基于智能運動手環(huán)的中國成年人體力活動大數(shù)據(jù)分析

張瑞全

(滁州城市職業(yè)學院 基礎部,安徽 滁州 239000)

在信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的推動下，以智能手表和智能手環(huán)為代表的可穿戴設備的快速和廣泛應用，讓我們的身體活動、生理動態(tài)數(shù)據(jù)和身體位置的每一次改變都成為可以記錄和可分析的數(shù)據(jù)，為人們更加詳細地了解身體健康狀況打開了新的思路和方法.體力活動的測量，智能可穿戴設備的快速發(fā)展為體育運動大數(shù)據(jù)研究創(chuàng)造了可能.

1 智能手環(huán)簡介及其推廣運用的現(xiàn)實意義

隨著時代的進步，我國人民的生活水平和醫(yī)療水平均有較大幅度的提升，這些都促使人們對健康產(chǎn)生一個更加深入的理解，對于自身的健康，越來越多的人開始關(guān)注采用加速度計的原理檢測身體活動的智能指環(huán)，相應的手機應用軟件(APP)連接到智能指環(huán)后，大家可以直觀地了解我們的日常步數(shù)、身體活動和身體能量消耗情況，從而有效監(jiān)控我們身體活動，無論是短期還是長期的檢測.[1]當人們生病或明顯感到不舒服時，仍然更注重健康.因此，需要一種設備來幫助人們監(jiān)測自己的健康，智能手環(huán)應運而生.

智能手環(huán)是一種長期開發(fā)的高科技可穿戴智能裝備.它的計步功能準確性很大，這也是智能手環(huán)為什么受到很多消費者喜愛的原因.[2]在這個手環(huán)上可以對人運動的一些基本信息進行設定，如體重，身高以及速度等，能夠很好地將所檢測的運動數(shù)據(jù)進行上傳.對該手環(huán)所能夠使用的時長進行分析，其中所采用的電池為鋰聚合物電池，能夠使用大約10天.總之，這個智能手環(huán)所具備的功能非常多，它可以對距離進行檢測，對人的脂肪以及所運動的步數(shù)進行檢測，對人在運動過程中所消耗的熱量進行檢測，還可以對運動者進行疲勞提醒.

以智能穿戴設備為代表的信息新產(chǎn)品和新技術(shù)的推廣應用，促進了醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域服務和功能的全面提升.其可以對大數(shù)據(jù)進行運用來對數(shù)據(jù)信息進行收集，然后對手環(huán)的佩戴者的運動情況和健康情況進行深入分析和研究，然后根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果預測疾病趨勢，結(jié)合當前的情況來完成計劃的制定.并對智能手環(huán)的潛在開發(fā)功能進行了預測，提高了智能手環(huán)的應用范圍，增加了用戶數(shù)量.智能手環(huán)的應用價值：它結(jié)合了當前大數(shù)據(jù)時代帶來的便捷功能，進一步升級最新技術(shù)，讓這些技術(shù)更好地融入個人生活，實時地檢測人體狀況，為人們的健康研究提供一系列的建議和規(guī)劃.對智能手環(huán)其他方面功能的研究也有一定的幫助.它的現(xiàn)實意義：一方面有利于動態(tài)監(jiān)測個人健康狀況，及時調(diào)整個人的生活規(guī)律和習慣；另一方面有利于預控自身疾病，降低潛在風險.更緊密地結(jié)合科學技術(shù)，開發(fā)更多貼近生活的實用功能，方便生活，從而更好地利用先進技術(shù)改變生活條件.

2 智能手環(huán)等設備測量體力活動的方法和原理

智能手環(huán)在近年來越來越受到人們的熱捧，然而它作為一款時效性的科技產(chǎn)品，其局限性已經(jīng)凸顯，從快速發(fā)展慢慢回歸沉寂[3].不同品牌的設備有不同的工作原理和算法，它們?nèi)鄙偌嫒菪裕谛穆蕶z測、加速度檢測和GPS的一種或多種方法，開發(fā)了具有測量體力活動能耗功能的主流智能穿戴設備.

