張杰 李佳琪

（1.東華大學體育部 上海 201600；2.東華大學人文學院 上海 200050）

得益于5G的發(fā)展和普及，人工智能和物聯(lián)網的融合協(xié)同發(fā)展成為現(xiàn)實，并由此誕生了人工智能物聯(lián)網AIoT。相比于傳統(tǒng)的物聯(lián)網在收集了龐雜的數(shù)據(jù)后無法立即對數(shù)據(jù)進行分析的現(xiàn)象，搭載人工智能的智能物聯(lián)網能在云端和邊緣端利用人工智能的算法和模型對收集的數(shù)據(jù)立即進行分析并提供反饋，這種快速反應極大地提高了效率，阿里、小米、華為等科技巨頭紛紛投資研發(fā)AIoT產品。

目前，AIoT 已廣泛應用于智慧家居、智慧交通、智慧城市等領域，AIoT 的應用不僅極大減少了人力、物力，提高了工作效率，快速的數(shù)據(jù)分析與結果反饋還增添了決策的科學性。智能技術帶來的便利顯而易見。因此，2019 年國務院辦公廳發(fā)布的《體育強國建設綱要》提到，運用物聯(lián)網、云計算等新信息技術，促進體育場館活動預訂、賽事信息發(fā)布、經營服務統(tǒng)計等整合應用，推進智慧健身路徑、智慧健身步道、智慧體育公園建設。

鼓勵社會力量建設分布于城鄉(xiāng)社區(qū)、商圈、工業(yè)園區(qū)的智慧健身中心、智慧健身館。依托已有資源，提升智慧化全民健身公共服務能力，實現(xiàn)資源整合、數(shù)據(jù)共享、互聯(lián)互通，加強分析應用［1］。2021 年《“十四五”體育發(fā)展規(guī)劃》提出，推動全民健身智慧化發(fā)展。推進“互聯(lián)網+健身”“物聯(lián)網+健身”，大力推廣居家健身和全民健身網絡賽事活動。創(chuàng)建涵蓋全民健身群眾組織、場地設施、賽事活動、健身指導、器材裝備等內容的數(shù)字化全民健身服務平臺，創(chuàng)新全民健身公共服務模式［2］。因此，利用新興智能技術推動體育發(fā)展，實現(xiàn)體育的智慧化、智能化儼然上升為國家戰(zhàn)略。在此背景下，人工智能、互聯(lián)網、云計算等智能技術成為體育界的研究熱點，并取得了豐碩的研究成果：“互聯(lián)網+體育”創(chuàng)新了體育賽事傳播、體育教學的新路徑；人工智能推進了體育館的智慧化和運動訓練方式的數(shù)字化等。

以上研究為梳理基于AIoT 的智慧體育應用奠定了基礎。研究基于AIoT 的智慧體育應用不僅能夠促進智能物聯(lián)網技術的發(fā)展，促使智能物聯(lián)網技術形成成熟的應用模式，而且能夠促進智慧體育的發(fā)展與完善，為人民提供高質量的服務，再者能夠加快體育智慧化速度，早日實現(xiàn)體育智慧化的目標。

1 AIOT概念及其功能

1.1 AIOT的內涵

2017 年11 月28 日，AIoT 的概念在萬物智能·新紀元AIoT 未來峰會上被正式提出。AIoT（Artificial Intelligence of Things）是人工智能（Artificial Intelligence）和物聯(lián)網（Internet of Things）相融合產生的一個新概念，也被稱為智能物聯(lián)網。由于AIoT是一個較新的概念，目前業(yè)界還沒有明確的定義，也正因如此，許多企業(yè)在應用時將其單純認為是AI和IoT的融合或者認為是在物聯(lián)網中應用人工智能技術。同樣，不同的學者對AIoT的定義也不盡相同。

2020 年中國智能物聯(lián)網（AIoT）白皮書提出，AIoT是人工智能與物聯(lián)網的協(xié)同應用，它通過IoT系統(tǒng)的傳感器實現(xiàn)實時信息采集，而在終端、邊緣或云端進行數(shù)據(jù)智能分析，最終形成一個智能化生態(tài)體系［3］。

吳吉義等人［4］在研究中將AIoT 視為一個模型，他們認為AIoT是一種人工智能與物聯(lián)網融合研究模型，屬于一種新型的深度IoT 研究和應用形態(tài)，其中IoT 是AIoT 的基礎設施，用來收集數(shù)據(jù)，AI 則是AIoT 的智慧化手段和工具，幫助IoT實現(xiàn)智慧互聯(lián)。

