陳步華 李娣 西安電子科技大學(xué)

盲人專用GPS導(dǎo)航鞋的設(shè)計(jì)

陳步華 李娣 西安電子科技大學(xué)

文章介紹了全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS 的基本原理，著重介紹了GPS 導(dǎo)航鞋的功能和市場(chǎng)前景，GPS導(dǎo)航鞋的設(shè)計(jì)，既符合盲人以腳感知方向的生理特點(diǎn)，為保障盲人這類弱勢(shì)群體的出行安全起到重要作用。

GPS原理；GPS應(yīng)用的發(fā)展?fàn)顩r；GPS導(dǎo)航鞋的市場(chǎng)前景；功能特性

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)人文素養(yǎng)的提高，社會(huì)對(duì)弱勢(shì)群體的關(guān)注程度也越來(lái)越高。如何保障社會(huì)中身體缺陷群體正常的生活，尤其是盲人的出入安全成為一個(gè)令人關(guān)注的焦點(diǎn)問題。因此，我們有必要設(shè)計(jì)研發(fā)出一種保障盲人出行以及人身安全的產(chǎn)品。利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS定位技術(shù)，我們構(gòu)想，設(shè)計(jì)一種關(guān)于盲人專用GPS導(dǎo)航鞋。雖然，市場(chǎng)上還沒有成形的這類產(chǎn)品，然而一旦出現(xiàn)，相信很快能形成產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)，并且應(yīng)用前景十分廣闊。

一、GPS系統(tǒng)原理簡(jiǎn)介和盲人專用GPS導(dǎo)航鞋中GPS的應(yīng)用

1.GPS 系統(tǒng)原理簡(jiǎn)介

GPS 是Global Position System 縮寫，即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。它是由空間衛(wèi)星、地面監(jiān)控和用戶接收等三大部分組成。GPS通過接收衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，來(lái)幫助用戶準(zhǔn)確定位當(dāng)前位置和計(jì)算既定的目的地行程。

2、盲人專用GPS導(dǎo)航鞋中GPS的應(yīng)用

這項(xiàng)產(chǎn)品的核心部件是一個(gè)4*3平方厘米的小型導(dǎo)航儀。它內(nèi)含于鞋底部位。這種特種鞋主要有三種功能。其一，幫助用戶準(zhǔn)確定位當(dāng)前位置，并且根據(jù)既定的目的地計(jì)算行程。其二，識(shí)別來(lái)往車輛。利用雷達(dá)紅外感應(yīng)，到一定距離的時(shí)候，感應(yīng)出附近范圍內(nèi)迎面駛來(lái)的車輛。其三，將產(chǎn)品通過遠(yuǎn)程與電腦連接。在盲人的單獨(dú)出行中，家人能通過電腦進(jìn)行跟蹤，確定盲人所在的位置。

二、GPS導(dǎo)航鞋的功能

1、導(dǎo)航功能

GPS導(dǎo)航鞋能夠提供出行路線規(guī)劃和導(dǎo)航，包括人工線路設(shè)計(jì)和自動(dòng)線路規(guī)劃。人工線路設(shè)計(jì)是根據(jù)自己的目的地設(shè)計(jì)起點(diǎn)、終點(diǎn)和途經(jīng)點(diǎn)等，自動(dòng)建立線路庫(kù)。自動(dòng)線路規(guī)劃是由確定起點(diǎn)和目的地，由系統(tǒng)按要求自動(dòng)設(shè)計(jì)最佳行駛路線，包括最快的路線、最簡(jiǎn)單的路線。GPS導(dǎo)航鞋還帶有語(yǔ)音導(dǎo)航功能。用語(yǔ)音提前向盲人提供路口轉(zhuǎn)向（如，前方20米處左轉(zhuǎn)），就像一個(gè)懂路的向?qū)ьI(lǐng)你到達(dá)目的地一樣。導(dǎo)航中最重要的一個(gè)功能，無(wú)需沿途觀看操作終端，設(shè)計(jì)思路很符合盲人的特點(diǎn)，最終通過語(yǔ)音提示就可以安全到達(dá)目的地。如果盲人沒有按規(guī)劃的線路行駛，或者走錯(cuò)路口時(shí)候，GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)會(huì)根據(jù)現(xiàn)在的位置，為盲人重新規(guī)劃一條新的到達(dá)目的地的線路。

