【摘要】：目的:目前我國(guó)有關(guān)能量消耗的研究大部分圍繞簡(jiǎn)單的中、低強(qiáng)度的周期性體力活動(dòng)展開(kāi),鮮少涉及到高強(qiáng)度復(fù)雜的體力活動(dòng),且有關(guān)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)體力活動(dòng)能量消耗的預(yù)測(cè)應(yīng)用較少,本研究通過(guò)對(duì)不同佩戴部位的加速度計(jì)原始數(shù)據(jù)的處理,建立不同佩戴部位的線性回歸模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,并對(duì)相同、不同佩戴部位的兩個(gè)模型進(jìn)行橫向的比較,以尋找出最優(yōu)化的預(yù)測(cè)模型,從而豐富加速度計(jì)的測(cè)量領(lǐng)域,讓其更好地為運(yùn)動(dòng)實(shí)踐服務(wù)。方法:本次研究采用測(cè)量法,受試者在4個(gè)部位(優(yōu)勢(shì)和非優(yōu)勢(shì)手腕外側(cè)、髖部右側(cè)和右腳踝外側(cè))佩戴4個(gè)Actigraph GT3X加速度計(jì)(簡(jiǎn)稱GT3X),在胸前佩戴1個(gè)Cosmed K4b~2氣體代謝能耗分析儀(簡(jiǎn)稱K4b~2),通過(guò)大屏幕播放的已剪輯好的高強(qiáng)度健身操視頻,除去熱機(jī)準(zhǔn)備和熱身時(shí)間,受試者進(jìn)行時(shí)長(zhǎng)為9分鐘的高強(qiáng)度復(fù)雜運(yùn)動(dòng)(本研究選擇健身操作為典型代表)。使用SPSS 22.0建立一般線性回歸模型,通過(guò)SPSS Modeler18.0建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,并使用Bland-Altman方法和比較RMSE等指標(biāo)對(duì)兩個(gè)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性檢驗(yàn)。結(jié)果:(1)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中身體形態(tài)學(xué)指標(biāo)與能量消耗EE的相關(guān)性分析中,體重指標(biāo)與EE的相關(guān)性最高,建模組r=0.505(p0.01),驗(yàn)證組r=0.41(p0.01);4個(gè)佩戴部位的加速度計(jì)VM值和HR與K4b~2能量消耗的EE、METs的相關(guān)性分析中,4個(gè)部位的VM值與EE、METs的相關(guān)性都很顯著(p0.01),其中優(yōu)勢(shì)手腕的相關(guān)性最為顯著,HR與EE、METs的相關(guān)性最強(qiáng),與EE的相關(guān)性為0.486(p0.01),與METs的相關(guān)性為0.502(p0.01)。(2)本研究構(gòu)建的四個(gè)部位線性回歸預(yù)測(cè)方程如下:非優(yōu)勢(shì)手腕EE=0.000014VM+0.135體重+0.004HR-1.071腳踝EE=0.000025VM+0.135體重+0.004HR-1.157腰部EE=0.000029VM+0.135體重+0.003HR-0.674優(yōu)勢(shì)手腕EE=0.000024VM+0.133體重+0.004HR+0.187非優(yōu)勢(shì)手腕調(diào)整后R~2=0.519,腳踝調(diào)整后R~2=0.521,腰部調(diào)整后R~2=0.518,優(yōu)勢(shì)手腕調(diào)整后R~2=0.522。(3)本研究構(gòu)建出的四個(gè)部位的三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型初始學(xué)習(xí)率為0.05,動(dòng)量常量設(shè)為0.5,誤差率設(shè)為0.001,模型如下:非優(yōu)勢(shì)手腕13-9-1三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(R~2=0.808)腳踝13-9-1三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(R~2=0.796)腰部13-13-1三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(R~2=0.771)優(yōu)勢(shì)手腕13-8-1三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(R~2=0.795)(4)線性回歸模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)測(cè)值與預(yù)算值的一致性檢驗(yàn)中,在B-A圖中,不同模型不同部位的各散點(diǎn)都基本落在±1.96SD之間,非優(yōu)勢(shì)手腕、腳踝、腰部和優(yōu)勢(shì)手腕這4個(gè)部位的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和線性回歸模型均有良好的預(yù)測(cè)能力。(5)通過(guò)計(jì)算不同部位預(yù)測(cè)值的RMSE、MAPE和BIAS指數(shù)并進(jìn)行橫向比較,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型非優(yōu)勢(shì)手腕、優(yōu)勢(shì)手腕、腳踝和腰部這4個(gè)部位的RMSE和MAPE均低于線性回歸模型,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)RMSE指數(shù)分別為:0.98、2.85、1.05和1.16,線性回歸模型的RMSE指數(shù)分別為:1.65、4.7、1.64、1.7,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的優(yōu)勢(shì)手腕和腰部的BIAS指數(shù)也明顯低于線性回歸模型,從整體誤差上來(lái)看,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的誤差更小。結(jié)論:(1)本研究構(gòu)建的四個(gè)部位的線性回歸能量消耗方程具有較高擬合度,在預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)能量消耗方面具有較高的準(zhǔn)確度,可應(yīng)用于大多高強(qiáng)度復(fù)雜運(yùn)動(dòng)能量消耗的監(jiān)測(cè)。(2)本研究構(gòu)建的四個(gè)部位的三層神經(jīng)模型具有很高的擬合度,準(zhǔn)確性優(yōu)于一般線性回歸模型,能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)高強(qiáng)度復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的能量消耗,經(jīng)驗(yàn)證其在預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)能量消耗方面具有很高的準(zhǔn)確性,為最優(yōu)化的預(yù)測(cè)模型。
【圖文】：

