軍人體能的量化方法研究

鄧偉明

（特種作戰(zhàn)學(xué)院軍事體育法規(guī)教研室，廣東廣州510500）

●軍體理論與應(yīng)用

軍人體能的量化方法研究

鄧偉明

（特種作戰(zhàn)學(xué)院軍事體育法規(guī)教研室，廣東廣州510500）

目的：軍人體能在部隊(duì)的廣泛開(kāi)展和理論研究的深入發(fā)展，要求我們能對(duì)不同年齡、不同軍兵種的軍人的體能訓(xùn)練在狀況進(jìn)行比較、鑒別和評(píng)價(jià)，建立一種新的、適用范圍更廣泛的定量描述軍人體能狀況的計(jì)算方法。方法：基于現(xiàn)代軍事體育的生理學(xué)理論，運(yùn)用數(shù)學(xué)理論，利用容易測(cè)得的非入侵式的人體數(shù)據(jù)來(lái)建立軍事體能定量化的計(jì)算方法。結(jié)論：得到用心率和通氣量聯(lián)合的方式來(lái)對(duì)軍人體能進(jìn)行定量化描述的結(jié)果及相關(guān)性質(zhì)。

軍事體育；體能；心率

《軍事體育訓(xùn)練改革發(fā)展綱要（2015-2020年）》提出，到2020年，形成具有我軍特色、符合現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)特點(diǎn)規(guī)律、滿足能打仗打勝仗要求的軍事體育訓(xùn)練體系，基本實(shí)現(xiàn)軍事體育訓(xùn)練科學(xué)化、專業(yè)化和實(shí)戰(zhàn)化，官兵身心素質(zhì)滿足遂行多樣化軍事任務(wù)需要。我們知道，軍人在作戰(zhàn)過(guò)程中通過(guò)攀、爬、跑、跳、投、搬運(yùn)、裝填、挖掘、負(fù)重、格斗、刺殺和操作各種形式的武器裝備進(jìn)行發(fā)射、射擊等各種戰(zhàn)斗技能動(dòng)作，來(lái)完成各種軍事任務(wù)，達(dá)到消滅敵人，保存自己的目的。此過(guò)程需消耗大量的體能。各軍兵種有不同任務(wù)，據(jù)稱全軍部隊(duì)和武警有1500多個(gè)不同的作戰(zhàn)技術(shù)兵種。就我國(guó)陸軍來(lái)說(shuō)，現(xiàn)已發(fā)展成機(jī)械化步兵、摩托化步兵、山地步兵、裝甲兵、防空兵、陸軍航空兵、工程兵、通信兵、防化兵、電子對(duì)抗兵、偵察兵、測(cè)繪兵和汽車兵等多種專業(yè)兵種的合成軍種。各自的作戰(zhàn)任務(wù)不同，對(duì)崗位專業(yè)體能的要求也不同，如何衡量軍人的體能需求？當(dāng)然我們依然可以用傳統(tǒng)的軍事體育測(cè)驗(yàn)的方法，如測(cè)試速度、力量、耐力等等來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)；可用現(xiàn)代《軍人體能標(biāo)準(zhǔn)》中基礎(chǔ)體能和專業(yè)體能的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)；也可從生理效應(yīng)和生化指標(biāo)的角度來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。但是隨著體能訓(xùn)練在部隊(duì)的廣泛開(kāi)展和軍事體育理論研究的不斷深入發(fā)展，加快軍事體育訓(xùn)練改革、提高軍事體育訓(xùn)練水平，對(duì)推進(jìn)實(shí)戰(zhàn)化軍事訓(xùn)練、打贏信息化局部戰(zhàn)爭(zhēng)具有基礎(chǔ)性作用。我們要求能對(duì)不同專業(yè)軍種兵種的軍人的體能狀況進(jìn)行定量化的比較、鑒別和評(píng)價(jià)，如電子對(duì)抗兵和工程兵，通信兵和炮兵，他們的任務(wù)完全不同，體力消耗大不相同，腦力消耗更不同，心理應(yīng)激緊張程度也不同，如何評(píng)判這種差別，能否建立一種新的、適用范圍更廣的描述軍人體能狀況的指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)分析，我們運(yùn)用現(xiàn)代的運(yùn)動(dòng)生理學(xué)、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)和現(xiàn)代有關(guān)的數(shù)學(xué)等理論，試圖建立一種定量化的方法，來(lái)描述和定量化軍人的體能狀況。

1 體能的定量化研究方法

HR&MV法（Heart Rate and Minute Ventilation）是利用我們現(xiàn)在常用的數(shù)據(jù)來(lái)建立體能定量化計(jì)算方法。我們知道經(jīng)常進(jìn)行軍事體育鍛煉或體能訓(xùn)練，可促使人體心血管系統(tǒng)的形態(tài)、機(jī)能和調(diào)節(jié)能力產(chǎn)生良好的適應(yīng)性，從而提高人體的工作能力。由于心率是反映人體的心臟機(jī)能，所以在耐力的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中經(jīng)常用心率指標(biāo)來(lái)控制運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。如卡爾森等［1］提出的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度心率測(cè)定方法，目的在于用心率控制在不同狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度而獲得良好的訓(xùn)練效果。

