CN101483806A - 面向视障人群的户外导盲服务系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向视觉障碍人群的户外导盲服务系统，包括手持移动终端、移动通信系统、移动定位系统(GPS、CORS)、盲用探障设备及手杖、城市GIS数据应用服务器等部分。手持移动终端利用语音识别技术实现与用户的语音交互，它通过移动定位系统和盲用探障雷达获取用户信息以及周围环境信息，利用移动通信系统与城市GIS数据应用服务器相关联，实时地向视觉障碍人提供行动路线的语音引导与导航服务。同时本发明还公开了利用本发明系统为视觉障碍人群提供城市户外导盲的方法。本系统充分利用了现有的设备与设施，并在此基础上进行了改进，仅需购置特定的手持终端即可；其它设备及网络均可以利用已有的资源。

Description

面向视障人群的户外导盲服务系统及方法

技术领域

本发明涉及面向视觉障碍人群的城市户外导盲服务系统及方法，尤其涉及语音识别技术、地理信息系统技术、移动通信网络技术、移动定位技术、多媒体技术的面向视觉障碍人群的城市户外导盲服务系统及方法。

背景技术

随着社会的发展，人们对整个社会残疾人的关心越来越普遍。视觉障碍人群，尤其是盲人，由于不能正常地通过视觉通道获得空间感知，其城市生活遇到了难以逾越的障碍。视障人群的活动特征决定了其出行主要依赖徒步和公共交通工具，其导盲服务一是全局路径规划，对盲人整个出行制定一个完整的计划，包括从出发地点到目的地的整个过程。乘坐交通工具和徒步相结合的较长距离等路径规划问题，需要为视障人士选择一条满足其行为特征的“最短路径”。另一个是局部路径规划，指盲人在行走时，根据实时获得的传感器信息与GPS数据等融合，局部行走路径选择、障碍物避让与信息提示问题。信息无障碍已经成为了全社会的共识和国家法律和政策导向，由于视障人群的特殊性，针对他们的无障碍产品的研发获得广泛的关注，面向视障人群的导盲产品也已经出现，但是这部分的工作的核心内容主要是简单的盲人位置的判别、提示，由于缺乏数据支撑和有效的数据集成，不能真正解决视障人群对于空间信息服务的特别需求，相关领域的研究为我们提供了可行的解决方案，但是研究视障人群出行规划和徒步行进的导盲问题并没有见到，而且现有的服务形式单一，无法满足视觉障碍人群的需求。

空间信息技术极大地拓展了人类的空间认知能力，也应该能够给视觉障碍人群的生活带来革命性的变化；利用信息技术的成果为可以残疾人提供生活和社会活动上的便利。如何为视障人群提供集位置服务、语音导盲、路径规划为一体的全新的生活辅助系统，弥补视觉障碍，成为该领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明解决的关键问题在于，克服现有技术存在的缺陷，为视觉障碍人群提供服务内容丰富、智能化的城市户外导盲服务系统与方法。

本发明的技术方案是：面向视觉障碍人群的城市户外导盲服务系统，所述户外导盲服务系统包括移动定位系统、移动终端、移动通信系统和城市GIS数据应用服务器；

所述移动定位系统：包括全球定位系统GPS、连续运行参考站CORS和移动定位服务器，用于实时地确定用户所在的地理位置，并将此位置通过无线网络发送至移动通信系统，以便提供适当的服务提示；

所述移动终端，包括盲人手持移动设备，用于利用语音识别技术实现与用户的信息交流，向移动通信系统的服务器发送服务请求，然后接受移动通信系统的服务器传来的结果，实现与移动通信系统服务器之间的交互；

所述移动通信系统：包括GSM或CDMA或GPR无线通讯系统和移动通信服务器，它是连接移动终端和城市GIS数据库服务器的纽带；用于将用户出行过程中的周围环境信息和个人需求传输给城市GIS数据库服务器并向移动终端返回服务结果，实现用户与系统服务器之间的信息传递功能；

所述城市GIS数据应用服务器：为存有基础地理数据、市政工程数据、市政设施数据和交通数据和有关数据服务的应用程序的服务器，所述服务器与互联网连接，接受网络访问，接受移动通信系统发送的用户服务请求并返回结果；

