基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字健身器材設(shè)計(jì)與應(yīng)用

韓寧 河北工程大學(xué)

體育健身器材逐步實(shí)現(xiàn)智能化、個(gè)性化，是現(xiàn)代體育產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，基于現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)通信技術(shù)為研究的技術(shù)支持，只有積極進(jìn)行研發(fā)，與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合，使用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)健身器材采集健身設(shè)備的信息幫助人們科學(xué)指導(dǎo)健身，通過先進(jìn)的設(shè)備為人們提供健康知識(shí)普及和在線咨詢的業(yè)務(wù)，讓人們能夠在線監(jiān)測(cè)健身狀態(tài)，更好為健身服務(wù)提供指導(dǎo)。本文以先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，分析數(shù)字健身器材的開發(fā)，打造系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)思維，倡導(dǎo)健身鍛煉和信息服務(wù)無縫結(jié)合，為健身更科學(xué)化、便捷化、生活化提供可靠的方案。

一、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字健身器材認(rèn)識(shí)

在現(xiàn)代數(shù)據(jù)的支持下，研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)健身的實(shí)現(xiàn)，將其與傳統(tǒng)健身器材結(jié)合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息采集，用其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并展示給人們，在體育健身中用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與器材相結(jié)合，用以開發(fā)先進(jìn)的健身產(chǎn)品。但是現(xiàn)階段自主創(chuàng)新進(jìn)度緩慢，而世界范圍內(nèi)的健身器材產(chǎn)品革新速度慢，器材雷同的現(xiàn)象出現(xiàn)，無法滿足現(xiàn)階段信息化時(shí)代對(duì)器材產(chǎn)品的需要，也是新時(shí)期我國健身領(lǐng)域內(nèi)關(guān)注的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此本文以先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)為技術(shù)，分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在健身器材中設(shè)計(jì)中的實(shí)現(xiàn)，以健康為導(dǎo)向來進(jìn)行設(shè)計(jì)，為新時(shí)期的體育健身創(chuàng)新發(fā)展途徑，實(shí)現(xiàn)多元化發(fā)展需要，現(xiàn)階段需要積極探索物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與數(shù)字健身器材實(shí)現(xiàn)的可能，打破我國缺乏先進(jìn)體育器材的現(xiàn)狀，解決體育行業(yè)內(nèi)發(fā)展存在的多個(gè)矛盾，從而創(chuàng)新我國新時(shí)期的體育器材發(fā)展。現(xiàn)代社會(huì)生活中智能化的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)非常普遍，基于網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品服務(wù)更強(qiáng)調(diào)智能設(shè)備，比如現(xiàn)階段的可視、可穿戴設(shè)備，在融合先進(jìn)技術(shù)的支持下讓健身與人們生活方方面面相融合，服務(wù)內(nèi)容也更精細(xì)。現(xiàn)代科技的創(chuàng)新給現(xiàn)代技術(shù)使用創(chuàng)新了途徑，現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使用逐漸成熟，可以深入到體育行業(yè)內(nèi)，適合運(yùn)用打造未來網(wǎng)絡(luò)化體育健身。數(shù)字化時(shí)代下服務(wù)方式各方面都存在變動(dòng)，尤其是所使用的設(shè)備，都與先進(jìn)的技術(shù)相結(jié)合，因此未來網(wǎng)絡(luò)化體育健身的發(fā)展，不僅需要良好器械支持，同時(shí)也需要更便捷智能的管理，需要智能化的健康管理、服務(wù)指導(dǎo)、社交娛樂的精細(xì)化管理。面向數(shù)字網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的體育發(fā)展，首先依賴信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持。健身數(shù)據(jù)的封閉性是限制傳統(tǒng)體育發(fā)展的主要原因，受到多種因素限制，健身服務(wù)難以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型，健身需要設(shè)備來輔助鍛煉，而物聯(lián)網(wǎng)可以連接設(shè)備，在這種趨勢(shì)下借助物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備捕捉運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)而產(chǎn)生海量健身速度。基于海量健身數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)用戶的識(shí)別提供狹義和廣義上的健身計(jì)算理論。狹義上是將個(gè)體或者是群體健身過程、行為進(jìn)行收集、分析和決策，廣義上將其與營(yíng)養(yǎng)、情感、醫(yī)療等多元交互耦合研究，建立個(gè)性化、精細(xì)化的網(wǎng)絡(luò)健身機(jī)制。web2.0 快速發(fā)展，個(gè)體與群體之間建立起組織架構(gòu)形式，爆發(fā)互聯(lián)網(wǎng)能量，因此借助健身數(shù)據(jù)信息深度挖掘信息價(jià)值，新時(shí)期也成為智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的熱點(diǎn)。因此只有重視海量數(shù)據(jù)的研究，在發(fā)展中不斷挖掘數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)體健身情況的分析，用來提供更科學(xué)的指導(dǎo)。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