另一方面，人體運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體代謝加強(qiáng)，呼吸系統(tǒng)也將發(fā)生一系列的變化，以適應(yīng)機(jī)體代謝的需求和保證戰(zhàn)斗技術(shù)動(dòng)作的順利完成。運(yùn)動(dòng)時(shí)隨著強(qiáng)度的增大，機(jī)體為適應(yīng)代謝的要求，需要消耗更多的氧和排出更多的二氧化碳。通氣機(jī)能發(fā)生相應(yīng)的變化，具體表現(xiàn)為呼吸加深、加快，肺通氣量增加。運(yùn)動(dòng)時(shí)的通氣量可從安靜時(shí)的每分鐘6～8 L/min增加到80～150 L/min。

因此，我們考慮用心率和通氣量聯(lián)合的方式來(lái)對(duì)體能進(jìn)行定量化描述。設(shè)心率隨時(shí)間變化的序列為X（t），通氣量隨時(shí)間變化的序列為Y（t），安靜時(shí)的心率為x0，安靜時(shí)的通氣量為y0，在時(shí)間段［t1，t2］（t1≤t2）內(nèi)表現(xiàn)的軍人體能為P，定義

式中t1，t2表示運(yùn)動(dòng)之間的時(shí)刻。

式中的軍人體能P，是一個(gè)非量綱的值，我們可以給它命名一個(gè)單位，規(guī)定：以1 min的采樣間隔，用“pf”表示其單位（注：pf為physical fitness的縮寫(xiě)）。

2 體能的定量化計(jì)算方法

上式（1）只給出了軍人體能的量化的定義和計(jì)算方法，為了更清楚理解，下面我們給出一個(gè)具體的例子，展示其計(jì)算過(guò)程。

例1：設(shè)某作戰(zhàn)人員，安靜時(shí)的心率為62次/ min，通氣量為7.5 L/min，測(cè)得在某次演習(xí)中的心率如下，采樣頻率為30 s，總共用時(shí)46 min。

X（t）=｛118，128，130，132，117，110，113，115，112，118，133，139，138，133，130，133，143，142，126，122，119，127，128，126，130，121，132，120，115，113，113，118，123，121，141，147，135，142，145，142，141，158，153，160，155，157，159，150，148，141，142，134，130，133，136，143，146，152，151，143，145，146，137，129，132，132，145，163，157， 170，158，171，161，167，172，164，163，155，171，161，155，159，155，146，140，154，150，142，151，141，134，131｝

Y（t）=｛81.041，84.694，85.497，81.666，75.57，65.575，55.04，47.658，42.159，42.676，44.965，49.152，45.788，43.494，45.787，47.705，47.226，41.495，34.071，29.241，28.22，30.473，29.371，27.448，26.078，26.585，28.269，31.016，30.84，30.311，28.59，31.7，40.557，59.275，65.025，58.618，48.952，46.211，44.415，39.526，47.71，59.652，77.732，74.045，67.813，62.973，75.638，86.387，95.441，94.43，93.708，85.215，74.199，70.403，82.27，92.316，105.116，102.96，97.297，87.62，79.054，72.381，67.694，67.053，79.75，91.67，102.287，99.321，97.898，97.177，102.795，106.543，111.622，114.488，115.313，115.412，116.592，119.032，117.957，111.987，103.617，95.037，88.002，90.741，93.771，103.095，102.249，107.516，105.737，102.011，91.224，82.543｝

為了解決量綱問(wèn)題，我們首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初值化處理。即按如下公式進(jìn)行

式中x0，y0表示安靜時(shí)的值。

則有

X′（t）=｛0.9032，1.0645，…，1.1129｝

Y′（t）=｛9.8055，10.2925，…，10.0057｝

現(xiàn)在直接按下式計(jì)算

得到，P=791.3692。這是一個(gè)非量綱的值，我們前面給它命名了一個(gè)單位，規(guī)定：以1 min的采樣間隔，根據(jù)式（2）和（3）計(jì)算得到的值，用“pf”表示單位。那么就得到了換算關(guān)系，30 s表示采樣間隔，計(jì)算得到的體能值就應(yīng)乘以1/2，同理，15 s采樣間隔，計(jì)算得到的體能值就應(yīng)乘以1/ 4，5 s采樣間隔，計(jì)算得到的體能值就應(yīng)乘以1/ 12，2 min的采樣間隔計(jì)算得到的體能值就應(yīng)乘以2。一般地，采樣的間隔為秒，計(jì)算得到的體能值就應(yīng)乘以。因此體能的定義（1）式，就應(yīng)乘上因子，改為

