自行车智能户外骑行服的设计研究

罗洁，骆楠楠（广州大学 美术与设计学院，广州 510006）

前言

21世纪经济研究院、21世纪经济报系与京东联合在2016年8月3日发布了《2016中国体育消费生态报告》①。在该《报告》中显示，骑行运动已成为当前国内的热门时尚运动之一，也是两个人均消费额最高的运动项目之一。各种类型的自行车赛事也在全国各地陆续举行，自行车已从过去的代步工具逐步变身为时尚潮流运动工具。先阶段在我国自行车运动爱好者大约有600万人，而且还呈现逐年上升的趋势人均自行车车消费为1500元，人均零配件消费1200元，骑行消费空间巨大②。

在美骑网发布的《美骑2016年行业调查报告》显示，仅2015年该平台销售的自行车骑行服饰综合类销售额已达5.18亿元，其中骑行服一项就占据销售额度的25%②。

结合以上数据综合分析，我们不难得出，自行车骑行服的需求量随着自行车运动爱好者的增长会一并增大，而且会呈现逐年上升趋势。

一、自行车智能户外骑行服的需求背景

在当今移动互联时代，随着智能手机，智能手表等多功能智能设备的逐渐普及，自行车运动爱好者对于骑行装备的要求也越来越高，从自行车、头盔到导航仪都逐渐朝着多功能智能化的趋势发展③。但是纵观现有的骑行服市场，无论是在国外还是在国内，自行车骑行服的设计以及功能都较为单一，现有骑行服的设计主要目的是让骑行体验更加舒适，起到基本的保护作用。专业的室内骑行服会让专业的骑行运动员室内骑行比赛中减少风阻以提高运动成绩。而专业的户外骑行服，不仅可以让骑行运动员提高运动成绩，还对运动员起到一定的保护作用作用。常规的复合骑行服，具有防风、透气和保暖的作用，这些功能基本满足了大多数骑行者的日常需要，但是随着智能穿戴在市场上的兴起，一些智能服饰的陆续出现，智能户外骑行服的出现也势必会引起专业骑行运动员及骑行爱好者的关注。

二、自行车智能户外骑行服的设计理念

已经上市的骑行服在设计上，专门针对减少运动员的事故伤害、提高运动员着装的舒适性、提高运动员的比赛成绩等方面都有了较大的改善，相关技术日趋成熟，现已成为一种专业性、功能性很强的服装。在高亦文和高磊2015年合著出版的《户外服饰设计与产品开发》一书中的第四章第四节就对骑行服的结构与工艺设计作了系统的讲解④。

将现有自行车骑行服的设计和智能服饰的设计合为一体，它就构成了自行车户外骑行服设计的雏形，其目的是针对自行车户外骑行运动的环境特点，为骑行者提供最基本的保暖、防风、防水和骑行舒适等常见功能，并使其功能最大限度的强化。再运用现有的比较成熟的智能穿戴技术，通过在骑行服上增加多项智能安全预警和智能防护技术，来促使户外骑行者在骑行过程中尽可能的避免意外损伤，以此来保障骑行者在骑行过程中的趣味性和安全性。同时在户外骑行过程中收及更多的相关运动数据，通过人机互动系统为骑行爱好者及骑行运动员提供自己的生理状态和周边环境，也为骑行运动的科学研究与发展提供更加可靠的原始数据积累。

三、自行车智能户外骑行服设计运用的技术理论

自20世纪90年代 MIT（Massachusetts Institute of Technology，麻省理工学院）媒体实验室的可穿戴多媒体计算机问世以来，可穿戴技术与智能服饰吸引了国内外众多科研学者的研究和关注⑤。特别是在最近几年，可穿戴技术与智能服饰发展呈现急速上升的趋势。Park S等人在2003年提出将微型监控设备和传感器植入到普通衬衫，已达到远程医疗监控的作用；Mntyjrvi J 等人在2004年就智能服装和可穿戴设备的系统结合进行了详细的探讨；RadeticM于2013年提出可穿戴式天线的设计，以便为穿着者进行全方位的监测和通信⑥。

2013年9月由科学出版社出版的《智能服装理论与应用》面向智能服装理论与应用的若个方面进行了较系统地阐述和讨论。该书详细地介绍了智能服装的相关技术和背景，对智能服装的体系结构进行了讨论，列举案例对智能服装的各个子系统进行了详细的设计，并且给出了智能服装的一些典型应用，为智能服装的关键技术和应用研究提供一个有力的理论框架与系统原型平台⑦。

（一）关于智能穿戴技术的相关研究

在20世纪60年代，美国麻省理工学院媒体实验室提出将多媒体、传感器和无线通信等技术嵌入到服饰设计中，用它可支持手势和眼动操作等多种交互方式，这一创新技术被称作可穿戴技术，也称智能穿戴技术⑧。

