儿童出行安全智能防护书包设计研究

江舜瑶 庞溯 杨才俊

（湖北工业大学工业设计学院，湖北武汉 430068）

目前儿童出行安全防护书包已成为国内外研究热点之一。世界卫生组织数据显示，道路交通伤害是5 岁以上儿童的四大死因之一，全球每年有18 万儿童死于道路交通事故[1]。与之对应的是，在儿童出行安全装置已立法的国家，以及因为受地质地貌与自然条件影响而高度重视儿童出行防护产品设计的地区，儿童道路交通伤害死亡率普遍更低[2]。在互联网+时代背景下，将儿童书包设计融入可穿戴设备与智能交互技术，赋予硬件防护与情感关怀，提高儿童出行安全指数、增强应急自救能力是必然趋势。通过文献研究，本文归纳了市场产品现状与主要问题，以及儿童上学出行面临的主要安全隐患，再通过用户访谈和问卷调查分析获得消费者的主要需求，为智能安全防护书包设计明确了目标和方向，从而确定了由功能技术、造型结构、人机交互三方面结合的设计思路。最后通过设计实践进行了可行性验证。

1 市场产品设计现状与问题

当前儿童书包款式造型虽多样化，但大部分停留于单一的储物功能，缺乏安全防护装置。大多智能书包仅提供定位通话功能，缺乏紧急呼救通讯设备。当儿童遇险时，其自身无法及时呼救，家长和救援人员无法第一时间知晓遇险和儿童位置，难以即时扩散求助信息。另外，部分儿童安全防护书包及系统平台的交互设计水平不佳，信息获取不明晰，用户无法掌握产品的全部功能。

一些国际品牌对书包造型的人体工学研究较为深入。例如德国书包品牌Scout 满足生长期的儿童脊柱保护和行走安全上的需求；挪威Beckmann 书包，在传统背负功能外增加了防雨罩设计，有效保障雨天出行的安全；日本书包结合当地地理因素，在突发地震灾害或意外摔倒时会如枕头般包裹头部，卸去大部分的外力冲击，降低头部受创的风险。我国儿童书包造型同质化现象严重，未针对不同地区、年龄层、遇险环境、消费者需求等因素进行精细化设计。国内市场上的儿童书包主要有背负式、手提式、背负手拉并用式、肩负式四种形式，存在包体面料较软，顶部易坍塌的问题。现有书包背带设计多根据儿童肩膀的舒适度与身高调整，采用海绵气垫填充以减轻负担，使用局限较大，难以适应在不同出行环境下的多种需求。

总的来说，目前市场上儿童安全防护智能书包种类较少、功能匮乏，应从防护功能、造型结构、人机交互等方面进行深入研究与设计开发。

2 儿童出行安全隐患

2.1 道路交通伤害

道路交通伤害已对我国儿童生命安全造成严重威胁[3]，其中私用机动车是城市儿童出行最大的安全隐患。当儿童在非安全区域结伴嬉戏奔跑、蹲下保持静止玩耍或身处较暗环境中时，行人和司机视线受阻，易发生碰撞、碾压、拖拽等安全事故。据公安部数据显示，农村儿童道路交通死亡率远高于城市。农村儿童出行的主要危险来自地理、环境条件。农村道路建设不规范、路况弯折角度大、路面窄而泥泞、视觉盲点多等道路交通安全隐患；特殊天气时可能遇到山体滑坡、泥石流、洪水、路面坍塌等危险。一旦遇险，儿童难以求救，救援难度也较大。

此外，群众道路交通安全意识普遍薄弱。各年龄段人群横穿马路、逆行，闯红灯现象随处可见。社会和家长并没有给儿童树立良好的带头作用，缺乏对儿童的道路安全思想进行正确的教育与引导。通过进行儿童交通行为风险及事故案例的分析发现，监护人“带头违法”现象占4.6%，将儿童独自留下、放任儿童独自在车辆周围玩耍等“失职”原因导致的事故起数占64.3%[4]。

2.2 人为蓄意伤害

拐卖儿童一直是社会高发性犯罪行为。据统计，全球每年有近十万的人口拐卖犯罪，其中妇女和儿童占80%以上[5]。在上下学交通高峰期间，鱼龙混杂，家长难以时刻陪伴及时监控儿童出行情况，一旦儿童不慎落入犯罪分子圈套中，结果将难以预测。此外由于乡村地理位置偏远，监控设备严重缺失，流动人口密度较低，监护人对儿童监管力度小，往往成为犯罪团伙蓄意伤害儿童的危险频发地。

