CN116076387B - 一种导盲犬训练导航智能管理系统 - Google Patents

一种导盲犬训练导航智能管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及导盲犬导航训练管理技术领域，公开一种导盲犬训练导航智能管理系统，本发明通过在导盲犬身上佩戴导航训练设备，在在训犬师身上设置导航手环，并由导航项圈内置的摄像头在行进过程中实时采集行进位置的前方环境图像，进而在识别前方存在障碍物时提取前方障碍物的具象信息，实现了避障需求的事先判断，并在判断存在避障需求时进行针对性的避障行进路线规划，使得避障的实施更加灵活有效，有利于保障避障的成功率，与此同时在行进过程中实时监测训犬师及导盲犬的行进速度，进而根据两者的对比结果针对性地控制导盲犬的行进速度，实现了对导盲犬行进速度的训练，从而最大限度减少训练出的导盲犬存在的使用隐患。

Description

一种导盲犬训练导航智能管理系统
技术领域
本发明涉及导盲犬导航训练管理技术领域，具体而言，是一种导盲犬训练导航智能管理系统。
背景技术
视障者视力功能的缺失带来了生活方面的诸多不便,尤其在外出行进中，而导盲犬的出现，能够在引导视障者出行层面提供重要的应用价值。但不是任意一条犬都能够直接用于视障引导，而是需要经过大量严格的训练才能发挥引导作用，其中导航训练是所有训练项目中较为关键的一项。
传统的导航训练方式是单纯由训犬师自身进行训练，这种训练方式太过费时费力，为了提高训练效率，目前现有的训练方式是在导盲犬身上佩戴辅助训练设备，以此来辅助训犬师达到导航训练的目的，如申请公开号CN108477015A的中国发明专利申请公开的一种导盲犬项圈及其控制方法，通过在导盲犬脖子上佩戴导盲项圈，导盲项圈上内置震动模块、定位模块和测距模块，进而实时定位导盲犬当前位置信息，以此规划行驶路线，并根据行驶路线控制导盲项圈震动，形成行进指令，使导盲犬根据行进指令作出相应反应动作，从而完成导航训练。由于该发明在导盲项圈上内置了测距模块使其在导航过程中具备避障功能，但该方面避障功能的实现仅依赖于测距模块判断是否存在障碍物，在判断存在障碍物的情况下直接进行避障处理，这种避障方式由于无法获取障碍物的具象信息，一方面缺乏对避障需求的事先判断，导致避障实施过于直接、固化，容易造成无效避障，二则在具体实施避障时过于笼统，未进行针对性的避障路线规划，无法有效避障的成功率。
另外申请人发现现有技术对导盲犬的导航训练都侧重于对行进指令的执行训练，忽略了对行进速度的训练，而为了实现导盲犬的引导作用就需要导盲犬的行进速度略快于训犬师的行进速度，这就存在对导盲犬在导航训练过程中的行进速度训练需求，但现有技术中大多缺乏行进速度的训练，导致训练项目不够全面，进一步使得训练出的导盲犬存在一定的使用隐患，实用风险较大。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种导盲犬训练导航智能管理系统，包括：导航训练设备佩戴模块，用于在导盲犬身上佩戴导航训练设备，在训犬师身上设置导航手环。
导航路线规划传输模块，用于由训犬师在导航手环上进行导航路线规划，并将规划的导航路线传输到导航训练设备中的导航项圈。
行进位置定位模块，用于由导航训练设备中的智能脚环实时定位导盲犬的行进位置。
行进位置前方环境图像采集模块，用于由导航项圈内置的摄像头在行进过程中实时采集行进位置的前方环境图像。
行进位置导航指令提取模块，用于基于导盲犬的行进位置从传输的导航路线中提取行进位置的导航指令。
行进指令确定及实施模块，用于根据导盲犬所在行进位置的前方环境图像及导航指令综合确定导盲犬的行进指令，并实施行进指令。
行进指令执行效果分析模块，用于分析导盲犬对行进指令的执行效果系数。
行进速度监测模块，用于实时监测训犬师及导盲犬的行进速度。
行进速度控制指令确定及实施模块，用于根据训犬师的步行速度和导盲犬的行进速度综合确定导盲犬的行进速度控制指令，并实施行进速度控制指令。
