COMBATFIT Softwarová aplikace pro hodnocení a aproximaci schopností profesionálních vojáků Aktuálně jsou známá pouze obecná kritéria požadavků na připravenost vojáků. Nejsou odvozena od nároků a požadavků při plnění bojových úkolů a nejsou brány v úvahu změněné možnosti pro činnost v podmínkách extrémního charakteru (výška, teplota, omezení ochrannými prostředky). Vzhledem k absenci specifických normativních požadavků na připravenost vojáků řeší mnohdy velitelé výběr vojáků pro speciální účely ad hoc na základě empirických zkušeností. Stejně se postupuje i při výcviku vojáků. Základní fyziologické, biochemické, tělesné, psychické a sociální faktory ovlivňující efektivitu plnění bojových úkolů v nově formovaném systémovém okolí ozbrojeného zápasu nejsou definovány. Simulační model pro vyhodnocování aktuálního stavu a aproximaci potenciální efektivity plnění bojových úkolů se v AČR nepoužívá. Činnost vojáků ve speciálních oděvech nebyla doposud objektivně monitorována z hlediska fyzických a psychických nároků při plnění bojových úkolů. Software Combatfit vznikl na základě vydefinování základních fyziologických, biochemických, tělesných, psychických a sociálních faktorů ovlivňující efektivitu plnění bojových úkolů. V průběhu trvání výzkumného záměru byly využity informace získané u elitních jednotek AČR, které jsou nasazovány v zahraničních misích. Informace byly získány v etapě přípravy na misi, v průběhu zahraniční mise (především v podmínkách bojového nasazení) a po návratu do posádky. Stanovení faktorů, které rozhodují o efektivitě plnění bojových úkolů bylo základem pro následné simulace možností nasazení jednotlivců či jednotek. Pro různé kompozice faktorů a variabilitu úkolů vyplývajících z podmínek při bojovém nasazení jsme vytvořili simulační modely, které umožní velitelům hodnocení aktuální výkonnosti vojáků (jednotky) a aproximaci potenciálního výkonu vojáka dosažitelného při optimalizaci metod a prostředků vojenského výcviku. Po ověření systému bude dokončena softwarová podpora (program) pro aplikované využití v procesu optimalizace všeobecné a speciální přípravy vojáků na plnění bojových úkolů. K tomuto účelu byly použity simulační modely pro doporučení směřující ke zvýšení kvality vojenské výstroje pro speciální operace. Software slouží pro vyhodnocení schopnosti skupiny vykonat určitý pohybový úkol. Software je koncipován jako samostatný a jednouživatelský. Software obsahuje lokální osobnostní databázi s informacemi o jednotlivých členech týmu, aktuální hodnoty jejich vstupních testů. Dále obsahuje přednastavené skupiny členů týmu. Software obsahuje přihlašovací dialog, který se zobrazí při spuštění aplikace. Součástí aplikace je historie již provedených úkolů, která slouží jednak k rychlému vytvoření nového úkolu z kopie staršího a jednak k možnosti kdykoliv zpětně přepočítat historické úkoly. Software je realizován pro operační systémy Windows (XP SP3, Vista, Windows 7) 32bit i 64bit verze na technologii .NET Framework. Jako datová vrstva je použit SQL Server Compact Edition. Uživatelské rozhraní je postaveno na technologii WPF.