3 消费者需求

3.1 定位追踪需求

由于家长精力有限，希望通过书包定位功能同步获取儿童的位置信息，并结合在线服务平台，随时查看儿童出行轨迹，增加监管力度。

3.2 报警需求

在访谈中，家长希望儿童遇到紧急情况时能够快速报警，并让他们同步知晓报警情况，提升救援沟通效率，节省救援时间。同时能向就近路人、商家求助，使其提供救援或阻止拐卖。

3.3 照明需求

通过在书包上增加照明设备的手段可以为儿童提供更加清晰的视野，也有利于他人观察到儿童，减少突发意外伤害，形成双向保护。

3.4 率跌防护需求

儿童器官发育还处于成长期期，颅骨薄弱，皮肤软组织脆弱，同等情况下受到伤害程度比成年人更为严重[6]。儿童常由于“追逐猛跑”“加速骤停”“推搡打闹”的行为导致意外摔倒、失足掉落或与其他人相撞等，其率跌防护需求较大，尤其是对头部的防护。

通过需求分析发现家长们对从儿童书包安全防护和报警求助功能的需求非常强烈。因此，利用现有科技手段升级传统穿戴设备，设计具有良好防护功能和人机交互的智能书包具有巨大的市场需求和应用前景。

4 设计思路与方法

本文遵循功能、造型、人机交互三方结合的设计思路，设计方法采用斯坦福大学Hasso-Plattner 设计学院(d.school)提出的五阶段设计思维模型，即共情、定义（问题）、构思、原型和测试。首先，研究人员通过文献研究，用户访谈，以及对儿童上学路程对追踪、观察，让自己沉浸在物理环境中，以便对所涉及的问题有更深入的个人理解。接着，综合分析前期研究成果，从而确立书包的特性、功能和其它设计元素。在第三阶段，研究人员利用头脑风暴、脑力激荡、快速反应等设计工具产生了大量草图方案，并从中进行筛选确定最佳方案“带路”。随后，研究人员制作了简易模型，进行用户体验与人体工学测试，并使用三维建模、渲染软件辅助呈现设计结果。研究人员将最终设计图分别展示给设计专家、设计从业人员和消费者，请其对设计进行评价。受访人员对该设计评价较高；超一半消费者表示愿意为孩子购买该书包；部分消费者认为外观设计可以进一步改进，如“色彩搭配可以更丰富”“可与儿童喜爱的卡通形象结合”等。

5 “带路”儿童安全防护智能书包设计说明

该书包（如图1 所示）针对5 岁～14 岁儿童，由多功能可拆卸背带、可替换立体箱式书包、智能服务App 组成。以醒目的救援橙色为主，通过拆卸组装有效提升产品的利用率与社会价值，书包材料选取SympaTex 薄膜，不含PTFE(聚四氟乙烯)成分，可直接接触皮肤，对身体无害，并且可以循环利用。面料定型时增加耐久防水(DWR)涂层，防水去污能力强，延长产品使用寿命。产品主要功能特点有：

图1 “带路”安全防护智能书包展示图

A.半环绕式安全防护气囊：当儿童碰到剧烈撞击或落入水中时，书包会迅速弹出气囊起到头部包裹保护和提供浮力双层作用。B.照明射灯与声孔装置：背带设有照明灯，使儿童视野在黑暗环境中不受限，同时解放双手进行自由活动。C.弹力束带与底托：通过弹力束带来实行包体的连接与拆卸，包体的选择可以根据使用场景替换，包括固定背篓以及其他劳作工具，实现“一带多用”“城乡双用”。D.中控报警按键：当儿童遇险时可一键呼救，同时发出显眼的闪烁信号以及警鸣声，寻求外界帮助。E.智能服务App：书包有GPS 定位功能，家长通过配套手机App 获取孩子实时位置，进行单向通话、家长社区交流、儿童失踪信息的紧急发布。

6 结束语

本文分析了我国儿童书包的主要问题，儿童上学出行主要的安全隐患，以及消费者对安全防护书包的功能需求，并基于智能穿戴和人机交互的思想，结合产品应具备的功能、结构、造型等方面进行设计，对儿童进行有效的安全防护，并与家长建立良好的互动和情感关怀，为儿童书包、安全防护产品设计提供了指导。