一种视障人士出行辅助系统及其控制方法与流程

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种视障人士出行辅助系统及其控制方法。

背景技术：

目前，世界上每100个人中就有一位是视障人士，由于视力的障碍，他们的出行面临着巨大挑战，据统计，目前只有9％左右的盲人能够独立出行，大部分都需要亲友的陪伴才能出行，甚至终年不敢踏出家门一步，这不仅给他们身体健康带来问题，更导致他们慢慢的与社会脱节，越来越难融入社会、参与社会。因此，解决视障人士出行问题是当前一个迫切的需求。

目前盲人辅具种类较少且功能单一，主要有：盲杖、光学放大器、听书机、识别器、盲人爱心手机等，这些产品中，并没有专门面向出行的产品，未能给盲人的出行带来太大的帮助。虽然现有技术中，盲人出行主要还是依赖盲人爱心手机、普通智能手机等工具，但是这些工具有四点弊端：1.操作不便，在触屏智能机盛行的今天我们早已习惯手指操控一切，但是对于盲人而言，他们根本无法看到触摸哪里、该怎么滑动；虽然市面上有读屏软件但还是给他们带来很大困扰和障碍，尤其对于年纪较大的视障人士更是难上加难；2.定位导航不准，大家都知道普通手机导航误差大约15米，这对于普通明眼用户而言没太大问题，因为可以通过眼睛来弥补；但是对于视障人士而言却会造成很大障碍，因为仅仅只是15米误差也会很难找终点。此外，手机普通导航软件是面向一般明眼大众，因此在无障碍化方面并未考虑太多，这样给视障群体操作带来一定困难。3.无法帮助盲人乘公交车，众所周知以前盲人出行乘车都只能依靠他人帮助，虽然近年来出现一些实时公交手机app，但是由于存在时间精度误差，盲人还是很难独立乘车，因为哪怕仅仅只有30s的时间误差，但也会导致错过一班车而只能继续苦苦等候。4.无法帮助盲人避开障碍物，盲人在出行过程中会遇到很多障碍物，譬如：近年来路上越来越多的共享单车、石墩、电线杆等，这会给他们的出行造成一定困难，严重的还会造成身体伤害。

总的来说，目前技术中针对盲人的辅助设备，存在操作不便、定位不准等问题，无法有效地辅助盲人进行安全出行。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种定位准确、可辅助视障人员安全出行的视障人士出行辅助系统及其控制方法。

一方面，本发明实施例提供了一种视障人士出行辅助系统，包括手持智能终端以及安装在公交车辆上的用于对公交车辆进行唯一标识的车辆标签，所述手持智能终端上设有九宫格按键模块，所述九宫格按键模块上设有盲文；

所述手持智能终端内设有控制模块、第一通信模块、姿态传感器和双频段定位模块，所述控制模块分别与九宫格按键模块、第一通信模块、姿态传感器和双频段定位模块连接，所述第一通信模块与车辆标签无线连接；

所述车辆标签用于广播公交车辆的车辆信息，所述控制模块用于读取公交车辆的车辆信息后，通知视障人士相应公交车辆的进站信息。

进一步，所述控制模块还连接有存储模块，所述存储模块内存储有半盲文输入法程序，所述半盲文输入法程序由所述控制模块执行，使得所述控制模块实现半盲文输入法。

进一步，所述车辆标签采用低功耗电子射频标签。

进一步，所述双频段定位模块采用l1l5双频定位模块。

进一步，所述控制模块还用于：

获取双频段定位模块的实时定位数据进行导航，或者在无法获取到双频段定位模块的实时定位数据时，获取姿态传感器的姿态传感数据，结合上一时刻双频段定位模块的定位数据，计算下一时刻视障人士的位置信息后进行导航。

