“人工智能+大數(shù)據(jù)”技術在運動戒毒工作中的運用

賈東明，孫 飆

2018年6月，中國司法部提出“以運動戒毒為引領，構建中國的戒毒體系”的核心目標。 2019年6月，司法部戒毒管理局與中國體育科學學會在司法部簽署運動戒毒戰(zhàn)略合作框架協(xié)議。合作雙方將高標準共建中國運動戒毒創(chuàng)新研究中心，建設世界一流的運動戒毒專家?guī)欤罱ǜ邔哟?、高水平學術交流平臺，加強運動戒毒專業(yè)人才職業(yè)技能培訓，加快運動戒毒理論研究與實踐成果的轉化。2019年11月，南京第十一屆全國體育科學大會開設“運動戒毒”研究領域分論壇，為我國司法行政運動戒毒工作提供了理論支持和科學指導。

目前“運動戒毒”工作已經(jīng)成為司法行政戒毒工作的新內容，對其進行整理和規(guī)范已經(jīng)勢在必行。全國運動戒毒工作主要由“康復訓練中心”負責，開展得很熱烈，亮點紛呈，但大多局限于各地的“地方特色”，如編排體能康復操、太極拳、健身項目等[1]。在實際運行過程中，研究發(fā)現(xiàn)，康復訓練中心運用國民體質監(jiān)測進行體質綜合評定的過程中會出現(xiàn)數(shù)據(jù)不能兼容的問題。不同的設備測試后的數(shù)據(jù)無法進入統(tǒng)一的綜合平臺并形成一份科學完整的報告。另外，訓練與評價、人數(shù)與場地器材嚴重不足的矛盾突出，康復訓練工作的最后一環(huán)——智能化數(shù)據(jù)處理和出具科學運動處方問題這一瓶頸，尚沒有得到有效解決。

“人工智能+大數(shù)據(jù)”結合“科學運動康復訓練”手段，屬于科學戒治手段創(chuàng)新，使戒毒人員通過運動干預、康復訓練，正確意識到成癮行為的成因及危害，發(fā)揮主觀能動作用，培養(yǎng)良好的生活習慣，改善精神狀況，從生理和心理上擺脫毒癮，堅定戒毒成功的決心，同時可以有效助力專業(yè)民警快速分析、精準決策、提高戒毒人員的操守率。

1 “人工智能+大數(shù)據(jù)”簡介

2018年10月底，中共中央政治局第九次集體學習時強調：“人工智能是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅動力量，加快發(fā)展新一代人工智能是事關我國能否抓住新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革機遇的戰(zhàn)略問題。要深刻認識到加快發(fā)展新一代人工智能的重大意義，加強領導，做好規(guī)劃，明確任務，夯實基礎，促進其同經(jīng)濟社會發(fā)展深度融合，推動我國新一代人工智能健康發(fā)展?！?/p>

1.1 “人工智能”的定義及特點

人工智能（Artificial Intelligence，AI），它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的一門新的技術科學。人工智能是計算機科學的一個分支，它企圖了解智能的實質，并生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式做出反應的智能機器，人工智能研究的一個主要目標是使機器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復雜工作。

1.2 人工智能與大數(shù)據(jù)的關系

人工智能、大數(shù)據(jù)屬于數(shù)據(jù)技術范疇，數(shù)據(jù)技術另外還包括數(shù)據(jù)科學、機器學習等內容。

人工智能的發(fā)展，需要大數(shù)據(jù)的支持，人工智能是一種在大數(shù)據(jù)世界中指引方向和收集規(guī)律的方法。人工智能可以超越人類傳統(tǒng)方式來處理大數(shù)據(jù)集，機器通過強大的邏輯運算能力，生成對抗網(wǎng)絡、替代型的遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡以及新膠囊網(wǎng)絡，進行深度迭代學習，做出預測及決策。為人工智能系統(tǒng)提供更多數(shù)據(jù)時，它會變得更聰明，這非常適合于識別隨時間變化的異常，例如更多的歷史數(shù)據(jù)被饋送到貝葉斯算法里，其預測結果變得更準確[2]。

