以智能盲杖为主体的盲人避障导航系统设计
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作者: 刘会琪
摘要：我国盲人及视觉障碍人口众多，城市交通路况复杂，对盲人出行带来了巨大的困难。现以整个城市背景为前提，研究开发了一种新的盲人出行系统。系统采用RFID射频识别技术进行导航，智能盲杖可以将分布于城市盲道下的电子标签中所录入的地理位置信息转化为语音信息，通过耳机反馈给盲人，实现导航功能。盲杖利用超声波测距技术来感知盲杖前方、及前方高处的障碍物信息，并将信息以声音或者震动的形式，反馈给用户。同时还具备定位、语音报时、阴暗处自动亮灯示警等功能。
关键词：城市无障碍；障碍物检测；RFID；盲杖
1 引言
根据世界卫生组织给的数据，2010年中国盲人数量824.8万，低视力人群6727.4万，视力残疾者的数量是两者的总和――7551.2万。我国盲人数量众多，城市路况也比较复杂。盲人的出行方式通常有盲杖出行，亲友陪同出行，导盲犬导向出行和公交出行等几种方式，其中以使用盲杖出行最为普遍，盲人出行的问题是一个不可忽视的社会问题。
以最普遍的盲人使用盲杖单独出行为例，盲人出行时使用的普通盲杖多为铝合金质地，盲人使用它的杖尖在地面上不断敲击，左右摆动探索，可盲人发现地面0.5米范围以内的障碍物，杖体贴有反光膜，夜间可警示车辆避让。普通盲杖轻盈、便携、耐用、价格低廉，是视障患者出行的帮手。但是普通盲杖具有的缺点是：对于稍远距离的障碍物及高空障碍物无法判断位置，不能及时做出反应。
本文通过介绍射频识别技术系统在当今社会中的应用，以及对当前我国的盲人道路指示系统的分析，结合当前社会盲人出行用具的分析，以及射频识别技术的优点，提出基于射频识别技术的盲人避障导航系统设计。
2 传统盲人出行系统分析
城市中的视觉障碍人群的无障碍出行环境建设，在道路交通方面，主要涉及到城市广场、非机动车道、过街天桥及过街地道、过街音响信号及公交站台等。在建筑物场所方面，主要涉及到办公及科研建筑、文化和商业建筑、观演及交通建筑、医疗及学校建筑、公寓及饭店建筑、居住和园林建筑等。有关无障碍的主要设施和部位有：坡道、出入口、走廊、楼梯、电梯、扶手、轮椅席、厕所、浴室、安全抓杆、客房、厨房、服务台、停车场车位、城市盲道、缘石坡道、旅游景点标志牌等。因此，无障碍环境的建设与改造，是一项涉及面广的系统工程。
视力残疾者在户外单独行进与活动时，最重要的问题是对环境的感知和方向上的判定。视障患者通常依靠触觉、听觉、嗅觉和较强的色彩对比来帮助其行动。当前我国的盲人无障碍出行设施主要有城市盲道、过街音响提示信号、盲文公交站牌等，但是当前我国的道路标示体系并没有能够给盲人出行提供太大的帮助。我国视觉障碍人群的无障碍道路体系还有很大的改造需求与提升空间。目前市场上的助盲器材的成型产品仅处于障碍物报警的初始水平，在实际使用时，对盲人出行的帮助极其有限，随着电子科技的发展及城市道路环境的不断复杂化，传统的导盲杖及城市导盲系统已经远远不能满足盲人的需要了，盲人出行困难重重。
3 系统概述
此盲人出行系统的设计主要基于射频识别技术、超声波测距技术及gps技术，旨在构建一个有效的辅助盲人出行的系统。系统由智能盲杖和安装了录入城市地理位置信息芯片的城市盲道组成。盲人出行系统的主要功能有导航、外部数据采集、语音提示、震动提示、智能提示灯、全球定位、一键警报、发送求救短信等。
智能盲杖的设计，以Arduino UNO单片机为核心，集成的模块包括：RFID模块，用于读取盲道下方铺设的电子标签，射频识别技术具有读取速度快、不受覆盖物影响、磨损影响小等特点，使系统的稳定性得到保证，增大盲人出行的安全性；超声波测距模块，系统采用超声波传感器的超声波发射――接收时间差来测量人与障碍物之间的距离，在安全距离内对盲人进行语音或者震动提醒，警示使用者避让障碍物，该系统通过采用两个互成角度的超声波模块来监测盲杖前方及前方高处的障碍物，使盲人更加了解周围的环境，起到避免安全隐患的作用；GPS定位模块，用于对盲人的位置进行定位，当盲人不慎走失时，亲人能通过定位芯片查询到盲人的地理位置，方便家人寻找，为盲人的安全提供了保障；GSM模块，用于实现一键警报功能，当盲人遇到危险或其他需要求助的情况时，按下警报键，智能盲杖会自动向预设号码发送求救短信；智能盲杖还具有光敏控制的LED模块，光敏电阻通过外界照度不同产生不同大小的电信号，控制LED灯的亮度。当盲人处于阴暗的环境时，盲杖上的LED灯自动亮起，以警示路人，当处于光亮环境时，LED灯熄灭，节省能源。
城市盲道的设计，即在交叉路口、红绿灯路口、标志性建筑等交通的关键节点处，安置储存有当前位置地理位置信息的电子标签。在盲人行走的过程中，盲杖上的RFID模块不断的读取到盲道内的地理位置标签，盲人根据提供相应的语音提示，来决定行进方向，以起到导航的目的。
从理论上来说，RFID模块距离盲道内的电子标签位置越近越能读取，但在没有视觉的帮助下，盲人用盲杖对准的位置往往会有偏差，这对地理位置信息的读取会造成影响。因此建议在盲道上设置指示前方设有电子标签的引导砖，来提示盲人注意到前方是电子标签处。
4结语
我国助盲出行问题的解决，一方面要学习国外与无障碍设施建设相关的经验，可以借鉴国外现有的成熟的设计来改善盲人出行困难问题。另一方面，我国应当提高对弱势群体的保障力度，发挥我们自己的创新意识，提出相应的解决对策来改善我国盲人出行的现状。
本文粗略介绍了基于射频识别技术、超声波测距技术及gps技术的盲人辅助出行系统。近几年，随着RFID技术的推广应用.中国RFID的市场规模呈现出良好的发展态势。中国的RFID应用主要集中在中低频领域（工作频率小于30MHz），在身份识别、安全门禁、电子购票、交通等领域得到了一定规模的应用。现今，物联网高速发展，利用 RFID将道路信息进行规范化管理更能提高道路的使用价值，系统建设成本也因射频识别技术的广泛应用而降低，有良好的发展前景。
参考文献：
[1]薛茹，吴宗胜，邵美云，等.一种基于 GPS/GPRS 的智能导盲拐杖：中国，201320224296[P].2013-10-23.
[2]黄玉兰.物联网射频识别技术详解[M].北京：人民邮电出版社，2010.
[3]曾智林.通用设计理念下的视障人群导购产品设计研究[J].机械设讯，2013（5）.
[4]赵军辉，黄晓华.射频识别技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2008.
[5]王学磊.基于无障碍需求的产品设计方法研究一以视听障者的信息产品设计为例[c].2009年国际工业设计研讨会论文集，2009.
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