进一步，所述手持智能终端上还设有雷达探测器和扬声器模块，所述雷达探测器和扬声器模块均与控制模块连接，所述控制模块还用于：

获取雷达探测器的实时雷达探测数据后，计算视障人士与障碍物之间的实时距离；

获取姿态传感器的姿态传感数据后，计算视障人士的实时的速度、加速度和方位角；

根据视障人士与障碍物之间的实时距离，以及视障人士的实时速度、加速度和方位角，实时判断视障人士与障碍物之间是否存在发生碰撞的可能性；

在判断视障人士与障碍物之间存在发生碰撞的可能性时，通过扬声器模块发出告警提醒。

另一方面，本发明实施例提供了一种视障人士出行辅助系统的控制方法，包括以下步骤：

实时读取周围公交车辆广播的车辆信息后，通知视障人士相应公交车辆的进站信息；

根据实时定位数据和姿态传感数据，采用融合定位算法进行导航；

根据雷达探测数据和姿态传感数据，主动提醒视障人士避开障碍物。

进一步，所述根据实时定位数据和姿态传感数据，采用融合定位算法进行导航这一步骤，具体为：

获取实时定位数据进行导航，或者在无法获取到实时定位数据时，获取姿态传感数据，结合上一时刻的定位数据，计算下一时刻视障人士的位置信息后进行导航。

进一步，所述根据雷达探测数据和姿态传感数据，主动提醒视障人士避开障碍物这一步骤，具体包括：

获取实时雷达探测数据后，计算视障人士与障碍物之间的实时距离；

获取姿态传感数据后，计算视障人士的实时的速度、加速度和方位角；

根据视障人士与障碍物之间的实时距离，以及视障人士的实时速度、加速度和方位角，实时判断视障人士与障碍物之间是否存在发生碰撞的可能性；

在判断视障人士与障碍物之间存在发生碰撞的可能性时，发出告警提醒。

进一步，所述根据视障人士与障碍物之间的实时距离，以及视障人士的实时速度、加速度和方位角，实时判断视障人士与障碍物之间是否存在发生碰撞的可能性这一步骤，具体包括：

根据视障人士与障碍物之间的实时距离，以及视障人士的实时速度、加速度和方位角，实时判断视障人士与障碍物之间是否存在发生碰撞的可能性这一步骤，具体为：

根据视障人士与障碍物之间的实时距离，以及视障人士的实时速度、加速度和方位角，计算视障人士与障碍物之间的相对速度；

根据视障人士与障碍物之间的相对速度，判断障碍物与视障人士之间是同方向移动、相对静止还是反方向移动，进而获取相应的碰撞距离阈值；

将视障人士与障碍物之间的实时距离与碰撞距离阈值进行比对，实时判断视障人士与障碍物之间是否存在发生碰撞的可能性，并在视障人士与障碍物之间的实时距离小于碰撞距离阈值时，判断视障人士与障碍物之间存在发生碰撞的可能性。

本方案在手持智能终端上采用九宫格按键模块，且在九宫格按键模块上设有盲文，更加方便视障人士进行操作，而且本方案通过在公交车辆上安装用于对公交车辆进行唯一标识的车辆标签，从而通过车辆标签广播公交车辆的车辆信息，使得控制模块可以读取公交车辆的车辆信息后，通知视障人士相应公交车辆的进站信息，可以避免由于定位模块精度不准或者网络传输延迟引起的公交车辆进站时间误差问题，可以精确地提醒视障人士关于公交车辆的进站信息。

另外，本方案采用融合定位算法进行导航，可以实现更加精确的导航，让视障人士的出行更加放心，而根据雷达探测数据和姿态传感数据，主动提醒视障人士避开障碍物，可以有效降低视障人士群体出行碰到障碍物的风险，让他们的出行更安全、更省心。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明具体实施例的视障人士出行辅助系统的电子框图。

具体实施方式

参照图1，本实施例提供了一种视障人士出行辅助系统，包括手持智能终端以及安装在公交车辆上的用于对公交车辆进行唯一标识的车辆标签，所述手持智能终端上设有九宫格按键模块，所述九宫格按键模块上设有盲文；

