基于無障礙理念的智能導(dǎo)盲背心設(shè)計(jì)研究

鄭芷涵，許旭兵

（東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，上海 200051）

0 引言

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，我國是盲人數(shù)量最多的國家，并且每年都在持續(xù)增長中[1]。但在日常生活中存在行路障礙以及導(dǎo)盲產(chǎn)品不夠完善，盲人的需求得不到滿足，導(dǎo)致了出行困難。在信息技術(shù)時(shí)代下，服裝與科技結(jié)合轉(zhuǎn)向了多功能的智能化服裝[2]。為了解決盲人出行問題，本文從以人為本的設(shè)計(jì)思維出發(fā)，研發(fā)一款基于無障礙理念的、方便盲人日常生活的導(dǎo)盲產(chǎn)品，達(dá)到有效出行的目標(biāo)。

1 盲人群體分析

1.1 盲人群體特征

盲人群體的特征主要分為生理特征和心理特征。生理上，根據(jù)視力情況分為弱視和全盲。弱視群體可以借助一些工具來觀察世界，盲人因?yàn)橄忍煸蚧蚝筇旒膊≡斐梢曈X障礙，日常出行中盲人往往依靠其他感官來規(guī)避障礙。心理上，盲人因?yàn)橐曈X障礙行為會(huì)受到限制處于一個(gè)被動(dòng)狀態(tài)，在與人交往的過程中會(huì)對(duì)事物的認(rèn)知不夠全面，產(chǎn)生不同于正常人的理解，這些情況導(dǎo)致盲人缺乏安全感和產(chǎn)生恐慌、焦慮和自卑心理。

1.2 盲人群體認(rèn)知分析

在五感認(rèn)知中，盲人往往通過耳朵接收聲音感知環(huán)境的變化，所以盲人聽覺的細(xì)膩度和廣闊度會(huì)更高。此外，盲人大腦處理信息的模式更加特殊，他們的觸覺感知也更加敏銳。在記憶上，盲人需要對(duì)新鮮事物的信息進(jìn)行儲(chǔ)存記憶，與以往信息進(jìn)行比對(duì)從而定義新事物的屬性，他們?nèi)鄙賹?duì)客觀事物的想象能力，基本是通過親身感受去理解身邊的環(huán)境，理性思維的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于感性思維。

1.3 盲人群體出行障礙

盲人日常出行的障礙主要分為四種。首先是乘車障礙，盲人需要判斷車輛到站的時(shí)間和位置，并且需要收聽站點(diǎn)播報(bào)以確定目的地。其次是十字路口障礙，在馬路上盲人需要得知具體的路況信息反饋，從而確定自己是否可以安全通行。然后是環(huán)境方位障礙，在市區(qū)盲人難以依靠聽覺判斷自己的方位和行路方向，增加了他們正常生活的難度，且加劇了恐慌心理。最后是行徑阻塞障礙，盲道不僅會(huì)被公共設(shè)施所占據(jù)，且行進(jìn)過程中會(huì)錯(cuò)位甚至突然消失，這些都反應(yīng)了社會(huì)對(duì)于盲人的包容度還不夠。

2 智能導(dǎo)盲產(chǎn)品調(diào)研分析

2.1 導(dǎo)盲產(chǎn)品發(fā)展歷程

為了滿足盲人群體的需求，產(chǎn)品的導(dǎo)盲技術(shù)也在不斷完善[3]。在傳統(tǒng)時(shí)期，以盲杖等手持式產(chǎn)品為主，具備主要的探測(cè)功能，還有易收納的輔助功能。在現(xiàn)代時(shí)期，導(dǎo)盲產(chǎn)品結(jié)合其他領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，如紅外線測(cè)距、超聲波測(cè)距等，后還增加了攝像探測(cè)功能，通過機(jī)械震動(dòng)刺激提醒盲人障礙物的出現(xiàn)，并根據(jù)距離遠(yuǎn)近調(diào)整信號(hào)強(qiáng)弱，提高了導(dǎo)盲產(chǎn)品功能的精準(zhǔn)性。在電子信息技術(shù)發(fā)展時(shí)期，導(dǎo)盲產(chǎn)品增加了網(wǎng)絡(luò)交互的功能，可直接與移動(dòng)端相連，用戶可以實(shí)時(shí)得知相關(guān)的數(shù)據(jù)，同時(shí)其形式也有極大改變，如制造模擬眼，通過將相機(jī)采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，刺激視網(wǎng)膜再造畫面，從而盡可能達(dá)到自然眼的功能。

