以智能盲杖為主體的盲人避障導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計

劉會琪

摘要：我國盲人及視覺障礙人口眾多，城市交通路況復(fù)雜，對盲人出行帶來了巨大的困難?，F(xiàn)以整個城市背景為前提，研究開發(fā)了一種新的盲人出行系統(tǒng)。系統(tǒng)采用RFID射頻識別技術(shù)進(jìn)行導(dǎo)航，智能盲杖可以將分布于城市盲道下的電子標(biāo)簽中所錄入的地理位置信息轉(zhuǎn)化為語音信息，通過耳機(jī)反饋給盲人，實現(xiàn)導(dǎo)航功能。盲杖利用超聲波測距技術(shù)來感知盲杖前方、及前方高處的障礙物信息，并將信息以聲音或者震動的形式，反饋給用戶。同時還具備定位、語音報時、陰暗處自動亮燈示警等功能。

關(guān)鍵詞：城市無障礙；障礙物檢測；RFID；盲杖

1 引言

根據(jù)世界衛(wèi)生組織給的數(shù)據(jù)，2010年中國盲人數(shù)量824.8萬，低視力人群6727.4萬，視力殘疾者的數(shù)量是兩者的總和——7551.2萬。我國盲人數(shù)量眾多，城市路況也比較復(fù)雜。盲人的出行方式通常有盲杖出行，親友陪同出行，導(dǎo)盲犬導(dǎo)向出行和公交出行等幾種方式，其中以使用盲杖出行最為普遍，盲人出行的問題是一個不可忽視的社會問題。

以最普遍的盲人使用盲杖單獨出行為例，盲人出行時使用的普通盲杖多為鋁合金質(zhì)地，盲人使用它的杖尖在地面上不斷敲擊，左右擺動探索，可盲人發(fā)現(xiàn)地面0.5米范圍以內(nèi)的障礙物，杖體貼有反光膜，夜間可警示車輛避讓。普通盲杖輕盈、便攜、耐用、價格低廉，是視障患者出行的幫手。但是普通盲杖具有的缺點是：對于稍遠(yuǎn)距離的障礙物及高空障礙物無法判斷位置，不能及時做出反應(yīng)。

本文通過介紹射頻識別技術(shù)系統(tǒng)在當(dāng)今社會中的應(yīng)用，以及對當(dāng)前我國的盲人道路指示系統(tǒng)的分析，結(jié)合當(dāng)前社會盲人出行用具的分析，以及射頻識別技術(shù)的優(yōu)點，提出基于射頻識別技術(shù)的盲人避障導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計。

2 傳統(tǒng)盲人出行系統(tǒng)分析

城市中的視覺障礙人群的無障礙出行環(huán)境建設(shè)，在道路交通方面，主要涉及到城市廣場、非機(jī)動車道、過街天橋及過街地道、過街音響信號及公交站臺等。在建筑物場所方面，主要涉及到辦公及科研建筑、文化和商業(yè)建筑、觀演及交通建筑、醫(yī)療及學(xué)校建筑、公寓及飯店建筑、居住和園林建筑等。有關(guān)無障礙的主要設(shè)施和部位有：坡道、出入口、走廊、樓梯、電梯、扶手、輪椅席、廁所、浴室、安全抓桿、客房、廚房、服務(wù)臺、停車場車位、城市盲道、緣石坡道、旅游景點標(biāo)志牌等。因此，無障礙環(huán)境的建設(shè)與改造，是一項涉及面廣的系統(tǒng)工程。

視力殘疾者在戶外單獨行進(jìn)與活動時，最重要的問題是對環(huán)境的感知和方向上的判定。視障患者通常依靠觸覺、聽覺、嗅覺和較強(qiáng)的色彩對比來幫助其行動。當(dāng)前我國的盲人無障礙出行設(shè)施主要有城市盲道、過街音響提示信號、盲文公交站牌等，但是當(dāng)前我國的道路標(biāo)示體系并沒有能夠給盲人出行提供太大的幫助。我國視覺障礙人群的無障礙道路體系還有很大的改造需求與提升空間。目前市場上的助盲器材的成型產(chǎn)品僅處于障礙物報警的初始水平，在實際使用時，對盲人出行的幫助極其有限，隨著電子科技的發(fā)展及城市道路環(huán)境的不斷復(fù)雜化，傳統(tǒng)的導(dǎo)盲杖及城市導(dǎo)盲系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足盲人的需要了，盲人出行困難重重。

