CN102186141B - 基于gps和3g网络的盲人导航服务系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GPS和3G网络的盲人导航服务系统，包括：盲人导航终端，用于获取用户当前位置信息，将导航服务器给出的出行方案进行下载，通过语音向盲人播报导航信息概况；其特征在于还包括：中心数据库存储电子地图及路况信息；导航服务器通过高速网络获取盲人导航终端发送过来的盲人用户到达目的地信息和盲人用户当前的位置信息，同时调用存储服务器中的电子地图及路况信息，然后基于遗传算法进行导航距离及最佳路线的计算，最终形成导航方案，并将导航方案发布给盲人导航终端。该系统会同步红绿灯、公路施工、交通以外等信息，并通过3G无线网络及时同步到终端中。这样视障人士便可以依靠导航系统的指引在室外或室内进行走动。

Description

基于GPS和3G网络的盲人导航服务系统

技术领域

本发明涉及一种基于GPS和3G网络的盲人导航服务系统。

背景技术

盲人在生活中总是有种常人无法体会的痛楚。无法看清眼前的事物，会遇到一系列的难题：看病挂号不方便；乘自动电梯时无法知道所到楼层；在过马路时无法辩认机动车直行还是转弯及转弯方向；行走时无法辩认前方障碍物及道路高低不平。在新的导盲设备普及之前，拐杖和导盲犬是盲人朋友们出行的依靠，但这样非常危险。而且真正的导盲犬大概价格在10万元左右，一般人无法负担。除此之外，导盲犬也不能将盲人带到一个比较陌生的地方去。在已公布盲人导航设备专利中，都是单独使用GPRS进行定位。精度差，几乎不能实用。而单独使用GPS定位，在高楼林立的街道环境中定位精度会大幅下降，有时甚至不能定位。而且在有突发事件时，无法及时有效的联络家人或监护人。

盲人视力残疾，卫星定位导航技术已趋近于成熟，现在民用的GPS已经可以精确定位终端试用的地区，误差范围小于一米，给人们出行带来很大的方便。而且3G网络的覆盖范围越来越大，无线网络离我们也越来越近。已知的盲人导航设备专利中，都是单独使用GPRS或GPS进行定位。对此本申请人已在2011年2月21日申请了专利名称为《盲人导航手机》，专利申请号为：2011100410163的专利申请，具体内容如下：

盲人导航手机(即盲人导航终端)，由智能手机基带芯片、语音模块、存储装置、盲人键盘、数据接口、射频模块、双摄像头模组、超声波测距模块、微波测速模块、GPS/GPSONE芯片及三轴陀螺仪和加速计；语音模块，用于语音识别，使用户通过语音输入到达目的地信息；同时输出语音提示信息；

盲人键盘，用于使用户输入到达目的地信息；

双摄像头模组，用于采集图像信息，通过图像识别技术提取图像的颜色信息，可精确的识别获取红绿灯的状态，以及盲道(黄色)和斑马线(白色)信息；同时通过双目测距技术得出障碍物的距离

超声波测距模块，用于对障碍物的距离做判断，(如汽车测距雷达)；

微波测速模块，用于获取前方运动物体的速度信息；

手机射频模块，3G网络的收发端，用于电话及数据传输；

GPS/GPSONE芯片，用于获取用户当前位置信息；

三轴陀螺仪和加速计，用于获得用户跌倒或碰撞等突发事故信息；还用于获取用户走动过程中的抖动特征，对双摄像头模组获取得图像进行补偿，已获得更稳定的图像。智能手机基带芯片，通过I/O口控制各模块的开启和关闭，并从数据总线上读取/发送数据，将用户通过语音模块或盲人键盘输入的到达目的地信息，GPS/GPSONE芯片获取用户当前的位置信息，通过手机射频模块到达目的地信息和用户当前的位置信息发送到导航服务器上；再通过手机射频模块将导航服务器给出的出行方案和该区域地图进行下载，并通过语音向盲人播报导航信息概况(这里用户还可选择是否进行导航或者重新规划路径)；同时对双摄像头模组获取得处理图像信息进行处理，提取红绿灯、盲道或斑马线信息通过语音向盲人播报，通过超声波测距模块和微波测速模块获取障碍物信息以语音形式提醒盲人规避障碍；通过三轴陀螺仪和加速计对用户跌倒或碰撞信息进行监控和记录。方便使用还该手机还配备蓝牙模块，用户蓝牙耳机收听蓝牙模块发送过来的语音导航及提示信息，并可直接由蓝牙耳机上的MIC获取户通过语音输入的到达目的地，然后返回给蓝牙模块，再由蓝牙模块发送到智能手机基带芯片中进行处理。在用户发生跌倒、碰撞或用户通过盲人键盘按下紧急按键时对双摄像头模组获取得图像进行保存处理，同时通过语音模块发出警报信息，在设定延迟时间用户没有取消警报则自动拨打紧急电话。工作流程如图4所示。在导航中，盲人导航手机会自动记录用户的行动轨迹，并向用户推送信息。基于上述盲人导航手机(即盲人导航终端)为盲人导航服务系统的实现提供了可能。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制一种基于GPS和3G网络的盲人导航服务系统。本发明采用的技术手段如下：

