智能騎行頭盔的創(chuàng)新發(fā)展研究

鄭州科技學院 趙子豪 孟 剛

智能頭盔的發(fā)展受多種因素影響，智能化的（人機）交互功能是保障其發(fā)展的關鍵。通過綜合運用VR技術、傳感技術和5G技術等技術。將眼動追蹤儀、脈搏傳感器、導航等多種功能整合于一體的高智能頭盔，從而在安全性基礎上更加人性化（智能化）的滿足用戶需求。從用戶角度分析需求，尋找切入點，研究視覺互動設計，手勢互動設計，探討智能頭盔未來的發(fā)展方向及應用方向。

隨著我國科學技術的飛速發(fā)展，在生活中傳統(tǒng)的頭盔透氣性差，功能單一，雖使用方便，但輔助功能全無。智能頭盔的出現(xiàn)使這個領域更加豐富多彩，它是一群技術人員利用高新科技產(chǎn)品把一個普通頭盔升級到具有多功能的集成智能化頭盔。智能頭盔這一新名詞的出現(xiàn)，很快就風靡各大領域，在軍事、消防、安保、電力、礦山、海關、交通等領域都有它的身影。

1 智能頭盔發(fā)展現(xiàn)

在軍事領域，國防科技大學的專利（中國人民解放軍國防科學技術大學.一種高效防彈頭盔[P].中國201710341597.X,2017-07-21），公開了一種高效防子彈的智能頭盔，內(nèi)殼由高強度輕質(zhì)復合材料制成。專利（安瑞裝甲材料科技有限公司.一種防彈頭盔[P].中國201710332295.6,2017-08-08）公開了一種可以增強面部保護的防彈頭盔，頭盔體由UHMWPE纖維制成，其組件可以快速拆卸和安裝，以提高頭盔的實用性和可行性。在消防領域中，營救時抗熱裝備和隊員之間的協(xié)調(diào)配合是多么的重要，專利（長春理工大學.一種基于4G通信的智能消防頭盔裝置[P].中國201710282406.7,2017-08-08）公開一種基于4G通信網(wǎng)絡的智能化消防頭盔裝置。通過頭盔上的圖像采集模塊采集兩個可見光圖像數(shù)據(jù)，并通過4G通信模塊，定位導航模塊將圖像輸出到后臺服務器，以提高消防處理效率。智能化頭盔在各大領域的使用應有盡有。

科技在不斷進步，智能化頭盔也在潛移默化地來到我們身邊，但是目前智能頭盔主要用于消防，軍事，警察，醫(yī)療等主要領域。在民用的領域還未普及。智能頭盔和視覺指揮系統(tǒng)是應用于消防系統(tǒng)，軍事，公安系統(tǒng)，電力系統(tǒng)，運輸系統(tǒng)等領域的現(xiàn)代技術。在軍事化中，傳統(tǒng)的指揮鏈通過分析前線的反饋來給出最終命令。但是，語音消息不像視頻消息那么直觀和具體。隨著通信技術和多媒體技術的飛速發(fā)展，具有雙向視頻監(jiān)控和雙向交互功能的可視化指揮系統(tǒng)是未來智能頭盔在軍事領域發(fā)展的重要趨勢之一。

智能頭盔在各個領域的發(fā)展已經(jīng)成熟，在向低成本、實用行、輕量化方向發(fā)展。在民用型的智能頭盔創(chuàng)新發(fā)展向佩戴舒適性、輕便性、可調(diào)節(jié)行、健康等功能發(fā)展。通過對當前非機動車輛交通事故的研究，發(fā)現(xiàn)電動車逆行、闖紅燈、強行加塞等違法現(xiàn)象是發(fā)生交通事故的主要因素。且大多數(shù)電動車駕駛員知道他們的行為是違法的，但因為趕時間、天氣熱、煩躁等種種原因使得非機動車交通事故頻發(fā)，且有逐年上升的趨勢。所以智能化頭盔在這一領域要全面發(fā)展。在交通安全問題方面，沃爾沃于2013年推出了全自動制動PCDT系統(tǒng)，并與自行車保護設備制造商POC和瑞典移動通信設備公司愛立信共同開發(fā)了安全智能頭盔。該頭盔可以與周邊汽車的傳感器進行交換信息。這一創(chuàng)新可以最大程度地保證騎行者的生命安全，降低事故的頻發(fā)率，減少事故帶來的嚴重后果。

