CN106017489B - 基于北斗定位的视障用导航笔 - Google Patents

基于北斗定位的视障用导航笔 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗定位的视障用导航笔。由盲笔外壳、盲笔伸缩杆，固定在盲笔伸缩杆端部的滚轮和固定在盲笔外壳上的笔夹组成，包括：北斗定位模块，具备分米级定位精度，用于引导定位；存储模块，中央处理器模块、人机交互模块和电源。本发明通过将道路数据分为常规道路信息和盲道信息，并将二者走向中心线矢量化后加权拟合确定视障人士道路参考矢量线；将定位位置点以视障人士道路参考矢量线为基准进行牵引纠正，确保了使用者的道路位置定位精度，确保出行导航正确性的方法；利用道路矢量线中不同道路属性；系统中的请假单元为方便使用者需要临时脱离沿道路行走状态，转而在附近进行社会活动。

Description

基于北斗定位的视障用导航笔
技术领域
本发明属于盲人导航技术领域，特别是涉及一种基于北斗定位的视障用导航笔。
背景技术
目前随着城市交通的日益发展，盲人以及视障人士的出行问题面临着巨大的挑战，传统的盲笔已经远远不能满足他们安全行走的需求。中国有600多万盲人，弱视等视障人数更是高达1500万，这些人的日常生活因视障造成了巨大的不便。因而，如何帮助视障人员方便生活，成为人们关注的重点问题。视障急需解决的问题之一就是出行，目前在世界范围内存在各种各样专为视障人士出行设计的辅助设备，很大程度上方便了他们的日常生活。然而，同样需要关注到的是，随着当今社会的高速发展，城市、乡村道路规模化建设，道路要素的增加，传统的出行辅助设备受制于定位精度和应用层面，未能更深层次地解决视障人士出行的问题。随着空间定位系统精度的提高以及我国自主研发的北斗定位系统(BDS)的普及，交通信息管理系统的完善，新技术的实现成为可能。
北斗卫星定位系统是全球卫星定位系统的一种，他工作的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。拓扑关系(topological relation)，指满足拓扑几何学原理的各空间数据间的相互关系。即用结点、弧段和多边形所表示的实体之间的邻接、关联、包含和连通关系。
现有的盲人导航技术为基于GPS的导航犬导航设备，基于RFID盲人导航系统，盲人专用GPS导航鞋的设计等。因现有方法中未能将现实存在的定位位置跳跃和位置突变等误差考虑进方法之中；基于RFID(射频识别)盲人导航系统需要在道路上贴满反射标贴并需要确保其时时不被遮盖，结合社会生活具体情况，目之所及的时间内很难实现；现有的各类供视障人士使用的导航系统由各类射频、红外、雷达模块共同组成，定位模块只是其中众多辅助模块的一个，其成本高却并不能保证可靠的精准度；其耗电量大，因此需要较大的空间安放电源，设备整体便携性大大降低；现有产品中的定位多采用GPS定位系统；现有方案中不能很好的解决视障人士对于特殊地物(如：无障碍厕所、无障碍电梯、盲道等)的需求。
因此，本发明将结合BDS与盲道信息系统，设计视障人士使用的辅助装备：视障用导航笔，将定位技术、电子地图、盲道空间数据及信息管理系统相结合，发明服务于视障人士的盲道指引、无障碍特殊需求引导、出行路线提示与规划，具有定位、公交站点、斑马线提示、笔、杖一体化等功能，更全面、更可靠地为视障人士出行提供方便。
发明内容
本发明为一种基于北斗定位的视障用导航笔，通过采用北斗定位系统作为导航的基础，再通过将道路数据分为常规道路信息和盲道信息，并将二者走向中心线矢量化后加权拟合确定视障人士道路参考矢量线，而且，该方式提高了道路行走的精度，还设置有请假单元，实时响应静或动的状态。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种基于北斗定位的视障用导航笔，由盲笔外壳、盲笔伸缩杆，固定在盲笔伸缩杆端部的滚轮和固定在盲笔外壳上的笔夹组成，包括：
A北斗定位模块，具备分米级定位精度，用于引导定位；
B存储模块,包括盲导数据库、矢量道路数据库、请假单元和常规地图数据库；
