基于BP神经网络的颈部服装压舒适阈值的预测

吴志明，陈星毅

（江南大学 经编技术教育部工程研究中心，江苏 无锡 214122）

基于BP神经网络的颈部服装压舒适阈值的预测

吴志明，陈星毅

（江南大学 经编技术教育部工程研究中心，江苏 无锡 214122）

为研究颈部服装压对人体主观感受的影响，选取15名青年女性为实验对象，测量其穿着不同领宽的针织高

领衫时的服装压值，结合基于BP神经网络的主观评价的方法，探讨人体感觉舒适的压力阈值.研究认为：颈部受压与穿着舒适度存在显著的负相关性，人体颈部压力舒适阈值为1.046 kPa，超过1.258 kPa时人体将感觉不适.

服装压；颈部；神经网络；舒适阈值

服装压力舒适性研究发展至今，尚鲜见有关人体颈部穿着压力的研究报道.事实上，颈部束缚过紧除了影响颈椎的正常活动外，还会诱发颈动脉窦综合症，医学上仅存在颈部着装过紧可诱发该临床现象的说法，但并未从服装人体工学的角度对此进行研究，更未对压力进行量化分析，进而探讨颈部服装压力的舒适阈值，该领域的研究尚存空白.相关文献[1－5]从主观评价的角度对服装的压力舒适性进行了研究，其中文献[1]、[2]运用了模糊数学的方法对服装压与舒适度之间的关系进行了探讨.本文在客观测试的基础上，结合基于BP神经网络的主观评价的方法，探讨人体感觉舒适的压力阈值，以期对指导消费者着装和产品规格设计具有一定的实际意义.

1 实验设计

1.1 实验对象

挑选300名年龄在21～26周岁、身体健康的青年女性，从中筛选出50名体型相近的学生，采用德国TechMath非接触式三维人体扫描仪获取其体型数据，根据身体条件最终确定15名有高领衫穿着习惯的女性作为本次着装实验的受试者，其身体基本数据及标准差见表1.

1.2 实验服装

1.2.1 面料的选择

根据市场上针织高领衫面料的使用情况以及工厂的生产经验，实验服装采用常规面料制作，面料试

表1 实验对象体型基本数据及标准差Tab.1 Physical consititutions of subjects

验数据如表2所示.

表2 织物结构的试验数据Tab.2 Data of fabric structure test

领子面料纬向拉伸试验按标准FZ/T70006－2004执行，采用HD026NS型电子织物强力仪，试验尺寸20 cm×5 cm，夹持长度10 cm，拉伸速度50 mm/min，预加张力1 N，织物拉伸试验数据见表3.

表3 织物拉伸断裂试验数据Tab.3 Data of fabric tensile fracture test

1.2.2 服装的款式与规格

实验服装款式如图1所示.

服装款式为普通紧身针织高领衫，由于实验仅针对人体颈部进行研究，为避免实验误差，除领上口宽度尺寸分档差外，服装其余部位尺寸均设计一定的放松量并为定尺寸，考虑到实验目的及领上口宽度尺寸与头围尺寸的相关性[6]，领上口宽度尺寸应满足关系式（1）：

式中：lH为头围尺寸；lN为颈中围尺寸；L为成品领上口宽度尺寸；E为面料的断裂伸长率.

根据织物弹性回复率和人体穿着预实验，成品领上口宽度各档差按照不同拉伸率分别设计为0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%7个档，依次标记S1到S7，最终确定实验服装规格如表4所示.

表4 实验服装规格Tab.4 Specifications of experimental garment cm

1.3 实验仪器

客观压力测量基于Labview虚拟仪器技术的压力系统[7]进行，采用美国Tekscan公司的FlexiForceA201压阻式传感器，采样模式为连续采样，采样时间设定为100 s，系统每秒自动记录1次数据.生理数据测试选用日本NISSEI的WT－20生理数据采集设备，以示波法测定人体心率（heart rate，HR）和血压（blood pressure，BP），心率测量范围为 40～160 BPM，血压测量范围为 40～250 mmHg（5.32～33.25 kPa）.