1.3 “人工智能+大數(shù)據(jù)”的應用

該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等，具體運用在三個方面。

1.3.1 智能化的數(shù)據(jù)、信息處理決策鏈條

面對互聯(lián)網(wǎng)的海量數(shù)據(jù)，先用機器人進行信息收集；后臺算法自動匹配圖表、圖片或視頻；結合AI追蹤有價值的新聞信息，最終生成選題決策。例如寫稿機器人以及2017年12月26阿里巴巴發(fā)布的中國第一個媒體人工智能平臺“媒體大腦”，正是運用人工智能技術由機器智能生產(chǎn)新聞的成功代表，“媒體大腦”能夠“提供基于云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能（AI）等技術的八大功能，覆蓋報道線索、策劃、采訪、生產(chǎn)、分發(fā)、反饋等全新聞鏈路”[3]。

1.3.2 算法與異常檢測、機器學習與人機協(xié)作

將動態(tài)數(shù)據(jù)在后臺實施行為監(jiān)測、特征畫像和機器學習，依托于差異化的算法進行智能判定，包括標識不符合預期模式的識別數(shù)據(jù)項、事件或觀測，或數(shù)據(jù)集中的其它項。異常檢測可以識別諸如銀行欺詐、故障檢測、系統(tǒng)健康監(jiān)測、傳感器網(wǎng)絡和生態(tài)系統(tǒng)干擾等[4]。機器人使用智能控制技術、高性能傳感器和先進的軟件技術，可以協(xié)作生產(chǎn)，使以往困難的、一直都手動完成的轉換成自動化生產(chǎn)，例如在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)中涉及到的焊接、裝配、打磨、檢測等復雜的工序過程。

1.3.3 精準對象：用戶畫像與興趣標簽、人機對話和定制化交互

用戶畫像是根據(jù)對象用戶表現(xiàn)出來的行為以及社會屬性、生活習慣等，揭示其背后的特征，為決策過程提供信息基礎，指導產(chǎn)品服務研發(fā)和應用，興趣標簽則便于歸類檢索。數(shù)據(jù)上看，對象用戶存在標注數(shù)據(jù)有誤，特征數(shù)據(jù)稀疏，類別不平衡等問題。因此需要對大量已存案例樣本的基本行為特征數(shù)據(jù)建模，對其他用戶畫像維度的進行預測，數(shù)據(jù)源不同，標簽體系不同。好的模型，除了算法本身外，數(shù)據(jù)質量，數(shù)據(jù)預處理，特征工程等方面也很重要。借助自然語言處理和語義分析等功能，微軟小冰、小i機器人等解決方案已經(jīng)在電子商務、智能家電、客戶服務等領域得以應用[5]。

2 “人工智能+大數(shù)據(jù)”康復訓練平臺

按照司法部的要求，強制隔離戒毒場所需要對戒毒人員進行體質測試、體質分析，開展理論教學，制定集體訓練計劃、開具個體運動處方，并對測試和訓練場地以及訓練設備做了具體安排。但是所內戒毒人員人數(shù)較多，民警為每人制定訓練計劃，并根據(jù)體質恢復情況定時調整計劃，工作量巨大。而且戒毒人員存在特殊群體，身體狀況差異大，需要有很強的針對性訓練計劃，使得專職干警培訓投入成本較高。另外，場所訓練內容較單一，缺乏系統(tǒng)性和針對性，戒毒人員訓練目標不明確、積極性不高，以及運動器械使用計劃單一，功能性訓練不全，運動康復計劃參差不齊等問題普遍存在。

將“人工智能+大數(shù)據(jù)”技術運用到強制隔離戒毒人員“身體康復訓練平臺系統(tǒng)”，針對戒毒所中的不同人群，如身體狀況一般人群、身體狀況不佳人群，病殘人群，以及興趣人群，為所內不同人群戒毒人員提供健康大數(shù)據(jù)應用服務，根據(jù)人群特殊性與風險進行針對性體質監(jiān)測、體質評估，定制化運動處方、運動干預、生命體征風險監(jiān)控、體況數(shù)據(jù)分析診斷等一系列健康管理服務，結合大數(shù)據(jù)分析、智能設備、智能管理系統(tǒng)，幫助戒毒人員快速高效分析體質狀況、精準決策、個性化服務。