(1)基于加速度檢測技術(shù)的智能穿戴設備，其主要元件就是加速度傳感器.它是用來感受人體加速度的，繼而通過系統(tǒng)的算法來估算人體在運動后的能量消耗.分析中所用的是大數(shù)據(jù)技術(shù)，針對不同的運動、時間及強度而運用不同的算法.

(2)心率檢測技術(shù)不僅能夠?qū)w力活動能量消耗進行精準檢測，還可以對運動者的心率進行精準檢測.光電測量技術(shù)，將手臂血管內(nèi)的血液在血紅蛋白吸光度變化時，通過檢測這種透射率的變化，可以測定脈搏.光電檢測技術(shù)以其優(yōu)越的用戶粘性和舒適性受到更多廠家的青睞.

(3)基于全球定位系統(tǒng)(GPS)估算體力活動能量消耗.全球定位系統(tǒng)(GPS)是一種基于通信和衛(wèi)星的定位系統(tǒng)，通過測量受試者的位置、坡度、速度和戶外活動時間來估算能量消耗[4].全球定位系統(tǒng)可以與其他方法結(jié)合使用，以提高體力活動能源消耗估算的可靠性和有效性.

3 相關(guān)實驗研究

實驗1：常用體力測量方式優(yōu)劣分析

如表1所示，常見的6種體力測量方法在準確性、便捷性、經(jīng)濟性方面各有優(yōu)劣，但綜合來看以智能手環(huán)為代表的心率法、計步器法、加速度計法具有較高的性價比，是比較理想的測量工具.

表1 常用的體力活動測量工具

注：優(yōu):5星;良:4星;中:3星;差:2星.

實驗2：實驗測試方式比較

如表2所示，和體力活動問卷對比，智能手環(huán)具有諸多特點，具有數(shù)據(jù)可觀、準確、便捷和豐富的特點.

表2 體力活動問卷與智能可穿戴設備的比較

實驗3：不同手環(huán)的能量消耗測試和誤差分析

選取10名成年研究對象，分別為20歲左右的成年男性.參加測試的成年人身體都很健康，不存在內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病，呼吸道以及心腦血管等運動疾病.參加測試的人主要對4種不同品牌的手環(huán)進行檢測，其分別為H、B、G和X手環(huán).他們分別以4100 m/h、5800 m/h、6600 m/h、7200 m/h和8100 m/h，時長持續(xù)5 min.然后對這幾種不同類型的手環(huán)所檢測的數(shù)值進行分析和對比.

對表3進行分析，使用智能手環(huán)來對能量消耗進行檢測的結(jié)果和采取間接測熱法所獲得檢測結(jié)果是不一樣的.不僅如此，采取不同品牌的智能手環(huán)所測得的數(shù)據(jù)也有一定的差別，誤差大于0.02且小于0.4.使用智能手環(huán)來對能量消耗進行檢測的結(jié)果和采取氣體分析法所獲得檢測結(jié)果相關(guān)系數(shù)在0.02到0.67之間.由此得知，有些品牌所研發(fā)的智能手環(huán)準確度比較低，其對于能量消耗進行檢測的有效性也比較差.

表3 4種智能手環(huán)測量的平均能量消耗與間接測熱法統(tǒng)計表

實驗4：不同智能手環(huán)能量消耗之間的關(guān)系

通過對美國運動醫(yī)學會的能量估算公式來對走以及跑這兩項活動進行運算，能夠得知其結(jié)果和實際的測量結(jié)果的相關(guān)系數(shù)大小不超過0.75，且大于0.31，對其結(jié)果進行分析，具有顯著性，具體請見表4.

表4 4種智能手環(huán)和ACSM公式估算能量消耗與間接測熱法能量消耗的相關(guān)系數(shù)

注：*表示P<0.05,表示p<0.01.

實驗5：不同運動手環(huán)不同運動方式的準確性分析

由檢測結(jié)果能夠得知，加速度VM和三個手環(huán)在不同的體育活動上所呈現(xiàn)出來的變化趨勢基本相同，對這三個手環(huán)進行比對，紅米手環(huán)的VM值是最高的，而且樣本T檢驗具有太大的差異；而紅米手環(huán)和三星手環(huán)之間的VM差異均不具有統(tǒng)計學意義.

