基于道路空間分析的新型警用VR騎行頭盔

摘" 要：目前，我國(guó)每年的交通事故數(shù)量急劇增加。道路救援作為交警施救較為困難的警情，往往會(huì)受限于復(fù)雜的環(huán)境等因素。因此研發(fā)一款方便交警應(yīng)對(duì)道路救援警情的產(chǎn)品勢(shì)在必得，為此結(jié)合警察本身特點(diǎn)開(kāi)發(fā)一款新型警用產(chǎn)品——基于道路空間分析的新型警用VR騎行頭盔。騎行頭盔內(nèi)部裝有VR設(shè)備系統(tǒng)。當(dāng)交警趕往交通事故案發(fā)地前，可觸發(fā)語(yǔ)音對(duì)話模式，并通過(guò)語(yǔ)音對(duì)話激活VR設(shè)備系統(tǒng)，快速分析復(fù)雜路段狀況，并可迅速分析附近是否存在易燃易爆的物品，與此同時(shí)獲取最合理的行駛路線。使用新型警用VR騎行頭盔還能開(kāi)啟通信和導(dǎo)航定位系統(tǒng)，實(shí)時(shí)顯示交警所在位置，并在遇到特殊情況時(shí)可及時(shí)與公安系統(tǒng)內(nèi)部人員交流溝通。

關(guān)鍵詞：VR；警用頭盔；道路安全檢測(cè)；數(shù)值模擬；參數(shù)評(píng)估

中圖分類號(hào)：G305" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2024）25-0029-05

Abstract： At present， the number of traffic accidents in our country increases sharply every year. As a difficult police situation， road rescue is often limited by the complex environment and other factors. Therefore， it is imperative to develop a product that is convenient for the police to deal with the situation of road rescue. Therefore， according to the characteristics of the police， we have developed a new type of police product - a new type of police VR cycling helmet based on road space analysis. The inside of the riding helmet is equipped with a cleverly placed VR equipment system. When the police rush to the site of the traffic accident， they can trigger the voice dialogue mode， and stimulate the VR equipment system through the voice dialogue to quickly analyze the situation of complex road sections， and quickly analyze whether there are flammable and explosive items nearby， and obtain the most reasonable driving route at the same time. The use of the new police VR cycling helmet can also turn on the communication and navigation positioning system， display the location of the traffic police personnel in real time， and communicate with the internal personnel of the public security system in time in case of special circumstances.

Keywords： VR; police helmet; road safety inspection; numerical simulation; parameter evaluation

現(xiàn)有的警用騎行頭盔設(shè)計(jì)相對(duì)單一，功能較為局限，已無(wú)法滿足現(xiàn)代公安機(jī)關(guān)執(zhí)法日益增長(zhǎng)的多元化需求。經(jīng)過(guò)深入研究和對(duì)比分析現(xiàn)有產(chǎn)品，并結(jié)合交通事故的大量調(diào)查數(shù)據(jù)，本項(xiàng)目組最終將焦點(diǎn)鎖定在警用騎行頭盔的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)上。項(xiàng)目目標(biāo)不僅是改進(jìn)現(xiàn)有設(shè)計(jì)，更是要打破傳統(tǒng)，創(chuàng)造出更加人性化、智能化的新型警用騎行頭盔，以更好地適應(yīng)現(xiàn)代交通環(huán)境，為公安機(jī)關(guān)的執(zhí)法工作提供有力保障[1-2]。

目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的騎行頭盔多以單騎行頭盔為主，這種頭盔一旦殼體受損破裂，就會(huì)失去其救生功能。此外，單騎行頭盔還缺乏與特殊道路騎行施救工作相適配的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得施救人員在實(shí)施救援時(shí)面臨諸多困難。針對(duì)這一問(wèn)題，本項(xiàng)目組設(shè)計(jì)了一款警用VR騎行頭盔，其優(yōu)勢(shì)如下：一是這款頭盔裝備了緊急報(bào)警設(shè)備。當(dāng)頭盔殼體受到破損時(shí)，其救生功能不會(huì)受到太大影響，從而大大提高了頭盔的安全性能。二是頭盔具備攜帶多種屬具的能力。在非緊急情況下，這些屬具可以放置在頭盔側(cè)邊，不占用額外空間。在緊急情況下，交警可以快速使用這些工具，便于施救人員進(jìn)行救援。同時(shí)，這款頭盔的設(shè)計(jì)還考慮到了交警在道路騎行時(shí)的舒適性，不會(huì)因?yàn)轭^盔的重量而影響其正常騎行。三是頭盔中還裝置了非牛頓流體。當(dāng)頭部因意外撞擊到路面時(shí)，這種流體會(huì)迅速硬化，從而有效保護(hù)頭部安全。四是頭盔設(shè)計(jì)有反光帶結(jié)構(gòu)。在光線較暗的環(huán)境中，這一設(shè)計(jì)可以幫助人們更容易地發(fā)現(xiàn)和確定在道路上騎行行駛的交警的位置，進(jìn)而避免交通事故的發(fā)生。五是這款頭盔還具備導(dǎo)航通信功能。交警可以利用這一功能發(fā)出定位信號(hào)，使公安機(jī)關(guān)工作人員能夠迅速發(fā)現(xiàn)和確定其所在位置。

