江蘇地區(qū) 8～15 歲學(xué)齡期男童的體型研究與分類

王星嵐，尹玲

引言

兒童體型分類可以幫助童裝企業(yè)開發(fā)和生產(chǎn)出符合我國兒童實際體型的服裝，不僅減少了庫存積壓、生產(chǎn)浪費等問題，而且能幫助父母等兒童消費者選擇適合自己孩子的衣服，增加其穿著的合體性與舒適性。目前，我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1335.3—2009《服裝號型 兒童》的數(shù)據(jù)稍顯滯后[1]，缺乏對兒童體型的分類。隨著國民生活水平的提高、餐飲產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，以及交通的快捷便利，客觀上增加了兒童攝入高糖、高油、高鹽食物的概率。此外，兒童運動量不足和久坐等行為的出現(xiàn)，也使得兒童超重肥胖的發(fā)生率逐年增加。兒童肥胖已成為全世界范圍內(nèi)重要的公共衛(wèi)生問題[2]。男童較女童而言，更容易肥胖，尤其是學(xué)齡期男童[3-4]，由此導(dǎo)致消費者的實際體型與國標(biāo)不匹配問題日漸突出。因此，男童體型的分析與分類對男童服裝號型的優(yōu)化具有重要意義。

我國目前較少有針對不同地區(qū)、不同年齡段兒童體型的系統(tǒng)測量研究，缺少較為科學(xué)準(zhǔn)確的兒童體型參照數(shù)據(jù)[5]。已有的研究中，有些是針對學(xué)齡前兒童體型的研究[6-7]，有些是針對特定區(qū)域女童體型的研究[8-9]，而針對學(xué)齡期男童體型分析與判別的研究相對較少。周捷[10]利用加權(quán)快速搜索和發(fā)現(xiàn)密度峰值算法，對西安 7～10 歲男童的體型進行了分類，但沒有對每種體型特征的量化指標(biāo)進行研究。吳世剛[11]根據(jù)臀腰差和臀腰比兩項指標(biāo)，將東北 6～9 歲男童分為A、AH、H三種體型，并給出每種體型的量化指標(biāo)，盡管提出了添加年齡作為服裝號型選擇的指標(biāo)，但并未做進一步深入研究。本文以江蘇地區(qū)中小學(xué)男童為研究對象，利用Fisher最優(yōu)分割法，按年齡段對樣本男童進行合理劃分，并針對每個年齡段男童的體型進行分類研究。

一、測量對象與測量指標(biāo)

測量對象選擇了江蘇蘇南地區(qū) 279 名的中小學(xué)男童，測量方法按照GB/T 16160—2017《服裝用人體測量的尺寸定義與方法》，測量指標(biāo)參照GB/T 1335.3—2009《服裝號型 兒童》及成衣規(guī)格設(shè)計的需求，測量設(shè)備選用北京博維恒信公司的3D Camega CP-1200非接觸三維人體掃描儀。筆者共采集了 19 項人體體型指標(biāo)數(shù)據(jù)，包括 16 項直接測得的指標(biāo)：身高、體重、胸圍、腰圍、臀圍、胸下圍、大腿最大圍、手腕圍、背寬、胸寬、頸圍、肩寬、全臂長、上臂長、頸椎點高、腰圍高，以及 3 項間接指標(biāo)：BMI（身體質(zhì)量指數(shù)）、胸腰差、臀腰差。BMI值常用來衡量人體的胖瘦程度[12]，BMI=W/h2，h為身高（單位：m）；W為體重(單位：kg）。