2、移動(dòng)障礙物識(shí)別功能

GPS導(dǎo)航鞋是利用雷達(dá)來(lái)識(shí)別移動(dòng)中的障礙物的，它是通過利用無(wú)線電回波來(lái)探測(cè)目標(biāo)方向和距離。

測(cè)速雷達(dá)主要是利用多普勒效應(yīng)原理：當(dāng)目標(biāo)向雷達(dá)天線靠近時(shí)，反射信號(hào)頻率將高于發(fā)射機(jī)頻率；反之，當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線而去時(shí)，反射信號(hào)頻率將低于發(fā)射機(jī)率。如此即可借由頻率的改變數(shù)值，計(jì)算出目標(biāo)與雷達(dá)的相對(duì)速度。

激光測(cè)速器以測(cè)量紅外線光波傳送時(shí)間來(lái)決定速度。由于光速是固定，激光脈沖傳送到目標(biāo)再折返的時(shí)間會(huì)與距離成正比。以固定間隔發(fā)射兩個(gè)脈沖，即可測(cè)得兩個(gè)距離；將此二距離之差除以發(fā)射時(shí)間間隔即可得到目標(biāo)的速度。理論上，發(fā)射兩次脈沖即可量測(cè)速度；實(shí)際上，為避免錯(cuò)誤，一般激光測(cè)速器在瞬間發(fā)射高達(dá)七組的脈沖波，自以最小平方法求其平均值，去計(jì)算目標(biāo)速度。

這樣，在有車輛迎面駛來(lái)時(shí)，GPS導(dǎo)航鞋可以通過語(yǔ)音提示盲人，有效地保證了盲人穿過馬路的安全。

3、電腦遠(yuǎn)程跟蹤功能

GPS是個(gè)系統(tǒng)，只要在電腦上指定的網(wǎng)站平臺(tái)輸入GPS的用戶名和密碼，就能在電腦平臺(tái)的地圖里監(jiān)控到該GPS定位儀的位置。遠(yuǎn)程控制一般分客戶端(Client)和服務(wù)器端程序(Server)兩部分。在GPS導(dǎo)航鞋中，家里的電腦相當(dāng)于服務(wù)器，導(dǎo)航鞋中的GPS系統(tǒng)安有客戶端，使用時(shí)客戶端程序向電腦中的服務(wù)器端程序發(fā)出信號(hào)，建立一個(gè)特殊的遠(yuǎn)程服務(wù)，然后通過這個(gè)遠(yuǎn)程服務(wù)，使用各種遠(yuǎn)程控制功能發(fā)送遠(yuǎn)程控制命令。

在GPS導(dǎo)航鞋表面有一小型按鈕，當(dāng)盲人遇到突發(fā)事件時(shí)，通過按下按鈕求救。當(dāng)按下按鈕時(shí)，GPS導(dǎo)航鞋可向遠(yuǎn)程電腦服務(wù)器發(fā)出求救信號(hào)，家人根據(jù)電腦反射過來(lái)的信息，可即時(shí)給予援助。

三、盲人專用GPS導(dǎo)航鞋的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)分析

1、難以替代性

手機(jī)中的GPS導(dǎo)航地圖分為網(wǎng)上下載的地圖和手機(jī)自帶的地圖兩種。從網(wǎng)上下載的地圖一般更新速度極慢，不能匹配高速發(fā)展的道路狀況，難以引領(lǐng)正確的方向。利用手機(jī)自帶的地圖導(dǎo)航，一般準(zhǔn)確率較高，但價(jià)格不菲，在3000～5000元之間不等。