比利时鲁汶大学和德国汉堡应用科技大学的研究人员合作提出了一种系统级芯片解决方案，利用片上数字信号处理技术和多种生物医学信号（如心电图、脑电图、诱发电位、呼吸有关的信号等）的采集和处理，其特点是：功耗小、体积小、性能可靠和容易编程，其灵活方便的集成化信号检测技术很利于在智能穿戴传感与检测系统中得以应用⑦。

用于检测人体温度与湿度的智能穿戴技术已经较为成熟，能准确测量人体体温及出汗量。光纤光栅温度传感器作为光纤传感器的一种，将它植入到织物中便可用来来检测人体腋下的体温，并且能够实时传递人体温度信息，周宏图等人就此项技术的运用做了大量的临床实验和研究，现阶段已经可以投入生产使用。BIOTEX项目（欧盟资助项目）的部分内容为以织物为基础系统已用于人体运动期间的汗液分析，通过实时分析信号即时反馈给智能服饰穿戴者⑨。

（二）关于LED显示技术的相关研究

最早的 LED只会发出红光，它是由美国的霍洛亚克博士利用磷砷化镓（GaAsP）半导体化合物材料在1962年研制出来的，现如今第四代 LED已经出现，已经能发出多种不同颜色，随着 LED自身技术的成熟与普及，更多的人们开始关注 LED的应用领域。LED体积小、耗电低、抗震防水、无污染等诸多优点，使其在服饰中得到应用成为可能。就LED的应用方法，陈元灯编著的《LED制造技术与应用》在书中做了详细阐述⑩。

（三）关于GPS定位和运动传感技术的相关研究

卫星定位系统 GPS（Global Positioning System）于1994年由美国军方研发完成，它早期的目的主要是运用在军事政治上的，但是现如今它在民用市场上也发挥了巨大的推动力作用，特别是在定位导航方面作用显著。

传感器的尺寸随着芯片制造工艺的日益革新而不断变小，其制作成本也在的不断降低，现已逐渐被广泛用于个人导航定位系统。1999年 Levi和 Judd首次提出了行人航迹推算 PDR（Pedestrian Dead Reckoning）的方法，并应用在 Point Research公司开发的 PDR模块中，行人的位置、行走距离、速度和方向等信息通过此种算法都可一一得出，它为个人的运动数据传感奠定了基础 。

（四）关于太阳能电池和智能传输显示技术的相关研究

技术先进、性能卓越、价格便宜和用途众多等特点正是目前柔性太阳能电池所全部具备的，它作为一种新兴的薄膜太阳能电池现已被大量应用于太阳能背包和太阳能服饰的设计上 。太阳能电池作为新兴的环保能源，更适合运用到户外服饰的设计上，以便为相关智能设备提供便捷清洁的能源。

通信功能作为智能服装的设计必备功能之一，在有线传输和无线传输两种传输方式中，无线传输无疑是最适合智能服装的传输方式。蓝牙技术作为全球统一标准的全免费的短距离无线通信协议，在手机、电脑等诸多电子设备中已得到了广泛的应用，它的这些特点也正适合智能服装通信各方面需求。

现如今智能手机 APP的使用已经非常普遍具，用户界面友好、控制方式灵活和无线通信方式多样的三大特点，对于人机交互来说再合适不过，它能及时的将智能穿戴设备监测和计算出的有用的数据以及决策结果展现给使用者，这也有力地推动了近几年智能服装设计的兴起 。

根据以上相关技术综述，可以得知在自行车骑行服和智能服饰的设计领域，以及日趋成熟的智能穿戴技术方面，已有众多研究机构和科研学者做了大量的系统研究和论证试验，特别是在智能穿戴技术方面，随着现代科技日新月异的进步，各种现有智能穿戴技术不断成熟，新型的智能穿戴技术也不断出现，各式各样的智能服饰推陈出新，但是纵观现有的智能服饰市场，将智能穿戴技术和自行车户外骑行服合为一体的智能骑行服还未出现，所以笔者就此展开相关设计研究，希望能够填补这一领域的空白。

四、自行车智能户外骑行服的设计方案

自行车智能户外骑行服在款式及颜色设计上，将参考户外冲锋衣的款式和色彩设计，并在其基础上做改良设计，例如将其原先较为宽松的设计改为修身或紧身设计，使其骑行者在骑行过程中减少空气阻力。在腰部下摆位置加长设计，特别是在后背部位置，加长衣身和下摆设计能够保护骑行者在弯腰骑行的过程中，腰部也能得到很好的保护作用。自行车智能户外骑行服的色彩主要以鲜艳的亮丽颜色为主，一是能够使其更加时尚美观，符合现在骑行者的审美爱好，二是可以促使户外骑行道路上的其他行人或车辆能够及时发现骑行者，避免碰撞危险。

