面向视力障碍人群的智能拐杖设计研究

刘北北 杨子倩

关键词：智能拐杖 视障人群 盲用设计 设计原则 助行产品

引言

在出行生活中，视力障碍人群是一个需要特殊辅助器具的群体。我国目前现状是盲人基数大且增长率逐年增多，但与此同时城市交通路况复杂，导盲设施并不完善，无法满足盲人的出行需求，这使得我国的视障人群出行问题愈加严峻。在这样的大环境下，盲人在生理心理两个方面都面临巨大的困难，面向视力障碍人群的智能拐杖设计研究的重要性不容小觑。

一、视障群体概述

（一）人群概述。视觉障碍者主要包括两类人群：对光线完全失去反应的全盲和低于正常视力过半的低视力。除了真正意义上全盲的盲人，其实我们生活中很多存在的是低视力群体。全国视力残疾人数现有最新的数据是2016年中国盲人协会的统计数据，全国视力残疾人数为1731万人，占总人囗的1.26%，所以在中国视障群体其实十分庞大，并且中国盲人的数量位列世界第一。

占全国总人囗的1.26%这一数据意味着理论上在外出行中，可观察到的人群中每八十个人就会有一个视觉障碍者在其中，然而事实上却是人们极少正在公共出行空间看见独自出行的盲人，如何保障这八十分之一的人群正常的出行生活，是智能拐杖研究的意义。

更值得注意的是历年全国视力残疾人数持续刷新着峰值。中国残疾人联合会统计的1987年全国视力残疾人数为755万，占总人口的0.72%，2006年中国残疾人联合会统计的数据增长为1233万，到2010年数据这个数据攀升为1263万，参考如图1所示的全国视力残疾人数变化趋势，不难推断，未来我国盲人的数目将以一定速度不断增多。而且随着我们老龄化、近视率的激增，视障群体数量上升的趋势无法避免。这一类人群也应该公平平等地融入公共出行生活，而不是被种种困难排拒在外。

（二）环境概述。视障人士的出行面对的是重重的困难，除了缺失视觉识别道路信息的能力之外，还存在不符合规范的盲道、无法预知的突发危险等一系列的困难。因此，视障人群中有百分之三十选择极少外出。盲人面临着的恶劣的出行步行环境，极大程度地限制了盲人的正常出行生活。

城市中对盲人最重要的辅助设施便是盲道，盲道是专为辅助视障者步行的公共道路设施，是帮助盲人获取道路信息的主要途径。但实际上，持续观察街道上的盲道，盲人使用率其实极低。其原因主要有以下两点：1.中国的盲道是世界上距离最长、范围最大的，但是由于城市交通路况复杂，盲道等导盲设施的设计却并不规范严谨，反而使得盲人出行艰难程度更是雪上加霜，原本是为盲人的善意辅助设计却可能成为在出行使盲人受伤的推手。

例如盲道凸起形状，是具有含义和规范的，如图2所示，长条式的指示盲人可以前进，点式的提示起点、终点、拐角等指示盲人前方道路改变需要小心。但国内的盲道并不是严格遵守规范，或者由于道路修缮重建盲道没有及时变更，盲道可能并没有给盲人传达正确的信息，导致盲人的困惑甚至危险。盲道的不规范设计，导致中国盲人往往无法安心依靠的这一道路辅助设施。

2.国内的盲道常常因为各式各样的原因被占用或阻断，且基本没有给予盲人任何的非视觉提示，例如为了停放便捷而随意占盲道的共享单车就很容易造成盲人的摔倒和碰伤。

在这样的环境下，国内盲人群体在出行中的受伤情况是极为常见的，撞伤摔倒对盲人出行来说不足为奇，甚至可能威胁生命。这一恶劣的环境遏制了盲人独立出行的可能。有调查显示，有独自出行能力的中国视障人士甚至低于四分之一。

