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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于應(yīng)答模式的盲人室內(nèi)定位與導(dǎo)航系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一套集合了定位、導(dǎo)航、避障、辨向等四個(gè)功能的盲人室內(nèi)輔助系統(tǒng)。定位功能解決盲人“我在哪里”的問題，導(dǎo)航功能解決盲人“我怎樣走”的問題，另外還輔有避障和辨向等必要功能。
- 詳細(xì)介紹：
- 針對(duì)目前盲人現(xiàn)實(shí)生活中室內(nèi)活動(dòng)的不便性，本文詳細(xì)介紹了一種基于應(yīng)答模式的盲人室內(nèi)定位與導(dǎo)航系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)方案為：通過在室內(nèi)關(guān)鍵點(diǎn)（如樓梯口、房門口、拐彎點(diǎn)）的天花板上安裝紅外發(fā)射器，不同場(chǎng)所發(fā)射不同編碼的紅外信號(hào)，由盲人手持的接收裝置接收紅外信號(hào)，通過解碼讀取地址信息，用語音告知盲人當(dāng)前的位置或場(chǎng)所名稱，從而實(shí)現(xiàn)定位功能；若盲人要到達(dá)某一地點(diǎn)，系統(tǒng)可通過語音提示協(xié)助使用者確定目的地，再基于定位功能之上，系統(tǒng)可通過一套最優(yōu)路徑算法，計(jì)算出從當(dāng)前位置達(dá)到目的地的最佳路線，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能；同時(shí)系統(tǒng)輔以電子羅盤模塊和超聲波避障模塊以實(shí)現(xiàn)辨向和避障的功能。
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)
- 設(shè)計(jì)目的：解決當(dāng)前實(shí)際情況下盲人室內(nèi)行動(dòng)不便性的難題。 基本思路：設(shè)計(jì)一套集合了定位、導(dǎo)航、避障、辨向等四個(gè)功能的盲人室內(nèi)輔助系統(tǒng)。另外還輔有避障和辨向等必要功能。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1）定位 避開了室內(nèi)GPS信號(hào)接收不到的難題，該系統(tǒng)中采用紅外定位的方式以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位的功能。具體方案是：定位盲人當(dāng)前位置坐標(biāo)。將一個(gè)樓層網(wǎng)格化，每個(gè)網(wǎng)格對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的地址編碼，在每個(gè)能通過的網(wǎng)格里安裝一個(gè)紅外發(fā)射節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)射的紅外，其編碼均對(duì)應(yīng)于該網(wǎng)格的地址編碼，其發(fā)射范圍也限于該網(wǎng)格之內(nèi)，由放置在使用者身上的手持裝置接收信號(hào)并解碼，通過語音提示所在場(chǎng)所的名稱，從而使用者可確定其所在的位置信息。 2）導(dǎo)航算法 根據(jù)樓層網(wǎng)格化模型，采用了高效而簡潔的隊(duì)列式分支限界法，來求得最優(yōu)路徑。相比采用其他算法，如A*算法、dijstra算法等要更加簡單、高效。 3） 應(yīng)答模式電源控制 安裝在天花板上的發(fā)射單元長期通電工作，采用220V供電存在布線繁瑣的問題，而采用電池供電，雖然不存在以上問題，但工作時(shí)間有限，需經(jīng)常更換電池，最終我們采用了應(yīng)答模式供電控制，即當(dāng)使用者走過發(fā)射單元下方時(shí)，使用者手持裝置會(huì)發(fā)射一個(gè)向上的超聲波信號(hào)，激勵(lì)發(fā)射單元內(nèi)部一個(gè)超聲波接收探頭，經(jīng)過低功耗放大單元（100uA以下），用以控制其內(nèi)部紅外發(fā)射器的電源接通。當(dāng)沒有使用者走過時(shí)，發(fā)射裝置就一直處于低功耗待機(jī)狀態(tài),以此達(dá)到節(jié)能的目的。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 我們的室內(nèi)定位和導(dǎo)航技術(shù)采用紅外方案為核心，紅外發(fā)射接收有效范圍大，正好符合了盲人行動(dòng)范圍的不確定性，且成本低易于普及。同時(shí)采用紅外專用接收頭，抗干擾性好，保證了系統(tǒng)的可靠性。另外，將該系統(tǒng)應(yīng)用于盲人的室內(nèi)導(dǎo)航，解決了室內(nèi)GPS信號(hào)接收不到，普通導(dǎo)航儀失靈的難題。 我們通過在天花板上安裝紅外發(fā)射單元，使用者持手持裝置，接收不同編碼的紅外信號(hào)，通過解碼讀取地址信息，用語音告知盲人當(dāng)前的位置或場(chǎng)所名稱，從而實(shí)現(xiàn)定位功能。 另外若盲人要到達(dá)某一地點(diǎn)，系統(tǒng)可通過語音提示協(xié)助使用者確定目的地，再基于定位功能之上，系統(tǒng)可通過一套最優(yōu)路徑算法，計(jì)算出從當(dāng)前位置達(dá)到目的地的最佳路線，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能。 