行进速度控制执行效果分析模块，用于分析导盲犬对行进速度控制的执行效果系数。
导盲犬导航训练达标评判模块，用于基于导盲犬对行进指令的执行效果系数和对行进速度控制的执行效果系数综合评判导盲犬的导航训练效果是否达标。
进一步地，所述导航训练设备包括导航项圈和智能脚环。
进一步地，所述确定导盲犬的行进指令包括以下步骤：A1、从导盲犬所在行进位置的前方环境图像中识别前方是否存在障碍物，若识别前方不存在障碍物，则将导盲犬所在行进位置的导航指令作为导盲犬的行进指令，反之则执行A2-A3。
A2、将导盲犬所在行进位置的前方环境图像聚焦在障碍物区域，进而定位障碍物所在位置，由此获取障碍物对导盲犬所在行进位置的阻碍角度及阻碍距离，并将其导入导航障碍度预测公式预测得到导盲犬所在行进位置的导航障碍度η，其中θ、l分别表示为障碍物对导盲犬所在行进位置的阻碍角度、阻碍距离，l0表示为设定的参考阻碍距离，α、β分别表示为设置的阻碍角度、阻碍距离对应的影响因子。
A3、将η与预设的允许导航障碍度进行对比，若η小于或等于预设的允许导航障碍度，则将导盲犬所在行进位置的导航指令作为导盲犬的行进指令，反之则执行A4。
A4、从导盲犬所在行进位置的前方环境图像中提取障碍物的外形轮廓，由此确定障碍物高度，并将其与理想障碍物跨越高度进行对比，若障碍物高度小于或等于理想行进障碍物高度，则将导盲犬所在行进位置的导航指令作为导盲犬的行进指令，反之则执行A5。
A5、根据导盲犬所在行进位置和障碍物所在位置进行避障路线规划，由此确定导盲犬的行进指令。
进一步地，所述实施行进指令具体按以下步骤实施：B1、将导航项圈的圆周进行区域划分，并对各项圈区域进行编号，其中各项圈区域上分布有电极，且各项圈区域与行进指令一一对应。
B2、将确定的导盲犬行进指令与各项圈区域对应的行进指令进行匹配，从中筛选出匹配成功的项圈区域，进而触发该项圈区域的电极发出电击信号实现行进指令的实施。
进一步地，所述分析导盲犬对行进指令的执行效果系数参见以下步骤：C1、在行进指令实施之后由训犬师控制导航手环内置的监控摄像头按照设定时间间隔采集导盲犬的实施行为图像，并将采集的实施行为图像按照采集时刻的先后顺序进行排序。
C2、按照实施行为图像的排序结果依次将导盲犬的实施行为图像聚焦在导盲犬的头部区域，进而从中提取导盲犬的头部指向。
C3、将导盲犬的实施行为图像中导盲犬的头部指向与行进指令进行对比，若某时刻采集的导盲犬的实施行为图像中导盲犬的头部指向与行进指令一致，则将该时刻记为有效执行时刻，并执行C4，若所有采集的导盲犬的实施行为图像中导盲犬的头部指向与行进指令均不一致，则分析导盲犬对行进指令的执行效果系数为0。
C4、记录行进指令实施时刻，并将其结合有效执行时刻得到导盲犬对行进指令的响应时长，记为t,进而通过执行效果系数分析公式计算出导盲犬对行进指令的执行效果系数/>t0表示为设置的正常响应时长，e表示为自然常数。
进一步地，所述确定导盲犬的行进速度控制指令包括以下步骤：D1、将同一时刻监测的训犬师及导盲犬的行进速度进行对比，并通过公式计算出训犬师与导盲犬之间的行进速度差异度ξ，V犬、V师分别表示为导盲犬、训犬师对应的的行进速度。
D2、根据训犬师与导盲犬之间的行进速度差异度判断是否需要对导盲犬的行进速度进行控制，若判断需要控制则执行D3。
D3、利用计算出导盲犬对应的行进速度控制指数δ，ΔV表示为训犬师与导盲犬之间的正常行进速度差，R表示为设定常数，且R>0。
D4、将δ结合设置的单位行进速度控制指数对应的需求电击频率得到导盲犬对应的需求电击频率，将其作为导盲犬的行进速度控制指令。
进一步地，所述实施行进速度控制指令对应的实施方式为获取当前导盲犬对应的行进指令，并据此识别出该行进指令对应的项圈区域，进而触发该项圈区域的电极按照需求电击频率发出电击信号实现行进速度控制指令的实施。
进一步地，所述分析导盲犬对行进速度控制的执行效果系数具体实现方式为：在行进速度控制指令实施之后继续监测导盲犬的行进速度，记为V犬′并将其导入分析公式得到导盲犬对行进速度控制的执行效果系数ψ。
