文 / 魏子皓

1 現(xiàn)狀及意義

三星、谷歌、omslrgnal、hexo skin和Under Armour等公司，首先提出運動皮膚衣并進行研發(fā)。在運動皮膚衣的研發(fā)上提出了一些運動皮膚衣所帶來的好處。在運動皮膚衣實施穿戴過程中，我國皮膚衣的制造有以下問題。目前我們大多數(shù)人了解的手勢控制基本上要安裝定位傳感器裝置要么就是佩戴運動手環(huán)和臂環(huán)，控制的范圍有限，國內(nèi)產(chǎn)品設置比較粗糙，價格也相對便宜，設計不夠新穎，功能性不全面，以app應接模糊不清楚[1-2]。

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，智能手機和智能手環(huán)被大眾所接受。智能手機測量方法分為GPS類手機軟件和內(nèi)置加速度傳感器兩種，但是由于內(nèi)置加速度傳感器不能直接得到數(shù)據(jù)。而智能手環(huán)雖然價格低廉，攜帶方便，能夠直接得到數(shù)據(jù)也被大多數(shù)人所接受，但是對于錯誤動作監(jiān)測分析，健康監(jiān)測數(shù)據(jù)比較有限[3]。

本研究通過對新型智能運動皮膚衣設置六個傳感器(分別在肩、臂、頸等部位)跟蹤人體在運動過程中的不規(guī)范動作，并進行提醒使運動者加以改正，后期通過軟件來反映身體的機能水平，身體機能對運動過程中的水分，蛋白質(zhì)，脂肪等消耗，并通過卡路里的消耗制定合理的飲食規(guī)律。對于健身的人群來說，健康監(jiān)測以及動作糾正的準確性能夠得到進一步精準化[4]。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

本文以揚州大學體育學院2020級體育教育學生為研究對象。

2.2 研究方法

2.2.1 文獻資料法

根據(jù)本論文研究需要，查閱有關(guān)智慧健身的書籍和文獻資料及與體育行為有關(guān)的書籍和文獻資料，包括體育行為學、運動訓練學、體育社會學、全民健身學等，還有各種健身行為、鍛煉行為、消費行為、瘦身行為等方面的文章及書籍；以及以“智能可穿戴設備”、“體育鍛煉行為”為關(guān)鍵詞在中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫等網(wǎng)站上進行文獻檢索，查閱了相關(guān)文獻156篇，其中核心期刊58篇，一般學術(shù)論文98篇[5]。

2.2.2 問卷調(diào)查法

為了調(diào)查大學生對于智能手環(huán)、智能手表等設備的滿意度以及改進建議，設計相關(guān)調(diào)查問卷。通過線上進行問卷發(fā)放，并及時通過SPSS軟件進行及時的統(tǒng)計反饋。

①調(diào)查問卷的信度檢驗

可靠性測試使用重測信度分析方法。在第一次問卷測試結(jié)束的10天后對這次發(fā)放的同一群體再次進行測試通過SPSS軟件對兩次的測試結(jié)果的差異程度進行分析，得出問卷的相關(guān)系數(shù)R=0.92。結(jié)果顯示，這個問卷具有很高地信度。

② 調(diào)查問卷效度檢驗

在問卷發(fā)放的前期，向體育學院教師發(fā)放了效度檢驗問卷，發(fā)放6份，收回6份，回收率100%。其中認為問卷設計效度高的有4份，約占66%；認為效度較高的有2份，約占33%；由各位教師的評價結(jié)果可知問卷的有效性較高。

③ 問卷發(fā)放情況

表1 問卷發(fā)放與回收情況統(tǒng)計

2.2.3 數(shù)理統(tǒng)計法

運用EXCEL軟件對回收的問卷進行整理，對各類數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2.2.4 邏輯分析法

本文充分的了解智能可穿戴設備發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合問卷調(diào)查的結(jié)果對智能可穿戴設備存在的缺陷和不足進行類比與分析，總結(jié)和歸納，為本論文的邏輯性與縝密性提供保障。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 揚州大學體教學生對可穿戴設備使用狀況分析

3.1.1 揚州大學體教學生使用可穿戴設備行為分析

從圖1的餅狀統(tǒng)計圖我們可以得出：首先，佩戴智能可穿戴設備對運動動機的影響中“對我影響一般”的人數(shù)比例最大，選擇“基本沒影響”的人數(shù)比例占總調(diào)查人數(shù)的35%，認為 “訓練頻率明顯增加”的人數(shù)比例排列第三，占調(diào)查總?cè)藬?shù)的17.5%。