在處理交通警情時(shí)，騎行頭盔和交通騎行裝備是交警不可或缺的工具。然而，目前市場(chǎng)上的警用騎行器材在設(shè)計(jì)上往往顯得傳統(tǒng)且笨重，攜帶不便且功能相對(duì)單一。這種局限性在交警面對(duì)復(fù)雜多變的道路交通警情時(shí)顯得尤為明顯，可能對(duì)他們的操作效率和安全性造成不利影響[3-4]。為了解決這一問(wèn)題，本項(xiàng)目組致力于改進(jìn)和優(yōu)化警用騎行器材，以滿足現(xiàn)代交通管理的需求，所研制的新型警用VR騎行頭盔便是這一努力的成果。這款頭盔將先進(jìn)的VR設(shè)備系統(tǒng)與傳統(tǒng)警用騎行頭盔相結(jié)合，通過(guò)創(chuàng)新的設(shè)計(jì)和技術(shù)應(yīng)用，旨在提升交警的操作效率和安全性。新型警用VR騎行頭盔不僅具備傳統(tǒng)頭盔的保護(hù)功能，還融入了VR技術(shù)，為交警提供了實(shí)時(shí)信息展示。這種結(jié)合使得交警在處理交通警情時(shí)能夠更快速、準(zhǔn)確地做出決策，提高應(yīng)對(duì)復(fù)雜道路交通警情的能力。

1" 新型警用VR頭盔整體結(jié)構(gòu)

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型警用VR騎行頭盔作進(jìn)一步描述。本項(xiàng)目組所研制的產(chǎn)品是一種新型的警用VR騎行頭盔，包括警用騎行頭盔、頭盔主體和內(nèi)置的VR設(shè)備裝置系統(tǒng)。

新型警用VR頭盔整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2" 新型警用VR頭盔使用方式

在使用新型警用VR頭盔前，使用者需要觸碰警用VR騎行頭盔的一側(cè)，然后通過(guò)語(yǔ)音對(duì)話模式激活VR設(shè)備系統(tǒng)以快速分析復(fù)雜路段狀況，并可迅速分析附近是否存在易燃易爆的物品，與此同時(shí)可規(guī)畫(huà)出一條能保護(hù)交警的安全路線，在保護(hù)他人的同時(shí)也可以保護(hù)自己。使用警用VR騎行頭盔還能開(kāi)啟通信和導(dǎo)航定位系統(tǒng)，實(shí)時(shí)顯示使用者自身所在位置，并在遇到特殊情況時(shí)可及時(shí)與其他人員交流溝通。新型警用VR頭盔外型如圖2所示。

此外，這款頭盔在原有的警用騎行頭盔基礎(chǔ)上還增加了一個(gè)VR設(shè)備系統(tǒng)。當(dāng)交警遇到緊急突發(fā)交通事故時(shí)，他們只需快速啟動(dòng)VR系統(tǒng)，就能迅速分析復(fù)雜道路狀況。這一功能極大地減少了消耗的時(shí)間，使得交警能夠在保障道路交通安全的同時(shí)，也確保自身的安全。這不僅滿足了未來(lái)公安工作的迫切需求，還極大提升了出警效率。為了確保警務(wù)人員的生命安全，項(xiàng)目組使用復(fù)合材料制作頭盔殼體，并根據(jù)VR騎行頭盔的形狀裝置了非牛頓流體及緩沖材料。在遇到碰撞時(shí)，這些材料會(huì)保護(hù)頭部，從而充分保障警務(wù)人員的生命安全。

3" 新型警用VR頭盔的材料結(jié)構(gòu)

