1.本发明涉及定位导航技术领域，更具体地说，涉及一种二维盲道及基于二维盲道的盲人定位导航系统及其导航方法。
背景技术：
2.定位和导航技术的发展大大改变了人们的出行体验，但城市里的盲人出行还需要依靠感觉盲道上的凸条来保证行走的方向，感觉盲道上的凸点来确定前面是否有路口、障碍物或者是岔道，完全体会不到现代导航技术带给人们的便利。如何实现对盲人的有效导航辅助逐渐引起人们关注。
3.目前已经公开有不少技术试图改变这种状况，如公开号为cn111735468a的专利提出通过在盲道上安装盲道钉，用盲道杖来感知不同的警示盲道符；公开号为cn112237533 a的专利提出一种盲杖导航系统，通过盲杖感知埋设在盲道上的rfid标签来获得道路信息；公开号为cn 111797811 a的专利提出一种基于图像理解的盲人导航系统，通过图像分析提取特征来帮助盲人行走。以上技术均给出了盲人导航的新思路，但仍不可避免地存在一些缺陷，如：技术难度高，实用可行性低；改造盲道成本高，且采用不符合国家标准的盲道砖，可靠性和持久性低，推广受到较大限制等。
技术实现要素：
4.1.发明要解决的技术问题
5.本发明的目的在于克服现有技术中盲人导航技术实用性不佳、成本较高的不足，拟提供一种二维盲道及基于二维盲道的盲人定位导航系统及其导航方法，本发明的导航系统直接利用正常符合标准的盲道砖进行设计优化，即可实现定位导航，生产成本有效降低，且可行性可靠，具有充分的推广意义。
6.2.技术方案
7.为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
8.本发明的一种二维盲道，该二维盲道由不同类别的盲道砖组合铺设而成，包括具有表面凸条的i类盲道砖、ii类盲道砖和编码盲道砖，其中i类盲道砖和ii类盲道砖均为单色盲道砖，且两者颜色不同；编码盲道砖表面设有不同颜色的凸条；i类盲道砖和ii类盲道砖沿盲道长度方向交替铺设形成二维行进盲道，编码盲道砖沿盲道长度方向对应特定位置铺设，且不同位置的编码盲道砖之间通过二维行进盲道连接。
9.更进一步地，i类盲道砖和ii类盲道砖的长度固定且交替铺设，且i类盲道砖和ii类盲道砖上的凸条延伸方向与盲道长度延伸方向一致，构成二维行进盲道。
10.更进一步地，编码盲道砖表面设有不同颜色的i色凸条和ii色凸条，分别对应二进制码的1和0，一个或多个编码盲道砖组合铺设时，不同颜色凸条按照设定的二进制码分布构成二进制编码盲道段。
11.更进一步地，还包括表面具有凸点的凸点盲道砖，凸点盲道砖铺设于编码盲道砖与对应的特定位置之间。
12.更进一步地，当盲道砖采用单列铺设方式时，i类盲道砖和ii类盲道砖上的凸条延伸方向与盲道长度延伸方向一致，编码盲道砖上的凸条延伸方向与盲道长度延伸方向垂直。
13.更进一步地，当盲道砖采用双列铺设方式时，i类盲道砖和ii类盲道砖上的凸条延伸方向与盲道长度延伸方向一致，编码盲道砖上的凸条延伸方向也与盲道长度延伸方向一致或垂直。
14.本发明的基于二维盲道的盲人定位导航系统，包括如上所述的二维盲道，和视频单元，其中二维盲道由不同类别的盲道砖组合铺设而成，视频单元用于采集二维盲道的图像，通过识别和计算获得相应的位置信息和移动距离信息。
15.更进一步地，视频单元包括摄像头、通讯控制模块和语音模块，通过摄像头获得二维盲道的图像，由通讯控制模块进行识别和数据和传输，语音模块将位置和距离信息通过语音播报方式传达给盲人。
16.本发明的基于二维盲道的盲人定位导航方法，包括以下步骤：
17.s1、铺设二维盲道，将编码盲道砖对应的位置信息、中心地理坐标值及每一段i类盲道砖和ii类盲道砖的数量和长度存入系统后台；
18.s2、盲人移动时，通过感知盲道上的凸条保证移动方向与盲道一致。盲人配备的视频单元实时采集二维盲道的图像，并传输给通讯控制模块进行识别和计算；
19.s3、通讯控制模块识别到编码盲道砖时，通过获得的二进制码查询系统后台得到此处的位置信息和地理坐标值，并在电子地图上准确定位盲人的位置；
