防走失服飾中導航傳感器性能評價方法的研究

宇文塔曼

(咸陽師范學院 設計學院，陜西 咸陽 712000)

隨著社會的不斷發展，智能穿戴、3D打印、人工智能等技術已經逐漸進入到人們的日常生活中。市場上的服飾產品功能各異、琳瑯滿目。而面對人們日益增強的安全意識和日趨復雜的社會環境，越來越多的消費者開始選擇具有定位功能的服飾品。如防走失服裝、防走失鞋、定位書包、防走失手環等。這些產品的出現表明現代服飾行業開始正式進入“智能化、科技化”的發展階段[1]。以“導航性能”為主要技術特征的防走失服飾目前正是服飾行業關注和發展的熱點。

在防走失服飾的發展過程中，服飾造型和材料的創新、導航傳感器的選擇、生產成本的控制、銷售模式的探索、服飾智能系統的維護等都是值得探究的問題。

結合目前國內服飾行業相關國家標準如GB 18401—2010《國家紡織產品基本安全技術規范》、GB 5296.4—2012《消費品使用說明 第4部分：紡織品和服裝》，可以發現，目前防走失服飾的設計、生產、市場推廣處于無規則可依的狀態。

不同類型的防走失服飾對于導航性能的具體需求不同，不同導航傳感器的導航性能及安全性等指標也存在較大差異。如何科學系統地評價防走失服飾中導航傳感器的性能，平衡審美與功能的關系，為服飾生產企業和消費者提供切實可行的設計、生產與購買參考依據，對促進相關服飾行業規范的形成具有非常重要的意義。

本文將防走失服飾中的導航傳感器作為研究對象，通過美觀性、經濟性、舒適性、智能性、導航性能、可靠性、安全性等指標對其進行綜合性評價，為防走失服飾的設計提供理論與技術支撐。

1 防走失服飾屬性分析

舒適性、美觀性、經濟性[2-4]是傳統服飾產品的核心屬性。從藝術設計角度考慮，服飾造型、色彩和圖案等在服飾外觀要素中占有重要比重，服飾材料和結構要素側重于影響服飾產品的舒適性，經濟成本是影響服飾產品市場競爭力的重要因素，決定了服飾品的市場價格。防走失服飾作為功能性服飾，除了具備傳統服飾的基本屬性外，還應滿足“防走失”屬性的要求，即具備智能性、導航性能、可靠性和安全性。

防走失服飾是否具有良好的可穿戴性、高精度導航性能和高可靠性，是否能夠滿足消費者的使用需求，導航傳感器是否存在過度輻射等問題是目前設計者和消費者關注的重點。

1.1 美觀性

美觀性主要指服飾中導航傳感器的集成難度，如質量、體積，外觀平整度和服飾整體的美觀性。防走失服飾面向的是人們的著裝，美觀性是服飾的核心競爭力。從審美角度，防走失服飾的導航傳感器須體積小、質量輕、易于集成且不影響服飾的整體觀感；其次服飾整體外觀應具有時尚流行元素，達到服飾產品造型時尚、色彩協調、導航傳感器體積位置合理，產品整體風格統一的效果。

1.2 經濟性

經濟性主要包括服飾導航系統的部署成本、服飾設計生產成本和后期維護成本。成本控制是服飾產品設計的重要環節，在保證服飾滿足其他必要功能的前提下，盡量降低服飾總體成本，能使其具有更強的市場競爭力和商業價值。因此，必須控制服飾導航系統的部署成本、防走失服飾中導航傳感器的生產和后期保養成本，確保防走失服飾成品成本量化的科學性和合理性，使其具有產業化和市場化推廣優勢。

1.3 舒適性

舒適性主要包括防走失服飾的質量、吸濕性、透氣性、寬松度、手感和散熱性能等。舒適性和美觀性同為服飾的核心競爭力，對服飾銷售具有決定性的影響。防走失服飾主要面向的人群為老年人和兒童。服飾的舒適性，特別是服飾的質量、服飾材料的手感、材料的透氣散熱性，對防走失服飾十分重要。

1.4 智能性

智能性主要包括防走失服飾的實時定位、位置報告、圖形顯示和自主預警。與傳統服飾設計相比，防走失服飾的智能化主要體現在導航傳感器的定位功能上，其可通過實時定位將定位結果報告給監護人，并在監護人持有的智能終端中進行圖形顯示，當被監護人的位置超出預設范圍時，導航傳感器能夠自動預警，引起監護人的注意和重視。