2.2 智能導(dǎo)盲產(chǎn)品分類及應(yīng)用

2.2.1 手持式導(dǎo)盲產(chǎn)品

手持式導(dǎo)盲產(chǎn)品包括智能盲杖和手持式設(shè)備，利用了單片機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)等為盲人提供了路況數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行行走判斷。Touch-E 導(dǎo)盲棍，它利用了盲人觸覺靈敏的特點(diǎn)，通過不同位置觸針的上下運(yùn)動(dòng)來表示障礙物的位置和高度，盲人通過觸覺來接收外部環(huán)境的信息。Sensus 盲人導(dǎo)航設(shè)備利用紅外線傳感器探測(cè)障礙物，并且在盲人靠近障礙物時(shí)發(fā)出振動(dòng)來提醒使用者，旨在增強(qiáng)盲人的空間感知。

2.2.2 可穿戴導(dǎo)盲產(chǎn)品

可穿戴導(dǎo)盲產(chǎn)品主要包括服裝、腰帶、眼鏡和背包等類別，其大多使用嵌入式技術(shù)滿足盲人需求。如Ashirase 導(dǎo)盲鞋，盲人可以在App 上對(duì)自己的行徑路線和目的地進(jìn)行設(shè)定，導(dǎo)盲鞋通過橡膠材質(zhì)鞋襯上的振動(dòng)傳感器對(duì)盲人進(jìn)行提醒，解放盲人的雙耳，以便于更好地感受周圍的聲音。英國科學(xué)家研制出的智能眼鏡由微型攝像機(jī)、指南針和GPS 組成[4]，相機(jī)捕獲的信息顯示在眼鏡的LED 屏幕上形成增強(qiáng)圖案，然后圖像信息轉(zhuǎn)換為語音提供導(dǎo)航指南。

2.2.3 移動(dòng)式導(dǎo)盲系統(tǒng)

移動(dòng)式導(dǎo)盲系統(tǒng)充分利用了智能手機(jī)和智能電腦等終端的優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品以移動(dòng)手推車和機(jī)械導(dǎo)盲犬為主，在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下充分融合了信息技術(shù)。肖岸星等人[5]設(shè)計(jì)的四足導(dǎo)盲機(jī)器犬，配備Rplidar_A1 激光雷達(dá)用于機(jī)器人定位，深度相機(jī)搭配云臺(tái)用于人類位姿檢測(cè)。皮帶用于連接機(jī)器人和用戶，通過皮帶的張力與人的速度、位姿的關(guān)系，定義了一個(gè)物理人機(jī)交互模型，實(shí)現(xiàn)了在狹窄空間內(nèi)的牽引式導(dǎo)盲。Kayukawa 等人[6]設(shè)計(jì)的Blind Pilot導(dǎo)盲機(jī)器人可以引導(dǎo)用戶走向一張空椅子，相比于語音導(dǎo)航系統(tǒng)，牽引式導(dǎo)航具有更好的安全感和更少的調(diào)整方向任務(wù)。

綜上所述，手持式導(dǎo)盲產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)是輕巧易攜帶，缺點(diǎn)是功能單一、監(jiān)測(cè)范圍小。可穿戴導(dǎo)盲產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)是引導(dǎo)避障靈活、易于攜帶，缺點(diǎn)是電子元件和導(dǎo)線等不夠柔性，服裝不易水洗，眼鏡等產(chǎn)品難以提供心理安全感。移動(dòng)式導(dǎo)盲系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是智能化較高和可以適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，缺點(diǎn)是使用不便、成本較高。

