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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)的盲人導(dǎo)航系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 該作品使用基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航功能，通過用戶終端的鍵盤、語音振動(dòng)提示模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)盲人等用戶的導(dǎo)航功能。同時(shí)，該作品通過實(shí)時(shí)監(jiān)控路口的交通燈確保盲人用戶過馬路時(shí)的安全。在整個(gè)導(dǎo)航過程中，用戶只需在最初輸入目的地即可，不需要其他額外的操作，直到抵達(dá)目的地。該系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性與市場(chǎng)應(yīng)用前景，可以靈活廣泛的應(yīng)用于各類需要導(dǎo)航功能的場(chǎng)景，如臨時(shí)戶外活動(dòng)、大型室內(nèi)展館、超市、智能小區(qū)、城鎮(zhèn)導(dǎo)游系統(tǒng)等等。
- 詳細(xì)介紹：
- 在我們的作品中，能夠輕松的實(shí)現(xiàn)盲人在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的無障礙行進(jìn)。在系統(tǒng)工作過程中，盲人用戶只需要正確地通過鍵盤輸入其目的地，并處于任意子網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍內(nèi)或行進(jìn)至最近的道路子網(wǎng)覆蓋區(qū)域，就可以實(shí)現(xiàn)從當(dāng)前位置到所輸入目的地的全程輔助導(dǎo)航，期間，不需要盲人用戶再做任何額外的操作。在導(dǎo)航的過程中，我們通過語音提示與振動(dòng)提示兩種提示方式給予盲人用戶必要的行進(jìn)信息如轉(zhuǎn)向提示等等。完全實(shí)現(xiàn)了盲人獨(dú)立無障礙出行這一目的，能夠很好的解決這一社會(huì)問題。同時(shí)，該系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性能，能夠很容易的擴(kuò)展更加豐富的應(yīng)用功能，并應(yīng)用在其他的場(chǎng)合。 鑒于ZigBee技術(shù)的區(qū)域覆蓋特性，我們所設(shè)計(jì)的盲人導(dǎo)航系統(tǒng)由盲人用戶終端和多個(gè)城市路口網(wǎng)絡(luò)組成。其中各個(gè)路口區(qū)域覆蓋子網(wǎng)相互獨(dú)立。用戶在行進(jìn)過程中根據(jù)所在區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋情況實(shí)時(shí)的加入和離開所在路口網(wǎng)絡(luò)。 換句話說，用戶并不是全程處于網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)。這樣的設(shè)計(jì)主要是兼顧實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景與成本，由于盲人等需要導(dǎo)航幫助的用戶在直道是基本能夠獨(dú)立行走，因此只需在各個(gè)交通路口給予其相應(yīng)的導(dǎo)航協(xié)助即可。這樣做可以大大節(jié)約系統(tǒng)成本，同時(shí)便于靈活部署網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，小網(wǎng)之間獨(dú)立工作也能夠提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性（當(dāng)然如果成本允許可以實(shí)現(xiàn)全程全網(wǎng)覆蓋以實(shí)現(xiàn)更加完備穩(wěn)定的定位導(dǎo)航功能）。 因此我們采用多子網(wǎng)的系統(tǒng)形式，當(dāng)用戶靠近路口時(shí)自動(dòng)加入該路口的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)路口網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)著對(duì)應(yīng)各個(gè)路口的不同的道路信息。在每個(gè)路口網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器根據(jù)不同用戶的目的地信息，及網(wǎng)絡(luò)路口信息就能夠算出導(dǎo)航路徑并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶位置以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航功能。 我們將整個(gè)系統(tǒng)分為兩部分，分別是用戶端模塊與路口網(wǎng)絡(luò)模組。兩種模塊同時(shí)適用TI 公司的CC2430/31 SoC解決方案。 在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)部署中，根據(jù)每個(gè)路口的大小、路況復(fù)雜度、人流量等因素選擇性的確定參考點(diǎn)個(gè)數(shù)（4～16），并根據(jù)實(shí)地?zé)o線信道模型合理安排節(jié)點(diǎn)放置位置，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)性能與定位精度，并保證系統(tǒng)能提供的網(wǎng)絡(luò)信息帶寬。 