进一步地，所述综合评判导盲犬的导航训练效果是否达标的实现过程如下：E1、在整个导航训练结束之后分别统计行进指令的实施总频次及行进速度控制指令的实施总频次。
E2、依次获取各次实施行进指令对应的执行效果系数及各次实施行进速度控制指令对应的执行效果系数。
E3、分别统计导盲犬在整个导航训练过程中的行进执行达标率和行进速度执行达标率，分别记为μIR、μRS。
E4、分别将μIR和μRS与对应的合格达标率进行对比，若μIR和μRS均大于或等于对应的合格达标率，则评判导盲犬的导航训练效果达标，反之则评判导盲犬的导航训练效果不达标。
进一步地，所述导盲犬导航训练达标评判模块还包括当评判导盲犬的导航训练效果不达标时确定弱项导航训练项目，并进一步规划需求训练频次，具体规划过程如下：F1、统计弱项导航训练项目在整个导航训练过程中的未达标实施频次及各次未达标对应的执行效果系数，并从中筛选出最大执行效果系数和最小执行效果系数，分别记为φmax、φmin。
F2、将最大执行效果系数和最小执行效果系数通过公式计算出弱项导航训练项目在未达标状态下的执行效果系数稳定度Q，φ0表示为弱项导航训练项目对应的达标执行效果系数。
F3、确定弱项导航训练项目在未达标状态下的有效执行效果系数，并据此匹配得到弱项导航训练项目对应的需求训练频次。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：1.本发明通过在导盲犬身上佩戴导航项圈，并由导航项圈内置的摄像头实时采集行进位置的前方环境图像，进而在识别前方存在障碍物时提取前方障碍物的具象信息，从而据此进行导航障碍度预测，实现了避障需求的事先判断，能够大大降低因直接实施避障造成的无效避障的发生率，真正体现了按需避障，具有实用性强的特点。
2.本发明在判断存在避障需求时根据前方障碍物的具象信息进行针对性的避障路线规划，使得避障的实施更加灵活有效，有利于保障避障的成功率，避免出现二次避障。
3.本发明通过在导盲犬的身上佩戴智能脚环，在训犬师身上设置导航手环，由其在行进过程中实时监测训犬师及导盲犬的行进速度，进而根据两者的对比结果利用导航项圈针对性地控制导盲犬的行进速度，实现了对导盲犬行进速度的训练，使得训练项目更加全面，从而最大限度减少训练出的导盲犬存在的使用隐患。
4.本发明在利用导航项圈对导盲犬进行行进控制和行进速度控制时分别分析导盲犬对行进指令的执行效果系数及导盲犬对行进速度控制的执行效果系数，以此综合评判导盲犬的导航训练效果是否达标，在很大程度上降低了评判偏差，有利于提高了导航训练效果的评判可靠度。
5.本发明在当评判导盲犬的导航训练效果不达标时确定弱项导航训练项目，并进一步规划需求训练频次，为后续进行针对性导航训练提供了训练方向，有利于加快导盲犬的导航训练效果由不达标向达标的实现效率，更具有实用价值。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明的系统连接示意图。
图2为本发明的阻碍角度示意图。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1所示，本发明提出一种导盲犬训练导航智能管理系统，包括导航训练设备佩戴模块、导航路线规划传输模块、行进位置定位模块、行进位置前方环境图像采集模块、行进位置导航指令提取模块、行进指令确定及实施模块、行进指令执行效果分析模块、行进速度监测模块、行进速度控制指令确定及实施模块、行进速度控制执行效果分析模块和导盲犬导航训练达标评判模块。
上述中导航训练设备佩戴模块分别与导航路线规划传输模块和行进位置定位模块连接，行进位置定位模块与行进位置前方环境图像采集模块连接，导航路线规划传输模块与行进位置导航指令提取模块连接，行进位置前方环境图像采集模块和行进位置导航指令提取模块均与行进指令确定及实施模块连接，行进指令确定及实施模块与行进指令执行效果分析模块连接，行进速度监测模块与行进速度控制指令确定及实施模块连接，行进速度控制指令确定及实施模块与行进速度控制执行效果分析模块连接，行进指令执行效果分析模块和行进速度控制执行效果分析模块均与导盲犬导航训练达标评判模块连接。
