鄭州科技學(xué)院 趙子豪 孟 剛

智能頭盔的發(fā)展受多種因素影響，智能化的（人機(jī)）交互功能是保障其發(fā)展的關(guān)鍵。通過(guò)綜合運(yùn)用VR技術(shù)、傳感技術(shù)和5G技術(shù)等技術(shù)。將眼動(dòng)追蹤儀、脈搏傳感器、導(dǎo)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(chǔ)上更加人性化（智能化）的滿(mǎn)足用戶(hù)需求。從用戶(hù)角度分析需求，尋找切入點(diǎn)，研究視覺(jué)互動(dòng)設(shè)計(jì)，手勢(shì)互動(dòng)設(shè)計(jì)，探討智能頭盔未來(lái)的發(fā)展方向及應(yīng)用方向。

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在生活中傳統(tǒng)的頭盔透氣性差，功能單一，雖使用方便，但輔助功能全無(wú)。智能頭盔的出現(xiàn)使這個(gè)領(lǐng)域更加豐富多彩，它是一群技術(shù)人員利用高新科技產(chǎn)品把一個(gè)普通頭盔升級(jí)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(xiàn)，很快就風(fēng)靡各大領(lǐng)域，在軍事、消防、安保、電力、礦山、海關(guān)、交通等領(lǐng)域都有它的身影。

1 智能頭盔發(fā)展現(xiàn)

在軍事領(lǐng)域，國(guó)防科技大學(xué)的專(zhuān)利（中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué).一種高效防彈頭盔[P].中國(guó)201710341597.X,2017-07-21），公開(kāi)了一種高效防子彈的智能頭盔，內(nèi)殼由高強(qiáng)度輕質(zhì)復(fù)合材料制成。專(zhuān)利（安瑞裝甲材料科技有限公司.一種防彈頭盔[P].中國(guó)201710332295.6,2017-08-08）公開(kāi)了一種可以增強(qiáng)面部保護(hù)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(shí)用性和可行性。在消防領(lǐng)域中，營(yíng)救時(shí)抗熱裝備和隊(duì)員之間的協(xié)調(diào)配合是多么的重要，專(zhuān)利（長(zhǎng)春理工大學(xué).一種基于4G通信的智能消防頭盔裝置[P].中國(guó)201710282406.7,2017-08-08）公開(kāi)一種基于4G通信網(wǎng)絡(luò)的智能化消防頭盔裝置。通過(guò)頭盔上的圖像采集模塊采集兩個(gè)可見(jiàn)光圖像數(shù)據(jù)，并通過(guò)4G通信模塊，定位導(dǎo)航模塊將圖像輸出到后臺(tái)服務(wù)器，以提高消防處理效率。智能化頭盔在各大領(lǐng)域的使用應(yīng)有盡有。

科技在不斷進(jìn)步，智能化頭盔也在潛移默化地來(lái)到我們身邊，但是目前智能頭盔主要用于消防，軍事，警察，醫(yī)療等主要領(lǐng)域。在民用的領(lǐng)域還未普及。智能頭盔和視覺(jué)指揮系統(tǒng)是應(yīng)用于消防系統(tǒng)，軍事，公安系統(tǒng)，電力系統(tǒng)，運(yùn)輸系統(tǒng)等領(lǐng)域的現(xiàn)代技術(shù)。在軍事化中，傳統(tǒng)的指揮鏈通過(guò)分析前線(xiàn)的反饋來(lái)給出最終命令。但是，語(yǔ)音消息不像視頻消息那么直觀和具體。隨著通信技術(shù)和多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，具有雙向視頻監(jiān)控和雙向交互功能的可視化指揮系統(tǒng)是未來(lái)智能頭盔在軍事領(lǐng)域發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。

智能頭盔在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)成熟，在向低成本、實(shí)用行、輕量化方向發(fā)展。在民用型的智能頭盔創(chuàng)新發(fā)展向佩戴舒適性、輕便性、可調(diào)節(jié)行、健康等功能發(fā)展。通過(guò)對(duì)當(dāng)前非機(jī)動(dòng)車(chē)輛交通事故的研究，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)逆行、闖紅燈、強(qiáng)行加塞等違法現(xiàn)象是發(fā)生交通事故的主要因素。且大多數(shù)電動(dòng)車(chē)駕駛員知道他們的行為是違法的，但因?yàn)橼s時(shí)間、天氣熱、煩躁等種種原因使得非機(jī)動(dòng)車(chē)交通事故頻發(fā)，且有逐年上升的趨勢(shì)。所以智能化頭盔在這一領(lǐng)域要全面發(fā)展。在交通安全問(wèn)題方面，沃爾沃于2013年推出了全自動(dòng)制動(dòng)PCDT系統(tǒng)，并與自行車(chē)保護(hù)設(shè)備制造商POC和瑞典移動(dòng)通信設(shè)備公司愛(ài)立信共同開(kāi)發(fā)了安全智能頭盔。該頭盔可以與周邊汽車(chē)的傳感器進(jìn)行交換信息。這一創(chuàng)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(fā)率，減少事故帶來(lái)的嚴(yán)重后果。