二、视障群体的特征分析

（一）视障群体生理特征分析。在中国，《残疾人残疾分类和分级》（GB26341—2010）将视力残疾分为盲和低视力这两类，具体等级划分和定义如图3所示。这里需要说明的是盲人的定义标准在不同国家是有所区别的，美国、日本、世界卫生组织对盲人的定义是略有区别的。

视觉上生理缺陷带来的是其他感知觉系统上的灵敏度提升。感官是人类认知事物的途径，当视觉感官难以被刺激时，人体接受其他感觉刺激的能力也会互补性地增强，主要体现在以下几个方面：1.触觉方面，盲文的阅读就是通过触觉阅读信息，盲人用手指能够比视觉正常的人更快速识别触觉符号。触摸反馈回来的触感可以告知盲人这一物体的材质、尺寸、形状等基本信息。盲人的皮肤受到外界刺激的辨识力被训练而强化，皮肤感受到的压力、温度、疼痛以及振动等都可以帮助盲人接受物体的物理信息。因此智能拐杖的使用中触觉是极为重要的辅助提示盲人的道路信息的方式。

2.听觉方面，盲人判断一个物体的远近往往会通过其发出的声音来感知，而且音色和音阶的不同盲人也能很敏锐地进行区分，从而判别此时是什么在发声。声音的声波强度、频率、音色的差别都可以帮助盲人从中获取对應的信息辨别事物。通过长期的生活使用，听觉感官更多地被训练增强，从而达到对缺失的视觉感官做一定的补偿。因此盲人与普通人更优秀的声音定位能力在智能拐杖。

3.其他方面，像嗅觉和味觉这两种器官虽然也帮助辨别事物的情况，但对于出行而言，使用频率没有听觉和嗅觉频繁，这是由于嗅觉在公共空间中容易被干扰，而味觉则一定要通过舌头品尝，卫生性难以保证，因此嗅觉和味觉使用的局限性较大。

视觉这一感官的缺失，使得盲人将注意力更专注于其他的感官，因此将其他的感知器官训练得更为敏感。触觉、听觉、嗅觉、味觉组成的感知系统形成了盲人独有的敏锐的识别信息的体系，而取代了正常人以视觉为主要途径的获取外界信息的方式。

对所处环境的感知影响着盲人的判断，在对所处的环境有大致感知或记忆的情况下，盲人能够较为放心地进行行走等活动。而在不熟悉的环境中，盲人容易感知到过多的杂乱的信息，因此难以正常自如地接收正确的信息。

（二）视障群体心理需求分析。盲人无法和普通人一般轻易地通过视觉感知信息，这种感知上的缺失和困难直接地影响了他们的生活方式、应变能力、出行能力和社会交往等方面，在制约着盲人的日常生活的同时，对盲人的心理状态也是一种极大打击，容易造成盲人出现以下的负面心理活动：1.出现强烈的不安感，盲人的不安源于对未知的害怕，眼中无边的黑暗让他们无法探知环境的全部信息，也无法及时地应对环境中发生的变化，不安全感由此而生。而且，当盲人在街上行走时，他们难以直接获得商店的名称、交通灯的颜色、指示牌上的标语等信息，因此他们难以独立出行，在外事事都需要询问。

2.出现强烈的孤独感，出行的困难很大程度上也造成了社交的缺失，而需要社会性活动的人类在缺失社交后极易感受到更强烈的孤独感。

3.产生软弱感、自卑感、挫败感，生理上的缺陷使得盲人自身的能力难以自如地发挥出来，也影响着盲人对自身的评价，本身在出行中就是客观困难不断，盲人容易将自我放入劣势和被否定的心态中，甚至引发对家人的内疚感。[1]4.具有极度敏感的自尊心，想要尽可能也常人相同而非被当作一个特殊的群体也是盲人主要的心理需求，因为恶劣的客观环境容易造成盲人极度敏感的自尊心理。这样也就不难理解为什么有些盲人期望脱离手杖出行，他们不希望将个人的缺陷与脆弱外露于人前。