二、數(shù)據(jù)預(yù)處理與樣本容量

由于測量和錄入時可能會存在一定偏差，造成個別數(shù)據(jù)的過大或過小，又或者由于個別被測者為特殊體型而不具有普遍代表性，導(dǎo)致部分數(shù)據(jù)不具有數(shù)理分析的價值。因此，為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，筆者對測量得到的數(shù)據(jù)進行了正態(tài)分布檢驗和箱型圖分析，計算每個測量指標(biāo)的均值（）和標(biāo)準(zhǔn)差（），篩選超出數(shù)據(jù)，并逐一分析其準(zhǔn)確性，剔除 22 個奇異值，最終得到 257 個有效樣本。樣本量過少，會無法建立科學(xué)的數(shù)據(jù)聯(lián)系，造成較大的實驗誤差，導(dǎo)致實驗結(jié)果不具有代表性；樣本量過多，會造成人力、物力、財力、時間等資源的浪費。因此，確定合適的樣本量對一個實驗的合理性和準(zhǔn)確性至關(guān)重要。為保證兒童體型分析的準(zhǔn)確性與合理性，筆者將利用公式 1 估計人體測量所需的最小樣本容量：

公式 1 中的N為所需樣本容量；1.96 為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)在 95%置信度水平時的取值；CV為變異系數(shù)，CV＝方差/均值；Δ為相對誤差，常用于精密研究項目，通常在 2%左右。通過計算 19 項人體體型指標(biāo)的變異系數(shù)，得出腰圍的變異系數(shù)最大。把腰圍的變異系數(shù)帶入上述公式，得出所要求的最小樣本容量為 239 個。因此，現(xiàn)有的 257 個有效樣本滿足研究需要。

三、江蘇地區(qū)中小學(xué)男童體型分析

（一）描述性統(tǒng)計分析

描述性統(tǒng)計分析可以了解各個體型指標(biāo)的集中性趨勢和離散程度。經(jīng)描述性統(tǒng)計分析可知，江蘇地區(qū) 8～15 歲樣本男童體型的各項數(shù)據(jù)均滿足正態(tài)分布。頻率直方圖可以直觀地觀察到各小組之間的頻數(shù)差異，以及頻數(shù)與組距的關(guān)系。由圖1 可知，樣本男童中，15歲男童的體型數(shù)據(jù)最少，11～13 歲男童的體型數(shù)據(jù)較多。

圖1 樣本男童的年齡頻數(shù)分布直方圖

（二）男童特征因子分析

利用SPSS（統(tǒng)計產(chǎn)品與服務(wù)解決方案）軟件對 19 項人體體型指標(biāo)變量（年齡除外）進行主成分分析，選取特征根大于 1 的因子，并采用最大方差法，提取了 4 個公共因子，累積方差解釋率為 87.76%，可以較好地解釋原有變量，覆蓋樣本男童的大部分體型信息。

表1 中，與因子 1 相關(guān)度最高的是BMI、胸下圍、胸圍、體重、肩寬等反映體重、圍度和寬度的特征指標(biāo)，所以因子 1 是一個反映橫向維度的因子，即胖瘦因子；與因子 2 相關(guān)度最高的是身高、頸椎點高、腰圍高、全臂長等特征指標(biāo)，所以因子 2 是一個反映縱向維度的因子，即高矮因子；與因子3 相關(guān)度最高的是胸腰差，所以因子 3是 一個反映軀干正面形態(tài)的因子，即軀干正面形態(tài)因子；與因子 4 相關(guān)度最高的是臀腰差，所以因子 4 是一個反映下體正面形態(tài)的因子，即下體正面形態(tài)因子。綜上所述，通過因子分析，可以提取 4 個反映男童體型特征的重要特征因子，即胖瘦因子、高矮因子、軀干正面形態(tài)因子和下體正面形態(tài)因子。

表1 旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣

綜合考慮每個特征指標(biāo)所屬類別因子的貢獻程度和測量的難易程度，確定男童圍度方向的主要指標(biāo)有9個，分別是：體重、BMI、胸圍、腰圍、臀圍、背寬、胸寬、頸圍、肩寬；高度方向的主要指標(biāo)有4個，分別是：身高、全臂長、腰圍高、頸椎點高；軀干正面形態(tài)的指標(biāo)為胸腰差；下體正面形態(tài)的指標(biāo)為臀腰差。

