基于互聯(lián)網(wǎng)的智慧盲道導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張展浩,劉昊杰,文浩然,劉 澤,米子辰,代 洋

(西安交通工程學(xué)院,西安 710300)

0 引言

殘疾人是需要被關(guān)注的特殊群體,盲人在殘疾人群中占比較大。盲道等基礎(chǔ)設(shè)施是無(wú)障礙環(huán)境的重要內(nèi)容,可有效保障盲人群體的日常出行和生活。但由于盲道基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后及管理不規(guī)范等,城市盲道常見(jiàn)地磚脫落碎裂、被汽車雜物占道等情況,影響了盲人群體的出行,威脅其生命健康安全。隨著大數(shù)據(jù)和智能化技術(shù)的不斷發(fā)展,人們的生活方式不斷優(yōu)化,生活品質(zhì)要求越來(lái)越高。為提升社會(huì)整體的幸福感,應(yīng)將更多視野和關(guān)注聚焦于盲人等特殊群體,用技術(shù)提升盲人的生活質(zhì)量。近年來(lái),各類智能軟件等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展,為盲人出行提供了新思路和方法,特別是對(duì)盲人出行所使用的輔助工具-盲杖不斷進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新[1]。智慧盲道導(dǎo)航系統(tǒng)利用現(xiàn)有的城市盲道和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),通過(guò)盲道導(dǎo)航系統(tǒng)和智能盲杖的匹配,全面提高盲人的出行安全性和便捷性。本研究分析了智慧盲道導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容和基本流程,為未來(lái)智慧盲道的發(fā)展提出相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 智能盲杖的設(shè)計(jì)和功能

智慧盲道導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ),通過(guò)在盲道中置入專用芯片獲取導(dǎo)航信息,將盲道與智能盲杖相匹配。盲杖端安裝辨識(shí)器系統(tǒng),當(dāng)識(shí)別器識(shí)別到智慧盲道芯片時(shí),將道路信息通過(guò)盲人專用佩戴耳機(jī)進(jìn)行提示,實(shí)現(xiàn)盲道路況信息傳輸和語(yǔ)音提示,保障盲人外出行走的安全。

智慧盲道導(dǎo)航系統(tǒng)由盲道、盲杖、導(dǎo)航系統(tǒng)等部分組成。其中,智能盲杖作為盲人出行的眼睛,在整個(gè)設(shè)計(jì)中起到關(guān)鍵的作用。智能盲杖系統(tǒng)應(yīng)從識(shí)別盲道、語(yǔ)音導(dǎo)航、障礙物躲避、無(wú)線尋杖、緊急呼救、后臺(tái)管理等功能進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)[2]。識(shí)別盲道通過(guò)在盲杖端安裝攝像頭進(jìn)行盲道識(shí)別,對(duì)城市盲道進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集,利用圖像算法進(jìn)行道路識(shí)別,為盲人提供精準(zhǔn)的導(dǎo)航服務(wù)。語(yǔ)音導(dǎo)航功能利用Wifi和導(dǎo)航定位系統(tǒng),通過(guò)城市盲道地圖信息進(jìn)行搜索和路線規(guī)劃,搭配識(shí)別盲道功能模塊,為盲人推薦出行計(jì)劃路線,當(dāng)超出或偏離智能盲道范圍時(shí),盲杖會(huì)發(fā)起震動(dòng),以便及時(shí)糾正錯(cuò)誤路線。障礙物躲避功能通過(guò)超聲波實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)前方障礙物情況,通過(guò)距離測(cè)量分別在20 m、10 m、5 m、3 m和1 m等距離利用藍(lán)牙耳機(jī)進(jìn)行播報(bào)提示,提醒盲道路況,保障出行安全。無(wú)線尋杖功能應(yīng)用于盲人對(duì)盲杖的尋找,通過(guò)隨身攜帶的遙控器對(duì)盲杖進(jìn)行控制,使盲杖通過(guò)蜂鳴器發(fā)出提示音,根據(jù)聲音方向辨別盲杖位置。緊急呼救功能可保障盲人的生命安全,在緊急特殊的危險(xiǎn)情況下通過(guò)GSM系統(tǒng)與緊急聯(lián)系人取得聯(lián)系,溝通現(xiàn)場(chǎng)狀況和實(shí)時(shí)位置。后臺(tái)管理功能對(duì)盲杖功能和系統(tǒng)進(jìn)行管理,包括盲杖使用的實(shí)時(shí)狀態(tài)、功能障礙等情況,為監(jiān)護(hù)人提供盲人的實(shí)時(shí)位置及路線軌跡。智能盲杖還應(yīng)開(kāi)發(fā)常用地址導(dǎo)入及數(shù)據(jù)查詢等功能,為盲人出行提供安全保障。