所述导航训练设备佩戴模块用于在导盲犬身上佩戴导航训练设备，在训犬师身上设置导航手环，所述导航训练设备包括导航项圈和智能脚环，其中导航项圈内置摄像头，智能脚环内置定位器和第一运动监测仪，具体地第一运动监测仪用于监测导盲犬的行进速度，导航手环支持语音输入操作，其内置第二运动监测仪和定位芯片，其中运动监测仪用于监测训犬师的行进速度，定位芯片用于进行实时定位，并通过联网从网络获取城市电子地图。
所述导航路线规划传输模块用于由训犬师在导航手环上通过语音输入行驶终点，并获取当前位置，由此进行导航路线规划，进而将规划的导航路线传输到导航训练设备中的导航项圈。
所述行进位置定位模块用于由导航训练设备中的智能脚环实时定位导盲犬的行进位置。
所述行进位置前方环境图像采集模块用于由导航项圈内置的摄像头在行进过程中实时采集行进位置的前方环境图像。
所述行进位置导航指令提取模块用于基于导盲犬的行进位置从传输的导航路线中提取行进位置的导航指令，示例性的，导航指令包括左转、右转、直行。
所述行进指令确定及实施模块用于根据导盲犬所在行进位置的前方环境图像及导航指令综合确定导盲犬的行进指令，并实施行进指令。
在本发明的具体实施方案中确定导盲犬的行进指令包括以下步骤：A1、从导盲犬所在行进位置的前方环境图像中识别前方是否存在障碍物，若识别前方不存在障碍物，则表明不需要进行避障，此时将导盲犬所在行进位置的导航指令作为导盲犬的行进指令，反之则执行A2-A3。
A2、将导盲犬所在行进位置的前方环境图像聚焦在障碍物区域，进而定位障碍物所在位置，由此获取障碍物对导盲犬所在行进位置的阻碍角度及阻碍距离，并将其导入导航障碍度预测公式预测得到导盲犬所在行进位置的导航障碍度η，其中θ、l分别表示为障碍物对导盲犬所在行进位置的阻碍角度、阻碍距离，l0表示为设定的参考阻碍距离，α、β分别表示为设置的阻碍角度、阻碍距离对应的影响因子，其中阻碍角度越接近0度，阻碍距离越短，障碍物对应的导航障碍度越大，表明障碍物所在位置对导盲犬的正常行进造成的阻碍作用越大。
作为一个示例，上述获取障碍物对导盲犬所在行进位置的阻碍角度的具体获取方式为首先基于导盲犬所在行进位置的导航指令确定导盲犬所在行进位置的行进方向，然后将障碍物所在位置与导盲犬所在行进位置进行连线，该连线与导盲犬所在行进位置的行进方向形成的夹角对应的角度为障碍物对导盲犬所在行进位置的阻碍角度，具体参照图2所示，而阻碍距离为障碍物所在位置与导盲犬所在行进位置之间的距离。
A3、将η与预设的允许导航障碍度进行对比，若η小于或等于预设的允许导航障碍度，则表明不需要避障，此时将导盲犬所在行进位置的导航指令作为导盲犬的行进指令，反之则执行A4。
A4、从导盲犬所在行进位置的前方环境图像中提取障碍物的外形轮廓，由此确定障碍物高度，并将其与理想障碍物跨越高度进行对比，若障碍物高度小于或等于理想行进障碍物高度，则表明不需要避障，此时将导盲犬所在行进位置的导航指令作为导盲犬的行进指令，反之则表明需要避障，此时执行A5。
需要说明的是，上述提到的理想障碍物跨越高度是指人在不看路情况下不影响正常行走的障碍物高度，换句话说就是人在不看路情况下不被绊倒的障碍物高度。
本发明通过在导盲犬身上佩戴导航项圈，并由导航项圈内置的摄像头实时采集行进位置的前方环境图像，进而在识别前方存在障碍物时提取前方障碍物的具象信息，从而据此进行导航障碍度预测，实现了避障需求的事先判断，能够大大降低因直接实施避障造成的无效避障的发生率，真正体现了按需避障，具有实用性强的特点。
A5、根据导盲犬所在行进位置和障碍物所在位置进行避障路线规划，由此根据规划的避障路线确定导盲犬的行进指令。
本发明在判断存在避障需求时根据前方障碍物的具象信息进行针对性的避障路线规划，使得避障的实施更加灵活有效，有利于保障避障的成功率，避免出现二次避障。