四、基于年齡的男童體型分類

（一）年齡對體型的影響

年齡對體型的影響不言而喻，尤其是兒童，隨著年齡的增長，體型差異更為顯著[13]。嬰兒期的兒童正面體型呈A型，1 歲左右，其背部呈S型，幾乎沒有臀腰差。幼兒期的兒童身高快速增加，其肩部厚度逐漸變薄、腰腹部凸起逐漸消失，進而正面體型呈現(xiàn)H型，但背部脊柱的彎曲仍然很大，下肢開始變得細長。隨著年齡的增長，背部脊柱的彎曲減小，逐漸顯示出男女體型差異和相應(yīng)的臀腰差、胸腰差[14]。故日本、英國、意大利等國家在制定兒童號型標(biāo)準(zhǔn)時，按照“年齡”或“年齡+身高”因素來劃分，而我國兒童號型標(biāo)準(zhǔn)是按照“身高”來劃分的，未將“年齡”納入其中。由圖2 可知，各項體型指標(biāo)均隨著年齡的增長而有一定增長。但各指標(biāo)增長速度并不相同，如身高、頸椎點高、腰圍高的曲線較陡峭，受年齡影響較大。而肩寬、頸圍、手腕圍的曲線較平緩，受年齡影響較小。因此，不同年齡兒童的體型會發(fā)生一定變化，由此進一步證實，年齡對兒童體型具有一定影響。

圖2 年齡對各指標(biāo)均值的影響曲線

單因素方差分析常用于研究某一因素對實驗指標(biāo)是否具有顯著性影響。本文通過單因素方差分析年齡對體型指標(biāo)的影響，發(fā)現(xiàn)除腰圍、臀圍、胸下圍、臀腰差之外，其他各部位均有顯著性影響（見表2）。 因此，在確定號型時，應(yīng)當(dāng)考慮增加兒童的年齡因素，列出體型變化不大的年齡段兒童的中間體型指標(biāo)，增加對服裝選購的寬容度和對兒童體型的再比較研究。

表2 年齡對體型指標(biāo)影響的方差分析

（二）基于 Fisher 最優(yōu)分割法的樣本數(shù)據(jù)

Fisher最優(yōu)分割法[15]是對一批有序數(shù)據(jù)進行最優(yōu)化分段的方法，通過總離差平方和量化樣本內(nèi)部、樣本分段間的差異，使段內(nèi)樣本之間的差異最小，而各段之間的差異最大，故又稱有序聚類，每個階段就是一個大類，內(nèi)部小的階段屬于次級類。確定較優(yōu)分類數(shù)的方法共有3 種[16-17]。

（1）繪制誤差函數(shù)隨分段數(shù)k的變化曲線，取該曲線拐彎處的k值為較優(yōu)分類數(shù)；n為樣本量；

（2）通過公式 2 計算該曲線的非負斜率f(k)差值，一般取f(k)最大時的k值為較優(yōu)分類數(shù)；

（3）通過公式 3 計算比值β，驗證通常β值較大時，對應(yīng)的k值為最優(yōu)分段數(shù)，而且β值接近于 1 時即可不必再往下分。

如果分類數(shù)不夠顯著，可利用公式4 進一步對可能的分類數(shù)進行F檢驗，最優(yōu)分類數(shù)k必須使分類結(jié)果通過F檢驗，且F值盡可能大。

公式 4 中：為每個樣本的特征值均值表示總離差平方和。

在一定的置信度下，根據(jù)自由度f1=k-1，f2=n-k，查 表 得Fα(f1，f2)。若F＞Fα(f1，f2)，即可通過檢驗，即段與段之間具有顯著性差異。

本次研究參考文獻 16，以各年齡男童的 15 個體型特征指標(biāo)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，完成 8～15 歲男童體型依年齡的分段，分割結(jié)果見表3。

