军人体能的量化方法研究

邓伟明

（特种作战学院军事体育法规教研室，广东广州510500）

●军体理论与应用

军人体能的量化方法研究

邓伟明

（特种作战学院军事体育法规教研室，广东广州510500）

目的：军人体能在部队的广泛开展和理论研究的深入发展，要求我们能对不同年龄、不同军兵种的军人的体能训练在状况进行比较、鉴别和评价，建立一种新的、适用范围更广泛的定量描述军人体能状况的计算方法。方法：基于现代军事体育的生理学理论，运用数学理论，利用容易测得的非入侵式的人体数据来建立军事体能定量化的计算方法。结论：得到用心率和通气量联合的方式来对军人体能进行定量化描述的结果及相关性质。

军事体育；体能；心率

《军事体育训练改革发展纲要（2015-2020年）》提出，到2020年，形成具有我军特色、符合现代战争特点规律、满足能打仗打胜仗要求的军事体育训练体系，基本实现军事体育训练科学化、专业化和实战化，官兵身心素质满足遂行多样化军事任务需要。我们知道，军人在作战过程中通过攀、爬、跑、跳、投、搬运、装填、挖掘、负重、格斗、刺杀和操作各种形式的武器装备进行发射、射击等各种战斗技能动作，来完成各种军事任务，达到消灭敌人，保存自己的目的。此过程需消耗大量的体能。各军兵种有不同任务，据称全军部队和武警有1500多个不同的作战技术兵种。就我国陆军来说，现已发展成机械化步兵、摩托化步兵、山地步兵、装甲兵、防空兵、陆军航空兵、工程兵、通信兵、防化兵、电子对抗兵、侦察兵、测绘兵和汽车兵等多种专业兵种的合成军种。各自的作战任务不同，对岗位专业体能的要求也不同，如何衡量军人的体能需求？当然我们依然可以用传统的军事体育测验的方法，如测试速度、力量、耐力等等来进行评价；可用现代《军人体能标准》中基础体能和专业体能的标准来进行评价；也可从生理效应和生化指标的角度来进行评价。但是随着体能训练在部队的广泛开展和军事体育理论研究的不断深入发展，加快军事体育训练改革、提高军事体育训练水平，对推进实战化军事训练、打赢信息化局部战争具有基础性作用。我们要求能对不同专业军种兵种的军人的体能状况进行定量化的比较、鉴别和评价，如电子对抗兵和工程兵，通信兵和炮兵，他们的任务完全不同，体力消耗大不相同，脑力消耗更不同，心理应激紧张程度也不同，如何评判这种差别，能否建立一种新的、适用范围更广的描述军人体能状况的指标和评价方法。

为了解决这个问题，通过分析，我们运用现代的运动生理学、运动医学和现代有关的数学等理论，试图建立一种定量化的方法，来描述和定量化军人的体能状况。

1 体能的定量化研究方法

HR&MV法（Heart Rate and Minute Ventilation）是利用我们现在常用的数据来建立体能定量化计算方法。我们知道经常进行军事体育锻炼或体能训练，可促使人体心血管系统的形态、机能和调节能力产生良好的适应性，从而提高人体的工作能力。由于心率是反映人体的心脏机能，所以在耐力的运动训练中经常用心率指标来控制运动强度。如卡尔森等［1］提出的运动强度心率测定方法，目的在于用心率控制在不同状态下的运动强度而获得良好的训练效果。

另一方面，人体运动时机体代谢加强，呼吸系统也将发生一系列的变化，以适应机体代谢的需求和保证战斗技术动作的顺利完成。运动时随着强度的增大，机体为适应代谢的要求，需要消耗更多的氧和排出更多的二氧化碳。通气机能发生相应的变化，具体表现为呼吸加深、加快，肺通气量增加。运动时的通气量可从安静时的每分钟6～8 L/min增加到80～150 L/min。

因此，我们考虑用心率和通气量联合的方式来对体能进行定量化描述。设心率随时间变化的序列为X（t），通气量随时间变化的序列为Y（t），安静时的心率为x0，安静时的通气量为y0，在时间段［t1，t2］（t1≤t2）内表现的军人体能为P，定义

