智能可穿戴设备及其应用

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智能可穿戴设备是一种可以穿在身上或贴近身体并能发送和传递信息的计算设备，它可以利用传感器、射频识别、全球定位系统等信息传感设备，接入移动互联网，实现人与物随时随地的信息交流。

智能可穿戴设备分为生活健康、信息
咨询和体感控制类设备。

其中，生活健康类的设备有运动、体侧腕带及智能手环；信息资讯类的设备包括智能手表和智能眼镜
；体感控制类的设
备包括Kinect 、Leap Motion 等体感控制器[1,2,3]。

智能可穿戴设备及其应用
谢俊祥
1
张琳
2
1 中国医学科学院北京协和医学院医学信息研究所（北京 100020）
2 中国青年政治学院图书馆（北京 100089）
内容提要：智能可穿戴设备是可以直接作为配件穿戴在身上的便携式电子设备，在软件支持下感
知、记录、分析生命特征，极大的提高了我们的生活质量。

随着物联网和移动互联网的发展，智能可穿戴设备与各类应用软件紧密结合，成为其新的发展趋势。

本文主要从智能可穿戴设备的种类、技术、市场发展、优势以及存在问题等方面进行综述。

关键词：智能可穿戴设备
发展史
种类
技术
临床应用
研发动向
The Review and Applications of Smart and Wearable Devices
XIE Jun-xiang
1
ZHANG Lin
2
1 Institute of Medical Information, CAM & PUMC (Beijing 100020)
2 China Youth University for Political Sciences, Library (Beijing 100089)
Abstract: Smart and wearable devices are the electronic devices, with the sport of the software, the smart and wearable devices can sense, record and analysis the constant, promoting the quality of our life. This paper summarizes the sorts, technology, market and the existing problems and future directions of smart and wearable devices.
Key words: smart and surgical robots, history, structure, technology, application
文章编号：1006-6586(2015)03-0018-06 中图分类号：TP212.3 文献标识码：A
收稿日期：2015-02-25
0.
前言
1.
智能可穿戴设备的种类
目前，智能可穿戴设备的种类繁多，按照不
同的分类方式，可以规划出不同的类型
[4]。

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1.1 应用功能
1.1.1 人体健康、运动追踪类
Nike+系列产品和应用（Fuelband）、Jawbone Up、叮咚手环、GlassUp、Fitbit Flex。

以上智能可穿戴设备，主要通过传感装置对用户的运动情
况和健康状况做出记录和评估，大部分需要与智
能终端设备进行链接显示数据。

1.1.2 综合智能终端类
Google Glass等。

这些综合智能终端类设备
也需要与手机相连，可是功能更加强大，独立性
更强，未来将成为智能可穿戴设备的主导产品。

1.1.3 智能手机辅助类
Pebble等，这些智能手机辅助类可穿戴设备
作为其他移动设备的功能补充，一方面必须与智
能手机等设备配合使用，另一方面可以简化智能
手机的操作。

1.2 佩戴位置
按照智能可穿戴设备的佩戴位置进行分类，
虽然分类方法缺乏依据，但是其分类方法相对简
单、界限清晰。

主要有手（臂）环类：主要以一系列运动记录手环、臂环为主；手表类：Pebble 等辅助类智能设备；眼镜类：主要是以Google Glass等为主的新型智能终端；智能服装类：主要由Geek开发，几乎没有正式发布的产品，例如可以通过转化太阳能为电子设备充电的比基尼、
靴子等。

1.3 已发布智能可穿戴设备[5,6,7]
1.3.1 Google Glass&微软眼镜
Google Glass内置GPS、动作传感器、摄像头等，可以指路、好友互动、拍照和拍摄视频，
并与Google其他服务紧密集成，更是增加现实体
验感。

微软眼镜命名为“Monocle”，该智能眼镜可以在观看实况比赛过程中，为用户提供相关的数
据信息，增强现场体验感。

1.3.2 Nike+和iWatch
Nike+和iWatch为智能运动手环。

Nike+是一系列可穿戴设备和应用，主要为用户提供运
动记录和数据分享等功能，产品包括：Nike+ SportWatch GPS、Nike+ Running应用程序、Nike+ SportBand等；iWatch所能实现的是简单的数据通信和中转。

1.3.3 小米智能鞋和Heapsylon
小米智能鞋是由小米公司推出，该智能鞋能
与小米手机连接在一起，不仅可以测算路线，还
可以测算出跑步时的心率等情况；Heapsylon则是可以测量跑步者的步数、步距、速度和消耗的卡
路里的智能袜子。