圖1 佩戴運動可穿戴設備時對運動動機的影響

通過分析圖1可以發(fā)現(xiàn)，雖然智能可穿戴設備有很多的鼓勵機制，能夠一定程度上激勵運動者參加體育鍛煉，激發(fā)了學生的運動動機，但是收效沒有達到預期。

表2 平時佩戴可穿戴設備時一周的運動頻率(%)

通過表2分析揚州大學體育教育大學生在佩戴可穿戴設備，一周內(nèi)參加體育鍛煉的頻次，“不到一次”和“3～4次”的占比最多各占25%，該部分大學生運動時間較短，同時每次運動時間低于一次的也不符合體育人口的標準。其次是鍛煉頻次在“1～2次”的占比20%，這部分學生應是現(xiàn)代大學生的典型人群，智能可穿戴設備起到一定的促進激勵作用，“5～6次”和“7次以上”的各占15%，這部分大學生因為運動手環(huán)運動手表的長時間佩戴，訓練的頻次也相對最多，但是占比人數(shù)不多。

表3 佩戴智能可穿戴設備時每次的運動時長(%)

通過表3分析大學生每次使用智能可穿戴設備的時長 ，占比最大的是31～60分鐘， 占比42.5%，這和預計占比的排名是吻合的，因為手環(huán)的使用舒適度還有待加強，特別是對于一些皮膚過敏人群不太友好，對于材質(zhì)方面的選擇還有待加強； 其次是30分鐘以下 ，61～90分鐘，分別占比27.5% 和22.5% ，兩者相差不大 ，這部分大學生應該是在運動的候會佩戴體育類可穿戴設備，也可以看出運動時間 在30分鐘以下的大學生要比61～90分鐘的大學生要稍微多一點。所以，從表中數(shù)據(jù)可以得出，學生對于手環(huán)的舒適度不是太滿意的，這也與個人皮膚敏感度以及佩戴習慣有一定的關(guān)系[6]。

3.1.1 揚州大學體教學生使用可穿戴設備建議分析

通過收集大學體育教育學生對智能可穿戴設備的使用上需要修改的一些建議，總結(jié)出了以下幾點：(1)設備測量的精度不佳;(2)設備的續(xù)航不足；(3)設備的實際作用不夠突出；(4)操作方法太過繁瑣；(5)有些設備價格昂貴。

3.2 運動智能皮膚衣理論構(gòu)建

3.2.1 主要研究內(nèi)容

針對上面對于體育教育學生數(shù)據(jù)分析，以及對改進意見的采集，得出以下靈感：(1)增加設備的測量精度；(2)操作方法更加簡潔一些；(3)輕便的同時增加美觀度；(4)增加續(xù)航；(5)結(jié)合個人身體素質(zhì)評估進行數(shù)據(jù)分析；(6)增加產(chǎn)品的性價比。

根據(jù)現(xiàn)在市場智能可穿戴設備的發(fā)展對新型智能運動皮膚衣的設計理論進行了以下內(nèi)容的理論構(gòu)建。

①可視化數(shù)據(jù)顯示運動狀態(tài)

通過制作相應的app結(jié)合個性化定制的傳感器皮膚衣，進行精準的數(shù)據(jù)跟蹤檢測，從而使用者通過手機，可以實時監(jiān)測自己的運動健康數(shù)據(jù)，消耗卡路里指數(shù)，以及心率，運動負荷等等[7]。

由圖10～11可知，不同的開環(huán)增益會改變系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當K=2時，幅值裕度：h=3>0，相角裕度：γ=26.38°>0，截止頻率：ωc=1.22rad/s，系統(tǒng)穩(wěn)定；當k=20時h=0.3>0，γ=-23.65°<0，ωc=3.9rad/s，系統(tǒng)不穩(wěn)定；因此，隨著開環(huán)增益增大，系統(tǒng)由穩(wěn)定變?yōu)椴环€(wěn)定，幅值裕度和相角裕度減小。

②個性化定制皮膚衣的研發(fā)

