基于雙向可視化反饋的馬拉松心率監測裝備設計研究

呂惠琳　張亞先

關鍵詞：雙向反饋;可視化;心率監測;裝備設計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）12-0028-02

1雙向可視化反饋

反饋原則是著名工業設計大師唐納德·諾曼所著《設計心理學》中提出的工業設計六大原則之一[1]，依托用戶進行操作后體現的操作結果來展現反饋機制。雙向可視化反饋是基于產品將來自兩個渠道的信息，按照兩向來源的信息需求經處理分析后，以可視化的表達方式通過雙向分別傳輸至原渠道的反饋方式，雙向可視化反饋機制充分體現了工業設計的反饋原則。

雙向可視化反饋機制由發源器1、處理載體、發源器2組成。處理載體從發源器1、2接收來的信息，經過處理后通過傳遞介質以可視化的方式，原路回傳于發源器1、2，如圖1所示。雙向可視化反饋，是基于反饋原則的載體裝備與雙向發源器間信息傳遞與共享的設計方法，以雙向反饋為途徑的可視化創新設計，能促進人機關系的和諧，同時在運動裝備行業發展中占有非常重要的地位。

2馬拉松心率監測裝備設計現狀及存在問題

2.1設計現狀

馬拉松心率監測裝備在我國現今馬拉松賽事中的存在感幾乎為零。根據以往賽事資料分析，將“黃金時間內進行有效心肺復蘇”的理念覆蓋全賽道是現今主流馬拉松賽事的安全保障。縱觀現今國內賽事，多數沒有提供有效的安全監測裝備，極少數提供的賽事缺乏行之有效的賽事保障體系。

智能運動表品牌宜準自2013年贊助深圳馬拉松起而被跑友熟知。在2018年北京馬博會上，“從心出發安全PB”出現在宜準的推廣理念中，其中E2型號手表以設置靶心率功能結合APP歷史數據分析脫穎而出，突破了實時心率的瓶頸。但縱觀運動跑步裝備領域，市面上尚未形成一套完整且有效的保障體系。

2.2存在問題

2.2.1數據表達缺乏直觀準確性

利用心率數據判斷運動員運動和生命狀態是緊急狀態下最準確的方式，可有效預防心臟驟停（SCA），降低心源性猝死（SCD）概率。而心率裝備在實際監測過程中由于佩戴方式不正確、運動生汗黏附裝備表面等各種微小的影響因素都會導致監測數據不準確，加之裝備交互設計的表達缺乏直觀性，使得及時有效地捕捉緊急信息存在一定的阻礙。

加之云端數據載體所能承載數據的閾值限制，目前舉辦的大型賽事中使用該裝備，并成功實時監測的實例僅能實現同時監控5000人左右，且監測人群選擇在年齡35歲～45歲階段。但整體仍因閾值技術限制而存在安全隱患。

2.2.2單項反饋數據使監測體系存在漏洞

傳統的中心控制信息流具有單向性特點，單純通過控制中心大數據監控運動員狀態的方式，橫向偏域化監控強調了控制中心在監測系統中的指揮借調作用，一定程度上忽視了人機交互的重要性，使得監測體系存在漏洞，阻礙了系統化賽事保障的形成。

3基于雙向可視化反饋的馬拉松心率監測裝備設計意義

3.1雙向預警監控

利用雙向可視化反饋設計的馬拉松心率監測裝備成為運動員、監測裝備、組委會總控制臺間新的溝通形式。雙向形式不僅讓總控制室利用可視化信息進行展示監測，同時運動員通過監測裝備可視化的展示方式可及時了解運動員當前的身體狀況，建設認知心理預期。

3.2建立直觀化保障體系

以雙向可視化反饋為基礎的馬拉松心率監測裝備設計可幫助賽事建立直觀化的保障體系。對賽會總控制而言，可視化的雙向反饋方式，為其傳送了不同維度趨近完整的實時信息，隨時呼叫距離最近的醫療點提供幫助;對運動員端來講，雙向可視化設計理念可一定程度補齊因單向傳遞導致的安全保障的局限性，及時認知有利于建設心理預期，以便盡早求助。以多角度、可視化的反饋方式，建立“運動員—監測裝備—賽會總控制”的保障體系。3.3提高賽事安全性反饋傳遞的雙向可視化設計增強了賽事安全裝備的延展性，使得運動員各項數據能夠更直接且有效地輸送至裝備。而賽事官方總控制區加強數據分析并依托雙向反饋對突發情況進行了有效干預，在直觀化保障體系的基礎上，減少因發現或搶救不及時導致的意外傷亡，降低賽時突發心源性猝死的概率，提高了賽事安全性。