其中，盲导数据库实质为视障人士特殊地理信息系统，其内存储道路要素的数据信息，具体为：
盲道数据，包括位置、起始坐标、盲道宽度数据；
公交站点数据，包括位置、播报数据；
人行横道数据，包括位置、宽度、播报数据；
视障人士辅助信息数据，包括台阶数据、无障碍卫生间、无障碍电梯、红绿灯信息相关数据；
其中，矢量道路数据库以矢量的点、线描述道路的空间位置和关系，矢量的点和线由盲导数据库内的盲道数据和常规地图数据库内的道路数据联合拟合形成,用于计算盲人出行路线和补充精确定位；
其中，请假单元用于临时脱离沿道路行走动作，并重新进入道路动作的指令单元；
其中，常规地图数据库存储有导航地图信息，包括各类常规的点状、线状、面状地物符号的各项属性信息；
C中央处理器模块，基于操作系统的中央处理单元，统筹协调处理各模块之间的功能；
D人机交互模块，包括输入单元和输出单元；
其中，输入单元接收行为命令，包含按键、传感器、语音识别，经处理为数字信号后传送给中央处理模块以完成接收使用者传递来的消息；
其中，输出单元将中央处理模块处理后的信号转化为其他形式的信号，包括支持蓝牙信号或机械信号或机械凸起；机械信号以机械振动实现，蓝牙信号以声音实现，机械凸起以盲文凸起实现；
E电源，为整体系统供电，采用充电式锂电池。
进一步地，所述北斗定位模块,存储模块和中央处理器模块安装在盲笔外壳内部；所述人机交互模块安装在盲笔外壳的顶部；所述盲笔外壳上还安装有电源。
进一步地，所述盲笔伸缩杆为多级伸缩天线杆，固定在盲笔伸缩杆端部的透明球珠为透明塑料制成，内部安装有灯珠和光敏传感器，通过光敏传感器来自动控制灯珠的开关，当白天时，光敏传感器处于关闭状态，灯珠为灭的状态；当夜间时状态，光敏传感器处于开路状态，灯珠为亮的状态，该透明球珠用于夜间警告作用，提示周围人群注意。
进一步地，矢量道路数据库以矢量的点、线描述道路的空间位置和关系，矢量的点和线由盲导数据库内的盲道数据和常规地图数据库内的道路数据联合拟合形成,用于计算盲人出行路线和补充精确定位，具体为：
在存在盲道的道路上，矢量道路线以盲道的宽度中心线为主要拟合对象，拟合成为盲道矢量线；
在不存在盲道的道路上，矢量道路线以常规道路的宽度中心线为主要拟合对象，拟合成为常规道路矢量线；
赋予一个合适的距离阈值，将小于该距离阈值的盲道矢量线与常规道路矢量线之间的缺口进行拼接操作，并在该过程中赋予盲道矢量线以较高的权；
拼接过后线与线之间便形成了矢量点，这些矢量点也因与其连接的矢量线的属性和数量的不同而得到不同的权值。
进一步地，所述计算盲人出行路线和补充精确定位的具体方式为：
计算出行路线：在给定出发点和目的地位置信息后，根据矢量道路数据库内矢量点和矢量线权值的不同和矢量线长度值的不同，经计算得出路程最短路线和盲道比重最大的路线，分别适用于视障人士出行至熟悉地区与陌生地区；
补充精确定位：单点定位出现跳跃定位或偏离定位，采取将定位位置拉至最近的道路矢量线的方式，并设定一合适的距离阈值，排除在短时间内发生距离突变的定位位置数据。
进一步地，请假单元用于临时脱离沿道路行走动作，并重新进入道路动作的指令单元，具体为：
当使用者给出“请假”命令后，盲笔暂停出行道路导航，同时请假单元开始运作，自动记录使用者在发出“请假”命令之后的行走路线，并在使用者需要时根据之前记录的路线反向引导使用者回到初始“请假”位置。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明将道路数据分为常规道路信息和盲道信息，并将二者走向中心线矢量化后加权拟合确定视障人士道路参考矢量线。
2.将定位位置点以视障人士道路参考矢量线为基准进行牵引纠正，确保了使用者的道路位置定位精度，确保出行导航正确性的方法。
3.利用道路矢量线中不同道路属性(如：盲道长度占比，常规道路长度占比)决定的不同的权值与路口矢量点属性(如：交点邻接路线数量，邻接路线属性)决定的不同的权值计算最优路线。