2.智能可穿戴设备相关技术
智能可穿戴设备的发展离不开关键技术的支
持，这些技术可划分为感知层、个人服务层以及
后台服务层等[8,9]，所涉及的关键技术主要包括语
音识别、眼球追踪、骨传导技术、低功耗互联技术、裸眼3D技术、高速互联网和云计算以及人体芯
片等[4]。

2.1 技术层次
2.1.1 感知层
通过各种类型感知设备获取人体相关信息，
交由数据预处理模块处理。

预处理包括：A/D转换、标示、封装等。

由于人体相关生理参数和运动状态密切相关，因此监测用户的生理参数、并且“知
道”用户处在何种运动状态下，可以区分人体是
由于剧烈运动引起的生理异常或疾病引起的病理
性生理异常，对准确判断用户的身体健康情况具
有重要意义。

由此，感知层应包括生理参数传感
器、运动状态传感器。

2.1.2 个人服务层
个人服务层是智能可穿戴设备的数据处理中
心，面向的人员是穿戴者，包括：生理信息诊断
模块、运动状态与危险动作识别模块、历史运动
状态与事件队列、决策模块、报警模块、人机交
.
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互模块。

生理和运动监测模块对应不同的分类器，
执行相应的分类算法，然后将该分类结果放入历
史运动状态与事件队列中。

决策模块从该队列中
取出生理状态和运动状态进行判断。

感知层和个
人服务层的处理单元之间连接用短距离通信方式，
如Blue Tooth、Zigbee；个人服务层和后台服务层之间的互联采用远距离通信技术，如WiFi、3G 或4G。

2.1.3 后台服务层
后台服务层是系统的数据处理和分析中心，
面向的人员主要有系统管理者和医生。

功能单元
主要有系统管理模块、服务响应模块、数据存储
与分析模块。

服务相应模块对多用户数据进行分
析、统计服务、个人用户的既定服务；系统管理模块对多个警报信息进行分类、识别、优先级处
理，以便用户能得到实时的救助；数据存储与分析模块负责为各个功能模块提供数据支持。

2.2 关键技术
2.2.1 语音识别
语音识别常见于一些移动操作系统、软件和
部分网站，智能可穿戴设备中的语音识别技术，
可以在输入上和人机交互时取代键盘和手写，真
正“解放人类的双手”，提高效率。

2.2.2 眼球追踪
眼球追踪技术早已广泛应用于科学研究领域，尤其是心理学领域。

眼球追踪技术在智能可穿戴
设备中的出现，将有可能催生出比触屏操作更“直观”，比语音操作更“快捷”的操作方法。

2.2.3 骨传导技术
骨传导技术一直以来是一项军用技术，通过
震动人类面部的骨骼来传递声音，是一种高效的
降噪技术。

2.2.4 低功耗互联技术
现已成功商用的蓝牙 4.0可以很好地解决智能可穿戴设备的能耗问题。

蓝牙 4.0技术的应用，使得智能可穿戴设备成本更低、速度更快、距离
更远。

2.2.5 裸眼3D技术
裸眼3D摒弃了笨拙的3D眼镜，使得人们可以直接看到立体的画面。

通过时差障壁技术、柱
状透镜技术和MLD技术，用户可以在液晶屏幕
上感受清晰的3D显示效果。

2.2.6 高速互联网和云计算
当宽带或移动互联网速度接近甚至超过硬盘
读写速度的时候，通过终端访问云数据就像读取
自己硬盘里的东西一样容易。

较大运算量的任务
将在云端处理，再将处理结果发送到终端呈现在
用户眼前。

这样可大大降低智能可穿戴设备的成
本并减少它的体积。

2.2.7 人体芯片
人体芯片已经广泛应用于军事和医疗领域，
但目前因为体积和安全的原因，人体芯片技术未
能得到广泛应用。

3.智能可穿戴设备的市场
3.1 智能可穿戴设备产业链
智能可穿戴设备的产业服务链主要包括芯片、
传感器、屏幕、电池、设备厂商、系统平台以及
营销模式等方面[10]，主要的参与者及相关品牌如
图1所示。

3.2 市场分析
中国是智能可穿戴设备的新兴市场，2012年
市场规模为8.9亿元。

随着智能手机和物联网技术的成熟，预测到2015年，中国智能可穿戴设备市场规模可达26.1亿元，2012年至2015年复合增长率为30.9%。

从细分市场看，生活健康类可
穿戴设备最为热门，预计2012年至2015年复合增长率为33.5%；信息资讯类可穿戴设备虽然在2012年只有 2.8亿的市场规模，但随着谷歌眼镜
的发布将迎来市场爆发点，预计2012年至2015年复合增长率为47%。

