基于加速度计与GPS 探索儿童青少年在不同场所的身体活动情况

詹 泽，张蕴琨，徐 凯

（南京体育学院 运动健康学院，江苏 南京 210014）

身体活动指的是任何由骨骼肌收缩所产生的能量消耗并且提高健康效益的活动［1］。 作为儿童青少年健康的重要组成部分，已有较多研究证实身体活动能够降低其代谢综合征、肥胖、抑郁的风险［2］。 美国疾控中心指出中高强度身体活动（MVPA，Moderate to Vigorous Activity）能够帮助儿童青少年维持良好的健康状态［3］。 WHO（世界卫生组织，World Health Organization）建议儿童青少年每天至少进行60min 的中高强度身体活动［4］。近年来的研究证据表明，儿童每日身体活动量严重不足。 美国国家健康和营养调查显示， 仅有42%的学龄儿童能满足每日60min 的 MVPA 推荐量［5］。 相比之下，我国儿童青少年中高强度身体活动的达标率较低。 陈佩杰［6］于2016 年的一项研究报告显示， 国内仅有29.9%的儿童青少年达到每日60min 的MVPA 推荐量。 精确的身体活动测量，是研究身体活动与健康之间关系、制定以及实施身体活动干预措施的基础［7］。 加速度计能够帮助研究者持续、 精确地监测儿童青少年在特定时段的身体活动， 近年来被广泛应用在身体活动的相关研究中［8］。儿童青少年的身体活动在一天中会随着时间而产生波动，并且这种波动可能与身体活动所在场所存在较大的关联［9-10］。了解儿童青少年在不同运动场所的身体活动， 可以帮助相关领域指定有效的身体活动措施并且促进其与环境之间交互的理解。 GPS（全球定位系统，Geographical Information System）能够提供包括时间、经度以及纬度在内的变量，这3 个变量能够帮助研究者定位调查对象于特定时间所处的空间位置。 段朝阳等人［11］认为，加速度计与GPS 的联合使用可为身体活动的进行提供环境背景以及身体活动的强度等信息， 同时也能为特定建成环境的干预提供证据支持。 Andersen 等人［12］要求10～15 岁的儿童青少年佩戴加速度传感器及GPS， 并调查其在校内不同场所的身体活动。 Bürgi 等人［13］在一项 2016 年的调查中， 采用加速度计与GPS 测量学生住宅周边环境的身体活动与社会经济水平 （SES，Social Economic Status） 之间的关系。Vlaar 与其同事［14］通过加速度计测量儿童青少年的身体活动水平，GPS 测量其空间位置，同时通过问卷的方式调查家长对环境的感知， 分析儿童青少年身体活动的范围与家长环境感知之间的关系。 国外在基于GPS 与加速度计测量身体活动的研究已发展多年，而国内刚刚起步。 基于此，本文采用系统性文献综述的方法， 探索儿童青少年在不同运动场所的身体活动，为国内儿童身体活动环境的营造提供依据。

1 研究方法

1.1 文献检索

本 综 述 在 SportDiscus、Medline、Pubmed、Web of Science等电子数据库中进行文献检索。 检索时间范围为2009 年至2020 年。 基于如下关键词的组合进行文献检索：1）physical activity；2）GPS；3）accelerometer/accelerometry；4）children/adolescents/young people。

1.2 文献筛选标准

1.2.1 纳入标准

文献纳入标准如下：1）研究主题为身体活动；2）研究设计为横断面研究或纵向追踪研究；3）调查对象为5～18 岁的儿童青少年；4） 研究需同时采用加速度计和GPS 定位器进行身体活动测量；5）文献须为公开发表的期刊文章；6）文献写作语言为英文。

1.2.2 排除标准

文献的排除标准如下：1）结果变量不包括身体活动；2）非英文写作的期刊文章；3）研究对象不属于人类；4）会议文章/研究协议/文献综述。

1.3 文献资料提取

研究人员基于标准的数据表格提取数据，内容包括：第一作者、调查所在国家、身体活动场所、研究设计、样本量、年龄范围、女性占比、加速度计型号、加速度计采样间隔、切点值标准、GPS 型号、GPS 采样间隔。

2 研究结果

2.1 纳入文献的基本情况

图1 呈现了文献的筛选流程。 从各数据库检索得文献2 235 篇。 排除掉903 篇重复文献后，对剩余文献进行题目和摘要的筛选，得到239 篇文献。 根据文献筛选标准对剩余文献进行全文精读后，191 篇文献被排除，最终纳入文献为48 篇。

