基于可穿戴设备的老年智能服装应用设计

摘 要：我国日益严峻的人口老龄化趋势，使得老年人智能服装的研究与发展获得了更多人的关注，并成为未来服装工业的发展趋势之一。本文通过调研和技术数据实验，对老年人智能服装的发展及相关内容进行整体分析，系统地梳理和总结了相关的研究成果，从可穿戴设备的使用入手，总结了老年人智能服装在功能上的不同设计，并对其发展趋势进行了分析，提出了使用树莓派作为可穿戴设备的载体进行相应功能的实现的方法。采用树莓派作为多种传感器的设备载体，完美地解决了性能优化和设备散热问题，同时它还拥有良好的数据传输特性。实验结果显示，使用树莓派作为可穿戴设备的载体进行老年智能服装设计的方案，是当前技术条件下具有创新性的一种思路，也为老年人的智慧服装创新和设计提供了一定程度的技术借鉴。

关键词：可穿戴设备;老年人;智能服装;树莓派

目前，我国已处于人口老龄化阶段，全国60岁以上的老年人口在2050年将接近5亿，约占我国总人口的1/3，约占世界老年人口的1/4。其中，独居老人占了很大一部分比例。因此，可穿戴设备与老年服装相结合所形成的老年智能服装，[1]能够通过科学技术有效提升智慧养老的可实施性，从而提高全国范围内的养老服务水准。另外，目前的智能服装[2]主要应用在体育和医学领域，产品发展未能充分考虑到其他领域不同消费群体的需求，因此，将功能性传感器设备与服装相融合，设计出针对不同领域消费者群体的新型可穿戴式智能服装，[3]是未来服装工业的发展重点和新机遇。[4]总体而言，基于可穿戴设备的老年智能服装应用设计，[5]最终形成高效率、高品质的养老服务，对我国社会的经济发展及和谐稳定具有重要的意义，不但能够为企业的发展提供新的创新點和突破口，还可创造出舒适的智慧养老社会大环境。[6]

1 可穿戴技术现状

1.1 可穿戴技术的概念

可穿戴设备是指通过应用可穿戴传感器技术对人们日常生活中的一些穿戴用品进行智能化设计和开发后形成的设备。常见的可穿戴设备产品主要有手环、手表、眼镜、手套、鞋袜、智能服装等领域。[7]

智能服装是随着可穿戴设备的产生发展而衍生的一个重要分支，它作为可穿戴设备的切入点之一，已经被全球众多研究机构和公司关注，并且在产品端开始布局。[8]智能可穿戴服装可以通过一系列反馈机制，根据环境条件或其他外界因素的变化进行实时信息反馈和智能化分析。通过各类传感器收集数据，通过各种信息通信服务将数据传输至服务器并进行智能化分析，这是智能服装的核心部分。

1.2 可穿戴设备的关键技术

（1）通信技术。常用的几种可穿戴设备之间的数据通信手段包括蓝牙、WiFi、NFC、ZigBee等技术，根据可穿戴设备所应用的不同场景，可选用合适的通信手段。

（2）传感器。可穿戴设备根据应用场景和使用群体的差异性，会采用若干个不同类型的传感器来实现感知功能。[9]可穿戴设备在硬件部分的核心便是传感器，可感知和检测某些形式的信息，并将其转换为另一种形式的信息。传感器具有多个不同的种类，其运行原理也各有不同，所需检测的信息对象涉及多种参数，按照它的工作原理、输入信息和应用范围来分类。[10]

（3）柔性元件。穿戴设备的产品形式大多与使用者的某些特定部位有关。因为需要长时间佩戴，因此产品在触感和舒适度上会有更高的要求，需要符合人体工学设计，柔软度也需要更加人性化，所以柔性元件是可穿戴设备中的重要一环。

（4）操作系统。可穿戴设备中所使用的操作系统仍处于初步阶段，市场上应用最广泛的可穿戴设备操作系统分为以下几类：实时操作系统、三星的Tizen操作系统、苹果的iOS系统以及谷歌的Android操作系统。

