智能可穿戴設(shè)備及其應(yīng)用

謝俊祥 張琳

1 中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 醫(yī)學(xué)信息研究所 （北京 100020）

2 中國(guó)青年政治學(xué)院 圖書(shū)館 （北京 100089）

0.前言

智能可穿戴設(shè)備是一種可以穿在身上或貼近身體并能發(fā)送和傳遞信息的計(jì)算設(shè)備，它可以利用傳感器、射頻識(shí)別、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，接入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)人與物隨時(shí)隨地的信息交流。智能可穿戴設(shè)備分為生活健康、信息咨詢和體感控制類設(shè)備。其中，生活健康類的設(shè)備有運(yùn)動(dòng)、體側(cè)腕帶及智能手環(huán)；信息資訊類的設(shè)備包括智能手表和智能眼鏡；體感控制類的設(shè)備包括Kinect、Leap Motion 等體感控制器[1,2,3]。

1.智能可穿戴設(shè)備的種類

目前，智能可穿戴設(shè)備的種類繁多，按照不 同的分類方式，可以規(guī)劃出不同的類型[4]。

1.1 應(yīng)用功能

1.1.1 人體健康、運(yùn)動(dòng)追蹤類

Nike+系列產(chǎn)品和應(yīng)用（Fuelband）、Jawbone Up、叮咚手環(huán)、GlassUp、Fitbit Flex。以上智能可穿戴設(shè)備，主要通過(guò)傳感裝置對(duì)用戶的運(yùn)動(dòng)情況和健康狀況做出記錄和評(píng)估，大部分需要與智能終端設(shè)備進(jìn)行鏈接顯示數(shù)據(jù)。

1.1.2 綜合智能終端類

Google Glass 等。這些綜合智能終端類設(shè)備也需要與手機(jī)相連，可是功能更加強(qiáng)大，獨(dú)立性更強(qiáng)，未來(lái)將成為智能可穿戴設(shè)備的主導(dǎo)產(chǎn)品。

1.1.3 智能手機(jī)輔助類

Pebble 等，這些智能手機(jī)輔助類可穿戴設(shè)備作為其他移動(dòng)設(shè)備的功能補(bǔ)充，一方面必須與智能手機(jī)等設(shè)備配合使用，另一方面可以簡(jiǎn)化智能手機(jī)的操作。

1.2 佩戴位置

按照智能可穿戴設(shè)備的佩戴位置進(jìn)行分類，雖然分類方法缺乏依據(jù)，但是其分類方法相對(duì)簡(jiǎn)單、界限清晰。主要有手（臂）環(huán)類：主要以一系列運(yùn)動(dòng)記錄手環(huán)、臂環(huán)為主；手表類：Pebble等輔助類智能設(shè)備；眼鏡類：主要是以Google Glass 等為主的新型智能終端；智能服裝類：主要由Geek 開(kāi)發(fā)，幾乎沒(méi)有正式發(fā)布的產(chǎn)品，例如可以通過(guò)轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能為電子設(shè)備充電的比基尼、靴子等。

1.3 已發(fā)布智能可穿戴設(shè)備[5,6,7]

1.3.1 Google Glass&微軟眼鏡

Google Glass 內(nèi)置GPS、動(dòng)作傳感器、攝像頭等，可以指路、好友互動(dòng)、拍照和拍攝視頻，并與Google 其他服務(wù)緊密集成，更是增加現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)感。

微軟眼鏡命名為“Monocle”，該智能眼鏡可以在觀看實(shí)況比賽過(guò)程中，為用戶提供相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)感。

1.3.2 Nike+和iWatch

Nike+和iWatch 為智能運(yùn)動(dòng)手環(huán)。Nike+是一系列可穿戴設(shè)備和應(yīng)用，主要為用戶提供運(yùn)動(dòng)記錄和數(shù)據(jù)分享等功能，產(chǎn)品包括：Nike+ SportWatch GPS、Nike+ Running 應(yīng) 用 程 序、Nike+ SportBand 等；iWatch 所能實(shí)現(xiàn)的是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)通信和中轉(zhuǎn)。

