基于智能运动手环的中国成年人体力活动大数据分析

张瑞全

(滁州城市职业学院 基础部,安徽 滁州 239000)

在信息技术和互联网飞速发展的推动下，以智能手表和智能手环为代表的可穿戴设备的快速和广泛应用，让我们的身体活动、生理动态数据和身体位置的每一次改变都成为可以记录和可分析的数据，为人们更加详细地了解身体健康状况打开了新的思路和方法.体力活动的测量，智能可穿戴设备的快速发展为体育运动大数据研究创造了可能.

1 智能手环简介及其推广运用的现实意义

随着时代的进步，我国人民的生活水平和医疗水平均有较大幅度的提升，这些都促使人们对健康产生一个更加深入的理解，对于自身的健康，越来越多的人开始关注采用加速度计的原理检测身体活动的智能指环，相应的手机应用软件(APP)连接到智能指环后，大家可以直观地了解我们的日常步数、身体活动和身体能量消耗情况，从而有效监控我们身体活动，无论是短期还是长期的检测.[1]当人们生病或明显感到不舒服时，仍然更注重健康.因此，需要一种设备来帮助人们监测自己的健康，智能手环应运而生.

智能手环是一种长期开发的高科技可穿戴智能装备.它的计步功能准确性很大，这也是智能手环为什么受到很多消费者喜爱的原因.[2]在这个手环上可以对人运动的一些基本信息进行设定，如体重，身高以及速度等，能够很好地将所检测的运动数据进行上传.对该手环所能够使用的时长进行分析，其中所采用的电池为锂聚合物电池，能够使用大约10天.总之，这个智能手环所具备的功能非常多，它可以对距离进行检测，对人的脂肪以及所运动的步数进行检测，对人在运动过程中所消耗的热量进行检测，还可以对运动者进行疲劳提醒.

以智能穿戴设备为代表的信息新产品和新技术的推广应用，促进了医疗卫生领域服务和功能的全面提升.其可以对大数据进行运用来对数据信息进行收集，然后对手环的佩戴者的运动情况和健康情况进行深入分析和研究，然后根据数据分析结果预测疾病趋势，结合当前的情况来完成计划的制定.并对智能手环的潜在开发功能进行了预测，提高了智能手环的应用范围，增加了用户数量.智能手环的应用价值：它结合了当前大数据时代带来的便捷功能，进一步升级最新技术，让这些技术更好地融入个人生活，实时地检测人体状况，为人们的健康研究提供一系列的建议和规划.对智能手环其他方面功能的研究也有一定的帮助.它的现实意义：一方面有利于动态监测个人健康状况，及时调整个人的生活规律和习惯；另一方面有利于预控自身疾病，降低潜在风险.更紧密地结合科学技术，开发更多贴近生活的实用功能，方便生活，从而更好地利用先进技术改变生活条件.

2 智能手环等设备测量体力活动的方法和原理

智能手环在近年来越来越受到人们的热捧，然而它作为一款时效性的科技产品，其局限性已经凸显，从快速发展慢慢回归沉寂[3].不同品牌的设备有不同的工作原理和算法，它们缺少兼容性，基于心率检测、加速度检测和GPS的一种或多种方法，开发了具有测量体力活动能耗功能的主流智能穿戴设备.

(1)基于加速度检测技术的智能穿戴设备，其主要元件就是加速度传感器.它是用来感受人体加速度的，继而通过系统的算法来估算人体在运动后的能量消耗.分析中所用的是大数据技术，针对不同的运动、时间及强度而运用不同的算法.

(2)心率检测技术不仅能够对体力活动能量消耗进行精准检测，还可以对运动者的心率进行精准检测.光电测量技术，将手臂血管内的血液在血红蛋白吸光度变化时，通过检测这种透射率的变化，可以测定脉搏.光电检测技术以其优越的用户粘性和舒适性受到更多厂家的青睐.

(3)基于全球定位系统(GPS)估算体力活动能量消耗.全球定位系统(GPS)是一种基于通信和卫星的定位系统，通过测量受试者的位置、坡度、速度和户外活动时间来估算能量消耗[4].全球定位系统可以与其他方法结合使用，以提高体力活动能源消耗估算的可靠性和有效性.

3 相关实验研究

实验1：常用体力测量方式优劣分析

如表1所示，常见的6种体力测量方法在准确性、便捷性、经济性方面各有优劣，但综合来看以智能手环为代表的心率法、计步器法、加速度计法具有较高的性价比，是比较理想的测量工具.

表1 常用的体力活动测量工具

注：优:5星;良:4星;中:3星;差:2星.

实验2：实验测试方式比较

如表2所示，和体力活动问卷对比，智能手环具有诸多特点，具有数据可观、准确、便捷和丰富的特点.

