盲人專用GPS導航鞋的設計

陳步華 李娣 西安電子科技大學

盲人專用GPS導航鞋的設計

陳步華 李娣 西安電子科技大學

文章介紹了全球衛星定位系統GPS 的基本原理，著重介紹了GPS 導航鞋的功能和市場前景，GPS導航鞋的設計，既符合盲人以腳感知方向的生理特點，為保障盲人這類弱勢群體的出行安全起到重要作用。

GPS原理；GPS應用的發展狀況；GPS導航鞋的市場前景；功能特性

引言

隨著我國經濟的發展和社會人文素養的提高，社會對弱勢群體的關注程度也越來越高。如何保障社會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令人關注的焦點問題。因此，我們有必要設計研發出一種保障盲人出行以及人身安全的產品。利用衛星定位系統GPS定位技術，我們構想，設計一種關于盲人專用GPS導航鞋。雖然，市場上還沒有成形的這類產品，然而一旦出現，相信很快能形成產業趨勢，并且應用前景十分廣闊。

一、GPS系統原理簡介和盲人專用GPS導航鞋中GPS的應用

1.GPS 系統原理簡介

GPS 是Global Position System 縮寫，即全球衛星定位系統。它是由空間衛星、地面監控和用戶接收等三大部分組成。GPS通過接收衛星信號，進行數據分析和處理，來幫助用戶準確定位當前位置和計算既定的目的地行程。

2、盲人專用GPS導航鞋中GPS的應用

這項產品的核心部件是一個4*3平方厘米的小型導航儀。它內含于鞋底部位。這種特種鞋主要有三種功能。其一，幫助用戶準確定位當前位置，并且根據既定的目的地計算行程。其二，識別來往車輛。利用雷達紅外感應，到一定距離的時候，感應出附近范圍內迎面駛來的車輛。其三，將產品通過遠程與電腦連接。在盲人的單獨出行中，家人能通過電腦進行跟蹤，確定盲人所在的位置。

二、GPS導航鞋的功能

1、導航功能

GPS導航鞋能夠提供出行路線規劃和導航，包括人工線路設計和自動線路規劃。人工線路設計是根據自己的目的地設計起點、終點和途經點等，自動建立線路庫。自動線路規劃是由確定起點和目的地，由系統按要求自動設計最佳行駛路線，包括最快的路線、最簡單的路線。GPS導航鞋還帶有語音導航功能。用語音提前向盲人提供路口轉向（如，前方20米處左轉），就像一個懂路的向導帶領你到達目的地一樣。導航中最重要的一個功能，無需沿途觀看操作終端，設計思路很符合盲人的特點，最終通過語音提示就可以安全到達目的地。如果盲人沒有按規劃的線路行駛，或者走錯路口時候，GPS 導航系統會根據現在的位置，為盲人重新規劃一條新的到達目的地的線路。

2、移動障礙物識別功能

GPS導航鞋是利用雷達來識別移動中的障礙物的，它是通過利用無線電回波來探測目標方向和距離。

測速雷達主要是利用多普勒效應原理：當目標向雷達天線靠近時，反射信號頻率將高于發射機頻率；反之，當目標遠離天線而去時，反射信號頻率將低于發射機率。如此即可借由頻率的改變數值，計算出目標與雷達的相對速度。

激光測速器以測量紅外線光波傳送時間來決定速度。由于光速是固定，激光脈沖傳送到目標再折返的時間會與距離成正比。以固定間隔發射兩個脈沖，即可測得兩個距離；將此二距離之差除以發射時間間隔即可得到目標的速度。理論上，發射兩次脈沖即可量測速度；實際上，為避免錯誤，一般激光測速器在瞬間發射高達七組的脈沖波，自以最小平方法求其平均值，去計算目標速度。

這樣，在有車輛迎面駛來時，GPS導航鞋可以通過語音提示盲人，有效地保證了盲人穿過馬路的安全。

3、電腦遠程跟蹤功能

GPS是個系統，只要在電腦上指定的網站平臺輸入GPS的用戶名和密碼，就能在電腦平臺的地圖里監控到該GPS定位儀的位置。遠程控制一般分客戶端(Client)和服務器端程序(Server)兩部分。在GPS導航鞋中，家里的電腦相當于服務器，導航鞋中的GPS系統安有客戶端，使用時客戶端程序向電腦中的服務器端程序發出信號，建立一個特殊的遠程服務，然后通過這個遠程服務，使用各種遠程控制功能發送遠程控制命令。

在GPS導航鞋表面有一小型按鈕，當盲人遇到突發事件時，通過按下按鈕求救。當按下按鈕時，GPS導航鞋可向遠程電腦服務器發出求救信號，家人根據電腦反射過來的信息，可即時給予援助。

三、盲人專用GPS導航鞋的市場優勢分析

1、難以替代性

手機中的GPS導航地圖分為網上下載的地圖和手機自帶的地圖兩種。從網上下載的地圖一般更新速度極慢，不能匹配高速發展的道路狀況，難以引領正確的方向。利用手機自帶的地圖導航，一般準確率較高，但價格不菲，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攤小販占用。最重要的是，盲人在單獨過馬路時，馬路上根本沒有盲道，對盲人穿過馬路的安全問題沒有起到切實的保障。

導盲犬在一定程度上起了引路作用，但由于導盲犬無法全角度識別迎面是否有車輛行駛來，因此在突發狀況下不能及時請求援助。

GPS手表體積小巧，但其感應范圍僅在15米，難以保證較長距離的出行。

GPS盲人導航儀是用來讓盲人朋友給導盲犬指路，讓它把自己帶往陌生的地方，擴大自己的活動范圍?？墒?，盲人還要同時帶上導盲犬，這種方法更復雜了。

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

通過對市場上現存的幾種對盲人出行做出的保障措施或產品的分析，可以明顯看出，GPS導航鞋是難以替代的。

2、價格的普遍接受性

市場上普通的導航儀價格在400～2000元之間不等。這類導航儀主要是對行駛車輛提供導航作用，體積一般較大，并且帶有電子狗和屏幕，電子狗的功能是在不遠處的紅綠處進行照相測速，徒步出行完全不必要；盲人無法看見屏幕，屏幕的設計之于盲人是多此一舉。因此，可以省去部分普通的GPS導航儀的制作成本。所以，我們初步預計，GPS導航鞋的最高價格不會超過400元。這個價格，是普通工薪家庭可以接受的。

3、社會人員的需求性

我國現在大約有1700多萬的盲人。是一類比較龐大的弱勢群體。他們迫切需要一種產品，能夠真正做到切實保證他們的出行安全。因此可以得出，GPS導航鞋的購買力是相當可觀的。

4、可應用性

①導航的高靈敏性

GPS導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導航的高靈敏性，導航鞋能準確地起到引路作用。

②導航的高隱蔽性

GPS導航鞋的核心儀器體積微小，安放在鞋底部位，并且不增重鞋底負擔。出行時不用刻意攜帶，方便且不易遺失，高度隱蔽。

四、結論

全球定位系統GPS技術已經廣泛應用于交通運輸和道路工程之中，但還沒有充分生活化，因此，很有必要更徹底全面的開發利用GPS在個人生活的重要作用。我們對于盲人專用GPS導航鞋的設計，既符合盲人以腳感知方向的生理特點，有效地保障了盲人的出行問題，也符合國家對保護弱勢群體的政策。從對GPS導航鞋的市場前景、功能特性中的分析中，我們可以得出GPS導航鞋設計的可行性和市場開發的必要性，勢必給商家和消費者帶來巨大的利益。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.077