健康城市视角下的体力活动测量方法探讨

林堉楠

广东省城乡规划设计研究院有限责任公司 广东广州 510290

摘要：随着健康城市运动兴起，慢性病问题受到高度关注。在相关研究中，体力活动的正向效应已被广泛验证。相对于体力活动研究，体力活动测量方法的发展相对滞后。本文对体力活动测量方法进行梳理，并提出一种基于移动终端的体力活动测量方法设计探讨。

关键词：健康城市；体力活动测量；移动APP

一、引言

随着经济和社会发展，工业化、城镇化水平不断提高，人们的生产、生活方式都发生了巨大的转变，疾病谱由传染病向非传染慢性疾病转变，给维护、促进健康带来了新的挑战。健康城市突破性提出了“人们居住在健康的城市时，应享受与自然的环境、和谐的社区相适应的生活方式”（WHO）。2016年10月国务院发布的《“健康中国2030”规划纲要》中做出了提高人的健身意识、建设健康城市的要求，提到“将健康融入城乡规划、建设、治理的全过程，促进城市与人民健康协调发展”。

体力活动测量是健康问题研究的重要方面。当前健康问题的研究热点聚焦于体力活动^[1]，如体质健康现状的评估，肥胖、抑郁症、心血管疾病等慢性病与体力活动的关系，建成环境与体力活动相关性等。体力活动研究中，体力活动的测量是定性评价和定量分析各因素相关性的重要基础。然而，在体力活动研究日益受到关注的同时，测量方法的发展却相对滞后。

通过主客观方法结合获取体力活动及其发生的时空间信息，将有助于支撑挖掘出更准确、层次更丰富的信息。因此，本文在健康城市运动、体力活动研究重要性凸显的背景下，聚焦体力活动测量方法的发展研究与探讨，通过分析对比体力活动测量方法，提出构建一种实现体力活动测量的方法框架。

二、体力活动及其测量方法

2.1 体力活动概念

体力活动或称身体活动，是指肌肉收缩引起能量消耗的身体运动。体力活动根据发生的具体场景可分为工作性、家务性、交通性、休闲性体力活动。体力活动常包括四个特征：频率、持续时间、强度和类型，体力活动量常用“体力活动量=频率F*活动强度I*持续时间T”来表示。对体力活动的强度的分级，有的学者根据活动消耗的代谢当量（MET），有的学者则是根据加速度计等物理测量数值对体力活动强度分为LPA、MPA、VPA以及MVPA。

2.2 现有体力活动测量方法梳理

体力活动的测量方法通常可分为主观方法和客观方法，主观方法包括体力活动调研问卷、自我报告法、直接观察等；客观方法通常通过使用各种客观测量设备，如加速度计、计步器、心率监视器等。在具体的研究中，需要根据目的、预算、目标人群特点、样本大小等选择对应的测量方法。

体力活动调查问卷——设定一系列问题并由用户填写、收集数据的方法，也是应用最广泛的主观方法。常用问卷如调整活动问卷（MAQ）、国际体力活动问卷（IPAQ）等^[2]。我国近十年最常用的测量工具仍然是效度较低（约0.25~0.41左右）的体力活动问卷。直接观察法——由研究人员对被调研对象进行一定时间的行为、活动观察，对其活动的强度、类型、满意度等进行主观的评定，以及记录活动的时间、地点等信息的方法。此方法很受研究人员主观因素影响。自我报告法——由用户自己主动填写报告活动行为及其相关信息。Kieran P等通过综述63篇综述性文章，发现自我报告法结果高度可变，存在被调研者主观认知和回忆偏差的问题。双标水法——双标水法利用同位素标记，是体力活动测量的“金标准”。测量时需要被调研对象服用同位素标记的试剂，通过跟踪₂H、₁₈O的消除差异，计算CO₂生成率，进而计算出能量消耗。间接热量测定法——通过分析密闭空间的气体代谢测量人的摄氧量（VO2），再根据摄氧量计算能量的消耗。这被认为是测量人体能耗较准确的一种方法，但却严重依赖于实验室环境。心率测定法——使用心率监视器等测量人体在不同活动状态时间段的心率变化，进而分析活动的强度、时间、频率、能量消耗等。但基于单一心率指标进行分析存在精确度较低的问题。运动传感器——通常指计步器、加速度传感器等。Dowd K P研究发现，使用加速度计进行活动监测的有效性证据正在增加，并且其结果可变性较低。Casey B等对已有研究的体力活动客观测量工具进行了整理，发现以往研究大多使用单轴加速度计（68%）,计步器（14%）和多传感器（3%），研究认为，随着该领域的发展，未来应使用已验证的设备，如三轴加速度计等^[3]。三轴加速度计在体力活动监测总体上具有良好效度，但国内对于三轴加速度计的应用却仍然不是很多，且其价格仍较为昂贵。同时，单一的加速度计无法提供体力活动相关联的位置、环境相关信息，因此，当前流行的客观测量方法是使用三轴加速度计结合GPS设备，从而将体力活动与时间、空间对应起来。

国内已有的体力活动研究而言，其数据主要来源于问卷调查，尚缺乏采用客观体力活动评价方法（如加速度计、计步器等）的大范围调查

^[4]。张莹等认为，建成环境、体力活动与健康关系研究的今后进展，会在计算机与互联网技术应用的不断深入、建立基于计算机和GIS技术的建成环境、体力活动监控平台等方面突破。