Základní schéma softwaru: CombatFit
POHYBOVÝ ÚKOL
OSOBNÍ KARTA
OSOBNÍ ÚDAJE
VSTUPNÍ ZÁZNAMY
ZDRAVOTNÍ ZÁZNAMY
Jméno Příjmení Datum narození Jednotka Útvar Profesní zařazení Organizační celek Převládající pohybový charakter výcviku
STANDARTNÍ TESTY
SPECIFIKACE ÚKOLU
VÝSTROJ A VÝZBROJ
Vzdálenost Čas
Terén Povrch Teplota Vlhkost Tlak Nadmořská výška
DALŠÍ ZPŘESŇUJÍCÍ ZÁZNAMY
Výška Váha BMI 1000m 2000m Cooperův běh Přesun 5km Výkonnost
FYZICKÉ A FYZIOLOGICKÉ
BIOCHEMICKÉ
PSYCHICKÉ
VNĚJŠÍ PODMÍNKY
SOCIÁLNÍ
TFmax VO2max
Schéma č. 1: Základní schéma softwaru
Osobní karta Slouží k identifikaci daného jednotlivce a pro záznam anamnestických údajů: • Jméno • Příjmení • Datum narození • Jednotka • Útvar • Profesní zařazení • Organizační celek - Typ A - Typ B - Typ C • Převládající pohybový charakter výcviku - Výcvik vytrvalostního charakteru - Výcvik s kratšími intenzivními pohybovými úkoly - Výcvik náročný na pohybovou koordinaci
Obr. č. 1: Osobní karta
základních
Vstupní záznamy Modul obsahuje standardní testy vykonávané v rámci tělesného přezkoušení jejichž smyslem je určení vytrvalostních schopností (běh na 1km, 2km, Cooperův běh, přesun 5km a plavání 300m). Po zadání alespoň jednoho výsledku testu určí výkonnostní úroveň. Po zadání tělesné výšky a váhy vypočítá hodnotu BMI. BMI
Index tělesné hmotnosti (body mass index) těžká podvýživa ≤ 16,5 podváha 16,5 – 18,5 ideální váha 18,5 – 25 nadváha 25 – 30 mírná obezita 30 – 35 střední obezita 35 – 40 morbidní obezita > 40
Obr. č. 2: Vstupní záznamy
Alternativně lze zadávat další diagnostické parametry stanovené na základě lékařské nebo laboratorní funkční diagnostiky (např. VO2 max.) prostřednictvím záložek „Zpřesňující záznamy“ a „Zdravotní záznamy“.
Zpřesňující záznamy Umožňují definovat individuální hodnotu klíčových faktorů, které jsou stěžejním předmětem celého výzkumného projektu a které ovlivňují efektivitu plnění bojových úkolů. Patří sem fyzické, fyziologické, biochemické, psychické, sociální a nutriční faktory. FYZICKÉ A FYZIOLOGICKÉ FAKTORY VO2max
Maximální spotřeba kyslíku (ml/kg.min.) je měřítkem schopnosti podávat dlouhodobý fyzický výkon. Označuje výkonnost celého transportního systému organismu pro kyslík, tj. schopnost dýchacího a oběhového ústrojí zásobit pracující svaly kyslíkem. U netrénovaných mladých mužů 45-50 ml/kg.min. U netrénovaných mladých žen cca 35-40 ml/kg.min U vysoce trénovaných vytrvalostních sportovců 70-80 ml/kg.min.
TFmax
Maximální tepová frekvence Při zadání základní energetické potřeby (bazálního metabolismu) je možné tento parametr, s pomocí simulačních modelů vytvořených na základě našeho výzkumu, dále využít k predikci spotřeby energie potřebné ke splnění úkolu.