图1 文献筛选流程

表1 总结了纳入文献的基本信息。 48 项研究均于发达国家进行，其中美国15 项，英国 10 项，加拿大 5 项，丹麦 4 项，瑞士、新西兰、荷兰各3 项，葡萄牙、比利时各2 项，西班牙1项。87.5%的研究为横断面研究，其余为跟踪研究。纳入文献的样本量在 15 到 1 307 之间，平均值为 266.8（SD=±269.4），中位数为160。 不同研究的样本量存在较大差异，12 项研究的样本量在 15 到 83 之间，27 项在 100 到 381 之间，7 项在 528 到967 之间，只有1 项超过1 000，另外1 项未在文中声明。 研究的调查的场所包括住宅、学校、主动交通、被动交通、街道/人行道、公园、游戏场等。

表1 纳入文献的基本信息

表2 总结了研究中使用的加速度计以及GPS 定位器的详细内容。 在纳入的文献中，所有研究均采用ActiGraph 生产的加速度计测量身体活动， 其中使用最为广泛的为ActiGraph GT3X （n=21， ActiGraph， LLC.， Pensacola， FL）， 其 次 是GT1M（n=17），GT3X+（n=7）， 7164（n=8），GT2M（n=2），Actical（n=2， Philips Respironics， Bend OR）以及 71256（n=4）。 关于加速度计采样的时间间隔（Epoch），大多数研究使用了30s（n=13）， 其次是 10s（n=9）， 5s（n=5）等。 使用最为广泛的为 Qstarz（Qstarz International Co.， Ltd， Taipei， Taiwan） 生产的 GPS 定位器（n=25/48），包括 Qstarz BT-Q1000XT（n=17）， Qstarz BTQ1000X（n=5）等；其次是 Garmin（Garmin International， Inc.，Olathe， KS） 生产的设备， 包括 Garmin Foretrex 201 （n=6），Forerunner 220 以及 Forerunner 205（n=2）等。 纳入文献中，24项基于Evenson 等人［60］提出的切点值标准划分身体活动，其次是 Trost 等人［61］提出的标准（n=8）。

表2 研究设备的细节

2.2 儿童青少年在不同运动场所的身体活动

2.2.1 学校

而这些产业平台将来规模都会足够大。这些平台未来也许不会达到阿里或腾讯这样通用产业平台的规模。因为阿里、腾讯都是抓住了社会最基本需求的通用平台，所以它的规模体量的确是很大的一个量级。但是产业互联网，其自身价值非常明显，而且也有很大发展空间。

研究证据表明， 学校是儿童青少年进行每日中高强度身体活动的重要场所［25-26］。 一项研究表明，儿童青少年上学日平均每天有 26.8%的 MVPA 在学校累积［39］，这与 Burgi 等人［26］在学校中发现的超过1/3 的总MVPA 证据相似。 操场作为儿童青少年在校内活动的场所， 对学生身体活动的促进具有重要意义。 2013 年，Dessing 等人［48］发现儿童青少年每日在操场上活动40.1min，其中7.8min 为 MVPA，占比 19.5%。 与之相比，另外一项研究发现儿童青少年平均每日在操场上活动54.1min，其中有 8.7min 为 MVPA，占比 16.1%［47］。 已有较多研究发现与操场相关的某些特征与MVPA 呈正相关。 有研究发现，距离教学楼较近的操场，儿童青少年能够方便地在操场上进行活动，提高了身体活动量。 随着操场面积的增大，儿童青少年的MVPA 有所上升。 操场内的固定设施对儿童青少年的身体活动也存在一定的影响。 Kann 等人［47］的研究发现，儿童青少年的MVPA 与操场内的高杆（High bar）呈正相关；儿童青少年的 SB 与操场内的小球门呈负相关。 Andersen 等人［63］于2016 的一项研究中对3 所学校的操场进行改造并且对比改造前后儿童青少年的身体活动， 发现在操场中增设多功能运动场（Multi-court）能够提高儿童青少年的身体活动量［63］。男女生在操场上的身体活动水平往往比女生更高。 男生更倾向于在篮球场等球场等竞技体育活动场所或者地面具有标记的硬地区域进行身体活动，而女生有着更多的静坐行为，更倾向于聊天或者玩口头游戏［64-65］。

