[发明专利]一种视障人士用便携式智能导盲设备及导盲方法

权利要求书

1.一种视障人士用便携式智能导盲设备，所述智能导盲设备包括便携式机体、控制器、体征传感器、摄像头和耳机，其特征在于：设备还包括云服务系统和实时定位系统，在所述便携式机体上设置盲道、换乘和紧急呼救按键，通过置于用户颈部的摄像头实时采集环境图像信息传送给所述控制器，通过所述实时定位系统获取用户实时位置信息传送给所述控制器，通过体征传感器获取用户的实时生命体征信息传送给所述控制器、所述控制器对环境图像信息、实时位置信息和生命体征信息进行处理并通过耳机、云服务系统的网页或浏览器向用户、家属、志愿者或医疗机构提供盲道指示、地铁站内换乘、安全监护和紧急呼救信息。

2.根据权利要求1所述的智能导盲设备，其特征在于：实时定位系统包括GPS和UWB，由GPS实现室外定位，由UWB实现室内定位，并通过云服务器使得用户、家属、志愿者或医疗机构能够通过浏览网页或手机客户端实时得知用户的身体状态和地理位置。

3.根据权利要求1所述的智能导盲设备，其特征在于：所述体征传感器包括体温传感器和心率传感器，所述耳机采用骨传导耳机。

4.一种采用根据权利要求1-3任一项所述智能导盲设备的导盲方法，其特征在于：通过摄像头实时采集环境图像信息传送给所述控制器，通过所述实时定位系统获取用户实时位置信息传送给所述控制器，所述控制器对环境图像信息和实时位置信息进行处理以实现盲道指示、地铁站内换乘、安全监护和紧急呼救功能。

5.根据权利要求4所述的导盲方法，其特征在于，所述盲道指示功能通过以下步骤实现：

步骤S101：按下盲道指示按键，位于颈部的摄像头开启，采集环境图像，传至控制器；

步骤S102：FPGA对采集到图像进行流水线化操作，将任务划分为了多个符合费林分类法SIMD原则的高并行度处理结构，依次为视频流采集单元、色彩空间转换及阈值分割单元、形态学开运算及判定单元、盲道状态分析单元、障碍检测单元、VGA显示单元，最后利用CNN卷积神经网络工具进行系统优化；

步骤S103：经骨传导耳机将道路状况信息播报给用户，指示盲道方位、通畅程度以及转向信息。

6.根据根据权利要求4所述的导盲方法，其特征在于，所述站内换乘功能通过以下步骤实现：

步骤S201：采用基于TOF的定位算法，由标签节点和远程基站节点的双向通讯，定期地发送Poll数据包以及应答ACK数据包来测量标签节点和远程基站之间的传输时间，再通过标签节点与多个基站的传输时间来确定标签节点的位置；

步骤S202：在三维空间中，至设标签节点的位置为(x，y，z)，通过N(N≥4)个半径为di球面的交点决定，可建立如下的方程组：

由上述方程式可解得(x，y，z)；

在进入地铁站时或者之前，用户可预设好目的地，进入地铁站后，设备标签节点接入地铁站室内导航网络，上传当前位置与目的地信息给服务器端，服务器端会以每个盲道的交叉点作为顶点，通过Dijkstra最短路算法，计算地铁站内的合适的路径，并回送给设备；

步骤S203：设备由UWB判断使用者的实际位置，结合服务器端的回送信息，在经过每个站点时，通过语音的形式，向使用者实时播报行径路线；在到达地铁等待处后，语音提醒使用者在特定位置等候，同时通过网络获取地铁的到达信息，以在地铁入站后准时提醒使用者；

步骤S204：下地铁后，标签节点再次计算一条合适路径，以语言播报的形式引导使用者离开地铁站；离开地铁站后，设备自动从室内定位模式切换到室外定位模式，继续提供导航。

7.根据根据权利要求4所述的导盲方法，其特征在于，所述安全监护和紧急呼救功能通过以下步骤实现：

步骤S301：通过GPS和UWB建立室内外定位系统获取用户实时位置；

步骤S302：以个人电脑为服务端，以网页显示为客户端的系统，框架运用springboot，并运用websocket子协议stomp协议实现客户端和服务端的数据互通；控制器收到经纬度坐标，通过GPRS发送http请求，请求中带有json格式的经纬度坐标；

步骤S303：通过stomp协议，电子地图API定位函数接口收到经纬度坐标，在网页上显示用户当前的位置；使用MongoDB对数据进行存储与分析；

步骤S304：将地理位置信息、生命体征信息通过网页形式或客户端APP传送给用户、家属、社区工作人员、志愿者或医疗结构查阅，若地理位置信息超出安全范围或生命体征信息不正常则向用户、家属、社区工作人员、志愿者或医疗机构发出警报信息，用户按下紧急呼救按键，向周围发出求救信号。