摘 要：戶外登山運動的遠程穿戴式智能監測設備設計，是提升登山運動員生命安全保障的重要手段。在遠 程 監 測系統構建中充分考慮登山運動員的實際需求建立遠程監測系統模型，提出針對登山運動員生命體征的遠程監測系統設計模式;采用多學科交叉的設計方法，優化現有智能監測登山服的設計方案，并完善遠程監護平臺的實時監測和應急反 應，為構建遠程戶外運動智能監測系統提供參考，也可為個性化登山服設計研究提供借鑒。

　　關鍵詞：登山服;生命體征;可穿戴設備;智能監測

　　登山運動事故已連續多年成為影響登山戶外運動健康發展的關鍵，事故類型有迷路、滑墜、被困、高墜、疾病等。據統計 數 據 分 析，登山運動人數占總運動人數比例為33%，事故整體呈逐年遞增，2019年 死 亡 和失蹤人數之 和 達 歷 年 之 最，2020年 受 疫 情 影 響，有 組織的活動事故大幅減少，創自2012年以來最低值。根據2014—2020年戶外登山運動事故統計分析，因疾病導致登山事故發生已連續7年成為戶外登山運動事故的主要類型之一。

　　從登山員的生理需求出發，以生物力學、感性工學基本理論以及人體工 效 學 為 理 論 基 礎，結 合 可 穿 戴 智能服裝的功能特點，在 登 山 服 現 有 的 功 能 基 礎 上 進 行優化改良設計。目 前，國 內 外 對 于 登 山 服 的 研 究 焦 點主要集中在登山服的 結 構 設 計、面料選擇以及散熱保暖等功能設計[1]，而 對 于 登 山 服 的 對 象 化 智 能 監 測 方面的研究尚少。如何提供一種穿著輕便、結構合理，并針對戶外運動員生命體征進行實時監測的智能監測系統是目前亟待解決的技術問題。

　　1 遠程生命體征監測系統

　　1.1 生命體征監測

　　目前國內外關于遠程生命體征監測的登山服研究尚少，登山服功 能 多 為 基 礎 常 規 功 能�；� 于 遠 程 監 測技術、柔性傳感 器 技 術、無 線 通 訊 技 術、可 穿 戴 技 術 的發展，提出一款新型遠程生命體征監測系統登山服，以解決登山運動員個性化的體征問題。生命體征是用來判斷人體病情輕重和危急程度的指征，主要有心率、脈搏、血 壓、呼 吸、體 溫、血 氧、瞳 孔 和 角 膜 反 射 的 改 變等[2]，以登山服為研究載體，構建生命體征監測 系 統，對運動者的 脈 搏、心 電、體溫以及汗液中的葡萄糖濃度、乳酸濃度等進行監測，以實時反映運動者的身體狀態。該遠程生命體征監測系統由生命體征監測登山服和手機 App線上端構成，可以根據醫院提供的登山員個人生命體征閾值來進行針對性 App線 上 端 數 值 設置，用于生命體征異常時報警，幫助登山運動員實時進行正確的運動強度監 控，以引導登山員在最安全的生命體征區值內活動。

　　1.2 遠程生命體征監測系統構建

　　遠程生命體征監測系統將各種生理信號傳感器或放大濾波電路、電極、A/D轉換等和電腦相連接，在計算機中對監測的多參數生理信號進行分析處理，得 到 一 定 的 分 析 診 斷 結 果，反傳輸到移動設備、服裝信號接收器并儲存至云端�？傮w遠程生命體征監測系統框架，分為戶外登山運動監測和平臺監護兩部分。

　　登山運動員通過醫護 端 就 診 可 得 到 關 于 自 己 生 命 體 征 的 各 種 閾值，根據技術指導來對用戶端進行閾值輸入，進而根據生命體征的實時監測結果控制自己的運動強度。在戶外登山運動中，登山運 動 員 的 生 命 體 征 通 過 穿 著 的 智能監測登山服進行實時數據采集及傳輸，該 監 測 系 統在采集到相關數值后 會 進 行 數 據 分 析，運 動 員 可 通 過用戶端或登山服預警輸出端得知自己的身體狀態，從而控制自己的運動強 度，以免生命體征超出閾值發生危險。通過監測系統得到的生命體征數值也會通過云端的形式反饋給醫生，為 遠 程 監 護 搭 建 一 個 溝 通 的 平臺，節約登山運動員的身體管理資源，提高管理效率。