1.3.3 小米智能鞋和Heapsylon

小米智能鞋是由小米公司推出，該智能鞋能與小米手機(jī)連接在一起，不僅可以測(cè)算路線，還可以測(cè)算出跑步時(shí)的心率等情況；Heapsylon 則是可以測(cè)量跑步者的步數(shù)、步距、速度和消耗的卡路里的智能襪子。

2.智能可穿戴設(shè)備相關(guān)技術(shù)

智能可穿戴設(shè)備的發(fā)展離不開(kāi)關(guān)鍵技術(shù)的支持，這些技術(shù)可劃分為感知層、個(gè)人服務(wù)層以及后臺(tái)服務(wù)層等[8,9]，所涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括語(yǔ)音識(shí)別、眼球追蹤、骨傳導(dǎo)技術(shù)、低功耗互聯(lián)技術(shù)、裸眼3D 技術(shù)、高速互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算以及人體芯片等[4]。

2.1 技術(shù)層次

2.1.1 感知層

通過(guò)各種類型感知設(shè)備獲取人體相關(guān)信息，交由數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊處理。預(yù)處理包括：A/D 轉(zhuǎn)換、標(biāo)示、封裝等。由于人體相關(guān)生理參數(shù)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)，因此監(jiān)測(cè)用戶的生理參數(shù)、并且“知道”用戶處在何種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，可以區(qū)分人體是由于劇烈運(yùn)動(dòng)引起的生理異?；蚣膊∫鸬牟±硇陨懋惓＃瑢?duì)準(zhǔn)確判斷用戶的身體健康情況具有重要意義。由此，感知層應(yīng)包括生理參數(shù)傳感器、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)傳感器。

2.1.2 個(gè)人服務(wù)層

個(gè)人服務(wù)層是智能可穿戴設(shè)備的數(shù)據(jù)處理中心，面向的人員是穿戴者，包括：生理信息診斷模塊、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與危險(xiǎn)動(dòng)作識(shí)別模塊、歷史運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與事件隊(duì)列、決策模塊、報(bào)警模塊、人機(jī)交互模塊。生理和運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)模塊對(duì)應(yīng)不同的分類器，執(zhí)行相應(yīng)的分類算法，然后將該分類結(jié)果放入歷史運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與事件隊(duì)列中。決策模塊從該隊(duì)列中取出生理狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行判斷。感知層和個(gè)人服務(wù)層的處理單元之間連接用短距離通信方式，如Blue Tooth、Zigbee；個(gè)人服務(wù)層和后臺(tái)服務(wù)層之間的互聯(lián)采用遠(yuǎn)距離通信技術(shù)，如WiFi、3G或4G。

2.1.3 后臺(tái)服務(wù)層

后臺(tái)服務(wù)層是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和分析中心，面向的人員主要有系統(tǒng)管理者和醫(yī)生。功能單元主要有系統(tǒng)管理模塊、服務(wù)響應(yīng)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析模塊。服務(wù)相應(yīng)模塊對(duì)多用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)服務(wù)、個(gè)人用戶的既定服務(wù)；系統(tǒng)管理模塊對(duì)多個(gè)警報(bào)信息進(jìn)行分類、識(shí)別、優(yōu)先級(jí)處理，以便用戶能得到實(shí)時(shí)的救助；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析模塊負(fù)責(zé)為各個(gè)功能模塊提供數(shù)據(jù)支持。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 語(yǔ)音識(shí)別

語(yǔ)音識(shí)別常見(jiàn)于一些移動(dòng)操作系統(tǒng)、軟件和部分網(wǎng)站，智能可穿戴設(shè)備中的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，可以在輸入上和人機(jī)交互時(shí)取代鍵盤(pán)和手寫(xiě)，真正“解放人類的雙手”，提高效率。

2.2.2 眼球追蹤

眼球追蹤技術(shù)早已廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究領(lǐng)域，尤其是心理學(xué)領(lǐng)域。眼球追蹤技術(shù)在智能可穿戴設(shè)備中的出現(xiàn)，將有可能催生出比觸屏操作更“直觀”，比語(yǔ)音操作更“快捷”的操作方法。

