基于物聯網技術的數字健身器材設計與應用

韓寧 河北工程大學

體育健身器材逐步實現智能化、個性化，是現代體育產業(yè)的重要組成部分，基于現階段物聯網、云計算、移動通信技術為研究的技術支持，只有積極進行研發(fā)，與現代技術相結合，使用先進的物聯網健身器材采集健身設備的信息幫助人們科學指導健身，通過先進的設備為人們提供健康知識普及和在線咨詢的業(yè)務，讓人們能夠在線監(jiān)測健身狀態(tài)，更好為健身服務提供指導。本文以先進的物聯網技術為出發(fā)點，分析數字健身器材的開發(fā)，打造系統(tǒng)化的設計思維，倡導健身鍛煉和信息服務無縫結合，為健身更科學化、便捷化、生活化提供可靠的方案。

一、基于物聯網技術的數字健身器材認識

在現代數據的支持下，研發(fā)物聯網健身的實現，將其與傳統(tǒng)健身器材結合實現數據信息采集，用其進行數據采集并展示給人們，在體育健身中用物聯網技術與器材相結合，用以開發(fā)先進的健身產品。但是現階段自主創(chuàng)新進度緩慢，而世界范圍內的健身器材產品革新速度慢，器材雷同的現象出現，無法滿足現階段信息化時代對器材產品的需要，也是新時期我國健身領域內關注的重點和難點。因此本文以先進的物聯網、云計算技術為技術，分析物聯網技術在健身器材中設計中的實現，以健康為導向來進行設計，為新時期的體育健身創(chuàng)新發(fā)展途徑，實現多元化發(fā)展需要，現階段需要積極探索物聯網技術與數字健身器材實現的可能，打破我國缺乏先進體育器材的現狀，解決體育行業(yè)內發(fā)展存在的多個矛盾，從而創(chuàng)新我國新時期的體育器材發(fā)展?，F代社會生活中智能化的實現已經非常普遍，基于網絡的產品服務更強調智能設備，比如現階段的可視、可穿戴設備，在融合先進技術的支持下讓健身與人們生活方方面面相融合，服務內容也更精細?，F代科技的創(chuàng)新給現代技術使用創(chuàng)新了途徑，現階段物聯網技術使用逐漸成熟，可以深入到體育行業(yè)內，適合運用打造未來網絡化體育健身。數字化時代下服務方式各方面都存在變動，尤其是所使用的設備，都與先進的技術相結合，因此未來網絡化體育健身的發(fā)展，不僅需要良好器械支持，同時也需要更便捷智能的管理，需要智能化的健康管理、服務指導、社交娛樂的精細化管理。面向數字網絡時代的體育發(fā)展，首先依賴信息網絡技術的支持。健身數據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，健身服務難以實現轉型，健身需要設備來輔助鍛煉，而物聯網可以連接設備，在這種趨勢下借助物聯網監(jiān)測設備捕捉運動數據而產生海量健身速度?；诤Ａ拷∩頂祿?，可以實現用戶的識別提供狹義和廣義上的健身計算理論。狹義上是將個體或者是群體健身過程、行為進行收集、分析和決策，廣義上將其與營養(yǎng)、情感、醫(yī)療等多元交互耦合研究，建立個性化、精細化的網絡健身機制。web2.0 快速發(fā)展，個體與群體之間建立起組織架構形式，爆發(fā)互聯網能量，因此借助健身數據信息深度挖掘信息價值，新時期也成為智能化、網絡化發(fā)展的熱點。因此只有重視海量數據的研究，在發(fā)展中不斷挖掘數據，實現對個體健身情況的分析，用來提供更科學的指導。

二、物聯網技術概述

（一）物聯網概念形成

普適計算使用比較廣，這一概念的提出比物聯網更早，這種計算方式成本低廉而且體積微小，可以與接收信息的設備相連，深入到人們生活的多方面?，F代技術發(fā)展背景下，設備集體縮小，收縮到納米級別，不再依賴傳統(tǒng)的人機交互來實現信息傳輸，只需要在局域網覆蓋的范圍內即可交換信息，實現與環(huán)境和為一體。人們無法真實看到計算的實現，但是網絡已經實實在在實現數據的收集與計算。在普適計算下人們能夠在任何時間和任何地點獲取信息和處理信息。普適計算可以看作是前身，但是普適計算即便在現代科技發(fā)展背景下也難以施行，受到無線傳感器技術發(fā)展與網絡普及程度的限制。物聯網技術具備十分先進的功能，具備感知化、互聯網、智能化特征。

