鄭芷涵，許旭兵

（東華大學 服裝與藝術設計學院，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盲產品不夠完善，盲人的需求得不到滿足，導致了出行困難。在信息技術時代下，服裝與科技結合轉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計思維出發(fā)，研發(fā)一款基于無障礙理念的、方便盲人日常生活的導盲產品，達到有效出行的目標。

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，盲人因為先天原因或后天疾病造成視覺障礙，日常出行中盲人往往依靠其他感官來規(guī)避障礙。心理上，盲人因為視覺障礙行為會受到限制處于一個被動狀態(tài)，在與人交往的過程中會對事物的認知不夠全面，產生不同于正常人的理解，這些情況導致盲人缺乏安全感和產生恐慌、焦慮和自卑心理。

1.2 盲人群體認知分析

在五感認知中，盲人往往通過耳朵接收聲音感知環(huán)境的變化，所以盲人聽覺的細膩度和廣闊度會更高。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，盲人需要對新鮮事物的信息進行儲存記憶，與以往信息進行比對從而定義新事物的屬性，他們缺少對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，理性思維的應用遠遠多于感性思維。

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間和位置，并且需要收聽站點播報以確定目的地。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，盲道不僅會被公共設施所占據(jù)，且行進過程中會錯位甚至突然消失，這些都反應了社會對于盲人的包容度還不夠。

2 智能導盲產品調研分析

2.1 導盲產品發(fā)展歷程

為了滿足盲人群體的需求，產品的導盲技術也在不斷完善[3]。在傳統(tǒng)時期，以盲杖等手持式產品為主，具備主要的探測功能，還有易收納的輔助功能。在現(xiàn)代時期，導盲產品結合其他領域的技術進行改進，如紅外線測距、超聲波測距等，后還增加了攝像探測功能，通過機械震動刺激提醒盲人障礙物的出現(xiàn)，并根據(jù)距離遠近調整信號強弱，提高了導盲產品功能的精準性。在電子信息技術發(fā)展時期，導盲產品增加了網絡交互的功能，可直接與移動端相連，用戶可以實時得知相關的數(shù)據(jù)，同時其形式也有極大改變，如制造模擬眼，通過將相機采集到的信號轉換為電信號，刺激視網膜再造畫面，從而盡可能達到自然眼的功能。

2.2 智能導盲產品分類及應用

2.2.1 手持式導盲產品

手持式導盲產品包括智能盲杖和手持式設備，利用了單片機技術、傳感技術、無線通信技術等為盲人提供了路況數(shù)據(jù)，從而進行行走判斷。Touch-E 導盲棍，它利用了盲人觸覺靈敏的特點，通過不同位置觸針的上下運動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 盲人導航設備利用紅外線傳感器探測障礙物，并且在盲人靠近障礙物時發(fā)出振動來提醒使用者，旨在增強盲人的空間感知。

2.2.2 可穿戴導盲產品

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

2.2.3 移動式導盲系統(tǒng)

移動式導盲系統(tǒng)充分利用了智能手機和智能電腦等終端的優(yōu)勢，產品以移動手推車和機械導盲犬為主，在互聯(lián)網時代下充分融合了信息技術。肖岸星等人[5]設計的四足導盲機器犬，配備Rplidar_A1 激光雷達用于機器人定位，深度相機搭配云臺用于人類位姿檢測。皮帶用于連接機器人和用戶，通過皮帶的張力與人的速度、位姿的關系，定義了一個物理人機交互模型，實現(xiàn)了在狹窄空間內的牽引式導盲。Kayukawa 等人[6]設計的Blind Pilot導盲機器人可以引導用戶走向一張空椅子，相比于語音導航系統(tǒng)，牽引式導航具有更好的安全感和更少的調整方向任務。

綜上所述，手持式導盲產品的優(yōu)點是輕巧易攜帶，缺點是功能單一、監(jiān)測范圍小?？纱┐鲗ぎa品的優(yōu)點是引導避障靈活、易于攜帶，缺點是電子元件和導線等不夠柔性，服裝不易水洗，眼鏡等產品難以提供心理安全感。移動式導盲系統(tǒng)的優(yōu)點是智能化較高和可以適應復雜環(huán)境，缺點是使用不便、成本較高。

3 智能導盲背心設計方案

本文以無障礙理念為指導，設計一款具備行路探障功能和警示功能的導盲背心，針對盲人群體生理和心理特征進行功能設定、款式設計和電路系統(tǒng)的方案設計，解決盲人的出行障礙。