表2 体力活动问卷与智能可穿戴设备的比较

实验3：不同手环的能量消耗测试和误差分析

选取10名成年研究对象，分别为20岁左右的成年男性.参加测试的成年人身体都很健康，不存在内分泌系统疾病，呼吸道以及心脑血管等运动疾病.参加测试的人主要对4种不同品牌的手环进行检测，其分别为H、B、G和X手环.他们分别以4100 m/h、5800 m/h、6600 m/h、7200 m/h和8100 m/h，时长持续5 min.然后对这几种不同类型的手环所检测的数值进行分析和对比.

对表3进行分析，使用智能手环来对能量消耗进行检测的结果和采取间接测热法所获得检测结果是不一样的.不仅如此，采取不同品牌的智能手环所测得的数据也有一定的差别，误差大于0.02且小于0.4.使用智能手环来对能量消耗进行检测的结果和采取气体分析法所获得检测结果相关系数在0.02到0.67之间.由此得知，有些品牌所研发的智能手环准确度比较低，其对于能量消耗进行检测的有效性也比较差.

表3 4种智能手环测量的平均能量消耗与间接测热法统计表

实验4：不同智能手环能量消耗之间的关系

通过对美国运动医学会的能量估算公式来对走以及跑这两项活动进行运算，能够得知其结果和实际的测量结果的相关系数大小不超过0.75，且大于0.31，对其结果进行分析，具有显著性，具体请见表4.

表4 4种智能手环和ACSM公式估算能量消耗与间接测热法能量消耗的相关系数

注：*表示P<0.05,表示p<0.01.

实验5：不同运动手环不同运动方式的准确性分析

由检测结果能够得知，加速度VM和三个手环在不同的体育活动上所呈现出来的变化趋势基本相同，对这三个手环进行比对，红米手环的VM值是最高的，而且样本T检验具有太大的差异；而红米手环和三星手环之间的VM差异均不具有统计学意义.

表5 活动矢量计数的描述性统计

4 结论与建议

4.1 结 论

目前，人们所能够穿戴在身上的智能装置越来越多，类型也越来越丰富，这促使智能手环越来越具备高效性.随着生活节奏的加快、作息方式的改变和工作压力的增加，睡眠障碍变成了困扰城市人群的主要问题之一.随着人们物质和生活文化水平的不断提高，人们对睡眠的观念发生了前所未有的改变.从而导致了很多人对睡眠的关注度逐渐提高，智能运动手环准确地监测睡眠质量的特点得到了广大都市人群的青睐[5].

随着人们生活水平的提高，智能手环一定会对人的体育活动产生更大的影响，也会为人开展体育活动提供一些更有效的参考数据.智能手环具有诸多优势，其不仅比较灵活，而且其所具备的云数据处理水平也比较高，这些都会促使智能手环成为体育运动爱好者参加的一个平台.智能手环可以充分激发人们对于体育运动锻炼的兴趣，让人们形成一种终身参与体育的意识，从而将健康运动深入人心，智能手环的出现和广泛使用大大促进了我国体育行业的发展.

4.2 建 议

4.2.1 优化健康数据指标

常见的计步器、距离测量、卡路里消耗监测、脂肪消耗跟踪等大多是为了健康生活，但大多数人不知道自己锻炼了多少，是太多还是太少，不适当的运动会影响自己的健康.不适当的运动后，往往还会产生身体上的消极情绪，使人们从心理上排斥体育运动，降低继续锻炼的热情，从而会严重影响体育锻炼的可持续发展.随着智能手环佩戴人数的增加，我们通过智能手环的大数据处理可以准确地了解其运动状态并做出合理的调整.这将大大地改变人们对体育锻炼的负面影响，从而推动体育运动发展到更高的水平.

4.2.2 开展实时健康检测

从对运动智能手环使用上看，运动手环不仅可以检测运动速度和身体的热量消耗与自身体重的关系，还可以检测用户在睡眠状态下身体的各项指标，而且通过传感器，运动智能手环通过大数据分析还能检测用户的睡眠状态.用户随时可以知道自己的运动状态，无论是从外部还是体内运动，都可以通过智能手环进行自我监控.因此，运动员在使用智能手环时，可以通过对智能手环的判断随时随地了解自己的身体状况，以便在接下来的动作中做出更加合理的安排.另一方面，它促进了体育的可持续发展.

4.2.3 提供及时健康咨询

智能手环可以为用户提供合理的建议.当用户运动时，智能手环可以根据用户的器官、体重和身高给出合理的运动量.例如，如果用户过于肥胖，他们会建议你跑三圈，因为你的身体器官不能承受太多的运动，它还可以建议你如何根据你的身体状况进行锻炼.也许当整个身心都在从事运动时，体育锻炼者往往忽略了自己真正的运动需求，往往导致过度运动，而过度运动又会损害身体的免疫功能，影响健康.此时，智能手环作为一种“旁观者”身份，能够清晰地向体育锻炼者展示相关的运动数据和建议，使体育锻炼者能够在参考数据指导的基础上做出合理的安排与调整.因此，在很多方面，智能手环不断推动着体育向新的方向发展，逐步影响着体育.