Energetická spotřeba
EE/RYCHLOST 20,00 18,00
30kg 25kg 20kg 15kg 10kg 5kg 0kg
EE (kcal/kg/hod)
16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 4
5
6
7
8
9
10
11
rychlost (km/h)
Graf č. 1: Energetická spotřeba
12
13
EE/BŘEMENO 20,00 18,00
12km/h
16,00
11km/h 10km/h
EE (kcal/kg/hod)
14,00
9km/h 12,00
8km/h
10,00
7km/h
8,00
6km/h
6,00
5km/h
4,00 2,00 0,00 0
5
10
15
20
25
30
35
břemeno (kg)
Graf č. 2: Energetická spotřeba Poměr sacharidů a lipidů
100%
Poměr sacharidů a lipidů
100%
90%
90%
80%
80%
70%
70%
60%
60%
50%
50%
40%
40%
30%
30%
20%
20%
10%
10% 0%
0% 5
8
10
0
12
10
lipidy
20
30
břemeno [kg]
rychlost [km/h]
lipidy
sacharidy
sacharidy
Graf č. 3: poměr sacharidů a lipidů SACHARIDY (CHO) 0
5
10
15
20
LIPIDY (Fat) 25
30
35
0
80
120 y = 0,4699x + 54,018 R2 = 0,9756
100
70
5
10
15
20
25
30
50
50 45
40
40
60 80
50 y = 6,6375x + 20,782 R2 = 0,9993
60
40 30
40
10 0
0 0
2
4
6
8
10
12
35
y = -0,474x + 45,747 R2 = 0,9761
30
30
20
25 20
10
15
y = -6,6125x + 78,535 R2 = 0,9979
20 20
35
0 0
2
4
6
8
10
10 12
-10
14 5 0
14
břemeno
rychlost
Řada1
Řada2
Lineární (rychlost)
Lineární (břemeno)
Lineární (Řada2)
Lineární (Řada1)
Graf č. 4: Poměr lipidů a sacharidů při změnách rychlosti a hmotnosti břemena
BIOCHEMICKÉ FAKTORY Tato část je určená pro záznam biochemických parametrů umožňujících objektivizovat vliv zatížení na organismus a hodnotit velikost tohoto zatížení. Poskytují objektivní informace o psychickém či fyzickém zatížení, přetížení v důsledku nedostatečného příjmu stravy či tekutin, nedostatečné regenerace apod. Soustřeďuje se na tři základní skupiny parametrů, kterými jsou aktivita endokrinního systému, akumulace metabolitů a parametry vnitřního prostředí. Pro stanovení parametrů se zpravidla uvažuje nepřímé stanovení z krevního vzorku či vzorku moči.
PSYCHICKÉ FAKTORY Tato část je určená pro záznam rizikových faktorů chování které mohou mít bezprostřední vliv na zvládání stresových situací při pracovní činnosti. K tomuto účelu bylo využito dotazníku PROF RISKY (Stehlík et al., 2006). Mezi rizikové faktory chování byly zařazeny: • Sexuální obtěžování • Užívání drog • Kouření tabákových výrobků • Pití alkoholických nápojů • Postoj ke své práci • Kvalita stravy • Kvalita ubytování Při výskytu některého z těchto faktorů u daného jedince software při vyhodnocení splnitelnosti pohybového úkolu vygeneruje upozornění na výskyt rizikového faktoru chování s odkazem na informační část obsahující charakteristiku problému a možnosti jeho řešení.
SOCIÁLNÍ FAKTORY Tato část je určená pro záznam míry sociální opory. Zejména psychické a fyzické vypětí v bojových podmínkách může vést při výskytu nízké míry sociální opory k selhání při plnění některých úkolů a cílů. Mezi faktory určující míru sociální opory byly zařazeny: • Způsob bydlení • Způsob trávení času • Četnost styku se svými blízkými • Charakter vztahů s svými blízkými • Způsob řešení konfliktů s partnerem (partnerkou) Při výskytu nízké míry sociální opory u daného jedince software při vyhodnocení splnitelnosti pohybového úkolu vygeneruje upozornění na výskyt nežádoucí míry sociální opory s odkazem na informační část obsahující charakteristiku problému a možnosti jeho řešení.
Zdravotní záznamy Slouží pro zadávání zdravotních záznamů stanovených na základě lékařských vyšetření a specializované lékařské diagnostiky. Obsahuje také možnost speciální podologické diagnostiky se záznamem nejčastěji se vyskytujících deformit nohou: - oploštělá podélná klenba - oploštělá příčná klenba - vysoký nárt - varózní postavení v hleznech - valgózní postavení v hleznech - valgózní palec
Skupiny Software umožňuje vytvářet dočasné nebo trvalé skupiny, upravovat seznam vojáků ve skupině a vyhodnotit její výkonnostní úroveň.