（一）物聯(lián)網(wǎng)概念形成

普適計(jì)算使用比較廣，這一概念的提出比物聯(lián)網(wǎng)更早，這種計(jì)算方式成本低廉而且體積微小，可以與接收信息的設(shè)備相連，深入到人們生活的多方面。現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展背景下，設(shè)備集體縮小，收縮到納米級(jí)別，不再依賴傳統(tǒng)的人機(jī)交互來實(shí)現(xiàn)信息傳輸，只需要在局域網(wǎng)覆蓋的范圍內(nèi)即可交換信息，實(shí)現(xiàn)與環(huán)境和為一體。人們無法真實(shí)看到計(jì)算的實(shí)現(xiàn)，但是網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)實(shí)在在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集與計(jì)算。在普適計(jì)算下人們能夠在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)獲取信息和處理信息。普適計(jì)算可以看作是前身，但是普適計(jì)算即便在現(xiàn)代科技發(fā)展背景下也難以施行，受到無線傳感器技術(shù)發(fā)展與網(wǎng)絡(luò)普及程度的限制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具備十分先進(jìn)的功能，具備感知化、互聯(lián)網(wǎng)、智能化特征。

（二）物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)打破時(shí)空間限制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、挖掘的實(shí)施分配。物聯(lián)網(wǎng)工作主要是利用設(shè)備傳感器來感知信息，這種特征與人的功能相似，人也是利用各種感官來感知，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組織傳輸和分析信息，得到感知信息后再進(jìn)行信息計(jì)算，因此智能技術(shù)有模擬人智力的功能，通過計(jì)算機(jī)挖掘數(shù)據(jù)和反饋信息。物聯(lián)網(wǎng)具體結(jié)構(gòu)如下：

（1）感知層

物聯(lián)網(wǎng)具備更大的延伸性，這也是物聯(lián)網(wǎng)功能最直接的體現(xiàn)。感知層以先進(jìn)的感知設(shè)計(jì)，打破人與人之間的信息交互，將信息傳輸擴(kuò)展到物理世界中，感知層突破人與物質(zhì)之間的局限，讓信息獲取成為可能，感知功能的實(shí)現(xiàn)主要體現(xiàn)：①數(shù)據(jù)采集功能，利用先進(jìn)的感知設(shè)備來采集信息，如運(yùn)用在健身器材中，獲取人的運(yùn)動(dòng)頻率各方面，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集。人工生成設(shè)備信息有智能手機(jī)、計(jì)算機(jī)、智能手表等。②數(shù)據(jù)高效傳輸，傳輸距離縮短，數(shù)據(jù)在收集后要進(jìn)行短距離傳輸，這是指收集終端得到信息后負(fù)責(zé)向終端裝置和網(wǎng)關(guān)之間的雙向傳輸，讓信息采集裝置協(xié)同工作。

（2）數(shù)據(jù)傳輸

傳輸層為感知層傳輸數(shù)據(jù)提供渠道，當(dāng)感知層獲得數(shù)據(jù)后，傳輸層實(shí)現(xiàn)無障礙、高可靠性的信息傳輸問題，數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问椒譃橹苯雍烷g接的形式。而健身器材與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備相連之后，只需要內(nèi)部植入路由器模塊和接入模塊即可，這會(huì)增加成本，因此成熟的智能終端數(shù)據(jù)傳輸形式更便捷、有效，比如智能手機(jī)、平板電腦等，這一部分成熟的智能設(shè)備作為傳輸層的間接傳輸工具可以減少成本開發(fā)的投入。現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟和完善，各種網(wǎng)絡(luò)如局域網(wǎng)、電信移動(dòng)網(wǎng)等都可以被網(wǎng)絡(luò)層所利用。