（二）物聯網體系結構

現代網絡技術打破時空間限制，實現數據的采集、傳輸、挖掘的實施分配。物聯網工作主要是利用設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，使用神經網絡組織傳輸和分析信息，得到感知信息后再進行信息計算，因此智能技術有模擬人智力的功能，通過計算機挖掘數據和反饋信息。物聯網具體結構如下：

（1）感知層

物聯網具備更大的延伸性，這也是物聯網功能最直接的體現。感知層以先進的感知設計，打破人與人之間的信息交互，將信息傳輸擴展到物理世界中，感知層突破人與物質之間的局限，讓信息獲取成為可能，感知功能的實現主要體現：①數據采集功能，利用先進的感知設備來采集信息，如運用在健身器材中，獲取人的運動頻率各方面，從而實現數據收集。人工生成設備信息有智能手機、計算機、智能手表等。②數據高效傳輸，傳輸距離縮短，數據在收集后要進行短距離傳輸，這是指收集終端得到信息后負責向終端裝置和網關之間的雙向傳輸，讓信息采集裝置協(xié)同工作。

（2）數據傳輸

傳輸層為感知層傳輸數據提供渠道，當感知層獲得數據后，傳輸層實現無障礙、高可靠性的信息傳輸問題，數據傳輸的形式分為直接和間接的形式。而健身器材與物聯網設備相連之后，只需要內部植入路由器模塊和接入模塊即可，這會增加成本，因此成熟的智能終端數據傳輸形式更便捷、有效，比如智能手機、平板電腦等，這一部分成熟的智能設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?，F階段網絡層技術已經相對成熟和完善，各種網絡如局域網、電信移動網等都可以被網絡層所利用。

（3）服務層

服務層發(fā)揮系統(tǒng)的應用功能，以實現信息處理、信息顯示達到人機交互的功能，數據通過傳輸層進入各種信息，通過客戶端開發(fā)和用戶交互。服務層功能豐富，如信息處理平臺、信息平臺等組成，協(xié)同完成數據的管理、存儲、分析，將物聯網技術和人們所需要的部分結合為一體，實現智能化精準控制，通過植入設備來獲得信息之后，精準控制得以實現，促進行業(yè)專業(yè)的深度融合，從而實現智能化檢測。

三、數字健身器材

體育器材種類很多，為體育健身場所服務，為體育鍛煉教學、娛樂等活動使用，是健身的基礎，是普及群眾性體育活動的基礎和提高競技水平的關鍵。數字健身器材有顯示、操作面板，附加多種健身輔助功能，在實際健身中又具備先進的監(jiān)測功能，使用方便，現階段已經成為熱銷產品。數字健身器材的功能強大，也是新時期物聯網數字健身器材實現的重要功能?，F階段發(fā)展背景下，發(fā)展趨勢體現在：①服務指導科學化，數字健身器材設計的目標，以提高精細而先進的服務為基礎，滿足現代健身用戶個性化的需要，如數字健身跑步機在操作的時候，會提供多個坡度、速度讓用戶選擇，用戶通過選擇模式下達控制指令，數據被分析后在系統(tǒng)內完成設備的控制、升降控制，在數字跑步機內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健身服務網絡化，健身服務網絡化背景下以現代技術為出發(fā)點，讓現代技術指導用戶，讓用戶感受到運動帶來的快樂。③健身應用娛樂化，國內外成功的健身產品，都體現出社交、娛樂的特征，如Nike+跑步應用，該應用在鍛煉結束后，用戶可以獲得鍛煉的詳細信息，如體能消耗量、距離、步長分析等，用戶將數據分享到社交圈，達到社交娛樂效應。④器材控制智能化、數字化、網絡化逐步成熟，已經成為趨勢形成風潮，這依賴現代通信技術、數字健身器材設計的實現，讓健身器材的操作更簡單、更智能。