在本发明的再一具体实施方案中，上述实施行进指令具体按以下步骤实施：B1、将导航项圈的圆周进行区域划分，并对各项圈区域进行编号，其中各项圈区域上分布有电极，且各项圈区域与行进指令一一对应。
B2、将确定的导盲犬行进指令与各项圈区域对应的行进指令进行匹配，从中筛选出匹配成功的项圈区域，进而触发该项圈区域的电极发出电击信号实现行进指令的实施。
需要提醒的是本发明中对行进指令的实施是通过触发对应项圈区域的电极发出单次电击信号。
所述行进指令执行效果分析模块用于分析导盲犬对行进指令的执行效果系数，具体参见以下步骤：C1、在行进指令实施之后由训犬师控制导航手环内置的监控摄像头按照设定时间间隔采集导盲犬的实施行为图像，并将采集的实施行为图像按照采集时刻的先后顺序进行排序。
C2、按照实施行为图像的排序结果依次将导盲犬的实施行为图像聚焦在导盲犬的头部区域，进而从中提取导盲犬的头部指向。
示例性的，导盲犬的头部指向为向左、向右和向中间。
C3、将导盲犬的实施行为图像中导盲犬的头部指向与行进指令进行对比，若某时刻采集的导盲犬的实施行为图像中导盲犬的头部指向与行进指令一致，则将该时刻记为有效执行时刻，并执行C4，若所有采集的导盲犬的实施行为图像中导盲犬的头部指向与行进指令均不一致，则分析导盲犬对行进指令的执行效果系数为0。
C4、记录行进指令实施时刻，并将其结合有效执行时刻得到导盲犬对行进指令的响应时长，记为t,进而通过执行效果系数分析公式计算出导盲犬对行进指令的执行效果系数/>t0表示为设置的正常响应时长，e表示为自然常数，其中导盲犬对行进指令的响应时长越短，导盲犬对行进指令的执行效果系数越大，代表执行效果越好。
所述行进速度监测模块用于在行进过程中利用导航手环实时监测训犬师，与此同时利用导航项圈实时监测导盲犬的行进速度。
所述行进速度控制指令确定及实施模块用于根据训犬师的步行速度和导盲犬的行进速度综合确定导盲犬的行进速度控制指令，并实施行进速度控制指令。
在本发明的优选实施例中，确定导盲犬的行进速度控制指令包括以下步骤：D1、将同一时刻监测的训犬师及导盲犬的行进速度进行对比，并通过公式计算出训犬师与导盲犬之间的行进速度差异度ξ，V犬、V师分别表示为导盲犬、训犬师对应的的行进速度。
D2、根据训犬师与导盲犬之间的行进速度差异度判断是否需要对导盲犬的行进速度进行控制，若判断需要控制则执行D3。
上述中判断是否需要对导盲犬的行进速度进行控制对应的判断过程为：将训犬师与导盲犬之间的行进速度差异度与0相比，若小于或等于0，则判断需要对导盲犬的行进速度进行控制，反之则将训犬师与导盲犬之间的行进速度差异度与行进速度差异度阈值进行对比，若训犬师与导盲犬之间的行进速度差异度大于行进速度差异度阈值，则判断需要对导盲犬的行进速度进行控制，若训犬师与导盲犬之间的行进速度差异度小于或等于行进速度差异度阈值，则判断不需要对导盲犬的行进速度进行控制。
D3、利用计算出导盲犬对应的行进速度控制指数δ，ΔV表示为训犬师与导盲犬之间的正常行进速度差，R表示为设定常数，且R>0。
需要说明的是，在上述行进速度控制指数计算公式中V师+ΔV代表导盲犬对应的适配行进速度，V师+ΔV-V犬代表导盲犬对应的适配行进速度与行进速度之间的对比差值，记为行进速度调控值，且当V师+ΔV-V犬>0时表明导盲犬的行进速度小于适配行进速度，此时需要将导盲犬的行进速度控制加快，因此这时的行进速度控制指数较大，当V师+ΔV-V犬<0时表明导盲犬的行进速度大于适配行进速度，此时需要将导盲犬的行进速度控制减慢，这时的行进速度控制指数较小。
D4、将δ与单位行进速度控制指数对应的需求电击频率相乘得到导盲犬对应的需求电击频率，将其作为导盲犬的行进速度控制指令。
本发明设计的对电击频率的控制是与行进速度控制指数成正比关系，即行进速度控制指数越大时，电击频率越大，行进速度控制指数越小时，电击频率越小，正好与行进速度控制指数较大对应的加快行进速度、行进速度控制指数较小对应的减慢行进速度相呼应，更便于实际操作。
