問題，通過緩沖區分析，總結出體育健身設施的分布特征，進而基于經濟性原則，又兼顧公平性和效率性，使用模型求解“健身圈”設計方案和規劃選址[12]。在對全民健身路徑工程與市民健身需求的關系研究中，通過對全民健身路徑的實地調查、統計，結合GIS技術的空間分析功能，從全民健身路徑的空間特征、人口流動特征、社區居民健身需求以及健身器材使用情況等角度進行分析，認為應加強全民健身路徑建設，滿足群眾健身需求[21]。在對城市公共體育設施服務輻射能力的研究中，通過建立公共體育設施的服務能力指標、體育人口指標和設施地理位置及通達能力指標，利用GIS技術的區位配置模型(LA模型)，探索公共體育設施的空間分布規律，解決空間布局優化問題，促進全民健身運動的開展[22]。再如通過對體育旅游資源、體育非物質文化遺產等進行空間數據分析，探尋其空間分布特征和旅游市場規律，提出相應的文化遺產保護建議、旅游資源開發建議以及體育文化宣傳建議等，弘揚我國體育文化[23]。通過上述研究，可以看出GIS技術與全民健身活動的結合，首先在于分析健身資源的空間分布形態，通過整合人口、交通等信息得出分布特征，最終將研究結果應用于體育設施的規劃配置。

3.2 可達性評估

空間可達性(spatial accessibility)是從一點移動至另一點的難易程度，可以反映出臨界范圍內兩點之間的供需比關系，是公共服務設施布局的重要原則，也是人文地理學評價公共服務設施空間布局的核心概念[24]。體育設施的到達距離和時間，受限于居民和體育設施之間的空間集散關系，并直接影響到體育設施的空間可達性[25]。伴隨“體育強國”戰略的實施和體育設施建設程度的深入，體育設施的布置逐漸受到新建社區、小區的重視，也普遍成為樓盤開發規劃的重要組成部分，眾多研究便從體育健身設施的空間可達性著手，研究全民健身設施的配置方案和實施效果。

可達性評估的基礎是建立可達性模型，此過程主要以居民克服空間阻力到達目的地的難易程度為核心，不同的可達性分析方法主要由空間組合產生的不同理解和表達形成[25-27]。一般做法為，以居住地或出發地為起點，將健身設施作為目的地和終點，根據研究目的和需求，結合現實情況，選擇一種合適的量化方式確保結果的真實可靠。較為常見的方法包括距離法、等值線法、機會累積法、概率法、平衡系數法、頻率法、時空法、基于矩陣或空間句法的拓撲法等[28-30]。隨著研究的深入和量化方式的發展，目前也形成了潛能模型法(potential model)、高斯兩步移動搜索法(gaussian-based 2SFCA)、核心密度法(kernel density estimation)、基于時間地理學的方法等[18,26,31-32]。在以城市養老設施的空間可達性為對象的研究中，使用潛能模型法可以對目的地和起點進行綜合考慮，對于判斷公共服務設施的可達性來說，具有較高的適配性[31]； 兩步移動搜索法則能夠有效地顯示出居民跨越行政界限選擇鄰近設施的實際情況，但使用該方式較難確定臨界距離[33]； 核心密度法主要應用在空間布局和醫院選址方面，應用過程中對交通路線因素的考慮相對缺乏[34]； 時間地理學法分析過程較為復雜，結果的準確性取決于眾多因素變量。總體來說，潛能模型法的優勢較為突出。

體育健身設施空間可達性評估的影響因素一般包括人、設施場地以及人與場地之間的關聯方式，人口分布對可達性也存在影響，尤其是人口的密集程度會直接影響到體育設施的分布情況[12]。從體育設施的空間分布數據，可以看出不同時代體育設施的建設情況以及體育設施的空間分布情況，便于了解該種設施對周圍居民生活和活動范圍的影響，從而合理構建可達性模型。此外，為了獲得詳細、及時、準確的體育設施使用信息，相關人員還可以通過走訪、調查等方式對當地居民參與體育鍛煉的頻次、人數、地點、時間等進行調研，進而豐富體育設施可達性模型數據，提高模型的準確性[26]。