综上，各种体力活动测量方法存在利弊，当前主要采用体力活动调查问卷、加速度计结合GPS等方式，且国内在使用加速度计进行测量的研究尚较为缺乏。考虑到成本、管理和遗失风险等因素，手机是较为理想的数据采集移动终端，通过集成网络问卷调查，能够兼具主客观测量方法，有着获取使用便利、采集数据维度广、成本较低等优势，有望支撑不同主题、不同规模的研究。

三、基于移动端的体力活动测量探讨

在健康城市体力活动研究背景下，本文提出一种基于移动端的体力活动测量方法，对体力活动测量方法的可能性进行探讨。

3.1 体系架构

系统整体由移动手机终端、服务器、数据可视化管理平台等构件组成的C-S-B架构形式。主要业务流程为：在手机上开发APP作为数据采集软件，通过调用百度地图SDK相关接口和手机传感器等功能，进行数据采集，并将用户的传感器、时空间信息等通过网络传输到服务器进行数据持久化；可视化平台进行数据管理、分析、可视化等操作。从而实现数据采集、传输、存储、分析、可视化的一体化平台。

3.2 体力活动测量终端APP

体力活动测量表现为各类基本信息的数据获取，故核心是如何基于移动手机终端能力进行APP设计构建，本文将以安卓系统为基础进行展开。通过体力活动研究相关文献体力活动测量信息的整理及拓展，设计获取用户体力活动、交通出行、手机使用等方面的信息（表1），并进一步对各类信息的数据基础和实现基础进行整理，即从哪些类型的数据中能够提取到这些信息、该数据基础能够基于何种资源和方法获取。

其中，体力活动相关信息通过手机集成的加速度计进行测量获取，能够支撑体力活动强度、持续时间、活动频率、活动类型等的分析挖掘；通过结合定位数据，能够发现用户日常活动区间、体力活动发生的时空间信息；通过集成网络问卷调研，能够收集两个方面的信息，一是收集设备离身时的中/高强度活动信息，作为客观测量的主观补充，一方面收集交通出行的信息，交通出行情况亦是体力活动一种可能的补充，同时，交通出行的区间也可能存在潜在的体力活动机会；屏幕监控的数据，是考虑当前时代背景下，用户依赖电子产品的行为对体力活动的影响，能够挖掘用户的一些不健康行为，如静态下玩手机、步行或搭乘地铁出行时使用手机等，作为一个可能的方向。

表1 信息类别及数据基础

3.3 关键技术

3.3.1 融合定位

百度定位SDK是基于百度地图进行定位的开发工具包，帮助开发者快速、精准地获取用户的位置信息。基于手机实现定位功能，需要使用手机本身的硬件模块和相关基础设施，根据不同的定位原理，可主要分为四种定位方式：GPS定位、WIFI定位、基站定位和离线定位，定位精度依次递减。

3.3.2 进程存活问题

APP端的核心功能是收集用户的加速度数据与定位数据等，由于数据获取频率高、采集周期长，要求进程需要长期、稳定地运行，以收集更高质量的数据。以安卓为例，在手机隐私和权限、续航等问题背景下，休眠机制和LMK机制等都会造成进程停止运行和被杀死。在实际研发时，几乎无法完全实现对APP进程的运行保障。因此，在此方面还需通过与手机厂商等进行合作，对相关科研活动开放白名单授权，从体制机制上突破。

四、结论与展望

健康城市背景下，居民的健康问题备受关注，体力活动被广泛证实与居民健康存在显著关系。同时，大量相关研究需要以体力活动的测量作为基础，但体力活动测量方法的发展仍滞后于体力活动研究。

本文提出的体力活动测量方法具备数据获取和技术实现的可能性，能够采集多维度、主客观结合的数据，有助于便捷地开展大范围、长周期的研究。采集到的加速度数据、定位数据等基础数据有着较高的数据价值，能够反映时空间信息、挖掘用户的日常活动行为信息和体力活动信息等，通过其经济性、便捷性和多维度刻画用户活动的能力，支撑相关体力活动研究的开展。

基于前述探讨，本文在以下几个方面进行展望：一是定位技术，未来在基础设施完善及定位算法发展的情况下，多模式融合的用户定位有望持续变得更加多样、节能和精细化。二是信息挖掘，在大数据、机器学习等技术发展支撑下，能够实现更多基于多维数据的用户精确活动信息挖掘。三是实现进程常驻，需要在运行机制上与相关厂商进行合作，在技术和策略等方面进行有效制定，使得在充分保障用户隐私的情况下，同时满足科研需要。四是支撑拓展研究，开展更多高精度、大范围、多主题的城市与健康相关领域的研究，譬如城市建设规划、传染病防控、定制化体力活动处方等。

参考文献

1. 许金富.基于科学知识图谱的我国体力活动研究热点透视[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2018,35(03):123-128.

2. 林政梅,王炎丽,许文鑫.国内外体力活动研究综述[J].福建师大福清分校学报,2018(02):110-118.

3. Casey B, Coote S, Donnelly A. Objective physical activity measurement in people with multiple sclerosis: a review of the literature[J]. Disability and Rehabilitation: Assistive Technology, 2018, 13(2): 124-131.

4. 王超. 中国儿童青少年日常体力活动推荐量研究[D]. 上海: 上海体育学院, 2013.