2 老年智能服装特点

2.1 用户分析

老年智能服装是指在保证舒适着装的情况下，融合IT技术，有效防止各种内外部因素对老年人健康的不良影响，同时还具有各种智能功能服务的服装。

我国官方机构公布的数据显示，目前，我国60岁以上的老年人数量已接近2.5亿，是世界上唯一一个老年人口超1亿的国家，在2050年，我国老年人口数量将占全国总人口数量的1/3。老年人口的不断增加使得老年人的身心健康问题逐渐成为我国的一个社会性难题。

据统计，到2020年，中国的老年消费市场将为3亿～4亿元，而服装是老年人消费领域的重要组成部分，将服装面料、设计、制作、IT技术应用等多个方面相融合，设计开发出既满足老年人需求、又具有市场开发潜力和发展空间的老年智能服装，就显得尤为重要。

从身体机能方面来看，随着年龄的增长，老年人的生理机能逐渐下降，老年人的身体指标随时会发生变化，传统的物理检测产品已经不再适合老年人的日常使用，可穿戴设备的特性更加符合老年群体的需求。通过可穿戴设备对老年人进行身体机能指标数据的检测和监护，可准确实时地获取老年人的具体身体状况，然后根据数据指标来对老年人进行有针对性的护理和治疗。老年人用户群体已经成为一个重要的社会群体，设计出一款能够实时监控老年人身体健康状况，满足老年用户生理和心理需求的老年智能服装是社会发展的必然要求。

2.2 用户特点分析

老年智能服装将各类生物传感器、微型处理器、柔性显示屏等与老年服装相结合，通过血压、心率、心电等传感器实时监测老年人的身体数据，并通过微型处理器进行转换处理，通过通信协议传输到存储单元及显示单元中进行数据的保存及可视化。

在使用特点上，主要从以下几个方面考虑：

第一，功能：提供实时、准确的身体检测数据。

第二，外观：老年人对服装造型和色彩偏向于保守类型。

第三，位置：考虑到老年人的使用心理，可穿戴设备的安放位置应从隐私性及方便性方面考虑，贴近老年人的使用习惯。

第四，适用性：可穿戴设备的体积一般偏小，显示终端应考虑字体大小及语音输出的问题。

第五，操作：操作应简单易懂，一站式操作较符合老年人用户群体的使用特性。

3 老年智能服装应用设计

3.1 产品定位

目前，老年智能服装在功能上需要考虑的方面有：检测数据是否全面、数据是否准确、采集的数据发送是否完整及时、是否能够对获取的体征数据进行科学化分析并加以归纳应用等。一一实现以上方面，才能最大程度地发挥老年智能服装的优势。

在具体功能的实现上，主要包含以下几个功能：

第一，老人跌倒报警及实时定位功能。

第二，实时检测体温、心率等身体健康数据。

第三，提醒功能：提醒老年人規律饮水、服药。

第四，运动量记录。

3.2 产品功能

老年智能服装在具体功能方面，主要通过软件、硬件、服装面料三个细化部分来一一实现。

老年智能服装的硬件部分会根据用户需检测的不同身体部位而采用不同的生物传感器，心率传感器、温度传感器、加速度传感器等硬件部分负责对人体的生理指标进行检测。本设计采用树莓派3作为可穿戴设备中的传感器载体，结合老年智能服装设计所需要的功能性传感器，从而最终实现老年人智能服装的应用设计，通常智能服装中的传感器具有体积小、功耗低、抗干扰性强的优点。所采用的树莓派板卡如图1所示。

老年智能服装常常和智能设备相互配套使用，智能设备上的APP应用可以进行功能性的定制开发，从而满足不同用户群的不同身体部位检测应用。服装上内置的各类传感器将收集到的老年用户体征数据通过无线传输协议传输到云平台及本地数据库中存储后，通过大数据和人工智能技术进行数据清洗和分析，将最终的分析结果通过移动端APP推送给监护者，或将信息通过其他可视化平台进行数据显示，从而突破空间限制，对老年人的身体状态进行实时的了解，以便监护者采取及时的监护措施。老年智能服装系统工作流程如图2所示。

