基于3 G和G I S的盲人導航系統(tǒng)構(gòu)建

齊躍

（天津工業(yè)大學信息與通信工程學院，天津300160）

1.引言

在我國，第三代移動通信技術正在迅猛地發(fā)展中?；?G能衍生出很多的應用，3G的速率要遠遠超過2G，能夠?qū)崿F(xiàn)各種多媒體的通信。而基于GPS技術，無論你在哪里，全球定位系統(tǒng)都能夠精確定位出你的位置。筆者通過整合Google Map、GPS和移動通信技術，開發(fā)了一個盲人導航系統(tǒng)，為盲人提供導航服務。這個系統(tǒng)能夠根據(jù)GPS定位和視頻通信實現(xiàn)遠程的軌跡跟蹤和導航，可以幫助盲人單獨外出。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

我們設計的系統(tǒng)是讓一個視力正常的人遠程給一個盲人提供導航，幫助他規(guī)劃行動路線，并且?guī)椭と吮荛_路途中的障礙。這樣的一個系統(tǒng)將使盲人的生活更加便利。圖1描述了系統(tǒng)的組成部分。從圖中我們可以看到我們的系統(tǒng)主要是整合了三個方面的技術：全球定位系統(tǒng)（GPS），地理信息系統(tǒng)（GIS），基于第三代移動通信的視頻流。這個導航系統(tǒng)被整合成兩個部分：用戶端和導航服務中心。用戶端包含GPS接收機、攝像頭和3G移動通信終端。這三個設備固定在用戶的身上，比如固定在用戶的衣服上。導航服務中心是一個工作站，它實時接收用戶端的視頻信號、聲音和定位數(shù)據(jù)。視頻信號、聲音和定位數(shù)據(jù)通過3G網(wǎng)絡在用戶和導航服務中心之間傳遞。

3.系統(tǒng)的運行方式

系統(tǒng)按照如下方式運行：當一個用戶要出行時，他和導航服務中心先取得聯(lián)系。當聯(lián)系確定后，用戶身上的攝像頭開始捕獲用戶周圍的圖像，同時GPS接收導航衛(wèi)星的信號，確定經(jīng)緯度坐標后連同視頻信號一同傳輸給導航服務中心。當導航服務中心接收到這些信號后，取出經(jīng)緯度坐標信號，并且在電子地圖中進行匹配，當找到正確的位置后顯示接收到的坐標的地圖。接收到的視頻信號和匹配好的地圖一起顯示在導航服務中心的電腦上。與此同時，用戶和導航服務中心之間進行通話，用戶告訴導航服務中心他的目的地是哪里?；贕PS得到的用戶的經(jīng)緯度坐標和用戶告訴的目的地，導航服務中心規(guī)劃出用戶出行的路線。當用戶開始他的行程后，其身上的攝像頭實時捕獲前面的圖像，GPS重新獲得新的經(jīng)緯度坐標，這些信息都實時的傳輸?shù)綄Ш椒罩行牡碾娔X上，這樣導航員能夠給用戶及時地進行路線導航和規(guī)避障礙物。

4.系統(tǒng)設計

按照盲人使用該系統(tǒng)的設想，我們分幾個部分來設計該系統(tǒng)。

4.1 用戶端的設計

在用戶端向?qū)Ш椒罩行陌l(fā)送坐標信息并與導航服務中心進行通信。

對于這部分的設計我們要考慮兩方面的要素：一個是用戶使用的便利性，另一個是技術的要求。我們的盲人導航系統(tǒng)應該設計得非常容易使用和非常容易攜帶，這主要是因為我們的服務對象是特殊人群?；谶@樣的考慮，我們設想所有的用戶端設備都可以穿戴在身上，比如固定在用戶的衣服上，如圖2所示。

GPS天線：我們的導航系統(tǒng)使用GPS來確定方位和進行導航，GPS接收器和它的外接天線是重要的客戶端設備。接受足夠清晰的GPS信號是整個系統(tǒng)能夠使用的一個必備條件。GPS天線的位置對于接受到清晰地信號很重要。天線必須能夠直接對準天空來接受頭頂上的衛(wèi)星信號。在盲人使用導航系統(tǒng)的過程中，如果沒有將天線放在合適的位置，他的身體可能會阻擋GPS信號的接收。最好的接收位置應該在人的頭頂上，但是這樣會使使用者不舒服。因此我們設計將GPS天線安裝在用戶的肩膀上，這樣既能很好地接收信號，又不會妨礙使用者的動作。

攝像頭：導航中心依據(jù)圖像為用戶指示方向。因此攝像頭被固定的位置應該能使攝像頭捕獲到使用者前方縱向從頭到地面、橫向為自身寬度的區(qū)域內(nèi)的圖像，這樣導航中心才能看到并為使用者排除前面的障礙。攝像頭應該能夠看到動態(tài)的障礙，比如汽車和自行車，攝像頭也應該能夠提供腰部以上的障礙物的信息，比如樹枝等。另外，使用攝像頭能夠提供更多的關于使用者前面的景象的信息，這是一個拐杖所遠不能比擬的。攝像頭以與水平線成15度角固定在使用者的胸前，為導航員提供足夠的對于障礙物的預警信息。

話筒：使用者需要和導航中心進行語言交流。通常來說，使用者討厭使用耳掛式話筒，因為他們需要接收各種環(huán)境的聲音，而耳掛式話筒妨礙了使用者獲取這些聲音。在我們的系統(tǒng)中話筒將被設計安裝在新的位置，它被固定在使用者的肩膀上。

電子羅盤：一個電子羅盤是另外一個導航傳感器。根據(jù)電子羅盤的信息，導航員可以提供使用者比如往左還是往右轉(zhuǎn)向的信息。電子羅盤也安裝在使用者的肩膀上。

3G通信設備：3G通信設備用來與導航中心進行通信。由于我們國家在使用的3G標準有三種，分別是中國聯(lián)通的WCDMA、中國電信的CDMA2000和中國移動的TD-SCDMA，這三家的3G服務各有優(yōu)缺點，難以選擇。從表面上看，聯(lián)通的WCDMA制式頗占優(yōu)勢，由于與歐洲制式相同，在3G時代開啟之時肯定會位于領跑者的位置。WCDMA制式無論是對應的3G手機市場還是3G網(wǎng)絡的布設，都有現(xiàn)成的產(chǎn)品和經(jīng)驗可以借鑒。加上這套系統(tǒng)能夠架設在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡上，對于系統(tǒng)提供商而言，可以較輕松地過渡。在GSM系統(tǒng)相當普及的我國，很容易接受這套新技術，因此，WCDMA具有先天的市場優(yōu)勢。但是TD是我們自己的標準，獲得政府的大力支持，這也是我國政府將TD的拍照頒發(fā)給最有實力的中國移動的原因。因此我們選擇一種支持TD的3G通信設備。

4.2 導航服務中心設計

導航服務中心是一個由人和設備組成的一個網(wǎng)絡，這個網(wǎng)絡確保能為使用者提供流暢的導航服務。一個簡單的導航服務中心就相當于一個包括各種設備的個人電腦，另外還需要一個經(jīng)過培訓的導航員。當然，導航服務中心也可以擴展為一個由政府或企業(yè)組織的服務中心。

5.總結(jié)

在這篇文章中展現(xiàn)了一種新的盲人導航服務。它通過遠程的導航員來為使用者提供方位導航、出行路線規(guī)劃、障礙物規(guī)避等服務。在文章中我們描述了系統(tǒng)的構(gòu)成和設備的分布。這個系統(tǒng)將為盲人和其他特別的用戶提供非常重要的作用。

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