面向視力障礙人群的智能拐杖設計研究

劉北北 楊子倩

關鍵詞：智能拐杖 視障人群 盲用設計 設計原則 助行產品

引言

在出行生活中，視力障礙人群是一個需要特殊輔助器具的群體。我國目前現狀是盲人基數大且增長率逐年增多，但與此同時城市交通路況復雜，導盲設施并不完善，無法滿足盲人的出行需求，這使得我國的視障人群出行問題愈加嚴峻。在這樣的大環境下，盲人在生理心理兩個方面都面臨巨大的困難，面向視力障礙人群的智能拐杖設計研究的重要性不容小覷。

一、視障群體概述

（一）人群概述。視覺障礙者主要包括兩類人群：對光線完全失去反應的全盲和低于正常視力過半的低視力。除了真正意義上全盲的盲人，其實我們生活中很多存在的是低視力群體。全國視力殘疾人數現有最新的數據是2016年中國盲人協會的統計數據，全國視力殘疾人數為1731萬人，占總人囗的1.26%，所以在中國視障群體其實十分龐大，并且中國盲人的數量位列世界第一。

占全國總人囗的1.26%這一數據意味著理論上在外出行中，可觀察到的人群中每八十個人就會有一個視覺障礙者在其中，然而事實上卻是人們極少正在公共出行空間看見獨自出行的盲人，如何保障這八十分之一的人群正常的出行生活，是智能拐杖研究的意義。

更值得注意的是歷年全國視力殘疾人數持續刷新著峰值。中國殘疾人聯合會統計的1987年全國視力殘疾人數為755萬，占總人口的0.72%，2006年中國殘疾人聯合會統計的數據增長為1233萬，到2010年數據這個數據攀升為1263萬，參考如圖1所示的全國視力殘疾人數變化趨勢，不難推斷，未來我國盲人的數目將以一定速度不斷增多。而且隨著我們老齡化、近視率的激增，視障群體數量上升的趨勢無法避免。這一類人群也應該公平平等地融入公共出行生活，而不是被種種困難排拒在外。

（二）環境概述。視障人士的出行面對的是重重的困難，除了缺失視覺識別道路信息的能力之外，還存在不符合規范的盲道、無法預知的突發危險等一系列的困難。因此，視障人群中有百分之三十選擇極少外出。盲人面臨著的惡劣的出行步行環境，極大程度地限制了盲人的正常出行生活。

城市中對盲人最重要的輔助設施便是盲道，盲道是專為輔助視障者步行的公共道路設施，是幫助盲人獲取道路信息的主要途徑。但實際上，持續觀察街道上的盲道，盲人使用率其實極低。其原因主要有以下兩點：1.中國的盲道是世界上距離最長、范圍最大的，但是由于城市交通路況復雜，盲道等導盲設施的設計卻并不規范嚴謹，反而使得盲人出行艱難程度更是雪上加霜，原本是為盲人的善意輔助設計卻可能成為在出行使盲人受傷的推手。

例如盲道凸起形狀，是具有含義和規范的，如圖2所示，長條式的指示盲人可以前進，點式的提示起點、終點、拐角等指示盲人前方道路改變需要小心。但國內的盲道并不是嚴格遵守規范，或者由于道路修繕重建盲道沒有及時變更，盲道可能并沒有給盲人傳達正確的信息，導致盲人的困惑甚至危險。盲道的不規范設計，導致中國盲人往往無法安心依靠的這一道路輔助設施。

2.國內的盲道常常因為各式各樣的原因被占用或阻斷，且基本沒有給予盲人任何的非視覺提示，例如為了停放便捷而隨意占盲道的共享單車就很容易造成盲人的摔倒和碰傷。

在這樣的環境下，國內盲人群體在出行中的受傷情況是極為常見的，撞傷摔倒對盲人出行來說不足為奇，甚至可能威脅生命。這一惡劣的環境遏制了盲人獨立出行的可能。有調查顯示，有獨自出行能力的中國視障人士甚至低于四分之一。

