“引路者”紅外線-熱成像智能導(dǎo)盲杖

孫小涵 徐婷

上海健康醫(yī)學(xué)院護理與健康管理學(xué)院

隨著科技的發(fā)展智能產(chǎn)品也在市場上嶄露頭角，智能導(dǎo)盲杖的出現(xiàn)無疑是對視障人士群體的一個好消息。然而現(xiàn)在市場上出售的智能導(dǎo)盲杖，功能大多只有電臺廣播與手電筒功能，提供一些娛樂功能和夜間警示功能。先進一些智能導(dǎo)盲杖會具備障礙物提醒功能，但不具備障礙物區(qū)分功能從而導(dǎo)致過多提醒信息影響使用，視障人士往往會因為受到過多的信息而無法處理，導(dǎo)致使用時更加緊張。而本產(chǎn)品在基本功能的基礎(chǔ)上增加了兩項新功能：（1）利用紅外線感應(yīng)技術(shù)感應(yīng)區(qū)域內(nèi)的障礙物并做出提示，利用熱成像感應(yīng)技術(shù)區(qū)別行人與障礙物，做到信息的過濾。（2）增設(shè)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，提供實時定位和根據(jù)盲道而設(shè)立的導(dǎo)航路線，為使用者提供準確安全的路線以及意外呼叫救援。

一、研究目的

視障人士能否利用一個強大性能的設(shè)備使自己完成安全出行這一問題促使本研究團隊萌發(fā)智能導(dǎo)盲杖設(shè)計動機，將科技與導(dǎo)盲杖結(jié)合，強化導(dǎo)盲杖性能，為視障人士的安全出現(xiàn)帶來更好的保障。

二、研究設(shè)計

（一）導(dǎo)盲杖結(jié)構(gòu)

1.把手

智能導(dǎo)盲杖把手采用雙層結(jié)構(gòu)、防滑設(shè)計（圖1）。下層把手契合各類人的手型，可以提高握持的舒適度，上層把手起到保護作用的同時還增添了功能按鍵。把手可以超過270°的旋轉(zhuǎn)，既可以實現(xiàn)傳統(tǒng)的直桿式用法，也可以根據(jù)使用者的習(xí)慣來旋轉(zhuǎn)至一個合適的角度。下層的握把處安裝了三個獨立震動模塊，可以讓使用者精確判斷障礙物的位置。上層握把包含語音提示的揚聲器大小開關(guān)、加熱裝置按鈕，報警以及定位發(fā)送按鈕。

2.杖身

杖身采用鋁合金材料，保證導(dǎo)盲杖的堅固與輕便共存的特點。杖身的涂料采用傳統(tǒng)的紅白相間設(shè)計，添加3M反光貼，在夜晚出行使用時能夠給遠處行使的車輛予以提醒。杖身底部搭配可替換式PU防滑墊，摩擦力大可以有效防止使用時打滑，并且在使用久后可以替換防滑墊。杖身內(nèi)部的紅外線加熱成像感應(yīng)使本產(chǎn)品的可靠防誤裝系統(tǒng)，紅外線感應(yīng)前方距離內(nèi)的障礙物，熱成像感應(yīng)可根據(jù)所識別物體的溫度來區(qū)別是行人還是障礙物，避免過多的障礙信息，影響盲人的行動。杖身采用折疊式設(shè)計，折疊處有橡膠包膠保護，每一塊感應(yīng)元件都能夠很好的被保護起來，維持較長的使用壽命。

圖1 “引路者”紅外線—熱成像智能導(dǎo)盲杖把手

（二）導(dǎo)盲杖防誤撞系統(tǒng)設(shè)計

1.感應(yīng)技術(shù)

