山西省國民體質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化平臺的設(shè)計與應(yīng)用

劉 姝 ，楊 喆，劉 珂

(1.山西省體育科學研究所 群眾體育研究室，山西 太原 030012；2.太原日報報業(yè)集團 太原新聞網(wǎng)，山西 太原 030002)

0 前言

截至目前我國已完成了4次全國31個省(區(qū)、市)覆蓋全國的國民體質(zhì)監(jiān)測工作，建立了中國人的國民體質(zhì)數(shù)據(jù)庫[1]，為國家科學制定群眾體育事業(yè)發(fā)展規(guī)劃、全面掌握我國國民體質(zhì)動態(tài)變化規(guī)律，制定有關(guān)法律法規(guī)提供相關(guān)的依據(jù)。山西省歷次國民體質(zhì)監(jiān)測是我國國民體質(zhì)監(jiān)測工作不可或缺的部分。近20年來，山西省參與完成了我國歷次國民體質(zhì)監(jiān)測工作，建立了山西省國民體質(zhì)數(shù)據(jù)庫，積累了山西省國民體質(zhì)的重要原始數(shù)據(jù)文獻，為我省今后深入開展國民體質(zhì)研究工作夯實了基礎(chǔ)。國民體質(zhì)監(jiān)測的測試對象來源于民，國民體質(zhì)監(jiān)測的研究結(jié)果反饋應(yīng)用于民。通過全國覆蓋31個省(區(qū)、市)、每5年一次的體質(zhì)監(jiān)測工作，有關(guān)部門把握了我國國民體質(zhì)動態(tài)變化規(guī)律，為國家制定改善國民體質(zhì)的相關(guān)政策、全面發(fā)展我國群眾體育事業(yè)、提供數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。歷次體質(zhì)監(jiān)測結(jié)果被作為評價健康中國建設(shè)成效和團體、地方評估、制定全民健身計劃執(zhí)行效果的數(shù)據(jù)支撐和重要指標體系。

可視化(Visualization)是研究數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)表達、決策分析等相關(guān)系列問題的綜合性技術(shù)，是利用圖像處理技術(shù)和計算機圖形學，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖像或圖形顯示在屏幕上，再進行交互處理的方法、理論和技術(shù)。近年來，隨著人工智能的興起，以數(shù)據(jù)為工具，以可視化為手段，描述真實的數(shù)據(jù)內(nèi)涵,在各類報表和說明性文件中有諸多應(yīng)用。一個設(shè)計制作科學、操作便捷的可視化數(shù)據(jù)，可以把繁雜無序的數(shù)據(jù)從冰冷的數(shù)字轉(zhuǎn)換成直白簡潔的圖形，帶給使用者不僅僅是視覺上的沖擊，還能夠揭示蘊含在數(shù)據(jù)中的發(fā)展變化規(guī)律和現(xiàn)狀事實，還包涵有發(fā)現(xiàn)、探索、分析、解釋、學習和決策等諸多含義。數(shù)據(jù)可視化的最終目標是為了更好地促進行動，用直觀的圖表展現(xiàn)數(shù)據(jù)，讓制定政策和行動的決策者看懂數(shù)據(jù)、使用數(shù)據(jù)。

20世紀90年代，國家體育總局就著手開始構(gòu)建國民體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，歷經(jīng)約5年的持續(xù)努力，于2000年成功地進行了我國第一次國民體質(zhì)監(jiān)測工作，這項工作的開展，是我國國民體質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)建立的標志，同時出臺的《國民體質(zhì)監(jiān)測工作規(guī)定》，從法規(guī)上保證監(jiān)測工作以“每5年為一個周期”的開展工作，定期向社會公布監(jiān)測結(jié)果。將國民體質(zhì)運用科學的方法作為國家重要的資源加以運用和管理，是國民體質(zhì)監(jiān)測工作為國家建設(shè)和經(jīng)濟服務(wù)的重要舉措。從2000年至2020年第一到第五次國民體質(zhì)監(jiān)測工作的相繼順利開展，標志著國民體質(zhì)監(jiān)測工作的近一步完善。