在我們的作品中，協(xié)議棧的物理層及MAC層以IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層以ZigBee2004協(xié)議規(guī)范為參照，并在其上做了大量精簡(jiǎn)，保留了基本網(wǎng)絡(luò)功能與應(yīng)用層功能。同時(shí)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行效率與性能的最大化平衡。定位方面通過多點(diǎn)通信測(cè)量RSSI及硬件定位引擎實(shí)現(xiàn)。 導(dǎo)航方面我們采用類似Internet的路由機(jī)制，將路口位置抽象出各個(gè)相對(duì)區(qū)域標(biāo)號(hào)，在通過半固定路由算法進(jìn)行路徑運(yùn)算。同時(shí)再此基礎(chǔ)上，通過各個(gè)區(qū)域的相對(duì)位置算出相應(yīng)的導(dǎo)航提示信息。結(jié)合定位功能即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的基于用戶位置的導(dǎo)航功能。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 盲人作為一個(gè)特殊的社會(huì)群體，需要人們給予更多的關(guān)注和關(guān)懷。在實(shí)際生活中，盲人最大的困擾是出行，如果能夠很好的解決盲人的出行問題，將極大地促進(jìn)其融入社會(huì)生活。因此我們開發(fā)了該作品。在我們的作品中，考慮到民用GPS等定位技術(shù)的定位精度一般在10m左右，不能保證用戶在道路上的安全，因此我們使用ZigBee無線技術(shù)，通過區(qū)域組網(wǎng)，RSSI輔助定位，實(shí)現(xiàn)定位功能，并在此基礎(chǔ)上附加導(dǎo)航算法實(shí)現(xiàn)用戶的出行導(dǎo)航。其中，用戶端用戶通過鍵盤輸入目的地，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中通過語音提示與振動(dòng)提示給盲人用戶以最直觀的導(dǎo)航信息。 作品創(chuàng)新性的使用了新興的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并通過RSSI實(shí)現(xiàn)定位功能，能夠把定位精度控制在1m左右，保證用戶在道路上的安全。同時(shí)，ZigBee技術(shù)的大網(wǎng)絡(luò)容量特性與數(shù)據(jù)傳輸能力，系統(tǒng)具有很好的擴(kuò)展性。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中還能實(shí)時(shí)地監(jiān)控交通等的情況，確保用戶過馬路的人身安全。最后，終端模塊性能可靠、價(jià)格便宜，每個(gè)模塊不到200元，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)不到100元，便于推廣應(yīng)用。 該系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵主要是ZigBee網(wǎng)絡(luò)的部署設(shè)置與用戶定位導(dǎo)航算法的開發(fā)優(yōu)化。協(xié)議棧部分我們?cè)贛AC層和網(wǎng)絡(luò)層做了大量優(yōu)化精簡(jiǎn)以保證系統(tǒng)效率，在應(yīng)用層加入功能模塊實(shí)現(xiàn)上層功能；導(dǎo)航算法部分我們采用類路由算法，將方位虛擬化以提高運(yùn)行效率。 技術(shù)指標(biāo)如下： 網(wǎng)絡(luò)覆蓋半徑：30m 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)速率：〉100kbps 定位精度：1~3m 系統(tǒng)用戶容量：〉2 導(dǎo)航提示延時(shí)：〈0.5s
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 相比于目前廣泛使用的GPS定位系統(tǒng)，采用ZigBee技術(shù)進(jìn)行區(qū)域定位具有定位精度高，系統(tǒng)成本低，系統(tǒng)功耗低，集成度高，響應(yīng)速度快，部署靈活，應(yīng)用范圍廣，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以很好的滿足我們的需求。 相比基于RFID的導(dǎo)航系統(tǒng)，雖然精度上有略有不足，但其系統(tǒng)成本極高，系統(tǒng)靈活性差，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。并且其普適性差，不適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。 相比于上述技術(shù)采用ZigBee技術(shù)另一個(gè)很大優(yōu)點(diǎn)就是在實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航功能的同時(shí)，還能夠保證相對(duì)高效的數(shù)據(jù)通信功能。這樣，在實(shí)現(xiàn)定位功能的同時(shí)，還能夠添加信息業(yè)務(wù)，比如作為用戶出行的信息平臺(tái)等。這樣，能夠極大的擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，移植到其他的應(yīng)用場(chǎng)景之中。 我們的系統(tǒng)中還有一個(gè)極大的優(yōu)點(diǎn)就是低功耗。首先，ZigBee模塊本身功耗較低，且有休眠模式，即使廣泛布網(wǎng)，仍能夠很好的滿足低維護(hù)營成本。其次，用戶模塊可能夠在非網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)進(jìn)入休眠模式，極大的延長了終端的使用時(shí)間，更增強(qiáng)了其便攜特性。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 第五屆“挑戰(zhàn)杯”首都大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無