杖身、手柄轉(zhuǎn)輪關(guān)節(jié)處共安裝兩個傳感器模塊，手柄處的傳感器模塊中帶有熱成像功能，可以自動在立體扇形區(qū)域內(nèi)區(qū)分行人與障礙物，杖身設(shè)有向上與向前的感應(yīng)器，可以識別使用者頭部高度的障礙物與使用者面前的障礙物。且每一個感應(yīng)器皆采用陀螺儀設(shè)計，能夠始終保證設(shè)定好的探測范圍以及角度不發(fā)生太多變化（圖2）。

圖2 “引路者”紅外線—熱成像智能導(dǎo)盲杖導(dǎo)防誤撞系統(tǒng)設(shè)計

（1）紅外線感應(yīng)技術(shù)

紅外線感應(yīng)技術(shù)依靠內(nèi)置的激光紅外線測距儀，本產(chǎn)品分為上下兩個組塊，上部的測距儀位于把手旋轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)的下方以及杖底上40cm處，上組塊可以測得當(dāng)前組塊上1～2m的距離，下組塊可以測得距離盲人正前方180°扇形7米外的障礙物，可以配合語音系統(tǒng)給予由輕到重的音量變化，由弱至強的震動反饋。

（2）熱成像感應(yīng)技術(shù)

熱成像感應(yīng)技術(shù)在國內(nèi)運用的其實不算少，將此技術(shù)應(yīng)用在導(dǎo)盲杖的產(chǎn)品是為了能夠在普通障礙物與人之間起到一個區(qū)分的作用。本產(chǎn)品將設(shè)定一個溫度區(qū)間在33℃至38℃的范圍內(nèi)，利用感應(yīng)元件將此溫度區(qū)間設(shè)置為不用提醒，因為人體的溫度主要是在這一區(qū)間內(nèi)，這樣可以最大程度的避免不必要的提醒，起到較好的信息的過濾。

2.模塊震動與語音播報提醒系統(tǒng)

震動模塊安置在握把之上，震動強度設(shè)立了三個強度大小，震動的強度會根據(jù)前方障礙物的距離7米→4米→1米而逐漸增強，給予使用者更加準確直觀的感知。語音播報分為揚聲器與內(nèi)置藍牙耳機。揚聲器的提醒音為路人設(shè)計，行人可能存在低頭看手機而沒有注意到迎面走來的是一位視障人士，從而發(fā)生誤撞的情況，揚聲器可以在接近1米時發(fā)出語音提示。

（三）GPS定位系統(tǒng)

1.目的地導(dǎo)航系統(tǒng)

本產(chǎn)品的目的地導(dǎo)航系統(tǒng)需要搭配藍牙耳機使用，使用者可以通過語音指令來輸入想要到達的目的地，地圖導(dǎo)航系統(tǒng)將會根據(jù)當(dāng)前的道路實況選擇出最安全的一條道路來為使用者提供一個語音引導(dǎo)，本產(chǎn)品的導(dǎo)航地圖預(yù)期與谷歌地圖合作，提高路線的精確度與路況的真實性。

2.實時位置共享

本產(chǎn)品會以1分鐘/次的頻率上傳當(dāng)前的位置，每個導(dǎo)盲杖都會有自己的獨立編號，所有的實時位置信息將會被記錄在后臺，在導(dǎo)盲杖有嚴重損壞或者受到劇烈撞擊的時候便會發(fā)送警報，警報的信息會第一時間由后臺接受并聯(lián)系到附近的救援機構(gòu)。

三、結(jié)論

本項目所研發(fā)的“引路者”紅外線-熱成像智能導(dǎo)盲杖，創(chuàng)新點與特殊點在于對熱成像技術(shù)和GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用。熱成像技術(shù)的應(yīng)用可以使得導(dǎo)盲杖在對前方障礙物信息的判斷中有一個濾過的作用，避免過多的提示，給予使用者在信息的處理上有足夠的反應(yīng)時間；GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用對使用者的出行增加了更多目的地選擇的可能與行路過程中的準確性。傳統(tǒng)的杖身外貌與手感設(shè)計，全新的智能科技系統(tǒng)，兩者結(jié)合為盲人帶來更多的便利。