智能騎行頭盔的創新發展研究

鄭州科技學院 趙子豪 孟 剛

智能頭盔的發展受多種因素影響，智能化的（人機）交互功能是保障其發展的關鍵。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展方向及應用方向。

隨著我國科學技術的飛速發展，在生活中傳統的頭盔透氣性差，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，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 智能頭盔發展現

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，內殼由高強度輕質復合材料制成。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調配合是多么的重要，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據，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是應用于消防系統，軍事，公安系統，電力系統，運輸系統等領域的現代技術。在軍事化中，傳統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展，具有雙向視頻監控和雙向交互功能的可視化指揮系統是未來智能頭盔在軍事領域發展的重要趨勢之一。

智能頭盔在各個領域的發展已經成熟，在向低成本、實用行、輕量化方向發展。在民用型的智能頭盔創新發展向佩戴舒適性、輕便性、可調節行、健康等功能發展。通過對當前非機動車輛交通事故的研究，發現電動車逆行、闖紅燈、強行加塞等違法現象是發生交通事故的主要因素。且大多數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，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，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，降低事故的頻發率，減少事故帶來的嚴重后果。

隨著通信技術現在的迅速發展，計算機網絡技術也逐漸成熟，數字化、信息化、網絡化已經成為我們生活中必不可缺的一部分。在中國廣告中發表的一份智能可穿戴設備的調查報告中顯示，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，男性則傾向于強調科學技術的個性。正如現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。這份數據來自一線、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來到了我們身邊。

2 用戶需求分析

根據出行騎電動車等人口調查的數據顯示，53%的人員是建議強制戴頭盔。根據資料年份調查，從2013年到2015年，濟南共發生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或警示燈不夠明顯，當燈光不好或行駛狀態改變時，不可避免地會遇到轉彎，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。傳統的頭盔，材質笨重且透氣性差，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 智能頭盔的創新發展設計

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。在材質方面：外部材質要首選隔熱，阻燃、優異的抗沖擊性的聚碳酸酯，內部采用進口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，環保節約，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測騎行者騎行狀況的功能，當騎行者的眼球持續時間不轉動時，智能頭盔會給出適當的溫馨提示，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，進行數據采集，能夠實時監測脈率及用戶身體健康的變化，給予適當的提示。在脈搏傳感器方面擬定選BH1790GLC傳感器，BH1790GLC是搭載LED驅動器和綠色檢測用光電二極管的光學式脈搏傳感器IC。對在活體內照射LED時反射光的強度進行測量?？赏ㄟ^LED的驅動電流和發光時間調節LED亮度。使用具備高靈敏度和優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自己的指令去操控頭盔。語音識別系統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展的輝煌前景。在語音交互的功能下，騎行者就能打破傳統的格局，在騎行中遇到突發事件（如接打電話、發信息等事情）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，在頭盔兩側安裝傳感器，以及發光LED燈，通過左轉或右轉傳感器的接收使LED燈亮起，在黑暗的道路中可以讓其他行人注意到，大大降低轉向時發生的危險率。

智能頭盔行業的興起，VR技術的快速發展，相信在未來幾年VR技術將全面用于智能頭盔行業。在今年（2020年）的疫情下，深圳科技發達地推出了警用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，也為他們提供了執勤方便。VR智能頭盔的出現，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，可以將虛擬現實技術與頭盔顯示有效地結合在一起，從而改善頭盔顯示設備并實現智能功能。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相結合，及時放大圖像，并呈現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展。

總結：5G技術的出現，北斗定位精準等功能，讓智能頭盔這一新興產業更加輝煌。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，還肩負著實現數千個行業數字化轉型，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型中勢必將轉變為更為專業、與騎行者交互更加方便的產品。未來的智能頭盔將根據現代生活的需求增加更多智能模塊，滿足用戶不同的需求。頭盔的設計呈現出模塊化和智能化的趨勢。同時，隨著數字化和信息化的飛速發展，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，輕便和數字化的方向發展。相信未來智能頭盔的生存與發展將是輝煌的，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。