老年智能服装的常用面料部分有两种，即功能性面料和特殊面料。功能性面料本身并不具备智能化特点，它具有抗菌、透气、排汗、防蛀等特性，常与各类电子硬件设备相结合，以实现服装的智能化;特殊面料是指采用了新型材料生产工业而制成的智能面料，面料本身就具有判断、智能调温、传感、预警等智能功效。

通过石墨烯材料加工而成的特殊面料目前已经应用在了调温的夹克、滑雪服、内衣等服装上。融入微电子元器件的数字化纤维，可以通过自身或内置的传感器来进行身体特征信号的收集，并进一步通过传输数据形成闭环网络，实现老年智能服装的功能应用。

3.3 产品设计

从结构款式上来讲，老年智能服装不但要表现出其科技感和功能性，还要体现出服装的形体美。老年智能服装的整体结构设计从艺术和工程两方面来设计，细节上还需要考虑不同性别款式和配色的区别以及不同季节的搭配。老年人消费群体中很大一部分比例的用户都希望智能服装可以在日常生活中不分场合地着装，还有少部分用户需要智能服装以内衣的形式出现。因此，在设计阶段，应重点考虑这两款服装类型的智能化应用。老年智能服装在设计阶段，应以H、A、O型轮廓为主，忌过长过短的轮廓，同时还要兼备较高的穿着舒适度。老年人具有活动量少、活动幅度小的特点，因此，在服装设计阶段，需要考虑一定程度的宽松度，袖口、胸围等部位的宽松设计能够满足老年人消费群体对舒适性的需求，还需要考虑功能合理性和工艺经济性，从而实现工业化的大批量经济生产目的。

4 结语

随着我国老龄化社会的到来，老年智能服装产业也将逐步发展起来，服装也将从单一功能逐步向多元化功能发展。将新科技和新工艺应用于老年智能服装设计领域，可以更好地服务老年人，提高老年人的生活质量。

本文通过分析不同性别款式的可穿戴设备的技术发展，提出应用树莓派板卡作为可穿戴设备的多种传感器硬件载体，从而进一步进行基于可穿戴设备的老年智能服装应用设计，后续会陆续在老年智能服装的各个功能环节进行更进一步的深入研究及应用融合，最终形成一整套可供技术借鉴的老年人智能服装应用设计模块，并尝试将之应用到产品市场推广及相关项目研发中。

参考文献：

[1] 沈雷，任祥放，刘皆希.保暖充电老年服装的设计与开发[J].纺织学报，2017，43（4）：103-108.

[2] 田悦，王宏付.智能服装研究[J].服装学报，2017，38（4）：124-128.

[3] 吴舢，罗云，涂红燕，等.基于可穿戴技术的智能服装系统研究[J].艺术科技，2017，31（12）：112-113.

[4] 田苗，李俊.智能服装的设计模式与发展趋势[J].纺织学报，2014，35（2）：109-115.

[5] 高汉，匡才远.老年人智能服装研究进展[J].轻工科技，2017，31（10）：109-110.

[6] 易莉莉.智能服装的贴心设计及其发展潜力分析[J].毛纺科技，2016，23（3）：63-67.

[7] 蔡伟图.中老年智能服装的现状与推广应用[J].纺织报告，2017，28（7）：68-71.

[8] 范艳苹，胡克勤，陶仁中.智能纺织服装的发展现状与进展[J].染整技术，2017，33（7）：1-6.

[9] 戴巡，肖雳，吴镝，等.可穿戴设备Wi-Fi及蓝牙空间性能测试研究[J].计量技术，2018（12）：37-40.

[10] 刘林锋，涂亚庆，赵运勇，等.基于可穿戴设备的军校学员运动状态识别方法[J].海军工程大学学报，2019，31（02）：49-53.

作者简介：吴舢（1989—），女，硕士研究生，主要研究方向：服装设计，服装材料及智能服装。