所述移动定位系统通过盲人移动终端获取用户信息并传送至移动通信系统，盲人移动终端通过移动通信系统与城市GIS数据应用服务器相关联，城市GIS数据应用服务器通过移动通信系统实时地向盲人移动终端提供行动路线的语音引导与导航服务。

所述盲人手持移动设备包括用户(视觉障碍人士)采用盲人专用的语音交互移动设备，如盲人专用PDA等，如盲人专用手机等。所述盲人移动终端还进一步包括盲用探障设备及盲用手杖，实现对用户周围环境的探测与识别，并通过移动通信系统将探测与识别信息发送到移动定位服务器，移动定位服务器确认这些信息后，以语音的方式通过移动通信系统向用户发出信息提示。

所述城市地理信息系统(GIS)数据应用服务器可以采用地理信息系统设计，地理信息系统(GIS)是现有的流行技术，目前在LBS等领域应用非常广泛。

基于本发明的系统，所采用面向视觉障碍人群的户外导盲服务方法，其步骤如下：

1)下载安装客户端软件系统和城市GIS数据至移动终端即盲人手持移动设备，启动客户端软件；

2)移动终端通过移动定位系统获取当前位置，根据位置信息获取所在地点的多媒体数据，并获取出发地名称；移动终端接受用户的语音信息，获取目的地的多媒体信息，并解析目的地名称，如图2；

3)客户端软件通过移动通信系统与城市GIS数据服务器进行服务请求，服务器根据用户提供的出发地及目的地的名称，完成服务请求计算，并以多媒体的方式返回结果(此时计算的路径规划结果有可能有多种，因为最佳路径问题，当用户考虑的评估因子不同时，就会有不同的最佳路径)。

4)移动终端客户端接收服务器返回的结果，并以语音的方式，将各个规划路线逐一向用户介绍，并将所经过地点的周围环境信息一一说明。提供多种路径供用户选择。

5)用户选择系统默认的路线行走规划方式，或选择其提供的其它规划路线。用户通过语音方式与系统进行交互。比如：用户可以对着麦克风说：“我选择路线一出行”或者“我选择路线二出行”。

6)用户选择完毕，关闭客户端，终止服务。

上述方法实现盲人的出行路径规划，本发明关注的视障人群的公交换乘需要考虑正常人群忽视的换乘过程问题，考虑站台之间的局部路径规划以及出发地和目的地到站台之间的局部路径规划问题。所述步骤3)的服务请求计算中，将视障人群的出行规划分为传统的公交换乘路径规划和每次公交换乘之间的局部路径规划两个阶段，综合考虑两个阶段的成本(乘坐公交的时间、经济成本，徒步换乘的危险系数、换乘难度、步行距离等)，给出最优结果。针对大量存在的公交换乘算法，本发明通过对栅格分解法、Dijkstra算法和神经网络算法进行筛选，以获得换乘算法和局部路径规划算法之间的最佳组合。

局部路径规划算法，是对人工势场法的改进。人工势场法最初是Khatib为解决移动机器人路径规划而提出的一种算法。基于本发明提出的数据模型，功能单元、通道及其特征可以方便地映射成人工势场的几何结构(人工势场函数)。人工势场方法简洁有效，同时可以产生平滑的行走路径，但是其最大的缺点是存在局部最优解的问题，容易产生死锁现象。算法改进基本思路是根据导盲数据通道的拓扑关系和总的行走目标建立一个控制性的行走路径，然后将功能单元-通道数据模型中的邻接特征的交点作为一个局部子目标，并在局部子目标中选择一个路径；如果在指定的迭代次数中不能直接到达该局部目标，则在邻接特征上根据行走的总体放心再选择一个点作为中间子目标，如此反复，直到找到可行走的路径。通过引入局部子目标调整，可以有效地解决计算死锁问题。将这些局部子目标连接起来，就形成了一条完整的局部路径。