一种基于GPS和3G网络的盲人导航服务系统，包括：

盲人导航终端，用于获取盲人用户当前的位置信息，通过射频模块将盲人用户到达目的地信息和盲人用户当前的位置信息发送到导航服务器上，并将导航服务器给出的出行方案和该区域地图进行下载，并通过语音向盲人播报导航信息概况；

其特征在于还包括：

中心数据库，即存储服务器，用于存储电子地图及路况信息；

导航服务器，用于通过高速网络获取盲人导航终端发送过来的盲人用户到达目的地信息和盲人用户当前的位置信息，同时调用存储服务器中的电子地图及路况信息，然后基于遗传算法进行导航距离及最佳路线的计算，运算过程如下：

a、调出存储服务器中的电子地图，导入道路拓扑文件；

b、定位起始地(盲人用户当前的位置)和目的地坐标；

c、采用节点匹配算法将选择起点和终点分别匹配到道路中的节点中；

d、采用广度优先搜索算法对两个节点进行联通分析，判断是否联通；

e、若可以联通，则采用遗传算法，计算最优路径；

最终形成导航方案，并将导航方案发布给盲人导航终端。

盲人用户使用盲人导航终端通过3G网络向导航服务器进行注册个人信息，导航服务器分配给用户专属ID，并存储到所述存储服务器中进行存储；当导航服务器收到盲人导航终端发送过信息后，首先进行个人信息的核对，个人信息核对成功则进行下一步导航操作；不满足则停止下一步操作，导航服务器会反馈信息给盲人导航终端进行提醒。

还包括用于配合授权用户调用盲人用户出行记录的记录查询服务器；所述导航服务器将导航方案反馈给盲人导航终端的同时将该导航方案备份到记录查询服务器中。盲人用户及其获得授权的亲属或监护人可以通过导航终端或Internet访问记录查询服务器已获知盲人用户的行踪。

所述中心数据库中还存储公共室内场所地图；

用户通过盲人导航终端输入公共室内场所名称和目的地名称，终端会将其信息和位置坐标(通过3G网络定位(AGps技术))通过3G网络发送到导航服务器，导航服务器调用中心数据库中存储的公共室内场所地图(部分场所地图已经绘制并存储在中心数据库中)，载入坐标点，计算行走路径，将路径规划结果通过3G网络反馈给盲人导航终端，达到室内导航的目的。

还包括紧急事件处理服务器，用于接收盲人导航终端发送过来的求助信息；当紧急事件处理服务器判定盲人导航终端发送过来求助信息为普通求助信息后，立刻对盲人导航终端进行定位，并将此盲人导航终端发送的求助信息及位置信息发送到此盲人导航终端用户注册的联系人的移动设备或PC上；如果紧急事件处理服务器判定盲人导航终端发送过来求助信息为急救求助信息后，立刻对盲人导航终端进行定位，并将此盲人导航终端发送的求助信息及位置信息发送到110和120中心进行救助，同时将此盲人导航终端发送的求助信息及位置信息发送到此盲人导航终端用户注册的联系人的移动设备或PC上。

同现有技术相比本发明的优点是显而易见的，云端导航服务系统是基于卫星导航和3G网络的盲人导航服务系统，这个系统可以帮助视障的用户不依靠其他人的帮助，独立在室内和室外进行活动。服务系统会同步红绿灯、公路施工、交通以外等信息，并通过3G无线网络及时同步到终端中。终端将接受到的信息转换成语音信号传递给使用者。这样视障人士便可以依靠云端导航系统，配合超声波技术在室外或室内进行走动。并且通过3G无线网络连接因特网，盲人可以使用语音和触摸控制，更好的与外界交流，轻松识别文字和物体，方便导航出行。