2.2.3 骨傳導(dǎo)技術(shù)

骨傳導(dǎo)技術(shù)一直以來(lái)是一項(xiàng)軍用技術(shù)，通過(guò)震動(dòng)人類面部的骨骼來(lái)傳遞聲音，是一種高效的降噪技術(shù)。

2.2.4 低功耗互聯(lián)技術(shù)

現(xiàn)已成功商用的藍(lán)牙4.0 可以很好地解決智能可穿戴設(shè)備的能耗問(wèn)題。藍(lán)牙4.0 技術(shù)的應(yīng)用，使得智能可穿戴設(shè)備成本更低、速度更快、距離更遠(yuǎn)。

2.2.5 裸眼3D 技術(shù)

裸眼3D 摒棄了笨拙的3D 眼鏡，使得人們可以直接看到立體的畫(huà)面。通過(guò)時(shí)差障壁技術(shù)、柱狀透鏡技術(shù)和MLD 技術(shù)，用戶可以在液晶屏幕上感受清晰的3D 顯示效果。

2.2.6 高速互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算

當(dāng)寬帶或移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)速度接近甚至超過(guò)硬盤(pán)讀寫(xiě)速度的時(shí)候，通過(guò)終端訪問(wèn)云數(shù)據(jù)就像讀取自己硬盤(pán)里的東西一樣容易。較大運(yùn)算量的任務(wù)將在云端處理，再將處理結(jié)果發(fā)送到終端呈現(xiàn)在用戶眼前。這樣可大大降低智能可穿戴設(shè)備的成本并減少它的體積。

2.2.7 人體芯片

人體芯片已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軍事和醫(yī)療領(lǐng)域，但目前因?yàn)轶w積和安全的原因，人體芯片技術(shù)未能得到廣泛應(yīng)用。

3.智能可穿戴設(shè)備的市場(chǎng)

3.1 智能可穿戴設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈

智能可穿戴設(shè)備的產(chǎn)業(yè)服務(wù)鏈主要包括芯片、傳感器、屏幕、電池、設(shè)備廠商、系統(tǒng)平臺(tái)以及營(yíng)銷模式等方面[10]，主要的參與者及相關(guān)品牌如圖1 所示。

3.2 市場(chǎng)分析

中國(guó)是智能可穿戴設(shè)備的新興市場(chǎng)，2012 年市場(chǎng)規(guī)模為8.9 億元。隨著智能手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟，預(yù)測(cè)到2015 年，中國(guó)智能可穿戴設(shè)備市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)26.1 億元，2012 年至2015 年復(fù)合增長(zhǎng)率為30.9%。從細(xì)分市場(chǎng)看，生活健康類可穿戴設(shè)備最為熱門，預(yù)計(jì)2012 年至2015 年復(fù)合增長(zhǎng)率為33.5%；信息資訊類可穿戴設(shè)備雖然在2012 年只有2.8 億的市場(chǎng)規(guī)模，但隨著谷歌眼鏡的發(fā)布將迎來(lái)市場(chǎng)爆發(fā)點(diǎn)，預(yù)計(jì)2012 年至2015年復(fù)合增長(zhǎng)率為47%。中國(guó)作為智能可穿戴設(shè)備的重要市場(chǎng)之一，預(yù)計(jì)未來(lái)三年將實(shí)現(xiàn)35%的年復(fù)合增長(zhǎng)率。從電子終端演進(jìn)趨勢(shì)上來(lái)看，智能手機(jī)已經(jīng)步入成熟期，廠商陷入了硬件參數(shù)比拼之中，產(chǎn)品形態(tài)和功能并未有顛覆性的創(chuàng)新。而作為新興的智能可穿戴設(shè)備，為用戶提供了更多想象的空間，并且符合用戶“高便攜性”的需求，極可能成為下一代主流的電子終端產(chǎn)品[11,12]。