在本发明的又一优选实施例中，实施行进速度控制指令对应的实施方式为获取当前导盲犬对应的行进指令，并据此识别出该行进指令对应的项圈区域，进而触发该项圈区域的电极按照需求电击频率发出电击信号实现行进速度控制指令的实施。
本发明通过在导盲犬的身上佩戴智能脚环，在训犬师身上设置导航手环，由其在行进过程中实时监测训犬师及导盲犬的行进速度，进而根据两者的对比结果利用导航项圈针对性地控制导盲犬的行进速度，实现了对导盲犬行进速度的训练，使得训练项目更加全面，从而最大限度减少训练出的导盲犬存在的使用隐患。
所述行进速度控制执行效果分析模块用于分析导盲犬对行进速度控制的执行效果系数，具体实现方式为：在行进速度控制指令实施之后继续监测导盲犬的行进速度，记为V犬′，并将其导入分析公式得到导盲犬对行进速度控制的执行效果系数ψ，其中在实施行进速度控制指令之后的导盲犬行进速度越接近导盲犬的适配行进速度，导盲犬对行进速度控制的执行效果系数越大。
所述导盲犬导航训练达标评判模块用于基于导盲犬对行进指令的执行效果系数和对行进速度控制的执行效果系数综合评判导盲犬的导航训练效果是否达标，其具体实现过程如下：E1、在整个导航训练结束之后分别统计行进指令的实施总频次及行进速度控制指令的实施总频次。
E2、按照C1-C4获取各次实施行进指令对应的执行效果系数,同时获取各次实施行进速度控制指令对应的控制效果系数。
E3、分别统计导盲犬在整个导航训练过程中的行进执行达标率和行进速度执行达标率，分别记为μIR、μRS。
上述行进执行达标率和行进速度执行达标率的具体统计方式为将各次实施行进指令对应的执行效果系数与设定的达标执行效果系数进行对比，若某次实施行进指令对应的执行效果系数大于或等于设定的达标执行效果系数，表明该次实施行进指令执行达标，此时统计执行达标的行进指令实施频次，并将其除以行进指令的实施总频次，统计出行进指令执行达标率，而行进速度执行达标率的统计方式同理可得。
E4、分别将μIR和μRS与对应的合格达标率进行对比，若μIR和μRS均大于或等于对应的合格达标率，则评判导盲犬的导航训练效果达标，反之则评判导盲犬的导航训练效果不达标。
本发明在利用导航项圈对导盲犬进行行进控制和行进速度控制时分别分析导盲犬对行进指令的执行效果系数及导盲犬对行进速度控制的执行效果系数，以此综合评判导盲犬的导航训练效果是否达标，在很大程度上降低了评判偏差，有利于提高了导航训练效果的评判可靠度。
在本发明的进一步优选方案中，导盲犬导航训练达标评判模块还包括当评判导盲犬的导航训练效果不达标时确定弱项导航训练项目，具体确定方式为：若行进指令执行达标率小于合格达标率，则确定弱项导航训练项目为行进指令训练，若行进速度执行达标率小于合格达标率，则确定弱项导航训练项目为行进速度训练，并进一步规划需求训练频次，具体规划过程如下：F1、统计弱项导航训练项目在整个导航训练过程中的未达标实施频次及各次未达标对应的执行效果系数，并从中筛选出最大执行效果系数和最小执行效果系数，分别记为φmax、φmin。
F2、将最大执行效果系数和最小执行效果系数通过公式计算出弱项导航训练项目在未达标状态下的执行效果系数稳定度Q，φ0表示为弱项导航训练项目对应的达标执行效果系数，其中最大执行效果系数与最小执行效果系数相差越大，弱项导航训练项目在未达标状态下的执行效果系数稳定度越小。
F3、将弱项导航训练项目在未达标状态下的执行效果系数稳定度与设定的临界执行效果系数稳定度进行对比，若弱项导航训练项目在未达标状态下的执行效果系数稳定度小于或等于临界执行效果系数稳定度，表明弱项导航训练项目在未达标状态下的执行效果系数越趋于稳定,此时能够代表弱项导航训练项目在未达标状态下的执行效果系数，因此将/>作为弱项导航训练项目在未达标状态下的有效执行效果系数，更加贴合实际，反之表明弱项导航训练项目在未达标状态下的执行效果系数波动较大，此时/>就无法代表弱项导航训练项目在未达标状态下的执行效果系数，此时以φmin作为弱项导航训练项目在未达标状态下的有效执行效果系数相比继续将/>作为弱项导航训练项目在未达标状态下的有效执行效果系数能够大大降低该种情况下有效执行效果系数的确定误差。