二、視障群體的特征分析

（一）視障群體生理特征分析。在中國，《殘疾人殘疾分類和分級》（GB26341—2010）將視力殘疾分為盲和低視力這兩類，具體等級劃分和定義如圖3所示。這里需要說明的是盲人的定義標準在不同國家是有所區別的，美國、日本、世界衛生組織對盲人的定義是略有區別的。

視覺上生理缺陷帶來的是其他感知覺系統上的靈敏度提升。感官是人類認知事物的途徑，當視覺感官難以被刺激時，人體接受其他感覺刺激的能力也會互補性地增強，主要體現在以下幾個方面：1.觸覺方面，盲文的閱讀就是通過觸覺閱讀信息，盲人用手指能夠比視覺正常的人更快速識別觸覺符號。觸摸反饋回來的觸感可以告知盲人這一物體的材質、尺寸、形狀等基本信息。盲人的皮膚受到外界刺激的辨識力被訓練而強化，皮膚感受到的壓力、溫度、疼痛以及振動等都可以幫助盲人接受物體的物理信息。因此智能拐杖的使用中觸覺是極為重要的輔助提示盲人的道路信息的方式。

2.聽覺方面，盲人判斷一個物體的遠近往往會通過其發出的聲音來感知，而且音色和音階的不同盲人也能很敏銳地進行區分，從而判別此時是什么在發聲。聲音的聲波強度、頻率、音色的差別都可以幫助盲人從中獲取對應的信息辨別事物。通過長期的生活使用，聽覺感官更多地被訓練增強，從而達到對缺失的視覺感官做一定的補償。因此盲人與普通人更優秀的聲音定位能力在智能拐杖。

3.其他方面，像嗅覺和味覺這兩種器官雖然也幫助辨別事物的情況，但對于出行而言，使用頻率沒有聽覺和嗅覺頻繁，這是由于嗅覺在公共空間中容易被干擾，而味覺則一定要通過舌頭品嘗，衛生性難以保證，因此嗅覺和味覺使用的局限性較大。

視覺這一感官的缺失，使得盲人將注意力更專注于其他的感官，因此將其他的感知器官訓練得更為敏感。觸覺、聽覺、嗅覺、味覺組成的感知系統形成了盲人獨有的敏銳的識別信息的體系，而取代了正常人以視覺為主要途徑的獲取外界信息的方式。

對所處環境的感知影響著盲人的判斷，在對所處的環境有大致感知或記憶的情況下，盲人能夠較為放心地進行行走等活動。而在不熟悉的環境中，盲人容易感知到過多的雜亂的信息，因此難以正常自如地接收正確的信息。

（二）視障群體心理需求分析。盲人無法和普通人一般輕易地通過視覺感知信息，這種感知上的缺失和困難直接地影響了他們的生活方式、應變能力、出行能力和社會交往等方面，在制約著盲人的日常生活的同時，對盲人的心理狀態也是一種極大打擊，容易造成盲人出現以下的負面心理活動：1.出現強烈的不安感，盲人的不安源于對未知的害怕，眼中無邊的黑暗讓他們無法探知環境的全部信息，也無法及時地應對環境中發生的變化，不安全感由此而生。而且，當盲人在街上行走時，他們難以直接獲得商店的名稱、交通燈的顏色、指示牌上的標語等信息，因此他們難以獨立出行，在外事事都需要詢問。

2.出現強烈的孤獨感，出行的困難很大程度上也造成了社交的缺失，而需要社會性活動的人類在缺失社交后極易感受到更強烈的孤獨感。

3.產生軟弱感、自卑感、挫敗感，生理上的缺陷使得盲人自身的能力難以自如地發揮出來，也影響著盲人對自身的評價，本身在出行中就是客觀困難不斷，盲人容易將自我放入劣勢和被否定的心態中，甚至引發對家人的內疚感。[1]4.具有極度敏感的自尊心，想要盡可能也常人相同而非被當作一個特殊的群體也是盲人主要的心理需求，因為惡劣的客觀環境容易造成盲人極度敏感的自尊心理。這樣也就不難理解為什么有些盲人期望脫離手杖出行，他們不希望將個人的缺陷與脆弱外露于人前。