Specifikace pohybového úkolu Software je zaměřen zejména na vyhodnocování pohybových úkolů vytrvalostního charakteru. Ty jsou nadefinovány jako plánovaná vzdálenost nebo čas. Součástí vyhodnocení je i filtr, pomocí kterého lze zadat limit pro splnění konkrétního pohybového úkolu.
Vnější podmínky Vnější podmínky výrazně ovlivňují schopnost člověka realizovat vytrvalostní pohybový úkol. Za účelem optimalizace predikce pohybového úkolu umožňuje software definovat následující vnější podmínky: • Teplota • Tlak • Vlhkost • Nadmořská výška • Terénu • Výstroj • Obuv • Povrch
Obr. č. 5: Vnější podmínky
Teplota Koeficienty pro korekci výkonu v závislosti na teplotě prostředí byly stanoveny na základě několikaletého výzkumu našeho pracoviště a informací dostupných ze světové literatury. Teplota (°C) Koeficient -10 − 10 0,97 11 − 20 1,0 21 − 30 0,65 31 a více 0,35 Tabulka č. 1: Teploty a koeficienty pro korekci výkonu YAMASHITA, Y., KAYA, M., KOYAMA, K., TSUJITA, J., & HORI, S. Decreased energy expenditure during prolonged sub-maximal exercise in a warm environment. European Journal of Sport Science 5(4): 153-158, 2005.
Terén Procenta udávající celkový pokles predikovaného výkonu, resp. prodloužení času potřebného ke zvládnutí určité vzdálenosti nebo zkrácení vzdálenosti ve stejném čase za předpokladu stejného podílu stoupání i klesání. Procentuální pokles výkonu byl navržen na základě výzkumu realizovaném naším pracovištěm. Rovinatý Mírně zvlněný Kopcovitý Hornatý
100% 90% 80% 70%
Výstroj, výzbroj I oblečení, obuv, výzbroj a další přídatná zátěž významně ovlivňují vytrvalostní výkon.
Výstroj Procenta udávající celkový pokles predikovaného výkonu, resp. prodloužení času potřebného ke zvládnutí určité vzdálenosti nebo zkrácení vzdálenosti ve stejném čase. Procentuální pokles výkonu byl navržen na základě výzkumu realizovaném našim pracovištěm. Sportovní oblečení Pracovní oblečení letní Pracovní oblečení zimní Speciální oblečení
120% 100% 90% 80%
Výzbroj Nesená výzbroj do softwaru zapracována jako přídatná zátěž, která omezuje výkon podle definovaného algoritmu. Tento algoritmus byl vytvořen na základě vlastního výzkumu závislosti výkonu na zátěži. Kromě výzbroje uvedené v seznamu software umožňuje zadat hmotnost další nesené zátěže („Další výzbroj a výstroj“).
