探索人工智能在田徑運動中的應用和問題探析

摘要：本文運用邏輯推理法、文獻資料法和案例調查法等研究方法，對人工智能的應用與田徑運動的應用與未來發展進行深入分析，不難發現人工智能可以幫助運動員提高運動表現、改善訓練方法、干預監視運動員心理健康、提高比賽的公平性與觀賞性。但其應用仍存在著隱私泄露、信息安全性低、挑戰人類自由意志、普及難度高等問題。全面推進人工智能的應用，必須要在保障用戶隱私的前提下，對抗其帶來的道德和倫理問題，在國家法律允許的范圍內，利用現有的制度保障和社會基礎，建立行業標準和評估體系，明確人工智能技術在田徑運動中的應用范圍和優勢，由此引領人工智能技術的發展方向。人工智能應用時需要基于田徑運動特性，以促進田徑運動發展為目標，提出集中數據管理，廣泛開展實踐實驗，與成熟的運動科技公司合作等解決策略。

關鍵詞：田徑運動" 人工智能" 智慧體育" 人本主義

2017年7月國務院印發《新一代人工智能發展規劃》一文中提出了面向2030年關于人工智能發展的諸項目標、要求、任務部署、保障措施等，人工智能也被認為是我國成為世界科技強國的必要技術。而后2019年國務院辦公廳印發《體育強國建設綱要》，其中強調推進智慧化發展以及在體育強國建設的第五項重大工程中要求建設國家隊訓練大數據管理系統。2022年9月我國開展了“2022世界人工智能大會首場智慧體育高峰論壇”就人工智能話題展開了廣泛的討論，數所高校在大會上聯合發布了《“AI+體育”發展藍皮書》。基于此，本文對人工智能加強田徑運動發展的應用與存在的問題展開全方位的分析，力圖促進智能田徑運動，助力體育強國建設。

1、人工智能在田徑運動中的應用

人工智能技術通過數據分析和認知科學的應用來幫助田徑運動員提高競技表現和改善健康狀況。基于數據分析得到的訓練方法具有科學性，可以幫助運動員更好地了解自己的身體狀況和訓練效果。姚磊教授對我國18支優秀田徑運動隊共計342人進行了運動損傷的調查及病因分析，總結出諸如踝關節扭傷、股后肌群拉傷、膝關節損傷、腰背肌損傷等田徑常見病，多數是訓練組織缺乏科學性、身體機能欠佳、訓練水平不夠、心理狀態不良等原因導致的。而就目前人工智能發展來看，可以將這些問題進行一定優化。以下是數據分析方法在優化訓練方面的應用：

1.1、運動員健康和損傷監測

人工智能技術通過分析運動員的生理指標和運動數據，預測運動員的健康狀況和受傷風險。包括心率、血壓、血糖、體重等指標以及運動員訓練強度、訓練時長、訓練頻次等數據。通過對這些指標和數據進行對比分析，人工智能可以幫助教練和醫生及時發現運動員的健康問題，并采取相應的措施來保證運動員的健康。Rossi A提出了一種基于GPS測量和機器學習的職業足球損傷預測的多維方法，這種方法可以應用在田徑訓練中，尤其是徑賽項目。實施過程則需要通過監測運動員訓練，統計大量生理指標和運動數據，為教練員呈現清晰的健康曲線圖，以便教練員掌握運動員健康。還可明確每位運動員的特性，建立運動員健康與運動表現的相關性圖譜，使訓練內容安排更加合理化。

1.2、運動員表現與成績預測

目前尚未出現對田徑運動員比賽結果的預測研究，這是由田徑運動的特殊性決定的，但在其他領域均有一定的成果。例如A Gojsali運用了新的模型用來增加預測比賽成績的可能。康奈爾大學智能系統和控制實驗室，通過新算法預測對手動作，模擬比賽場景進行日常對抗訓練，但是目前來看該項目的研究還僅僅是依據比賽錄像。在田徑運動中，人工智能的應用主要用于運動員自身實力的提升。它可以通過分析運動員的運動數據和歷史比賽數據，明確該運動員各項素質所處水平，幫助教練和運動員了解自己的優勢和不足，從而制定更加科學和有效的訓練計劃和比賽策略。

