防走失服饰中导航传感器性能评价方法的研究

宇文塔曼

(咸阳师范学院 设计学院，陕西 咸阳 712000)

随着社会的不断发展，智能穿戴、3D打印、人工智能等技术已经逐渐进入到人们的日常生活中。市场上的服饰产品功能各异、琳琅满目。而面对人们日益增强的安全意识和日趋复杂的社会环境，越来越多的消费者开始选择具有定位功能的服饰品。如防走失服装、防走失鞋、定位书包、防走失手环等。这些产品的出现表明现代服饰行业开始正式进入“智能化、科技化”的发展阶段[1]。以“导航性能”为主要技术特征的防走失服饰目前正是服饰行业关注和发展的热点。

在防走失服饰的发展过程中，服饰造型和材料的创新、导航传感器的选择、生产成本的控制、销售模式的探索、服饰智能系统的维护等都是值得探究的问题。

结合目前国内服饰行业相关国家标准如GB 18401—2010《国家纺织产品基本安全技术规范》、GB 5296.4—2012《消费品使用说明 第4部分：纺织品和服装》，可以发现，目前防走失服饰的设计、生产、市场推广处于无规则可依的状态。

不同类型的防走失服饰对于导航性能的具体需求不同，不同导航传感器的导航性能及安全性等指标也存在较大差异。如何科学系统地评价防走失服饰中导航传感器的性能，平衡审美与功能的关系，为服饰生产企业和消费者提供切实可行的设计、生产与购买参考依据，对促进相关服饰行业规范的形成具有非常重要的意义。

本文将防走失服饰中的导航传感器作为研究对象，通过美观性、经济性、舒适性、智能性、导航性能、可靠性、安全性等指标对其进行综合性评价，为防走失服饰的设计提供理论与技术支撑。

1 防走失服饰属性分析

舒适性、美观性、经济性[2-4]是传统服饰产品的核心属性。从艺术设计角度考虑，服饰造型、色彩和图案等在服饰外观要素中占有重要比重，服饰材料和结构要素侧重于影响服饰产品的舒适性，经济成本是影响服饰产品市场竞争力的重要因素，决定了服饰品的市场价格。防走失服饰作为功能性服饰，除了具备传统服饰的基本属性外，还应满足“防走失”属性的要求，即具备智能性、导航性能、可靠性和安全性。

防走失服饰是否具有良好的可穿戴性、高精度导航性能和高可靠性，是否能够满足消费者的使用需求，导航传感器是否存在过度辐射等问题是目前设计者和消费者关注的重点。

1.1 美观性

美观性主要指服饰中导航传感器的集成难度，如质量、体积，外观平整度和服饰整体的美观性。防走失服饰面向的是人们的着装，美观性是服饰的核心竞争力。从审美角度，防走失服饰的导航传感器须体积小、质量轻、易于集成且不影响服饰的整体观感；其次服饰整体外观应具有时尚流行元素，达到服饰产品造型时尚、色彩协调、导航传感器体积位置合理，产品整体风格统一的效果。

1.2 经济性

经济性主要包括服饰导航系统的部署成本、服饰设计生产成本和后期维护成本。成本控制是服饰产品设计的重要环节，在保证服饰满足其他必要功能的前提下，尽量降低服饰总体成本，能使其具有更强的市场竞争力和商业价值。因此，必须控制服饰导航系统的部署成本、防走失服饰中导航传感器的生产和后期保养成本，确保防走失服饰成品成本量化的科学性和合理性，使其具有产业化和市场化推广优势。

1.3 舒适性

舒适性主要包括防走失服饰的质量、吸湿性、透气性、宽松度、手感和散热性能等。舒适性和美观性同为服饰的核心竞争力，对服饰销售具有决定性的影响。防走失服饰主要面向的人群为老年人和儿童。服饰的舒适性，特别是服饰的质量、服饰材料的手感、材料的透气散热性，对防走失服饰十分重要。

1.4 智能性

智能性主要包括防走失服饰的实时定位、位置报告、图形显示和自主预警。与传统服饰设计相比，防走失服饰的智能化主要体现在导航传感器的定位功能上，其可通过实时定位将定位结果报告给监护人，并在监护人持有的智能终端中进行图形显示，当被监护人的位置超出预设范围时，导航传感器能够自动预警，引起监护人的注意和重视。