1.4 实验条件

实验在恒温恒湿室内进行，温度（23±2）℃，相对湿度（65±2）%.

1.5 实验方法

1.5.1 客观压力测试

（1）待测点的选择.通过三维人体扫描获得着装常态时人体颈部领口处截面图形，利用Ansys软件对该截面受力进行有限元分析，输入人体弹性模量0.6×109Pa，泊松比0.1[8]，预加压力1 kPa，根据模型受力后位移程度的大小，确定颈中围前中心点、颈中围后中心点、颈中围左侧点和颈中围右侧点为待测点，分别记为点F、B、L、R，颈部穿着截面图形及待测点如图2所示.

（2）测试方法.所有受试者内穿无领内衣，依次穿着各件实验服装，实验过程应保证每件服装均有足够的应力恢复时间，每人共需穿着14件实验服装.各位置压力测量时应适当扶持，保证传感器工作区平整贴身，避免弯折和滑动下垂，导致数据误差.此外，数据采集时应避免吞咽唾液.

1.5.2 生理指标测试

受试者上身穿着统一的运动背心，下身穿着型号、款式相同的宽松裤，于实验开始前30 min进入恒温恒湿室适应实验环境.实验动作采取台阶试验[9]，台阶高25 cm，上下台阶频率为30次/min，过程持续3 min.台阶试验结束后，每位实验对象填写主观评价表，其评价方法采用心理学中的数量估计法，包括压迫感和刺痒感，以及反馈于受试者生理可能产生的晕眩感.实验时首选穿着S7码服装，并规定此时的舒适性最差，以便与其余的服装作穿着感的对比.主观问卷中，每位受试者的感觉评价采用数值评分的形式，按照5段评价法，要求受试者在数值[-2，2]间，档差为1的范围内从好到差评定出相应的穿着感受，如感觉很好为2；感觉较好为1；感觉一般为0；感觉较差为-1；感觉很差为-2，并规定分值大于1为感觉舒适，小于0为不舒适.

2 实验数据与分析

2.1 客观压力数据

人体颈部皮下脂肪沉积状态不同，前颈处皮肤最薄，对领口束缚产生的压力最敏感，在主观感觉上具有一定的代表性，并且在同一部位的多点测量中，该部位的压力舒适性主要取决于最大服装压的作用点[10]，根据各被测点平均数值，最终选取颈中围前中心点F的压力值作为颈部的客观压力数据，各档差服装颈中围前点客观压力值如表5所示.

表5 各档差服装颈中围前点客观压力值Tab.5 Values of static objective pressure in front of neck middle circumference of different grades kPa

2.2 主观评价数据

受试者在穿着实验过程中各项主观感觉因子评价结果如表6所示.

从表6中可以得出，受试者对晕眩的反应较之压迫感和刺痒感而言并不明显.服装压值与各项主观感觉因子的相关关系用Pearson相关分析计算，结果如表7所示.

表6 主观感觉因子评价Tab.6 Appraisement of subjective sense factors

表7 服装压值与主观感觉因子的相关性分析Tab.7 Correlation coefficients of pressure values and subjective sense factors

在95%的置信区间，显著性水平均为sig.=0，服装压值与压迫、刺痒及晕眩等各项感觉因子呈负的相关关系，相关系数越大，说明服装压力越大舒适感就越差；各项感觉因子之间呈现正相关关系，三者之间关系紧密.

3 颈部压力舒适阈值的预测

3.1 模型的建立

将服装压与各项主观感觉因子分值的关系模型运用BP神经网络建模分析.输入参数为服装压值；采用试错的方法确定隐含层数和隐含层神经元数；输出参数为各项感觉分值；最终选取1×3×3的三层网络结构模型，其中，最大训练次数为1.0×106，训练最大步数为25，精度目标值为1.0×10-5；动量因子为0.9；学习率为0.01.

