智能骑行头盔的创新发展研究

郑州科技学院 赵子豪 孟 刚

智能头盔的发展受多种因素影响，智能化的（人机）交互功能是保障其发展的关键。通过综合运用VR技术、传感技术和5G技术等技术。将眼动追踪仪、脉搏传感器、导航等多种功能整合于一体的高智能头盔，从而在安全性基础上更加人性化（智能化）的满足用户需求。从用户角度分析需求，寻找切入点，研究视觉互动设计，手势互动设计，探讨智能头盔未来的发展方向及应用方向。

随着我国科学技术的飞速发展，在生活中传统的头盔透气性差，功能单一，虽使用方便，但辅助功能全无。智能头盔的出现使这个领域更加丰富多彩，它是一群技术人员利用高新科技产品把一个普通头盔升级到具有多功能的集成智能化头盔。智能头盔这一新名词的出现，很快就风靡各大领域，在军事、消防、安保、电力、矿山、海关、交通等领域都有它的身影。

1 智能头盔发展现

在军事领域，国防科技大学的专利（中国人民解放军国防科学技术大学.一种高效防弹头盔[P].中国201710341597.X,2017-07-21），公开了一种高效防子弹的智能头盔，内壳由高强度轻质复合材料制成。专利（安瑞装甲材料科技有限公司.一种防弹头盔[P].中国201710332295.6,2017-08-08）公开了一种可以增强面部保护的防弹头盔，头盔体由UHMWPE纤维制成，其组件可以快速拆卸和安装，以提高头盔的实用性和可行性。在消防领域中，营救时抗热装备和队员之间的协调配合是多么的重要，专利（长春理工大学.一种基于4G通信的智能消防头盔装置[P].中国201710282406.7,2017-08-08）公开一种基于4G通信网络的智能化消防头盔装置。通过头盔上的图像采集模块采集两个可见光图像数据，并通过4G通信模块，定位导航模块将图像输出到后台服务器，以提高消防处理效率。智能化头盔在各大领域的使用应有尽有。

科技在不断进步，智能化头盔也在潜移默化地来到我们身边，但是目前智能头盔主要用于消防，军事，警察，医疗等主要领域。在民用的领域还未普及。智能头盔和视觉指挥系统是应用于消防系统，军事，公安系统，电力系统，运输系统等领域的现代技术。在军事化中，传统的指挥链通过分析前线的反馈来给出最终命令。但是，语音消息不像视频消息那么直观和具体。随着通信技术和多媒体技术的飞速发展，具有双向视频监控和双向交互功能的可视化指挥系统是未来智能头盔在军事领域发展的重要趋势之一。

智能头盔在各个领域的发展已经成熟，在向低成本、实用行、轻量化方向发展。在民用型的智能头盔创新发展向佩戴舒适性、轻便性、可调节行、健康等功能发展。通过对当前非机动车辆交通事故的研究，发现电动车逆行、闯红灯、强行加塞等违法现象是发生交通事故的主要因素。且大多数电动车驾驶员知道他们的行为是违法的，但因为赶时间、天气热、烦躁等种种原因使得非机动车交通事故频发，且有逐年上升的趋势。所以智能化头盔在这一领域要全面发展。在交通安全问题方面，沃尔沃于2013年推出了全自动制动PCDT系统，并与自行车保护设备制造商POC和瑞典移动通信设备公司爱立信共同开发了安全智能头盔。该头盔可以与周边汽车的传感器进行交换信息。这一创新可以最大程度地保证骑行者的生命安全，降低事故的频发率，减少事故带来的严重后果。

随着通信技术现在的迅速发展，计算机网络技术也逐渐成熟，数字化、信息化、网络化已经成为我们生活中必不可缺的一部分。在中国广告中发表的一份智能可穿戴设备的调查报告中显示，在可穿戴设备中，智能手表通常受到消费者的青睐，而女性则更多地关注装饰，男性则倾向于强调科学技术的个性。正如现代最流行的智能手表Apple Watch，正是科技在不断的服务于我们，使我们的生活更加舒适。智能眼镜获得了41%的关注，其中男性占了一半。智能腕带和手环也获得了近33%的关注。但是最值得一提的是，在25岁以下的年轻人中，注重智能头盔和智能手环的比例非常高，其中男人更加注重智能头盔，而女性则更加注重智能手环。这份数据来自一线、二线、三线各大城市，具有很高的权威性，对此信息化的时代已经来到了我们身边。

2 用户需求分析

根据出行骑电动车等人口调查的数据显示，53%的人员是建议强制戴头盔。根据资料年份调查，从2013年到2015年，济南共发生7,864起涉及摩托车和电动自行车的道路交通事故。共有4,330起涉及摩托车的道路交通事故，导致775人死亡和4,979人受伤。在电动车导致交通事故出现伤亡时，大于69%的人死于头部受伤。对于我们来说是多么大的教训，那么智能头盔显得格外重要。现在市场上民用头盔都比较单一，透气性差，功能单一，虽实用方便，但辅助功能全无。

在这个信息化时代，民用型头盔还停留在传统时代。对于骑行各类自行车、电动车、摩托车等个人交通工具骑行者，佩戴头盔可以很好的保护头部与颈部的安全，减少骑行者在突发事故中遇险的几率。但骑行者在骑行过程中，由于摩托车，电动车，自行车等没有警示灯的行驶状态或警示灯不够明显，当灯光不好或行驶状态改变时，不可避免地会遇到转弯，刹车或接听电话的情况，这非常容易让行人或其他车辆避而不及，从而引起交通事故。根据用户的需求，智能头盔需求大致可以分为3部分。