圖1. 智能可穿戴計(jì)算設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈重要參與者

表1. 國(guó)內(nèi)外主流健康大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)

3.3 國(guó)內(nèi)外主流健康大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)

國(guó)內(nèi)外主流的健康大數(shù)據(jù)云服務(wù)平臺(tái)及支持系統(tǒng)包括Google Fit、Apple Health Kit、阿里健康云、騰訊健康云等[10]，其主要內(nèi)容如表1 所示。

4.存在問(wèn)題及發(fā)展方向

4.1 存在問(wèn)題

盡管智能可穿戴設(shè)備被炒得火熱，但是該領(lǐng)域仍處在發(fā)展的初級(jí)階段，相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)鏈、商業(yè)模式等都沒(méi)有成型[4,10]。目前，主要存在以下問(wèn)題：

4.1.1 多為智能手機(jī)“配件”，獨(dú)立性不強(qiáng)

大部分的智能可穿戴設(shè)備大多是智能手機(jī)的輔助工具，一部分是對(duì)智能手機(jī)功能的拓展，一部分是對(duì)智能手機(jī)功能的平移。如小米智能手環(huán)，僅僅是對(duì)智能手機(jī)部分功能的平移。通過(guò)藍(lán)牙連接后，小米手環(huán)可為用戶提供鬧鐘叫醒、睡眠測(cè)試、運(yùn)動(dòng)記錄等功能，只是作為智能手機(jī)（安卓系統(tǒng)）的輔助外設(shè)，失去了獨(dú)立存在的必要性。另一方面，智能可穿戴設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)、生產(chǎn)需要對(duì)接多個(gè)合作伙伴和廠商，其整個(gè)過(guò)程市場(chǎng)及其繁瑣；同時(shí)由于智能可穿戴設(shè)備作為智能手機(jī)的“配件”存在，需要和代工廠合作，內(nèi)部審核流程復(fù)雜，模具評(píng)審時(shí)間長(zhǎng)，在一定程度上延長(zhǎng)了智能可穿戴設(shè)備的研發(fā)周期。

4.1.2 功能尚不完善，專屬應(yīng)用較少

隨著智能可穿戴設(shè)備市場(chǎng)的不斷發(fā)展壯大，逐步形成了一個(gè)新的智能可穿戴設(shè)備的App 市場(chǎng)，但目前智能可穿戴設(shè)備功能尚不完善， 專屬應(yīng)用較少。整個(gè)智能可穿戴設(shè)備市場(chǎng)呈現(xiàn)生態(tài)環(huán)境高度碎片化。市場(chǎng)上的各種智能可穿戴設(shè)備，由于各自運(yùn)行的平臺(tái)不同，使得開(kāi)發(fā)商/研發(fā)者很難開(kāi)發(fā)出適應(yīng)多種設(shè)備的應(yīng)用軟件。

4.1.3 以數(shù)據(jù)為中心，用戶體驗(yàn)差

大部分的智能可穿戴設(shè)備，都強(qiáng)調(diào)以數(shù)據(jù)為中心，實(shí)現(xiàn)與第三方數(shù)據(jù)的有效對(duì)接，主要集中在對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、綜合等，以期為用戶提供更多更可靠的數(shù)據(jù)和分析。但是由于不同的健康大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合的方式、標(biāo)準(zhǔn)各不相同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)多樣化，不同平臺(tái)間的數(shù)據(jù)不能互通，在一定程度上忽略了人機(jī)交互設(shè)計(jì)和用戶體驗(yàn)。智能可穿戴設(shè)備功能應(yīng)用于用戶的常規(guī)需求貼合度較低，不能滿足用戶對(duì)于智能可穿戴設(shè)備的期望。

4.1.4 電池技術(shù)亟待升級(jí)

智能可穿戴設(shè)備的電池使用時(shí)間一直是影響使用體驗(yàn)的重要問(wèn)題。功耗、電池壽命都是阻礙智能可穿戴設(shè)備市場(chǎng)發(fā)展的因素，但是新的電池產(chǎn)品的研發(fā)及快速充電技術(shù)的研發(fā)進(jìn)展緩慢，雖然在電池研發(fā)領(lǐng)域已經(jīng)有所突破，但是受限于成本等問(wèn)題，還未能大規(guī)模商用。

