謝雨航李顯良 陳志輝

（湖南體育職業(yè)學(xué)院 湖南長(zhǎng)沙 410019）

智慧體育總體架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究①

謝雨航*李顯良 陳志輝

（湖南體育職業(yè)學(xué)院 湖南長(zhǎng)沙 410019）

智慧體育是智慧地球在體育領(lǐng)域的具體實(shí)現(xiàn)，智慧體育有別與其他領(lǐng)域的“智慧化”。從智慧體育的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)入手，并對(duì)實(shí)現(xiàn)智慧體育的云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬仿真、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及定位與導(dǎo)航術(shù)等六大關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析研究。在我國體育事業(yè)飛速發(fā)展的今天，對(duì)智慧體育總體架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，有利于將智慧體育的相關(guān)成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用于競(jìng)技體育、全民健身等領(lǐng)域，為我國體育事業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供支撐和保障。

智慧體育 云計(jì)算 大數(shù)據(jù) 物聯(lián)網(wǎng) 虛擬仿真 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng) 定位與導(dǎo)航

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等新興技術(shù)的快速發(fā)展及其產(chǎn)業(yè)化，物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來，實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合，社會(huì)各行業(yè)逐漸對(duì)“智慧地球”有了越來越明確的發(fā)展思路，提出了“智慧城市、智慧醫(yī)療、智慧校園”等的具體實(shí)現(xiàn)路徑，“智慧地球”開始真正著地［1］。

體育行業(yè)由于它的特殊性，高科技手段僅在個(gè)別的競(jìng)技體育項(xiàng)目及大型的比賽中應(yīng)用，與其他行業(yè)相比，體育行業(yè)的“智慧化”明顯落后。在國家高度重視全民健身的背景下以及“智慧城市”建設(shè)的基礎(chǔ)上，“智慧體育”的建設(shè)時(shí)期趨向成熟，探討“智慧體育”建設(shè)就尤為迫切而又有十分重大的意義。

1　智慧體育的內(nèi)涵

根據(jù)“智慧地球”及其他行業(yè)的“智慧化”，“智慧體育”是指充分利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，通過感知化、物聯(lián)化、智能化的手段，形成體育立體感知、管理協(xié)同高效、服務(wù)內(nèi)外一體的體育發(fā)展新模式［2，3］。

“智慧體育”主要是通過立體感知、管理協(xié)同、服務(wù)便捷等體系來體現(xiàn)“智慧體育”的智慧化。這可以不斷地促進(jìn)我國體育事業(yè)的發(fā)展，改善我國國民體質(zhì)狀況，實(shí)現(xiàn)我國體育事業(yè)的智能化、便捷化與安全化。這是未來體育事業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的必由之路，也可以為發(fā)展我國全民健身事業(yè)、促進(jìn)我國體育事業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供支撐和保障。

圖1　“智慧體育”總體架構(gòu)圖

2　智慧體育的總體架構(gòu)

“智慧體育”是基于云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及3S等現(xiàn)代信息技術(shù)，涵蓋智慧體育立體感知、智慧體育協(xié)同管理、智慧體育全民建設(shè)工程、智慧體育綜合管理等四大體系的新型體育模式?！爸腔垠w育”在總體上可以采用4層架構(gòu)，即由基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、支撐層以及應(yīng)用層組成；體育信息標(biāo)準(zhǔn)、安全與綜合管理體系作為智慧體育平臺(tái)的支撐體系，其總體架構(gòu)如圖1所示［4］。

2.1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

智慧體育建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的重要支撐保障體系就是體育信息標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，該體系主要包括智慧體育總體標(biāo)準(zhǔn)、信息資源標(biāo)準(zhǔn)、基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)、管理規(guī)范以及數(shù)據(jù)編碼規(guī)范。

總體標(biāo)準(zhǔn)是其他標(biāo)準(zhǔn)制定的基礎(chǔ)，也是標(biāo)準(zhǔn)化體系的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，主要內(nèi)容包括：智慧體育信息術(shù)語、智慧體育信息文本圖形符號(hào)、智慧體育信息標(biāo)準(zhǔn)化指南以及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。智慧體育信息資源標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容包括：體育信息分類與編碼、體育數(shù)據(jù)訪問、體育信息資源的表示和處理、目錄服務(wù)等。智慧體育基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容包括：信息安全基礎(chǔ)設(shè)施及計(jì)算機(jī)設(shè)備等標(biāo)準(zhǔn)。智慧體育應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容包括：體育資源成果文檔格式、體育信息資源業(yè)務(wù)應(yīng)用流程控制、體育資源業(yè)務(wù)流程建模、體育資源業(yè)務(wù)功能建模、體育資源業(yè)務(wù)應(yīng)用規(guī)程及信息資源目錄和交換體系等標(biāo)準(zhǔn)。智慧體育管理規(guī)范主要內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用支撐、應(yīng)用系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)行等方面的管理辦法和制度。數(shù)據(jù)編碼規(guī)范是指規(guī)范智慧體育中數(shù)據(jù)的編碼，以達(dá)到數(shù)據(jù)交換及共享。