所述手持智能终端内设有控制模块、第一通信模块、姿态传感器和双频段定位模块，所述控制模块分别与九宫格按键模块、第一通信模块、姿态传感器和双频段定位模块连接，所述第一通信模块与车辆标签无线连接；

所述车辆标签用于广播公交车辆的车辆信息，所述控制模块用于读取公交车辆的车辆信息后，通知视障人士相应公交车辆的进站信息。

车辆标签的数量为多个，分别安装在各公交车辆上。图1中，手持智能终端还设置有用于对手持智能终端进行供电的电源模块，以及用于与其它手持智能终端之间进行通信的第二通信模块。

姿态传感器是基于mems技术的高性能三维运动姿态测量系统。它包含三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴电子磁力计等辅助运动传感器，通过内嵌的低功耗arm处理器输出校准过的角速度，加速度，磁数据等，通过基于四元数的传感器数据算法进行运动姿态测量，实时输出以四元数、欧拉角等表示的零漂移三维姿态数据。

本方案在手持智能终端上采用九宫格按键模块，且在九宫格按键模块上设有盲文，更加方便视障人士进行操作，而且本方案通过在公交车辆上安装用于对公交车辆进行唯一标识的车辆标签，从而通过车辆标签广播公交车辆的车辆信息，使得控制模块可以读取公交车辆的车辆信息后，通知视障人士相应公交车辆的进站信息，可以避免由于定位模块精度不准或者网络传输延迟引起的公交车辆进站时间误差问题，可以精确地提醒视障人士关于公交车辆的进站信息。

进一步作为优选的实施方式，所述控制模块还连接有存储模块，所述存储模块内存储有半盲文输入法程序，所述半盲文输入法程序由所述控制模块执行，使得所述控制模块实现半盲文输入法。本实施例中，将半方盲文输入法与九宫格按键模块有机结合一起，降低盲人输入文字信息的难度，让操作简单、便捷、无障碍。

进一步作为优选的实施方式，所述车辆标签采用低功耗电子射频标签。低功耗电子射频标签采用短距离rf射频技术，通过在每一台公交车上安装低功耗电子射频标签，从而公交车辆进站时，公交车辆上安装的低功耗电子射频标签广播车辆的公交车辆的车辆信息，从而手持智能终端的控制模块可以近距离、实时地读取公交车辆的车辆信息，从而根据接收到的车辆信息，可以及时通知持有手持智能终端的视障人士，例如提醒“53路公交车进站了”、“365路公交车进站了”等。这样可以避免因gps精度不准、网络传输延迟引起的进站时间误差问题，因为当视障人士手上的手持智能终端接收到车辆信息时，表明肯定有相关公交车辆进站了，否则不会收到信息；而由于采用短距离射频rf技术，因此理论上不存在延迟问题。通过这种方式，可以降低视障人士独立乘车的难度，给视障人士提供更准确，更精准的公交进站信息。

进一步作为优选的实施方式，所述双频段定位模块采用l1l5双频定位模块。一般普通手机gps定位模块主要采用单一频段l1(1575.42mhz)，因此无可避免出现多径效应、穿过电离层时引起的电磁波延迟等问题，这些问题将导致gps出现较大定位误差，本方案采用的l1l5双频定位模块可以显著降低该影响，具体原理如下：通过利用双频l1/l5对电离层延迟的不一样，可以消除电离层对电磁波信号延迟的影响；另，由于l5(1176.45mhz)频段具有更高的带宽，在城市复杂环境中可以降低多径效应的干扰，因此硬件上采用双频多模定位技术，定位更加精准。

进一步作为优选的实施方式，所述控制模块还用于：

获取双频段定位模块的实时定位数据进行导航，或者在无法获取到双频段定位模块的实时定位数据时，获取姿态传感器的姿态传感数据，结合上一时刻双频段定位模块的定位数据，计算下一时刻视障人士的位置信息后进行导航。

