以智能盲杖為主體的盲人避障導航系統設計

劉會琪

摘要：我國盲人及視覺障礙人口眾多，城市交通路況復雜，對盲人出行帶來了巨大的困難。現以整個城市背景為前提，研究開發了一種新的盲人出行系統。系統采用RFID射頻識別技術進行導航，智能盲杖可以將分布于城市盲道下的電子標簽中所錄入的地理位置信息轉化為語音信息，通過耳機反饋給盲人，實現導航功能。盲杖利用超聲波測距技術來感知盲杖前方、及前方高處的障礙物信息，并將信息以聲音或者震動的形式，反饋給用戶。同時還具備定位、語音報時、陰暗處自動亮燈示警等功能。

關鍵詞：城市無障礙；障礙物檢測；RFID；盲杖

1 引言

根據世界衛生組織給的數據，2010年中國盲人數量824.8萬，低視力人群6727.4萬，視力殘疾者的數量是兩者的總和——7551.2萬。我國盲人數量眾多，城市路況也比較復雜。盲人的出行方式通常有盲杖出行，親友陪同出行，導盲犬導向出行和公交出行等幾種方式，其中以使用盲杖出行最為普遍，盲人出行的問題是一個不可忽視的社會問題。

以最普遍的盲人使用盲杖單獨出行為例，盲人出行時使用的普通盲杖多為鋁合金質地，盲人使用它的杖尖在地面上不斷敲擊，左右擺動探索，可盲人發現地面0.5米范圍以內的障礙物，杖體貼有反光膜，夜間可警示車輛避讓。普通盲杖輕盈、便攜、耐用、價格低廉，是視障患者出行的幫手。但是普通盲杖具有的缺點是：對于稍遠距離的障礙物及高空障礙物無法判斷位置，不能及時做出反應。

本文通過介紹射頻識別技術系統在當今社會中的應用，以及對當前我國的盲人道路指示系統的分析，結合當前社會盲人出行用具的分析，以及射頻識別技術的優點，提出基于射頻識別技術的盲人避障導航系統設計。

2 傳統盲人出行系統分析

城市中的視覺障礙人群的無障礙出行環境建設，在道路交通方面，主要涉及到城市廣場、非機動車道、過街天橋及過街地道、過街音響信號及公交站臺等。在建筑物場所方面，主要涉及到辦公及科研建筑、文化和商業建筑、觀演及交通建筑、醫療及學校建筑、公寓及飯店建筑、居住和園林建筑等。有關無障礙的主要設施和部位有：坡道、出入口、走廊、樓梯、電梯、扶手、輪椅席、廁所、浴室、安全抓桿、客房、廚房、服務臺、停車場車位、城市盲道、緣石坡道、旅游景點標志牌等。因此，無障礙環境的建設與改造，是一項涉及面廣的系統工程。

視力殘疾者在戶外單獨行進與活動時，最重要的問題是對環境的感知和方向上的判定。視障患者通常依靠觸覺、聽覺、嗅覺和較強的色彩對比來幫助其行動。當前我國的盲人無障礙出行設施主要有城市盲道、過街音響提示信號、盲文公交站牌等，但是當前我國的道路標示體系并沒有能夠給盲人出行提供太大的幫助。我國視覺障礙人群的無障礙道路體系還有很大的改造需求與提升空間。目前市場上的助盲器材的成型產品僅處于障礙物報警的初始水平，在實際使用時，對盲人出行的幫助極其有限，隨著電子科技的發展及城市道路環境的不斷復雜化，傳統的導盲杖及城市導盲系統已經遠遠不能滿足盲人的需要了，盲人出行困難重重。

3 系統概述

此盲人出行系統的設計主要基于射頻識別技術、超聲波測距技術及gps技術，旨在構建一個有效的輔助盲人出行的系統。系統由智能盲杖和安裝了錄入城市地理位置信息芯片的城市盲道組成。盲人出行系統的主要功能有導航、外部數據采集、語音提示、震動提示、智能提示燈、全球定位、一鍵警報、發送求救短信等。

智能盲杖的設計，以Arduino UNO單片機為核心，集成的模塊包括：RFID模塊，用于讀取盲道下方鋪設的電子標簽，射頻識別技術具有讀取速度快、不受覆蓋物影響、磨損影響小等特點，使系統的穩定性得到保證，增大盲人出行的安全性；超聲波測距模塊，系統采用超聲波傳感器的超聲波發射——接收時間差來測量人與障礙物之間的距離，在安全距離內對盲人進行語音或者震動提醒，警示使用者避讓障礙物，該系統通過采用兩個互成角度的超聲波模塊來監測盲杖前方及前方高處的障礙物，使盲人更加了解周圍的環境，起到避免安全隱患的作用；GPS定位模塊，用于對盲人的位置進行定位，當盲人不慎走失時，親人能通過定位芯片查詢到盲人的地理位置，方便家人尋找，為盲人的安全提供了保障；GSM模塊，用于實現一鍵警報功能，當盲人遇到危險或其他需要求助的情況時，按下警報鍵，智能盲杖會自動向預設號碼發送求救短信；智能盲杖還具有光敏控制的LED模塊，光敏電阻通過外界照度不同產生不同大小的電信號，控制LED燈的亮度。當盲人處于陰暗的環境時，盲杖上的LED燈自動亮起，以警示路人，當處于光亮環境時，LED燈熄滅，節省能源。

城市盲道的設計，即在交叉路口、紅綠燈路口、標志性建筑等交通的關鍵節點處，安置儲存有當前位置地理位置信息的電子標簽。在盲人行走的過程中，盲杖上的RFID模塊不斷的讀取到盲道內的地理位置標簽，盲人根據提供相應的語音提示，來決定行進方向，以起到導航的目的。

從理論上來說，RFID模塊距離盲道內的電子標簽位置越近越能讀取，但在沒有視覺的幫助下，盲人用盲杖對準的位置往往會有偏差，這對地理位置信息的讀取會造成影響。因此建議在盲道上設置指示前方設有電子標簽的引導磚，來提示盲人注意到前方是電子標簽處。

4結語

我國助盲出行問題的解決，一方面要學習國外與無障礙設施建設相關的經驗，可以借鑒國外現有的成熟的設計來改善盲人出行困難問題。另一方面，我國應當提高對弱勢群體的保障力度，發揮我們自己的創新意識，提出相應的解決對策來改善我國盲人出行的現狀。

本文粗略介紹了基于射頻識別技術、超聲波測距技術及gps技術的盲人輔助出行系統。近幾年，隨著RFID技術的推廣應用.中國RFID的市場規模呈現出良好的發展態勢。中國的RFID應用主要集中在中低頻領域（工作頻率小于30MHz），在身份識別、安全門禁、電子購票、交通等領域得到了一定規模的應用。現今，物聯網高速發展，利用 RFID將道路信息進行規范化管理更能提高道路的使用價值，系統建設成本也因射頻識別技術的廣泛應用而降低，有良好的發展前景。

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