通过和盲人沟通，可以明显感知到盲人的心理是矛盾和对抗相互交织的。一方面，他们容易内向而敏感，容易感到孤独，比常人更容易有软弱感、自卑感、挫败感、内疚感，另一方面他们又具有比一般人更强的自尊心，对出行生活既渴望又惧怕。

三、面向视力障碍人群的智能拐杖设计原则

（一）安全优先原则

1.提出背景。无论从心理生理角度分析，对于盲人而言，独立出行中安全性都应该是最优先需要被满足的特性。（1）从心理上来考虑，视力的缺失、无法及时判定附近活动区域可能的行动危险等因素都是造成盲人不安焦虑的根源，而这种不安焦虑的情绪更容易导致错误的判断和不当的行动。（2）从身理上来说，视觉感知的缺失不仅意味着无法看见障碍物、难以应对突发状况，也同时导致了行动平衡感的变差，加剧了受伤出行的可能性。而就目前调查到的结果显示，超过30%的受访者在使用传统盲杖的情况下仍几乎平均每月发生一次出行受伤事故，可见传统盲杖远远无法满足盲人独自安全的需求。因此，智能拐杖的设计中首先需要满足安全出行的需求。[2]2.具体应用。智能拐杖的设计中安全优先原则，主要针对的是盲人在出行中的行动安全和操作安全。（1）行动安全主要是保障盲人及时避开行进道路中可能受到的伤害，例如撞击到障碍物导致的受伤。这就意味着盲人面对的危险往往不仅仅是地面道路的障碍，还包括传统直辊形盲杖难以探查的膝盖至头部可能碰触的障碍物，针对这些出行途中的危险障碍的警示就显得极为重要了。（2）操作安全主要是考虑到盲人误操作的几率其实是高于普通用户的，因此智能拐杖的设计务必要将危险及因意外或不经意的动作所导致的不利后果降至最低，任意的误操作下仍然要保证盲人的安全。（3）安全优先原则在保证盲人出行行动安全和操作安全的同时，同样应当公平地适用于保证盲人使用产品过程中周围特定范围内他人的安全。适当给予周围人以提示等功能在智能盲杖的设计中同样是不可忽视的。

3.特別注意。此外，智能拐杖与导盲犬在安全优先这一原则中就有所区别。完全由盲人操作的智能拐杖不同，导盲犬的优势在于会自己根据导盲犬自己对危险的判别并做出自己正确的行动判断，即当导盲犬感到前进的命令是具有危险的，即使盲人下达了前进的指令，导盲犬为了保证主人的安全也会违抗主人的命令。而智能拐杖只能通过语音和芯片进行安全警示，如果盲人接受到了错误或不明晰的信息，极易导致人身危险。这其实对智能拐杖设计的安全性提出了更高的要求。

（二）灵活适应原则1.提出背景。2016年统计出的1731万的全国视力残疾人数数据足以向我们证明盲人在人数上是一个基数较大的群体，因此他们对于盲杖的需求自然也是多样的。为保证满足不同盲人的需求，智能拐杖首先需要适应视障使用者不同的体型、行动能力等，这就要求智能盲杖在设计上是具有可调性的。

2.具体应用。（1）就客观尺寸方面而言，以触摸反馈为例，根据深度的市场调研收集到的信息，一下盲人通常在冬天会戴着手套出行，这其实削弱了他们对于振动反馈的感知。而且值得注意的是，感觉敏锐度和刺激阈值随着使用者的年龄变化其实存在较大差异，这表明了单一的设置很难适应所有盲人使用者的需求，震动的强度密度应针对具体的盲人使用者进行个性化的调整。[3]（2）但仅仅从客观生理角度做到灵活适应还远远不够，智能拐杖的设计更要考虑到不同盲人的心理、情感、文化、知识等各个不同层面的不同需求，在其中找到解决方案中不同需求的平衡点，使设计适合且恰当。