表5 活動矢量計數(shù)的描述性統(tǒng)計

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié) 論

目前，人們所能夠穿戴在身上的智能裝置越來越多，類型也越來越豐富，這促使智能手環(huán)越來越具備高效性.隨著生活節(jié)奏的加快、作息方式的改變和工作壓力的增加，睡眠障礙變成了困擾城市人群的主要問題之一.隨著人們物質(zhì)和生活文化水平的不斷提高，人們對睡眠的觀念發(fā)生了前所未有的改變.從而導致了很多人對睡眠的關(guān)注度逐漸提高，智能運動手環(huán)準確地監(jiān)測睡眠質(zhì)量的特點得到了廣大都市人群的青睞[5].

隨著人們生活水平的提高，智能手環(huán)一定會對人的體育活動產(chǎn)生更大的影響，也會為人開展體育活動提供一些更有效的參考數(shù)據(jù).智能手環(huán)具有諸多優(yōu)勢，其不僅比較靈活，而且其所具備的云數(shù)據(jù)處理水平也比較高，這些都會促使智能手環(huán)成為體育運動愛好者參加的一個平臺.智能手環(huán)可以充分激發(fā)人們對于體育運動鍛煉的興趣，讓人們形成一種終身參與體育的意識，從而將健康運動深入人心，智能手環(huán)的出現(xiàn)和廣泛使用大大促進了我國體育行業(yè)的發(fā)展.

4.2 建 議

4.2.1 優(yōu)化健康數(shù)據(jù)指標

常見的計步器、距離測量、卡路里消耗監(jiān)測、脂肪消耗跟蹤等大多是為了健康生活，但大多數(shù)人不知道自己鍛煉了多少，是太多還是太少，不適當?shù)倪\動會影響自己的健康.不適當?shù)倪\動后，往往還會產(chǎn)生身體上的消極情緒，使人們從心理上排斥體育運動，降低繼續(xù)鍛煉的熱情，從而會嚴重影響體育鍛煉的可持續(xù)發(fā)展.隨著智能手環(huán)佩戴人數(shù)的增加，我們通過智能手環(huán)的大數(shù)據(jù)處理可以準確地了解其運動狀態(tài)并做出合理的調(diào)整.這將大大地改變?nèi)藗儗w育鍛煉的負面影響，從而推動體育運動發(fā)展到更高的水平.

4.2.2 開展實時健康檢測

從對運動智能手環(huán)使用上看，運動手環(huán)不僅可以檢測運動速度和身體的熱量消耗與自身體重的關(guān)系，還可以檢測用戶在睡眠狀態(tài)下身體的各項指標，而且通過傳感器，運動智能手環(huán)通過大數(shù)據(jù)分析還能檢測用戶的睡眠狀態(tài).用戶隨時可以知道自己的運動狀態(tài)，無論是從外部還是體內(nèi)運動，都可以通過智能手環(huán)進行自我監(jiān)控.因此，運動員在使用智能手環(huán)時，可以通過對智能手環(huán)的判斷隨時隨地了解自己的身體狀況，以便在接下來的動作中做出更加合理的安排.另一方面，它促進了體育的可持續(xù)發(fā)展.

4.2.3 提供及時健康咨詢

智能手環(huán)可以為用戶提供合理的建議.當用戶運動時，智能手環(huán)可以根據(jù)用戶的器官、體重和身高給出合理的運動量.例如，如果用戶過于肥胖，他們會建議你跑三圈，因為你的身體器官不能承受太多的運動，它還可以建議你如何根據(jù)你的身體狀況進行鍛煉.也許當整個身心都在從事運動時，體育鍛煉者往往忽略了自己真正的運動需求，往往導致過度運動，而過度運動又會損害身體的免疫功能，影響健康.此時，智能手環(huán)作為一種“旁觀者”身份，能夠清晰地向體育鍛煉者展示相關(guān)的運動數(shù)據(jù)和建議，使體育鍛煉者能夠在參考數(shù)據(jù)指導的基礎上做出合理的安排與調(diào)整.因此，在很多方面，智能手環(huán)不斷推動著體育向新的方向發(fā)展，逐步影響著體育.