鄧翠翠，王朝軍

（中國礦業(yè)大學(xué)體育學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

自動控制理論在體育中的發(fā)展態(tài)勢研究

鄧翠翠，王朝軍

（中國礦業(yè)大學(xué)體育學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

本文通過自動控制理論的發(fā)展以及該理論在體育運動訓(xùn)練、賽事管理和體育場館管理中的應(yīng)用研究，分析了自動控制理論與體育運動結(jié)合的特征以及該理論在體育運動中的發(fā)展態(tài)勢和應(yīng)用前景。自動控制理論必將與前沿科學(xué)技術(shù)相結(jié)合滲入到體育的各領(lǐng)域，從而提高體育運動技術(shù)水平，促進(jìn)全民健身的發(fā)展，為體育運動的發(fā)展提供強大的推動力。

自動控制理論；體育；應(yīng)用；發(fā)展態(tài)勢

隨著世界科技向高新領(lǐng)域邁進(jìn)和體育運動迅猛的發(fā)展，自動控制理論作為一門論述自動控制系統(tǒng)共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)，已經(jīng)滲透到體育運動中的各個領(lǐng)域，它對體育運動技術(shù)水平的提高有著不可估量的作用，并已成為體育運動發(fā)展的強大推動力。

1 自動控制理論的發(fā)展

自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，應(yīng)用自動化儀器儀表或自動控制裝置代替人自動地對儀器設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，使整個生產(chǎn)過程或工作機械自動地按預(yù)先規(guī)定的狀態(tài)或性能指標(biāo)運行，或使它的某些物理量按預(yù)先的要求產(chǎn)生變化[1]。自動控制理論是一門包括許多不同學(xué)科的技術(shù)領(lǐng)域，它與相關(guān)學(xué)科之間高級復(fù)合化，從而有效作用于運動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)過程的智能控制，關(guān)系圖如圖1。

自動控制理論自創(chuàng)立至今已經(jīng)過了三代的發(fā)展。第一代為20世紀(jì)初開始形成并于50年代趨于成熟的經(jīng)典反饋控制理論；第二代為20世紀(jì)50、60年代在線性代數(shù)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的現(xiàn)代控制理論；第三代為20世紀(jì)70年代提出，在發(fā)展過程中綜合了人工智能、運籌學(xué)、信息論等多學(xué)科的最新成果并在此基礎(chǔ)上形成的智能控制理論。隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，2005年智能控制理論下的新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)—物聯(lián)網(wǎng)被正式提出。物聯(lián)網(wǎng)亦稱傳感網(wǎng)，是通過射頻識別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種智能控制網(wǎng)絡(luò)[2]。以此，“物聯(lián)網(wǎng)”與“互聯(lián)網(wǎng)”整合起來，實現(xiàn)人類社會和物理系統(tǒng)的整合，其服務(wù)原理如圖2。

2 自動控制理論與體育運動的結(jié)合

2.1 自動控制系統(tǒng)在運動訓(xùn)練中的應(yīng)用

肖毅等在體育科學(xué)2009年第4期“基于位移傳感器的超等長重量訓(xùn)練系統(tǒng)研究”中，通過在現(xiàn)有的重量訓(xùn)練器材（史密斯訓(xùn)練器）上加裝位移傳感器，即基于位移傳感器的超等長重量訓(xùn)練系統(tǒng)，并研制相應(yīng)的超等長重量訓(xùn)練數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)的自動采集、傳輸、處理、存儲、顯示和綜合診斷分析等功能，為科學(xué)地測試和評價運動員的訓(xùn)練負(fù)荷和強度提供量化的依據(jù)，實現(xiàn)了對訓(xùn)練過程的有效自動控制和科學(xué)管理[4]。王冬舟在 “現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)對競技運動的影響與發(fā)展取向”中提到，一些先進(jìn)技術(shù)如利用無線遙控技術(shù)和計算機技術(shù)制成的運動心率遙測系統(tǒng)，用電腦控制對運動的各項參數(shù)進(jìn)行采集和準(zhǔn)確量化訓(xùn)練效果的智能化肌肉力量訓(xùn)練系統(tǒng)，用計算機、激光技術(shù)制成的激光測速儀等分別用于運動訓(xùn)練中。符文康在“現(xiàn)代運動訓(xùn)練行為與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展”中指出，利用衛(wèi)星雷達(dá)計算機分析反饋系統(tǒng)，能夠監(jiān)測自行車、水上項目比賽和訓(xùn)練過程，并進(jìn)行技戰(zhàn)術(shù)診斷與指揮等，從而實現(xiàn)訓(xùn)練過程的智能控制。

上述可見，有些研究與論文在體能訓(xùn)練或個別項目中已有自動控制理論的應(yīng)用，但都沒有深入研究自動控制系統(tǒng)在動態(tài)的項目訓(xùn)練和比賽中的控制過程和應(yīng)用理論，更沒有向群分類項目中的研究?？傊?，關(guān)于該理論在運動訓(xùn)練的研究沒有形成體系，缺少系統(tǒng)性、科學(xué)性研究。