“健康中國2030”規(guī)劃綱要的目標要求是，到2030年，城鄉(xiāng)居民達到《國民體質(zhì)測定標準》合格以上的人數(shù)比例92.2%、經(jīng)常參加體育鍛煉人數(shù)為5.3億。為使更多的人尤其是制定群眾體育工作的決策者直觀、簡捷地掌握我省11個地市的國民體質(zhì)現(xiàn)狀、水平、變化趨勢及與“健康中國2030”規(guī)劃綱要所要求的健康水平和健康生活的差距，本研究將我省成年人的國民體質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)以山西省地圖為載體，將11個地市不同年齡、不同性別、不同體質(zhì)測試指標以可視化方式展現(xiàn)出來，使國民體質(zhì)監(jiān)測結(jié)果的呈現(xiàn)更客觀、直觀，更具說服力。

1 研究人群

國民體質(zhì)監(jiān)測工作規(guī)定成年人20～39歲為成年甲組，40～59歲為成年乙組，成年人甲乙組的國民體質(zhì)測定指標略有差異。成年人既是社會的中流砥柱，也是體質(zhì)水平呈現(xiàn)下滑的薄弱群體[2]。以2005年、2010年、2014年三次國民體質(zhì)監(jiān)測中山西省11個地市成年人的國民體質(zhì)監(jiān)測結(jié)果為研究對象。2005年為16 893人，2010年為30 155人，2014年為30 165人。研究對象的測定評價指標見表1.

表1 各組別國民體質(zhì)測定評價指標一覽表Table 1 Evaluation index of the people's fitness measurement in different groups

2 研究步驟

2.1 國民體質(zhì)測試值得分分值的計算

《國民體質(zhì)測定標準》[3]1是我國首次建立的涵蓋四個年齡段人群(幼兒組、兒童青少年組、成年人、老年人)的體質(zhì)測定標準。該標準是運用科學的方法將國民個體的身體形態(tài)、身體機能和身體運動素質(zhì)等進行測量與評價，針對性指導(dǎo)全民健身活動的科學開展，充分發(fā)揮體育運動在增強人民體質(zhì)中的地位和作用。該標準于2003年由國家體育總局發(fā)布實施，至今一直延用。

每一個測試對象完成一個指標的測試后，會得到這個指標的測試值；根據(jù)被測對象的年齡、性別、測試指標，查詢《國民體質(zhì)測定標準》，測試值落在哪個得分值的區(qū)域內(nèi)，就是該測試的得分值。同理，一個省市、地區(qū)、團體根據(jù)被測對象的年齡、性別、測試指標的平均值，查詢《國民體質(zhì)測定標準》可以獲得相應(yīng)的顯示其水平的得分值。國民體質(zhì)測定指標包含身體形態(tài)指標2項、身體機能2項、身體素質(zhì)7項，身高體重采用其派生指標BMI來分析身體形態(tài)的變化特征。按照我國頒布的BMI評價標準執(zhí)行：BMI<18.5為“體重過輕”，18.5≤BMI<23.90為“體重正常”，24.0≤BMI<27.90為“超重”，BMI≥28.0為“肥胖”[4-5]?！秶耋w質(zhì)測定標準》中身體機能和身體素質(zhì)各指標的單項得分采用五等級評價，為5級評分法，分別為1分、2分、3分、4分、5分，評分值越大則越好。所在的等級為被評價者(個人、團體、區(qū)域、地市等)某項體質(zhì)測試指標在整體(整體指被評價者所在的性別和年齡段人群)中的水平?，F(xiàn)行的5等級評分是根據(jù)百分位數(shù)法制定，分值范圍比較寬泛，某些單項指標的得分分值段高限值高于低限值約25%.例如女子30～34歲組肺活量2分值的范圍為1 782～2 339 mL，高限值與低限值之差為557 mL，約24%；男子30～34歲組肺活量4分值的范圍為3 875～4 544 mL，高限值與低限值之差為669 mL，約15%[3]60.考慮到人體身體形態(tài)、身體機能和身體素質(zhì)指標在現(xiàn)實運用中的特點，我國現(xiàn)行的《國民體質(zhì)測定標準》在制定中對身體機能、身體素質(zhì)單項指標評分規(guī)定了最低限制線：即身體機能、身體素質(zhì)指標的測試值小于第3百分位數(shù)則不給與評分[1]，以鼓勵被測者在測試中竭盡全力發(fā)揮自身真實能力。為準確、客觀地掌握我省11個地市的成年人的整體體質(zhì)和單項體質(zhì)指標的水平，及時發(fā)現(xiàn)某些身體機能和身體素質(zhì)指標潛在短板和提升的潛力，本研究在參照《國民體質(zhì)測定標準》5分制的基礎(chǔ)上，將機能和素質(zhì)指標分值細化，增加了0.5的分值段：若體質(zhì)測試值高于A得分區(qū)域高限和相鄰B得分區(qū)域值低限均不足3%，在A得分值的基礎(chǔ)上加0.5分。以肺活量指標為例，表2中“均值”為該市該指標某年齡段的平均值，“分值”為該指標對照《國民體質(zhì)測定標準》的得分值。