2.2安全與綜合管理體系

智慧體育安全與綜合管理體系內(nèi)容包括：網(wǎng)絡(luò)安全、系統(tǒng)安全、物理安全、應(yīng)用安全、數(shù)據(jù)安全、制度保障等6個(gè)部分。網(wǎng)絡(luò)安全是保護(hù)智慧體育內(nèi)部基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)傳輸和網(wǎng)絡(luò)邊界安全；系統(tǒng)安全是通過建設(shè)覆蓋智慧體育全網(wǎng)的分級(jí)管理、入侵攻擊、病毒防治及第三方安全接入系統(tǒng)；物理安全主要包括機(jī)房?jī)?nèi)相同類型資產(chǎn)的安全域劃分；數(shù)據(jù)安全是解決智慧體育資源數(shù)據(jù)丟失與異常、數(shù)據(jù)訪問權(quán)限控制；制度保障主要建立信息安全組織體系，確定組織機(jī)構(gòu)及崗位職責(zé)。這是智慧體育建設(shè)與運(yùn)營(yíng)的重要保障。

2.3基礎(chǔ)層

智慧體育的基礎(chǔ)就是基礎(chǔ)層，主要進(jìn)行體育信息的采集，為上層業(yè)務(wù)與應(yīng)用提供高效運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)及高速通道。其中，感知體系主要是利用3S技術(shù)、傳感器、自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、多媒體射頻技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，通過全方位的感知體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)體育信息的全面感知、深度感知。云計(jì)算中心為上層應(yīng)用提供軟件運(yùn)行、數(shù)據(jù)庫運(yùn)行以及平臺(tái)運(yùn)行的服務(wù)。因?yàn)榇髷?shù)據(jù)必然無法用單臺(tái)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，所以，必須采用分布式架構(gòu)，這樣能夠?qū)Ａ繑?shù)據(jù)進(jìn)行分布式數(shù)據(jù)挖掘。

2.4數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是智慧體育的信息倉庫，它為智慧體育的運(yùn)營(yíng)提供大量的數(shù)據(jù)源，并支撐智慧體育的所有應(yīng)用。通過規(guī)范體育信息分類、采集存儲(chǔ)、處理、交換和服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)，建成體育信息三大類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，即體育政務(wù)管理數(shù)據(jù)庫、競(jìng)技體育數(shù)據(jù)庫、全民健身工程數(shù)據(jù)庫。這樣就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通與共建共享，為智慧體育的實(shí)現(xiàn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.5支撐層

支撐層的主要支撐平臺(tái)包括：體育云平臺(tái)、地理信息平臺(tái)、決策支持平臺(tái)等，為智慧體育的應(yīng)用系統(tǒng)提供智能、科學(xué)、包容、開放的統(tǒng)一支撐平臺(tái)。它負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的信息加工、業(yè)務(wù)流程規(guī)范、海量數(shù)據(jù)處理、數(shù)表模型分析、預(yù)測(cè)分析、智能決策等。支撐層主要是通過體育云、大數(shù)據(jù)決策平臺(tái)使云計(jì)算、人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)逐步融入到應(yīng)用層的各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，為智慧體育實(shí)現(xiàn)智能化與科學(xué)化的運(yùn)營(yíng)提供有力的支撐。

2.6應(yīng)用層

應(yīng)用層是智慧體育成果的展示窗口，也是智慧體育建設(shè)與運(yùn)營(yíng)的核心，還是檢驗(yàn)智慧體育成功與否的最直接判斷依據(jù)。應(yīng)用層主要建設(shè)內(nèi)容包括：國民體質(zhì)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，競(jìng)技體育綜合管理平臺(tái)，智慧體育政務(wù)管理平臺(tái)，智能化體育場(chǎng)館管理平臺(tái)，中國體育網(wǎng)站群，體育人才管理平臺(tái)，體育產(chǎn)業(yè)管理平臺(tái)等。它主要功能是進(jìn)行資源交換、信息集成共享、業(yè)務(wù)協(xié)同等，為智慧體育的運(yùn)營(yíng)發(fā)展提供服務(wù)。