王金雪［5］認為，AIoT是以物聯(lián)網技術為基礎，以智能硬件系統(tǒng)為載體，運用人工智能、大數(shù)據(jù)和云計算等技術，在智能終端、云端和人之間進行信息采集、分析、傳遞和應用，協(xié)助人機實時自然交互的智能化網絡。

1.2 AIoT的技術架構

AIoT 作為人工智能和物聯(lián)網的深度融合，是以物聯(lián)網為基底，以人工智能為手段來實現(xiàn)萬物智聯(lián)的。因此，AIoT 的技術架構不僅要兼顧物聯(lián)網本身的邏輯層次，同時也要發(fā)揮人工智能的價值功能。目前，學界設計的AIoT 技術架構普遍包含設備層、邊緣計算層、云計算層。

1.2.1 設備層

設備層是AIoT 的軀體。它由兩部分組成，一部分是硬件設施，如傳感器、智能設備等，其主要功能是采集現(xiàn)實世界中的各項數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳至服務器；另一部分是軟件設施，包括服務器、傳輸網絡、數(shù)據(jù)存儲中心等。軟件設施的存在為AIoT 進行數(shù)據(jù)分析、監(jiān)測、預測奠定了基礎。

1.2.2 邊緣計算層

邊緣計算是指在靠近傳感器的邊緣智能設備以及靠近數(shù)據(jù)源的網絡邊緣部署一定的計算能力，用來進行簡單的計算、分析、數(shù)據(jù)處理，也能存儲少量數(shù)據(jù)。相比于云計算層，邊緣計算層減少了網絡延遲，能夠快速獲得非關鍵信息，同時降低了網絡寬帶成本，保護了數(shù)據(jù)安全和隱私。但邊緣計算層的數(shù)據(jù)存儲容量、深度學習能力和數(shù)據(jù)處理能力均有限。

1.2.3 云計算層

云計算層是AIoT 的大腦。云計算層的主要功能是存儲數(shù)據(jù)，深度學習，進行云計算。在傳感器和智能設備中收集的數(shù)據(jù)通過一定的傳輸網絡上傳到云計算層，在這一層它們被進一步集成、處理、存儲。云計算層利用深度學習工具和一定的計算硬件系統(tǒng)，進行海量數(shù)據(jù)的運算和分析決策。

1.3 AIoT的功能

1.3.1 跟蹤監(jiān)測功能

根據(jù)人工智能所具有的識別功能，利用搭載在智能設備上的攝像頭及環(huán)境傳感器，AIoT 能夠將所拍攝的監(jiān)測目標轉換為圖像信號，傳輸給中央的圖片處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)對目標進行識別、分析，識記目標形態(tài)特征，對目標的行為進行判斷。通過與云端相關數(shù)據(jù)進行對比，及時對目標異常行為發(fā)出警報。該功能已經廣泛應用在大氣變化、農作物生長、工程建造等方面。利用AIoT 對目標進行跟蹤監(jiān)測，大大節(jié)省了人力、物力、財力，提高了工作效率。

1.3.2 預測功能

通過對數(shù)據(jù)的收集以及對目標模型的建立，AIoT能夠精準對目標的各項指標進行評測，并根據(jù)云端數(shù)據(jù)庫中的匹配數(shù)據(jù)對目標未來的需求或走向進行預測，從而提供智能化解決方案。例如，應用了AIoT 技術的智能教育產品能夠在測評目標用戶的知識儲備、認知發(fā)展狀況的基礎上，分析用戶的學習偏好和知識薄弱點，結合一定的理論模型對用戶的發(fā)展?jié)摿M行預測，提供個性化學習方案。

1.3.3 分析決策功能

AIoT的分析決策功能更多地體現(xiàn)在能夠為決策者提供科學的數(shù)據(jù)支撐，通過對已有的數(shù)據(jù)進行分析，能夠將背景環(huán)境的全貌客觀展現(xiàn)出來。在此基礎上，對事物的發(fā)展規(guī)律進行研究，幫助決策者做出理性判斷，提高決策的科學性。

2 AIoT在智慧產業(yè)領域的應用

根據(jù)《2020 年中國智能物聯(lián)網（AIoT）白皮書》顯示，目前AIoT已廣泛應用在家居、建筑、安全、交通、醫(yī)療、教育、工業(yè)、農業(yè)等領域。阿里巴巴、騰訊、華為、小米等大企業(yè)紛紛投入研發(fā)。

在農業(yè)領域中，CHEN［6］探究了AIoT在害蟲檢測中的應用。通過AI 的深度學習以及IoT 的數(shù)據(jù)收集功能，建立了一種實時圖像識別系統(tǒng)，并將其與環(huán)境傳感器結合，對害蟲進行檢測、報告，有效地提高了農作物的產量和質量。Jung［7］則將AIoT技術用在了家畜養(yǎng)殖上。與害蟲檢測相似，該技術同樣是利用安裝在豬圈的攝像機對豬進行圖像識別，然后通過算法對豬進行跟蹤，跟蹤所得的圖像傳回中央服務器，最后由中央服務器向養(yǎng)豬戶報警。