1.5 導航性能

導航性能主要包括防走失服飾的作用距離、首次定位時間、定位刷新率、室外定位精度、室內定位精度。導航性能的優劣直接決定了防走失服飾的可用性和用戶體驗，也決定了服飾的市場化前景。導航性能主要包括可靠定位的作用范圍，首次定位成功所用的時間，每秒定位的頻次，以及定位的位置精度，導航性能是導航傳感器的核心指標之一。

1.6 可靠性

可靠性主要包括防走失服飾的使用壽命、故障率、無故障間隔時間、抗干擾能力。防走失服飾的可靠性集中體現在導航傳感器的可靠性上，耐用、低故障率是導航服飾的基本要求，服飾導航系統的抗干擾能力直接決定了防走失服飾在復雜環境中的導航性能，因此導航傳感器的可靠性需要得到保障。

1.7 安全性

安全性主要包括防走失服飾中導航傳感器的供電安全、服飾結構安全、服飾材質安全、輻射安全、工藝制作安全。安全性是防走失服飾設計的重要指標，導航傳感器的供電電壓和電流，面輔料材料的選擇，系帶、紐扣等細節設計、結構設計、導航傳感器的對外輻射特性以及縫紉制造等機械安全性能均應符合國家相關安全標準要求。防走失服飾設計應當充分考慮和識別一切對人生理和心理產生的安全隱患和威脅，并采取相應措施進行消除。

綜上所述，按照層次分析法模型(AHP)[5,14]建立指標體系，防走失服飾中導航傳感器的評價指標體系如圖1所示。可以看出，該評價指標體系有目標層、準則層和指標層三級結構，其中目標層是評價體系需達到的最終評價結果，準則層是對評價目標主要屬性的具體分類，指標層是對準則層屬性細化[6]的具體評價要素。即根據不同屬性的評價要素評價防走失服飾的美觀性、經濟性、舒適性、智能性、導航性能、可靠性、安全性等，最終形成防走失服飾傳感器的評價體系。

圖1 防走失服飾中導航傳感器的評價指標體系

2 防走失服飾中導航傳感器評價指標的確定

2.1 不同要素權重賦值與數據采集方法

在將層次分析法運用到導航服飾的評價模型體系中時，首先需要將各要素的重要性量化。通常情況下可以引入九階標度法[5]，根據各要素間的相對重要性進行權重賦值。判斷矩陣標度及其含義如表1所示。

表1 判斷矩陣標度及其含義

為了保證各類指標的科學合理性，采用問卷調查的方式進行數據采集，主要以實地調研方法對相關人員進行問卷調查，本次調查共發放問卷100份，其中向服飾企業生產管理人員及設計人員發放30份，向高校服飾設計專業相關教授級教師發放10份，向服飾設計專業研究生發放10份，向防走失服飾消費者發放50份，有效問卷98份，問卷回收率98%，符合本次問卷調查的基本要求。

2.2 構建判斷矩陣

構建判斷矩陣是層次分析法應用的關鍵。在評價模型體系中，對同一評價層的不同要素進行重要度比較時，可將2.1中的問卷調查結果作為構造判斷矩陣的基礎，按照定義判斷矩陣構造見式(1)(2)。

(1)

式中：A為判斷矩陣；a1為評價要素1的平均分值；a2為評價要素2的平均分值；an為評價要素n的平均分值。

(2)

式中：[]為四舍五入取整算子；ai為第i個評價要素的平均分值；aj為第j個評價要素的平均分值。

2.3 單一準則下相對權重的計算

采用矩陣論方法計算出判斷矩陣的最大特征值λmax及相應的特征向量W。具體計算步驟[7]如下：

(3)

(4)

(5)

(6)

式中：(AW)i為向量AW的第i個元素；λmax為判斷矩陣的最大特征根；n為判斷矩陣A的階數；Wi為評價要素i的相對權重。

2.4 檢驗矩陣的一致性

為了評價判斷矩陣與實際情況是否相符，需要檢驗矩陣的一致性。對于矩陣A，若對于任意i,j,k均有aij×ajk=aik，則稱該矩陣在整體上具有一致性，否則不具有一致性[7]。運用層次分析法引入一致性評價指標，即

(7)

(8)

式中：λmax為最大特征值；CR為一致性檢驗系數；CI為一致性指標；RI為平均隨機一致性指標。當CR=0時，可以稱A為完全一致性矩陣； 當CR<0.1時，認為A是滿意一致性矩陣，可以接受；否則就需要調整判斷矩陣，使之具有滿意的一致性。平均隨機一致性指標RI見表2。