作品可展示的形式
- 實(shí)物、圖片、錄像、現(xiàn)場(chǎng)部分功能演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 作品使用時(shí)只需由用戶通過鍵盤輸入目的地即可，當(dāng)用戶進(jìn)入任意路口網(wǎng)絡(luò)后系統(tǒng)就能全程完成導(dǎo)航功能，其間無需用戶再進(jìn)行額外操作，方便簡(jiǎn)單。 系統(tǒng)方便部署、功能擴(kuò)展性強(qiáng)；終端通過語音提示、人性化可靠性高；系統(tǒng)功耗低、算法效率高；網(wǎng)絡(luò)容量大、性能穩(wěn)定；定位精度高；模塊體積小、重量輕、成本低；系統(tǒng)可移植性強(qiáng)、上層應(yīng)用改造便捷。 作品能夠很好的適用于盲人導(dǎo)航系統(tǒng)、老人兒童出行輔助系統(tǒng)、室內(nèi)場(chǎng)館導(dǎo)游信息平臺(tái)、智能小區(qū)系統(tǒng)、城市便攜導(dǎo)游系統(tǒng)、災(zāi)區(qū)應(yīng)急通信系統(tǒng)等各類室內(nèi)外應(yīng)用場(chǎng)合。 作品具有很好的推廣前景，符合構(gòu)建和諧社會(huì)的理念，促進(jìn)盲人融入社會(huì)。各模塊集成度高、成本低廉，易于大規(guī)模部署推廣。 目前，我國的無障礙化建設(shè)還處在起步階段，各類相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)剛起步，尤其是針對(duì)殘疾人出行方面的保障建設(shè)更是沒有好的解決方案，因此，該作品具有很好的開發(fā)前景。同時(shí)，該作品還具有很好的功能擴(kuò)展性，能夠很好的應(yīng)用于各類場(chǎng)合，具有很好的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益。
同類課題研究水平概述
- 目前該問題世界上已有不少國家提出了一些解決方案，但都不能很好的對(duì)盲人出行提供有效的導(dǎo)航幫助。具體的一些研究成果如下： ? 美國佐治亞理工學(xué)院的布魯斯?沃克等人新開發(fā)出一種為盲人導(dǎo)航的便攜裝置，它可以直接向盲人內(nèi)耳傳送柔和的低音，幫助盲人在城市中行走。該裝置使用一個(gè)放在背包里的處理器，將全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)和來自使用者頭盔上照相機(jī)、傳感器的數(shù)據(jù)加以綜合處理，以確定使用者該朝哪個(gè)方向走才能到達(dá)想去的目的地。這一裝置然后發(fā)出一系列的“嘟嘟”聲響，為使用者指路。但是，該裝置仍有很大的缺點(diǎn)，首先，使用GPS定位精度很低（軍工除外），難以保證盲人正確走在人行道上。其次，無法監(jiān)控交通燈的情況，難以保證其安全的通過路口。而且GPS系統(tǒng)耗電量大，不便于盲人的遠(yuǎn)距離出行。 ? 歐盟資助了一項(xiàng)研究計(jì)劃，旨在為盲人開發(fā)基于RFID的道路指示，屬于SESAMONET計(jì)劃的一部分。目前一個(gè)10人的專家組正在測(cè)試意大利的三條試驗(yàn)道路。盲人在行走時(shí)，需要使用特殊設(shè)計(jì)的導(dǎo)盲杖。導(dǎo)盲杖中嵌入RFID識(shí)讀器，可以識(shí)別道路上埋設(shè)的RFID標(biāo)簽。標(biāo)簽上的標(biāo)識(shí)信息通過無線連接傳輸?shù)娇诖械拿阅阌?jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可以計(jì)算行人的位置。行路幫助信息轉(zhuǎn)換為聲音符號(hào)，盲人可以通過耳機(jī)聽到這些聲音。通過聲音的幫助，可以保證盲人一直處于道路的中央行走。該方案仍有不少缺點(diǎn)。首先，道路改造工程量大，必須對(duì)所有道路進(jìn)行重新鋪設(shè)，且整體功耗高。其次，盲人需要攜帶專門的計(jì)算機(jī)進(jìn)行定位操作，不便于設(shè)備小型化。再次，必須建立一個(gè)完善的城市網(wǎng)絡(luò)，不便于管理與系統(tǒng)升級(jí)。 ? 目前還有一種利用超聲波回聲原理制作的盲人導(dǎo)航裝置，是由盲人眼鏡、檢測(cè)箱和左、右耳機(jī)組成，其特征在于在盲人眼鏡上設(shè)有超聲波接受傳感器和超聲波發(fā)射傳感器，超聲波接受傳感器和超聲波發(fā)射傳感器連接在檢測(cè)箱的檢測(cè)電路中；檢測(cè)電路包括一個(gè)用于接受外界超聲波信號(hào)，并將該信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算和放大輸出到左右耳機(jī)的信號(hào)接受發(fā)送電路和一個(gè)用于發(fā)射對(duì)比信號(hào)并調(diào)整頻率的