附图说明

图1为本发明所述系统的结构框图；

图2为本发明所述系统的工作流程图；

图3为本发明所述系统的紧急事件处理服务器工作流程图；

图4为本发明所述系统的盲人导航终端的工作流程图；

图5为本发明所述系统的网站服务流程图；

图6为本发明所述系统的实施例示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示基于GPS和3G网络的盲人导航服务系统，包括：盲人导航终端，用于获取盲人用户当前的位置信息，通过射频模块将盲人用户到达目的地信息和盲人用户当前的位置信息发送到导航服务器上，并将导航服务器给出的出行方案和该区域地图进行下载，并通过语音向盲人播报导航信息概况；

中心数据库，即存储服务器，用于存储电子地图及路况信息；地图及用户数据储存，除了拥有很大的存储空间外，存储服务器会携带大量的特殊服务，包括存储管理软件、保证高灵活性的额外硬件、RAID配置类型，以及确保更多使用者与之连接的额外网络连接等。可以实现实时记录个人详细信息、导航终端发出的环境信息，及路况变更信息。

导航服务器，用于通过高速网络获取盲人导航终端发送过来的盲人用户到达目的地信息和盲人用户当前的位置信息，同时调用存储服务器中的电子地图及路况信息，然后基于遗传算法进行导航距离及最佳路线的计算，运算过程如下：

a、调出存储服务器中的电子地图，导入道路拓扑文件；

b、定位起始地(盲人用户当前的位置)和目的地坐标；

c、采用节点匹配算法将选择起点和终点分别匹配到道路中的节点中；

d、采用广度优先搜索算法对两个节点进行联通分析，判断是否联通；

e、若可以联通，则采用遗传算法(遗传算法具有并行搜索的特点，并已经被证实其时间复杂度和网络节点数成线性增长关系，搜索最优路径速度快。遗传算法是最初是由密歇根大学的John Holland教授于1975年所发展出来的。遗传算法是一种借鉴生物界自然选择和遗传机制的搜索算法，由于它具有简单健壮、隐含并行性和全局优化等优点，对于传统搜索方法难以解决的复杂和非线性问题具有良好的适应性。利用遗传算法解决盲人导航的路径规划问题可避免困难的理论推倒，直接获得问题的最优解。

之前已有科研人员利用遗传算法精确的规划路径，并在最短的时间内规划出最佳路径。遗传算法可以将导航终端、导航服务器及中心数据库等同时进行规划和控制，达到导航路径为最短的要求。)，计算最优路径；

最终形成导航方案，并将导航方案发布给盲人导航终端。

导航服务器，主要是负责收集使用客户端的数据，进行一些必要的数据处理转换，发送到客户端。该终端主要有一个中型的应用服务器和一台数据库服务器组成。应用服务器通过Internet对外提供服务，同时内镶GPS定位系统。当客户端以无线传输方式把位置数据发送出来，通过3G无线网络转送到Internet，再经由Internet发送数据处理中心，然后应用服务器可以把目标端定时发送过来的数据信息，输入保存到数据库服务器。服务器端可以根据数据库里客户端的服务信息，提供随时呼叫客户端，给予语音提示功能。服务器为云端服务系统，是采用应用虚拟化技术，集软件搜索、制定、使用、管理、备份等多种功能为一体，为使用者搭建软件资源、软件应用和软件服务平台，改善目前软件获取和使用的方式，带给用户简单方便、操作快捷的全新性能。

如图2盲人用户使用盲人导航终端通过3G网络向导航服务器进行注册个人信息，导航服务器分配给用户专属ID，并存储到所述存储服务器中进行存储；当导航服务器收到盲人导航终端发送过信息后，首先进行个人信息的核对，个人信息核对成功则进行下一步导航操作；不满足则停止下一步操作，导航服务器会反馈信息给盲人导航终端进行提醒。盲人用户需要先将盲人导航终端通过3G网络进行注册，个人信息及专属ID将存储到云端服务器的存储服务器中。存储服务器的存储空间足够大，这样可以支持快速灵活的管理软件，存储地区及公共场所室内的道路详情，并调用服务器中用户信息。指挥中心将根据所存储的ID，给盲人用户在以后的出行和帮助申请中提供服务。