表1 智能導(dǎo)航盲杖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

2 智能盲道的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智慧盲道導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)離不開(kāi)盲道設(shè)施的優(yōu)化完善,目前,各城市道路交通雖已進(jìn)行盲道建設(shè),但仍存在盲道地磚脫落及汽車占道等問(wèn)題,增加了安全隱患。因此,智能盲道的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)從盲道基礎(chǔ)設(shè)施出發(fā)進(jìn)行改善,重修或完善某些不合理盲道,解決相鄰兩條路段上盲道設(shè)施缺乏銜接、新建道路與原有道路之間盲道設(shè)施銜接不足及井蓋、路障、車輛占用盲道等問(wèn)題。智能盲道設(shè)計(jì)離不開(kāi)大數(shù)據(jù)、智能化等技術(shù)的支持,具體內(nèi)容如表2所示,包括定位導(dǎo)航、障礙物占道、安全提示等功能。其中,定位導(dǎo)航需間隔一段距離,在盲道提示磚中嵌入引導(dǎo)芯片,結(jié)合GPS定位系統(tǒng)引導(dǎo)盲人出行。智能盲杖上需安裝相應(yīng)的傳感器,通過(guò)盲道和盲杖的匹配使用提高盲人出行安全性。在盲道地磚內(nèi)安排壓強(qiáng)檢測(cè)系統(tǒng),針對(duì)障礙物長(zhǎng)時(shí)間占用盲道的情況,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將進(jìn)行震動(dòng)和語(yǔ)音提示,請(qǐng)求盡快將盲道交通恢復(fù)正常,將障礙物占道等信息及時(shí)反饋至相關(guān)部門,要求在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行整改,恢復(fù)盲道的正常通行。安全提示功能為盲道地磚芯片設(shè)置智能開(kāi)關(guān),當(dāng)盲道被車輛等其他障礙物壓覆時(shí),被覆蓋的芯片將會(huì)自動(dòng)識(shí)別信息,利用盲杖和盲道的交互匹配將信息通過(guò)耳機(jī)傳遞給盲人,放大聲音感官,利用盲道語(yǔ)音功能驅(qū)離盲道上的車輛和其他障礙物[3]。

表2 智能盲道的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3 智慧盲道導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

智慧盲道導(dǎo)航系統(tǒng)是以智能盲杖和智能盲道為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),包括各項(xiàng)硬件設(shè)備和軟件技術(shù)。其中,硬件設(shè)備包括智能盲杖感應(yīng)、藍(lán)牙耳機(jī)設(shè)備連接,通過(guò)超聲波技術(shù)判斷盲道前方障礙物的距離,實(shí)時(shí)對(duì)盲道路線進(jìn)行更新和震動(dòng)提示。盲道導(dǎo)航軟件系統(tǒng)主要由導(dǎo)航、智能語(yǔ)音、通信交流等模塊構(gòu)成,將導(dǎo)航系統(tǒng)與智能語(yǔ)音模塊相結(jié)合,根據(jù)目的地自動(dòng)連接地圖導(dǎo)航,通過(guò)定位數(shù)據(jù)交互和語(yǔ)音提示實(shí)現(xiàn)盲道智能路線規(guī)劃。智能語(yǔ)音系統(tǒng)將承擔(dān)眼睛的作用,通過(guò)智能盲杖和盲道的感應(yīng),利用智能語(yǔ)音系統(tǒng)進(jìn)行路線提示,有效放大聲音的引導(dǎo)作用。智慧盲道導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置震動(dòng)提示,對(duì)可能發(fā)生的危險(xiǎn)情況進(jìn)行預(yù)警,通過(guò)振動(dòng)強(qiáng)度和振動(dòng)頻率實(shí)現(xiàn)不同危險(xiǎn)等級(jí)的口令提示,保障盲道通行安全[4]。

為有效保障盲人在不同時(shí)段的出行安全,智慧盲道導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)時(shí)間設(shè)定相應(yīng)的系統(tǒng)策略,圖1是智慧盲道導(dǎo)航系統(tǒng)根據(jù)白天和夜晚設(shè)計(jì)的內(nèi)容,通過(guò)光敏傳感器對(duì)白天和夜晚的光照進(jìn)行感應(yīng),當(dāng)光線強(qiáng)度高于設(shè)定閾值時(shí)啟動(dòng)白日系統(tǒng)策略,盲杖和盲道芯片之間實(shí)現(xiàn)交互感應(yīng),通過(guò)設(shè)置目的地自動(dòng)進(jìn)行分段導(dǎo)航和藍(lán)牙語(yǔ)音提示。當(dāng)光線強(qiáng)度低于設(shè)置閾值時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)夜晚系統(tǒng)策略,在白天分段導(dǎo)航和藍(lán)牙語(yǔ)音提示的基礎(chǔ)上增添照明保護(hù)功能,點(diǎn)亮智能盲杖自帶的LED燈光,雖然并不能真正起到為盲人照亮前進(jìn)道路的作用,但可通過(guò)燈光提示道路兩旁的行人和車輛,間接達(dá)到保護(hù)盲人夜間出行安全的效果[5-6]。

圖1 智慧盲道導(dǎo)航系統(tǒng)早晚設(shè)計(jì)策略Fig.1 Day and night design strategy of intelligent blind navigation system

4 結(jié)束語(yǔ)

為有效保障盲人群體的生命健康安全,打造無(wú)障礙盲人通行系統(tǒng),以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ),通過(guò)分析智能盲杖和智能盲道的基本情況,對(duì)智慧盲道導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。智慧盲道導(dǎo)航系統(tǒng)主要由盲杖、盲道、導(dǎo)航系統(tǒng)等部分組成。智慧盲杖可分為識(shí)別盲道、語(yǔ)音導(dǎo)航、障礙物躲避、無(wú)線尋杖、緊急呼救、后臺(tái)管理等功能。智能盲道設(shè)計(jì)利用大數(shù)據(jù)、智能化等技術(shù),通過(guò)內(nèi)置芯片和感應(yīng)器實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航、障礙物占道、安全提示等功能。智慧盲道導(dǎo)航系統(tǒng)以智能盲杖和智能盲道的感應(yīng)交互為基礎(chǔ),通過(guò)盲杖、藍(lán)牙設(shè)備等硬件設(shè)計(jì)和導(dǎo)航、語(yǔ)音、通信等軟件設(shè)計(jì),采用光敏傳感器進(jìn)行白天與夜晚的分時(shí)段照明優(yōu)化,有效保障盲人群體的出行安全。