3.3 相關性驗證

周邊居住環境與區域內居民健康關聯性的研究屢見不鮮，多采用統計學方法實現數據分析、建立模型并進行相關關系驗證。國內外醫療人員和科研工作者利用GIS的空間分析功能，結合統計學方法，研究社區環境和健身設施對居民健康的影響。研究內容主要包括： 當居住區內提供公園、體育公園、休閑娛樂場所、運動健身設施時，隨著居民身體活動量的增加，肥胖、抑郁、焦慮、肌肉萎縮等與健康狀況相關的癥狀是否減輕或產生變化[35-38]。如Lee等[14]使用GIS、熱點分析(hotspot analysis)、莫蘭指數(Moran’s I)、多元回歸分析以及同步自回歸模型，對首爾市公共體育設施與當地居民肥胖率和體育活動參與率的關系進行了研究，發現中等以上運動量、自行車道和體育場館使用情況與肥胖率相關，提出增加公共體育設施數量的建議。

體育俱樂部的體育迷參與率，健身房、體育健身設施的利用率等與當地人口分布之間，同樣存在一定的聯系和規律，該類研究多見于國外。如Chun等[39]為了提高社區體育中心的活動效果和居民參與度，調查了社區體育中心輻射范圍內居民的參與意愿、運動需求、體育中心服務滿意度等，通過GIS技術和統計學方法，證實三者之間存在正向相關關系，且該關系受到社區體育中心的位置和輻射范圍等因素影響； Greg等[40]通過探究不同類型體育公園和居民運動鍛煉之間的關系，介入GIS技術分析鍛煉參與者的空間位置變化和身體活動量數據，認為距離并不是影響社區居民前往公園鍛煉的主要原因，但公園的大小和往返公園的時長與鍛煉者的身體活動量和心理健康仍具有關聯。諸如此類研究，均利用了GIS的空間數據分析能力，探尋人類活動與體育健身設施的關聯，以期促進居民健康或市場經濟。

4 GIS應用于全民健身的發展態勢

4.1 即時全面的數據分析

應用GIS技術服務于全民健身活動，進行創新性的融合發展，必須掌握全面而準確的體育設施與居民健身信息，保障數據分析的準確有效，從而為政府部門的決策、人民群眾的健身鍛煉與體育產業的合理開發提供更加準確的信息服務。在數字化、信息化時代，保持全民健身活動的規劃、建設、應用數據更新，是保證政府與人民獲得真實可靠體育信息的根本，也有利于全民健身活動的進一步開展。GIS技術以其特有的數據分析能力，能夠在未來社會發展中，提供更加即時迅速、全面可靠的數據分析。

4.2 依托網絡智能手段雙向傳遞信息

體育健身網站、移動端軟件等隨著信息技術的發展和生活質量的提高日益更新，相關軟件在數據傳送、獲取、查詢等方面提供了多種多樣的選擇。GIS軟件在未來將逐漸小型化、便捷化，并出現在小型智能設備上，可供人們隨身攜帶，實時傳輸、瀏覽、檢索體育健身數據。利用空間可視化技術和虛擬現實技術對GIS數據進行仿真模擬，基于虛擬現實建模語言(GeoVRML)的網絡三維可視化技術，可使三維動態地圖呈現于隨身設備，為用戶提供一個可進入、可參與的虛擬世界，在網絡環境下對虛擬體育健身設施進行交互式的訪問和使用。在未來的發展中，智能設備的換代與軟件的創新，將帶來更加便捷智能的操作體驗，保證人們能夠借助體育健身軟件，掌握詳細的健身設施信息，合理規劃自己的鍛煉方式，選擇更加合適的體育運動提高生活質量和身體素質。

4.3 多學科交叉研究助力全民健身

隨著科學技術的進一步發展，體育健身服務、體育周邊產品、體育運動項目等模塊將走進人們的生活。在當前GIS技術主要應用于空間特征分析和體育健身設施規劃等單一目的的基礎上，今后GIS與統計分析和心理學的結合，可探究運動動機、運動參與、體育設施滿意度等之間的關系； 與經濟學的結合，可為足球俱樂部分析球迷觀賽行為特點，為健身場館分析會員消費行為等提供依據； 與運動生理學的結合，可對運動參與者身體活動量、健康指標等數據進行統籌計算，制定合理的鍛煉方案。多學科的交叉應用，將是未來GIS在全民健身領域進一步發展的重要方向。

5 結論

GIS在全民健身中的應用范圍主要包括空間數據分析、場地設施配置和信息檢索，應用方式體現在分布特征分析、可達性評估和相關性驗證等。基于空間數據分析功能，GIS技術在全民健身運動中的應用表現出鮮明的“科技服務生活”特征，主要為： ①數據分析，如空間分布描述、場地可達性評估等; ②實踐應用，如信息檢索查詢、場地設施規劃以及在多學科中的交叉應用。全民健身進入新的階段，GIS技術為解決人民群眾健身需求與體育設施供給之間的矛盾提供了有力手段。隨著社會發展和科技進步，GIS在體育場館建設和全民健身指導等方面將發揮更大的作用。