齊躍

（天津工業(yè)大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，天津300160）

1.引言

在我國(guó)，第三代移動(dòng)通信技術(shù)正在迅猛地發(fā)展中?；?G能衍生出很多的應(yīng)用，3G的速率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)2G，能夠?qū)崿F(xiàn)各種多媒體的通信。而基于GPS技術(shù)，無(wú)論你在哪里，全球定位系統(tǒng)都能夠精確定位出你的位置。筆者通過(guò)整合Google Map、GPS和移動(dòng)通信技術(shù)，開發(fā)了一個(gè)盲人導(dǎo)航系統(tǒng)，為盲人提供導(dǎo)航服務(wù)。這個(gè)系統(tǒng)能夠根據(jù)GPS定位和視頻通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的軌跡跟蹤和導(dǎo)航，可以幫助盲人單獨(dú)外出。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)是讓一個(gè)視力正常的人遠(yuǎn)程給一個(gè)盲人提供導(dǎo)航，幫助他規(guī)劃行動(dòng)路線，并且?guī)椭と吮荛_路途中的障礙。這樣的一個(gè)系統(tǒng)將使盲人的生活更加便利。圖1描述了系統(tǒng)的組成部分。從圖中我們可以看到我們的系統(tǒng)主要是整合了三個(gè)方面的技術(shù)：全球定位系統(tǒng)（GPS），地理信息系統(tǒng)（GIS），基于第三代移動(dòng)通信的視頻流。這個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)被整合成兩個(gè)部分：用戶端和導(dǎo)航服務(wù)中心。用戶端包含GPS接收機(jī)、攝像頭和3G移動(dòng)通信終端。這三個(gè)設(shè)備固定在用戶的身上，比如固定在用戶的衣服上。導(dǎo)航服務(wù)中心是一個(gè)工作站，它實(shí)時(shí)接收用戶端的視頻信號(hào)、聲音和定位數(shù)據(jù)。視頻信號(hào)、聲音和定位數(shù)據(jù)通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)在用戶和導(dǎo)航服務(wù)中心之間傳遞。

3.系統(tǒng)的運(yùn)行方式

系統(tǒng)按照如下方式運(yùn)行：當(dāng)一個(gè)用戶要出行時(shí)，他和導(dǎo)航服務(wù)中心先取得聯(lián)系。當(dāng)聯(lián)系確定后，用戶身上的攝像頭開始捕獲用戶周圍的圖像，同時(shí)GPS接收導(dǎo)航衛(wèi)星的信號(hào)，確定經(jīng)緯度坐標(biāo)后連同視頻信號(hào)一同傳輸給導(dǎo)航服務(wù)中心。當(dāng)導(dǎo)航服務(wù)中心接收到這些信號(hào)后，取出經(jīng)緯度坐標(biāo)信號(hào)，并且在電子地圖中進(jìn)行匹配，當(dāng)找到正確的位置后顯示接收到的坐標(biāo)的地圖。接收到的視頻信號(hào)和匹配好的地圖一起顯示在導(dǎo)航服務(wù)中心的電腦上。與此同時(shí)，用戶和導(dǎo)航服務(wù)中心之間進(jìn)行通話，用戶告訴導(dǎo)航服務(wù)中心他的目的地是哪里。基于GPS得到的用戶的經(jīng)緯度坐標(biāo)和用戶告訴的目的地，導(dǎo)航服務(wù)中心規(guī)劃出用戶出行的路線。當(dāng)用戶開始他的行程后，其身上的攝像頭實(shí)時(shí)捕獲前面的圖像，GPS重新獲得新的經(jīng)緯度坐標(biāo)，這些信息都實(shí)時(shí)的傳輸?shù)綄?dǎo)航服務(wù)中心的電腦上，這樣導(dǎo)航員能夠給用戶及時(shí)地進(jìn)行路線導(dǎo)航和規(guī)避障礙物。

4.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

按照盲人使用該系統(tǒng)的設(shè)想，我們分幾個(gè)部分來(lái)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)。

4.1 用戶端的設(shè)計(jì)

在用戶端向?qū)Ш椒?wù)中心發(fā)送坐標(biāo)信息并與導(dǎo)航服務(wù)中心進(jìn)行通信。

對(duì)于這部分的設(shè)計(jì)我們要考慮兩方面的要素：一個(gè)是用戶使用的便利性，另一個(gè)是技術(shù)的要求。我們的盲人導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)得非常容易使用和非常容易攜帶，這主要是因?yàn)槲覀兊姆?wù)對(duì)象是特殊人群。基于這樣的考慮，我們?cè)O(shè)想所有的用戶端設(shè)備都可以穿戴在身上，比如固定在用戶的衣服上，如圖2所示。