1.3、運動員訓練的個性化和精準化

保證運動員訓練的個性化和精準化將是未來人工智能發展的重中之重，也是人工智能存在于運動訓練的最重要的意義。在運動員運動生涯中，并非一直有科學的指導陪伴，通常運動員在生涯初期是出于其運動興趣，并沒有教練與醫生給予關注，訓練計劃通常來自書籍和影視資料。多數的研究表明運動員在訓練初期養成了不好的運動習慣，會貫穿其運動生涯，成熟運動員想要改變是困難的。那么伴隨著人工智能的發展，AI可以成為較為便捷且科學的線上虛擬教練。雖然它在某種意義上仍然會與專業教練有很大差異，但合理利用虛擬教練規范運動員訓練初期的動作，幫助其建立良好的訓練習慣，這種方法是高效的。虛擬教練伴隨著運動員的成長，記錄該運動員在各個時期的全部運動數據，這是一位運動員從業余走向專業化的必要途徑。

1.4、運動員心理干預

運動員的心理狀態和大腦活動對于其運動表現和健康狀況有著重要的影響。人工智能技術可以通過作用于認知科學領域，來幫助運動員更好地了解自己的心理狀態和大腦活動，從而提高其表現和健康狀況。以下是兩種依據在認知科學的應用。

（1）運動員心理狀態監控。

對于田徑運動員來說，其心理狀態是非常重要的。在比賽前，運動員會面臨各種壓力和挑戰，例如強大的比賽對手、不穩定的自身狀態、陌生的比賽環境等，這些因素都會對運動員的心理狀態產生影響。人工智能技術通過分析運動員的語音、面部表情、心率等指標，來監控運動員的情緒狀態和壓力程度。例如，當運動員感到緊張、焦慮時，他們的語音會變得更快、更高、更急促，面部表情變得僵硬，同時心率也會有所變化，變得更快。通過對這些指標的分析，人工智能提醒運動員及時調整自己的心理狀態。例如，當人工智能檢測識別到運動員的語音變快、面部表情僵硬、心率加快時，會立即向運動員提供放松和冷靜的建議，例如深呼吸、放松肌肉、轉移注意力等。Cho Youngjun設計了一個深度學習模型“DeepBreath”，可以從人的呼吸模式中自動識別他們的心理壓力水平。由于這項技術成本較低，并且支持動態環境監控，可以在基層的訓練隊有很好的應用。

（2）運動員專業心理求助。

分析影響高水平運動員專業心理求助的因素，不難發現影響到他們求助的因素包括心理健康服務知識的匱乏、難以辨別心理疾病癥狀、認為專業心理求助沒有幫助、否認存在問題、不知道該找誰尋求幫助等，其中心理健康素養水平較低、心理疾病的污名水平較高以及消極的求助態度是重要的影響因素。當個體心理健康素養處于較低的情況時，運動員沒有充足的相關知識、意識去尋求幫助，便會影響心理健康的恢復。

通常情況下，個體也很難發現真正心理問題和普通心理痛苦的區別，并缺乏相應的解決這些問題的心理意識；其次高污名狀態下，運動員可能存在一些偏見，認為獲得心理疾病或求助心理醫生是一個人脆弱的表現，而且也害怕被別人知道自己有心理問題，從而導致不愿意求助。而人工智能可能監控運動員的現實狀態，盡早的發現運動員出現的問題，從收集到的數據出發，公平的判斷運動員的現實狀態。面對人工智能，擁有心理疾病的個體更愿意像沒有生命體質的人工智能進行咨詢，緩解運動員咨詢時的心理焦慮，可見提高個體心理健康素養水平、減少心理疾病污名，有助于改善專業心理求助態度，提高求助行為的產生，促進個體維護自身心理健康。

2、人工智能對田徑運動的發展路徑

2.1、田徑賽事的轉播和直播的改進

人工智能技術可以通過對比賽視頻和數據的分析和處理，來改進田徑賽事的轉播和直播。在未來，隨著人工智能技術的不斷發展和應用，觀眾將能夠更加全面、準確地了解比賽的情況，提高比賽的觀賞性和互動性。同時人工智能還可以與虛擬現實技術進行融合。例如，與虛擬現實場景融合，觀眾可以通過虛擬現實頭戴式顯示器，進入虛擬現實場景中觀看比賽，就像身臨其境一樣，增加參與體驗，運用VR設備創設數億人齊聚田徑場享受近距離觀看比賽的奇妙感受。

2.2、田徑場地安全管理

人工智能可以用于智能場地監控，這是一種利用人工智能技術和傳感器技術對田徑場地進行智能化監控的技術。通過智能場地監控，可以預測場地的損壞和磨損情況，及時進行維護和保養，延長場地的使用壽命，為運動員提供更加穩定和安全的訓練和比賽環境。同時在訓練或比賽之前智能場地監控可以及時發現場地的問題，如地面狀態、溫度和濕度是否適合進行運動等。這為運動員提供更加安全和穩定的訓練和比賽環境，減少因場地問題導致的運動員傷害。利用采集場地的各項數據，如溫度、濕度、光照等，為運動員提供更加全面和準確的場地信息，輔助他們進行訓練和比賽，甚至在未來實現對場地的智能化管理。例如，可以自動化地調節場地的燈光和溫度，提高場地的使用效率和舒適度。