（3）服務(wù)層

服務(wù)層發(fā)揮系統(tǒng)的應(yīng)用功能，以實(shí)現(xiàn)信息處理、信息顯示達(dá)到人機(jī)交互的功能，數(shù)據(jù)通過傳輸層進(jìn)入各種信息，通過客戶端開發(fā)和用戶交互。服務(wù)層功能豐富，如信息處理平臺(tái)、信息平臺(tái)等組成，協(xié)同完成數(shù)據(jù)的管理、存儲(chǔ)、分析，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人們所需要的部分結(jié)合為一體，實(shí)現(xiàn)智能化精準(zhǔn)控制，通過植入設(shè)備來獲得信息之后，精準(zhǔn)控制得以實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)行業(yè)專業(yè)的深度融合，從而實(shí)現(xiàn)智能化檢測(cè)。

三、數(shù)字健身器材

體育器材種類很多，為體育健身場(chǎng)所服務(wù)，為體育鍛煉教學(xué)、娛樂等活動(dòng)使用，是健身的基礎(chǔ)，是普及群眾性體育活動(dòng)的基礎(chǔ)和提高競(jìng)技水平的關(guān)鍵。數(shù)字健身器材有顯示、操作面板，附加多種健身輔助功能，在實(shí)際健身中又具備先進(jìn)的監(jiān)測(cè)功能，使用方便，現(xiàn)階段已經(jīng)成為熱銷產(chǎn)品。數(shù)字健身器材的功能強(qiáng)大，也是新時(shí)期物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字健身器材實(shí)現(xiàn)的重要功能。現(xiàn)階段發(fā)展背景下，發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在：①服務(wù)指導(dǎo)科學(xué)化，數(shù)字健身器材設(shè)計(jì)的目標(biāo)，以提高精細(xì)而先進(jìn)的服務(wù)為基礎(chǔ)，滿足現(xiàn)代健身用戶個(gè)性化的需要，如數(shù)字健身跑步機(jī)在操作的時(shí)候，會(huì)提供多個(gè)坡度、速度讓用戶選擇，用戶通過選擇模式下達(dá)控制指令，數(shù)據(jù)被分析后在系統(tǒng)內(nèi)完成設(shè)備的控制、升降控制，在數(shù)字跑步機(jī)內(nèi)置跑步程序以供用戶選擇，用戶可以選擇不同模式來滿足自己的需要。②健身服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化，健身服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化背景下以現(xiàn)代技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，讓現(xiàn)代技術(shù)指導(dǎo)用戶，讓用戶感受到運(yùn)動(dòng)帶來的快樂。③健身應(yīng)用娛樂化，國內(nèi)外成功的健身產(chǎn)品，都體現(xiàn)出社交、娛樂的特征，如Nike+跑步應(yīng)用，該應(yīng)用在鍛煉結(jié)束后，用戶可以獲得鍛煉的詳細(xì)信息，如體能消耗量、距離、步長(zhǎng)分析等，用戶將數(shù)據(jù)分享到社交圈，達(dá)到社交娛樂效應(yīng)。④器材控制智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化逐步成熟，已經(jīng)成為趨勢(shì)形成風(fēng)潮，這依賴現(xiàn)代通信技術(shù)、數(shù)字健身器材設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，讓健身器材的操作更簡(jiǎn)單、更智能。

四、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字健身器材設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)健身器材的使用，將其定義為：以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，融合傳感器等先進(jìn)設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)人、器材的智能化識(shí)別的健身功能。數(shù)字健身器材的設(shè)計(jì)中，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為主，將健身器材、健身服務(wù)資源融合在系統(tǒng)平臺(tái)上，整合多方面的信息為健身人群、社交媒體、數(shù)字游戲開發(fā)商等提供交互接口。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過采集信息，得到終端用戶的信息，傳輸?shù)斤@示界面，用戶通過收集到的信息，給不同健身人群提供對(duì)應(yīng)的方案，靈活控制健身器材，制定個(gè)性化的服務(wù)體系更好為人們提供指導(dǎo)。物聯(lián)網(wǎng)健身器材的數(shù)字化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)主要以物聯(lián)網(wǎng)硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)組成。目前硬件系統(tǒng)所需要的傳感器、自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)鏈接技術(shù)逐漸成熟，因此軟件服務(wù)系統(tǒng)是數(shù)字化設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足以下功能需求：