需要说明的是本发明考虑到弱项导航训练项目在整个导航训练过程中未达标实施频次存在多次,这时就要对所有未达标实施的有效执行效果系数进行处理，得到弱项导航训练项目在未达标状态下的有效执行效果系数，才能为匹配弱项导航训练项目对应的需求训练频次提供可靠参考。
本发明在确定出弱项导航训练项目在未达标状态下的执行效果系数之后，将其与设定的各有效执行效果系数对应的需求训练频次进行匹配，从中匹配出弱项导航训练项目对应的需求训练频次。
本发明在当评判导盲犬的导航训练效果不达标时确定弱项导航训练项目，并进一步规划需求训练频次，为后续进行针对性导航训练提供了训练方向，有利于加快导盲犬的导航训练效果由不达标向达标的实现效率，更具有实用价值。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种导盲犬训练导航智能管理系统，其特征在于，包括：
导航训练设备佩戴模块，用于在导盲犬身上佩戴导航训练设备，在训犬师身上设置导航手环；
导航路线规划传输模块，用于由训犬师在导航手环上进行导航路线规划，并将规划的导航路线传输到导航训练设备中的导航项圈；
行进位置定位模块，用于由导航训练设备中的智能脚环实时定位导盲犬的行进位置；
行进位置前方环境图像采集模块，用于由导航项圈内置的摄像头在行进过程中实时采集行进位置的前方环境图像；
行进位置导航指令提取模块，用于基于导盲犬的行进位置从传输的导航路线中提取行进位置的导航指令；
行进指令确定及实施模块，用于根据导盲犬所在行进位置的前方环境图像及导航指令综合确定导盲犬的行进指令，并实施行进指令；
行进指令执行效果分析模块，用于分析导盲犬对行进指令的执行效果系数；
行进速度监测模块，用于实时监测训犬师及导盲犬的行进速度；
行进速度控制指令确定及实施模块，用于根据训犬师的步行速度和导盲犬的行进速度综合确定导盲犬的行进速度控制指令，并实施行进速度控制指令；
行进速度控制执行效果分析模块，用于分析导盲犬对行进速度控制的执行效果系数；
导盲犬导航训练达标评判模块，用于基于导盲犬对行进指令的执行效果系数和对行进速度控制的执行效果系数综合评判导盲犬的导航训练效果是否达标；
所述确定导盲犬的行进指令包括以下步骤：
A1、从导盲犬所在行进位置的前方环境图像中识别前方是否存在障碍物，若识别前方不存在障碍物，则将导盲犬所在行进位置的导航指令作为导盲犬的行进指令，反之则执行A2-A3；
A2、将导盲犬所在行进位置的前方环境图像聚焦在障碍物区域，进而定位障碍物所在位置，由此获取障碍物对导盲犬所在行进位置的阻碍角度及阻碍距离，并将其导入导航障碍度预测公式预测得到导盲犬所在行进位置的导航障碍度η，其中θ、l分别表示为障碍物对导盲犬所在行进位置的阻碍角度、阻碍距离，l0表示为设定的参考阻碍距离，α、β分别表示为设置的阻碍角度、阻碍距离对应的影响因子；
A3、将η与预设的允许导航障碍度进行对比，若η小于或等于预设的允许导航障碍度，则将导盲犬所在行进位置的导航指令作为导盲犬的行进指令，反之则执行A4；
A4、从导盲犬所在行进位置的前方环境图像中提取障碍物的外形轮廓，由此确定障碍物高度，并将其与理想障碍物跨越高度进行对比，若障碍物高度小于或等于理想行进障碍物高度，则将导盲犬所在行进位置的导航指令作为导盲犬的行进指令，反之则执行A5；
A5、根据导盲犬所在行进位置和障碍物所在位置进行避障路线规划，由此确定导盲犬的行进指令。
2.根据权利要求1所述的一种导盲犬训练导航智能管理系统，其特征在于：所述导航训练设备包括导航项圈和智能脚环。
3.根据权利要求1所述的一种导盲犬训练导航智能管理系统，其特征在于：所述实施行进指令具体按以下步骤实施：
B1、将导航项圈的圆周进行区域划分，并对各项圈区域进行编号，其中各项圈区域上分布有电极，且各项圈区域与行进指令一一对应；
B2、将确定的导盲犬行进指令与各项圈区域对应的行进指令进行匹配，从中筛选出匹配成功的项圈区域，进而触发该项圈区域的电极发出电击信号实现行进指令的实施。