3.设计方法。针对盲人的心理、情感、文化、知识等多样的个性化的需求实现灵活适应有两个基本方法。其一是深入探究盲人的心理模型，熟知盲人的心态活动，在产品的功能设计时，应该力求切合盲人心理，使拐杖在操作使用上能与盲人的心理上的期待与需求相切合，建立智能拐杖与盲人间情感联系与信任。[4]其二则是在使用者使用智能拐杖中提供多种选择，就是适应不同需求可选择不同的操作模式，这样的适应性自然也更好，也能够与不同出行能力、知识背景的人群相容，使智能拐杖更贴近使用者的个性需求。在这样的方法下，智能拐杖的设计才能够灵活适应多样的盲人使用者。

（三）尺寸适度原则1.原则简述。灵活适应原则中适应视障使用者不同的体型、行动能力等方向其实是建立在尺寸适度原则上的，尺寸适度需要保证的是不同体型、姿势或行动能力的盲人都可以舒适地使用智能拐杖。

2.设计方法。尺寸适度需要设计者对视障群体使用拐杖的实际过程有全面的了解，像是身体尺寸、不同的出行能力、不同出行习惯等。在掌握这些信息的基础上进行智能拐杖设计，仔细考量使用者的身体尺寸和行动性，密切注意使用者可能的操作姿態，为盲人的操作及使用留出适当的大小及空间。

3.应用场景。尺寸适度原则并非只需考虑单一场景，事实上智能拐杖的使用会伴随盲人整个出行过程，这就需要设计者考虑姿势不同场景下如何能够满足盲人自如使用的需求，例如站姿和坐姿的状态下在使用上就会有所差异。智能拐杖的设计需要依据盲人出行的具体使用环境，而且既然考虑到智能拐杖的使用会伴随盲人整个出行过程，那么其重量和便携性也是需要考量的关键因素。尺寸适度原则要求智能拐杖要与盲人出行的实际环境实时保存一致性和相容性，而且能够考虑到可能的突发情况。[5]以盲人在使用智能拐杖行走的场景为例，需要仔细考虑盲人的适宜空间尺寸，确定符号人机工程学特性，为他们留出行走、触碰、操作的合适的空间。[6]4.具体应用。以触摸这一动作为例，盲人主要通过触摸来判断周身环境，那么尺寸适度就需要考虑（1）是否处于适宜的触摸范围，因此触摸适宜的尺寸需要设立标准。这一尺寸以1.6m（成年女子身高）为基准，下限以1.72m（成年男子身高）为基准，当盲人上臂自然下垂，前臂斜伸向地面成45度角，手指间据地面高程为0.7m。因此，智能拐杖设计中所有需要触摸的部件都需要处于这一适宜的尺度中，否则便会导致盲人的触碰困难。（2）触摸部分的把手尺度是否适宜，这对于避免盲人长期频繁使用造成的手腕损伤有极大帮助。手掌宽度、张合角度、弯曲角度等数据需要被大量收集，盲人使用智能拐杖时手腕、手掌的舒适度需要被反复测试和考量。（3）操作中按键的设计是否合理，按键排布、按键大小、按键距离的考量都是不可忽视的。

（四）简单高效原则1.提出背景。在调查中我们可以观察到盲人出行其实行为极为低效，即使在有人搀扶、前方道路也没有任何障碍物阻擋的情况下，盲人其实也无法放心大步前行，而是小心翼翼地缓步向前，在整个出行过程中基本都是慢动作的状态。

传统的盲杖产品不足以大幅提高盲人的出行效率，因为采用敲地面的方法探测障碍物就需要连续的敲击，这些反复的手臂运动使得盲人极易疲劳，由此可见盲人智能拐杖的设计更需要符合简单高效原则。而在这一原则下最重要的是保证智能拐杖可以及时提供可靠的信息。智能拐杖向盲人发出提示信号所花费的时间对于盲人的出行安全至关重要。快速、即时且准确地提示信号不仅能够引导盲人轻松避开障碍物并改变路径，而且还可以给他们留出足够的反应时间。

2.这一原则不仅应用在宏观意义上的提高盲人的出行速度，还表现在微观意义上的操作使用上。简单高效原则是在产品的功能和使用方式设计在具有明确的目的性的基础上，实现简单高效不繁琐的操作体验，保证盲人高效出行的需求。