本系统采用融合定位算法来进行定位，实现导航。通过融合三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴电子磁力计的传感器信息，在卫星信号很弱的情况下仍然提供准确的惯性导航。当视障人士走在城市高楼大厦或没有卫星数的据情况下，设备的传感器会获取当前视障人士前进的朝向、行走的速度、加速度，从而计算下一时刻视障人士的位置信息，从而提供准确的导航。因此，在卫星信号良好情况下，我们利用双频定位模块提供高精度定位导航服务，在卫星信号较差的情况下，利用融合定位算法，也能提供有效的导航服务，让视障人士的出行更加放心，更加准确。

进一步作为优选的实施方式，所述手持智能终端上还设有雷达探测器和扬声器模块，所述雷达探测器和扬声器模块均与控制模块连接，所述控制模块还用于：

获取雷达探测器的实时雷达探测数据后，计算视障人士与障碍物之间的实时距离；

获取姿态传感器的姿态传感数据后，计算视障人士的实时的速度、加速度和方位角；

根据视障人士与障碍物之间的实时距离，以及视障人士的实时速度、加速度和方位角，实时判断视障人士与障碍物之间是否存在发生碰撞的可能性；

在判断视障人士与障碍物之间存在发生碰撞的可能性时，通过扬声器模块发出告警提醒。

其中，所述根据视障人士与障碍物之间的实时距离，以及视障人士的实时速度、加速度和方位角，实时判断视障人士与障碍物之间是否存在发生碰撞的可能性这一步骤，具体包括：

根据视障人士与障碍物之间的实时距离，以及视障人士的实时速度、加速度和方位角，实时判断视障人士与障碍物之间是否存在发生碰撞的可能性这一步骤，具体为：

根据视障人士与障碍物之间的实时距离，以及视障人士的实时速度、加速度和方位角，计算视障人士与障碍物之间的相对速度；

根据视障人士与障碍物之间的相对速度，判断障碍物与视障人士之间是同方向移动、相对静止还是反方向移动，进而获取相应的碰撞距离阈值；

将视障人士与障碍物之间的实时距离与碰撞距离阈值进行比对，实时判断视障人士与障碍物之间是否存在发生碰撞的可能性，并在视障人士与障碍物之间的实时距离小于碰撞距离阈值时，判断视障人士与障碍物之间存在发生碰撞的可能性。

本方案采用主动防碰撞技术，利用设备上的传感器数据，不仅计算当前视障人士与障碍物之间的距离，而且还计算视障人士当前的速度、加速度、方位角，从而判断与障碍物发生碰撞的可能性。避免了传统超声测距技术在人多、环境复杂情况下提供繁杂、冗余、无效信息的问题，如：当视障人士在街上行走时，前方有人与视障人士相隔很近，且以相同速度前进，此时传统的超声波避障设备只会机械的发出距离警告，而本系统则通过计算相对速度，结合距离进行判断，例如判断虽然距离比较近，但由于与障碍物相对速度为0，因此发生碰撞的概率较低，依次不会发出无效多余的警告信息。通过此功能，可以有效降低盲人群体出行碰到障碍物的风险，让他们的出行更安全、更省心。

另外，本发明实施例还提供了一种视障人士出行辅助系统的控制方法，包括以下步骤：

实时读取周围公交车辆广播的车辆信息后，通知视障人士相应公交车辆的进站信息；

根据实时定位数据和姿态传感数据，采用融合定位算法进行导航；

根据雷达探测数据和姿态传感数据，主动提醒视障人士避开障碍物。

本方法通过在公交车辆上安装用于对公交车辆进行唯一标识的车辆标签，通过车辆标签广播公交车辆的车辆信息，从而读取公交车辆的车辆信息后，通知视障人士相应公交车辆的进站信息，可以避免由于定位模块精度不准或者网络传输延迟引起的公交车辆进站时间误差问题，可以精确地提醒视障人士关于公交车辆的进站信息。另外，本方法采用融合定位算法进行导航，可以实现更加精确的导航，让视障人士的出行更加放心，而根据雷达探测数据和姿态传感数据，主动提醒视障人士避开障碍物，可以有效降低视障人士群体出行碰到障碍物的风险，让他们的出行更安全、更省心。