通过考虑出行时会遇到的几种道路情况(如：路面状况、公路等级、道路繁忙程度和红绿灯分布)，并通过给不同情况加权计算推荐道路的计算方法也是获得最优化路线的一种方案，但其与本发明采用的利用道路矢量线中不同道路属性决定的不同的权值与路口矢量点属性决定的不同的权值计算最优路线的方案有本质区别。前者基于主观认知，其权值的确定没有固定标准；其考虑的路线脱离盲道计算，更趋向于普通人选择路线的标准。后者权值基于客观数据计算得到，更趋向于使视障人士尽可能的使用盲道。
4.请假单元的存在，系统中的请假单元为方便使用者需要临时脱离沿道路行走状态，转而在附近进行社会活动(如：如厕、购买、短时间进入建筑物或脱离道路行走等)而设计并在该社会活动结束后指引使用者重新进入道路行走。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于北斗定位的视障用导航笔的系统图；
图2为本发明基于北斗定位的视障用导航笔的结构主视图；
图3为盲导数据库内的盲道数据和常规地图数据库内的道路数据联合拟合示图；
图4为本发明基于北斗定位的视障用导航笔的结构示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-盲笔外壳，2-盲笔伸缩杆，3-滚轮，30-常规道路，4-笔夹，101-电源，102-北斗定位模块，103-中央处理器模块，104-存储模块，105-人机交互模块，106-输入单元和输出单元，301-盲道，302-矢量道路线，303-盲道矢量线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4所示，本发明为基于北斗定位的视障用导航笔，由盲笔外壳1、盲笔伸缩杆2，固定在盲笔伸缩杆2端部的滚轮3和固定在盲笔外壳1上的笔夹4组成，盲笔外壳1外形为笔状，盲笔伸缩杆2具备天线式伸缩功能，拉伸后可供视障人士做盲杖，如图1和图4所示，该导航笔系统包括：
北斗定位模块102，具备分米级定位精度，用于引导定位；
存储模块104,包括盲导数据库、矢量道路数据库、请假单元和常规地图数据库；
其中，盲导数据库实质为视障人士特殊地理信息系统，其内存储有地面物体的各项数据信息；
其中如图3所示，矢量道路数据库以矢量的点、线描述道路的空间位置和关系，矢量的点和线由盲导数据库内的盲道数据和常规地图数据库内的道路数据联合拟合形成,用于计算盲人出行路线和补充精确定位；
具体表现为：如图3所示，在存在盲道301的常规道路30上，矢量道路线302以盲道301的宽度中心线为主要拟合对象，拟合成为盲道矢量线303；在不存在盲道301的道路上，矢量道路线302以常规道路的宽度中心线为主要拟合对象，拟合成为常规道路矢量线302；赋予一个合适的距离阈值(例如设定距离阈值在1-2m之间)，将小于该距离阈值的盲道矢量线与常规道路矢量线之间的缺口进行拼接操作，并在该过程中赋予盲道矢量线以较高的权。拼接过后线与线之间便形成了矢量点，这些矢量点也因与其连接的矢量线的属性和数量的不同而得到不同的权值。
计算出行路线：在给定出发点和目的地位置后，根据矢量道路数据库内矢量点和矢量线权值的不同和矢量线长度值的不同，经计算可以得出路程最短路线和盲道比重最大的路线，分别适用于视障人士出行至熟悉地区与陌生地区。
补充精确定位：受制于各种各样的影响，单点定位在个别情况影响下会出现跳跃定位或偏离定位的问题，这些问题具有持续时间短、距离变化明显的特点，根据这一特征，结合视障人士行走速度并不是很快的特点，采取将定位位置自动拉至最近的道路矢量线的方法，并给予一合适的距离阈值，自动排除在较短时间内发生距离突变的定位位置数据。可以在很大程度上提升视障人士出行定位精度，增加安全性。
其中，请假单元用于临时脱离沿道路行走动作，并重新进入道路动作的指令单元；
其中，常规地图数据库存储有导航地图信息，包括各类常规的点状、线状、面状地物符号的各项属性信息；
C中央处理器模块103，基于操作系统的中央处理单元，统筹协调处理各模块之间的功能；
D人机交互模块105，包括输入单元和输出单元106；
其中，输入单元接收行为命令，包含按键、传感器、语音识别，经处理为数字信号后传送给中央处理模块以完成接收使用者传递来的消息；