3 智能導(dǎo)盲背心設(shè)計(jì)方案

本文以無障礙理念為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)一款具備行路探障功能和警示功能的導(dǎo)盲背心，針對(duì)盲人群體生理和心理特征進(jìn)行功能設(shè)定、款式設(shè)計(jì)和電路系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，解決盲人的出行障礙。

3.1 智能功能設(shè)定

探障功能：采用了超聲波測(cè)距、紅外線探測(cè)和圖像探障共同作用。利用超聲波在空氣中傳播的工作原理，通過計(jì)算時(shí)間差傳遞使用者與障礙物的距離信息。紅外線探測(cè)的原理與超聲波相似，只不過是通過光的強(qiáng)弱來判斷距離信息，可以根據(jù)探測(cè)的高溫物體判斷更加復(fù)雜的路況。圖像探障具有特定性，使用攝像頭采集環(huán)境信息并通過算法識(shí)別場(chǎng)景中的斑馬線、紅綠燈信號(hào)和盲道圖像等。

GPS 功能：背心連接智能手機(jī)終端，盲人可以輸入目的地，利用軟件識(shí)別導(dǎo)航路徑信息并進(jìn)行處理反饋和實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位。

語音交互功能：一方面是實(shí)現(xiàn)語音的錄制與識(shí)別，另一方面是實(shí)現(xiàn)語音的合成與播報(bào)。在連接智能手機(jī)終端進(jìn)行路線導(dǎo)航時(shí)，盲人可以通過口述目的地讓系統(tǒng)獲取信息，然后所有提示信息均以語音形式通過揚(yáng)聲器提示給盲人。

保護(hù)功能：主要體現(xiàn)在智能服裝的載體上，在導(dǎo)盲背心的表面使用反光帶進(jìn)行結(jié)構(gòu)的分割或裝飾，對(duì)行路人產(chǎn)生刺激的視覺效果，警示行人需要避讓。

3.2 無障礙設(shè)計(jì)理念

無障礙設(shè)計(jì)是為了讓殘疾人與正常人能享有平等地位的設(shè)計(jì)[7]，以無障礙作為指導(dǎo)理念設(shè)計(jì)導(dǎo)盲背心，通過對(duì)盲人群體行為與意識(shí)的細(xì)致研究，從人文關(guān)懷的角度解決存在的問題。無障礙設(shè)計(jì)包括安全性原則、易用性原則、多感官原則和容錯(cuò)性原則。導(dǎo)盲背心的安全性服務(wù)于盲人群體，也決定了產(chǎn)品的使用度；導(dǎo)盲背心應(yīng)盡可能做到簡(jiǎn)單易懂的設(shè)計(jì)，方便使用者的操作，給予盲人群體良好的用戶體驗(yàn)；此外盲人的感官相對(duì)于普通人更加靈敏，可以通過刺激感官放大其能力，提供多樣性的使用方式；最后產(chǎn)品會(huì)對(duì)使用者的操作不當(dāng)進(jìn)行兼容處理，這樣的導(dǎo)盲背心產(chǎn)品設(shè)定可以提高使用者的體驗(yàn)度和滿意度。

3.3 智能導(dǎo)盲背心款式設(shè)計(jì)

3.3.1 款式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到不影響盲人群體穿著需求，導(dǎo)盲產(chǎn)品設(shè)計(jì)的載體選擇外穿背心形式，易于攜帶且不會(huì)帶來額外負(fù)擔(dān)，輕便又具有功能性，其次為了規(guī)避危險(xiǎn)，導(dǎo)盲產(chǎn)品應(yīng)有一定的警示效果。