4基于雙向可視化反饋的馬拉松心率監測裝備設計思路

4.1總控制端的可視化數據反饋

4.1.1云端搭載數據載體信息承受閾值

建立云端搭載數據大閾值。中國田徑協會馬拉松心率預警安全干預系統搭載云端通信載體的數據傳輸方式，在賽事心率監測裝備的設計改善上具有重要作用。云端搭載數據載體信息承受閾值建設應擴散到所有參賽全半程選手，同時保證監控平臺的穩定性，及時傳遞個人運動情況及身體數據，起到總控制和調動作用。

4.1.2可視化數據歸總

利用數字大屏可視化展示當前包括現場支持人員、參賽選手的數據[2]、各CP點經過人數，以及各分段主要匯集運動員數量，同時在冠軍沖線后開啟完賽人數統計，以便實時掌握賽場運動員的數量情況，另外面對突發情況或其他不可抗力影響時，可及時呼叫人員處理并疏散。

4.1.3提高心率數據準確性

光電容積法是當前可穿戴設備搭載的主流心率監測技術。自適應濾波技術作為信號處理領域重要技術之一，在對信號噪聲消除方面表現出良好的性能。因此，在改善外觀設計的同時，可結合自適應濾波技術，以提高心率信號實時處理的精確度。

4.2運動員端的可視化感知反饋

4.2.1視覺反饋

運動員所配戴的心率監測手表主屏上的顯示布局要遵循運動員的切實需求，突出對比重要數據、親密規劃關系密切數據。規劃基礎數據具有重要地位，作為監控心源性猝死的最主要數據，設計師需要通過視覺對比突出提醒實時心率數據[3]。以親密性原則規劃肌肉疲勞度和補給點距離顯示結構，并參照當前公里數和配速提供運動員預計完賽成績的數據參考。

4.2.2觸覺反饋

觸覺傳遞信息是運動員在高強度活動時接受度最大的反饋方式[4]。高強度有氧運動會影響人體的執行功能，而執行功能是大腦認知功能的重要組成部分，在多感官應用中，觸覺感官是可以彌補視聽覺特殊情況障礙的重要部分[5]。同時運動員可以通過觸覺感知主動尋求幫助，Force touch技術感應壓力的產生及改變，實現電學數據變化進而生成指令反向傳至監控端。運動監控裝備的觸覺感知要求將觸覺信號放大，將產品的信息傳遞感應效果放大，激起運動員在高強度運動中的感知接收。

4.2.3重量需求

馬拉松裝備設計在遵循實用性原則下，材料的選擇上要求輕量度高。運動員在強度高、持續時間長的長跑運動中對攜帶裝備的重量非常敏感，特別是賽事頂尖運動員對裝備的要求更為嚴苛，更輕的機身重量將會減少運動員在長時間高強度運動過程中的負擔。

4.3建立賽會運動安全保障機制

基于心率監測裝備的基礎硬件，搭載移動通信的支持，建立賽會運動安全保障機制，如圖2所示。心率監測裝備同時從運動員端和賽事控制中心接收身體信息和監測指令，結合裝備設置指令將運動員的身體狀態轉化為可傳輸數據。一部分以感知形式反饋到運動員端并可視化展現信息供運動員參考;另一部分以屏顯數據反饋到賽事控制中心，調動現場救援。雙向反饋機制的可視化數據呈現往復形成閉環保護，進而建立完整且有效的賽會運動安全保障機制。

5結語

當前中國馬拉松運動有著越來越高的社會關注度和社會參與性，研究馬拉松心率監測裝備對建立切實有效的急救醫療保障機制有著不可替代的作用。設計師應發散思維，避免單一受控渠道的桎梏，重視組織方監控協助與運動員主動尋救互動的重要作用。從雙向反饋角度分析，并以可視化的形式有效展示數據，將監測數據反饋與賽會組織急救轉運結合，繼而促進賽事醫療檢驗服務和一體化數據庫的建設，將有益于馬拉松運動的良性發展。