为了实现用户出行时精细导盲，上述步骤5)之后进一步包括下列步骤：

a)移动终端通过移动定位系统获取当前位置，根据位置信息获取所在地点的多媒体数据，随时以语音的方式提供给用户；

b)探障雷达及手杖将搜集到的用户所在地点周围的障碍及环境信息，利用移动通信系统返回到移动定位服务器；移动定位服务器确认这些信息后，以语音的方式向用户发出信息提示。

c)客户端软件通过移动通信系统与城市GIS数据服务器进行服务交互，根据用户选择的前行方向，实时提供其前方的环境信息，比如障碍，人行道，红绿灯等。移动终端每隔设定的时间间隔，通过移动定位系统获取精确的地理位置信息，通过探障雷达与手杖获取所在地点周围的障碍及环境信息；并将此信息与规划路径进行匹配，实时为用户提供步行或者转乘公交的语音导航服务，引导用户下一步的前进方向；当用户前行时，移动终端通过语音方式提示用户当前位置周围的环境信息，用户可以与系统进行语音交互。

d)重复a)-c)的步骤，直到用户出行完毕。

本发明的有益效果在于：

本发明旨在为广大视觉障碍人士提供高质量的人性化的出行规划服务，依靠语音识别技术，精确的移动定位技术及地理信息系统的空间分析能力，根据用户在出行过程中的各种行为模式，自动地为用户提供出行过程中的语音导航及全方位的解说服务。本发明不仅包含了一般导盲系统的优点外，还克服了现有系统的缺点，具有鲜明的特色和优势：

(1)充分利用了现有的移动定位技术，如GPS技术、CORS技术等，因此移动终端及智能设备均可以使用本系统，推广潜力巨大。

(2)采用了语音对话的交互方式，充分弥补了视觉障碍人群在视觉方面的不足，使用户与系统之间的交互更为便捷、更人性化，如图5所示。

(3)本发明采用C/S结构，所有的数据都保存在城市GIS数据服务器中；因此，数据的修改、更新比较方便，如图4所示。

(4)本发明充分考虑了视觉障碍人士的特殊需求，为用户提供出行前的全局规划以及出行中的局部精细导盲，及时地为用户提供其所在地点的相关信息，使视觉障碍人的出行更加安全、便捷，充满了人性化关怀。

(5)本发明使用方便、操作简单。用户只需带上耳机，所有的操作均有系统自动智能完成，为用户提供及时的语音交互信息。提高了出行过程中的安全性。

本发明的研究内容是城市户外空间视障人群导盲的关键，成果将拓展空间信息技术的应用领域，丰富导航与位置服务的应用模式，对促进空间信息技术在视障人群中的应用和推进我国“信息无障碍”战略规划的实施无疑具有重大的现实意义。

附图说明

图1本发明实施例1面向视觉障碍人群的城市户外导盲服务系统框图

图2本发明实施例1移动定位系统工作流程

图3本发明实施例2移动终端工作流程

图4本发明实施例1城市GIS数据服务器工作流程

图5本发明实施例1户外导盲服务系统的人机交互工作流程

图6本发明实施例2全局路径规划技术流程图

图7本发明实施例3实时导盲技术流程图

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1和图2所示，面向视觉障碍人群的户外导盲服务系统，包括手持移动终端、移动通信系统、移动定位系统(GPS、CORS)、盲用探障设备及手杖和城市GIS数据应用服务器。

手持移动终端：采用盲人专用的语音交互设备，如盲人专用PDA等，如盲人专用手机等。

盲用探障设备及手杖：包括专用的盲人探障雷达及盲用手杖，实现对用户周围环境的探测与识别。

移动通信系统：包括GSM或CDMA或GPR无线通讯系统和移动通信服务器，它是连接移动终端和城市GIS数据库服务器的纽带；用于将用户出行过程中的环境信息和个人需求传输给城市GIS数据库服务器并向移动终端返回服务结果，实现用户与系统服务器之间的信息传递功能。

移动定位系统：包括全球定位系统GPS、连续运行参考站CORS和移动定位服务器，用于实时地确定用户所在的地理位置。

城市GIS数据应用服务器：用于存储基础地理数据、市政工程数据、市政设施数据、交通数据和有关数据服务的应用程序，它是本发明最为关键的部分，本发明的系统的所有服务即建立在此基础上。