皮膚衣內(nèi)安裝八個傳感器分別位于手腕、肘、肩、頸和尾椎骨處。根據(jù)不同位置的傳感器，對相應部件進行運動跟蹤，實時計算運動角度和運動幅度。對于錯誤的動作，傳感器會發(fā)出相應的警告信號提醒改正，并根據(jù)人體工學原理設計皮膚衣，讓人們體驗穿著的舒適[8]。

③皮膚衣相應的軟件適配

在大數(shù)據(jù)時代，軟件和硬件應該結(jié)合使用。皮膚衣物可用于心率檢測、步數(shù)檢測、熱量消耗、運動指數(shù)等。這些數(shù)據(jù)可以通過制作相應的軟件實時可視化，讓健身人群實時看到自己的運動數(shù)據(jù)。

④軟件大數(shù)據(jù)的導入

軟件中導入各個部位肌肉的相應訓練數(shù)據(jù)，以及傳感器對于錯誤動作數(shù)據(jù)的警示數(shù)據(jù)，及根據(jù)錯誤動作計算正確動作的數(shù)據(jù)，對于相應的運動負荷強度，不同類型的肌肉訓練，提供運動后的營養(yǎng)膳食數(shù)據(jù)。

該運動智能皮膚衣的工作流程，主要參考現(xiàn)在主流廠商的智能運動設備的設計思路，采用軟件和硬件相結(jié)合的方式。

利用已有APP進行綁定反饋實時數(shù)據(jù)，在手腕，手肘，肩部，頸部和尾椎部分別設置一個六軸傳感器，根據(jù)不同位置的傳感器進行相應部位的動作跟蹤并實時計算動作角度，幅度。當出現(xiàn)錯誤動作時，傳感器發(fā)出相應警示信號，及時提醒改正[9]。這樣一來，通過軟件與硬件的結(jié)合，提高了運動時定位的精度。

3.2.3 數(shù)據(jù)誤差及應對措施

我們在日常的運動中，走路都是有一個擺臂的動作的，胳膊會從后往前，Y軸的加速度和重力加速度在中間時處于重合，加速度達到最大，在前后都比較小的，然后身體向前，胳膊又會從前往后，然后身體又會往前，就會產(chǎn)生X軸方向的加速度[10]。把這個擺臂動作，通過傳感器記錄下來后，經(jīng)過濾波，就會發(fā)現(xiàn)您的擺臂會形成一個有規(guī)律的波形圖。通過對波形進行分析判斷、峰值的檢測以及周期和加速度閥值的決策，即可準確識別運動狀態(tài)[11]。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

本文針對2020級體育教育學生對于智能可穿戴設備的行為分析，滿意度分析以及改進建議分析，并結(jié)合現(xiàn)在市場的智能可穿戴設備技術(shù)，提出了一套新型運動智能皮膚衣的理論構(gòu)建，為后期的實驗提供了理論基礎(chǔ)。對本論文的總結(jié)我主要做了以下工作。

搜集了智能可穿戴設備的國內(nèi)外現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)在的市場，進行了相關(guān)的分析。

對揚州大學2020級體育教育學生進行問卷調(diào)查，并通過數(shù)理統(tǒng)計法和邏輯分析法對數(shù)據(jù)進行分析總結(jié)，為皮膚衣的理論構(gòu)建提供建議。

(3) 結(jié)合六軸傳感器的工作原理和人體工程學原理，對皮膚衣的設計提供設計理念，及初步設想，并繪制流程圖。

4.2 展望

針對論文工作及研究結(jié)果與分析，發(fā)現(xiàn)有以下幾點需要進一步研究。

對于高水平運動員的大數(shù)據(jù)收集的方法怎樣才能有效率并且數(shù)據(jù)精準。

高水平運動員通過六軸傳感器進行建模，可能會因為一些磁場及輻射干擾或者儀器的測量誤差導致數(shù)據(jù)不精準?？煽紤]優(yōu)化結(jié)構(gòu)邏輯，加入更多測量參數(shù)，及測量次數(shù)。

對于現(xiàn)在的智能可穿戴設備市場，感覺除了外觀及數(shù)據(jù)輕微的更新，一直存在的問題并沒有得到很好的解決，如：一些智能手表售價高昂，功能豐富但價格不夠親民，一些設備的續(xù)航時間時間很短，大大減少了用戶的使用興趣，還有一些設備功能單一，沒有實現(xiàn)大的版本更新。