20.s4、通讯控制模块过视频单元采集盲人通过的i类盲道砖和ii类盲道砖的数量，计算出离开上一编码盲道砖的距离；
21.s5、通讯控制模块通过电子地图实时比对盲人的位置与目的地的距离和方向，通过语音模块将位置和方向引导信息播报传达给盲人，实现盲人导航。
22.更进一步地，配备的视频单元安装于盲人身上或随身携带的设备上。
23.3.有益效果
24.采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
25.(1)本发明的二维盲道，利用目前符合标准的常规盲道砖设定不同颜色、按照一定规则铺设即可实现，无需对常规盲道砖进行大幅度改动，改造成本较低，可靠性和持久性高，易于推广。
26.(2)本发明的盲人定位导航系统，基于特殊规则铺设的二维盲道配合视频识别技术实现，技术可行性较高，且利用盲道砖的不同颜色和凸条设定，便于精确的图形信息识别，可以避免经常出现的卫星导航信号丢失问题。
27.(3)本发明的导航方法，利用特殊规则铺设的二维盲道，配合目前成熟应用的视频识别技术予以实现，其定位精度可以达到0.5米以下，大大高于目前普遍使用的导航技术如gps定位精度，并通过语音播报方式进行提醒，使用便利性较高。
附图说明
28.图1为本发明的导航系统的结构示意图；
29.图2为城市道路上二维盲道的应用场景示意图。
30.示意图中的标号说明：
31.100、二维盲道；200、视频单元；201、摄像头；202、通讯控制模块；203、语音模块；300、i类盲道砖；400、ii类盲道砖；500、编码盲道砖；501、i色凸条；502、ii色凸条；600、凸点盲道砖。
具体实施方式
32.为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
35.实施例1
36.如图1和图2所示，本实施例的一种二维盲道，该二维盲道100由不同类别的盲道砖组合铺设而成，其中每类盲道砖均是目前普遍采用的多凸条平行分布的砖类形式，具体包括具有表面凸条的i类盲道砖300、ii类盲道砖400和编码盲道砖500，其中i类盲道砖300和ii类盲道砖400均为单色盲道砖，且两者颜色不同；编码盲道砖500表面设有不同颜色的凸条；i类盲道砖300和ii类盲道砖400沿盲道长度方向交替铺设形成二维行进盲道，编码盲道砖500沿盲道长度方向对应特定位置铺设，且不同位置的编码盲道砖500之间通过二维行进盲道连接。
37.本实施例中i类盲道砖300和ii类盲道砖400的长度固定且交替铺设，且i类盲道砖300和ii类盲道砖400上的凸条延伸方向与盲道长度延伸方向一致，构成二维行进盲道。编码盲道砖500表面则设有不同颜色的i色凸条501和ii色凸条502，分别对应二进制码的1和0，两个编码盲道砖500组合铺设时，其上不同颜色的凸条按照设定的二进制码分布构成二进制编码盲道段。如图1所示，盲道砖上的凸条数量分别为四个，对应的编码盲道砖500的二进制码为10100110，共8位，起始位可从最靠近盲人位置的方向起算。
38.实践中，根据盲道需铺设的区域大小，单个盲道砖上的凸条数量可以对应增加或减少。且根据盲道建设的实际情况，编码盲道砖500上的凸条可以平行于盲道延伸方向或垂直于盲道延伸方向进行安装。如图1所示，为盲道砖采用单列铺设方式时，i类盲道砖300和ii类盲道砖400上的凸条延伸方向与盲道长度延伸方向一致，编码盲道砖500上的凸条延伸方向则可与盲道长度延伸方向垂直，以便于后续使用中精确采集图形和识别盲道图像，此时编码盲道砖500的二进制编码起始位可从最靠近盲人位置的方向起算，结束位为最远离盲人位置的方向。如图2所示，当盲道砖采用双列铺设方式时，i类盲道砖300和ii类盲道砖400上的凸条延伸方向与盲道长度延伸方向一致，此时两块编码盲道砖500也对应呈双列铺设，其上的凸条延伸方向也与盲道长度延伸方向一致，此时二进制编码的起始位和结束位