此外，為了避免安裝在天花板上的紅外發(fā)射裝置，需布設(shè)電源線的問題，或采用電池供電，需頻繁更換電池或充電的問題，供電方式采用應(yīng)答模式，即當(dāng)沒有使用者走過時(shí)，發(fā)射裝置處于低功耗待機(jī)狀態(tài)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年3月—校生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng) 2011年5月—省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽二等獎(jiǎng) 2011年4月走訪省盲人學(xué)校，達(dá)成合作意向，獲得其推薦。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品；模型；現(xiàn)場(chǎng)演示；圖片；錄像；樣品
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)
- 使用說明：當(dāng)定位模式啟動(dòng)時(shí)，按下按鍵手持裝置開始工作，控制語音輸出地點(diǎn)信息。當(dāng)導(dǎo)航模式啟動(dòng)時(shí)，單片機(jī)會(huì)實(shí)時(shí)工作確認(rèn)當(dāng)前地點(diǎn)的信息。使用者可通過按鍵配合語音協(xié)助方式，最終確認(rèn)目的地。目的地確認(rèn)后，單片機(jī)記錄信息。再通過“隊(duì)列式分支限界法”算法來尋求從當(dāng)前地點(diǎn)到達(dá)目的地的最短距離及最優(yōu)路徑，并記錄下來，實(shí)時(shí)指示使用者。 作品集合了定位、導(dǎo)航、避障、辨向等四個(gè)功能。成本低廉，讓大部分盲人機(jī)構(gòu)都有購買力；體積小而輕便，方便安裝攜帶；采用了紅外、超聲和電子羅盤傳感器，并結(jié)合先進(jìn)算法，解決了盲人在室內(nèi)活動(dòng)不便的問題；采用了應(yīng)答技術(shù)，降低了紅外發(fā)射傳感器功耗，可靠性高，便于維護(hù)。 適應(yīng)范圍及推廣前景:從適應(yīng)范圍看，我們的目標(biāo)市場(chǎng)可重點(diǎn)接觸各地的盲人機(jī)構(gòu)、殘聯(lián)、殘奧會(huì)舉辦單位以及醫(yī)院等。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益:中國視力殘疾有500萬,世界盲人總數(shù)近3000萬。針對(duì)具有龐大盲人基數(shù)的市場(chǎng)，目前還沒有一款產(chǎn)品能切實(shí)幫助盲人解決室內(nèi)導(dǎo)航問題，而我們的產(chǎn)品便致力于以最簡單有效的方法解決這一難題。
同類課題研究水平概述
- 目前，經(jīng)調(diào)查，世界上對(duì)于解決盲人室外行動(dòng)難題的研究較多，也做得比較好，如盲道，公交站、地鐵站等公共設(shè)施的語音播報(bào)系統(tǒng)，室外用盲人GPS導(dǎo)航儀等。 然而，對(duì)于室內(nèi)卻少有成果出現(xiàn)。眾所周知，GPS導(dǎo)航已經(jīng)進(jìn)入大眾群體中，人們?nèi)粘Ｉ钪幸苍絹碓诫x不開它。然而GPS導(dǎo)航仍有一個(gè)尚未解決的難題，就是室內(nèi)導(dǎo)航。因?yàn)镚PS衛(wèi)星信號(hào)無法穿透太厚的墻壁，導(dǎo)航設(shè)備在大型建筑、地下建筑、高層樓房中會(huì)徹底找不到衛(wèi)星信號(hào)而無法定位。因此，該項(xiàng)技術(shù)難題很大地限制了室內(nèi)導(dǎo)航的發(fā)展。2010年9月，據(jù)新華社電，歐洲航天局日前研發(fā)出一種高性能導(dǎo)航系統(tǒng)，使“室內(nèi)導(dǎo)航”成為可能。公報(bào)說，目前該系統(tǒng)所需設(shè)備還很笨重，需要用推車運(yùn)輸。 經(jīng)我們實(shí)際調(diào)查了解到，盲人活動(dòng)大多在于室內(nèi)，即使外出，大多也是去另外的機(jī)關(guān)、醫(yī)院、酒店等室內(nèi)建筑，室內(nèi)行動(dòng)難題的對(duì)于盲人是一塊很大的心病。因此，室內(nèi)導(dǎo)航項(xiàng)目的研究具有極其重要的社會(huì)意義與研究價(jià)值。 目前社會(huì)上也有其他方案可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)導(dǎo)航，但是各自有其自身的缺點(diǎn)。 據(jù)了解，外國近年有采用射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)盲人導(dǎo)航，不過該系統(tǒng)的研發(fā)是針對(duì)于室外導(dǎo)航。其方法是將無源電子標(biāo)簽埋入地面瓷磚下，盲人手杖是一個(gè)射頻讀寫器，其讀寫距離很近，因此，電子標(biāo)簽的安裝很麻煩，成本也較高。若采用VHF超高頻射頻識(shí)別，成本就更高了，一個(gè)讀寫器的成本就在二至三千左右。不適于推廣。 市場(chǎng)上也有采用慣性導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)室內(nèi)導(dǎo)航的。不過，該系統(tǒng)成本很高，單個(gè)傳感器價(jià)格就不菲，加上后續(xù)信號(hào)的處理等等，該系統(tǒng)若想大眾普及確實(shí)有一定的難度。另外，該系統(tǒng)還有一個(gè)很大的弊端就在于其“累積誤差”，這是該系統(tǒng)無法避免