3 系統(tǒng)概述

此盲人出行系統(tǒng)的設(shè)計主要基于射頻識別技術(shù)、超聲波測距技術(shù)及gps技術(shù)，旨在構(gòu)建一個有效的輔助盲人出行的系統(tǒng)。系統(tǒng)由智能盲杖和安裝了錄入城市地理位置信息芯片的城市盲道組成。盲人出行系統(tǒng)的主要功能有導(dǎo)航、外部數(shù)據(jù)采集、語音提示、震動提示、智能提示燈、全球定位、一鍵警報、發(fā)送求救短信等。

智能盲杖的設(shè)計，以Arduino UNO單片機(jī)為核心，集成的模塊包括：RFID模塊，用于讀取盲道下方鋪設(shè)的電子標(biāo)簽，射頻識別技術(shù)具有讀取速度快、不受覆蓋物影響、磨損影響小等特點，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到保證，增大盲人出行的安全性；超聲波測距模塊，系統(tǒng)采用超聲波傳感器的超聲波發(fā)射——接收時間差來測量人與障礙物之間的距離，在安全距離內(nèi)對盲人進(jìn)行語音或者震動提醒，警示使用者避讓障礙物，該系統(tǒng)通過采用兩個互成角度的超聲波模塊來監(jiān)測盲杖前方及前方高處的障礙物，使盲人更加了解周圍的環(huán)境，起到避免安全隱患的作用；GPS定位模塊，用于對盲人的位置進(jìn)行定位，當(dāng)盲人不慎走失時，親人能通過定位芯片查詢到盲人的地理位置，方便家人尋找，為盲人的安全提供了保障；GSM模塊，用于實現(xiàn)一鍵警報功能，當(dāng)盲人遇到危險或其他需要求助的情況時，按下警報鍵，智能盲杖會自動向預(yù)設(shè)號碼發(fā)送求救短信；智能盲杖還具有光敏控制的LED模塊，光敏電阻通過外界照度不同產(chǎn)生不同大小的電信號，控制LED燈的亮度。當(dāng)盲人處于陰暗的環(huán)境時，盲杖上的LED燈自動亮起，以警示路人，當(dāng)處于光亮環(huán)境時，LED燈熄滅，節(jié)省能源。

城市盲道的設(shè)計，即在交叉路口、紅綠燈路口、標(biāo)志性建筑等交通的關(guān)鍵節(jié)點處，安置儲存有當(dāng)前位置地理位置信息的電子標(biāo)簽。在盲人行走的過程中，盲杖上的RFID模塊不斷的讀取到盲道內(nèi)的地理位置標(biāo)簽，盲人根據(jù)提供相應(yīng)的語音提示，來決定行進(jìn)方向，以起到導(dǎo)航的目的。

從理論上來說，RFID模塊距離盲道內(nèi)的電子標(biāo)簽位置越近越能讀取，但在沒有視覺的幫助下，盲人用盲杖對準(zhǔn)的位置往往會有偏差，這對地理位置信息的讀取會造成影響。因此建議在盲道上設(shè)置指示前方設(shè)有電子標(biāo)簽的引導(dǎo)磚，來提示盲人注意到前方是電子標(biāo)簽處。

4結(jié)語

我國助盲出行問題的解決，一方面要學(xué)習(xí)國外與無障礙設(shè)施建設(shè)相關(guān)的經(jīng)驗，可以借鑒國外現(xiàn)有的成熟的設(shè)計來改善盲人出行困難問題。另一方面，我國應(yīng)當(dāng)提高對弱勢群體的保障力度，發(fā)揮我們自己的創(chuàng)新意識，提出相應(yīng)的解決對策來改善我國盲人出行的現(xiàn)狀。

本文粗略介紹了基于射頻識別技術(shù)、超聲波測距技術(shù)及gps技術(shù)的盲人輔助出行系統(tǒng)。近幾年，隨著RFID技術(shù)的推廣應(yīng)用.中國RFID的市場規(guī)模呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。中國的RFID應(yīng)用主要集中在中低頻領(lǐng)域（工作頻率小于30MHz），在身份識別、安全門禁、電子購票、交通等領(lǐng)域得到了一定規(guī)模的應(yīng)用?，F(xiàn)今，物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展，利用 RFID將道路信息進(jìn)行規(guī)范化管理更能提高道路的使用價值，系統(tǒng)建設(shè)成本也因射頻識別技術(shù)的廣泛應(yīng)用而降低，有良好的發(fā)展前景。

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