中国作为智能可穿戴设备
.
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图1. 智能可穿戴计算设备产业链重要参与者
表1. 国内外主流健康大数据云服务平台
国际主流健康大数据云服务平台
平台名称平台简介支持平台
Google Fit Google Fit健康管理平台，用来收集用户健康数据。

数据来源自可穿戴设备、健康追踪器以及健
康类应用。

该服务和Google的云端服务紧密结合，通过开放API，允许这些数据被其他开发者
调用。

安卓、ios
Apple Health Kit Health Kit存储用户的健康数据和病例等，可与其他健康和健身App相链接，有助于监控健康状
况，还可与医疗机构和医生及时联系。

还可以配合iPhone及Apple Watch一同使用。

ios、Nike+
Microsoft Health Microsoft Health微软健康云服务，支持个人健康和健身数据的存储，并通过智能引擎将这些数
据转化为更有用的信息。

微软还提供Microsoft Health连接到HealthVault的选择，可以安全地与
医院共享这些数据
ios、安卓、Windows
Phone、Jawbone
Sansung Digital Health 三星Digital Health健康解决方案能对智能机和可穿戴设备采集到的用户数据进行处理和分析并
给出相应的指导建议。

数据将被保存在云端，可供用户随时查阅。

Digital Health已有耐克、安
泰、斯坦福及加州大学等多家合作伙伴。

安卓、TIZEN
国内主流健康大数据云服务平台
平台名称平台简介支持平台
阿里健康云阿里健康云，将通过阿里健康云平台存储、计算作为数据支撑，为企业提供市场评估与决策、
销售网络优化、渠道治理与跟踪、供应链便捷管理等产品与服务。

安卓，ios
腾讯健康云腾讯健康云，将打造云端生态、通过开放连接终端用户的能力，将合作伙伴、腾讯云的客户和
最终用户连接在一起。

安卓，ios
百度健康云百度健康云，结合大数据服务，将数据分析服务提供给健康服务层的提供商，包括医院、健康
咨询机构、减肥机构、建设机构等，这些机构通过百度提供的数据对患者提供专业服务。

安卓，ios
春雨健康云春雨健康云，推出的HER（electronic health recorder），打通数据采集-数据分析与解读-数据干
预三个环节，提供数据服务给医生、医疗机构、医疗硬件和患者等。

安卓，ios
.
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的重要市场之一，预计未来三年将实现35%的年复合增长率。

从电子终端演进趋势上来看，智能
手机已经步入成熟期，厂商陷入了硬件参数比拼
之中，产品形态和功能并未有颠覆性的创新。

而
作为新兴的智能可穿戴设备，为用户提供了更多
想象的空间，并且符合用户“高便携性”的需求，极可能成为下一代主流的电子终端产品[11,12]。

3.3 国内外主流健康大数据云服务平台
国内外主流的健康大数据云服务平台及支持
系统包括Google Fit、Apple Health Kit、阿里健康云、腾讯健康云等[10]，其主要内容如表1所示。

4.存在问题及发展方向
4.1 存在问题
尽管智能可穿戴设备被炒得火热，但是该领
域仍处在发展的初级阶段，相应的产业链、商业
模式等都没有成型[4,10]。

目前，主要存在以下问题：4.1.1 多为智能手机“配件”，独立性不强
大部分的智能可穿戴设备大多是智能手机的
辅助工具，一部分是对智能手机功能的拓展，一
部分是对智能手机功能的平移。

如小米智能手
环，仅仅是对智能手机部分功能的平移。

通过蓝
牙连接后，小米手环可为用户提供闹钟叫醒、睡
眠测试、运动记录等功能，只是作为智能手机（安
卓系统）的辅助外设，失去了独立存在的必要性。

另一方面，智能可穿戴设备的硬件设计、生产需
要对接多个合作伙伴和厂商，其整个过程市场及
其繁琐；同时由于智能可穿戴设备作为智能手机
的“配件”存在，需要和代工厂合作，内部审核
流程复杂，模具评审时间长，在一定程度上延长
了智能可穿戴设备的研发周期。

4.1.2 功能尚不完善，专属应用较少
随着智能可穿戴设备市场的不断发展壮大，
逐步形成了一个新的智能可穿戴设备的App市场，但目前智能可穿戴设备功能尚不完善，专属应用
较少。