（三）確定最優(yōu)分段數(shù)和分割點

表3 樣本男童體型依年齡的分割結(jié)果

表4 最優(yōu)分段數(shù)的F檢驗

圖3 誤差函數(shù)與k值的曲線

圖4 誤差函數(shù)非負斜率f(k)與k值的相關(guān)曲線

（四）分年齡段男童體型分類

聚類分析是根據(jù)樣本數(shù)據(jù)特性對其進行合理分類的方法，通過聚類分析得到的各類別之間具有顯著差異，而同一類別具有相似性。由于學(xué)齡男小童、學(xué)齡青少年樣本量有限，聚類分析結(jié)果不具有代表性，所以本次研究以 15 個特征指標(biāo)為分類依據(jù)，僅對學(xué)齡男中童（9～11 歲）和學(xué)齡男大童（12～14 歲）兩個年齡段進行快速聚類分析，結(jié)果見表5。經(jīng)過 2～5 類的聚類分析比較發(fā)現(xiàn)，在聚類數(shù)為 3 時，學(xué)齡男中童（9～11 歲）和學(xué)齡男大童（12～14 歲）組內(nèi)差異顯著，可將體型分別歸納為M1、M2、M3和L1、L2、L3。

表5 分年齡段男童體型聚類

學(xué)齡男大童（12～14 歲）這一年齡段中，L1樣本量最多，身高正常，體重較小，BMI較小，各項體型指標(biāo)均衡，為學(xué)齡男大童（12～14 歲）的標(biāo)準(zhǔn)體；L2身高正常，體重最重，胸腰差、臀腰差為負數(shù)，為局部腰腹部較肥胖的不均勻胖體；L3的體重和L2相當(dāng)，身高較高，BMI偏大，為體型均勻的高胖體。在學(xué)齡男中童（9～11 歲）這一年齡段中，M1 體重最大，身高最高，身體各項指標(biāo)值都最大，胸腰差和臀腰差最小，是典型的H型高胖體；M2 身高和體重居中，臀腰差較大，BMI較大，為局部臀圍較大的梨型不均勻胖體；M3 的樣本量最多，身高和M2 相當(dāng)，體重最小，BMI標(biāo)準(zhǔn)，各項指標(biāo)比較均衡，為學(xué)齡男中童（9～11 歲）的標(biāo)準(zhǔn)體。從各個體型樣本量的分布來看，學(xué)齡男中童的胖體數(shù)量與標(biāo)準(zhǔn)體呈 1:1 態(tài)勢，學(xué)齡男大童的胖體約占 1/3，此聚類結(jié)果進一步證明了現(xiàn)今男童體型整體偏胖的事實。

五、結(jié)語

通過對江蘇地區(qū) 257 名 8～15 歲中小學(xué)男童進行三維掃描，獲得了 19 項人體體型指標(biāo)數(shù)據(jù)，運用主成分分析、Fisher最優(yōu)分割等方法對樣本男童的體型進行了研究和分類，得出如下結(jié)論。

1.年齡是男童體型變化的一個重要因素。

2.因子分析提取了男童 4 個體型特征因子，根據(jù)特征指標(biāo)所屬類別因子的貢獻程度和測量的難易程度，確定了 15 個特征指標(biāo)。

3.以男童的 15 個體型特征指標(biāo)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，將 8～15 歲男童體型依年齡段科學(xué)劃分為 4 類，即學(xué)齡男小童（8 歲）、學(xué)齡男中童（9～11 歲）、學(xué)齡男大童（12～14 歲）和學(xué)齡青少年（15 歲）。進一步聚類分析，將學(xué)齡男中童（9～11 歲）劃分為 3 類，即 M1、M2、M3；將學(xué)齡男大童（12～14 歲）劃分為 3 類，即L1、L2、L3。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，男童體型差異較大，胖體較多。

由以上結(jié)論可知，今后我國兒童號型標(biāo)準(zhǔn)在進行修訂和完善的時侯，建議增加年齡作為一個指標(biāo)，采用“身高+年齡”的形式進行劃分。鑒于本次研究的樣本數(shù)量有限，后續(xù)研究將增加樣本容量，并參考不同年齡段中間體男童的各項體型數(shù)據(jù)，進行號型規(guī)格和檔差的 設(shè)置研究。本文的研究結(jié)果可為科學(xué)修訂兒童服裝號型提供一定參考。