　　2 生命體征監測登山服的設計

　　生命體征監測登山服以人體工效學和服裝設計基本原理為設計基礎，在 滿 足 人 體 結 構 設 計 的 前 提 下 盡可能提高登山 服 的 舒 適 性、適 用 性 和 功 能 性。根 據 國家標準 GB/T32614—2016《戶 外 運 動 服 裝 沖 鋒 衣》對衣身進行規范化 設 計，對 服 裝 的 功 能、外 觀、材 料 都 進行了嚴格的 規 范，其 中 包 括 功 能 方 面 的 抗 濕 性、靜 水壓、透濕率、耐用性以及外觀要求膠條膠膜、防 水 結 構等設計。生命體征監測登山服主要分為衣體、數 據 采集端和數據終端3個 部 分。

　　數 據 采 集 端分為脈搏壓力傳感和 汗 液 微 傳 感2種 方 式，立 領 兩 側頸動脈處設置了脈搏 壓 力 傳 感 器，袖 口 設 置 了 汗 液 微傳感器，用于采集分析人體體征實時狀態的初步數據。領部的脈搏壓力傳感器[3]紗線部分使用18tex導電紗，其余衣體里料層所用的紗線為18tex不導電的錦綸紗，衣領部位通過 HQM61B 型電腦織領機一體成型，將導 線 和 壓 力 傳 感 模 塊 一 同 織 入 領子面料內部。領子內部采用緯平組織，密度為5～8線圈/cm，領口區域采用1隔1羅紋組織結構，以增強領口的彈性。

　　領子織物的密度會使領子和頸動脈間產生相互作 用 力，當壓力傳感器受到脈搏壓力時，壓阻會隨 之 產 生 變 化。壓 阻 變 化 的 工 作 原 理 是通過“壓”(增加的接觸點)和“放”(降低的接觸點)工作過程中不銹鋼顆粒間接觸點的變化以及導電紗線之間接觸面積的變 化，如 圖7所 示。壓 力 傳 感 器 與 液 晶 顯示器間的連接電線用織入里料的導電纖維代替[4]，使得衣服里料可直接接觸皮膚。汗液微傳感器可以無創對汗液中乳酸、葡萄糖、鉀離子、鈉離子、氯化物、尿素濃度以及汗液pH 值、出汗率、總汗液量等指標進行監測，用不采集血樣的方式進行生理生化分析，方便 登 山 員 在 戶 外 登 山 運 動 過 程 中獲得高質量的生命體征數據。

　　通過汗液微傳感器對登山運動員汗液中的乳酸濃度進行測量分析運動員的運動強度，對汗液中的葡 萄 糖 濃 度 進 行 測 量 分 析 運 動 員的能量消耗，測量和分 析 總 汗 液 量 可 以 對 運 動 員 身 體的水合狀態和熱調節狀態等生理狀態進行監測[5]。該傳感器的 工 作 原 理 是 通 過 微 流 控 和 微 傳 感 器 結 合 工作，微流控裝置對汗液進行電化學分析，微傳感器分析得出汗液中乳酸濃度電壓數據、葡 萄 糖 濃 度 等。汗 液微傳感器同脈搏傳感 器 一 樣，采用同紗線一起織入的方式織入袖口 面 料。汗 液 微 傳 感 器 與 顯示器間連 接 的 電 線 同 樣 用 導 電 紗 線 織 入 面 料 代 替 電線，這樣運用傳感器設 計 的 登 山 服 比 傳 統 登 山 服 更 加功能化、便利，方 便 洗 滌，給運動登山員帶來更舒適的戶外登山運動體驗。

　　3 遠程監護平臺優化設計

　　遠程監護平臺由用戶 App線上終端和云端組成。常 見 App終端主要為維持健康體征優選方案的推薦，在結合 登 山 員 實 時 生 命 體 征 危 及 生 命的情況下，優化設計為實時反饋用戶生命體征現狀與自我運動強度控制的 作 用，通 過 藍 牙 無 線 傳 輸 技 術 或蜂窩網 絡 和 監 測 系 統 信 號 器 連 接，實 現 監 測 系 統 與App終端之間的信號傳輸。云端功能的主要優化是實時記錄并儲存登山員 的 生 命 體 征 狀 況，在 監 測 系 統 進行實時數據分析報告傳輸到 App線上終端后，同時上傳到云端進行數據儲 存，醫生和家庭成員均可通過云端查看用戶的身體狀 態，以便醫生查閱用戶的歷史病情和實時狀況，也可給家庭成員實時反饋用戶的身體狀態，實現遠程監護的功能及作用。

