Информационная поддержка управления процессом улучшения здоровья индивидуальными физическими упражнениями

В соответствии с положениями Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) основными критериями общественного здоровья являются продолжительность и качество жизни. Продолжительность жизни зависит от большого количества факторов, основным из которых является физическая работоспособность населения. Ухудшение этого показателя напрямую зависит от условий жизни современного общества и, в первую очередь, от прогрессирующей гиподинамии (снижение двигательной активности и силы мышечных сокращений), обусловленной автоматизацией труда, уменьшением числа физически работающих, развитием автотранспорта. Одной из эффективных мер профилактики гиподинамии — «болезни цивилизации», является повышение уровня физической работоспособности населения. Поэтому одной из приоритетных целей общества является поддержание физической работоспособности населения посредством периодического выполнения определенного набора упражнений. Эта профилактика согласно федеральной программе «Здоровье работающего населения на 2004 — 2015 годы» возлагается на систему здравоохранения.

Физическая работоспособность (ФРС) — это свойство человека выполнять заданную нагрузку на определенном интервале времени. Работоспособность поддерживают и изменяют регулярными занятиями физическими упражнениями. Объем, интенсивность и периодичность различных упражнений изменяют уровень работоспособности человека и продолжительность жизни населения.

В настоящее время проблема управления ФРС населения с риском гиподинамии основывается на массовом выполнении наборов упражнений в соответствующих группах здоровья под руководством опытных инструкторов и врачебным контролем. Недостатком группового выполнения упражнений обычно является малая физическая нагрузка (ФН) или перегрузка, так как индивидуальное дозирование и контроль нагрузок требует учета и контроля многочисленных данных о состоянии и возможностях занимающихся. Поэтому для повышения качества управления ФРС и увеличения продолжительности жизни населения требуется информационная поддержка действий инструктора и врача по своевременному тестированию, планированию, контролю занятий для занимающихся в группе здоровья.

Большой вклад в решение вопросов организации и управления процессом улучшения здоровья внесли российские ученые Н. М. Амосов, Л. П. Матвеев, В. Н. Платонов, И. П. Ратов, М. П. Шестаков, а также известны работы зарубежных исследователей. Однако предложенные ими информационные и экспертные системы решают отдельные задачи групповой информационной поддержки управления тренировочным процессом, отсутствуют модели и алгоритмы поддержки автоматизированного индивидуального управления инструктором в группах здоровья.

Таким образом, для уменьшения риска гиподинамии и улучшения здоровья населения необходимо научное обоснование автоматизированных этапов организации и управления ФРС с учетом индивидуальных особенностей занимающихся физическими упражнениями.

Целью диссертационной работы является разработка метода и алгоритмов автоматизированной информационной поддержки управления процессом улучшения здоровья индивидуальными физическими упражнениями.

Задачи исследования.

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

1. Разработать структуру системы информационной поддержки управления процессом улучшения здоровья людей с использованием физических упражнений.

2. Разработать алгоритмы автоматизированной генерации индивидуальных моделей повышения уровня физической работоспособности.

3. Разработать алгоритм массового автоматизированного тестирования состояния физического здоровья населения и на его основе разработать метод прогнозирования уровня физической работоспособности.

4. Разработать программное обеспечение информационной поддержки управления процессом улучшения здоровья.

5. Разработать критерии оценки эффективности информационной поддержки управления ФРС населения в системе здравоохранения и на их основе провести экспериментальные исследования.

Методы исследования.

Для решения указанных задач использовались методы: системного анализа, математического моделирования, линейного программирования, организационного управления в социальных системах, математической логики, планирования эксперимента, статистической обработки результатов экспериментальных исследований.

На защиту выносятся:

1) Структура системы информационной поддержки управления процессом улучшения здоровья, содержащая блоки автоматизированного тестирования, прогнозирования уровня физической работоспособности и планирования индивидуальных нагрузок в занятиях.

2) Алгоритмы генерации индивидуальных моделей линейного программирования повышения уровня физической работоспособности на основе тестирования и прогноза уровня МПК, отличающиеся автоматизированным подбором упражнений и коэффициентов мощности их выполнения.

3) Алгоритм массового автоматизированного тестирования состояния физического здоровья населения и, разработанный на его основе, метод прогнозирования уровня физической работоспособности.

4) Разработанное программное обеспечение информационной поддержки управления процессом улучшения физического здоровья населения.

5) Критерии оценки эффективности информационной поддержки управления ФРС населения в системе здравоохранения.

Научная новизна:

1) Определена структура системы информационной поддержки управления процессом улучшения здоровья, отличающаяся тем, что в нее введены новые блоки автоматизированного тестирования, прогнозирования уровня физической работоспособности населения и планирования, позволяющие заниматься каждому по индивидуальным программам.

2) Впервые предложены алгоритмы генерации индивидуальных моделей линейного программирования повышения уровня физической работоспособности на основе тестирования и прогноза уровня МПК, отличающиеся автоматизированным подбором упражнений и коэффициентов мощности с учетом ограничений и последующего расчета оптимального плана методом ветвей и границ.