具体包括功能设置和有效反馈两点内容。

（1）功能设置方面，简单高效原则要求产品的功能是适度的明晰的，不需要花费盲人太多的技巧或努力就可以完成操作，把使用操作的重复性降到最低。就这一原则而言，为了追求新功能而加入新功能显然极不可取，不必要的附加功能反而增加了操作的困难性，使得次要功能阻碍了产品主要功能的使用，不仅实用性大大降低，还会造成盲人使用者的困惑和沮丧感。

可见，如图4精准地进行功能重要性梳理，针对盲人最核心的需求进行具体分析，筛选安置重要的功能、摒弃不实用的功能也是实现简单高效的方法。简单便捷的操作感，能够减少过程耗费的时间，提升使用的效率。

（2）有效反饋方面的高效性对于盲人而言则意味着能够给予以更迅速、更高效、更实用的方式向盲人输出有用的信息，且需要考虑周边环境对盲人其他感官的干扰和可能存在的可变性突发情况。盲人智能拐杖在信息传达上要充分利用除视觉外的其他器官，提供不同类型的反馈，常见的像采用语音、触摸等方式给出指示或反馈都是盲人可以轻松接收到的视觉信息。简单高效原则要求设计者考量不同反馈的特性，例如在出行移动障碍物或楼梯等紧急情况下，强烈的触觉提示显然比语言提示更为适合。

（五）易用便捷原则1.提出背景。智能拐杖的易用便捷原则既是为了方便盲人的使用，也是为了更好地照顾到盲人使用者的内心感受，通过易用便捷的设计提升盲人使用智能拐杖的意愿，带给他们更多的关怀和安全感 。因此对于盲人这一特殊需要的用户群体，易用便捷原则尤为关键。[7]2.具体表现。在具体设计方面，易用便捷主要是针对产品的操作流程是否合理方便的评估，也是设计包容度的考量，使用者的经验多少、知识水平、能力高低不至于影响用户的操作和使用体验。

易用便捷原则主要表现在以下三点：（1）易学性，智能拐杖设计中需要尽量降低盲人用户学习成本，使得用户通过简单培训即可实现初级基本功能的使用，对智能拐杖操作第一印象对于盲人用户对此设计的满意度有着重要影响。如果盲人能很容易地学习及记忆智能拐杖的使用方法，并能够比较容易地熟练掌握智能拐杖的一系列功能，那么在易学性这一方面智能拐杖就是符合易用便捷原则的。 [8]（2）便捷性，操作中智能拐杖应当帮助盲人能够更快地达到他想要达到的目的，而不是需要通过复杂重复性的操作，这一点在简单高效原则中也有所体现。但还需要补充提到电池的问题，可充电式智能拐杖为保证充电和使用的便捷性，应实现自动调整节省功耗以确保更长时间的使用、及时提示电池电量的信息、充电过程操作方便快捷等功能。

（3）容错性，容错性要求智能拐杖设计建立一套适合盲人使用者的容错机制，一方面通过适当的预防和引导减少盲人用户的犯错几率，另一方面，当用户操作失误时，智能拐杖能够引导用户更加便捷地修正及恢复。

对于智能拐杖操作的设计，应当遵从盲人的使用习惯和认知逻辑，而不是需要特地或详细地进行功能的摸索才能够实现智能拐杖的核心功能。对于视觉缺失的盲人而言低学习成本、易用便捷的操作方式对于提升他们使用盲人智能拐杖产品会带来巨大的帮助。

结论

我国视障群体数量多、增速快、出行环境复杂。传统导盲拐杖无法满足他们对于安全出行的需求，对视障群体的深入研究为盲用智能拐杖设计研究提供了更多的设计思考，使得盲用设计有原可循，也推动了盲用助行产品的发展。面向视力障碍人群的智能产品设计研究有助于实现视障群体安全便捷的无障碍出行生活。