隨著交通道路的不斷發(fā)展和復(fù)雜化，交警在交通管理中面臨著越來(lái)越多的挑戰(zhàn)。為了提升交警的安全性和工作效率，本項(xiàng)目組經(jīng)過(guò)深入研究和實(shí)踐，推出了警用VR騎行頭盔。這款頭盔不僅具備出色的保護(hù)性能，還能快速分析空間環(huán)境情況，為交警提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的信息支持。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，小組成員觀看了大量的交通道路管理視頻，分析了相關(guān)數(shù)據(jù)，深入了解了交警在交通管理中可能遇到的各種復(fù)雜道路環(huán)境。基于這些研究，設(shè)計(jì)了這款警用VR騎行頭盔，旨在以最小的成本實(shí)現(xiàn)最大的功效，為交警提供全面的安全保障。為了確保頭盔的防碰撞性能達(dá)到最佳效果，進(jìn)行了嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，如通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)，確認(rèn)了新型警用VR頭盔的最小防碰撞力為50～70 N，此外還對(duì)頭盔的形狀、VR投射方式、設(shè)備擺放和大小進(jìn)行了精細(xì)的實(shí)驗(yàn)操作。不斷地優(yōu)化和調(diào)整，確保了頭盔能夠提供清晰、穩(wěn)定的VR畫(huà)面，為交警提供準(zhǔn)確的道路環(huán)境信息。

新型警用VR騎行頭盔與傳統(tǒng)警用騎行頭盔對(duì)比，具有以下優(yōu)點(diǎn)。首先是在打造復(fù)合材料頭盔的外殼時(shí)，為了保障頭盔在各種極端條件下都能保持強(qiáng)大的堅(jiān)固度和耐久性，創(chuàng)新性地結(jié)合了碳纖維平紋預(yù)浸料和多種密度的芳綸緯編雙軸向織物，通過(guò)混合鋪層技術(shù)構(gòu)建出最外層的結(jié)構(gòu)。這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)使得頭盔殼體成為超薄層合板的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，同時(shí)外層還具備出色的防碰撞性能[5]。對(duì)于本項(xiàng)目組所使用的VR頭盔，特別選擇了致密防撞阻燃材料作為其外部材料，具有防破裂的特點(diǎn)，在戶外使用中表現(xiàn)卓越。同時(shí)，本項(xiàng)目組引入KRIOS PRO緩沖材料作為中間層，以便有效地減少碰撞時(shí)的沖擊傷害。這種材料采用了一種獨(dú)特的蜂巢狀連接方式，打破了常規(guī)的限制。此種創(chuàng)新不僅優(yōu)化了材料的使用，還顯著減輕了緩沖層的重量，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)使得頭盔內(nèi)部空氣流動(dòng)更加順暢，為佩戴者提供了更加舒適的佩戴體驗(yàn)。經(jīng)過(guò)測(cè)試，頭盔能夠更有效地吸收和分散沖擊力，從而保護(hù)佩戴者的安全[6]。同時(shí)根據(jù)VR騎行頭盔的形狀裝置非牛頓流體，在遇到碰撞時(shí)會(huì)變硬以保護(hù)頭部，這一創(chuàng)新選擇極大地增強(qiáng)了頭盔的緩沖效能，顯著降低了因硬物撞擊頭盔而引發(fā)的腦震蕩風(fēng)險(xiǎn)，為使用者提供了更加全面、高效的頭部安全保障[7]。頭盔的內(nèi)層選用了多種高品質(zhì)材料，其中一種是定制的舒適尼龍綢布，這種材料不僅延展性極佳，而且觸感光滑，為用戶提供了舒適的佩戴體驗(yàn)。另一種材料則是300 D牛津布面料，這種面料具有出色的耐用性和穩(wěn)定性，能夠有效保護(hù)頭盔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，確保頭盔在長(zhǎng)期使用中仍能保持穩(wěn)定的性能。此外，本項(xiàng)目組還采用了輕質(zhì)光學(xué)級(jí)樹(shù)脂進(jìn)行面罩的制作，確保頭盔在保持輕巧的同時(shí)，也擁有出色的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。內(nèi)襯的選擇上，注重了材料的吸濕性和散熱性，選用了具有這些特性的絨布面料。這不僅提高了佩戴時(shí)的舒適度和透氣性，還賦予了頭盔防霉、抗菌的功能，讓穿戴者在享受輕松舒適的佩戴體驗(yàn)的同時(shí)，也能得到健康的保障[6-7]。新型警用VR頭盔的面料及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