隨著通信技術(shù)現(xiàn)在的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也逐漸成熟，數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為我們生活中必不可缺的一部分。在中國(guó)廣告中發(fā)表的一份智能可穿戴設(shè)備的調(diào)查報(bào)告中顯示，在可穿戴設(shè)備中，智能手表通常受到消費(fèi)者的青睞，而女性則更多地關(guān)注裝飾，男性則傾向于強(qiáng)調(diào)科學(xué)技術(shù)的個(gè)性。正如現(xiàn)代最流行的智能手表Apple Watch，正是科技在不斷的服務(wù)于我們，使我們的生活更加舒適。智能眼鏡獲得了41%的關(guān)注，其中男性占了一半。智能腕帶和手環(huán)也獲得了近33%的關(guān)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(huán)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(huán)。這份數(shù)據(jù)來(lái)自一線(xiàn)、二線(xiàn)、三線(xiàn)各大城市，具有很高的權(quán)威性，對(duì)此信息化的時(shí)代已經(jīng)來(lái)到了我們身邊。

2 用戶(hù)需求分析

根據(jù)出行騎電動(dòng)車(chē)等人口調(diào)查的數(shù)據(jù)顯示，53%的人員是建議強(qiáng)制戴頭盔。根據(jù)資料年份調(diào)查，從2013年到2015年，濟(jì)南共發(fā)生7,864起涉及摩托車(chē)和電動(dòng)自行車(chē)的道路交通事故。共有4,330起涉及摩托車(chē)的道路交通事故，導(dǎo)致775人死亡和4,979人受傷。在電動(dòng)車(chē)導(dǎo)致交通事故出現(xiàn)傷亡時(shí)，大于69%的人死于頭部受傷。對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是多么大的教訓(xùn)，那么智能頭盔顯得格外重要。現(xiàn)在市場(chǎng)上民用頭盔都比較單一，透氣性差，功能單一，雖實(shí)用方便，但輔助功能全無(wú)。

在這個(gè)信息化時(shí)代，民用型頭盔還停留在傳統(tǒng)時(shí)代。對(duì)于騎行各類(lèi)自行車(chē)、電動(dòng)車(chē)、摩托車(chē)等個(gè)人交通工具騎行者，佩戴頭盔可以很好的保護(hù)頭部與頸部的安全，減少騎行者在突發(fā)事故中遇險(xiǎn)的幾率。但騎行者在騎行過(guò)程中，由于摩托車(chē)，電動(dòng)車(chē)，自行車(chē)等沒(méi)有警示燈的行駛狀態(tài)或警示燈不夠明顯，當(dāng)燈光不好或行駛狀態(tài)改變時(shí)，不可避免地會(huì)遇到轉(zhuǎn)彎，剎車(chē)或接聽(tīng)電話(huà)的情況，這非常容易讓行人或其他車(chē)輛避而不及，從而引起交通事故。根據(jù)用戶(hù)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(hù)頭部和頸部的安全以及佩戴的舒適性。傳統(tǒng)的頭盔，材質(zhì)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(yàn)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(yàn)感的需求?？萍荚诓粩嗟倪M(jìn)步，人們對(duì)智能設(shè)備的需求功能也越來(lái)越多。第三部分：客觀需求，如更高級(jí)輔助設(shè)備的加入。

3 智能頭盔的創(chuàng)新發(fā)展設(shè)計(jì)

在頭盔的設(shè)計(jì)中要遵循人體受力的原理，要在輕便的同時(shí)，又有堅(jiān)硬性能的保障。在材質(zhì)方面：外部材質(zhì)要首選隔熱，阻燃、優(yōu)異的抗沖擊性的聚碳酸酯，內(nèi)部采用進(jìn)口EPS材料，使頭盔抗沖擊能力更強(qiáng)。在保證基礎(chǔ)的安全功能外，加入藍(lán)牙通話(huà)功能，在騎車(chē)的過(guò)程中遇到來(lái)電，騎行者可以使用頭盔的接聽(tīng)功能實(shí)時(shí)對(duì)話(huà)，即方便了騎行者也給騎行者帶來(lái)安全的保障。在藍(lán)牙模塊擬定選用DA14580藍(lán)牙模塊，適合對(duì)體積和高度有特殊需求的智能穿戴式設(shè)備。頭盔的降溫功能，采用智能風(fēng)扇降溫器，達(dá)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(jī)與頭盔的互動(dòng)，定位裝置，導(dǎo)航功能等都可以給騎行者帶來(lái)很好的體驗(yàn)。在充電模塊，可以采用太陽(yáng)能+普通充電方式，環(huán)保節(jié)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(shí)享受科技帶給我們的幸福感。在高級(jí)智能頭盔中添加眼動(dòng)跟蹤儀、脈搏傳感器等功能，通過(guò)集成多種功能于一體的高智能頭盔。眼動(dòng)追蹤儀的添加更能起到監(jiān)測(cè)騎行者騎行狀況的功能，當(dāng)騎行者的眼球持續(xù)時(shí)間不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，智能頭盔會(huì)給出適當(dāng)?shù)臏剀疤崾?，更是提高了騎行的安全性。脈搏傳感器的加入是對(duì)顆動(dòng)脈脈搏信號(hào)的捕捉，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)脈率及用戶(hù)身體健康的變化，給予適當(dāng)?shù)奶崾?。在脈搏傳感器方面擬定選BH1790GLC傳感器，BH1790GLC是搭載LED驅(qū)動(dòng)器和綠色檢測(cè)用光電二極管的光學(xué)式脈搏傳感器IC。對(duì)在活體內(nèi)照射LED時(shí)反射光的強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量?？赏ㄟ^(guò)LED的驅(qū)動(dòng)電流和發(fā)光時(shí)間調(diào)節(jié)LED亮度。使用具備高靈敏度和優(yōu)異波長(zhǎng)選擇性能的綠色檢測(cè)用光電二極管，可高精度獲取脈搏信號(hào)。