2.2 自動控制系統(tǒng)在賽事管理中的應(yīng)用

體育賽事管理包括市場營銷、競賽管理、人力資源管理、財務(wù)管理和風(fēng)險管理等具體運作程序與方法。現(xiàn)今我國有專業(yè)的賽事管理軟件，包含各類參賽者信息、比賽日程管理以及成績分析管理，比分顯示，以及報名表、成績表的打印，比賽期間的各類顯示設(shè)備服務(wù)，包括LED、LCD等專業(yè)的比賽設(shè)備。在2008年北京奧運會上，源訊科技提供了兩套主要的IT系統(tǒng)，它們分別是Games Management Systems （GMS）賽會管理系統(tǒng)和 Information Diffusion Systems （IDS）信息傳播系統(tǒng)。2008年北京奧運會還開發(fā)了RFID（射頻識別）電子票，能自動識別持票人真實身份、票價、比賽場地、時間、場次、座次等，通過當(dāng)?shù)厥燮被蜻h(yuǎn)程售票確定門票的上述信息。

隨著科技的進(jìn)步，在體育賽事管理系統(tǒng)中每個管理模塊都有自動控制理論的應(yīng)用，通過自動控制裝置實現(xiàn)信息收集、計算機軟件處理分析和互聯(lián)網(wǎng)傳輸系統(tǒng)的自動管理，在保證賽事安全、高效運行的前提下，又節(jié)省人力和物力，體現(xiàn)人文、綠色和科技的理念。

2.3 自動控制系統(tǒng)在體育場館中的應(yīng)用

2.3.1 火災(zāi)自動報警系統(tǒng) 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)采用多種感應(yīng)器，根據(jù)不同屬性分別安裝在場館的不同位置。每個感應(yīng)器都設(shè)有聯(lián)動控制系統(tǒng)，可根據(jù)情況與火災(zāi)報警、消防系統(tǒng)和排煙系統(tǒng)聯(lián)動，啟動應(yīng)急照明系統(tǒng)、消防專用通信，切斷非消防電源功能、電梯控制等。在奧運會場館中，國家體育館和國家游泳中心等多處都實際應(yīng)用了此類設(shè)備，從而高效、便捷地保障了場館的消防安全。

2.3.2 門禁系統(tǒng) 門禁系統(tǒng)由感應(yīng)設(shè)備、控制設(shè)備、信號傳輸設(shè)備以及中心控制設(shè)備組成，報警系統(tǒng)聯(lián)動，形成統(tǒng)一管理平臺。門禁系統(tǒng)使用指定嵌入式CPU身份識別卡，自動控制出入口。門禁系統(tǒng)與報警系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)聯(lián)動，在火警時能自動打開疏散通道。

2.3.3 場館溫度自動調(diào)控系統(tǒng) 場館溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的感應(yīng)器分布在比賽區(qū)和觀眾區(qū)的各個單元，根據(jù)不同需要，預(yù)編不同程序的感應(yīng)器，通過數(shù)據(jù)傳輸和控制系統(tǒng)，空調(diào)管理系統(tǒng)或其他溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)聯(lián)動，自動實施場館溫度調(diào)節(jié)。例如，北京奧運射擊館的雙層幕墻之間，一套溫度感應(yīng)“神經(jīng)”默默運作，場館可隨時調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，讓場內(nèi)四季如春，體現(xiàn)了人文奧運和科技奧運的融合。

自動控制理論在體育場館系統(tǒng)和賽事管理系統(tǒng)中的應(yīng)用比較廣泛，也都有深入的研究，在有條件的基礎(chǔ)上基本實現(xiàn)了自動化管理；但在運動訓(xùn)練中的應(yīng)用不夠普及，特別是在動態(tài)技術(shù)訓(xùn)練中，研究停留在提高運動員體能訓(xùn)練中，缺乏在具體項目的技戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練和比賽的研究，像同場對抗性、隔網(wǎng)對抗性項目以及新興起的戶外定向越野運動等。

3 自動控制理論與體育結(jié)合的特征

3.1 運動訓(xùn)練的科學(xué)化

基于自動控制理論的運動訓(xùn)練系統(tǒng)，可以檢測訓(xùn)練過程中所需參數(shù)的變化，并對這些參數(shù)進(jìn)行綜合的診斷分析，實現(xiàn)了訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)的自動采集、處理和顯示，并將分析的結(jié)果實時反饋給使用者，從而實現(xiàn)訓(xùn)練過程的可視化，為科學(xué)的評價訓(xùn)練效果提供可靠的依據(jù)。

3.2 體育比賽的競技化

隨著運動訓(xùn)練系統(tǒng)的科學(xué)化和體育管理的智能化，高尖端科技產(chǎn)品的發(fā)展必將提高運動員的運動訓(xùn)練成績，使體育比賽更加精彩、激烈，提高體育比賽的競技化水平。