如何将上文提到的智能功能加入到自行车智能户外骑行服的设计中，这将是此类服饰设计的最大难点。自行车智能户外骑行服也将采用双层设计，外层服饰表面将采用防水透气性较好的涂层面料，柔性薄膜太阳能电池板和LED警示灯也将嵌入到外层服饰表面，设计安装在合适位置。太阳能电池板主要设计安装在骑行服的肩部和背部一些位置，以最大大限度来接受太阳光，产生电能。LED警示灯将设计成特殊形状安装在骑行服的背部和上臂的位置，来对周围车辆及行人起到提示作用，特别是在夜晚尤其重要。

自行车智能户外骑行服里层的设计不仅要考虑到传感器和传输线路的安装走线位置，还要考虑到骑行者的穿着舒适度。心率呼吸监测传感器将会分别安装在手腕脉搏位置和胸部位置；温湿度监测传感器将靠近人体腋下位置；GPS接收器与运动轨迹传感器将靠近前肩部位置，以最大程度接收信号；最重要的数据集成处理器和蓄电池将分别放在前胸口袋和下口袋位置隐藏起来，蓝牙传输将和集成处理器一起放置，在靠近下颌的衣领位置会设有一个2.0耳机插孔，方便通话听歌。这些传感器检测到的数据最终都会通过手机APP实时显示到骑行服穿戴者的智能手机上，方便记录和监测。这些传感器的走线尽量沿着裁片车缝位置来走，避免线路混乱。

以上所述的设计方法还在不断试验调整中，会结合设计需要以及用户体验不断调整，以求最终能设计出既科学又实用又时尚的自行车智能户外骑行服。

五、自行车智能户外骑行服设计在相关领域的推动作用

集自行车骑行服和智能穿戴技术一体式设计的自行车智能户外骑行服，能为户外骑行运动者提供更加舒适的运动体验，保护骑行运动者在户外骑行运动中免受常见的运动损伤，它的出现不仅仅能够改变现有骑行服主动防护能力比较薄弱的现状，还能使其智能穿戴技术能够通过日渐风行的骑行运动推广设计到更多户外运动服饰中，让其更加高效广泛的服务于大众。智能户外骑行服的多功能设计能最大限度地降低户外骑行运动的相关设备购买成本，将户外骑行运动更加大范围的在大众之间推广，以此来带动更多的人们参与到户外骑行，由此来倡导更加环保的运动生活理念。

通过对现有骑行服和智能穿戴技术相结合设计，也为更多品类的智能服饰设计提供相应的理论依据和设计参考，以此来推动智能穿戴技术在服饰上的设计运用。在前期调查实践中通过对户外骑行运动员运相关动数据测试情况统计分析，可以设计出适合户外骑行的智能骑行服装，为骑行服饰的专业化设计提供方向参考，同时也为中国专业运动服饰设计在世界上引领潮流做好奠基。■

注：本文为国家自然科学基金资助项目支持，项目编号：61502112；教育部人文社会科学研究一般项目工程科技人才培养研究专项支持，项目编号：17JDGC021；广州市属高校科研项目支持，项目编号：1201630279，广东省省级科技计划项目支持，项目编号：2015A020219014；广东省高校学科建设专项资金资助项目支持，项目编号：2013WYXM0094；广州市教育科学“十二五”规划项目支持，项目编号：2013A058；广州市羊城青年文化英才项目支持，惠宣通［2015］90号，以及2017年度广东省大学生创业训练计划项目支持。

注释：

①王辉.从“大数据”看——跑步骑行赛事来扎堆[N].中国体育报，2017.4.

②美骑网，2016美骑中国运动自行车行业调查报告.2016.9.

③智研咨询集团. 2015—2020年中国骑行服市场运行态势及发展趋势研究报告.2014.11.

④高亦文，高磊.户外服饰设计与产品开发[M].上海：东华大学出版社，2015.

⑤田苗，李俊. 智能服装的设计模式与发展趋势[J]. 纺织学报，2014（02）：109-115.

⑥薛哲彬，沈雷，任祥放.基于儿童安全的智能服装系统研发模式[J]. 服装学报，2016（05）：470-476.

⑦丁永生，吴怡之，郝矿荣，任立红. 智能服装理论与应用[M].北京：科学出版社，2013.9.

⑧闫亚飞，王溯，陈小莉，李壮.可穿戴设备国际专利技术研发态势分析[J]. 新材料产业，2016（12）：8-16.

⑨周宏图，张美玲，刘双宝，等. 光纤光栅温度传感器植入织物的研究[J].上海纺织科技， 2010，38（3）：18-20.

⑩于跃. LED服饰的视觉效应与应用设计研究[D].大连：大连工业大学，2010.