2.3、智能裁判促進田徑運動公平競技

智能裁判對于田徑運動的影響呈現多元化。首先，智能裁判可以通過計算機視覺系統感知運動員動作、行為以及諸如球類飛行軌跡等數據，通過比對內存的數據，經由具體檢測算法進行具體裁判判斷。這有助于提高裁判的準確性和公正性，避免了人為因素對比賽結果的影響；

其次，智能裁判可以輔助裁判員工作，減少裁判員的工作量和壓力。例如，在田徑比賽中，智能裁判可以通過激光雷達技術追蹤選手運作時的關節角度，將裁判員“人眼無法準確測量關節角度”導致的裁判偏差排除在外。這有助于提高裁判員的工作效率和準確性；

另外，智能裁判還可以為觀眾提供更好的觀賽體驗。例如，在田徑比賽中，智能裁判可以通過即時回放系統將比賽空間以毫米為單位進行分隔，通過算法將計算機視覺系統對運動員運動軌跡的捕捉生成的數據生成三維圖像，大屏幕通過即時成像技術呈現運動員的運動軌跡和成績。觀眾可以更加清晰地看到比賽過程和結果，提高觀賽體驗。

總的來說，人工智能并不能代替傳統裁判，人工智能裁判模式也會存在算法失誤的問題，即使是應用人工智能也不能解決部分公眾對于田徑裁判的信任危機，判罰事故的高輿論性主要在于公眾對于有失公允的個案的高度關注上，人工智能的出現并不能解決這一點，所以人工智能對于田徑裁判應是一種有益的補充而不是替代。

2.4、提高田徑運動趣味性

盡管傳統的田徑運動在不斷的發展和完善，但對于一些運動員和愛好者來說，這些基于固定規則和標準的訓練和比賽總是缺乏趣味性。人工智能結合可穿戴設備則可以在枯燥的訓練中增加一定的趣味性，讓更多的初學者熱愛這項運動，結合虛擬現實技術和游戲化元素，創造新型體育運動或者提供更加生動、直觀的體感體驗，配合著音樂與提示語音，不斷提醒運動員的運動進程，讓乏味的訓練變成一個又一個小任務。

3、人工智能在田徑運動中的問題

3.1、數據隱私和安全問題

在田徑運動中，涉及的運動員個人數據和隱私信息，包括但不限于姓名、年齡、國籍、出生地、身體狀況、個人成績、訓練計劃、生活習慣等。這些信息都是非常敏感的，如果這些數據泄露或被濫用，將會對運動員的形象和信譽造成嚴重的損害，甚至可能對運動員的生命安全造成威脅。目前來說，有些體育組織和贊助商會收集運動員的數據，以分析他們的表現和行為，以便制定更有效的訓練計劃和營銷策略。這些數據被上傳至人工智能數據庫后，并非是單向的輸入，處于允許調取的狀態。在這種情況下運動員的運動數據就有可能被濫用。

同時目前最先進的大規模語言模型依據其大量公共數據，具有一定的偏見風險。例如在性別、種族、地區等方面，這都會對數據分析的準確性和公正性產生影響。

人工智能可能會存在被黑客攻擊的風險，從而導致數據泄露、機器學習模型損壞等問題。黑客甚至可以修改運動員的運動數據，使得訓練安排不合理，篡改維護運動員生命健康的訓練模型。這就要求教練員并不能全然依賴人工智能，人工智能給出的算法只能給予支撐與參照，并不可以完全依賴人工智能。人工智能相關的法律問題正在積極建設中，田徑項目對于該技術的應用應在其法律規定范圍內開展，切不可冒進。

3.2、人工智能預測下的自由主義的挑戰

伴隨著人工智能的不斷深入研發，人工智能已經能做到對于比賽結果的初步預測，隨著技術的不斷發展，對于結果的高概率預測是一定能做到的。那么這種預定結果下的體育競技是否是一種對人類自由意志的挑戰。在倫理層面，人工智能的高概率預測會成為對人工智能的一種限制，如果在廣泛的預測中，預測結果實現了高概率成果，那么這種預測對比賽的參與者一定是有巨大影響的，而這種影響將是一種巨大的壓力與強力的限制，據此希望學術界應多一些這方面的探討。對其影響進行分析，同時對其產生的風險也加以考量。

