[發明專利]一種視障人士用便攜式智能導盲設備及導盲方法

在審

• 申請號: 201910255812.3
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN109938974A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 楊天歌;徐園園;郜夢昕;孫鑫宇;高天維;洪麗明
• 申請（專利權）人: 楊天歌
• 主分類號: A61H3/06
• 分類號: A61H3/06;G01S19/42;G06N3/04;G06T1/20;G06T5/30;G06T7/40;G06T7/90;H04W4/02;H04W4/33;H04W64/00
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種視障人士用便攜式智能導盲設備，所述智能導盲設備包括便攜式機體、控制器、體征傳感器、攝像頭和耳機，其特征在于：設備還包括云服務系統和實時定位系統，在所述便攜式機體上設置盲道、換乘和緊急呼救按鍵，通過置于用戶頸部的攝像頭實時采集環境圖像信息傳送給所述控制器，通過所述實時定位系統獲取用戶實時位置信息傳送給所述控制器，通過體征傳感器獲取用戶的實時生命體征信息傳送給所述控制器、所述控制器對環境圖像信息、實時位置信息和生命體征信息進行處理并通過耳機、云服務系統的網頁或瀏覽器向用戶、家屬、志愿者或醫療機構提供盲道指示、地鐵站內換乘、安全監護和緊急呼救信息。

2.根據權利要求1所述的智能導盲設備，其特征在于：實時定位系統包括GPS和UWB，由GPS實現室外定位，由UWB實現室內定位，并通過云服務器使得用戶、家屬、志愿者或醫療機構能夠通過瀏覽網頁或手機客戶端實時得知用戶的身體狀態和地理位置。

3.根據權利要求1所述的智能導盲設備，其特征在于：所述體征傳感器包括體溫傳感器和心率傳感器，所述耳機采用骨傳導耳機。

4.一種采用根據權利要求1-3任一項所述智能導盲設備的導盲方法，其特征在于：通過攝像頭實時采集環境圖像信息傳送給所述控制器，通過所述實時定位系統獲取用戶實時位置信息傳送給所述控制器，所述控制器對環境圖像信息和實時位置信息進行處理以實現盲道指示、地鐵站內換乘、安全監護和緊急呼救功能。

5.根據權利要求4所述的導盲方法，其特征在于，所述盲道指示功能通過以下步驟實現：

步驟S101：按下盲道指示按鍵，位于頸部的攝像頭開啟，采集環境圖像，傳至控制器；

步驟S102：FPGA對采集到圖像進行流水線化操作，將任務劃分為了多個符合費林分類法SIMD原則的高并行度處理結構，依次為視頻流采集單元、色彩空間轉換及閾值分割單元、形態學開運算及判定單元、盲道狀態分析單元、障礙檢測單元、VGA顯示單元，最后利用CNN卷積神經網絡工具進行系統優化；

步驟S103：經骨傳導耳機將道路狀況信息播報給用戶，指示盲道方位、通暢程度以及轉向信息。

6.根據根據權利要求4所述的導盲方法，其特征在于，所述站內換乘功能通過以下步驟實現：

步驟S201：采用基于TOF的定位算法，由標簽節點和遠程基站節點的雙向通訊，定期地發送Poll數據包以及應答ACK數據包來測量標簽節點和遠程基站之間的傳輸時間，再通過標簽節點與多個基站的傳輸時間來確定標簽節點的位置；

步驟S202：在三維空間中，至設標簽節點的位置為(x，y，z)，通過N(N≥4)個半徑為di球面的交點決定，可建立如下的方程組：

由上述方程式可解得(x，y，z)；

在進入地鐵站時或者之前，用戶可預設好目的地，進入地鐵站后，設備標簽節點接入地鐵站室內導航網絡，上傳當前位置與目的地信息給服務器端，服務器端會以每個盲道的交叉點作為頂點，通過Dijkstra最短路算法，計算地鐵站內的合適的路徑，并回送給設備；

步驟S203：設備由UWB判斷使用者的實際位置，結合服務器端的回送信息，在經過每個站點時，通過語音的形式，向使用者實時播報行徑路線；在到達地鐵等待處后，語音提醒使用者在特定位置等候，同時通過網絡獲取地鐵的到達信息，以在地鐵入站后準時提醒使用者；

步驟S204：下地鐵后，標簽節點再次計算一條合適路徑，以語言播報的形式引導使用者離開地鐵站；離開地鐵站后，設備自動從室內定位模式切換到室外定位模式，繼續提供導航。

7.根據根據權利要求4所述的導盲方法，其特征在于，所述安全監護和緊急呼救功能通過以下步驟實現：

步驟S301：通過GPS和UWB建立室內外定位系統獲取用戶實時位置；

步驟S302：以個人電腦為服務端，以網頁顯示為客戶端的系統，框架運用springboot，并運用websocket子協議stomp協議實現客戶端和服務端的數據互通；控制器收到經緯度坐標，通過GPRS發送http請求，請求中帶有json格式的經緯度坐標；

步驟S303：通過stomp協議，電子地圖API定位函數接口收到經緯度坐標，在網頁上顯示用戶當前的位置；使用MongoDB對數據進行存儲與分析；

步驟S304：將地理位置信息、生命體征信息通過網頁形式或客戶端APP傳送給用戶、家屬、社區工作人員、志愿者或醫療結構查閱，若地理位置信息超出安全范圍或生命體征信息不正常則向用戶、家屬、社區工作人員、志愿者或醫療機構發出警報信息，用戶按下緊急呼救按鍵，向周圍發出求救信號。