隨著通信技術現(xiàn)在的迅速發(fā)展，計算機網(wǎng)絡技術也逐漸成熟，數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡化已經(jīng)成為我們生活中必不可缺的一部分。在中國廣告中發(fā)表的一份智能可穿戴設備的調(diào)查報告中顯示，在可穿戴設備中，智能手表通常受到消費者的青睞，而女性則更多地關注裝飾，男性則傾向于強調(diào)科學技術的個性。正如現(xiàn)代最流行的智能手表Apple Watch，正是科技在不斷的服務于我們，使我們的生活更加舒適。智能眼鏡獲得了41%的關注，其中男性占了一半。智能腕帶和手環(huán)也獲得了近33%的關注。但是最值得一提的是，在25歲以下的年輕人中，注重智能頭盔和智能手環(huán)的比例非常高，其中男人更加注重智能頭盔，而女性則更加注重智能手環(huán)。這份數(shù)據(jù)來自一線、二線、三線各大城市，具有很高的權威性，對此信息化的時代已經(jīng)來到了我們身邊。

2 用戶需求分析

根據(jù)出行騎電動車等人口調(diào)查的數(shù)據(jù)顯示，53%的人員是建議強制戴頭盔。根據(jù)資料年份調(diào)查，從2013年到2015年，濟南共發(fā)生7,864起涉及摩托車和電動自行車的道路交通事故。共有4,330起涉及摩托車的道路交通事故，導致775人死亡和4,979人受傷。在電動車導致交通事故出現(xiàn)傷亡時，大于69%的人死于頭部受傷。對于我們來說是多么大的教訓，那么智能頭盔顯得格外重要?，F(xiàn)在市場上民用頭盔都比較單一，透氣性差，功能單一，雖實用方便，但輔助功能全無。

在這個信息化時代，民用型頭盔還停留在傳統(tǒng)時代。對于騎行各類自行車、電動車、摩托車等個人交通工具騎行者，佩戴頭盔可以很好的保護頭部與頸部的安全，減少騎行者在突發(fā)事故中遇險的幾率。但騎行者在騎行過程中，由于摩托車，電動車，自行車等沒有警示燈的行駛狀態(tài)或警示燈不夠明顯，當燈光不好或行駛狀態(tài)改變時，不可避免地會遇到轉(zhuǎn)彎，剎車或接聽電話的情況，這非常容易讓行人或其他車輛避而不及，從而引起交通事故。根據(jù)用戶的需求，智能頭盔需求大致可以分為3部分。

第一部分：基本需求，在頭盔功能這一模塊，主要是保護頭部和頸部的安全以及佩戴的舒適性。傳統(tǒng)的頭盔，材質(zhì)笨重且透氣性差，這也是騎行者不愿意去佩戴頭盔的因素之一。第二部分：舒適體驗需求，在保證基本的安全功能外，人們更加注重的是方便攜帶、體驗感的需求。科技在不斷的進步，人們對智能設備的需求功能也越來越多。第三部分：客觀需求，如更高級輔助設備的加入。

3 智能頭盔的創(chuàng)新發(fā)展設計

在頭盔的設計中要遵循人體受力的原理，要在輕便的同時，又有堅硬性能的保障。在材質(zhì)方面：外部材質(zhì)要首選隔熱，阻燃、優(yōu)異的抗沖擊性的聚碳酸酯，內(nèi)部采用進口EPS材料，使頭盔抗沖擊能力更強。在保證基礎的安全功能外，加入藍牙通話功能，在騎車的過程中遇到來電，騎行者可以使用頭盔的接聽功能實時對話，即方便了騎行者也給騎行者帶來安全的保障。在藍牙模塊擬定選用DA14580藍牙模塊，適合對體積和高度有特殊需求的智能穿戴式設備。頭盔的降溫功能，采用智能風扇降溫器，達到有效降溫的目的。有很大可能地解決佩戴者的舒適性。手機與頭盔的互動，定位裝置，導航功能等都可以給騎行者帶來很好的體驗。在充電模塊，可以采用太陽能+普通充電方式，環(huán)保節(jié)約，可避免智能頭盔因供電不足造成使用中斷。