4.1.5 費(fèi)用昂貴，滲透率低

在目前已經(jīng)發(fā)布的智能可穿戴設(shè)備中，Google Glass 為一流產(chǎn)品，但是其價(jià)格的高昂使其不能被中低收入水平的用戶接受。但是，隨著技術(shù)的進(jìn)步，智能可穿戴設(shè)備的價(jià)格將會(huì)出現(xiàn)一定程度的下滑。

4.2 發(fā)展方向

雖然智能可穿戴設(shè)備存在以上諸多問(wèn)題，但是該領(lǐng)域的發(fā)展勢(shì)頭卻不可阻擋[10,13]。主要表現(xiàn)在以下方面：

4.2.1 硬件

智能可穿戴設(shè)備未來(lái)硬件的發(fā)展方向主要集中在電池和充電技術(shù)、屏幕和處理器三個(gè)方面。在研究柔性薄膜電池技術(shù)、非接觸式充電技術(shù)等的同時(shí)，提高智能可穿戴設(shè)備屏幕的曲度、柔韌性和分辨率；并且研發(fā)低功耗處理器，使智能可穿戴設(shè)備在實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的同時(shí)，更注重用戶體驗(yàn)。

4.2.2 軟件生態(tài)系統(tǒng)

隨著智能可穿戴設(shè)備市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，智能可穿戴設(shè)備的產(chǎn)品類型將呈現(xiàn)整合與細(xì)分并行的發(fā)展趨勢(shì)，不斷整合新的應(yīng)用和服務(wù)，力求為用戶打造一體化的智能可穿戴體驗(yàn)；構(gòu)建良好的軟件生態(tài)系統(tǒng)，解決智能可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的跨平臺(tái)的操作。

4.2.3 大數(shù)據(jù)及云服務(wù)

未來(lái)的智能可穿戴設(shè)備將進(jìn)一步整合傳感器采集的數(shù)據(jù)與云服務(wù)，同時(shí)整合第三方服務(wù)機(jī)構(gòu)，為用戶提供基于大數(shù)據(jù)的個(gè)性定制化服務(wù)。

[1] 郭琪、楊勇強(qiáng).可穿戴智能設(shè)備發(fā)展淺析.經(jīng)濟(jì)生活文摘,2013(3):539-540.

[2] 黃蕊.智能可穿戴設(shè)備或?qū)⒈l(fā)式增長(zhǎng). 投資北京,51-53.

[3] 可穿戴式智能設(shè)備簡(jiǎn)析.

[4] 白玉新.可穿戴設(shè)備.2014-05-11.

[5] Jerry.智能可穿戴式設(shè)備的過(guò)去、現(xiàn)在及未來(lái).

[6] 國(guó)內(nèi)外智能可穿戴產(chǎn)品調(diào)研.

[7] 李靖.里斯：破局“可穿戴智能設(shè)備”.中外管理.88-89.

[8] 可穿戴技術(shù).醫(yī)療器械前沿動(dòng)態(tài).2014(1):1-2.

[9] 劉思言.可穿戴智能設(shè)備市場(chǎng)和技術(shù)發(fā)展研究.現(xiàn)代電信科技.20-24.

[10] 易觀智庫(kù).中國(guó)智能可穿戴設(shè)備市場(chǎng)專題研究報(bào)告2015.2015-01.

[11] Frost&Sullivan.2013 年中國(guó)智能穿戴設(shè)備市場(chǎng)研究報(bào)告.

[12] 劉思言.可穿戴智能設(shè)備引領(lǐng)未來(lái)終端市場(chǎng)諸多關(guān)鍵技術(shù)仍待突破.世界電信.2013(12):38-42.

[13] 張洋.智能可穿戴設(shè)備的需求與機(jī)會(huì).尚生活.2014(02):76.