3.3、普及難度較大

現階段人工智能仍在發展階段，需要龐大的數據庫，大量的處理設備和復雜的模型設計，這往往意味著較高的設備成本、專業人才培養的成本、后期對于設備器材維護更新的成本，在沒有形成工業化量產設備的情況下這意味著高昂的成本。現實情況下，體育在人工智能的開發與利用上并不匱乏，甚至在高端比賽與職業運動員的訓練上得到了較為廣泛的應用。但通過上述的研究我們不難發現，人工智能對于田徑運動的幫助的一大優勢在于提高基層訓練的科學化，基層往往沒有應用人工智能的經濟條件，所以如何將人工智能在田徑運動中廣泛應用是一大挑戰。

3.4、法律與監管問題

人工智能在體育的應用上還存在著法律支持缺位與判決先例的缺失，在田徑運動所涉及的法律問題上，主要有犯罪責任主體認定問題與人工智能的不當應用上。

首先在犯罪責任主體認定方面，人工智能運動設備在無自然人利用、操縱時自行發生的犯罪行為，其犯罪責任主體是人工智能設備還是使用者，亦或是發明者，難以判定。例如，智能無人機轉播，在工作過程中發生意外，對賽事進行不良影響，干擾比賽進程以及危害運動員生命財產安全。此時產生的一系列后果的責任人則是目前需要解決的一大問題；其次伴隨著技術的不斷進步，人工智能穿戴設備對于運動表現的增強也愈發明顯，在位格上已經與禁用藥物相當，那么對于人工智能的不當應用則應該成為《體育法》的條款之一，限制人工智能在競技現場的應用是保證競技公平的重要手段，而就目前來說《體育法》還沒有對人工智能做出明確的限制。

4、解決方法

為確保人工智能在田徑項目應用時的隱私安全，需要建立可信賴的數據使用和分享規范，并加密數據傳輸，達到以增強數據的保密性和完整性的目的。建議采用先進的加密算法技術，如SSL/TLS、AES等，確保數據在傳輸過程中不被惡意篡改或竊取。針對公共數據偏見的問題，需要采取有效的糾正和優化措施。首先，需要對回收的訓練數據樣本進行科學地篩選和評估，并選擇具有代表性的、平衡的數據樣本；其次，可以通過多種算法優化手段來減少數據偏見，如加強主觀特征處理、優化神經網絡的結構、增加正負樣本比例等；最后，通過建立評價方法和社會監管機制，引導人工智能技術變得更加公正、透明和可信。要充分認識到數據隱私與信息安全在人工智能應用中的重要性，通過綜合性措施確保數據的保密性和隱蔽性，促進田徑運動人工智能技術與個人信息安全并進，實現人工智能技術應用的安全有效。

隨著田徑領域中人工智能技術與應用逐漸深入，對其帶來的道德和倫理問題的重視也越來越高，開展更加深入的道德倫理研究刻不容緩。探究人工智能核心價值觀與人類社會之間的關系，需要提高社會公眾的意識，并引導不同領域的專家學者、從業者共同關注并解決這些問題，從而在保證運動員、觀眾權益的基礎上，推進人工智能技術和社會價值的和諧發展。

在推廣人工智能技術的過程中，需要解決成本高、應用條件門檻高等問題。一方面可以探索并推廣低成本或免費的人工智能工具，如基于云計算平臺提供的深度學習框架、開放式數據庫等，降低人工智能技術的使用難度和部署成本。同時利用招聘要求，引導提高初級教練員和運動員的智能化水平和應用能力；另一方面，還可以通過開展人工智能技術培訓班、實驗室等形式，為基層教練員和運動員提供更加全面、專業的技術指導和服務。在政策、法規和標準方面也需要加以倡導與推動。建立行業標準和評估體系，明確人工智能技術在田徑運動中的應用范圍和優勢，由此引領人工智能技術的發展方向，進一步推廣其在田徑領域的應用。加強對人工智能技術的監管，加強相關法律法規的研究和制定，推動人工智能技術在田徑領域的可持續發展。

要增強人工智能技術在田徑運動中的推廣和應用，需要從硬件、軟件、政策等多方面入手，為普及人工智能技術打下良好的制度保障和社會基礎，以實現人工智能技術在田徑運動中的全面應用和促進整個產業鏈的逐步發展。

5、結語

人工智能技術的發展固然給田徑運動帶來翻天覆地的變化，不過也應警惕其帶來的風險。基于此，本文從人工智能對田徑運動員、田徑運動的裨益與人工智能可能帶來的一些問題及解決路徑做出論述，在此拋磚引玉，為田徑運動智能化道路提供參考。

參考文獻：

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