所述中心数据库中还存储公共室内场所地图；在室外卫星信号较好的情况下，打开盲人导航终端，终端会自动根据卫星进行定位，当输入目的地时，终端将采集的经纬度信息及所输入的目的地信息，通过3G网络传输到Internet，再由Internet传输到导航服务器，导航服务器收到信息，通过存储服务器识别并核对个人信息，并将导航仪所在地点和目的地发送给存储服务器，调用存储服务器的电子地图及路况信息，再将导航距离及最佳路线进行计算，将最佳方案反馈给盲人导航终端，并备份到记录查询服务器中。导航过程中，路况信息的变化会实时同步到服务器中，由指挥中心采集环境条件及路况信息，包括时间、地点、原因，通过3G无线网络发送给终端。例如步行到十字路口，路口的红绿灯信息会通过指挥中心传送给导航终端。如绿灯时，导航仪会语音通知盲人路口可以通过，如遇红灯时，导航终端通知盲人红灯请等待。再如，遇到公路施工或不能通行等，指挥中心会拟定最优路线绕过此路。如果在导航过程中遇到封路或限行，指挥中心会第一时间发送信息，并根据实际情况，及盲人所处的位置重新规划路径。终端将接受到的数字信号转换成语音模拟信号传递给盲人使用者。使用者不断的移动，反馈给导航服务器的坐标数据也会不断的更新，坐标逐一和存储服务器中的数据进行比较和计算，继续发送最新的导航信息及路况信息发送给盲人用户。

在室内或者无法接收卫星信号的情况下，盲人依然可以通过3G网络进行快速定位即现有的AGps技术。终端发送场所名称到指挥中心的导航服务器，导航服务器调用存储服务器数据进行ID识别计算出最佳的出行路线，并通过3G网络发送给盲人导航终端。

还包括用于配合授权用户调用盲人用户出行记录的记录查询服务器；所述导航服务器将导航方案反馈给盲人导航终端的同时将该导航方案备份到记录查询服务器中。盲人用户及其获得授权的亲属或监护人可以通过导航终端或Internet访问记录查询服务器已获知盲人用户的行踪。

如图1和图3所示还包括紧急事件处理服务器，用于接收盲人导航终端发送过来的求助信息；当紧急事件处理服务器判定盲人导航终端发送过来求助信息为普通求助信息后，立刻对盲人导航终端进行定位，并将此盲人导航终端发送的求助信息及位置信息发送到此盲人导航终端用户注册的联系人的移动设备或PC上；如果紧急事件处理服务器判定盲人导航终端发送过来求助信息为急救求助信息后，立刻对盲人导航终端进行定位，并将此盲人导航终端发送的求助信息及位置信息发送到110和120中心进行救助，同时将此盲人导航终端发送的求助信息及位置信息发送到此盲人导航终端用户注册的联系人的移动设备或PC上。可以帮住盲人在发生意外状况时，及时准确的发送求救信息，这就需要我们提供紧急事件处理系统。另外，盲人导航终端上面带有灾情传感器，能够有效辨别起火、煤气泄漏等情况，并自动以语音信号提醒。视障用户可以通过导航服务器进行突发事件的紧急疏散、躲避险情，而不需要别人的帮助和带领。

如图4所示盲人导航终端集成GPS/AGPS系统，3G功能，有定时启动器，定时开关装置，超声波感应器，语音提示装置。功能主要包括提供个人位置信息，提供语音导航功能。客户端通过设定的间隔时间，把自己的位置信息，通过3G无线网络转送到Internet，转发到中央处理中心，同时维护本地记录。接受导航服务器端发送的导航信息及资讯，并通过语音方式向盲人播报。

用户开机或唤醒设备后，终端开始定位。使用GPSONE定位，在有无线网络存在的情况下，定位时间少于1分钟。定位成功后，终端向服务器报告位置信息，并对地图信息进行更新。使用云端存储地图，可降低设备所需存储空间，降低终端成本。

当用户通过语音或盲人键盘输入请求后，设备会协调服务器端进行相应的处理，并以语音形式将结果反馈给用户。用或如果提交的是需要导航的任务，则设备进入导航模式，开启环境监测传感器，并开始语音导航。若该过程中遇到紧急情况，则按照预定义的方式进行处理，并进行记录。导航完成后，经使用者允许自动停止导航。

如图5所示该系统的功能还可以进行拓展，主要是提供对目标群体的定位跟踪功能，以及可以定制特定服务，同时介绍我们的产品使用情况。包括：所有在用客户端使查询，客户端轨迹/位置查询，客户端路线设定，客户端定时提醒，产品使用介绍，产品使用交流BBS，等等。对特定的客户端，家人可以设定在一定的时间后，进行必要的语音提醒，比如说一些关键路名，或者是告知目标位置走什么样的路线等等。这些功能特定服务需要在当前网站上，定制服务。网站服务分为两个主要功能：一、可以向用户介绍产品的注册、使用、升级及意见反馈，使用者或者家属可以了解产品的使用细则、售后服务、及常见问题的解决方法。用户还可以在论坛中咨询和讨论相关的问题。二、家属和监护人可以通过互联网，对导航仪进行实时跟踪，在网站的电子地图上查找盲人所在位置和移动的路径。并且可以预制特定功能，比如行动线路设定(提前设定好导航仪提示盲人如何行动)定时设置(家属或监护人可以帮助盲人事先预定好作息时间)。