　　登山服的體征穩定預警方面也進行了相應的優化設計，體征預警通常會通過攜帶設備自測完成，在無意識自測的情況下，登山員通常用經驗值判斷是否繼續進行登山運動。優化設計為通過體征監測閾值自動預警的形式告知用戶是 否 能 繼 續 活 動，遇到閾值提醒范圍內時，預警設備會自動發出警報提醒用戶暫停繼續活動且建議盡快就醫查看身體狀況。用戶的生命體征監測閾值預警可通過2種 方 法 實 現：一種是從醫院檢查得出個體生命體征數據閾值，直接手動輸入 App線上終端;另一種是監測系統通過運動員實時的生命體征數據采集，進行云端數據分析，預估目前身體的生命體征閾值。

　　通過2種 不 同 的 數 據 來 源 分 析，根 據 實 時報告反饋作出運動強 度 控 制，預 警 身 體 狀 態 超 出 閾 值范圍，實現用戶 的 安 全 保 障。監 測 系 統 的 預 警 設 備 由視覺效果鮮明的預警 燈 和 報 警 設 備 組 成，預 警 燈 根 據不同的身體狀態分為3個 基 本 顏 色，預警顏色分別為淺綠色、綠色、淺黃色、黃色、淺紅色、紅色，生命體征數值處于正常范圍內預 警 燈 顯 示 淺 綠 色 或 綠 色，生 命 體征數值臨 界 閾 值 預 警 燈 按 程 度 分 別 顯 示 淺 黃 色 或 黃色，生命體征數值等于閾值預警燈顯示淺紅色，生命體征數值超出身體健康范圍將對登山運動員的身體健康構成威脅預警燈顯示 紅 色，同時報警設備將發出報警聲，提示用戶必須立即停止高強度運動并就近就醫，以免身體狀態崩潰造成生命安全威脅。

　　用戶實時 監 測 數 據 分 析 反 饋 表 包 含 用 戶 基 本 信息、數據采集時 間、數 據 采 集 地 點、具 體 生 命 體 征 參 數和分析報告，根據反饋 分 值 可 供 用 戶 自 行 判 斷 身 體 狀態，并給出相應的運動強度推薦;健康指引模塊具有影像效果，直觀地記錄并 告 知 用 戶 身 體 的 實 時 狀 態 與 建議性就醫指導，有 助 于 預 警 身 體 狀 態。遠 程 監 測 數 據分析反饋 表 和 實 時 生 命 體 征 狀 態 均 會 自 動 保 存 至 云端，以供醫生和家庭成員掌握用戶身體狀態，實現遠程互動溝通，提高身體安全保障和就醫效率。

　　4 結束語

　　針對戶外登山運動員進行遠程生命體征監測系統的設計研究，基于用戶角度，提出了遠程監測系統和監護系統模型，搭建遠程監護平臺，給戶外登山運動員提供更加舒適、安 全 的 登 山 運 動 體 驗。采用多學科交叉的研究設計方法，涉及服裝設計、運動醫學、通訊工程、材料等專業，為遠程生命體征監測系統的構建提供全方位的學科基礎支持，可為構建遠程戶外運動智能監測系統提供參考，也為個性化登山服設計研究提供借鑒，進一步推進可穿戴產品的發展。

　　參考文獻：

　　[1] 何碧霞，強利玲.基于戶外運動功能的登山服設計與面料選擇[J].現代紡織技術，2012，20(2)：52-54.

　　[2] 陳天啟，張玉乾，宗寶超，等.基于心率及呼吸生命特征監測技術發展和應用[J].中國醫療器械雜志，2021，45(2)：188-193.

　　[3] 呂洋.獨居老人生命體征遠程監測系統的設計與實現[J].電子制作，2021(9)：82-84.

　　[4] 李思明，吳官正，胡雨潔，等.壓力分布監測襪的制備及其傳感性能[J].紡織學報，2019，40(7)：138-144.

　　[5] 邊升太，葉 舜，楊 舒 斐.可穿戴式體表微流控系統在體育中的應用前景[J].北京體育大學學報，2021，44(1)：134-144.

　　選自期刊《紡織科技進展 》2022年第6期

　　作者信息：張 敏，黎嘉琪，張龍琳*(西南大學 蠶桑紡織與生物質科學學院，重慶 400715)