師晨輝

摘 要：隨著第三代北斗衛(wèi)星的升空，我國已進(jìn)入了北斗衛(wèi)星系統(tǒng)全球組網(wǎng)階段，北斗定位技術(shù)在全社會(huì)已有廣泛的應(yīng)用。由于社會(huì)的快速發(fā)展，盲人外出的路況也變得更加復(fù)雜，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與GIS技術(shù)發(fā)展勢頭越發(fā)強(qiáng)勁，因此有必要為盲人群體開發(fā)一套全新的導(dǎo)盲系統(tǒng)。該導(dǎo)盲系統(tǒng)基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，但與傳統(tǒng)的導(dǎo)盲儀不同，該系統(tǒng)采用后臺(tái)GIS云服務(wù)器和前端導(dǎo)盲儀的整體結(jié)構(gòu)以及雙向通訊方式，同時(shí)結(jié)合地理信息系統(tǒng)和空間大數(shù)據(jù)，利用人工智能和深度學(xué)習(xí)算法，使導(dǎo)盲更加精準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星系統(tǒng)；GIS云；空間大數(shù)據(jù)；導(dǎo)盲

1引言

中國是全世界盲人最多的國家之一。據(jù)我國2010年人口普查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全國的視力殘疾者一共有1263萬人，盲人約有500萬人[1]。目前，國內(nèi)外已有部分導(dǎo)盲產(chǎn)品進(jìn)入市場。例：新西蘭的電子導(dǎo)盲犬、加拿大的聲波拐杖和中國的導(dǎo)盲犬[2]。但盲人的出行仍然受到很大的限制。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）是我國自主研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。GIS分析工具與北斗系統(tǒng)緊密結(jié)合，將其應(yīng)用到導(dǎo)盲領(lǐng)域，可發(fā)揮重要作用。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該導(dǎo)盲系統(tǒng)是基于北斗系統(tǒng)和GIS云的嵌入式系統(tǒng)，具有高速度的并行處理能力，由前端導(dǎo)盲儀和后端GIS云服務(wù)器構(gòu)成。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。導(dǎo)盲儀為具有導(dǎo)盲功能的電子手環(huán)。GIS云服務(wù)器由相關(guān)人員進(jìn)行管理，系統(tǒng)以方便盲人行動(dòng)為目標(biāo)，考慮盲人這一群體的特征，將系統(tǒng)功能分為四大模塊，包括地圖導(dǎo)航模塊、障礙識(shí)別模塊、預(yù)警報(bào)警模塊和信息模塊[3]。

3 模塊功能實(shí)現(xiàn)

3.1 地圖導(dǎo)航模塊

該模塊基于高精細(xì)地圖和時(shí)空大數(shù)據(jù)，要求數(shù)據(jù)的精細(xì)程度應(yīng)達(dá)到分米級(jí)，以達(dá)到對特殊人群用戶進(jìn)行精準(zhǔn)導(dǎo)航的目的。

用戶啟動(dòng)模塊時(shí)應(yīng)對準(zhǔn)麥克風(fēng)，輸入語音指令（如“開始導(dǎo)航”），導(dǎo)盲儀將指令傳輸給后臺(tái)服務(wù)器，后臺(tái)服務(wù)器啟動(dòng)地圖導(dǎo)航模塊，啟動(dòng)該模塊的同時(shí)障礙識(shí)別模塊也一起啟動(dòng)，以確保用戶的出行安全。此時(shí)前端北斗信號(hào)接收裝置開始工作來接收北斗定位衛(wèi)星信號(hào)，然后將位置數(shù)據(jù)傳輸給服務(wù)器。

用戶根據(jù)語音提示通過語音輸入目的地，服務(wù)器接收目的地名在地圖上標(biāo)注，考慮到盲人出行的特殊性，需要在路徑規(guī)劃算法中加入限制條件，如盲人道優(yōu)先，禁止在機(jī)動(dòng)車道上活動(dòng)，過馬路時(shí)經(jīng)過斑馬線上等等。服務(wù)器根據(jù)用戶當(dāng)前位置和目的地進(jìn)行路徑規(guī)劃，并實(shí)時(shí)向前端導(dǎo)盲儀傳輸導(dǎo)航報(bào)文，導(dǎo)盲儀對報(bào)文進(jìn)行語音合成引導(dǎo)用戶前行，協(xié)同障礙識(shí)別模塊，盡可能地確保用戶的安全。