如图4所示，城市GIS数据应用服务器执行下列步骤：

接收移动通信系统发来的请求；

判断请求类型；

根据请求类型选择请求结果；

将请求结果返回移动通信系统。

手持移动终端利用语音识别技术实现与用户的语音交互，它通过移动定位系统和盲用探障雷达获取用户信息以及周围环境信息，利用移动通信系统与城市GIS数据应用服务器相关联，实时地向视觉障碍人提供行动路线的语音引导与导航服务。如图5所示。

实施例2

基于上述系统，城市户外导盲服务于用户出行路径规划的方法如下：

用户在出行之前，向移动定位服务器提出出行请求，移动定位服务器将出发地与目的地发送到GIS数据服务器，此服务方式流程如图6。其具体步骤如下：

1.启动客户端软件；

2.移动终端通过移动定位系统获取当前位置，根据位置信息获取所在地点的多媒体数据，随时以语音的方式提供给用户；

3.探障雷达及手杖将搜集到的用户所在地点周围的障碍及环境信息，利用移动通信网络返回到服务器；服务器确认这些信息后，以语音的方式向用户发出信息提示。

4.客户端软件通过移动通信网络与城市GIS数据服务器进行服务交互，根据用户选择的前行方向，实时提供其前方的环境信息，比如障碍，人行道，红绿灯等。移动终端每隔设定的时间间隔，通过移动定位系统获取精确的地理位置信息，通过探障雷达与手杖获取所在地点周围的障碍及环境信息；并将此信息与规划路径进行匹配，实时为用户提供步行或者转乘公交的语音导航服务，引导用户下一步的前进方向；当用户前行时，移动终端通过语音方式提示用户当前位置周围的环境信息，用户可以与系统进行语音交互，如图3所示。

5.重复2-4的步骤，直到用户出行完毕；

6.关闭客户端，终止服务。

步骤3)GIS数据服务器的服务请求计算中，将视障人群的出行规划分为传统的公交换乘路径规划和每次公交换乘之间的局部路径规划两个阶段，综合考虑两个阶段的成本(乘坐公交的时间、经济成本，徒步换乘的危险系数、换乘难度、步行距离等)，给出最优结果。如图6所示。

实施例3

基于上述系统，城市户外导盲服务于实时精细导盲的方法如下：

用户在出行过程中，根据所处的地点及其周围的信息，向GIS数据服务器提出服务请求，此服务方式流程如图7。其具体步骤如下：

1.启动客户端软件；

2.移动终端通过移动定位系统获取当前位置，根据位置信息获取所在地点的多媒体数据，随时以语音的方式提供给用户。

3.探障雷达及手杖将搜集到的用户所在地点周围的障碍及环境信息，利用移动通信网络返回城市GIS数据服务器，城市GIS数据服务器确认这些信息后，以语音的方式向用户发出信息提示。

4.客户端软件通过移动通信网络与城市GIS数据服务器进行服务交互，根据用户选择的前行方向，实时提供其前方的环境信息，比如障碍，人行道，红绿灯等。移动终端每隔设定的时间间隔，通过移动定位系统获取精确的地理位置信息，通过探障雷达与手杖获取所在地点周围的障碍及环境信息；并将此信息与规划路径进行匹配，实时为用户提供步行或者转乘公交的语音导航服务，引导用户下一步的前进方向；当用户前行时，移动终端通过语音方式提示用户当前位置周围的环境信息，用户可以与系统进行语音交互。如图4和图5所示。

5.重复2-4的步骤，直到用户出行完毕；

6.关闭客户端，终止服务。

Claims (8)

1、面向视觉障碍人群的户外导盲服务系统，其特征是，所述户外导盲服务系统包括移动定位系统、移动终端、移动通信系统和城市GIS数据应用服务器；

所述移动定位系统：包括全球定位系统GPS、连续运行参考站CORS和移动定位服务器，用于实时地确定用户所在的地理位置，并将此位置通过无线网络发送至移动通信系统；

所述移动终端，包括盲人手持移动设备，用于利用语音识别技术实现与用户的信息交流，向移动通信系统的服务器发送服务请求，然后接受移动通信系统的服务器传来的结果，实现与移动通信系统服务器之间的交互；