3.3 體育管理的智能化

在體育管理系統(tǒng)中每個管理模塊都有自動控制理論的應(yīng)用，系統(tǒng)自動實行收集信息、計算機軟件處理分析和互聯(lián)網(wǎng)的傳輸，實現(xiàn)系統(tǒng)的全自動管理，在保證體育賽事安全、高效運行的前提下，又節(jié)省人力和物力，體現(xiàn)體育管理的智能化。

4 自動控制理論在體育運動中發(fā)展的主要態(tài)勢

4.1 科學(xué)化與人性化的結(jié)合

體育運動是以現(xiàn)代科技為依托發(fā)展起來的，同時體育運動給自動控制理論的發(fā)展予以極大的推動力；體育運動給自動控制理論提出挑戰(zhàn)，促使高新科技去解決體育領(lǐng)域里的實際問題。科學(xué)精神和體育精神有著共同本質(zhì)，都是以人為中心，為人服務(wù)為目的，促進(jìn)社會的和諧發(fā)展，致以人的體質(zhì)和心智都將朝著“更快、更高、更強”發(fā)展。

隨著社會老齡化的到來，社會對于身體健康引擎系統(tǒng)有很大的需求。在我們國家相對來講，目前發(fā)展得比較落后，做這方面研究得比較少。但自動控制理論中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開發(fā)解決了身體健康引擎系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，使身體健康引擎系統(tǒng)逐漸由理論到可實踐階段?，F(xiàn)今有一些手機廠商和傳感網(wǎng)一起合作，做一些相關(guān)的應(yīng)用。人身上可以安裝不同的傳感器，對人的健康參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并且實時傳送到相關(guān)的醫(yī)療保健中心，如果有異常，保健中心通過手機，提醒您去醫(yī)院檢查身體。由此，基于物聯(lián)網(wǎng)的身體健康引擎系統(tǒng)流程圖設(shè)想如圖3。

該系統(tǒng)利用無線通信將各傳感器聯(lián)網(wǎng)，可高效傳遞必要的信息，從而方便病人接受護理，還可以減輕護理人員的負(fù)擔(dān)；該系統(tǒng)中健康參數(shù)根據(jù)需要自行設(shè)定，可以是體溫、血壓、血脂、血糖、心率、心電圖、血氧監(jiān)測、肌電圖等心理生化指標(biāo)。如應(yīng)用到運動員運動訓(xùn)練中，通過系統(tǒng)監(jiān)測可以提高運動員的多項體能或技術(shù)水平，同時減少訓(xùn)練過程中傷害的發(fā)生，預(yù)防運動損傷，體現(xiàn)科學(xué)化與人性化的結(jié)合。

4.2 自動控制技術(shù)與相關(guān)學(xué)科的結(jié)合更加緊密

經(jīng)過一百多年的發(fā)展，自動控制技術(shù)已成長為一個包括許多不同學(xué)科的的技術(shù)領(lǐng)域，它與周邊技術(shù)有機結(jié)合實現(xiàn)運動過程的智能控制。如自動控制系統(tǒng)的計算機仿真，是一門涉及很多技術(shù)的綜合性學(xué)科，并演化為Matlab仿真，仿真技術(shù)與體育的結(jié)合形成體育仿真；隨著高科技和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，自動控制系統(tǒng)與最新技術(shù)相結(jié)合，形成了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，自動控制技術(shù)與多門技術(shù)共同完成智能控制過程。例如，同場對抗性、隔網(wǎng)對抗性等集群項目的模擬仿真，可以借用物聯(lián)網(wǎng)，通過節(jié)點中內(nèi)置的傳感器測量周邊環(huán)境中的熱、紅外、聲納、雷達(dá)和地震波信號，從而探測出包括溫度、濕度、噪聲、壓力、移動物體的大小、速度、方向、位移和彈跳力等物質(zhì)現(xiàn)象，利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)組織連成小世界網(wǎng)絡(luò)，然后通過計算機中的Matlab仿真工具進(jìn)行圖像處理技術(shù)，從而得到我們需要的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行仿真模擬得出科學(xué)合理的技戰(zhàn)術(shù)指導(dǎo)。

4.3 自動控制理論將在體育領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用

隨著智能化時代的到來，自動控制理論將被廣泛應(yīng)用在體育領(lǐng)域，為體育運動的發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)。例如，體育仿真系統(tǒng)已成功應(yīng)用在蹦床、跳水、體操、武術(shù)、舉重等個人競技體育項目中，通過形象化的方式讓運動員更容易、更快速地掌握技術(shù)動作要領(lǐng)，大幅度地提高運動員整體運動技能水平，并且可以挑選出最優(yōu)的編排，確定科學(xué)合理的訓(xùn)練方案。

自動控制理論作為一門邊緣學(xué)科，已滲透到體育運動中的各個領(lǐng)域，并在體育領(lǐng)域中有廣闊的應(yīng)用前景，這必將是體育科學(xué)發(fā)展的趨勢所在。

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1674-151X（2011）04-023-03

投稿日期：2011-01-12

鄧翠翠（1986 ～），在讀碩士研究生。研究方向：體育人文社會學(xué)。