其中，输出单元将中央处理模块处理后的信号转化为其他形式的信号，包括支持蓝牙信号或机械信号或机械凸起；机械信号以机械振动实现，蓝牙信号以声音实现，机械凸起以盲文凸起实现；
E电源101，为整体系统供电，采用充电式锂电池或纽扣锂电池。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.基于北斗定位的视障用导航笔，由盲笔外壳(1)、盲笔伸缩杆(2)，固定在盲笔伸缩杆(2)端部的透明球珠(3)和固定在盲笔外壳(1)上的笔夹(4)组成，其特征在于，所述盲笔外壳(1)内设有：
A北斗定位模块，具备分米级定位精度，用于引导定位；
B存储模块,包括盲导数据库、矢量道路数据库、请假单元和常规地图数据库；
其中，盲导数据库实质为视障人士特殊地理信息系统，其内存储有道路要素的数据信息，具体为：
盲道数据，包括位置、起始坐标、盲道宽度数据；
公交站点数据，包括位置、播报数据；
人行横道数据，包括位置、宽度、播报数据；
视障人士辅助信息数据，包括台阶数据、无障碍卫生间、无障碍电梯、红绿灯信息相关数据；
其中，矢量道路数据库以矢量的点、线描述道路的空间位置和关系，矢量的点和线由盲导数据库内的盲道数据和常规地图数据库内的道路数据联合拟合形成,用于计算盲人出行路线和补充精确定位，具体为：
在存在盲道的道路上，矢量道路线以盲道的宽度中心线为主要拟合对象，拟合成为盲道矢量线；
在不存在盲道的道路上，矢量道路线以常规道路的宽度中心线为主要拟合对象，拟合成为常规道路矢量线；
赋予一个合适的距离阈值，将小于该距离阈值的盲道矢量线与常规道路矢量线之间的缺口进行拼接操作，并在该拼接操作过程中赋予盲道矢量线以较高的权；
拼接过后线与线之间便形成了矢量点，这些矢量点也因与其连接的矢量线的属性和数量的不同而得到不同的权值；
其中，请假单元用于临时脱离沿道路行走动作，并重新进入道路动作的指令单元；
其中，常规地图数据库存储有导航地图信息，包括各类常规的点状、线状、面状地物符号的各项属性信息；
C中央处理器模块，基于操作系统的中央处理单元，统筹协调处理各模块之间的功能；
D人机交互模块，包括输入单元和输出单元；
其中，输入单元接收行为命令，包含按键、传感器、语音识别，经处理为数字信号后传送给中央处理模块以完成接收使用者传递来的消息；
其中，输出单元将中央处理模块处理后的信号转化为其他形式的信号，包括支持蓝牙信号或机械信号或机械凸起；机械信号以机械振动实现，蓝牙信号以声音实现，机械凸起以盲文凸起实现；
E电源，为整体系统供电，采用充电式锂电池。
2.根据权利要求1所述的基于北斗定位的视障用导航笔，其特征在于，所述北斗定位模块,存储模块和中央处理器模块安装在盲笔外壳(1)内部；所述人机交互模块安装在盲笔外壳(1)的顶部；所述盲笔外壳(1)上还安装有电源。
3.根据权利要求1所述的基于北斗定位的视障用导航笔，其特征在于，所述盲笔伸缩杆(2)为多级伸缩天线杆，固定在盲笔伸缩杆(2)端部的透明球珠(3)为透明塑料制成，内部安装有灯珠和光敏传感器。
4.根据权利要求1所述的基于北斗定位的视障用导航笔，其特征在于，所述计算盲人出行路线和补充精确定位的具体方式为：
计算出行路线：在给定出发点和目的地位置信息后，根据矢量道路数据库内矢量点和矢量线权值的不同和矢量线长度值的不同，经计算得出路程最短路线和盲道比重最大的路线，分别适用于视障人士出行至熟悉地区与陌生地区；
补充精确定位：单点定位出现跳跃定位或偏离定位，采取将定位位置拉至最近的道路矢量线的方式，并设定一合适的距离阈值，排除在短时间内发生距离突变的定位位置数据。
5.根据权利要求1所述的基于北斗定位的视障用导航笔，其特征在于，请假单元用于临时脱离沿道路行走动作，并重新进入道路动作的指令单元，具体为：
当使用者给出“请假”命令后，盲笔暂停出行道路导航，同时请假单元开始运作，自动记录使用者在发出“请假”令之后的行走路线，并在使用者需要时根据之前记录的路线反向引导使用者回到初始“请假”位置。
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