4.根据权利要求2所述的一种导盲犬训练导航智能管理系统，其特征在于：所述分析导盲犬对行进指令的执行效果系数参见以下步骤：
C1、在行进指令实施之后由训犬师控制导航手环内置的监控摄像头按照设定时间间隔采集导盲犬的实施行为图像，并将采集的实施行为图像按照采集时刻的先后顺序进行排序；
C2、按照实施行为图像的排序结果依次将导盲犬的实施行为图像聚焦在导盲犬的头部区域，进而从中提取导盲犬的头部指向；
C3、将导盲犬的实施行为图像中导盲犬的头部指向与行进指令进行对比，若某时刻采集的导盲犬的实施行为图像中导盲犬的头部指向与行进指令一致，则将该时刻记为有效执行时刻，并执行C4，若所有采集的导盲犬的实施行为图像中导盲犬的头部指向与行进指令均不一致，则分析导盲犬对行进指令的执行效果系数为0；
C4、记录行进指令实施时刻，并将其结合有效执行时刻得到导盲犬对行进指令的响应时长，记为t,进而通过执行效果系数分析公式计算出导盲犬对行进指令的执行效果系数/>t0表示为设置的正常响应时长，e表示为自然常数。
5.根据权利要求4所述的一种导盲犬训练导航智能管理系统，其特征在于：所述确定导盲犬的行进速度控制指令包括以下步骤：
D1、将同一时刻监测的训犬师及导盲犬的行进速度进行对比，并通过公式计算出训犬师与导盲犬之间的行进速度差异度ξ，V犬、V师分别表示为导盲犬、训犬师对应的的行进速度；
D2、根据训犬师与导盲犬之间的行进速度差异度判断是否需要对导盲犬的行进速度进行控制，若判断需要控制则执行D3；
D3、利用计算出导盲犬对应的行进速度控制指数δ，ΔV表示为训犬师与导盲犬之间的正常行进速度差，R表示为设定常数，且R>0；
D4、将δ结合设置的单位行进速度控制指数对应的需求电击频率得到导盲犬对应的需求电击频率，将其作为导盲犬的行进速度控制指令。
6.根据权利要求5所述的一种导盲犬训练导航智能管理系统，其特征在于：所述实施行进速度控制指令对应的实施方式为获取当前导盲犬对应的行进指令，并据此识别出该行进指令对应的项圈区域，进而触发该项圈区域的电极按照需求电击频率发出电击信号实现行进速度控制指令的实施。
7.根据权利要求6所述的一种导盲犬训练导航智能管理系统，其特征在于：所述分析导盲犬对行进速度控制的执行效果系数具体实现方式为：在行进速度控制指令实施之后继续监测导盲犬的行进速度，记为V犬′并将其导入分析公式
得到导盲犬对行进速度控制的执行效果系数ψ。
8.根据权利要求7所述的一种导盲犬训练导航智能管理系统，其特征在于：所述综合评判导盲犬的导航训练效果是否达标的实现过程如下：
E1、在整个导航训练结束之后分别统计行进指令的实施总频次及行进速度控制指令的实施总频次；
E2、依次获取各次实施行进指令对应的执行效果系数及各次实施行进速度控制指令对应的执行效果系数；
E3、分别统计导盲犬在整个导航训练过程中的行进执行达标率和行进速度执行达标率，分别记为μIR、μRS；
E4、分别将μIR和μRS与对应的合格达标率进行对比，若μIR和μRS均大于或等于对应的合格达标率，则评判导盲犬的导航训练效果达标，反之则评判导盲犬的导航训练效果不达标。
9.根据权利要求8所述的一种导盲犬训练导航智能管理系统，其特征在于：所述导盲犬导航训练达标评判模块还包括当评判导盲犬的导航训练效果不达标时确定弱项导航训练项目，并进一步规划需求训练频次，具体规划过程如下：
F1、统计弱项导航训练项目在整个导航训练过程中的未达标实施频次及各次未达标对应的执行效果系数，并从中筛选出最大执行效果系数和最小执行效果系数，分别记为φmax、φmin；
F2、将最大执行效果系数和最小执行效果系数通过公式计算出弱项导航训练项目在未达标状态下的执行效果系数稳定度Q，φ0表示为弱项导航训练项目对应的达标执行效果系数；
F3、确定弱项导航训练项目在未达标状态下的有效执行效果系数，并据此匹配得到弱项导航训练项目对应的需求训练频次。
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