3.2.2 測(cè)量法3.2.2.1 測(cè)試方案選取若干名受試者進(jìn)行預(yù)測(cè)試，目的在于完善實(shí)驗(yàn)方案和步驟。正式測(cè)四川師范大學(xué)體育學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行，，所有測(cè)試在 1 個(gè)月內(nèi)完成，均在白天進(jìn)實(shí)驗(yàn)前利用體脂成份測(cè)試儀和身高體重測(cè)試儀對(duì)受試者進(jìn)行身高、體重脂率等基本信息的采集。測(cè)試前受試者在視頻指導(dǎo)下進(jìn)行 20 分鐘的提前學(xué)習(xí)，健身操視頻中包礎(chǔ)動(dòng)作的教學(xué)，這也為受試者提供了一個(gè)提前學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)不同動(dòng)作的機(jī)會(huì)，續(xù)的實(shí)驗(yàn)中也能夠消除受試者不適應(yīng)運(yùn)動(dòng)節(jié)奏的影響。熱身休息至少 15 分鐘，心率到達(dá)平穩(wěn)狀態(tài)后，實(shí)驗(yàn)員對(duì)受試者進(jìn)行便氣體分析儀 K4b2和加速度計(jì) GT3X 的佩戴，分別在受試者優(yōu)勢(shì)手腕外側(cè)和勢(shì)手腕外側(cè)、髖部右側(cè)（髂前右上脊）和腳踝外側(cè)佩戴 GT3X 加速度計(jì)，具戴位置如圖 3.1。

23圖 3.2 測(cè)試環(huán)境區(qū)域示意圖和實(shí)況圖3.2.2.3 測(cè)試活動(dòng)本次測(cè)試所采用的高強(qiáng)度復(fù)雜運(yùn)動(dòng)為健身操，它融合了體育、舞蹈、健美操、韻律體操等多種運(yùn)動(dòng)形式，包含了上下肢、軀干、頭頸、足踩和髖部動(dòng)作，身體各部位在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能夠得到充分的施展，同時(shí)，又不同于有身體對(duì)抗的其他運(yùn)動(dòng)種類如籃球、武術(shù)等，因此，在測(cè)試過(guò)程中不會(huì)因?yàn)橛小皩?duì)手”的干擾而造成數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定。本次測(cè)試所選取的健身操視頻來(lái)源于 keep 軟件中已有的“高強(qiáng)度燃脂健身操”，時(shí)長(zhǎng)共計(jì) 9min，在預(yù)測(cè)試期間已通過(guò)受試者心率和的 MET 的監(jiān)測(cè)來(lái)確定其達(dá)到高強(qiáng)度，視頻中包含的主要?jiǎng)幼饔校涸亻_(kāi)合跳、快速高抬腿、彈踢腿跳、弓步跳等。3.2.2.4 儀器設(shè)備（1）身高體重測(cè)試儀（恒康佳業(yè) HK6000-ST，如圖 3.3）采用恒康佳業(yè) HK6000-ST 身高體重儀測(cè)量受試者身高和體重，該設(shè)備體重量程為 5.0kg-150kg，精確到 0.1kg
【學(xué)位授予單位】：四川師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：G804.2

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本文編號(hào)：2592877