结合图6所示进行该系统实际应用的说明。

1.当视障人士出行时，打开导航仪，卫星导航系统会通过3G无线网络快速定位导航仪器的位置，用户只需要说出目的地名称，终端会自动识别语音，并找到相应位置并通过语音确认。目的地确认后，信息会通过3G网络传送到交通指挥中心的导航服务器上。通过调用存储服务器数据库为用户拟定最适合出行的路线，并根据定位实时跟踪，由于云端导航服务器与交通信息同步，所以指挥中心导航服务器可以准确的指挥终端，再由终端大声的读出行走的方向、所在街道地址名称、弯道提醒等，正常的导航软件只会提示前方多远需要转向。这样可以提醒盲人方向、红绿灯，绕过施工道路及路障，方便地到达目的地。经过了一次导航，指挥中心会将出行路线、盲人行走时遇到的问题及系统未及时更新的信息存储在存储服务器和记录查询服务器中，以便盲人在下次需要走这段路径时，可以调用已更新的信息。

2、盲人由于视力障碍，出行难免会遇到以外发生的问题。例如出行时受到意外伤害，做饭时厨房物品是火等需要紧急求救时，盲人只需使用注册后的盲人导航终端，一键接入紧急事件处理服务系统，系统的工作人员会回以最快速度判断意外发生的严重性。如果事件不严重，中心会尽快联系到监护人或家人，并给出紧急事件的处理方法，例如最近医院的位置和通行路径。如果事情较为严重，中心会第一时间通知110/120，并将盲人所在位置的详细信息转告110/120。这样既可以免除盲人不能详细描述自身所在位置的问题，又可以节约时间以最快的速度帮助视障人士。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于GPS和3G网络的盲人导航服务系统，包括：

盲人导航终端，用于获取盲人用户当前的位置信息，通过射频模块将盲人用户到达目的地信息和盲人用户当前的位置信息发送到导航服务器上，并将导航服务器给出的出行方案和该区域地图进行下载，并通过语音向盲人播报导航信息概况；

其特征在于还包括：

中心数据库，即存储服务器，用于存储电子地图及路况信息；

导航服务器，用于通过高速网络获取盲人导航终端发送过来的盲人用户到达目的地信息和盲人用户当前的位置信息，同时调用存储服务器中的电子地图及路况信息，然后基于遗传算法进行导航距离及最佳路线的计算，运算过程如下：

a、调出存储服务器中的电子地图，导入道路拓扑文件；

b、定位起始地和目的地坐标；

c、采用节点匹配算法将选择起点和终点分别匹配到道路中的节点中；

d、采用广度优先搜索算法对两个节点进行联通分析，判断是否联通；

e、若可以联通，则采用遗传算法，计算最优路径；

最终形成导航方案，并将导航方案发布给盲人导航终端；

盲人用户使用盲人导航终端通过3G网络向导航服务器进行注册个人信息，导航服务器分配给用户专属ID，并存储到所述存储服务器中进行存储；当导航服务器收到盲人导航终端发送过信息后，首先进行个人信息的核对，个人信息核对成功则进行下一步导航操作；不满足则停止下一步操作，导航服务器会反馈信息给盲人导航终端进行提醒；

还包括用于配合授权用户调用盲人用户出行记录的记录查询服务器；所述导航服务器将导航方案反馈给盲人导航终端的同时将该导航方案备份到记录查询服务器中；

所述中心数据库中还存储公共室内场所地图；

用户通过盲人导航终端输入公共室内场所名称和目的地名称，终端会将其信息和位置坐标通过3G网络发送到导航服务器，导航服务器调用中心数据库中存储的公共室内场所地图，载入坐标点，计算行走路径，将路径规划结果通过3G网络反馈给盲人导航终端；

还包括紧急事件处理服务器，用于接收盲人导航终端发送过来的求助信息；当紧急事件处理服务器判定盲人导航终端发送过来求助信息为普通求助信息后，立刻对盲人导航终端进行定位，并将此盲人导航终端发送的求助信息及位置信息发送到此盲人导航终端用户注册的联系人的移动设备或PC上；如果紧急事件处理服务器判定盲人导航终端发送过来求助信息为急救求助信息后，立刻对盲人导航终端进行定位，并将此盲人导航终端发送的求助信息及位置信息发送到110和120中心进行救助，同时将此盲人导航终端发送的求助信息及位置信息发送到此盲人导航终端用户注册的联系人的移动设备或PC上。

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