3　智慧體育關(guān)鍵技術(shù)研究

智慧體育得以實(shí)現(xiàn)的一個(gè)關(guān)鍵就是必須有相關(guān)的技術(shù)支撐，參照智慧地球、智慧交通、智慧城市以及智慧醫(yī)療等的實(shí)施結(jié)合信息技術(shù)的發(fā)展，智慧體育的實(shí)現(xiàn)主要依賴的技術(shù)有云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及地位與導(dǎo)航技術(shù)等，其中云計(jì)算是基礎(chǔ)，為其他技術(shù)的運(yùn)行提供基礎(chǔ)支撐，其他各項(xiàng)技術(shù)間也存在一定的關(guān)聯(lián)［4，5］。

3.1云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算（Cloud Computing）可以將巨大的系統(tǒng)池連接在一起以提供各種IT服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)資源的按需分配；主要包括3個(gè)層次的服務(wù)：基礎(chǔ)設(shè)施級(jí)服務(wù)（IaaS）、軟件級(jí)服務(wù)（SaaS）、平臺(tái)級(jí)服務(wù)（PaaS）。云計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)有虛擬化技術(shù)、編程方式、分布式海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、云計(jì)算平臺(tái)管理技術(shù)海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)等。

在智慧體育決策支持服務(wù)方面，通過構(gòu)建的高可靠智慧體育云計(jì)算平臺(tái)為體育智能決策提供計(jì)算和存儲(chǔ)能力，其虛擬化技術(shù)及容錯(cuò)特性保證了其存儲(chǔ)、運(yùn)算的高可靠性，其擴(kuò)展性可以極大地方便用戶。利用云計(jì)算的并行處理技術(shù)，挖掘數(shù)據(jù)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，對(duì)數(shù)據(jù)應(yīng)用進(jìn)行并行處理?；贠penstack構(gòu)建的云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施層可以提供可靠的調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)資源的按需分配，這是智慧體育云計(jì)算得以高效實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵［6］。

3.2大數(shù)據(jù)技術(shù)

目前，大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了安全管理、金融、水利、環(huán)保等領(lǐng)域。智慧體育中涉及到海量的數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)技術(shù)是指從那些海量數(shù)據(jù)中快速獲得有價(jià)值信息的技術(shù)。大數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)一般包括：大數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及管理、大數(shù)據(jù)預(yù)處理、大數(shù)據(jù)分析及挖掘、大數(shù)據(jù)展現(xiàn)和應(yīng)用。

某些國外公司已經(jīng)探索和嘗試在體育產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用新一代信息技術(shù)，并取得重要突破。世界一線體育品牌正大力布局一系列基于“大數(shù)據(jù)服務(wù)”構(gòu)架的高科技體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，這些主要是基于穿戴式體育設(shè)備、云端數(shù)據(jù)分析平臺(tái)、云端數(shù)據(jù)管理采集平臺(tái)和商業(yè)化服務(wù)平臺(tái)等。隨著智慧體育進(jìn)一步發(fā)展，大數(shù)據(jù)技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于競(jìng)技體育、體育產(chǎn)業(yè)以及全民健身等領(lǐng)域，包括運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練比賽、體育場(chǎng)館與設(shè)施的投資與布局以及國民體質(zhì)的檢測(cè)等。

3.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)就是通過智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算、泛在網(wǎng)絡(luò)的融合應(yīng)用，構(gòu)建一個(gè)覆蓋世界上所有人與物的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物理世界與信息世界的無縫連接。物聯(lián)網(wǎng)用途極其廣泛，遍及交通、消防、安保、醫(yī)療、食品等多個(gè)領(lǐng)域?！拔铩笔求w育領(lǐng)域應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)，主要包括：體育場(chǎng)地設(shè)施、運(yùn)動(dòng)裝備、體育器材、體育服務(wù)、體育環(huán)境等體育相關(guān)資源及其屬性以及虛擬的體育資源和體育活動(dòng)中的人，這些是實(shí)實(shí)在在的“物”，另一方面是體育領(lǐng)域的“物”必須具有數(shù)字化、信息化、智能化的屬性，必須具有可使用的智能接口，才能與信息感知層相結(jié)合［7］。