頭盔內(nèi)部裝備了超微型的新型NanEyeC圖像傳感器，這款傳感器不僅具備廣角視野和出色的焦深，還擁有1 mm×1 mm的表面貼裝模塊和高達(dá)100 K像素的分辨率。其數(shù)字視頻輸出功能使其成為對(duì)尺寸和性能有嚴(yán)格要求的高端VR設(shè)備的理想選擇，同時(shí)重量?jī)H為1 g，實(shí)現(xiàn)了輕巧與實(shí)用的完美結(jié)合[8]。本項(xiàng)目組選用了以復(fù)合正極材料AG/S制成的電池，這種材料確保了高效的能量輸出和卓越的循環(huán)性能。實(shí)驗(yàn)證明，其庫(kù)侖效率和循環(huán)性能均表現(xiàn)優(yōu)異，完全能夠滿足VR技術(shù)未來(lái)發(fā)展的需求[9]。本項(xiàng)目組還采用多線程技術(shù)和高通的驍龍芯片作為處理器，極大地提升了VR應(yīng)用的性能和響應(yīng)速度。此外，項(xiàng)目組成員在系統(tǒng)中融入了通信功能，使警方能夠?qū)崟r(shí)交流，提高協(xié)同作戰(zhàn)的效率。值得一提的是，這款VR騎行頭盔還具備眼球追蹤功能，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)而穩(wěn)定的定位效果[10-11]。新型警用頭盔的VR設(shè)備如圖4所示。

隨著我國(guó)交通環(huán)境的日益復(fù)雜，交通事故數(shù)量逐年攀升，意外事故變得越發(fā)難以完全避免。在這些事故中，許多人因缺乏有效的防護(hù)措施而遭受嚴(yán)重甚至致命的傷害，特別是在遭遇劇烈碰撞等極端情況下。公安民警在為人民服務(wù)的同時(shí)，自身的安全同樣不容忽視。因此，這款經(jīng)過(guò)精心改進(jìn)和優(yōu)化的騎行頭盔，不僅為騎行者提供了更加全面、高效的防護(hù)，也彰顯了對(duì)公安民警生命安全的深切關(guān)懷，具有重大的社會(huì)價(jià)值與意義。

結(jié)合VR技術(shù)、先進(jìn)的新型材料與傳統(tǒng)警用騎行頭盔，針對(duì)交警處理交通險(xiǎn)情的特殊需求，對(duì)傳統(tǒng)頭盔設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面升級(jí)。新型警用VR道路騎行頭盔不僅為交警提供了更加全面的安全防護(hù)，還通過(guò)集成VR設(shè)備，為交警在執(zhí)行任務(wù)時(shí)帶來(lái)了極大的方便。在安全性方面，對(duì)原材料進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選，確保頭盔具備出色的防撞耐摔和緩沖舒適性能。特別引入的非牛頓流體技術(shù)，能在頭部受到強(qiáng)烈沖擊時(shí)迅速變硬，形成堅(jiān)固的保護(hù)層，同時(shí)結(jié)合緩沖層，進(jìn)一步增強(qiáng)了緩沖效果，極大地保障了交警的人身安全。與此同時(shí)，護(hù)目鏡的功能也得到了全面升級(jí)，不僅具備防風(fēng)、防雨、防紫外線等基本功能，還能在高溫環(huán)境下通過(guò)智能溫度調(diào)節(jié)功能，保持頭盔內(nèi)部溫度舒適，進(jìn)一步優(yōu)化了頭盔的整體安全性。此外，新型頭盔還具備緊急求救功能。在交通事故等緊急情況下，頭盔能夠迅速監(jiān)測(cè)到異常并發(fā)出求救信號(hào)，根據(jù)附近路段情況篩選出最佳求救方案，確保交警在最短時(shí)間內(nèi)得到救援。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)大大提高了交警在出警時(shí)的安全保障，降低了職業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。值得一提的是，在頭盔設(shè)計(jì)中還特別注重用戶體驗(yàn)和便捷性。通過(guò)微小化VR設(shè)備并優(yōu)化其續(xù)航能力，確保頭盔在提供強(qiáng)大功能的同時(shí)，也保持輕便和持久的使用體驗(yàn)，大大提高了交警的工作效率。隨著性能設(shè)計(jì)在服裝領(lǐng)域的快速發(fā)展，公安從業(yè)人員對(duì)警用裝備性能設(shè)計(jì)的要求也日益提升。目前，關(guān)于VR騎行頭盔的研究已不僅局限于實(shí)用性能和頭盔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2個(gè)方面，而是向更多元化、全面化的方向發(fā)展。在實(shí)用性能設(shè)計(jì)方面，新型警用VR頭盔融入了多種先進(jìn)技術(shù)的智能裝備。例如頭盔能夠?qū)崟r(shí)收集交警的生理數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等，具備對(duì)數(shù)據(jù)的分析能力，為執(zhí)行任務(wù)提供有力支持。此外，頭盔還集成了導(dǎo)航、通話等實(shí)用功能，使交警在執(zhí)行任務(wù)時(shí)能夠保持高效溝通，減少操作難度。在頭盔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，充分考慮了騎行頭盔的設(shè)計(jì)因素，確保頭盔既符合人體工學(xué)原理，又能夠提供良好的保護(hù)效果。同時(shí)，還特別關(guān)注頭盔的舒適性與穩(wěn)定性關(guān)系、厚度與行動(dòng)便捷程度關(guān)系等方面，力求為交警打造一款既安全又舒適的頭盔。與此同時(shí)，VR騎行頭盔還具備防水透氣、抗寒抗熱、防輻射和防碰撞等多種功能。這些功能的研發(fā)和應(yīng)用，不僅提高了頭盔的實(shí)用性和耐久性，也為交警在各種惡劣環(huán)境下執(zhí)行任務(wù)提供了更加全面的保障。

