盲人专用GPS导航鞋的设计

陈步华 李娣 西安电子科技大学

盲人专用GPS导航鞋的设计

陈步华 李娣 西安电子科技大学

文章介绍了全球卫星定位系统GPS 的基本原理，着重介绍了GPS 导航鞋的功能和市场前景，GPS导航鞋的设计，既符合盲人以脚感知方向的生理特点，为保障盲人这类弱势群体的出行安全起到重要作用。

GPS原理；GPS应用的发展状况；GPS导航鞋的市场前景；功能特性

引言

随着我国经济的发展和社会人文素养的提高，社会对弱势群体的关注程度也越来越高。如何保障社会中身体缺陷群体正常的生活，尤其是盲人的出入安全成为一个令人关注的焦点问题。因此，我们有必要设计研发出一种保障盲人出行以及人身安全的产品。利用卫星定位系统GPS定位技术，我们构想，设计一种关于盲人专用GPS导航鞋。虽然，市场上还没有成形的这类产品，然而一旦出现，相信很快能形成产业趋势，并且应用前景十分广阔。

一、GPS系统原理简介和盲人专用GPS导航鞋中GPS的应用

1.GPS 系统原理简介

GPS 是Global Position System 缩写，即全球卫星定位系统。它是由空间卫星、地面监控和用户接收等三大部分组成。GPS通过接收卫星信号，进行数据分析和处理，来帮助用户准确定位当前位置和计算既定的目的地行程。

2、盲人专用GPS导航鞋中GPS的应用

这项产品的核心部件是一个4*3平方厘米的小型导航仪。它内含于鞋底部位。这种特种鞋主要有三种功能。其一，帮助用户准确定位当前位置，并且根据既定的目的地计算行程。其二，识别来往车辆。利用雷达红外感应，到一定距离的时候，感应出附近范围内迎面驶来的车辆。其三，将产品通过远程与电脑连接。在盲人的单独出行中，家人能通过电脑进行跟踪，确定盲人所在的位置。

二、GPS导航鞋的功能

1、导航功能

GPS导航鞋能够提供出行路线规划和导航，包括人工线路设计和自动线路规划。人工线路设计是根据自己的目的地设计起点、终点和途经点等，自动建立线路库。自动线路规划是由确定起点和目的地，由系统按要求自动设计最佳行驶路线，包括最快的路线、最简单的路线。GPS导航鞋还带有语音导航功能。用语音提前向盲人提供路口转向（如，前方20米处左转），就像一个懂路的向导带领你到达目的地一样。导航中最重要的一个功能，无需沿途观看操作终端，设计思路很符合盲人的特点，最终通过语音提示就可以安全到达目的地。如果盲人没有按规划的线路行驶，或者走错路口时候，GPS 导航系统会根据现在的位置，为盲人重新规划一条新的到达目的地的线路。

2、移动障碍物识别功能

GPS导航鞋是利用雷达来识别移动中的障碍物的，它是通过利用无线电回波来探测目标方向和距离。

测速雷达主要是利用多普勒效应原理：当目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射机频率；反之，当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发射机率。如此即可借由频率的改变数值，计算出目标与雷达的相对速度。

激光测速器以测量红外线光波传送时间来决定速度。由于光速是固定，激光脉冲传送到目标再折返的时间会与距离成正比。以固定间隔发射两个脉冲，即可测得两个距离；将此二距离之差除以发射时间间隔即可得到目标的速度。理论上，发射两次脉冲即可量测速度；实际上，为避免错误，一般激光测速器在瞬间发射高达七组的脉冲波，自以最小平方法求其平均值，去计算目标速度。

这样，在有车辆迎面驶来时，GPS导航鞋可以通过语音提示盲人，有效地保证了盲人穿过马路的安全。

3、电脑远程跟踪功能

GPS是个系统，只要在电脑上指定的网站平台输入GPS的用户名和密码，就能在电脑平台的地图里监控到该GPS定位仪的位置。远程控制一般分客户端(Client)和服务器端程序(Server)两部分。在GPS导航鞋中，家里的电脑相当于服务器，导航鞋中的GPS系统安有客户端，使用时客户端程序向电脑中的服务器端程序发出信号，建立一个特殊的远程服务，然后通过这个远程服务，使用各种远程控制功能发送远程控制命令。

在GPS导航鞋表面有一小型按钮，当盲人遇到突发事件时，通过按下按钮求救。当按下按钮时，GPS导航鞋可向远程电脑服务器发出求救信号，家人根据电脑反射过来的信息，可即时给予援助。

三、盲人专用GPS导航鞋的市场优势分析

1、难以替代性

手机中的GPS导航地图分为网上下载的地图和手机自带的地图两种。从网上下载的地图一般更新速度极慢，不能匹配高速发展的道路状况，难以引领正确的方向。利用手机自带的地图导航，一般准确率较高，但价格不菲，在3000～5000元之间不等。

人行道上虽有专门划定的黄色的盲道，但这些盲道通常被地摊小贩占用。最重要的是，盲人在单独过马路时，马路上根本没有盲道，对盲人穿过马路的安全问题没有起到切实的保障。

导盲犬在一定程度上起了引路作用，但由于导盲犬无法全角度识别迎面是否有车辆行驶来，因此在突发状况下不能及时请求援助。

GPS手表体积小巧，但其感应范围仅在15米，难以保证较长距离的出行。

GPS盲人导航仪是用来让盲人朋友给导盲犬指路，让它把自己带往陌生的地方，扩大自己的活动范围。可是，盲人还要同时带上导盲犬，这种方法更复杂了。

盲人上路，方向全凭脚底感觉，因此，盲人迫切需要一种产品，既符合盲人的生理特点，又能够切实保证他们的出行安全。

通过对市场上现存的几种对盲人出行做出的保障措施或产品的分析，可以明显看出，GPS导航鞋是难以替代的。

2、价格的普遍接受性

市场上普通的导航仪价格在400～2000元之间不等。这类导航仪主要是对行驶车辆提供导航作用，体积一般较大，并且带有电子狗和屏幕，电子狗的功能是在不远处的红绿处进行照相测速，徒步出行完全不必要；盲人无法看见屏幕，屏幕的设计之于盲人是多此一举。因此，可以省去部分普通的GPS导航仪的制作成本。所以，我们初步预计，GPS导航鞋的最高价格不会超过400元。这个价格，是普通工薪家庭可以接受的。

3、社会人员的需求性

我国现在大约有1700多万的盲人。是一类比较庞大的弱势群体。他们迫切需要一种产品，能够真正做到切实保证他们的出行安全。因此可以得出，GPS导航鞋的购买力是相当可观的。

4、可应用性

①导航的高灵敏性

GPS导航原理不仅适用于快速行驶的车辆，在盲人徒步出行的低速情况下，由于GPS导航的高灵敏性，导航鞋能准确地起到引路作用。

②导航的高隐蔽性

GPS导航鞋的核心仪器体积微小，安放在鞋底部位，并且不增重鞋底负担。出行时不用刻意携带，方便且不易遗失，高度隐蔽。

四、结论

全球定位系统GPS技术已经广泛应用于交通运输和道路工程之中，但还没有充分生活化，因此，很有必要更彻底全面的开发利用GPS在个人生活的重要作用。我们对于盲人专用GPS导航鞋的设计，既符合盲人以脚感知方向的生理特点，有效地保障了盲人的出行问题，也符合国家对保护弱势群体的政策。从对GPS导航鞋的市场前景、功能特性中的分析中，我们可以得出GPS导航鞋设计的可行性和市场开发的必要性，势必给商家和消费者带来巨大的利益。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.077