基于物联网技术的数字健身器材设计与应用

2022-11-07韩宁河北工程大学

灌篮 2022年5期

韩宁河北工程大学

体育健身器材逐步实现智能化、个性化，是现代体育产业的重要组成部分，基于现阶段物联网、云计算、移动通信技术为研究的技术支持，只有积极进行研发，与现代技术相结合，使用先进的物联网健身器材采集健身设备的信息帮助人们科学指导健身，通过先进的设备为人们提供健康知识普及和在线咨询的业务，让人们能够在线监测健身状态，更好为健身服务提供指导。本文以先进的物联网技术为出发点，分析数字健身器材的开发，打造系统化的设计思维，倡导健身锻炼和信息服务无缝结合，为健身更科学化、便捷化、生活化提供可靠的方案。

一、基于物联网技术的数字健身器材认识

在现代数据的支持下，研发物联网健身的实现，将其与传统健身器材结合实现数据信息采集，用其进行数据采集并展示给人们，在体育健身中用物联网技术与器材相结合，用以开发先进的健身产品。但是现阶段自主创新进度缓慢，而世界范围内的健身器材产品革新速度慢，器材雷同的现象出现，无法满足现阶段信息化时代对器材产品的需要，也是新时期我国健身领域内关注的重点和难点。因此本文以先进的物联网、云计算技术为技术，分析物联网技术在健身器材中设计中的实现，以健康为导向来进行设计，为新时期的体育健身创新发展途径，实现多元化发展需要，现阶段需要积极探索物联网技术与数字健身器材实现的可能，打破我国缺乏先进体育器材的现状，解决体育行业内发展存在的多个矛盾，从而创新我国新时期的体育器材发展。现代社会生活中智能化的实现已经非常普遍，基于网络的产品服务更强调智能设备，比如现阶段的可视、可穿戴设备，在融合先进技术的支持下让健身与人们生活方方面面相融合，服务内容也更精细。现代科技的创新给现代技术使用创新了途径，现阶段物联网技术使用逐渐成熟，可以深入到体育行业内，适合运用打造未来网络化体育健身。数字化时代下服务方式各方面都存在变动，尤其是所使用的设备，都与先进的技术相结合，因此未来网络化体育健身的发展，不仅需要良好器械支持，同时也需要更便捷智能的管理，需要智能化的健康管理、服务指导、社交娱乐的精细化管理。面向数字网络时代的体育发展，首先依赖信息网络技术的支持。健身数据的封闭性是限制传统体育发展的主要原因，受到多种因素限制，健身服务难以实现转型，健身需要设备来辅助锻炼，而物联网可以连接设备，在这种趋势下借助物联网监测设备捕捉运动数据而产生海量健身速度。基于海量健身数据，可以实现用户的识别提供狭义和广义上的健身计算理论。狭义上是将个体或者是群体健身过程、行为进行收集、分析和决策，广义上将其与营养、情感、医疗等多元交互耦合研究，建立个性化、精细化的网络健身机制。web2.0 快速发展，个体与群体之间建立起组织架构形式，爆发互联网能量，因此借助健身数据信息深度挖掘信息价值，新时期也成为智能化、网络化发展的热点。因此只有重视海量数据的研究，在发展中不断挖掘数据，实现对个体健身情况的分析，用来提供更科学的指导。

二、物联网技术概述

（一）物联网概念形成

普适计算使用比较广，这一概念的提出比物联网更早，这种计算方式成本低廉而且体积微小，可以与接收信息的设备相连，深入到人们生活的多方面。现代技术发展背景下，设备集体缩小，收缩到纳米级别，不再依赖传统的人机交互来实现信息传输，只需要在局域网覆盖的范围内即可交换信息，实现与环境和为一体。人们无法真实看到计算的实现，但是网络已经实实在在实现数据的收集与计算。在普适计算下人们能够在任何时间和任何地点获取信息和处理信息。普适计算可以看作是前身，但是普适计算即便在现代科技发展背景下也难以施行，受到无线传感器技术发展与网络普及程度的限制。物联网技术具备十分先进的功能，具备感知化、互联网、智能化特征。

（二）物联网体系结构

现代网络技术打破时空间限制，实现数据的采集、传输、挖掘的实施分配。物联网工作主要是利用设备传感器来感知信息，这种特征与人的功能相似，人也是利用各种感官来感知，使用神经网络组织传输和分析信息，得到感知信息后再进行信息计算，因此智能技术有模拟人智力的功能，通过计算机挖掘数据和反馈信息。物联网具体结构如下：

（1）感知层

物联网具备更大的延伸性，这也是物联网功能最直接的体现。感知层以先进的感知设计，打破人与人之间的信息交互，将信息传输扩展到物理世界中，感知层突破人与物质之间的局限，让信息获取成为可能，感知功能的实现主要体现：①数据采集功能，利用先进的感知设备来采集信息，如运用在健身器材中，获取人的运动频率各方面，从而实现数据收集。人工生成设备信息有智能手机、计算机、智能手表等。②数据高效传输，传输距离缩短，数据在收集后要进行短距离传输，这是指收集终端得到信息后负责向终端装置和网关之间的双向传输，让信息采集装置协同工作。

（2）数据传输

传输层为感知层传输数据提供渠道，当感知层获得数据后，传输层实现无障碍、高可靠性的信息传输问题，数据传输的形式分为直接和间接的形式。而健身器材与物联网设备相连之后，只需要内部植入路由器模块和接入模块即可，这会增加成本，因此成熟的智能终端数据传输形式更便捷、有效，比如智能手机、平板电脑等，这一部分成熟的智能设备作为传输层的间接传输工具可以减少成本开发的投入。现阶段网络层技术已经相对成熟和完善，各种网络如局域网、电信移动网等都可以被网络层所利用。