人行道上雖有專門劃定的黃色的盲道，但這些盲道通常被地?cái)傂∝溦加谩Ｗ钪匾氖?，盲人在單?dú)過馬路時(shí)，馬路上根本沒有盲道，對(duì)盲人穿過馬路的安全問題沒有起到切實(shí)的保障。

導(dǎo)盲犬在一定程度上起了引路作用，但由于導(dǎo)盲犬無(wú)法全角度識(shí)別迎面是否有車輛行駛來(lái)，因此在突發(fā)狀況下不能及時(shí)請(qǐng)求援助。

GPS手表體積小巧，但其感應(yīng)范圍僅在15米，難以保證較長(zhǎng)距離的出行。

GPS盲人導(dǎo)航儀是用來(lái)讓盲人朋友給導(dǎo)盲犬指路，讓它把自己帶往陌生的地方，擴(kuò)大自己的活動(dòng)范圍。可是，盲人還要同時(shí)帶上導(dǎo)盲犬，這種方法更復(fù)雜了。

盲人上路，方向全憑腳底感覺，因此，盲人迫切需要一種產(chǎn)品，既符合盲人的生理特點(diǎn)，又能夠切實(shí)保證他們的出行安全。

通過對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)存的幾種對(duì)盲人出行做出的保障措施或產(chǎn)品的分析，可以明顯看出，GPS導(dǎo)航鞋是難以替代的。

2、價(jià)格的普遍接受性

市場(chǎng)上普通的導(dǎo)航儀價(jià)格在400～2000元之間不等。這類導(dǎo)航儀主要是對(duì)行駛車輛提供導(dǎo)航作用，體積一般較大，并且?guī)в须娮庸泛推聊?，電子狗的功能是在不遠(yuǎn)處的紅綠處進(jìn)行照相測(cè)速，徒步出行完全不必要；盲人無(wú)法看見屏幕，屏幕的設(shè)計(jì)之于盲人是多此一舉。因此，可以省去部分普通的GPS導(dǎo)航儀的制作成本。所以，我們初步預(yù)計(jì)，GPS導(dǎo)航鞋的最高價(jià)格不會(huì)超過400元。這個(gè)價(jià)格，是普通工薪家庭可以接受的。

3、社會(huì)人員的需求性

我國(guó)現(xiàn)在大約有1700多萬(wàn)的盲人。是一類比較龐大的弱勢(shì)群體。他們迫切需要一種產(chǎn)品，能夠真正做到切實(shí)保證他們的出行安全。因此可以得出，GPS導(dǎo)航鞋的購(gòu)買力是相當(dāng)可觀的。

4、可應(yīng)用性

①導(dǎo)航的高靈敏性

GPS導(dǎo)航原理不僅適用于快速行駛的車輛，在盲人徒步出行的低速情況下，由于GPS導(dǎo)航的高靈敏性，導(dǎo)航鞋能準(zhǔn)確地起到引路作用。

②導(dǎo)航的高隱蔽性

GPS導(dǎo)航鞋的核心儀器體積微小，安放在鞋底部位，并且不增重鞋底負(fù)擔(dān)。出行時(shí)不用刻意攜帶，方便且不易遺失，高度隱蔽。

四、結(jié)論

全球定位系統(tǒng)GPS技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸和道路工程之中，但還沒有充分生活化，因此，很有必要更徹底全面的開發(fā)利用GPS在個(gè)人生活的重要作用。我們對(duì)于盲人專用GPS導(dǎo)航鞋的設(shè)計(jì)，既符合盲人以腳感知方向的生理特點(diǎn)，有效地保障了盲人的出行問題，也符合國(guó)家對(duì)保護(hù)弱勢(shì)群體的政策。從對(duì)GPS導(dǎo)航鞋的市場(chǎng)前景、功能特性中的分析中，我們可以得出GPS導(dǎo)航鞋設(shè)計(jì)的可行性和市場(chǎng)開發(fā)的必要性，勢(shì)必給商家和消費(fèi)者帶來(lái)巨大的利益。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.077