通過和盲人溝通，可以明顯感知到盲人的心理是矛盾和對抗相互交織的。一方面，他們容易內向而敏感，容易感到孤獨，比常人更容易有軟弱感、自卑感、挫敗感、內疚感，另一方面他們又具有比一般人更強的自尊心，對出行生活既渴望又懼怕。

三、面向視力障礙人群的智能拐杖設計原則

（一）安全優先原則

1.提出背景。無論從心理生理角度分析，對于盲人而言，獨立出行中安全性都應該是最優先需要被滿足的特性。（1）從心理上來考慮，視力的缺失、無法及時判定附近活動區域可能的行動危險等因素都是造成盲人不安焦慮的根源，而這種不安焦慮的情緒更容易導致錯誤的判斷和不當的行動。（2）從身理上來說，視覺感知的缺失不僅意味著無法看見障礙物、難以應對突發狀況，也同時導致了行動平衡感的變差，加劇了受傷出行的可能性。而就目前調查到的結果顯示，超過30%的受訪者在使用傳統盲杖的情況下仍幾乎平均每月發生一次出行受傷事故，可見傳統盲杖遠遠無法滿足盲人獨自安全的需求。因此，智能拐杖的設計中首先需要滿足安全出行的需求。[2]2.具體應用。智能拐杖的設計中安全優先原則，主要針對的是盲人在出行中的行動安全和操作安全。（1）行動安全主要是保障盲人及時避開行進道路中可能受到的傷害，例如撞擊到障礙物導致的受傷。這就意味著盲人面對的危險往往不僅僅是地面道路的障礙，還包括傳統直輥形盲杖難以探查的膝蓋至頭部可能碰觸的障礙物，針對這些出行途中的危險障礙的警示就顯得極為重要了。（2）操作安全主要是考慮到盲人誤操作的幾率其實是高于普通用戶的，因此智能拐杖的設計務必要將危險及因意外或不經意的動作所導致的不利后果降至最低，任意的誤操作下仍然要保證盲人的安全。（3）安全優先原則在保證盲人出行行動安全和操作安全的同時，同樣應當公平地適用于保證盲人使用產品過程中周圍特定范圍內他人的安全。適當給予周圍人以提示等功能在智能盲杖的設計中同樣是不可忽視的。

3.特別注意。此外，智能拐杖與導盲犬在安全優先這一原則中就有所區別。完全由盲人操作的智能拐杖不同，導盲犬的優勢在于會自己根據導盲犬自己對危險的判別并做出自己正確的行動判斷，即當導盲犬感到前進的命令是具有危險的，即使盲人下達了前進的指令，導盲犬為了保證主人的安全也會違抗主人的命令。而智能拐杖只能通過語音和芯片進行安全警示，如果盲人接受到了錯誤或不明晰的信息，極易導致人身危險。這其實對智能拐杖設計的安全性提出了更高的要求。

（二）靈活適應原則1.提出背景。2016年統計出的1731萬的全國視力殘疾人數數據足以向我們證明盲人在人數上是一個基數較大的群體，因此他們對于盲杖的需求自然也是多樣的。為保證滿足不同盲人的需求，智能拐杖首先需要適應視障使用者不同的體型、行動能力等，這就要求智能盲杖在設計上是具有可調性的。

2.具體應用。（1）就客觀尺寸方面而言，以觸摸反饋為例，根據深度的市場調研收集到的信息，一下盲人通常在冬天會戴著手套出行，這其實削弱了他們對于振動反饋的感知。而且值得注意的是，感覺敏銳度和刺激閾值隨著使用者的年齡變化其實存在較大差異，這表明了單一的設置很難適應所有盲人使用者的需求，震動的強度密度應針對具體的盲人使用者進行個性化的調整。[3]（2）但僅僅從客觀生理角度做到靈活適應還遠遠不夠，智能拐杖的設計更要考慮到不同盲人的心理、情感、文化、知識等各個不同層面的不同需求，在其中找到解決方案中不同需求的平衡點，使設計適合且恰當。