四、基于物聯網技術的數字健身器材設計

物聯網健身器材的使用，將其定義為：以物聯網技術為基礎，融合傳感器等先進設備與互聯網技術，實現人、器材的智能化識別的健身功能。數字健身器材的設計中，以物聯網技術為主，將健身器材、健身服務資源融合在系統(tǒng)平臺上，整合多方面的信息為健身人群、社交媒體、數字游戲開發(fā)商等提供交互接口。物聯網技術通過采集信息，得到終端用戶的信息，傳輸到顯示界面，用戶通過收集到的信息，給不同健身人群提供對應的方案，靈活控制健身器材，制定個性化的服務體系更好為人們提供指導。物聯網健身器材的數字化設計，系統(tǒng)主要以物聯網硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)組成。目前硬件系統(tǒng)所需要的傳感器、自動控制、網絡鏈接技術逐漸成熟，因此軟件服務系統(tǒng)是數字化設計的重點。系統(tǒng)設計應該滿足以下功能需求：

（一）硬件功能

硬件功能需求的實現，需要滿足：①健身數據的采集，感知層位于結構的最底層，感知層主要是采集健身信息，使用傳感器以及網關構成，通過物聯網健身器監(jiān)測信息，該信息能夠監(jiān)測用戶的運動狀態(tài)、運動環(huán)境。②數字健身器材的硬件設計中，系統(tǒng)感知層收集健身數據，將其作為感知數據的主要部分，硬件系統(tǒng)的設計中，現代傳感器技術使用不僅僅能提供全面的數據，也可以借助現代終端，與多個數據接口相連接，讓設備使用更靈活方便采集用戶健身數據，可開發(fā)更有趣、靈活的健身服務軟件。②智能設備支持；③自動控制功能。

（二）軟件功能

①社會娛樂功能，現階段的實際調查中發(fā)現人們健身意愿高，但是堅持健身的參與度低，綜合各方面分析，個體健身有生活化、隨意化、興趣化等特征。新時期受到媒體、情感、環(huán)境氛圍等的影響隨意選擇或者是隨意退出。Web2.0 背景下人們越發(fā)喜歡在社交平臺上發(fā)布自己的生活碎片，這也使社交娛樂活動成為現代生活的一部分，現代化發(fā)展中娛樂性也是影響人們健身的主要因素。②健康數據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，可以得到當前人體脂、心率等多方面的數據，得到后可進行分析，在用戶自愿的基礎上引導人們使用數字化健身器材，針對器材的使用提供指導與分析，確保健身工作有序開展。數字信息交換，可融入物聯網健身服務中，方便人們更好管理自己的健康，定期對個人健康情況進行匯總、計算，輸出圖表為用戶的健康做參考。③個性化的健身指導服務功能，個性化健身功能通過云端信息技術、網絡傳輸技術建立起個性化的運動指導。

（三）云平臺設計

通過建立云服務平臺可以獲得可隨時拓展的資源池，利用云負載均衡技術處理系統(tǒng)信息，在部署上采取動態(tài)化的方式，發(fā)揮平臺設計效果，如此提高業(yè)務資源的運用效益，更好為人們所提供服務。健身服務功能的實現，是基于物聯網健身器材功能體現的基礎，現代技術支持下網絡服務需要服務器的支持，服務器是數據處理中心發(fā)揮數字化功能的前提。在數字化背景下，建設目標為：①打造聯系平臺的物聯網健身體系；②構建服務共享平臺；③構建全天候健身服務體系。

（四）客戶端設計

客戶端是發(fā)揮物聯網服務功能的基礎，基于物聯網健身器材的網絡服務模式中客戶端主要實現人機交互、發(fā)揮平臺的個性化功能，現階段健身行業(yè)逐步朝著先進、精細化方向發(fā)展。通過客戶端指導，實現對物聯網健身器材的高效利用，隨時監(jiān)測用戶鍛煉信息，以健身云服務平臺提供指導、運動處方推薦等功能?，F階段健身服務功能的發(fā)揮，需要結合用戶的需求，如此才可以實現個性化的健身功能。

五、結語

綜上，物聯網健身器材的設計與使用是現代化健身領域發(fā)展的基礎，將物聯網和體育健身器材相融合，在新時期的發(fā)展有極大的空間。借助物聯網的先進功能，開發(fā)先進的數字健身設備研發(fā)、研究、運用，是體育工程研究的前沿、關鍵，創(chuàng)新體育器材，為現代健身創(chuàng)造良好的環(huán)境。