統(tǒng)一了單位，計(jì)算出的體能值就有可比性了。那么例1中的戰(zhàn)斗員的體能值

P=791.3692×0.5=395.6846（pf）。

每名戰(zhàn)斗員的體能值可以進(jìn)行橫向比較，甚至推廣到班、排等更大范圍作評(píng)價(jià)對(duì)比。

這只是給出了單個(gè)作戰(zhàn)人員在這46 min內(nèi)的體能值，如果有多個(gè)作戰(zhàn)人員在相同時(shí)間內(nèi)的測(cè)試數(shù)據(jù)，就可進(jìn)行比較大小了。

但是實(shí)際情況可能并非那么簡(jiǎn)單，有同一名軍人或不同的軍人，在不同時(shí)段要完成不同的軍事任務(wù)。因此，必須討論體能量化公式的性質(zhì)，能作何種級(jí)別的運(yùn)算，如大小的傳遞性、可加性、平均值、變化率等等。下面我們進(jìn)一步討論。

3 體能的定量化公式的性質(zhì)

3.1 體能平均值

3.2 體能的可加性

設(shè)為tc區(qū)間［a，b］上的任一點(diǎn)，即ta≤tc≤tb，根據(jù)定義有

這個(gè)性質(zhì)表明，體能在不同時(shí)間的區(qū)間上具有可加性。

例2：我們把上例中數(shù)據(jù)分為兩部分，比如分為前30 min和后16 min。分別按（4）式計(jì)算得P1=205.1084，P2=190.5762，則有P1+P2= 205.1084+190.5762=395.6846=P。

3.3 體能的變化率

我們進(jìn)一步對(duì)式（4）討論。設(shè)任意時(shí)刻t的體能值為P（t），顯然這是一個(gè)關(guān)于時(shí)間變量t的函數(shù)，

4 結(jié)論與展望

軍事體育在部隊(duì)的廣泛開(kāi)展和理論研究的深入發(fā)展，要求我們能對(duì)不同年齡，不同專業(yè)軍種兵種的軍人的體能狀況進(jìn)行比較、評(píng)價(jià)，希望建立一種新的，適用范圍更廣泛的定量描述軍人體能狀況的計(jì)算方法。通過(guò)我們的初步研究，這種計(jì)算方法是從數(shù)學(xué)上分析是可行的，并獲得了一些基本的性質(zhì)或推論。

4.1 我們又利用容易獲得的數(shù)據(jù)，即用心率和通氣量聯(lián)合的方式來(lái)對(duì)體能進(jìn)行定量化計(jì)算，得到了可信的結(jié)果，能滿足比較、評(píng)價(jià)的要求。本文的例子只是針對(duì)單兵而言，當(dāng)然還可進(jìn)一步推廣到班、排、連、營(yíng)等分隊(duì)的體能評(píng)價(jià)中，這不在本文討論之列。

4.2 從原理上講，除用心率和通氣量聯(lián)合的方式外，同樣也可用其它相對(duì)獨(dú)立的指標(biāo)體系來(lái)對(duì)體能進(jìn)行定量化計(jì)算。

4.3 本文是用兩個(gè)指標(biāo)建立的定量化計(jì)算，事實(shí)上，還可根據(jù)需要，建立多個(gè)（k個(gè)）指標(biāo)體系，對(duì)體能進(jìn)行定量化的計(jì)算。方法完全類似，推而廣之即可得到。

4.4 我們?cè)诮o出軍人體能量化定義后，還進(jìn)一步得到了一些相關(guān)性質(zhì)。如體能的平均值、變化率的計(jì)算以及具有的可加性等性質(zhì)，為下一步深入的理論研究奠定了基礎(chǔ)。

當(dāng)然，給軍人體能一個(gè)定量化的描述，這只是初步的探討，想起到一個(gè)拋磚引玉作用，還有大量的工作需要繼續(xù)完成，還存在種種不足和錯(cuò)誤，歡迎大家提出批評(píng)意見(jiàn)，以后我們將進(jìn)一步展開(kāi)研究，逐步完善它。

［1］王瑞元.運(yùn)動(dòng)生理學(xué)［M］.北京：人民體育出版社，2002.

Study on Quantitative Methods for Servicemen′s Physical Fitness

DENG Wei-ming
（Teaching and Reseach Office of Military Sport Laws，Special Operations Academy，Guangzhou 510500，China）

With the development of study and wide spread of the military physical fitness training in troops，we should build a set of new approach and widely applying physical fitness assessment method for soldiers.Methods：It can be used with measurement，comparison and assessment of physical fitness for various ages and special soldiers.It is based on modern military sports theories，exercise physiology，mathematics and utilizing body′s data from non-intrusive measurement.Conclusions：With servicemen′s physical fitness we get a quantitative descriptive result and a set of relative dependency for utilizing HR and MV.

military sport；physical fitness；HR

G80-32

A

1671-1300（2016）03-0004-04

2016-01-10

鄧偉明（1964—），男，四川遂寧人，教授。研究方向：軍事體育法規(guī)。