表2為2005年山西省部分城市、部分年齡段成年男子肺活量的平均值。以長治市為例，2005年長治市男子20～24歲組肺活量的均值為3 492 mL;查閱《國民體質(zhì)測定標準》成年人手冊，成年男子20～24歲肺活量3 465～3 984 mL，得分為3分[2]，2 848～3 464 mL，得分為2分，測試值3 492落在3 465～3 985 mL 之間的3分值區(qū)域內(nèi)；該值僅比3分區(qū)域低限3 465 mL高27 mL，比2分區(qū)域高限3 464 mL低28 mL，均不足3%，故將該測試值得分規(guī)定為2分+0.5分=2.5分。依照此規(guī)則對身體機能和身體素質(zhì)指標逐一運算，對2005年、2010年和2014年三次國民體質(zhì)監(jiān)測的山西省11個市的成年人的體質(zhì)測試指標分別賦予相應(yīng)的得分值。

表2 2005年山西省部分城市成年男子肺活量Table 2 Vital capacity of male adults of some cities in Shanxi province in 2005 單位：mL

2.2 國民體質(zhì)監(jiān)測結(jié)果在山西地圖的呈現(xiàn)

國民體質(zhì)監(jiān)測結(jié)果在山西地圖的呈現(xiàn)使用了多種網(wǎng)頁語言、框架和前端技術(shù)來構(gòu)建實現(xiàn)，包括HTML5語言和CSS3層疊樣式表等核心網(wǎng)絡(luò)標準，JavaScript腳本語言，以及JavaScript代碼庫(框架)jQuery和基于JavaScript的滑動特效插件Swpier、數(shù)據(jù)可視化圖表庫ECharts.

HTML5是構(gòu)建及呈現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容的一種語言方式，被認為是互聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一；CSS3是CSS(層疊樣式表)技術(shù)的升級版本,是用來表現(xiàn)XML或HTML等文件格式的計算機語言。JavaScript是一種編程語言，具有函數(shù)優(yōu)先的解釋型、輕量級或即時編譯型，用來為用戶提供美觀、流暢的瀏覽效果，為網(wǎng)頁添加形式多樣的動態(tài)功能。

國民體質(zhì)監(jiān)測結(jié)果可視化展現(xiàn)的構(gòu)建過程，主要包括網(wǎng)頁布局的靜態(tài)展現(xiàn)和監(jiān)測結(jié)果的動態(tài)呈現(xiàn)。以成年男子肺活量值在山西省地圖的呈現(xiàn)為例，構(gòu)建過程如下。

根據(jù)本次研究目標，分析表2中成年男子肺活量值及其對照《國民體質(zhì)測定標準》不同年齡段、不同城市該指標所得的分值如何在網(wǎng)頁上展現(xiàn)，設(shè)計地圖的展示模板，初步擬定呈現(xiàn)可視化內(nèi)容的頁面布局結(jié)構(gòu)，使用HTML5語言根據(jù)頁面布局編寫網(wǎng)頁代碼，生成可供用戶訪問的HTML頁面；同時，協(xié)同CSS3層疊樣式表以及jQuery、Swpier等JavaScript框架和插件對HTML頁面內(nèi)的元素進行格式化，形成基本網(wǎng)頁布局和主體風格。在HTML頁面調(diào)用ECharts數(shù)據(jù)可視化圖表庫和山西省地圖的JavaScript腳本文件(下稱js文件)，將山西地圖呈現(xiàn)在HTML頁面中，完成展示山西地圖為主體的靜態(tài)網(wǎng)頁(不包含國民體質(zhì)監(jiān)測結(jié)果數(shù)據(jù))的構(gòu)建。