第一部分：基本需求，在头盔功能这一模块，主要是保护头部和颈部的安全以及佩戴的舒适性。传统的头盔，材质笨重且透气性差，这也是骑行者不愿意去佩戴头盔的因素之一。第二部分：舒适体验需求，在保证基本的安全功能外，人们更加注重的是方便携带、体验感的需求。科技在不断的进步，人们对智能设备的需求功能也越来越多。第三部分：客观需求，如更高级辅助设备的加入。

3 智能头盔的创新发展设计

在头盔的设计中要遵循人体受力的原理，要在轻便的同时，又有坚硬性能的保障。在材质方面：外部材质要首选隔热，阻燃、优异的抗冲击性的聚碳酸酯，内部采用进口EPS材料，使头盔抗冲击能力更强。在保证基础的安全功能外，加入蓝牙通话功能，在骑车的过程中遇到来电，骑行者可以使用头盔的接听功能实时对话，即方便了骑行者也给骑行者带来安全的保障。在蓝牙模块拟定选用DA14580蓝牙模块，适合对体积和高度有特殊需求的智能穿戴式设备。头盔的降温功能，采用智能风扇降温器，达到有效降温的目的。有很大可能地解决佩戴者的舒适性。手机与头盔的互动，定位装置，导航功能等都可以给骑行者带来很好的体验。在充电模块，可以采用太阳能+普通充电方式，环保节约，可避免智能头盔因供电不足造成使用中断。

在保证安全的同时享受科技带给我们的幸福感。在高级智能头盔中添加眼动跟踪仪、脉搏传感器等功能，通过集成多种功能于一体的高智能头盔。眼动追踪仪的添加更能起到监测骑行者骑行状况的功能，当骑行者的眼球持续时间不转动时，智能头盔会给出适当的温馨提示，更是提高了骑行的安全性。脉搏传感器的加入是对颗动脉脉搏信号的捕捉，进行数据采集，能够实时监测脉率及用户身体健康的变化，给予适当的提示。在脉搏传感器方面拟定选BH1790GLC传感器，BH1790GLC是搭载LED驱动器和绿色检测用光电二极管的光学式脉搏传感器IC。对在活体内照射LED时反射光的强度进行测量。可通过LED的驱动电流和发光时间调节LED亮度。使用具备高灵敏度和优异波长选择性能的绿色检测用光电二极管，可高精度获取脉搏信号。

通信技术的飞速发展，智能头盔的交互功能也是必不可缺的。导航功能就是手机与头盔的一个交互功能，在手机端的操作传达到头盔芯片中执行命令。在骑行的过程中，头盔以语音的形式播报当前的车速、行驶路线、路况信息等重要信息。目前市面上还有语音交互、手势交互等交互功能。在语音交互功能中用户可以根据自己的指令去操控头盔。语音识别系统在当今科技盛世下也越来越精准完善，这也决定了语音识别交互功能未来发展的辉煌前景。在语音交互的功能下，骑行者就能打破传统的格局，在骑行中遇到突发事件（如接打电话、发信息等事情）可以很轻松地完成。手势交互功能，在骑行中利用传感器原理，在头盔两侧安装传感器，以及发光LED灯，通过左转或右转传感器的接收使LED灯亮起，在黑暗的道路中可以让其他行人注意到，大大降低转向时发生的危险率。

智能头盔行业的兴起，VR技术的快速发展，相信在未来几年VR技术将全面用于智能头盔行业。在今年（2020年）的疫情下，深圳科技发达地推出了警用VR头盔，可以在头盔屏幕上显示身边群众的身体温度，这也大大地提升警察的工作效率，也为他们提供了执勤方便。VR智能头盔的出现，也表明了我国科技在不断的进步，VR/AR智能头盔由3D头盔显示器，立体眼镜，组合式展示机和其他重要组件组成。通过3D立体眼镜，可以将虚拟现实技术与头盔显示有效地结合在一起，从而改善头盔显示设备并实现智能功能。VR/AR智能头盔的应用原理主要是采用二维显示和光学系统相结合，及时放大图像，并呈现出远距离折射和凸面形状对镜片的影响。此外，此技术中还添加了3D播放器以与智能设备连接并使其可穿戴以观看。相信在未来几年，VR头盔的普及会给骑行者带来更加舒适的安全感，丰富大众的生活方式，同时也代表着智能化技术的发展。

总结：5G技术的出现，北斗定位精准等功能，让智能头盔这一新兴产业更加辉煌。在5G技术的支持下，智能头盔的应用将得到大幅度的提升，在军事、救援、消防、安保、电力、矿山、海关、交通等领域都有很好的施展地位。科技不断的发展，4G改变了生活。5G改变了社会。5G固有的2B基因以及高带宽，低延迟和广泛连接的特性使其不仅为广大个人用户提供服务，还肩负着实现数千个行业数字化转型，加快信息化和智能化建设的使命。智能头盔的崛起使智能头盔在未来的转型中势必将转变为更为专业、与骑行者交互更加方便的产品。未来的智能头盔将根据现代生活的需求增加更多智能模块，满足用户不同的需求。头盔的设计呈现出模块化和智能化的趋势。同时，随着数字化和信息化的飞速发展，对智能头盔提出了更高的要求。智能头盔正朝着集成，模块化，多功能，智能，轻便和数字化的方向发展。相信未来智能头盔的生存与发展将是辉煌的，时刻都关注着智能头盔用户的研究和交互设计，同样也是为骑行者驾驶的安全性、人性化功能做出贡献。