1.5 导航性能

导航性能主要包括防走失服饰的作用距离、首次定位时间、定位刷新率、室外定位精度、室内定位精度。导航性能的优劣直接决定了防走失服饰的可用性和用户体验，也决定了服饰的市场化前景。导航性能主要包括可靠定位的作用范围，首次定位成功所用的时间，每秒定位的频次，以及定位的位置精度，导航性能是导航传感器的核心指标之一。

1.6 可靠性

可靠性主要包括防走失服饰的使用寿命、故障率、无故障间隔时间、抗干扰能力。防走失服饰的可靠性集中体现在导航传感器的可靠性上，耐用、低故障率是导航服饰的基本要求，服饰导航系统的抗干扰能力直接决定了防走失服饰在复杂环境中的导航性能，因此导航传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饰中导航传感器的供电安全、服饰结构安全、服饰材质安全、辐射安全、工艺制作安全。安全性是防走失服饰设计的重要指标，导航传感器的供电电压和电流，面辅料材料的选择，系带、纽扣等细节设计、结构设计、导航传感器的对外辐射特性以及缝纫制造等机械安全性能均应符合国家相关安全标准要求。防走失服饰设计应当充分考虑和识别一切对人生理和心理产生的安全隐患和威胁，并采取相应措施进行消除。

综上所述，按照层次分析法模型(AHP)[5,14]建立指标体系，防走失服饰中导航传感器的评价指标体系如图1所示。可以看出，该评价指标体系有目标层、准则层和指标层三级结构，其中目标层是评价体系需达到的最终评价结果，准则层是对评价目标主要属性的具体分类，指标层是对准则层属性细化[6]的具体评价要素。即根据不同属性的评价要素评价防走失服饰的美观性、经济性、舒适性、智能性、导航性能、可靠性、安全性等，最终形成防走失服饰传感器的评价体系。

图1 防走失服饰中导航传感器的评价指标体系

2 防走失服饰中导航传感器评价指标的确定

2.1 不同要素权重赋值与数据采集方法

在将层次分析法运用到导航服饰的评价模型体系中时，首先需要将各要素的重要性量化。通常情况下可以引入九阶标度法[5]，根据各要素间的相对重要性进行权重赋值。判断矩阵标度及其含义如表1所示。

表1 判断矩阵标度及其含义

为了保证各类指标的科学合理性，采用问卷调查的方式进行数据采集，主要以实地调研方法对相关人员进行问卷调查，本次调查共发放问卷100份，其中向服饰企业生产管理人员及设计人员发放30份，向高校服饰设计专业相关教授级教师发放10份，向服饰设计专业研究生发放10份，向防走失服饰消费者发放50份，有效问卷98份，问卷回收率98%，符合本次问卷调查的基本要求。

2.2 构建判断矩阵

构建判断矩阵是层次分析法应用的关键。在评价模型体系中，对同一评价层的不同要素进行重要度比较时，可将2.1中的问卷调查结果作为构造判断矩阵的基础，按照定义判断矩阵构造见式(1)(2)。

(1)

式中：A为判断矩阵；a1为评价要素1的平均分值；a2为评价要素2的平均分值；an为评价要素n的平均分值。

(2)

式中：[]为四舍五入取整算子；ai为第i个评价要素的平均分值；aj为第j个评价要素的平均分值。

2.3 单一准则下相对权重的计算

采用矩阵论方法计算出判断矩阵的最大特征值λmax及相应的特征向量W。具体计算步骤[7]如下：

(3)

(4)

(5)

(6)

式中：(AW)i为向量AW的第i个元素；λmax为判断矩阵的最大特征根；n为判断矩阵A的阶数；Wi为评价要素i的相对权重。

2.4 检验矩阵的一致性

为了评价判断矩阵与实际情况是否相符，需要检验矩阵的一致性。对于矩阵A，若对于任意i,j,k均有aij×ajk=aik，则称该矩阵在整体上具有一致性，否则不具有一致性[7]。运用层次分析法引入一致性评价指标，即

(7)

(8)

式中：λmax为最大特征值；CR为一致性检验系数；CI为一致性指标；RI为平均随机一致性指标。当CR=0时，可以称A为完全一致性矩阵； 当CR<0.1时，认为A是满意一致性矩阵，可以接受；否则就需要调整判断矩阵，使之具有满意的一致性。平均随机一致性指标RI见表2。