进一步作为优选的实施方式，所述根据实时定位数据和姿态传感数据，采用融合定位算法进行导航这一步骤，具体为：

获取实时定位数据进行导航，或者在无法获取到实时定位数据时，获取姿态传感数据，结合上一时刻的定位数据，计算下一时刻视障人士的位置信息后进行导航。

本方法采用融合定位算法来进行定位，实现导航。通过融合三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴电子磁力计的传感器信息，在卫星信号很弱的情况下仍然提供准确的惯性导航。当视障人士走在城市高楼大厦或没有卫星数的据情况下，设备的传感器会获取当前视障人士前进的朝向、行走的速度、加速度，从而计算下一时刻视障人士的位置信息，从而提供准确的导航。因此，在卫星信号良好情况下，我们利用双频定位模块提供高精度定位导航服务，在卫星信号较差的情况下，利用融合定位算法，也能提供有效的导航服务，让视障人士的出行更加放心，更加准确。

进一步作为优选的实施方式，所述根据雷达探测数据和姿态传感数据，主动提醒视障人士避开障碍物这一步骤，具体包括：

获取实时雷达探测数据后，计算视障人士与障碍物之间的实时距离；

获取姿态传感数据后，计算视障人士的实时的速度、加速度和方位角；

根据视障人士与障碍物之间的实时距离，以及视障人士的实时速度、加速度和方位角，实时判断视障人士与障碍物之间是否存在发生碰撞的可能性；

在判断视障人士与障碍物之间存在发生碰撞的可能性时，发出告警提醒。

进一步作为优选的实施方式，所述根据视障人士与障碍物之间的实时距离，以及视障人士的实时速度、加速度和方位角，实时判断视障人士与障碍物之间是否存在发生碰撞的可能性这一步骤，具体包括：

根据视障人士与障碍物之间的实时距离，以及视障人士的实时速度、加速度和方位角，实时判断视障人士与障碍物之间是否存在发生碰撞的可能性这一步骤，具体为：

根据视障人士与障碍物之间的实时距离，以及视障人士的实时速度、加速度和方位角，计算视障人士与障碍物之间的相对速度；

根据视障人士与障碍物之间的相对速度，判断障碍物与视障人士之间是同方向移动、相对静止还是反方向移动，进而获取相应的碰撞距离阈值；

将视障人士与障碍物之间的实时距离与碰撞距离阈值进行比对，实时判断视障人士与障碍物之间是否存在发生碰撞的可能性，并在视障人士与障碍物之间的实时距离小于碰撞距离阈值时，判断视障人士与障碍物之间存在发生碰撞的可能性。

本方法采用主动防碰撞技术，利用传感器数据，不仅计算当前视障人士与障碍物之间的距离，而且还计算视障人士当前的速度、加速度、方位角，从而判断与障碍物发生碰撞的可能性。避免了传统超声测距技术在人多、环境复杂情况下提供繁杂、冗余、无效信息的问题，如：当视障人士在街上行走时，前方有人与视障人士相隔很近，且以相同速度前进，此时传统的超声波避障设备只会机械的发出距离警告，而本系统则通过计算相对速度，结合距离进行判断，例如判断虽然距离比较近，但由于与障碍物相对速度为0，因此发生碰撞的概率较低，依次不会发出无效多余的警告信息。通过此功能，可以有效降低视障人士群体出行碰到障碍物的风险，让他们的出行更安全、更省心。

本实施例的视障人士出行辅助系统的控制方法，基于本发明实施例提供的视障人士出行辅助系统所执行，具备该系统相应的功能和有益效果。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。