靜態(tài)網(wǎng)頁結(jié)構(gòu)完成后，將國民體質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)中成年男子肺活量的監(jiān)測數(shù)據(jù)按監(jiān)測年份劃分，以二維數(shù)組(年齡段為“行”；城市數(shù)據(jù)為“列”)的形式將數(shù)據(jù)錄入到男性肺活量監(jiān)測項目的數(shù)據(jù)js文件中，并在HTML頁面中調(diào)用已錄入數(shù)據(jù)的js文件。通過編寫并執(zhí)行JavaScript代碼，使山西省各地市的地圖數(shù)據(jù)和其對應(yīng)的成年男子肺活量監(jiān)測數(shù)據(jù)逐項結(jié)合，形成不同年份、不同年齡段的地圖實例和圖表實例，如“2005年山西省成年男子肺活量指標地圖”8個年齡段的地圖實例、“山西省11個城市成年男子肺活量對比曲線圖”11個圖表數(shù)據(jù)實例，保存在成年男子肺活量對應(yīng)的實例js文件。把成年男子肺活量的js實例文件與之前已經(jīng)構(gòu)建完成的靜態(tài)網(wǎng)頁相結(jié)合，將監(jiān)測數(shù)據(jù)和各指標的得分值在山西省地圖的靜態(tài)頁面中動態(tài)地展現(xiàn)，完成山西省成年男子肺活量指標地圖的可視化呈現(xiàn)，如圖1.

圖1 山西省國民體質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化平臺Fig.1 The visualization platform of people's fitness monitoring in Shanxi province

對山西省國民體質(zhì)監(jiān)測的全部測定指標在山西省地圖的可視化呈現(xiàn)后，經(jīng)過功能完善、應(yīng)用測試、數(shù)據(jù)核對后，可發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)上供公眾在PC端、手機端用戶進行瀏覽，或封裝成“山西省國民體質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化平臺”可執(zhí)行文件在電腦上運行使用。

在“山西省國民體質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化平臺”中，2005年山西省成年男子不同年齡段肺活量的水平分布以及具體數(shù)值以山西地圖這種可視化形式直觀地展示出來，用戶可以自由選擇不同維度的地圖進行查詢、對比、分析。以“2005年山西省成年男子肺活量地圖(25～29歲)”為例，如圖2.

圖2 2005年山西省成年男子肺活量地圖(25～29歲)Fig.2 The map of the vital capacity of male adults in Shanxi Province (aged 25～29) in 2005

山西省11個市25～29歲男子的肺活量水平一目了然，不同分值的城市以深淺不同的藍色表示，分值越高，顏色越淺，分值越低，顏色越深。由圖2可知，2005年山西省25～29歲男子肺活量水平最高的是顏色最淺的晉城、運城，其平均值遠高于當年山西省該年齡段的均值；太原、忻州、晉中、臨汾、長治、陽泉等市25～29歲男子肺活量平均值與當年山西省的平均水平同一；2005年25～29歲男子肺活量水平最低的是顏色最深的朔州，其次是呂梁和大同，這三個市2005年25～29歲男子肺活量水平均低于當年山西省該年齡段的平均水平。將鼠標移動到圖例的不同分數(shù)上，會在山西地圖上以黃色高亮顯示出該分值的全部城市，如圖3.當鼠標移動到不同的城市，可以顯示出2005年該年齡段該城市男性的肺活量具體數(shù)值和山西省的平均值，如圖4.

圖3 顯示某一水平的全部城市Fig.3 Cities at the same level

圖4 顯示某城市的水平及全省平均水平Fig.4 Level of a certain city and the average level of the whole province

不同年份、不同城市、不同性別、不同國民體質(zhì)測試指標的水平除以山西省地圖展示外，可視化平臺還配有其他的一些輔助圖、表，也可以直觀展現(xiàn)分析不同城市某指標與山西省平均值的比較、不同城市之間的對比分析等功能。

3 研究結(jié)果

形成山西省成年人2005年、2010年和2014年國民體質(zhì)監(jiān)測測定指標BMI、肺活量、臺階指數(shù)、縱跳、握力、坐位體前屈、選擇反應(yīng)時、仰臥起坐(俯臥撐)、閉眼單腳站立等10項指標及派生指標的可視化地圖。直觀展示山西省11個市成年人的身體形態(tài)、身體機能和身體素質(zhì)在不同年代水平及在全省所處的位置及不同城市間的不同年齡段、不同性別、不同指標間的差異。揭示從2005年到2014年15年間山西省成年人體質(zhì)的總體變化趨勢及各項體質(zhì)指標的動態(tài)變化。直觀提示不同年代某個年齡段、不同性別、某項測定指標的水平存在潛在的短板和具有進一步提升的潛力，為整體國民體質(zhì)水平的提高提供對策和建議。