導(dǎo)盲背心的整體風(fēng)格偏向于機(jī)能風(fēng)，同時(shí)也融入了多功能設(shè)計(jì)，添加了口袋、扣具、拉鏈和織帶等具有科技感的裝飾，使盲人在日常生活中滿足基本需求的同時(shí)也有美感表現(xiàn)。服裝正面是矩形面料拼接在一起，每個(gè)矩形面料表面都具有含拉鏈的口袋，可以存放可拆卸的柔性電子元件。背帶采用的是交叉式設(shè)計(jì)，提高穿著在人體上的穩(wěn)定性，反光條設(shè)計(jì)在背帶中間，起到警示行人和車輛的作用，提高了夜間出行的安全性。服裝的兩側(cè)還有松緊帶和扣帶設(shè)計(jì)，可以隨著所需身材尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)和改變，滿足不同體型的盲人穿著需求。

圖1 智能導(dǎo)盲背心設(shè)計(jì)

3.3.2 面料選擇

產(chǎn)品的目標(biāo)群體是盲人群體，因此傾向于選擇柔軟舒適，便于日常活動(dòng)且耐臟污的面料，在材質(zhì)上，導(dǎo)盲背心采用一般戶外服裝面料，具有防水、透氣、有彈性等特點(diǎn)，如采用TPU 貼膜的緯編雙面針織物，織物成分為100%滌綸，有良好的耐磨性和柔韌性。反光條位置在背帶處，材質(zhì)為高亮度反光（聚氯乙烯）。

3.3.3 色彩選擇

在色彩上，導(dǎo)盲背心大身采用柔和不突兀的中性色系，深灰色不僅具有沉穩(wěn)、冷靜的豐富內(nèi)涵，還具有耐臟耐污漬的功能，背帶顏色采用銀色反光，在夜晚起到警示行人的作用，總體服裝色彩和諧，結(jié)構(gòu)功能明確，彰顯安全性原則。

3.4 智能導(dǎo)盲背心技術(shù)路徑

3.4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能導(dǎo)盲背心的技術(shù)系統(tǒng)主要由服裝硬件檢測(cè)模塊和軟件模塊組成。系統(tǒng)的核心主體為樹莓派3B+，64 位四核ARM 處理器，主頻為1.4 GHz，運(yùn)行內(nèi)存1 GB，搭載官方的Raspbian 系統(tǒng)，可以用來處理較為復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)。硬件設(shè)計(jì)主要由探障模塊和GPS 模塊組成。由超聲波傳感器、紅外線傳感器和圖像攝像共同作用后，使用GPS 定位確定盲人使用者的位置。軟件設(shè)計(jì)包括導(dǎo)航模塊和語音播報(bào)模塊。通過探障和GPS 模塊，內(nèi)置軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，借助手機(jī)地圖App 生成避障信息與導(dǎo)航路線，從而通過語音播報(bào)的方式生成指令引導(dǎo)盲人出行。

圖2 電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.4.2 功能模塊與服裝連接方式

功能模塊組成的樹莓派單板機(jī)放置于口袋的夾層中，口袋選用防水、絕緣面料，防止電路板遭到損壞，并且起到隔離防護(hù)的作用。口袋外側(cè)裝有拉鏈，便于取出電路板對(duì)服裝進(jìn)行洗滌，提高了服用性能。在連接部件上，織物導(dǎo)電連接部件采用柔軟性良好的導(dǎo)線，同時(shí)抗彎折功能強(qiáng)且拉伸強(qiáng)度高，在設(shè)計(jì)上還采用皮軟管將導(dǎo)線包圍，所以導(dǎo)線還具有防水的特點(diǎn)，放置在服裝中更加安全與美觀。

4 結(jié)語

文章首先分析了盲人群體特征，明確了導(dǎo)盲產(chǎn)品的功能與設(shè)計(jì)需求，其次對(duì)導(dǎo)盲產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)研和分析，了解現(xiàn)階段產(chǎn)品的導(dǎo)盲技術(shù)、設(shè)計(jì)方法等，最后以無障礙設(shè)計(jì)理念為基本原則，從款式結(jié)構(gòu)、電路系統(tǒng)上設(shè)計(jì)了可避障的智能導(dǎo)盲背心。導(dǎo)盲背心為盲人日常行路方便提供支撐，其設(shè)計(jì)思路可為盲人群體智能服裝提供一定參考。