通信技術(shù)的飛速發(fā)展，智能頭盔的交互功能也是必不可缺的。導(dǎo)航功能就是手機(jī)與頭盔的一個(gè)交互功能，在手機(jī)端的操作傳達(dá)到頭盔芯片中執(zhí)行命令。在騎行的過(guò)程中，頭盔以語(yǔ)音的形式播報(bào)當(dāng)前的車(chē)速、行駛路線(xiàn)、路況信息等重要信息。目前市面上還有語(yǔ)音交互、手勢(shì)交互等交互功能。在語(yǔ)音交互功能中用戶(hù)可以根據(jù)自己的指令去操控頭盔。語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)在當(dāng)今科技盛世下也越來(lái)越精準(zhǔn)完善，這也決定了語(yǔ)音識(shí)別交互功能未來(lái)發(fā)展的輝煌前景。在語(yǔ)音交互的功能下，騎行者就能打破傳統(tǒng)的格局，在騎行中遇到突發(fā)事件（如接打電話(huà)、發(fā)信息等事情）可以很輕松地完成。手勢(shì)交互功能，在騎行中利用傳感器原理，在頭盔兩側(cè)安裝傳感器，以及發(fā)光LED燈，通過(guò)左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)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(zhuǎn)向時(shí)發(fā)生的危險(xiǎn)率。

智能頭盔行業(yè)的興起，VR技術(shù)的快速發(fā)展，相信在未來(lái)幾年VR技術(shù)將全面用于智能頭盔行業(yè)。在今年（2020年）的疫情下，深圳科技發(fā)達(dá)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(zhí)勤方便。VR智能頭盔的出現(xiàn)，也表明了我國(guó)科技在不斷的進(jìn)步，VR/AR智能頭盔由3D頭盔顯示器，立體眼鏡，組合式展示機(jī)和其他重要組件組成。通過(guò)3D立體眼鏡，可以將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與頭盔顯示有效地結(jié)合在一起，從而改善頭盔顯示設(shè)備并實(shí)現(xiàn)智能功能。VR/AR智能頭盔的應(yīng)用原理主要是采用二維顯示和光學(xué)系統(tǒng)相結(jié)合，及時(shí)放大圖像，并呈現(xiàn)出遠(yuǎn)距離折射和凸面形狀對(duì)鏡片的影響。此外，此技術(shù)中還添加了3D播放器以與智能設(shè)備連接并使其可穿戴以觀看。相信在未來(lái)幾年，VR頭盔的普及會(huì)給騎行者帶來(lái)更加舒適的安全感，豐富大眾的生活方式，同時(shí)也代表著智能化技術(shù)的發(fā)展。

總結(jié)：5G技術(shù)的出現(xiàn)，北斗定位精準(zhǔn)等功能，讓智能頭盔這一新興產(chǎn)業(yè)更加輝煌。在5G技術(shù)的支持下，智能頭盔的應(yīng)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(guān)、交通等領(lǐng)域都有很好的施展地位?？萍疾粩嗟陌l(fā)展，4G改變了生活。5G改變了社會(huì)。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(gè)人用戶(hù)提供服務(wù)，還肩負(fù)著實(shí)現(xiàn)數(shù)千個(gè)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，加快信息化和智能化建設(shè)的使命。智能頭盔的崛起使智能頭盔在未來(lái)的轉(zhuǎn)型中勢(shì)必將轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮閷?zhuān)業(yè)、與騎行者交互更加方便的產(chǎn)品。未來(lái)的智能頭盔將根據(jù)現(xiàn)代生活的需求增加更多智能模塊，滿(mǎn)足用戶(hù)不同的需求。頭盔的設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出模塊化和智能化的趨勢(shì)。同時(shí)，隨著數(shù)字化和信息化的飛速發(fā)展，對(duì)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(shù)字化的方向發(fā)展。相信未來(lái)智能頭盔的生存與發(fā)展將是輝煌的，時(shí)刻都關(guān)注著智能頭盔用戶(hù)的研究和交互設(shè)計(jì)，同樣也是為騎行者駕駛的安全性、人性化功能做出貢獻(xiàn)。