基于互聯網的智慧盲道導航系統的設計

張展浩,劉昊杰,文浩然,劉 澤,米子辰,代 洋

(西安交通工程學院,西安 710300)

0 引言

殘疾人是需要被關注的特殊群體,盲人在殘疾人群中占比較大。盲道等基礎設施是無障礙環境的重要內容,可有效保障盲人群體的日常出行和生活。但由于盲道基礎設施建設落后及管理不規范等,城市盲道常見地磚脫落碎裂、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。隨著大數據和智能化技術的不斷發展,人們的生活方式不斷優化,生活品質要求越來越高。為提升社會整體的幸福感,應將更多視野和關注聚焦于盲人等特殊群體,用技術提升盲人的生活質量。近年來,各類智能軟件等互聯網技術不斷發展,為盲人出行提供了新思路和方法,特別是對盲人出行所使用的輔助工具-盲杖不斷進行優化創新[1]。智慧盲道導航系統利用現有的城市盲道和互聯網技術,通過盲道導航系統和智能盲杖的匹配,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航系統的設計內容和基本流程,為未來智慧盲道的發展提出相應的優化設計。

1 智能盲杖的設計和功能

智慧盲道導航系統設計主要以互聯網技術為基礎,通過在盲道中置入專用芯片獲取導航信息,將盲道與智能盲杖相匹配。盲杖端安裝辨識器系統,當識別器識別到智慧盲道芯片時,將道路信息通過盲人專用佩戴耳機進行提示,實現盲道路況信息傳輸和語音提示,保障盲人外出行走的安全。

智慧盲道導航系統由盲道、盲杖、導航系統等部分組成。其中,智能盲杖作為盲人出行的眼睛,在整個設計中起到關鍵的作用。智能盲杖系統應從識別盲道、語音導航、障礙物躲避、無線尋杖、緊急呼救、后臺管理等功能進行開發設計[2]。識別盲道通過在盲杖端安裝攝像頭進行盲道識別,對城市盲道進行數據信息采集,利用圖像算法進行道路識別,為盲人提供精準的導航服務。語音導航功能利用Wifi和導航定位系統,通過城市盲道地圖信息進行搜索和路線規劃,搭配識別盲道功能模塊,為盲人推薦出行計劃路線,當超出或偏離智能盲道范圍時,盲杖會發起震動,以便及時糾正錯誤路線。障礙物躲避功能通過超聲波實時監測前方障礙物情況,通過距離測量分別在20 m、10 m、5 m、3 m和1 m等距離利用藍牙耳機進行播報提示,提醒盲道路況,保障出行安全。無線尋杖功能應用于盲人對盲杖的尋找,通過隨身攜帶的遙控器對盲杖進行控制,使盲杖通過蜂鳴器發出提示音,根據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,在緊急特殊的危險情況下通過GSM系統與緊急聯系人取得聯系,溝通現場狀況和實時位置。后臺管理功能對盲杖功能和系統進行管理,包括盲杖使用的實時狀態、功能障礙等情況,為監護人提供盲人的實時位置及路線軌跡。智能盲杖還應開發常用地址導入及數據查詢等功能,為盲人出行提供安全保障。

表1 智能導航盲杖系統結構及功能設計

2 智能盲道的系統設計

智慧盲道導航系統的設計和開發離不開盲道設施的優化完善,目前,各城市道路交通雖已進行盲道建設,但仍存在盲道地磚脫落及汽車占道等問題,增加了安全隱患。因此,智能盲道的優化設計應從盲道基礎設施出發進行改善,重修或完善某些不合理盲道,解決相鄰兩條路段上盲道設施缺乏銜接、新建道路與原有道路之間盲道設施銜接不足及井蓋、路障、車輛占用盲道等問題。智能盲道設計離不開大數據、智能化等技術的支持,具體內容如表2所示,包括定位導航、障礙物占道、安全提示等功能。其中,定位導航需間隔一段距離,在盲道提示磚中嵌入引導芯片,結合GPS定位系統引導盲人出行。智能盲杖上需安裝相應的傳感器,通過盲道和盲杖的匹配使用提高盲人出行安全性。在盲道地磚內安排壓強檢測系統,針對障礙物長時間占用盲道的情況,監測系統將進行震動和語音提示,請求盡快將盲道交通恢復正常,將障礙物占道等信息及時反饋至相關部門,要求在最短的時間內進行整改,恢復盲道的正常通行。安全提示功能為盲道地磚芯片設置智能開關,當盲道被車輛等其他障礙物壓覆時,被覆蓋的芯片將會自動識別信息,利用盲杖和盲道的交互匹配將信息通過耳機傳遞給盲人,放大聲音感官,利用盲道語音功能驅離盲道上的車輛和其他障礙物[3]。

表2 智能盲道的優化設計

3 智慧盲道導航系統的設計

智慧盲道導航系統是以智能盲杖和智能盲道為基礎進行優化設計,包括各項硬件設備和軟件技術。其中,硬件設備包括智能盲杖感應、藍牙耳機設備連接,通過超聲波技術判斷盲道前方障礙物的距離,實時對盲道路線進行更新和震動提示。盲道導航軟件系統主要由導航、智能語音、通信交流等模塊構成,將導航系統與智能語音模塊相結合,根據目的地自動連接地圖導航,通過定位數據交互和語音提示實現盲道智能路線規劃。智能語音系統將承擔眼睛的作用,通過智能盲杖和盲道的感應,利用智能語音系統進行路線提示,有效放大聲音的引導作用。智慧盲道導航系統應設置震動提示,對可能發生的危險情況進行預警,通過振動強度和振動頻率實現不同危險等級的口令提示,保障盲道通行安全[4]。

為有效保障盲人在不同時段的出行安全,智慧盲道導航系統應根據時間設定相應的系統策略,圖1是智慧盲道導航系統根據白天和夜晚設計的內容,通過光敏傳感器對白天和夜晚的光照進行感應,當光線強度高于設定閾值時啟動白日系統策略,盲杖和盲道芯片之間實現交互感應,通過設置目的地自動進行分段導航和藍牙語音提示。當光線強度低于設置閾值時自動啟動夜晚系統策略,在白天分段導航和藍牙語音提示的基礎上增添照明保護功能,點亮智能盲杖自帶的LED燈光,雖然并不能真正起到為盲人照亮前進道路的作用,但可通過燈光提示道路兩旁的行人和車輛,間接達到保護盲人夜間出行安全的效果[5-6]。

圖1 智慧盲道導航系統早晚設計策略Fig.1 Day and night design strategy of intelligent blind navigation system

4 結束語

為有效保障盲人群體的生命健康安全,打造無障礙盲人通行系統,以互聯網技術為基礎,通過分析智能盲杖和智能盲道的基本情況,對智慧盲道導航系統進行設計。智慧盲道導航系統主要由盲杖、盲道、導航系統等部分組成。智慧盲杖可分為識別盲道、語音導航、障礙物躲避、無線尋杖、緊急呼救、后臺管理等功能。智能盲道設計利用大數據、智能化等技術,通過內置芯片和感應器實現定位導航、障礙物占道、安全提示等功能。智慧盲道導航系統以智能盲杖和智能盲道的感應交互為基礎,通過盲杖、藍牙設備等硬件設計和導航、語音、通信等軟件設計,采用光敏傳感器進行白天與夜晚的分時段照明優化,有效保障盲人群體的出行安全。