BŘEMENO Břemeno Rychlost EE/RYCHLOST EE/BŘEMENO (kg) (km/h) 5 y = 0,0581x + 4,6546 0 y = 1,1745x - 1,2184 6 y = 0,0728x + 5,8288 5 y = 1,2478x - 1,2936 7 y = 0,0875x + 7,0034 10 y = 1,3212x - 1,3698 8 y = 0,1021x + 8,1783 15 y = 1,3945x - 1,4459 9 y = 0,1168x + 9,3526 20 y = 1,4679x - 1,5221 10 y = 0,1315x + 10,527 25 y = 1,5412x - 1,5979 11 y = 0,1462x + 11,701 30 y = 1,6147x - 1,6749 12 y = 0,1609x + 12,876 Tabulka č. 2: Algorirmy pro výpočet energetické spotřeby v závislosti na změně rychlosti a hmotnosti břemena Významnou roli z hlediska energetické spotřeby a náročnosti pohybové aktivity hraje i distribuce nesené zátěže na těle. Zátěž nesená na nohách zvyšuje energetické nároky 5 -7 krát v porovnání s ekvivalentem této zátěže nesené na horní polovině těla. Boty by proto měly být co nejlehčí s ohledem na dobu zatížení. Každý kilogram zátěže umístěné na nohy zvyšuje energetický výdej o 7 – 10%. Energetické nároky zátěže nesené na stehnech jsou nižší než u zátěže na nohou, ale vyšší než u zátěže nesené na těle. Každý kilogram zátěže umístěné na stehnech (přibližně
v prostředku stehna) zvyšuje energetický výdej přibližně o 4%. Zátěž nesená na rukou rovněž zvyšuje energetické nároky ve srovnání se zátěží na těle a způsobuje větší zatížení kardiovaskulárního systému. Nicméně je efektivnější umístit zátěž na ruce než na nohy, protože energetické nároky zátěže nesené na kotnících převyšují nároky zátěže nesené na rukou 5 – 6 krát, pokud je zátěž na rukou nesená blízko u těla. Výzkum této problematiky spolu s vývojem praktické aplikace poznatků o vlivu distribuce zátěže na těle při různých druzích a intenzitách pohybové aktivity je našim záměrem do následujících let.
KNAPIK, J.J., REYNOLDS, K.L., & HARMAN, E. Soldier load carriage: Historical, physiological, biomechanical, and medical aspect. Military Medicine 169(1): 45-56, 2004.
Obuv Procenta udávající celkový pokles predikovaného výkonu, resp. prodloužení času potřebného ke zvládnutí určité vzdálenosti nebo zkrácení vzdálenosti ve stejném čase. Procentuální pokles výkonu byl navržen na základě výzkumu realizovaném našim pracovištěm. Sportovní 120% • Obuv sportovní 2005 sálová textilní • Obuv sportovní 2005 sálová kožená • Obuv sportovní 2005 Pracovní (polobotky)
70%
Pracovní (kanady – všechny druhy) • Boty polní do džungle • Boty polní do pouště • Boty polní 2000 ECWCS • Boty polní 2000 podšívkované • Boty polní 2000 zimní • Boty polní 2000
100%
Povrch VO2 (ml/kg/min) u 70kg vojáka se 33kg zátěží, při rychlosti 4km/h a 0% sklonu Povrch Běhátko Asfalt Šotolina
VO2 (ml/kg/min) 10 9 11
VO2 (%) 26,3 23,7 28,9
Koeficient 0,9 1,0 0,82
Lehký podrost 13 34,2 0,69 Hustý podrost 17 44,7 0,53 Bláto 19 50 0,47 Písek 21 55,3 0,43 Sníh (10cm) 29 76,3 0,31 Sníh (20cm) 38 100 0,24 Tabulka č. 3: Velikost spotřeby kyslíku na zvoleném povrchu
Vyhodnocení pohybového úkolu Software umožňuje vyhodnotit pohybový úkol podle vzdálenosti nebo času. Při hodnocení dle vzdálenosti umožňuje vyhodnocovat pohybové úkoly do 50km. Při hodnocení dle času je denní limit pro vyhodnocení nastaven na 15 hodin. Při zadání delší vzdálenosti nebo času nabídne rozdělení pohybového úkolu do vícedenních celků. Dále nabízí filtr pro zadání limitní hodnoty vzdálenosti nebo času pro splnění pohybového úkolu.
Vyhodnocení dle vzdálenosti Po volbě vyhodnocení úkolu zobrazí seznam hodnocených vojáků seřazený podle výkonu. Tento seznam je možné otevřít v prohlížeči nebo v programu Microsft Excel. Dále je možno využít filtr pro zadání vzdálenosti požadované ke splnění úkolu. Po následném vyhodnocení se vojáci nesplňující požadovaný výkon zobrazí na konci seznamu červeně.