2.1 “人工智能+大數(shù)據(jù)”康復訓練信息化鏈

“人工智能+大數(shù)據(jù)”康復訓練平臺系統(tǒng)由五大模塊組成，彼此構成信息化鏈。

2.1.1 大數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊

對使用者，群體或個人群進行標識與實時監(jiān)控追蹤，顯示屏一側裝有高清人臉識別攝像頭，可完成人臉識別及動作捕捉功能，后臺按照優(yōu)化模型算法進行分析，將動作數(shù)據(jù)和生理數(shù)據(jù)提交至主機。

2.1.2 智能終端模塊

大型群體場所可通過人機交互智能大屏，家用或個人可使用手機端APP，通過人臉識別自動匹配康復訓練方案，進行運動指導與訓練。個體可配備智能手環(huán)，進行運動檢測，風險預警。大型群體運動場所配備智能器械，可與大數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊實時生理指標數(shù)據(jù)傳輸分析，提升運動訓練康復效能。以場所中的力量訓練器為例，通過WiFi互聯(lián)技術，將力量訓練器接入網(wǎng)絡；利用人臉識別技術對個人進行身份認證，并且獲取力量訓練器的數(shù)字化運動處方，指導個人進行訓練：利用傳感器感知力量訓練過程中的參數(shù)如實際負荷、做功、功率等，將訓練結果上傳至大數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊并且保存。

2.1.3 運動康復系統(tǒng)模塊

核心模塊，由國家級運動康復學專家隊伍針對使用者體質及心理特征，研發(fā)3,000套運動訓練康復訓練方案及運動處方，人工智能算法進行裂變式分發(fā)。訓練方案及運動處方制定流程主要包括一般調查、醫(yī)學檢查、運動實驗與評價、制定運動處方以及在運動處方訓練過程中進行監(jiān)督、運動處方的調整等幾個階段。一般調查主要是用來了解健身者的基本運動狀況和健康狀態(tài)；醫(yī)學檢查主要包括心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、運動系統(tǒng)等身體檢查；運動實驗與評價主要評定心肺等功能以及運動狀況，為運動處方的制定提供重要的依據(jù)。在全面的了解健身者的身體狀況之后，由專家制定出科學化的運動處方。其內容包括運動的種類、強度、時間、頻率、進度以及注意事項等。其中運動種類包括有氧運動：步行、慢跑、上下樓梯、劃船等，也可由跑步機、動感單車、劃船器、攀登臺階機等有氧訓練器械上完成；力量訓練：被動運動、助力運動、主動運動和抗阻力運動等，可由場所內的部分力量訓練器械完成訓練；伸展運動和健美操：保健體操、氣功、太極拳等。

2.1.4 管理平臺模塊

群體場所使用，提供管理人員移動式管理平臺，包括使用人員風險預警、數(shù)據(jù)分析、訓練報告，實施運動康復計劃的出具和打印。個人使用可通過手機 APP界面進行操作，自行調整時間和參數(shù)設置，數(shù)據(jù)保存等功能，實現(xiàn)人機交互。

2.1.5 智慧物聯(lián)網(wǎng)模塊

物聯(lián)網(wǎng)技術是未來智慧運動康復的核心，其實質是通過將傳感器技術、RFID技術、無線通信技術、數(shù)據(jù)處理技術、網(wǎng)絡技術、視頻檢測識別技術、GPS技術等綜合應用于整個康復訓練管理體系中進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡技術，從而建立起實時、準確、高效的實時控制和管理系統(tǒng)。

2.2 解決方案

“人工智能+大數(shù)據(jù)”康復訓練平臺系統(tǒng)是針對戒毒人員基礎測試和運動康復開發(fā)的智能管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)適用于現(xiàn)有的戒毒場所康復訓練中心，擁有建立戒毒人員個人信息電子檔案，構建戒毒人員體質健康數(shù)據(jù)模型，分析戒毒人員體質測試成績數(shù)據(jù)，自動匹配針對性課程，互動指導戒毒人員訓練，實時反饋數(shù)據(jù)與風險監(jiān)控預警，持續(xù)追蹤戒毒人員大數(shù)據(jù)軌跡等多項功能。該平臺系統(tǒng)的運行流程見圖1。