3.設計方法。針對盲人的心理、情感、文化、知識等多樣的個性化的需求實現靈活適應有兩個基本方法。其一是深入探究盲人的心理模型，熟知盲人的心態活動，在產品的功能設計時，應該力求切合盲人心理，使拐杖在操作使用上能與盲人的心理上的期待與需求相切合，建立智能拐杖與盲人間情感聯系與信任。[4]其二則是在使用者使用智能拐杖中提供多種選擇，就是適應不同需求可選擇不同的操作模式，這樣的適應性自然也更好，也能夠與不同出行能力、知識背景的人群相容，使智能拐杖更貼近使用者的個性需求。在這樣的方法下，智能拐杖的設計才能夠靈活適應多樣的盲人使用者。

（三）尺寸適度原則1.原則簡述。靈活適應原則中適應視障使用者不同的體型、行動能力等方向其實是建立在尺寸適度原則上的，尺寸適度需要保證的是不同體型、姿勢或行動能力的盲人都可以舒適地使用智能拐杖。

2.設計方法。尺寸適度需要設計者對視障群體使用拐杖的實際過程有全面的了解，像是身體尺寸、不同的出行能力、不同出行習慣等。在掌握這些信息的基礎上進行智能拐杖設計，仔細考量使用者的身體尺寸和行動性，密切注意使用者可能的操作姿態，為盲人的操作及使用留出適當的大小及空間。

3.應用場景。尺寸適度原則并非只需考慮單一場景，事實上智能拐杖的使用會伴隨盲人整個出行過程，這就需要設計者考慮姿勢不同場景下如何能夠滿足盲人自如使用的需求，例如站姿和坐姿的狀態下在使用上就會有所差異。智能拐杖的設計需要依據盲人出行的具體使用環境，而且既然考慮到智能拐杖的使用會伴隨盲人整個出行過程，那么其重量和便攜性也是需要考量的關鍵因素。尺寸適度原則要求智能拐杖要與盲人出行的實際環境實時保存一致性和相容性，而且能夠考慮到可能的突發情況。[5]以盲人在使用智能拐杖行走的場景為例，需要仔細考慮盲人的適宜空間尺寸，確定符號人機工程學特性，為他們留出行走、觸碰、操作的合適的空間。[6]4.具體應用。以觸摸這一動作為例，盲人主要通過觸摸來判斷周身環境，那么尺寸適度就需要考慮（1）是否處于適宜的觸摸范圍，因此觸摸適宜的尺寸需要設立標準。這一尺寸以1.6m（成年女子身高）為基準，下限以1.72m（成年男子身高）為基準，當盲人上臂自然下垂，前臂斜伸向地面成45度角，手指間據地面高程為0.7m。因此，智能拐杖設計中所有需要觸摸的部件都需要處于這一適宜的尺度中，否則便會導致盲人的觸碰困難。（2）觸摸部分的把手尺度是否適宜，這對于避免盲人長期頻繁使用造成的手腕損傷有極大幫助。手掌寬度、張合角度、彎曲角度等數據需要被大量收集，盲人使用智能拐杖時手腕、手掌的舒適度需要被反復測試和考量。（3）操作中按鍵的設計是否合理，按鍵排布、按鍵大小、按鍵距離的考量都是不可忽視的。

（四）簡單高效原則1.提出背景。在調查中我們可以觀察到盲人出行其實行為極為低效，即使在有人攙扶、前方道路也沒有任何障礙物阻擋的情況下，盲人其實也無法放心大步前行，而是小心翼翼地緩步向前，在整個出行過程中基本都是慢動作的狀態。

傳統的盲杖產品不足以大幅提高盲人的出行效率，因為采用敲地面的方法探測障礙物就需要連續的敲擊，這些反復的手臂運動使得盲人極易疲勞，由此可見盲人智能拐杖的設計更需要符合簡單高效原則。而在這一原則下最重要的是保證智能拐杖可以及時提供可靠的信息。智能拐杖向盲人發出提示信號所花費的時間對于盲人的出行安全至關重要。快速、即時且準確地提示信號不僅能夠引導盲人輕松避開障礙物并改變路徑，而且還可以給他們留出足夠的反應時間。