Vyhodnocení dle času Obdobně jako při vyhodnocení dle vzdálenosti se po volbě vyhodnocení úkolu dle času zobrazí seznam hodnocených vojáků seřazený podle výkonu. Tento seznam je možné otevřít v prohlížeči nebo v programu Microsft Excel. Dále je možno využít filtr pro zadání času požadovaného ke splnění úkolu. Po následném vyhodnocení se vojáci na konci seznamu, kteří nesplňují požadovaný výkon zobrazí červeně. Výpočetní algoritmy Algoritmy pro výpočet splnitelnosti pohybového úkolu, stejně jako algoritmus návrhu korekcí úkolu budou stanoveny na základě výsledků experimentů. Dále budou specifikovány vztahy pro výpočet korekcí mezi faktory.
Vzdálenost/čas skupina A
VÝTEČNĚ DOBŘE VYHOVUJÍCÍ ČAS (minuty)
BĚH na 1000m 3:10 3:20 3:30 BĚH na 2000m 7:10 7:30 7:50 BĚH na 3000m 11:37 12:25 13:20 PŘESUN 5km 26 27 28 PŘESUN 20km 240 270 300 Tabulka č. 4: Algoritmy pro predikci výkonu u výkonostních skupin v rámci jednotlivých organizačních celků
Ornagizační celek A Výkonnost Funkce Výtečný y = 0,5132x0,6799 Dobrý y = 0,5076x0,6689 Vyhovující y = 0,5x0,6603 Tabulka č. 5: Organizační celek A VÝTEČNĚ DOBŘE VYHOVUJÍCÍ ČAS (minuty) BĚH na 1000m 3:30 3:50 4:10 BĚH na 2000m 7:40 8:00 8:20 BĚH na 3000m 12:51 13:50 15:00 PŘESUN 5km 28 30 32 PŘESUN 20km 260 290 330 Tabulka č. 6: Algoritmy pro predikci výkonu u výkonostních skupin v rámci jednotlivých organizačních celků skupina B
Ornagizační celek B Výkonnost Funkce Výtečný y = 0,482x0,6818 Dobrý y = 0,4663x0,6754 Vyhovující y = 0,4557x0,6654 Tabulka č. 7: Organizační celek B skupina C
VÝTEČNĚ DOBŘE VYHOVUJÍCÍ ČAS (minuty)
BĚH na 1000m 3:40 4:00 4:20 BĚH na 2000m 7:50 8:20 8:30 BĚH na 3000m 13:50 15:00 16:22 PŘESUN 5km 30 32 35 PŘESUN 15km 240 270 300 Tabulka č. 8: Algoritmy pro predikci výkonu u výkonostních skupin v rámci jednotlivých organizačních celků
Ornagizační celek C Výkonnost Funkce Výtečný y = 0,5183x0,632 Dobrý y = 0,5019x0,6254 Vyhovující y = 0,4904x0,6176 Tabulka č. 9: Organizační celek C
Závěr
Software Combatfit je originální našim pracovištěm vyvinutý program využívající výstupy a výsledky dosavadních výzkumů z mnoha oborů. Software vznikl na základě vydefinování základních fyziologických, biochemických, tělesných, psychických a sociálních faktorů ovlivňující efektivitu plnění bojových úkolů. Stávající verze programu je určena především velitelům pro predikci vytrvalostních schopností jednotlivých vojáků s ohledem k jejich individuální kondici, vnějším podmínkám a plánované výzbroji a výstroji. Program je připraven i pro rozšíření o odborné diagnostické vstupy odborných pracovišť (vojenské nemocnice, diagnostická centra), čímž se zvyšuje přesnost predikovaného výkonu. Podobný program pro predikci schopnosti splnit pohybový úkol v podmínkách armády ČR zatím nebyl nikdy používán.
Přílohy COMBATFIT - softwarová aplikace pro hodnocení a aproximaci schopností profesionálních vojáků