（3）服务层

服务层发挥系统的应用功能，以实现信息处理、信息显示达到人机交互的功能，数据通过传输层进入各种信息，通过客户端开发和用户交互。服务层功能丰富，如信息处理平台、信息平台等组成，协同完成数据的管理、存储、分析，将物联网技术和人们所需要的部分结合为一体，实现智能化精准控制，通过植入设备来获得信息之后，精准控制得以实现，促进行业专业的深度融合，从而实现智能化检测。

三、数字健身器材

体育器材种类很多，为体育健身场所服务，为体育锻炼教学、娱乐等活动使用，是健身的基础，是普及群众性体育活动的基础和提高竞技水平的关键。数字健身器材有显示、操作面板，附加多种健身辅助功能，在实际健身中又具备先进的监测功能，使用方便，现阶段已经成为热销产品。数字健身器材的功能强大，也是新时期物联网数字健身器材实现的重要功能。现阶段发展背景下，发展趋势体现在：①服务指导科学化，数字健身器材设计的目标，以提高精细而先进的服务为基础，满足现代健身用户个性化的需要，如数字健身跑步机在操作的时候，会提供多个坡度、速度让用户选择，用户通过选择模式下达控制指令，数据被分析后在系统内完成设备的控制、升降控制，在数字跑步机内置跑步程序以供用户选择，用户可以选择不同模式来满足自己的需要。②健身服务网络化，健身服务网络化背景下以现代技术为出发点，让现代技术指导用户，让用户感受到运动带来的快乐。③健身应用娱乐化，国内外成功的健身产品，都体现出社交、娱乐的特征，如Nike+跑步应用，该应用在锻炼结束后，用户可以获得锻炼的详细信息，如体能消耗量、距离、步长分析等，用户将数据分享到社交圈，达到社交娱乐效应。④器材控制智能化、数字化、网络化逐步成熟，已经成为趋势形成风潮，这依赖现代通信技术、数字健身器材设计的实现，让健身器材的操作更简单、更智能。

四、基于物联网技术的数字健身器材设计

物联网健身器材的使用，将其定义为：以物联网技术为基础，融合传感器等先进设备与互联网技术，实现人、器材的智能化识别的健身功能。数字健身器材的设计中，以物联网技术为主，将健身器材、健身服务资源融合在系统平台上，整合多方面的信息为健身人群、社交媒体、数字游戏开发商等提供交互接口。物联网技术通过采集信息，得到终端用户的信息，传输到显示界面，用户通过收集到的信息，给不同健身人群提供对应的方案，灵活控制健身器材，制定个性化的服务体系更好为人们提供指导。物联网健身器材的数字化设计，系统主要以物联网硬件系统、软件系统组成。目前硬件系统所需要的传感器、自动控制、网络链接技术逐渐成熟，因此软件服务系统是数字化设计的重点。系统设计应该满足以下功能需求：

（一）硬件功能

硬件功能需求的实现，需要满足：①健身数据的采集，感知层位于结构的最底层，感知层主要是采集健身信息，使用传感器以及网关构成，通过物联网健身器监测信息，该信息能够监测用户的运动状态、运动环境。②数字健身器材的硬件设计中，系统感知层收集健身数据，将其作为感知数据的主要部分，硬件系统的设计中，现代传感器技术使用不仅仅能提供全面的数据，也可以借助现代终端，与多个数据接口相连接，让设备使用更灵活方便采集用户健身数据，可开发更有趣、灵活的健身服务软件。②智能设备支持；③自动控制功能。

（二）软件功能

①社会娱乐功能，现阶段的实际调查中发现人们健身意愿高，但是坚持健身的参与度低，综合各方面分析，个体健身有生活化、随意化、兴趣化等特征。新时期受到媒体、情感、环境氛围等的影响随意选择或者是随意退出。Web2.0 背景下人们越发喜欢在社交平台上发布自己的生活碎片，这也使社交娱乐活动成为现代生活的一部分，现代化发展中娱乐性也是影响人们健身的主要因素。②健康数据管理可以提供人健身过程中的信息分析，用户登录系统之后，可以得到当前人体脂、心率等多方面的数据，得到后可进行分析，在用户自愿的基础上引导人们使用数字化健身器材，针对器材的使用提供指导与分析，确保健身工作有序开展。数字信息交换，可融入物联网健身服务中，方便人们更好管理自己的健康，定期对个人健康情况进行汇总、计算，输出图表为用户的健康做参考。③个性化的健身指导服务功能，个性化健身功能通过云端信息技术、网络传输技术建立起个性化的运动指导。

（三）云平台设计

通过建立云服务平台可以获得可随时拓展的资源池，利用云负载均衡技术处理系统信息，在部署上采取动态化的方式，发挥平台设计效果，如此提高业务资源的运用效益，更好为人们所提供服务。健身服务功能的实现，是基于物联网健身器材功能体现的基础，现代技术支持下网络服务需要服务器的支持，服务器是数据处理中心发挥数字化功能的前提。在数字化背景下，建设目标为：①打造联系平台的物联网健身体系；②构建服务共享平台；③构建全天候健身服务体系。

（四）客户端设计

客户端是发挥物联网服务功能的基础，基于物联网健身器材的网络服务模式中客户端主要实现人机交互、发挥平台的个性化功能，现阶段健身行业逐步朝着先进、精细化方向发展。通过客户端指导，实现对物联网健身器材的高效利用，随时监测用户锻炼信息，以健身云服务平台提供指导、运动处方推荐等功能。现阶段健身服务功能的发挥，需要结合用户的需求，如此才可以实现个性化的健身功能。