表2 平均隨機一致性指標RI

防走失服飾導航傳感器評價指標的相對權重的判斷矩陣構造及一致性檢驗結果如表3所示。

由表3可以看出，準則層和指標層的各判斷矩陣均滿足CR<0.1，因此，各判斷矩陣均具有滿意的一致性。

2.5 評價目標排序與分析

評價目標排序按照從目標層到指標層由上而下的步驟逐次進行，最終計算出最低層指標的權重，即指標層的權重系數乘以各自對應的準則層的權重系數[8]，根據比例進行計算得出防走失服飾中導航傳感器性能評價的總排序權重，基站定位傳感器的專家評分和隸屬度計算結果見表4。可以看出，防走失服飾中導航傳感器性能評價的總排序權重，經濟性B2、導航性能B5、安全性B7的權重較高，分別為0.236 2、0.236 2、0.185 6，這與大家的普遍認知是一致的，即防走失服飾作為功能性服飾，首先必須具有優良的導航性能，其次價格要盡量合理，在使用和維護過程中能保證用戶的安全。

表3 判斷矩陣構造及一致性檢驗結果

3 防走失服飾中導航傳感器的評價方法

根據確定的防走失服飾中導航傳感器的評價指標體系，設立第2步導航傳感器綜合評價考察表。由于指標層的大部分評價指標就目前的研究很難給出量化結果，尚無法精確測量其數據，因此采用專家模糊打分的方法進行測算，設立評語集為V={5，4，3，2，1}={優，良，中，較差，差}。

表4 基站定位傳感器的專家評分和隸屬度計算結果

針對導航傳感器功能和性能的客觀情況，選取專家對不同的導航傳感器[9-10]進行打分，并將專家評分的平均值轉化為隸屬度，應用線性加權法計算綜合評價分值，見式(9)。

(9)

(10)

共選取10位相關從業人員分別對不同導航傳感器[11-14]的底層指標進行評分：從防走失服飾企業選擇從業10年以上的設計人員3名(編號為1#、2#、3#)，管理人員3名(編號為4#、5#、6#)，選擇導航專業領域教授4名(編號為7#、8#、9#、10#)，將10位專家評分的平均值作歸一化處理求得隸屬度。從表4可以看出基站定位傳感器的專家評分和隸屬度計算結果。

在完成不同導航傳感器指標層的專家評分和隸屬度計算后，運用線性加權法對10種導航傳感器進行綜合評價，指標層的綜合權重Wi采用層次分析法計算的總排序權重，得出10種導航傳感器的綜合評價分值。防走失服飾中導航傳感器性能的綜合評價結果見表5。

表5 防走失服飾中導航傳感器性能的綜合評價結果

由表5可以看出，GPS和A-GPS以其覆蓋范圍廣和導航精度高、系統穩定性好而獲得0.899 2和0.882 2的高分；基站定位得分為0.850 9；ZigBee、藍牙(iBeacon)得分分別為0.834 9、0.831 5；MEMS慣導因無法獨立工作得分最低，僅為0.644 1。因此對于防走失定位服飾，導航傳感器的配置建議參考以下3個原則：①GPS、A-GPS可以集成在1個芯片上，為必須配備的傳感器；②基站定位因為可以進行通信導航一體化設計，為必須配備的傳感器；③為了增強GPS、基站定位在室內、城市峽谷等弱信號場景下定位的可靠性，ZigBee、藍牙(iBeacon)可二者擇一進行配備。

4 結束語

根據服飾的基本屬性,結合導航傳感器的功能特征，本文運用層次分析法建立了防走失服飾導航傳感器的綜合評價體系，評價準則包括美觀性、舒適性、經濟型、智能性、導航性能、安全性、可靠性等。本文依據底層指標設立了導航傳感器綜合評價考察表，并對wifi、藍牙、基站定位、GPS、ZigBee、A-GPS等10種導航傳感器進行專家評分，運用線性加權法計算導航傳感器綜合分值。結果表明，GPS、A-GPS評分為0.899 2和0.882 2，排名分列前2位，為防走失服飾必須配備的傳感器；因基站定位可與GPS、A-GPS進行通信導航一體化設計，得分也較高為0.850 9，也是必備的傳感器；在前二者信號均較弱的場景下，可以選擇評分相近(0.834 9和0.831 5)的ZigBee或藍牙(iBeacon)進行配備，以完善服飾的導航性能。