基本信息
- 項目名稱：
- 基于應答模式的盲人室內定位與導航系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目設計了一套集合了定位、導航、避障、辨向等四個功能的盲人室內輔助系統(tǒng)。定位功能解決盲人“我在哪里”的問題，導航功能解決盲人“我怎樣走”的問題，另外還輔有避障和辨向等必要功能。
- 詳細介紹：
- 針對目前盲人現(xiàn)實生活中室內活動的不便性，本文詳細介紹了一種基于應答模式的盲人室內定位與導航系統(tǒng)。其設計方案為：通過在室內關鍵點（如樓梯口、房門口、拐彎點）的天花板上安裝紅外發(fā)射器，不同場所發(fā)射不同編碼的紅外信號，由盲人手持的接收裝置接收紅外信號，通過解碼讀取地址信息，用語音告知盲人當前的位置或場所名稱，從而實現(xiàn)定位功能；若盲人要到達某一地點，系統(tǒng)可通過語音提示協(xié)助使用者確定目的地，再基于定位功能之上，系統(tǒng)可通過一套最優(yōu)路徑算法，計算出從當前位置達到目的地的最佳路線，實現(xiàn)導航功能；同時系統(tǒng)輔以電子羅盤模塊和超聲波避障模塊以實現(xiàn)辨向和避障的功能。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 設計目的：解決當前實際情況下盲人室內行動不便性的難題。 基本思路：設計一套集合了定位、導航、避障、辨向等四個功能的盲人室內輔助系統(tǒng)。另外還輔有避障和辨向等必要功能。 創(chuàng)新點： 1）定位 避開了室內GPS信號接收不到的難題，該系統(tǒng)中采用紅外定位的方式以實現(xiàn)室內定位的功能。具體方案是：定位盲人當前位置坐標。將一個樓層網(wǎng)格化，每個網(wǎng)格對應一個特定的地址編碼，在每個能通過的網(wǎng)格里安裝一個紅外發(fā)射節(jié)點，每個節(jié)點發(fā)射的紅外，其編碼均對應于該網(wǎng)格的地址編碼，其發(fā)射范圍也限于該網(wǎng)格之內，由放置在使用者身上的手持裝置接收信號并解碼，通過語音提示所在場所的名稱，從而使用者可確定其所在的位置信息。 2）導航算法 根據(jù)樓層網(wǎng)格化模型，采用了高效而簡潔的隊列式分支限界法，來求得最優(yōu)路徑。相比采用其他算法，如A*算法、dijstra算法等要更加簡單、高效。 3） 應答模式電源控制 安裝在天花板上的發(fā)射單元長期通電工作，采用220V供電存在布線繁瑣的問題，而采用電池供電，雖然不存在以上問題，但工作時間有限，需經(jīng)常更換電池，最終我們采用了應答模式供電控制，即當使用者走過發(fā)射單元下方時，使用者手持裝置會發(fā)射一個向上的超聲波信號，激勵發(fā)射單元內部一個超聲波接收探頭，經(jīng)過低功耗放大單元（100uA以下），用以控制其內部紅外發(fā)射器的電源接通。當沒有使用者走過時，發(fā)射裝置就一直處于低功耗待機狀態(tài),以此達到節(jié)能的目的。
科學性、先進性
- 我們的室內定位和導航技術采用紅外方案為核心，紅外發(fā)射接收有效范圍大，正好符合了盲人行動范圍的不確定性，且成本低易于普及。同時采用紅外專用接收頭，抗干擾性好，保證了系統(tǒng)的可靠性。另外，將該系統(tǒng)應用于盲人的室內導航，解決了室內GPS信號接收不到，普通導航儀失靈的難題。 我們通過在天花板上安裝紅外發(fā)射單元，使用者持手持裝置，接收不同編碼的紅外信號，通過解碼讀取地址信息，用語音告知盲人當前的位置或場所名稱，從而實現(xiàn)定位功能。 另外若盲人要到達某一地點，系統(tǒng)可通過語音提示協(xié)助使用者確定目的地，再基于定位功能之上，系統(tǒng)可通過一套最優(yōu)路徑算法，計算出從當前位置達到目的地的最佳路線，實現(xiàn)導航功能。 此外，為了避免安裝在天花板上的紅外發(fā)射裝置，需布設電源線的問題，或采用電池供電，需頻繁更換電池或充電的問題，供電方式采用應答模式，即當沒有使用者走過時，發(fā)射裝置處于低功耗待機狀態(tài)。