（一）硬件功能

硬件功能需求的實(shí)現(xiàn)，需要滿足：①健身數(shù)據(jù)的采集，感知層位于結(jié)構(gòu)的最底層，感知層主要是采集健身信息，使用傳感器以及網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，通過物聯(lián)網(wǎng)健身器監(jiān)測(cè)信息，該信息能夠監(jiān)測(cè)用戶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)環(huán)境。②數(shù)字健身器材的硬件設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)感知層收集健身數(shù)據(jù)，將其作為感知數(shù)據(jù)的主要部分，硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，現(xiàn)代傳感器技術(shù)使用不僅僅能提供全面的數(shù)據(jù)，也可以借助現(xiàn)代終端，與多個(gè)數(shù)據(jù)接口相連接，讓設(shè)備使用更靈活方便采集用戶健身數(shù)據(jù)，可開發(fā)更有趣、靈活的健身服務(wù)軟件。②智能設(shè)備支持；③自動(dòng)控制功能。

（二）軟件功能

①社會(huì)娛樂功能，現(xiàn)階段的實(shí)際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)人們健身意愿高，但是堅(jiān)持健身的參與度低，綜合各方面分析，個(gè)體健身有生活化、隨意化、興趣化等特征。新時(shí)期受到媒體、情感、環(huán)境氛圍等的影響隨意選擇或者是隨意退出。Web2.0 背景下人們?cè)桨l(fā)喜歡在社交平臺(tái)上發(fā)布自己的生活碎片，這也使社交娛樂活動(dòng)成為現(xiàn)代生活的一部分，現(xiàn)代化發(fā)展中娛樂性也是影響人們健身的主要因素。②健康數(shù)據(jù)管理可以提供人健身過程中的信息分析，用戶登錄系統(tǒng)之后，可以得到當(dāng)前人體脂、心率等多方面的數(shù)據(jù)，得到后可進(jìn)行分析，在用戶自愿的基礎(chǔ)上引導(dǎo)人們使用數(shù)字化健身器材，針對(duì)器材的使用提供指導(dǎo)與分析，確保健身工作有序開展。數(shù)字信息交換，可融入物聯(lián)網(wǎng)健身服務(wù)中，方便人們更好管理自己的健康，定期對(duì)個(gè)人健康情況進(jìn)行匯總、計(jì)算，輸出圖表為用戶的健康做參考。③個(gè)性化的健身指導(dǎo)服務(wù)功能，個(gè)性化健身功能通過云端信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)建立起個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)。

（三）云平臺(tái)設(shè)計(jì)

通過建立云服務(wù)平臺(tái)可以獲得可隨時(shí)拓展的資源池，利用云負(fù)載均衡技術(shù)處理系統(tǒng)信息，在部署上采取動(dòng)態(tài)化的方式，發(fā)揮平臺(tái)設(shè)計(jì)效果，如此提高業(yè)務(wù)資源的運(yùn)用效益，更好為人們所提供服務(wù)。健身服務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)，是基于物聯(lián)網(wǎng)健身器材功能體現(xiàn)的基礎(chǔ)，現(xiàn)代技術(shù)支持下網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需要服務(wù)器的支持，服務(wù)器是數(shù)據(jù)處理中心發(fā)揮數(shù)字化功能的前提。在數(shù)字化背景下，建設(shè)目標(biāo)為：①打造聯(lián)系平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)健身體系；②構(gòu)建服務(wù)共享平臺(tái)；③構(gòu)建全天候健身服務(wù)體系。

（四）客戶端設(shè)計(jì)

客戶端是發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)功能的基礎(chǔ)，基于物聯(lián)網(wǎng)健身器材的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模式中客戶端主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、發(fā)揮平臺(tái)的個(gè)性化功能，現(xiàn)階段健身行業(yè)逐步朝著先進(jìn)、精細(xì)化方向發(fā)展。通過客戶端指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)健身器材的高效利用，隨時(shí)監(jiān)測(cè)用戶鍛煉信息，以健身云服務(wù)平臺(tái)提供指導(dǎo)、運(yùn)動(dòng)處方推薦等功能。現(xiàn)階段健身服務(wù)功能的發(fā)揮，需要結(jié)合用戶的需求，如此才可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的健身功能。

五、結(jié)語

綜上，物聯(lián)網(wǎng)健身器材的設(shè)計(jì)與使用是現(xiàn)代化健身領(lǐng)域發(fā)展的基礎(chǔ)，將物聯(lián)網(wǎng)和體育健身器材相融合，在新時(shí)期的發(fā)展有極大的空間。借助物聯(lián)網(wǎng)的先進(jìn)功能，開發(fā)先進(jìn)的數(shù)字健身設(shè)備研發(fā)、研究、運(yùn)用，是體育工程研究的前沿、關(guān)鍵，創(chuàng)新體育器材，為現(xiàn)代健身創(chuàng)造良好的環(huán)境。