保持设定统一即可，如可从盲人行进方向的最左侧起始向右侧结束，或从盲人行进方向的最右侧起始向左侧结束均可。更进一步地说明的是，实践中，当盲道砖采用双列铺设方式时，i类盲道砖300和ii类盲道砖400上的凸条延伸方向与盲道长度延伸方向一致，此时编码盲道砖500上的凸条延伸方向也可设为与盲道长度延伸方向相垂直，此时可利用铺设四块编码盲道砖500，每一列的两块编码盲道砖500对应形成二进制编码，此时如图1所示，可按照二进制编码起始位从最靠近盲人位置的方向起算，结束位为最远离盲人位置的方向；两列编码盲道砖500形成的二进制编码是重复的，识别时依单个二进制编码计算即可，此时仍保持路面铺设的完整性和美观性。
39.更优化地，根据实际应用习惯，本实施例二维盲道100还可以包括表面具有凸点的凸点盲道砖600，凸点盲道砖600铺设于编码盲道砖500与对应的特定位置之间，用于提醒盲人行进。
40.实施例2
41.本实施例的基于二维盲道的盲人定位导航系统，包括如上实施例所述的二维盲道100，和视频单元200，其中二维盲道100由不同类别的盲道砖组合铺设而成，具体如实施例所述，在此不再赘述，视频单元200用于采集二维盲道100的图像，通过识别和计算获得相应的位置信息和移动距离信息。
42.本实施例中视频单元200包括摄像头201、通讯控制模块202和语音模块203，通过摄像头201获得二维盲道100的图像，由通讯控制模块202进行识别和数据和传输，语音模块203将位置和距离信息通过语音播报方式传达给盲人。
43.本实施例的基于二维盲道的盲人定位导航方法，包括以下步骤：
44.s1、铺设二维盲道100，将编码盲道砖500对应的位置信息、中心地理坐标值及每一段i类盲道砖300和ii类盲道砖400的数量和长度存入系统后台；
45.s2、盲人移动时，通过感知盲道上的凸条保证移动方向与盲道一致，盲人配备的视频单元200实时采集二维盲道100的图像，并传输给通讯控制模块202进行识别和计算；
46.s3、通讯控制模块202识别到编码盲道砖500时，通过获得的二进制码查询系统后台得到此处的位置信息和地理坐标值，并在电子地图上准确定位盲人的位置；
47.s4、通讯控制模块202通过视频单元200采集盲人通过的i类盲道砖300和ii类盲道砖400的数量，计算出离开上一编码盲道砖500的距离；
48.s5、通讯控制模块202通过电子地图实时比对盲人的位置与目的地的距离和方向，通过语音模块203将位置和方向引导信息播报传达给盲人，实现盲人导航。
49.如图2所示为实践中应用场景，编码盲道砖500安装于盲道的特定位置，如路口、转弯处、建筑物门口、障碍物和台阶前等，对应的中心位置的地理坐标和位置信息存储于视频单元200或系统后台。实践中，视频单元200可安装于盲人身上或随身携带的设备上，如可以集成进盲人头盔、盲人手杖、盲人眼镜或导盲小车等设备中，也可以单独绑在盲人的胸前，实现对二维盲道100图像的采集和识别。当视频单元200识别到二进制编码盲道段时，通过获得的二进制码可以查询后台得到此处的位置名称、地理坐标及周边的建筑和障碍物等信息，并在电子地图上实现盲人位置的准确定位；同时，视频单元200通过识别二维行进盲道，获得盲人通过的i类盲道砖300和ii类盲道砖400的数量，乘以盲道砖的长度即可获得盲人离开上一个二进制编码盲道段的距离，从而可以获得盲人实时的位置信息。该位置信息由
通讯控制模块202传输到后台并通过电子地图与设定的目的地进行比对，语音模块203实时播报盲人前进的距离和方向，帮助盲人达到设定的目的地，从而实现盲人导航的功能。
50.需要说明的是，本实施例利用不同颜色盲道砖进行导航信息的识别和应用，同理，当盲人进入室内区域时，亦可采用同样思路，在室内布设按照一定规律分布的交通信息标志线，同样包括等距信息线和二进制码信息线，等距信息线即是同等长度交替分布的不同颜色的信息线，二进制码信息线即是利用不同颜色信息线分布形成的二进制码信息，通过视频识别经过的等距信息线，以及特定位置采集到的二进制码信息线，可以对盲人经过的位置进行导航定位，并通过语音播报形式提示，实现对盲人的友好应用。
51.以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。