3.4移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是一種新型的數(shù)字通信模式，也是移動(dòng)通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合的產(chǎn)物。廣義的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是指用戶使用蜂窩移動(dòng)電話、PDA或者其他手持設(shè)備，通過各種無線網(wǎng)絡(luò)，包括移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)和固定無線接入網(wǎng)等接入到互聯(lián)網(wǎng)中，進(jìn)行話音、數(shù)據(jù)和視頻等通信業(yè)務(wù)［8］。智慧體育與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)密切相關(guān)的重要應(yīng)用主要有：國民體質(zhì)監(jiān)測(cè)服務(wù)、體育場(chǎng)館的移動(dòng)信息服務(wù)等，通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為民眾提供場(chǎng)館信息服務(wù)與健康體質(zhì)監(jiān)測(cè)服務(wù)，包括場(chǎng)館的預(yù)定、移動(dòng)支付以及運(yùn)動(dòng)處方的開具等應(yīng)用。

3.5虛擬仿真技術(shù)

虛擬仿真技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多媒體技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等信息科技的基礎(chǔ)上，將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合的一種更高級(jí)的仿真技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)與智慧體育相結(jié)合，通過其他相關(guān)的信息技術(shù)與虛擬仿真技術(shù)將各種體育資源虛擬化為數(shù)字資源，構(gòu)建一個(gè)動(dòng)態(tài)的體育資源平臺(tái)，供政府、企業(yè)與大眾進(jìn)行信息共享。就體育行業(yè)的單個(gè)虛擬仿真的應(yīng)用而言，專業(yè)運(yùn)動(dòng)員的訓(xùn)練中可以充分運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)［9］。由于很多運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目中人體接觸多，實(shí)地操練與激烈對(duì)抗都會(huì)造成一定的運(yùn)動(dòng)損傷。通過虛擬仿真技術(shù)輔助運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，可以消除教練與運(yùn)動(dòng)員的緊張心理，還能夠更加方便教練員對(duì)技術(shù)動(dòng)作的分解教學(xué)，提高教學(xué)效果，提高運(yùn)動(dòng)成績(jī)。

3.6定位與導(dǎo)航技術(shù)

隨著智能終端設(shè)備的普及與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，以地理信息位置為核心的導(dǎo)航與基于位置服務(wù)（location-based services，LBS）應(yīng)用得以迅速發(fā)展。導(dǎo)航與LBS領(lǐng)域涉及許多關(guān)鍵技術(shù)，包括基礎(chǔ)定位技術(shù)、三維導(dǎo)航技術(shù)、elematics技術(shù)、實(shí)景應(yīng)用服務(wù)、語音導(dǎo)航等技術(shù)。定位與導(dǎo)航技術(shù)主要用于智慧體育中的移動(dòng)定位服務(wù)，移動(dòng)定位服務(wù)利用無線定位技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)個(gè)人自身的定位查詢功能，也可以查詢運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館的地理位置信息。GPS以及北斗衛(wèi)星技術(shù)都可以為定位與導(dǎo)航應(yīng)用提供支持，GPS或北斗導(dǎo)航與無線網(wǎng)絡(luò)融合起來形成LBS（基于位置服務(wù)），使得移動(dòng)定位服務(wù)產(chǎn)業(yè)作為最具有潛力的移動(dòng)增值業(yè)務(wù)而迅速發(fā)展。隨著語音處理技術(shù)的成熟，語音門戶網(wǎng)站將使互聯(lián)網(wǎng)的易用性達(dá)到新的水平。例如：在某一地點(diǎn)，通過移動(dòng)終端可以方便快速地搜索到一定距離半徑內(nèi)的體育場(chǎng)館并提供目標(biāo)場(chǎng)館的導(dǎo)航服務(wù)，并通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)實(shí)景應(yīng)用服務(wù)［10］。

4　結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算以及大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，智慧地球的建設(shè)取得了一定的成功，智慧體育也是智慧地球真正地實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要內(nèi)容。就目前智慧體育的建設(shè)來看，體育行業(yè)具有一定的獨(dú)特性，行業(yè)內(nèi)專門從事信息技術(shù)的專業(yè)人員有限，體育與信息化的深度融合不高。因此，開展對(duì)智慧體育總體架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)的研究，并力求將其成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用于競(jìng)技體育和全民健身等領(lǐng)域，這必將對(duì)我國體育事業(yè)的發(fā)展起到重要的積極作用。

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G812.6

A

2095-2813（2016）09（a）-0177-03

10.16655/j.cnki.2095-2813.2016.25.177

2014年度教育部人文社會(huì)科學(xué)研究規(guī)劃基金項(xiàng)目（14YJAZH011）；2014年度湖南省教育廳科學(xué)研究一般項(xiàng)目（14C0751）；湖南省教育廳科研項(xiàng)目（14C0750）。

謝雨航（1975—），男，湖南新寧人，講師，碩士，研究方向：體育產(chǎn)業(yè)，E-mail：xyhang@126.com。