在科研產(chǎn)品的科學(xué)性上，本項(xiàng)目組始終關(guān)注騎行頭盔的安全防護(hù)性能，力求在確保安全性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)低成本、易普及的目標(biāo)，充分發(fā)揮公安從業(yè)人員為人民服務(wù)的職能。針對(duì)市面上騎行頭盔價(jià)格昂貴的問(wèn)題，項(xiàng)目組認(rèn)識(shí)到交警在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，頭盔的使用頻率高、損壞速度快，因此使用高成本頭盔不僅會(huì)造成資源浪費(fèi)，還可能增加經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。從概念上，深入分析了VR騎行頭盔的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景和需求，從而客觀地解釋了該頭盔的實(shí)際用途。從定義上，力求以客觀、全面的視角來(lái)描述VR騎行頭盔的特性。在實(shí)用性上，新型警用VR騎行頭盔攜帶方便，便于緊急出警或民警巡邏時(shí)的攜帶，遇到緊急道路救援險(xiǎn)情時(shí)，攜帶者迅速使用VR設(shè)備系統(tǒng)，快速進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，分析復(fù)雜道路狀況，搜尋出附近隱藏的易燃易爆物品，并提供合理、安全的規(guī)劃路線，也能為出警救援的民警提供生命保障。這款新型警用VR騎行頭盔便攜產(chǎn)品的使用，能夠改善交警在道路行駛過(guò)程中難以分析復(fù)雜環(huán)境的情形，提高交警分析道路狀況的效率，為道路交通提供了安全保障。在道路搶險(xiǎn)的緊急情況下，交警使用新型警用VR騎行頭盔可以在很大程度上減少時(shí)間消耗，分析道路上存在的障礙，并提供安全、有效的道路選擇，及時(shí)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)安全，從而實(shí)現(xiàn)公安機(jī)關(guān)處理交通警情效率變高的目標(biāo)[12-13]。

4" 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)的警用頭盔無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜道路的空間分析，難以滿足現(xiàn)代交通執(zhí)法日益增長(zhǎng)的需求?？紤]到交警在執(zhí)行任務(wù)時(shí)經(jīng)常面臨時(shí)間緊迫的情況和不可預(yù)知的危險(xiǎn)環(huán)境，如易燃易爆物體的存在，因此迫切需要研發(fā)一款新型警用頭盔，以助力民警更加高效和安全地應(yīng)對(duì)各種道路救援警情。本項(xiàng)目組研制的新型警用VR頭盔不僅融入先進(jìn)的科技和設(shè)計(jì)理念，以提升佩戴者的安全性和舒適度，還將通過(guò)智能化功能，如空間分析和眼球追蹤技術(shù)，為交警提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的信息支持。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，本項(xiàng)目組有信心打造出一款符合現(xiàn)代交通管理要求的新型警用頭盔，為民警的工作提供更加全面和高效的保障，以滿足未來(lái)公安機(jī)關(guān)的執(zhí)法需求。

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