在醫(yī)學領域中，AIoT 能夠幫助近視患者進行近視監(jiān)測、大數(shù)據(jù)分析、個性化防控措施制定、實時監(jiān)測、反饋，為近視防治提供了新的思路［8］。AIoT 還與個性化康復識別系統(tǒng)相結合，幫助居家隔離者醫(yī)療保健，跟蹤康復鍛煉以進行臨床診斷［9］。除了這些，AIoT 在肺癌［15］防治方面也有幫助。

在工業(yè)中，ZHANG 等人［10］開發(fā)了一套基于AIoT的隧道施工實時監(jiān)測系統(tǒng)，以用來促進施工信息的通信通暢，并確保在隧道挖掘的過程中產生的大量數(shù)據(jù)能夠被準確記錄。

在城市建設方面，Yang等人［11］提出將AIoT應用在PM監(jiān)測、室內空氣質量控制等方面。該方法降低了監(jiān)測成本，同時通過對數(shù)據(jù)的分析，理解數(shù)據(jù)背后蘊含的現(xiàn)實含義，幫助決策者制定更為科學的政策。Bano 等人［12］研究了AIoT與垃圾桶的結合，提出了一種實時智能垃圾桶監(jiān)控框架，這種技術不僅減少了勞動成本，還有助于環(huán)境整潔，減少疾病的發(fā)生。Ahmed Barnawi等人［13］則將AIoT應用在了新冠肺炎監(jiān)測上，對人們的提問數(shù)據(jù)進行檢測收集，對潛在患者進行跟蹤，當出現(xiàn)感染者時，患者的信息會傳輸?shù)结t(yī)院，為國家的防疫工作減輕了負擔。

3 基于AIoT的智慧體育應用及展望

3.1 基于AIoT的智慧體育應用

智慧體育是以大數(shù)據(jù)、人工智能等新興信息技術為基礎，通過應用智能可穿戴設備、運動訓練實時監(jiān)控等傳感儀器和監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對各種體育行為的全面感知，運用智能算法深度挖掘和解析體育大數(shù)據(jù)，形成可供預測、計劃、判斷的知識體系，為競技體育、群眾體育、體育產業(yè)等各種需求提供理論依據(jù)和科學決策［14］。

Yang［15］等人認為，智能技術的應用不僅對體育場的管理方式、經營方式帶來了變革，更改變了體育場與消費者之間的關系。這些消費者，亦可稱為球迷，他們不再處于體育場的邊緣，而是數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)開發(fā)的關鍵對象，他們的喜好成為體育場經營的重點。在智能體育場館中，球迷與體育之間的生物政治關系在空間上得到了擴展。同時，在智能體育場域中，比賽不僅僅是一種商品，而是一個持續(xù)的數(shù)據(jù)開發(fā)和飾演的場所。比如，SDS體育場就利用傳感器、網關和微軟的云計算平臺，將現(xiàn)場比賽變?yōu)榱思夹g演示和監(jiān)視群體行為的試驗場地。

付紫碩［16］闡述了國外智慧體育場館建設的經驗，認為國外智慧體育館建設成功的原因之一是依托科技公司，由科技公司為場館智能化提供一套完整的方案，并根據(jù)發(fā)展不斷調整。這些方案中包括硬件設施的應用、為球迷和贊助商提供的訪問數(shù)據(jù)服務以及提高用戶體驗的VR、AR 等技術的應用。這也為我國智慧體育場館的建設提供了啟示，要更加注重與華為、阿里等科技公司的合作，開創(chuàng)新的管理運營模式，從而為顧客提供更加優(yōu)質的服務。

傅鋼強［17］介紹了四種目前我國智慧體育場館的驅動模式。這四種模式的體育場館分別運用不同的智能技術，如用于承辦大型賽事的冬奧體育館更多利用的是VR、5G、AI、IoT、AR 等技術。而杭州黃龍體育中心作為提供公共體育服務的場所，配備的是人臉識別、人機互動等高科技設備。場館行業(yè)自我改良驅動模式的代表——上海久事智慧體育有限公司則研發(fā)了智慧體育云服務平臺，以實現(xiàn)場館集約化、平臺化和智慧化發(fā)展。最后是以周邊需求為驅動模式的樂刻運動，樂刻通過低價月卡、智能化設備等技術在健身房競爭激烈的今天取得了一席地位。