3 “人工智能+大數(shù)據(jù)”康復訓練平臺的優(yōu)勢

與“傳統(tǒng)康復訓練工作”相對比，“人工智能+大數(shù)據(jù)”康復訓練平臺在檢測評估、指導訓練、風險預警、運動處方、場地利用等方面具有較大優(yōu)勢。見表1。另外，在運動處方庫、智能算法和智能終端物聯(lián)三方面具有“傳統(tǒng)康復訓練工作”無法比擬的優(yōu)勢。

3.1 運動處方庫

由運動醫(yī)學、心理學、營養(yǎng)學、訓練信息論、醫(yī)療體操、運動訓練學、體能訓練、統(tǒng)計學、計算機信息學等多學科支撐來共同完成，進行處方數(shù)據(jù)庫的建立。所采用訓練動作由運動醫(yī)學博士在國家體育總局指導運動員訓練動作基礎上進行調整，訓練動作數(shù)量約為3000種，涵蓋了人體形態(tài)矯正、人體機能恢復、人體素質提高所需要的力量、速度、耐力、柔韌、協(xié)調平衡、反應靈敏相關的所有動作，實施過程嚴格按照運動醫(yī)學、康復體育、臨床醫(yī)學、運動訓練學等學科的要求進行，權威性、科學性和安全性較強。數(shù)據(jù)庫在對戒毒人員生命體征進行分析后，制定出涵蓋了徒手、小器械、固定大器械的具有安全性和針對性的運動處方。

圖1 人工智能+大數(shù)據(jù)”康復訓練平臺系統(tǒng)流程圖

3.2 AI智能算法

將先進的強化學習等人工智能方法與傳統(tǒng)的運籌學優(yōu)化算法、近似求解算法結合在一起，構建了業(yè)界領先的運動康復訓練系統(tǒng)。可根據(jù)戒毒人員身體狀況做出精準判斷和完美匹配運動處方。“云平臺”終端助力戒毒所數(shù)據(jù)歸檔和接收，搭載領先的深度學習算法，逐步實現(xiàn)歸檔方式從傳統(tǒng)人工操作向大數(shù)據(jù)安全化、自動化、精細化轉變。為戒毒所提供精準人臉檢測、人臉識別、生物活體檢測、運動軌跡識別等線下場景常見功能，能夠實現(xiàn)戒毒人員人機交互，有利于提高學員鍛煉積極性。

3.3 智能終端物聯(lián)

利用智慧物聯(lián)網(wǎng)，全方位把控戒毒人員各終端接觸信息，更準確監(jiān)測數(shù)據(jù)，為戒毒模式創(chuàng)新提供新的工具和手段，包括戒毒人員智能手環(huán)及其他可穿戴設備。如智能化可穿戴設備，通過感知人體運動過程中的生理特征變化，如心率、血壓、呼吸速度、實時的掌握運動者的運動情況、生理安全等，及時調整執(zhí)行機構的控制參數(shù)，防止健身者出現(xiàn)過度疲勞和運動損傷，主動保護健身者的運動安全。見表1。

表1 與“傳統(tǒng)康復訓練工作”對比表

4 “人工智能+大數(shù)據(jù)”康復訓練平臺的應用

目前，國內多家戒毒所在“運動戒毒”工作中都試點了“康復訓練智能管理系統(tǒng)”，2019年6·26國際禁毒日，司法部在云南昆明舉辦國際戒毒論壇，以“戒毒新技術新方法——以科學運動戒毒為試點”主題，為全世界介紹中國特色智慧戒毒方法，重點展示了南京和廣州科技研究團隊的“智慧運動康復管理系統(tǒng)”的運行和實踐效果。同時，該團隊還將智能機器人運用到“運動戒毒”智慧訓練平臺當中，極大地方便了受訓人員，可隨受訓人員自由移動，有效解決訓練空間跨度過大，場所健身設備不便移動的問題。通過“人工智能”對戒毒人員這一特殊群體的測試指標大數(shù)據(jù)的積累分析和不斷迭代學習更新，用于指導運動戒毒工作，我國毒品戒治模式必將更加科學，更加完善。