表2 平均随机一致性指标RI

防走失服饰导航传感器评价指标的相对权重的判断矩阵构造及一致性检验结果如表3所示。

由表3可以看出，准则层和指标层的各判断矩阵均满足CR<0.1，因此，各判断矩阵均具有满意的一致性。

2.5 评价目标排序与分析

评价目标排序按照从目标层到指标层由上而下的步骤逐次进行，最终计算出最低层指标的权重，即指标层的权重系数乘以各自对应的准则层的权重系数[8]，根据比例进行计算得出防走失服饰中导航传感器性能评价的总排序权重，基站定位传感器的专家评分和隶属度计算结果见表4。可以看出，防走失服饰中导航传感器性能评价的总排序权重，经济性B2、导航性能B5、安全性B7的权重较高，分别为0.236 2、0.236 2、0.185 6，这与大家的普遍认知是一致的，即防走失服饰作为功能性服饰，首先必须具有优良的导航性能，其次价格要尽量合理，在使用和维护过程中能保证用户的安全。

表3 判断矩阵构造及一致性检验结果

3 防走失服饰中导航传感器的评价方法

根据确定的防走失服饰中导航传感器的评价指标体系，设立第2步导航传感器综合评价考察表。由于指标层的大部分评价指标就目前的研究很难给出量化结果，尚无法精确测量其数据，因此采用专家模糊打分的方法进行测算，设立评语集为V={5，4，3，2，1}={优，良，中，较差，差}。

表4 基站定位传感器的专家评分和隶属度计算结果

针对导航传感器功能和性能的客观情况，选取专家对不同的导航传感器[9-10]进行打分，并将专家评分的平均值转化为隶属度，应用线性加权法计算综合评价分值，见式(9)。

(9)

(10)

共选取10位相关从业人员分别对不同导航传感器[11-14]的底层指标进行评分：从防走失服饰企业选择从业10年以上的设计人员3名(编号为1#、2#、3#)，管理人员3名(编号为4#、5#、6#)，选择导航专业领域教授4名(编号为7#、8#、9#、10#)，将10位专家评分的平均值作归一化处理求得隶属度。从表4可以看出基站定位传感器的专家评分和隶属度计算结果。

在完成不同导航传感器指标层的专家评分和隶属度计算后，运用线性加权法对10种导航传感器进行综合评价，指标层的综合权重Wi采用层次分析法计算的总排序权重，得出10种导航传感器的综合评价分值。防走失服饰中导航传感器性能的综合评价结果见表5。

表5 防走失服饰中导航传感器性能的综合评价结果

由表5可以看出，GPS和A-GPS以其覆盖范围广和导航精度高、系统稳定性好而获得0.899 2和0.882 2的高分；基站定位得分为0.850 9；ZigBee、蓝牙(iBeacon)得分分别为0.834 9、0.831 5；MEMS惯导因无法独立工作得分最低，仅为0.644 1。因此对于防走失定位服饰，导航传感器的配置建议参考以下3个原则：①GPS、A-GPS可以集成在1个芯片上，为必须配备的传感器；②基站定位因为可以进行通信导航一体化设计，为必须配备的传感器；③为了增强GPS、基站定位在室内、城市峡谷等弱信号场景下定位的可靠性，ZigBee、蓝牙(iBeacon)可二者择一进行配备。

4 结束语

根据服饰的基本属性,结合导航传感器的功能特征，本文运用层次分析法建立了防走失服饰导航传感器的综合评价体系，评价准则包括美观性、舒适性、经济型、智能性、导航性能、安全性、可靠性等。本文依据底层指标设立了导航传感器综合评价考察表，并对wifi、蓝牙、基站定位、GPS、ZigBee、A-GPS等10种导航传感器进行专家评分，运用线性加权法计算导航传感器综合分值。结果表明，GPS、A-GPS评分为0.899 2和0.882 2，排名分列前2位，为防走失服饰必须配备的传感器；因基站定位可与GPS、A-GPS进行通信导航一体化设计，得分也较高为0.850 9，也是必备的传感器；在前二者信号均较弱的场景下，可以选择评分相近(0.834 9和0.831 5)的ZigBee或蓝牙(iBeacon)进行配备，以完善服饰的导航性能。