獲獎情況及鑒定結果
- 2011年3月—校生課外學術科技作品競賽特等獎 2011年5月—省“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技作品競賽二等獎 2011年4月走訪省盲人學校，達成合作意向，獲得其推薦。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術轉讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品；模型；現(xiàn)場演示；圖片；錄像；樣品
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明：當定位模式啟動時，按下按鍵手持裝置開始工作，控制語音輸出地點信息。當導航模式啟動時，單片機會實時工作確認當前地點的信息。使用者可通過按鍵配合語音協(xié)助方式，最終確認目的地。目的地確認后，單片機記錄信息。再通過“隊列式分支限界法”算法來尋求從當前地點到達目的地的最短距離及最優(yōu)路徑，并記錄下來，實時指示使用者。 作品集合了定位、導航、避障、辨向等四個功能。成本低廉，讓大部分盲人機構都有購買力；體積小而輕便，方便安裝攜帶；采用了紅外、超聲和電子羅盤傳感器，并結合先進算法，解決了盲人在室內活動不便的問題；采用了應答技術，降低了紅外發(fā)射傳感器功耗，可靠性高，便于維護。 適應范圍及推廣前景:從適應范圍看，我們的目標市場可重點接觸各地的盲人機構、殘聯(lián)、殘奧會舉辦單位以及醫(yī)院等。 市場分析和經(jīng)濟效益:中國視力殘疾有500萬,世界盲人總數(shù)近3000萬。針對具有龐大盲人基數(shù)的市場，目前還沒有一款產(chǎn)品能切實幫助盲人解決室內導航問題，而我們的產(chǎn)品便致力于以最簡單有效的方法解決這一難題。
同類課題研究水平概述
- 目前，經(jīng)調查，世界上對于解決盲人室外行動難題的研究較多，也做得比較好，如盲道，公交站、地鐵站等公共設施的語音播報系統(tǒng)，室外用盲人GPS導航儀等。 然而，對于室內卻少有成果出現(xiàn)。眾所周知，GPS導航已經(jīng)進入大眾群體中，人們日常生活中也越來越離不開它。然而GPS導航仍有一個尚未解決的難題，就是室內導航。因為GPS衛(wèi)星信號無法穿透太厚的墻壁，導航設備在大型建筑、地下建筑、高層樓房中會徹底找不到衛(wèi)星信號而無法定位。因此，該項技術難題很大地限制了室內導航的發(fā)展。2010年9月，據(jù)新華社電，歐洲航天局日前研發(fā)出一種高性能導航系統(tǒng)，使“室內導航”成為可能。公報說，目前該系統(tǒng)所需設備還很笨重，需要用推車運輸。 經(jīng)我們實際調查了解到，盲人活動大多在于室內，即使外出，大多也是去另外的機關、醫(yī)院、酒店等室內建筑，室內行動難題的對于盲人是一塊很大的心病。因此，室內導航項目的研究具有極其重要的社會意義與研究價值。 目前社會上也有其他方案可實現(xiàn)室內導航，但是各自有其自身的缺點。 據(jù)了解，外國近年有采用射頻技術實現(xiàn)盲人導航，不過該系統(tǒng)的研發(fā)是針對于室外導航。其方法是將無源電子標簽埋入地面瓷磚下，盲人手杖是一個射頻讀寫器，其讀寫距離很近，因此，電子標簽的安裝很麻煩，成本也較高。若采用VHF超高頻射頻識別，成本就更高了，一個讀寫器的成本就在二至三千左右。不適于推廣。 市場上也有采用慣性導航實現(xiàn)室內導航的。不過，該系統(tǒng)成本很高，單個傳感器價格就不菲，加上后續(xù)信號的處理等等，該系統(tǒng)若想大眾普及確實有一定的難度。另外，該系統(tǒng)還有一個很大的弊端就在于其“累積誤差”，這是該系統(tǒng)無法避免