Chu等人［18］從技術層面出發(fā)，以舉重訓練為例，研究了AIoT 在體育科學的應用。提出了AIoT 體育科學系統(tǒng)架構：SIAS 和AIoT 邊緣計算。其中，SIAS 包括的功能有整合和管理云計算資源，數(shù)據(jù)收集、合并、管理，AI 和深度學習，3D 建模和模擬，提供一個體育APP。運動員在訓練過程中通過佩戴傳感器（可穿戴與不可穿戴）來監(jiān)測自身情況，這些信息通過物聯(lián)網傳輸?shù)胶笈_，后臺通過AI 技術進行分析，得出結果后再由物聯(lián)網傳回到運動員及教練。AIoT還用于捕捉運動員的動作軌跡，以矯正動作，它通過傳感器實時三維動態(tài)捕捉目標動作技術，與數(shù)據(jù)庫中的模型進行對比，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有動作的不足并加以矯正。

Farrokhi［19］研究了AIoT在健身中的應用，除了探究智慧健身中AIOT的具體應用情況，AIoT為智慧健身帶來了社交上的改變。他們將AIoT 中的IoT 看成是Social-IoT，即這種物與物之間的互聯(lián)使系統(tǒng)能夠收集到所有相連設備的數(shù)據(jù)和信息，來為使用者更好地做預測和決策，同時運動平臺、運動APP的建立使運動愛好者能夠分享心得與經驗，從而改變健康和鍛煉習慣，還能獲得他人支持，緩解壓力。

3.2 基于AIoT的智慧體育應用前景展望

3.2.1 競技體育

智慧體育中應用AIoT 能從三方面為競技體育帶來改變。首先，AIoT 能夠更加準確收集分析運動員身體的各項指標，從而為教練在運動員選拔上提供助力。其次，AIoT 的中央數(shù)據(jù)庫能夠存儲各個國家各個項目的體育情報。理論上看，這些數(shù)據(jù)能夠在全世界范圍內免費共享，這樣便于國家收集體育情報，各國“各憑本事”對情報進行利用，促進了競技體育的公平性。最后，AIoT能夠幫助檢測環(huán)境中的不安全因素，并對運動員自身做出的不規(guī)范動作發(fā)出預警，能起到預防運動傷病的作用，還能根據(jù)受傷情況協(xié)助隊醫(yī)制訂休養(yǎng)計劃。

3.2.2 大眾體育

AIoT技術能夠為大眾體育提供的服務更多。運動時，人體所配戴的運動手環(huán)能夠收集運動數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在經過邊緣計算層簡單分析之后能快速傳給使用者，使用戶在第一時間了解自己的運動信息，如果想要更深層次的信息，也可以等待云計算層的深度計算。加工處理之后的數(shù)據(jù)可以傳到使用者的手機、平板等一切智能產品中，這些數(shù)據(jù)甚至可以傳輸?shù)街悄芗揖又?，無縫鏈接地為用戶準備舒適的家居環(huán)境。體育公園、開放體育運動場也可以配備傳感器，通過對居民使用器械、參加項目的次數(shù)進行分析，充分了解居民對運動場所的需求，從而為大眾提供更優(yōu)質便民的服務。

3.2.3 體育產業(yè)

目前我國體育產業(yè)已廣泛應用智能技術。因此，將AIoT 技術應用在體育產業(yè)是指日可待的。無論是體育產業(yè)園、體育旅游業(yè)、智慧健身房、智慧體育館，都能利用AIoT實現(xiàn)收集數(shù)據(jù)、分析計算、預測需求、提供服務的一站式服務模式，轉變傳統(tǒng)的經營管理模式，提高自身的競爭力，在激烈的市場競爭中站穩(wěn)腳跟。

4 結語

AIoT是一個新概念，正處于發(fā)展初期，具有巨大潛力。用AI 賦能IoT，使IoT 真正實現(xiàn)連接萬物，智能互聯(lián)，這是物聯(lián)網發(fā)展的趨勢。目前，AIoT架構普遍設計成設施層、邊緣計算層、云計算層3 個層次，使AIoT 具有跟蹤監(jiān)測、預測、決策的功能。現(xiàn)階段，AIoT 已廣泛應用在農業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學等領域。為害蟲檢測、城市建設、隧道工程、醫(yī)學研究帶來了便利。對于AIoT 在智慧體育中所起的作用，國外已有學者進行了研究，在舉重訓練中，AIoT幫助運動員和教練員進行技術分析；在健身中，AIoT創(chuàng)造了一個社交物聯(lián)網，在這個網絡中人們能夠分享經驗，互相鼓勵。由此，將AIoT 應用于智慧體育，能為競技體育、大眾體育、體育產業(yè)的發(fā)展提供助力。