3) Разработан новый алгоритм массового автоматизированного тестирования состояния физического здоровья населения и на его основе предложено прогнозирование уровня физической работоспособности по методу наименьших квадратов, являющиеся основой системы информационной поддержки управления процессом улучшения здоровья.

4) Разработано программное обеспечение информационной поддержки управления процессом улучшения здоровья населения, реализующее новые алгоритмы тестирования занимающихся, прогнозирование работоспособности и планирование физической нагрузки, позволяющее осуществлять постоянную индивидуальную корректировку и контроль занятий.

5) Впервые предложены критерии оценки эффективности информационной поддержки управления ФРС населения в системе здравоохранения, и с их использованием проведены экспериментальные исследования.

Практическая значимость предлагаемой информационной системы т заключается в том, что она позволяет повысить качество управления процессом у * улучшения здоровья за счет автоматизации расчетов, тем самым существенно сократить время на принятие решений инструктором, повысить достоверность расчетов, а также перейти к использованию программного обеспечения для анализа и контроля занятий. Разработанная информационная система управления используется для автоматизации планирования индивидуальной физической нагрузки в фитнес-клубе «Фитнес Парк» (г. Уфа).

ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРОЙ ГЛАВЕ.

1. Разработана методика и проведены экспериментальные исследования оценки эффективности предлагаемых моделей и алгоритмов планирования ФН в двух группах по 10 человек продолжительностью 6 месяцев. Эксперимент показал обоснованность предложенной методики автоматизированного управления процессом улучшения здоровья и применимость разработанного ПО.

2. С использованием СИП точность прогноза МПК улучшилась на 6% по сравнению с экспертными оценками, отклонение в выполнении запланированной продолжительности нагрузок уменьшилось на 5%, отклонение от запланированной мощности уменьшилось на 12%.

3. Достоверность модели прогнозирования проверялась по условиям Гаусса-Маркова. Анализ экспериментальных данных показал, что модель не противоречит указанным условиям и может быть использована для практических расчетов в СИП.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате анализа системы здравоохранения установлено, что одним из основных способов улучшения здоровья общества является массовые занятия физическими упражнениями под управлением опытных инструкторов и врачебным контролем. Для оценки уровня здоровья выбраны интегральные критерии здоровья МПК и ЧСС, используемые на практике для оценки работоспособности людей, и получены следующие результаты:

1. Установлен существенный рост количества населения в современном обществе с прогрессирующей гиподинамией, особенно среди учащейся молодежи. Одной из эффективных мер по устранению гиподинамии и тем самым увеличению количества здорового населения является оптимизация индивидуальной физической нагрузки. Для подбора и контроля физической нагрузки показана необходимость изменения структуры управления процессом оздоровления населения в системе здравоохранения по критерию физической работоспособности МПК, отличающейся блоками автоматизированного тестирования, прогнозирования уровня МПК, планирования индивидуальных нагрузок и осуществления информационной поддержки в принятии решений инструктором в группах здоровья, фитнес клубах, на занятиях физкультурой в вузах, колледжах и школах.

2. С целью повышения качества управления физической работоспособностью в системе здравоохранения и сокращения времени планирования занятий инструктором предложены алгоритмы автоматизированной генерации индивидуальных моделей линейного программирования на основе тестирования и прогноза уровня МПК. Многочисленные модели рассчитываются известными методами оптимизации с использованием стандартного программного обеспечения, в результате определяются индивидуальные планы на каждое занятие, включающие упражнения, время их выполнения с заданными коэффициентами мощности.

3. Разработан алгоритм массового автоматизированного тестирования состояния физического здоровья населения и на его основе разработан метод прогнозирования уровня индивидуальной физической работоспособности, где для расчетов использован известный в социальных исследованиях критерий физической работоспособности — МПК. Для повышения точности прогнозирования МПК обосновано использование логарифмической зависимости в методе наименьших квадратов.

4. На основе алгоритмов тестирования, прогнозирования уровня здоровья и планирования нагрузки разработано ПО и спроектирована информационная система, повышающая качество управления процессом улучшения здоровья населения путем постоянной индивидуальной корректировки и контроля занятий и единой БД. Программное обеспечение реализовано с помощью инструментального средства «Delphi 6.0» и функционирует в операционной системе Windows ХР.

5. Предложены критерии оценки эффективности информационной поддержки управления физической работоспособности населения в системе здравоохранения и на их основе проведены экспериментальные исследования в двух группах здоровья по 10 человек в течение 6 месяцев. Эксперимент показал обоснованность принятых допущений и эффективность применения ПО, разработанного на основе алгоритмов тестирования, прогнозирования и использования сгенерированных моделей оптимального планирования занятий для многочисленных занимающихся оздоровительными упражнениями в разных возрастных группах, где ошибка прогноза снизилась на 6%, отклонение от нормы МПК уменьшилось на 12,6%, что указывает на отсутствие гиподинамии среди занимающихся. Осуществлен полный охват занимающихся по индивидуальным планам, контроль их занятий и расчет нагрузок по результатам предыдущих занятий и существенное сокращение времени на принятие обоснованных решений инструктором при планировании.