基于互联网的智慧盲道导航系统的设计

张展浩,刘昊杰,文浩然,刘 泽,米子辰,代 洋

(西安交通工程学院,西安 710300)

0 引言

残疾人是需要被关注的特殊群体,盲人在残疾人群中占比较大。盲道等基础设施是无障碍环境的重要内容,可有效保障盲人群体的日常出行和生活。但由于盲道基础设施建设落后及管理不规范等,城市盲道常见地砖脱落碎裂、被汽车杂物占道等情况,影响了盲人群体的出行,威胁其生命健康安全。随着大数据和智能化技术的不断发展,人们的生活方式不断优化,生活品质要求越来越高。为提升社会整体的幸福感,应将更多视野和关注聚焦于盲人等特殊群体,用技术提升盲人的生活质量。近年来,各类智能软件等互联网技术不断发展,为盲人出行提供了新思路和方法,特别是对盲人出行所使用的辅助工具-盲杖不断进行优化创新[1]。智慧盲道导航系统利用现有的城市盲道和互联网技术,通过盲道导航系统和智能盲杖的匹配,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导航系统的设计内容和基本流程,为未来智慧盲道的发展提出相应的优化设计。

1 智能盲杖的设计和功能

智慧盲道导航系统设计主要以互联网技术为基础,通过在盲道中置入专用芯片获取导航信息,将盲道与智能盲杖相匹配。盲杖端安装辨识器系统,当识别器识别到智慧盲道芯片时,将道路信息通过盲人专用佩戴耳机进行提示,实现盲道路况信息传输和语音提示,保障盲人外出行走的安全。

智慧盲道导航系统由盲道、盲杖、导航系统等部分组成。其中,智能盲杖作为盲人出行的眼睛,在整个设计中起到关键的作用。智能盲杖系统应从识别盲道、语音导航、障碍物躲避、无线寻杖、紧急呼救、后台管理等功能进行开发设计[2]。识别盲道通过在盲杖端安装摄像头进行盲道识别,对城市盲道进行数据信息采集,利用图像算法进行道路识别,为盲人提供精准的导航服务。语音导航功能利用Wifi和导航定位系统,通过城市盲道地图信息进行搜索和路线规划,搭配识别盲道功能模块,为盲人推荐出行计划路线,当超出或偏离智能盲道范围时,盲杖会发起震动,以便及时纠正错误路线。障碍物躲避功能通过超声波实时监测前方障碍物情况,通过距离测量分别在20 m、10 m、5 m、3 m和1 m等距离利用蓝牙耳机进行播报提示,提醒盲道路况,保障出行安全。无线寻杖功能应用于盲人对盲杖的寻找,通过随身携带的遥控器对盲杖进行控制,使盲杖通过蜂鸣器发出提示音,根据声音方向辨别盲杖位置。紧急呼救功能可保障盲人的生命安全,在紧急特殊的危险情况下通过GSM系统与紧急联系人取得联系,沟通现场状况和实时位置。后台管理功能对盲杖功能和系统进行管理,包括盲杖使用的实时状态、功能障碍等情况,为监护人提供盲人的实时位置及路线轨迹。智能盲杖还应开发常用地址导入及数据查询等功能,为盲人出行提供安全保障。

表1 智能导航盲杖系统结构及功能设计

2 智能盲道的系统设计

智慧盲道导航系统的设计和开发离不开盲道设施的优化完善,目前,各城市道路交通虽已进行盲道建设,但仍存在盲道地砖脱落及汽车占道等问题,增加了安全隐患。因此,智能盲道的优化设计应从盲道基础设施出发进行改善,重修或完善某些不合理盲道,解决相邻两条路段上盲道设施缺乏衔接、新建道路与原有道路之间盲道设施衔接不足及井盖、路障、车辆占用盲道等问题。智能盲道设计离不开大数据、智能化等技术的支持,具体内容如表2所示,包括定位导航、障碍物占道、安全提示等功能。其中,定位导航需间隔一段距离,在盲道提示砖中嵌入引导芯片,结合GPS定位系统引导盲人出行。智能盲杖上需安装相应的传感器,通过盲道和盲杖的匹配使用提高盲人出行安全性。在盲道地砖内安排压强检测系统,针对障碍物长时间占用盲道的情况,监测系统将进行震动和语音提示,请求尽快将盲道交通恢复正常,将障碍物占道等信息及时反馈至相关部门,要求在最短的时间内进行整改,恢复盲道的正常通行。安全提示功能为盲道地砖芯片设置智能开关,当盲道被车辆等其他障碍物压覆时,被覆盖的芯片将会自动识别信息,利用盲杖和盲道的交互匹配将信息通过耳机传递给盲人,放大声音感官,利用盲道语音功能驱离盲道上的车辆和其他障碍物[3]。

表2 智能盲道的优化设计

3 智慧盲道导航系统的设计

智慧盲道导航系统是以智能盲杖和智能盲道为基础进行优化设计,包括各项硬件设备和软件技术。其中,硬件设备包括智能盲杖感应、蓝牙耳机设备连接,通过超声波技术判断盲道前方障碍物的距离,实时对盲道路线进行更新和震动提示。盲道导航软件系统主要由导航、智能语音、通信交流等模块构成,将导航系统与智能语音模块相结合,根据目的地自动连接地图导航,通过定位数据交互和语音提示实现盲道智能路线规划。智能语音系统将承担眼睛的作用,通过智能盲杖和盲道的感应,利用智能语音系统进行路线提示,有效放大声音的引导作用。智慧盲道导航系统应设置震动提示,对可能发生的危险情况进行预警,通过振动强度和振动频率实现不同危险等级的口令提示,保障盲道通行安全[4]。

为有效保障盲人在不同时段的出行安全,智慧盲道导航系统应根据时间设定相应的系统策略,图1是智慧盲道导航系统根据白天和夜晚设计的内容,通过光敏传感器对白天和夜晚的光照进行感应,当光线强度高于设定阈值时启动白日系统策略,盲杖和盲道芯片之间实现交互感应,通过设置目的地自动进行分段导航和蓝牙语音提示。当光线强度低于设置阈值时自动启动夜晚系统策略,在白天分段导航和蓝牙语音提示的基础上增添照明保护功能,点亮智能盲杖自带的LED灯光,虽然并不能真正起到为盲人照亮前进道路的作用,但可通过灯光提示道路两旁的行人和车辆,间接达到保护盲人夜间出行安全的效果[5-6]。

图1 智慧盲道导航系统早晚设计策略Fig.1 Day and night design strategy of intelligent blind navigation system

4 结束语

为有效保障盲人群体的生命健康安全,打造无障碍盲人通行系统,以互联网技术为基础,通过分析智能盲杖和智能盲道的基本情况,对智慧盲道导航系统进行设计。智慧盲道导航系统主要由盲杖、盲道、导航系统等部分组成。智慧盲杖可分为识别盲道、语音导航、障碍物躲避、无线寻杖、紧急呼救、后台管理等功能。智能盲道设计利用大数据、智能化等技术,通过内置芯片和感应器实现定位导航、障碍物占道、安全提示等功能。智慧盲道导航系统以智能盲杖和智能盲道的感应交互为基础,通过盲杖、蓝牙设备等硬件设计和导航、语音、通信等软件设计,采用光敏传感器进行白天与夜晚的分时段照明优化,有效保障盲人群体的出行安全。