3.1 智能功能設定

探障功能：采用了超聲波測距、紅外線探測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，通過計算時間差傳遞使用者與障礙物的距離信息。紅外線探測的原理與超聲波相似，只不過是通過光的強弱來判斷距離信息，可以根據(jù)探測的高溫物體判斷更加復雜的路況。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別場景中的斑馬線、紅綠燈信號和盲道圖像等。

GPS 功能：背心連接智能手機終端，盲人可以輸入目的地，利用軟件識別導航路徑信息并進行處理反饋和實現(xiàn)實時定位。

語音交互功能：一方面是實現(xiàn)語音的錄制與識別，另一方面是實現(xiàn)語音的合成與播報。在連接智能手機終端進行路線導航時，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聲器提示給盲人。

保護功能：主要體現(xiàn)在智能服裝的載體上，在導盲背心的表面使用反光帶進行結構的分割或裝飾，對行路人產生刺激的視覺效果，警示行人需要避讓。

3.2 無障礙設計理念

無障礙設計是為了讓殘疾人與正常人能享有平等地位的設計[7]，以無障礙作為指導理念設計導盲背心，通過對盲人群體行為與意識的細致研究，從人文關懷的角度解決存在的問題。無障礙設計包括安全性原則、易用性原則、多感官原則和容錯性原則。導盲背心的安全性服務于盲人群體，也決定了產品的使用度；導盲背心應盡可能做到簡單易懂的設計，方便使用者的操作，給予盲人群體良好的用戶體驗；此外盲人的感官相對于普通人更加靈敏，可以通過刺激感官放大其能力，提供多樣性的使用方式；最后產品會對使用者的操作不當進行兼容處理，這樣的導盲背心產品設定可以提高使用者的體驗度和滿意度。

3.3 智能導盲背心款式設計

3.3.1 款式結構設計

考慮到不影響盲人群體穿著需求，導盲產品設計的載體選擇外穿背心形式，易于攜帶且不會帶來額外負擔，輕便又具有功能性，其次為了規(guī)避危險，導盲產品應有一定的警示效果。

導盲背心的整體風格偏向于機能風，同時也融入了多功能設計，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也有美感表現(xiàn)。服裝正面是矩形面料拼接在一起，每個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計，提高穿著在人體上的穩(wěn)定性，反光條設計在背帶中間，起到警示行人和車輛的作用，提高了夜間出行的安全性。服裝的兩側還有松緊帶和扣帶設計，可以隨著所需身材尺寸進行調節(jié)和改變，滿足不同體型的盲人穿著需求。

圖1 智能導盲背心設計

3.3.2 面料選擇

產品的目標群體是盲人群體，因此傾向于選擇柔軟舒適，便于日常活動且耐臟污的面料，在材質上，導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，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，材質為高亮度反光（聚氯乙烯）。

3.3.3 色彩選擇

在色彩上，導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，結構功能明確，彰顯安全性原則。

3.4 智能導盲背心技術路徑

3.4.1 系統(tǒng)設計

智能導盲背心的技術系統(tǒng)主要由服裝硬件檢測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，運行內存1 GB，搭載官方的Raspbian 系統(tǒng)，可以用來處理較為復雜的計算任務。硬件設計主要由探障模塊和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。軟件設計包括導航模塊和語音播報模塊。通過探障和GPS 模塊，內置軟件進行數(shù)據(jù)分析，借助手機地圖App 生成避障信息與導航路線，從而通過語音播報的方式生成指令引導盲人出行。

圖2 電路系統(tǒng)設計

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，并且起到隔離防護的作用。口袋外側裝有拉鏈，便于取出電路板對服裝進行洗滌，提高了服用性能。在連接部件上，織物導電連接部件采用柔軟性良好的導線，同時抗彎折功能強且拉伸強度高，在設計上還采用皮軟管將導線包圍，所以導線還具有防水的特點，放置在服裝中更加安全與美觀。

4 結語

文章首先分析了盲人群體特征，明確了導盲產品的功能與設計需求，其次對導盲產品進行調研和分析，了解現(xiàn)階段產品的導盲技術、設計方法等，最后以無障礙設計理念為基本原則，從款式結構、電路系統(tǒng)上設計了可避障的智能導盲背心。導盲背心為盲人日常行路方便提供支撐，其設計思路可為盲人群體智能服裝提供一定參考。