2.2.2 街道/人行道

一项2015 年的研究表明，儿童青少年34.5%的每日MVPA 发生在街道/人行道［39］。 Jones 及其同事［29］发现街道环境累积了 20%的 MVPA。 Burgi 等人［39］的研究结果显示，儿童青少年在街道活动的时间中，MVPA 占比为15%， 相当于每日MVPA 的35%。 男生每周在街道/人行道累积的MVPA 时间为91.0min，占在街道/人行道身体活动时间的17.9%，女生每周在街道/人行道累积的MVPA 时间为99.0min ，占在街道/人行道身体活动时间的19.1%［66］。 街道/人行道与儿童青少年身体活动强度呈正相关［16］。 街道/人行道是儿童青少年进行主动交通的场所。 Klinker［67］等人提出，儿童青少年交通出行（Transportation）中的身体活动可以分为主动交通（Active Commute）以及被动及被动交通两种。 主动交通是指在交通的过程中需要通过骨骼肌收缩产生能量进行移动的交通方式。 对于儿童青少年而言，最主要的主动交通方式为步行以及骑行。 主动交通作为一种能够融入日常生活中的交通方式， 能够提高儿童青少年的 MVPA［42，68］。 Southward 等人［22］表明，步行上下学贡献了 22.2min 的 MVPA， 达到了每日 MVPA 的 33.7%。 相似的，Pizzaro 等人［15］的研究发现步行往返学校能够贡献高达40%的每日推荐MVPA。 然而近年来，美国、欧洲以及澳大利亚步行和骑自行车上下学的学生数量呈下降的趋势［69］。 从1969 年开始，美国步行上学的学生数量逐年下降。 英国国家交通部门公开的 NTS（National Travel Survey）调查报告显示，5～16 岁的儿童青少年2019 年步行的比例为43%，骑自行车的比例为2%，通过交通工具（小汽车/公共交通等）的比例为 54%［70］。 步行校车（WSB，Walking School Bus）干预对于提高儿童青少年的主动交通，显示出一定效果。 与传统校车相似，步行校车由受过培训的成年志愿者，于既定路线的站点处接送学生［71］。 Mendoza 等人［72］通过步行校车干预发现，儿童青少年的日均MVPA 从46min 上升到48min。 来自明尼苏达州的一项干预研究显示，相对于对照组，通过步行校车上下学的儿童青少年平均每日的 MVPA 上升 14min［73］。 步行校车在通过志愿者接送学生，保障其上下学安全性的同时，增加了学生的步行时间，从而提高了身体活动水平。

2.2.3 校外绿色空间

绿色空间指的是植被覆盖率高， 公众可以自由进入的开放场所，包括公园、树林等［74］，对居民的身体、心理健康存在潜在的影响［75-76］。 Ward 等人［51］发现儿童在绿色空间中的时间与MVPA 存在着正相关关系。 Coombes 等人［36］的研究强调，虽然儿童在绿色空间的总身体活动量较低， 但是这部分身体活动的强度相对较高。 Wheeler 等人［33］发现儿童在绿色空间进行MVPA 的可能性较高， 其中男生在绿色空间MVPA 的优势比为5.77，女生为5.12。 绿色空间的特征与身体活动存在一定关系。 一定范围内绿色空间的数量比绿色空间的面积对儿童青少年身体活动的影响更大［77］。 居住地与绿色空间的距离对于居民访问绿色空间的频率有着较大影响。此外，Tinsley 等人［78］的研究指出，相比起居住地距离公园较远的居民，距离公园较近的居民在公园活动的频率较高，步行的时间更长。

2.2.4 游戏场

2.2.5 住宅周边环境

住宅周边环境作为距离住宅最近的空间， 是儿童青少年进行身体活动，参与 MVPA 的重要空间［81］。 目前，住宅周边身体活动的研究多基于GIS 以儿童青少年家庭住址为中心，半径800～1 000m 为半径建立缓冲区，并测量儿童青少年在缓冲区内的身体活动。 2017 年，英国的一项研究显示，儿童青少年在上学日的晚上约有66.1%的身体活动发生在住宅周边；周末日约有54.9%的身体活动发生在住宅周边［27］。 在身体活动支持度较高的住宅周边，儿童参与身体活动的概率较高；而在身体活动支持度较低的住宅周边， 儿童进行身体活动的可能性较低［27］。 多数研究表明，住宅周边公园的存在与儿童青少年的步行与 MVPA 存在正相关［82-84］。 住宅周边高土地利用［85］以及设计良好的街道网络［86］，同样与儿童青少年步行到校呈正相关。 另外，在低可步行性区域的儿童倾向于在周边环境中参与更多的非结构化运动， 而高可步行性区域的儿童由于拥有父母的经济支持，倾向于在商业的运动场馆中进行身体活动。

3 总结

研究综述了基于加速度计和GPS 定位器探索儿童青少年身体活动的场所的研究，学校、城市绿色空间、街道/人行道、住宅周边环境有利于儿童青少年进行身体活动。 大多数研究仅调查了特定场所中MVPA 时间以及比例， 较少研究对场所的建成环境因素进行调查。 未来的研究可借助地理信息系统（GIS）分析促进该区域身体活动的建成环境因素，例如：人口密度、土地混合利用、街道连通性等，以更加深入地探索建成环境与身体活动之间的交互。