GPS天線：我們的導(dǎo)航系統(tǒng)使用GPS來(lái)確定方位和進(jìn)行導(dǎo)航，GPS接收器和它的外接天線是重要的客戶端設(shè)備。接受足夠清晰的GPS信號(hào)是整個(gè)系統(tǒng)能夠使用的一個(gè)必備條件。GPS天線的位置對(duì)于接受到清晰地信號(hào)很重要。天線必須能夠直接對(duì)準(zhǔn)天空來(lái)接受頭頂上的衛(wèi)星信號(hào)。在盲人使用導(dǎo)航系統(tǒng)的過(guò)程中，如果沒(méi)有將天線放在合適的位置，他的身體可能會(huì)阻擋GPS信號(hào)的接收。最好的接收位置應(yīng)該在人的頭頂上，但是這樣會(huì)使使用者不舒服。因此我們?cè)O(shè)計(jì)將GPS天線安裝在用戶的肩膀上，這樣既能很好地接收信號(hào)，又不會(huì)妨礙使用者的動(dòng)作。

攝像頭：導(dǎo)航中心依據(jù)圖像為用戶指示方向。因此攝像頭被固定的位置應(yīng)該能使攝像頭捕獲到使用者前方縱向從頭到地面、橫向?yàn)樽陨韺挾鹊膮^(qū)域內(nèi)的圖像，這樣導(dǎo)航中心才能看到并為使用者排除前面的障礙。攝像頭應(yīng)該能夠看到動(dòng)態(tài)的障礙，比如汽車和自行車，攝像頭也應(yīng)該能夠提供腰部以上的障礙物的信息，比如樹枝等。另外，使用攝像頭能夠提供更多的關(guān)于使用者前面的景象的信息，這是一個(gè)拐杖所遠(yuǎn)不能比擬的。攝像頭以與水平線成15度角固定在使用者的胸前，為導(dǎo)航員提供足夠的對(duì)于障礙物的預(yù)警信息。

話筒：使用者需要和導(dǎo)航中心進(jìn)行語(yǔ)言交流。通常來(lái)說(shuō)，使用者討厭使用耳掛式話筒，因?yàn)樗麄冃枰邮崭鞣N環(huán)境的聲音，而耳掛式話筒妨礙了使用者獲取這些聲音。在我們的系統(tǒng)中話筒將被設(shè)計(jì)安裝在新的位置，它被固定在使用者的肩膀上。

電子羅盤：一個(gè)電子羅盤是另外一個(gè)導(dǎo)航傳感器。根據(jù)電子羅盤的信息，導(dǎo)航員可以提供使用者比如往左還是往右轉(zhuǎn)向的信息。電子羅盤也安裝在使用者的肩膀上。

3G通信設(shè)備：3G通信設(shè)備用來(lái)與導(dǎo)航中心進(jìn)行通信。由于我們國(guó)家在使用的3G標(biāo)準(zhǔn)有三種，分別是中國(guó)聯(lián)通的WCDMA、中國(guó)電信的CDMA2000和中國(guó)移動(dòng)的TD-SCDMA，這三家的3G服務(wù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，難以選擇。從表面上看，聯(lián)通的WCDMA制式頗占優(yōu)勢(shì)，由于與歐洲制式相同，在3G時(shí)代開啟之時(shí)肯定會(huì)位于領(lǐng)跑者的位置。WCDMA制式無(wú)論是對(duì)應(yīng)的3G手機(jī)市場(chǎng)還是3G網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)，都有現(xiàn)成的產(chǎn)品和經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。加上這套系統(tǒng)能夠架設(shè)在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)上，對(duì)于系統(tǒng)提供商而言，可以較輕松地過(guò)渡。在GSM系統(tǒng)相當(dāng)普及的我國(guó)，很容易接受這套新技術(shù)，因此，WCDMA具有先天的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。但是TD是我們自己的標(biāo)準(zhǔn)，獲得政府的大力支持，這也是我國(guó)政府將TD的拍照頒發(fā)給最有實(shí)力的中國(guó)移動(dòng)的原因。因此我們選擇一種支持TD的3G通信設(shè)備。

4.2 導(dǎo)航服務(wù)中心設(shè)計(jì)

導(dǎo)航服務(wù)中心是一個(gè)由人和設(shè)備組成的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)確保能為使用者提供流暢的導(dǎo)航服務(wù)。一個(gè)簡(jiǎn)單的導(dǎo)航服務(wù)中心就相當(dāng)于一個(gè)包括各種設(shè)備的個(gè)人電腦，另外還需要一個(gè)經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的導(dǎo)航員。當(dāng)然，導(dǎo)航服務(wù)中心也可以擴(kuò)展為一個(gè)由政府或企業(yè)組織的服務(wù)中心。

5.總結(jié)

在這篇文章中展現(xiàn)了一種新的盲人導(dǎo)航服務(wù)。它通過(guò)遠(yuǎn)程的導(dǎo)航員來(lái)為使用者提供方位導(dǎo)航、出行路線規(guī)劃、障礙物規(guī)避等服務(wù)。在文章中我們描述了系統(tǒng)的構(gòu)成和設(shè)備的分布。這個(gè)系統(tǒng)將為盲人和其他特別的用戶提供非常重要的作用。

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