當(dāng)前方即將拐彎時(shí)，導(dǎo)盲儀會(huì)隔幾秒播報(bào)一下離拐彎出的距離，直至用戶開始拐彎。

在即將通過紅綠燈時(shí)，服務(wù)器根據(jù)用戶當(dāng)前的位置和紅綠燈的位置，在地圖上量測出距紅綠燈的距離，并通過導(dǎo)盲儀進(jìn)行語音提示。考慮到紅綠燈有等待的時(shí)間，我們可以通過長期的車輛移動(dòng)大數(shù)據(jù)來計(jì)算出車輛移動(dòng)的時(shí)間和車輛等待的時(shí)間，從而得出紅燈的等待時(shí)間和綠燈的通行時(shí)間以及紅燈變?yōu)榫G燈的時(shí)刻和綠燈變成紅燈的時(shí)刻，通過分析該十字路口處實(shí)時(shí)的車輛移動(dòng)大數(shù)據(jù)可以得出車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，從而得出此刻紅綠燈的狀態(tài)。這樣再根據(jù)盲人通常情況下通過紅綠燈的時(shí)間來判斷是否通過該十字路口。

3.2 障礙識(shí)別模塊

本文利用超聲波測距、避障技術(shù)對盲人的前方、上方和下方進(jìn)行障礙識(shí)別，可以很好地幫助盲人感知障礙的位置，并實(shí)現(xiàn)防踩空。相比其他的測距、避障技術(shù)，超聲波的傳播不受磁場、光線和色彩的影響[4]。

超聲波探測器探測的障礙類型包括前方的阻擋物、上方的懸掛物和路面上的深坑，探測范圍為用戶前方5米開角為45度的空間，當(dāng)其測得該范圍內(nèi)有障礙時(shí)，導(dǎo)盲儀會(huì)識(shí)別障礙的類型，確定障礙的距離和方位，并將障礙的類型、距離和方位發(fā)送給服務(wù)器，服務(wù)器通過計(jì)算將障礙標(biāo)注在地圖上?？紤]到障礙有一定的形狀大小，服務(wù)器以用戶的位置為圓心做一個(gè)半徑為2米的緩沖區(qū)，緩沖區(qū)隨用戶位置的移動(dòng)而移動(dòng)，直至用戶通過障礙。服務(wù)器根據(jù)緩沖區(qū)、障礙的位置和障礙的類型生成障礙繞行方案，要求障礙點(diǎn)不能在緩沖區(qū)內(nèi)，服務(wù)器將繞行結(jié)果返回給導(dǎo)盲儀以進(jìn)行播報(bào)，引導(dǎo)用戶安全通過障礙。服務(wù)器將該障礙進(jìn)行編輯和編碼存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，以便以后使用。

3.3 預(yù)警報(bào)警模塊

為使跌倒報(bào)警功能不影響盲人的正常動(dòng)作，選取人體運(yùn)動(dòng)的加速度信息和角速度信息作為跌倒?fàn)顟B(tài)的判別依據(jù)。加速度信息可以通過三軸加速度傳感器測定，角速度信息可以通過雙軸陀螺儀測定。

當(dāng)盲人正常行走時(shí)，加速度呈周期性變化，但發(fā)生跌倒時(shí)，加速度和俯仰角都會(huì)發(fā)生明顯的變化。經(jīng)一些學(xué)者的相關(guān)研究證明，人體無論朝向哪個(gè)方向發(fā)生跌倒，加速度和俯仰角都會(huì)有較大范圍的變化[5]。導(dǎo)盲儀檢測到盲人摔倒后，會(huì)以語音提示“檢測到您已摔倒，是否將您摔倒的時(shí)間和位置發(fā)送給家人”，導(dǎo)盲手環(huán)上有終止信息發(fā)送的按鍵，若用戶在一分鐘以內(nèi)按此鍵，說明用戶摔倒后無大事，否則說明用戶摔傷嚴(yán)重，導(dǎo)盲手環(huán)會(huì)自動(dòng)以鳴笛的形式發(fā)出求助信號(hào)，并通過內(nèi)置的通訊卡，將盲人摔倒的時(shí)間和位置信息以短信的方式發(fā)送給家人。

3.4 盲人信息識(shí)別模塊

本文考慮到盲人自身的特殊性，在導(dǎo)盲儀上增加個(gè)人信息模塊。該模塊功能由一個(gè)二維碼實(shí)現(xiàn)。當(dāng)盲人遇到突發(fā)狀況或處于某種危險(xiǎn)，無意識(shí)的情況下，他人通過掃描導(dǎo)盲儀上面的二維碼可以獲取到盲人的姓名、家庭住址、家人聯(lián)系方式等個(gè)人信息，進(jìn)而向盲人提供幫助。

4 結(jié)語

本文對設(shè)計(jì)的導(dǎo)盲系統(tǒng)從系統(tǒng)構(gòu)成和具備的功能兩個(gè)方面進(jìn)行了闡述，考慮了諸多安全因素。系統(tǒng)將先進(jìn)的GIS空間分析技術(shù)和北斗定位技術(shù)應(yīng)用于解決盲人出行問題，將導(dǎo)盲儀制作成電子手環(huán)形式。導(dǎo)盲儀的功能多樣，攜帶方便，性價(jià)比高。相信本系統(tǒng)對提升盲人的生活質(zhì)量和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用推廣有著重要的意義和價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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