整个智能可穿戴设备市场呈现生态环境高
度碎片化。

市场上的各种智能可穿戴设备，由于
各自运行的平台不同，使得开发商/研发者很难
开发出适应多种设备的应用软件。

4.1.3 以数据为中心，用户体验差
大部分的智能可穿戴设备，都强调以数据为
中心，实现与第三方数据的有效对接，主要集中在对各种数据进行分析、处理、综合等，以期
为用户提供更多更可靠的数据和分析。

但是由于
不同的健康大数据服务平台进行数据整合的方式、
标准各不相同，导致数据标准多样化，不同平台
间的数据不能互通，在一定程度上忽略了人机交
互设计和用户体验。

智能可穿戴设备功能应用于
用户的常规需求贴合度较低，不能满足用户对于
智能可穿戴设备的期望。

4.1.4 电池技术亟待升级
智能可穿戴设备的电池使用时间一直是影响
使用体验的重要问题。

功耗、电池寿命都是阻碍
智能可穿戴设备市场发展的因素，但是新的电池
产品的研发及快速充电技术的研发进展缓慢，虽
然在电池研发领域已经有所突破，但是受限于成
本等问题，还未能大规模商用。

4.1.5 费用昂贵，渗透率低
在目前已经发布的智能可穿戴设备中，Google Glass为一流产品，但是其价格的高昂使
其不能被中低收入水平的用户接受。

但是，随着
技术的进步，智能可穿戴设备的价格将会出现一
定程度的下滑。

4.2 发展方向
虽然智能可穿戴设备存在以上诸多问题，但
是该领域的发展势头却不可阻挡[10,13]。

主要表现在以下方面：
4.2.1 硬件
智能可穿戴设备未来硬件的发展方向主要
集中在电池和充电技术、屏幕和处理器三个方面。

在研究柔性薄膜电池技术、非接触式充电技术等
.
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的同时，提高智能可穿戴设备屏幕的曲度、柔韧
性和分辨率；并且研发低功耗处理器，使智能可
穿戴设备在实现人机交互的同时，更注重用户体验。

4.2.2 软件生态系统
随着智能可穿戴设备市场的蓬勃发展，智能
可穿戴设备的产品类型将呈现整合与细分并行的
发展趋势，不断整合新的应用和服务，力求为用户打造一体化的智能可穿戴体验；构建良好的软件生态系统，解决智能可穿戴设备领域的跨平台
的操作。

4.2.3 大数据及云服务
未来的智能可穿戴设备将进一步整合传感器
采集的数据与云服务，同时整合第三方服务机构，为用户提供基于大数据的个性定制化服务。

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（上接第5页）
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China Medical Device Information |中国医疗器械信息
智能可穿戴设备及其应用
作者：谢俊祥，　张琳，　XIE Jun-xiang，　ZHANG Lin
作者单位：谢俊祥,XIE Jun-xiang(中国医学科学院北京协和医学院医学信息研究所北京 100020)，　张琳,ZHANG Lin(中国青年政治学院图书馆北京 100089)
刊名：
中国医疗器械信息
英文刊名：China Medical Device Information
年，卷(期)：2015(3)
被引用次数：2次
参考文献(13条）
1.郭琪,杨勇强可穿戴智能设备发展浅析[期刊论文］-经济生活文摘（下半月） 2013(3)
2.黄蕊智能可穿戴设备或将爆发式增长[期刊论文］-投资北京 2014(3)
3.可穿戴式智能设备简析
4.白玉新可穿戴设备 2014
5.Jerry智能可穿戴式设备的过去、现在及未来
6.国内外智能可穿戴产品调研
7.李靖,张云里斯：破局“可穿戴智能设备”[期刊论文］-中外管理 2013(11)
8.可穿戴技术
9.刘思言可穿戴智能设备市场和技术发展研究[期刊论文］-现代电信科技 2014(6)
10.易观智库中国智能可穿戴设备市场专题研究报告2015 2015
11.Frost;Sullivan2013年中国智能穿戴设备市场研究报告
12.刘思言可穿戴智能设备引领未来终端市场诸多关键技术仍待突破[期刊论文］-世界电信 2013(12)
13.张洋智能可穿戴设备的需求与机会 2014(02)
引证文献(1条）
1.刘昕,聂桂平可穿戴智能设备市场和技术设计与发展[期刊论文］-工业设计 2015(7)
引用本文格式：谢俊祥.张琳.XIE Jun-xiang.ZHANG Lin智能可穿戴设备及其应用[期刊论文］-中国医疗器械信息 2015(3)。