式中t1，t2表示运动之间的时刻。

式中的军人体能P，是一个非量纲的值，我们可以给它命名一个单位，规定：以1 min的采样间隔，用“pf”表示其单位（注：pf为physical fitness的缩写）。

2 体能的定量化计算方法

上式（1）只给出了军人体能的量化的定义和计算方法，为了更清楚理解，下面我们给出一个具体的例子，展示其计算过程。

例1：设某作战人员，安静时的心率为62次/ min，通气量为7.5 L/min，测得在某次演习中的心率如下，采样频率为30 s，总共用时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｝

为了解决量纲问题，我们首先对数据进行初值化处理。即按如下公式进行

式中x0，y0表示安静时的值。

则有

X′（t）=｛0.9032，1.0645，…，1.1129｝

Y′（t）=｛9.8055，10.2925，…，10.0057｝

现在直接按下式计算

得到，P=791.3692。这是一个非量纲的值，我们前面给它命名了一个单位，规定：以1 min的采样间隔，根据式（2）和（3）计算得到的值，用“pf”表示单位。那么就得到了换算关系，30 s表示采样间隔，计算得到的体能值就应乘以1/2，同理，15 s采样间隔，计算得到的体能值就应乘以1/ 4，5 s采样间隔，计算得到的体能值就应乘以1/ 12，2 min的采样间隔计算得到的体能值就应乘以2。一般地，采样的间隔为秒，计算得到的体能值就应乘以。因此体能的定义（1）式，就应乘上因子，改为

统一了单位，计算出的体能值就有可比性了。那么例1中的战斗员的体能值

P=791.3692×0.5=395.6846（pf）。

每名战斗员的体能值可以进行横向比较，甚至推广到班、排等更大范围作评价对比。

这只是给出了单个作战人员在这46 min内的体能值，如果有多个作战人员在相同时间内的测试数据，就可进行比较大小了。

但是实际情况可能并非那么简单，有同一名军人或不同的军人，在不同时段要完成不同的军事任务。因此，必须讨论体能量化公式的性质，能作何种级别的运算，如大小的传递性、可加性、平均值、变化率等等。下面我们进一步讨论。

3 体能的定量化公式的性质

3.1 体能平均值

3.2 体能的可加性

设为tc区间［a，b］上的任一点，即ta≤tc≤tb，根据定义有

这个性质表明，体能在不同时间的区间上具有可加性。

例2：我们把上例中数据分为两部分，比如分为前30 min和后16 min。分别按（4）式计算得P1=205.1084，P2=190.5762，则有P1+P2= 205.1084+190.5762=395.6846=P。

3.3 体能的变化率

我们进一步对式（4）讨论。设任意时刻t的体能值为P（t），显然这是一个关于时间变量t的函数，

4 结论与展望

军事体育在部队的广泛开展和理论研究的深入发展，要求我们能对不同年龄，不同专业军种兵种的军人的体能状况进行比较、评价，希望建立一种新的，适用范围更广泛的定量描述军人体能状况的计算方法。通过我们的初步研究，这种计算方法是从数学上分析是可行的，并获得了一些基本的性质或推论。

4.1 我们又利用容易获得的数据，即用心率和通气量联合的方式来对体能进行定量化计算，得到了可信的结果，能满足比较、评价的要求。本文的例子只是针对单兵而言，当然还可进一步推广到班、排、连、营等分队的体能评价中，这不在本文讨论之列。

4.2 从原理上讲，除用心率和通气量联合的方式外，同样也可用其它相对独立的指标体系来对体能进行定量化计算。

4.3 本文是用两个指标建立的定量化计算，事实上，还可根据需要，建立多个（k个）指标体系，对体能进行定量化的计算。方法完全类似，推而广之即可得到。

4.4 我们在给出军人体能量化定义后，还进一步得到了一些相关性质。如体能的平均值、变化率的计算以及具有的可加性等性质，为下一步深入的理论研究奠定了基础。

当然，给军人体能一个定量化的描述，这只是初步的探讨，想起到一个抛砖引玉作用，还有大量的工作需要继续完成，还存在种种不足和错误，欢迎大家提出批评意见，以后我们将进一步展开研究，逐步完善它。

［1］王瑞元.运动生理学［M］.北京：人民体育出版社，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

邓伟明（1964—），男，四川遂宁人，教授。研究方向：军事体育法规。