所述移动通信系统：包括GSM或CDMA或GPR无线通讯系统和移动通信服务器，用于将用户出行过程中的周围环境信息和个人需求传输给城市GIS数据库服务器并向移动终端返回服务结果，实现用户与城市地理信息系统(GIS)数据库服务器之间的信息传递功能；

所述城市GIS数据应用服务器：为存有基础地理数据、市政工程数据、市政设施数据和交通数据和有关数据服务的应用程序的服务器，所述服务器与互联网连接，接受网络访问，接受移动通信系统发送的用户服务请求并返回结果；

所述移动定位系统通过盲人移动终端获取用户信息并传送至移动通信系统，盲人移动终端通过移动通信系统与城市GIS数据应用服务器相关联，城市GIS数据应用服务器通过移动通信系统实时地向盲人移动终端提供行动路线的语音引导与导航服务。

2、根据权利要求1所述的户外导盲服务系统，其特征是，所述盲人手持移动设备为盲人专用手机。

3、根据权利要求1所述的户外导盲服务系统，其特征是，所述盲人手持移动设备为盲人专用手机、盲用探障设备及盲用手杖。

4、根据权利要求1所述的户外导盲服务系统，其特征是，所述城市地理信息系统(GIS)数据应用服务器采用地理信息系统的数据库架构设计。

5、根据权利要求1所述的户外导盲服务系统，其特征是，所述城市GIS数据应用服务器执行下列步骤：

接收移动通信系统发来的请求；

判断请求类型；

根据请求类型选择请求结果；

将请求结果返回移动通信系统。

6、面向视觉障碍人群的户外导盲服务方法，所述户外导盲服务系统包括移动定位系统、移动终端、移动通信系统和城市GIS数据应用服务器；其特征是，所述户外导盲服务方法包括以下步骤：

1)下载安装客户端软件系统和城市GIS数据至移动终端即盲人手持移动设备，启动客户端软件；

2)移动终端通过移动定位系统获取当前位置，根据位置信息获取所在地点的多媒体数据，并获取出发地名称；移动终端接受用户的语音信息，获取目的地的多媒体信息，并解析目的地名称；

3)客户端软件通过移动通信系统与城市GIS数据服务器进行服务请求，服务器根据用户提供的出发地及目的地的名称，完成服务请求计算，并以多媒体的方式返回结果；

4)移动终端客户端接收服务器返回的结果，并以语音的方式，提供多种路径供用户选择；

5)用户选择系统默认的路线行走规划方式，或选择其提供的其它规划路线，并通过语音方式与户外导盲服务系统进行交互；

6)用户选择完毕，关闭客户端，终止服务。

7、所述步骤5)之后进一步包括下列步骤：

a)移动终端通过移动定位系统获取当前位置，根据位置信息获取所在地点的多媒体数据，随时以语音的方式提供给用户；

b)探障雷达及手杖将搜集到的用户所在地点周围的障碍及环境信息，利用移动通信系统返回到移动定位服务器；移动定位服务器确认这些信息后，以语音的方式向用户发出信息提示；

c)客户端软件通过移动通信系统与城市GIS数据服务器进行服务交互，根据用户选择的前行方向，实时提供其前方的环境信息；移动终端每隔设定的时间间隔，通过移动定位系统获取精确的地理位置信息，通过探障雷达与手杖获取所在地点周围的障碍及环境信息；并将此信息与规划路径进行匹配，实时为用户提供步行或者转乘公交的语音导航服务，引导用户下一步的前进方向；当用户前行时，移动终端通过语音方式提示用户当前位置周围的环境信息；

d)重复a)-d)的步骤，直到用户出行完毕。

8、根据权利要求6所述的户外导盲服务方法，其特征是，所述步骤3)的服务请求计算中，将视障人群的出行规划分为传统的公交换乘路径规划和每次公交换乘之间的局部路径规划两个阶段，综合考虑两个阶段的成本，给出最优结果。

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