在保證安全的同時享受科技帶給我們的幸福感。在高級智能頭盔中添加眼動跟蹤儀、脈搏傳感器等功能，通過集成多種功能于一體的高智能頭盔。眼動追蹤儀的添加更能起到監(jiān)測騎行者騎行狀況的功能，當騎行者的眼球持續(xù)時間不轉(zhuǎn)動時，智能頭盔會給出適當?shù)臏剀疤崾?，更是提高了騎行的安全性。脈搏傳感器的加入是對顆動脈脈搏信號的捕捉，進行數(shù)據(jù)采集，能夠?qū)崟r監(jiān)測脈率及用戶身體健康的變化，給予適當?shù)奶崾?。在脈搏傳感器方面擬定選BH1790GLC傳感器，BH1790GLC是搭載LED驅(qū)動器和綠色檢測用光電二極管的光學式脈搏傳感器IC。對在活體內(nèi)照射LED時反射光的強度進行測量?？赏ㄟ^LED的驅(qū)動電流和發(fā)光時間調(diào)節(jié)LED亮度。使用具備高靈敏度和優(yōu)異波長選擇性能的綠色檢測用光電二極管，可高精度獲取脈搏信號。

通信技術的飛速發(fā)展，智能頭盔的交互功能也是必不可缺的。導航功能就是手機與頭盔的一個交互功能，在手機端的操作傳達到頭盔芯片中執(zhí)行命令。在騎行的過程中，頭盔以語音的形式播報當前的車速、行駛路線、路況信息等重要信息。目前市面上還有語音交互、手勢交互等交互功能。在語音交互功能中用戶可以根據(jù)自己的指令去操控頭盔。語音識別系統(tǒng)在當今科技盛世下也越來越精準完善，這也決定了語音識別交互功能未來發(fā)展的輝煌前景。在語音交互的功能下，騎行者就能打破傳統(tǒng)的格局，在騎行中遇到突發(fā)事件（如接打電話、發(fā)信息等事情）可以很輕松地完成。手勢交互功能，在騎行中利用傳感器原理，在頭盔兩側(cè)安裝傳感器，以及發(fā)光LED燈，通過左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)傳感器的接收使LED燈亮起，在黑暗的道路中可以讓其他行人注意到，大大降低轉(zhuǎn)向時發(fā)生的危險率。

智能頭盔行業(yè)的興起，VR技術的快速發(fā)展，相信在未來幾年VR技術將全面用于智能頭盔行業(yè)。在今年（2020年）的疫情下，深圳科技發(fā)達地推出了警用VR頭盔，可以在頭盔屏幕上顯示身邊群眾的身體溫度，這也大大地提升警察的工作效率，也為他們提供了執(zhí)勤方便。VR智能頭盔的出現(xiàn)，也表明了我國科技在不斷的進步，VR/AR智能頭盔由3D頭盔顯示器，立體眼鏡，組合式展示機和其他重要組件組成。通過3D立體眼鏡，可以將虛擬現(xiàn)實技術與頭盔顯示有效地結(jié)合在一起，從而改善頭盔顯示設備并實現(xiàn)智能功能。VR/AR智能頭盔的應用原理主要是采用二維顯示和光學系統(tǒng)相結(jié)合，及時放大圖像，并呈現(xiàn)出遠距離折射和凸面形狀對鏡片的影響。此外，此技術中還添加了3D播放器以與智能設備連接并使其可穿戴以觀看。相信在未來幾年，VR頭盔的普及會給騎行者帶來更加舒適的安全感，豐富大眾的生活方式，同時也代表著智能化技術的發(fā)展。

總結(jié)：5G技術的出現(xiàn)，北斗定位精準等功能，讓智能頭盔這一新興產(chǎn)業(yè)更加輝煌。在5G技術的支持下，智能頭盔的應用將得到大幅度的提升，在軍事、救援、消防、安保、電力、礦山、海關、交通等領域都有很好的施展地位?？萍疾粩嗟陌l(fā)展，4G改變了生活。5G改變了社會。5G固有的2B基因以及高帶寬，低延遲和廣泛連接的特性使其不僅為廣大個人用戶提供服務，還肩負著實現(xiàn)數(shù)千個行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，加快信息化和智能化建設的使命。智能頭盔的崛起使智能頭盔在未來的轉(zhuǎn)型中勢必將轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮閷I(yè)、與騎行者交互更加方便的產(chǎn)品。未來的智能頭盔將根據(jù)現(xiàn)代生活的需求增加更多智能模塊，滿足用戶不同的需求。頭盔的設計呈現(xiàn)出模塊化和智能化的趨勢。同時，隨著數(shù)字化和信息化的飛速發(fā)展，對智能頭盔提出了更高的要求。智能頭盔正朝著集成，模塊化，多功能，智能，輕便和數(shù)字化的方向發(fā)展。相信未來智能頭盔的生存與發(fā)展將是輝煌的，時刻都關注著智能頭盔用戶的研究和交互設計，同樣也是為騎行者駕駛的安全性、人性化功能做出貢獻。