2.這一原則不僅應用在宏觀意義上的提高盲人的出行速度，還表現在微觀意義上的操作使用上。簡單高效原則是在產品的功能和使用方式設計在具有明確的目的性的基礎上，實現簡單高效不繁瑣的操作體驗，保證盲人高效出行的需求。

具體包括功能設置和有效反饋兩點內容。

（1）功能設置方面，簡單高效原則要求產品的功能是適度的明晰的，不需要花費盲人太多的技巧或努力就可以完成操作，把使用操作的重復性降到最低。就這一原則而言，為了追求新功能而加入新功能顯然極不可取，不必要的附加功能反而增加了操作的困難性，使得次要功能阻礙了產品主要功能的使用，不僅實用性大大降低，還會造成盲人使用者的困惑和沮喪感。

可見，如圖4精準地進行功能重要性梳理，針對盲人最核心的需求進行具體分析，篩選安置重要的功能、摒棄不實用的功能也是實現簡單高效的方法。簡單便捷的操作感，能夠減少過程耗費的時間，提升使用的效率。

（2）有效反饋方面的高效性對于盲人而言則意味著能夠給予以更迅速、更高效、更實用的方式向盲人輸出有用的信息，且需要考慮周邊環境對盲人其他感官的干擾和可能存在的可變性突發情況。盲人智能拐杖在信息傳達上要充分利用除視覺外的其他器官，提供不同類型的反饋，常見的像采用語音、觸摸等方式給出指示或反饋都是盲人可以輕松接收到的視覺信息。簡單高效原則要求設計者考量不同反饋的特性，例如在出行移動障礙物或樓梯等緊急情況下，強烈的觸覺提示顯然比語言提示更為適合。

（五）易用便捷原則1.提出背景。智能拐杖的易用便捷原則既是為了方便盲人的使用，也是為了更好地照顧到盲人使用者的內心感受，通過易用便捷的設計提升盲人使用智能拐杖的意愿，帶給他們更多的關懷和安全感 。因此對于盲人這一特殊需要的用戶群體，易用便捷原則尤為關鍵。[7]2.具體表現。在具體設計方面，易用便捷主要是針對產品的操作流程是否合理方便的評估，也是設計包容度的考量，使用者的經驗多少、知識水平、能力高低不至于影響用戶的操作和使用體驗。

易用便捷原則主要表現在以下三點：（1）易學性，智能拐杖設計中需要盡量降低盲人用戶學習成本，使得用戶通過簡單培訓即可實現初級基本功能的使用，對智能拐杖操作第一印象對于盲人用戶對此設計的滿意度有著重要影響。如果盲人能很容易地學習及記憶智能拐杖的使用方法，并能夠比較容易地熟練掌握智能拐杖的一系列功能，那么在易學性這一方面智能拐杖就是符合易用便捷原則的。 [8]（2）便捷性，操作中智能拐杖應當幫助盲人能夠更快地達到他想要達到的目的，而不是需要通過復雜重復性的操作，這一點在簡單高效原則中也有所體現。但還需要補充提到電池的問題，可充電式智能拐杖為保證充電和使用的便捷性，應實現自動調整節省功耗以確保更長時間的使用、及時提示電池電量的信息、充電過程操作方便快捷等功能。

（3）容錯性，容錯性要求智能拐杖設計建立一套適合盲人使用者的容錯機制，一方面通過適當的預防和引導減少盲人用戶的犯錯幾率，另一方面，當用戶操作失誤時，智能拐杖能夠引導用戶更加便捷地修正及恢復。

對于智能拐杖操作的設計，應當遵從盲人的使用習慣和認知邏輯，而不是需要特地或詳細地進行功能的摸索才能夠實現智能拐杖的核心功能。對于視覺缺失的盲人而言低學習成本、易用便捷的操作方式對于提升他們使用盲人智能拐杖產品會帶來巨大的幫助。

結論

我國視障群體數量多、增速快、出行環境復雜。傳統導盲拐杖無法滿足他們對于安全出行的需求，對視障群體的深入研究為盲用智能拐杖設計研究提供了更多的設計思考，使得盲用設計有原可循，也推動了盲用助行產品的發展。面向視力障礙人群的智能產品設計研究有助于實現視障群體安全便捷的無障礙出行生活。