3.2 模型的训练

按照Matlab的语言规则，编写好数据输入网络训练程序，提交给Matlab应用程序进行网络训练.将各项因子分值的实测值与预测值进行模型的验证，以晕眩感因子实测值与预测值的验证为例，如图3所示.图3中，横坐标表示目标值，纵坐标表示网络预测值，网络目标值与预测值拟合程度高，数据点均匀分布在直线周围，说明网络训练结果满足要求，模型可靠准确，可用于分析与预测.

3.3 模型的预测与分析

依据上述模型，得出服装压与各项感觉因子的拟

图4中，横坐标表示服装压，纵坐标表示感觉因子分值.从图4中可以看出，在运动过程中人体对服装压迫最为敏感.各项因子主观评分均大于1为感觉舒适，此时颈部感觉舒适的压力范围在0～1.046 kPa之间；各项因子主观评分均小于0为感觉不舒适，则颈部受压超过1.258 kPa人体感觉不舒适.综上所述，人体颈部压力舒适阈值为1.046 kPa.

4 结论

通过主观评价实验得出服装压与各项感觉因子之间的关系紧密，各项舒适感觉分值随着服装压的增大而减少，可见在考察服装压力舒适性时要深入到穿着者的心理层面作进一步的研究.在主观实验的基础上，根据受试者的主观感觉因子分值，利用BP人工神经网络对颈部压力舒适阈值进行预测，得出人体颈部压力舒适阈值为1.046 kPa，超过1.258 kPa时人体将感觉不适.

[1]陈东生，刘丽杰.男子西装的服装压对舒适性评价的研究—服装压与舒适性的关系[J].长春工业大学学报，2002，23（增 1）：131－531.

[2]金子敏，罗晓菊，沈加加，等.无缝内衣对男子下体静态压力舒适性的影响[J].纺织学报，2009，30（6）：99－103.

[3]周 晴，徐 军.运动内衣穿着压力舒适的主观评定[J].纺织学报，2004，25（6）：63－65.

[4]徐 军，周 晴.运动内衣压力分布的主观评定[J].纺织学报，2005，26（2）：77－81.

[5]由 芳.服装穿着压力舒适的主观评定 [J].西安工程科技学院学报，2002，16（1）：13－16.

[6]杨佑国，李 洁，郝丽华.头围与人体尺度的相关性分析[J].纺织学报，2005，25（5）：77－78.

[7]汤 倩，肖居霞，魏取福.运动服动态压力测试系统的构建与评价[J].纺织学报，2009，30（9）：123－126.

[8]SEYED A M，MANSOUR R，ZEYNAB S.The analytical study of garment pressure on the human body using finite elements[J].Fibres&Textiles in Eastern Europe，2008，16（3）：69－73.

[9]国家体育总局.国民体质测定标准手册[M].北京：人民体育出版社，2003：14－16.

[10]王越平，赵 平，高绪珊，等.女胸衣压力舒适性的客观评测[J].纺织学报，2006，27（11）：90－93.

Subjective assessment of comfort threshold of clothing pressure on human neck based on BP neural networks

WU Zhi－ming，CHEN Xing－yi
（Engineering Research Center of Warp Knitting Technology of Ministry of Education，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）

In order to study the effects of subjective feeling associated with clothing pressure on human neck，fifteen females were chosen as the experiment subjects.The pressure values of different collar width of high neckline knit shirts were measured.Based on the subjective assessment by individuals with BP neural networks，human pressure comfort threshold was explored.The results show that the pressure on the neck is significantly negative correlated with wearing comfort.It reveals that pressure comfort threshold on human neck is about 1.046 kPa.The experiment subjects claim to be uncomfortable when the pressure exceeds 1.258 kPa.

clothing pressure；human neck；neural networks；comfort threshold

TS 941.17

A

1671－024X（2010）05－0026－04

2010－05－10 基金项目：教育部人文社会科学研究项目资金资助（09YJA760015）；江苏省教育厅2009年度高校哲学社会科学基金指导项目（09SJD760011）

吴志明（1964—），男，硕士，副教授.

吴志明（1964—），男，硕士，副教授.E－mail：wxwuzm@163.com