一种基于北斗的智能旅行箱导盲系统及导盲方法与流程

本发明涉及信息工程技术领域，更具体地说，涉及一种基于北斗的智能旅行箱导盲系统及导盲方法。

背景技术：

传统的盲人出行通常用手杖、盲道和导盲犬等辅助手段进行，这个由于现实的各种情况，手杖的使用很有局限性，特别是在路况复杂的地方就更难发挥作用，盲道很大程度要依赖于社会对盲道的建设和维护情况，这个在国内外情况类似，很难全方位的做到完美，盲人出行特别到一个陌生的地方时就很难完全靠盲道来出行，而导盲犬的培训和费用都很难解决盲人出行问题。

现有已公开的智能导盲杖、导盲机器人等辅助设备。导盲杖很大程度上要依赖使用者的配合才能发挥其辅助作用，特别的一些复杂的情况下，其辅助作用有限。导盲机器人有介绍自主导盲功能的，但要专门设计机器，智能性强的话成本会很高，跟导盲犬类似很难普及，就现在情况看，社会接受度很低，通常看不太到有盲人使用。

申请号为“cn200920106230.0”的中国专利申请公布了一种基于高精度定位的智能导盲系统，该智能导盲系统包括四部分：智能导盲服务中心，高精度gps定位接收机，高精度城市道路空间数据库和智能导盲仪；该智能导盲服务中心对内建立和高精度城市道路空间数据库之间的连接，对外建立和智能导盲仪的连接。申请号为“cn201010118105.9”中国专利申请公布了一种智能导盲方法，通过射频识别模块识别预先设置在盲道上的射频识别标签中的地址信息；根据语音信息中的目的地址信息和射频识别标签中的地址信息为用户匹配路径信息。以上两种导盲的技术方案都需要一整套的配套工程，如高精度城市道路空间数据库和城市盲道射频识别标签。这将导致以上设备推广需要一个城市甚至一个国家建设统一的配套设施，工程很庞大，不便推广。申请号为“cn200710062852.3”的中国专利申请公开了一种导盲手机和导盲方法，其基于摄像头定位识别障碍物，根据摄像头采集到的图像数据通过比较复杂的算法得出物体的轮廓，再与本地的物体模板库对障碍物进行图像匹配识别。这类定位识别算法过于复杂，无法高效的到达自主导盲的效果。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于北斗的智能旅行箱导盲系统及导盲方法，解决现有导盲技术方案中存在的实现复杂，成本投入较大的问题，以实现方便用户的出行的同时，实现旅行箱对用户的地理位置等信息进行监测和导航协助，进而确保其安全。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于北斗的智能旅行箱导盲系统，包括旅行箱体和设置在所述旅行箱体内的智能导盲系统；

所述智能导盲系统包括：

北斗定位模块，用于获取盲人的位置信息；

环境监测模块，用于在旅行箱体移动过程中采集环境信息，环境信息包括图像信息、障碍物距离和/或障碍物类型以及交通信号信息；

中央处理模块，用于从所述北斗定位模块获取盲人的位置信息并且将盲人的位置信息与目的地信息相结合规划出最优移动路径，还用于从所述环境检测模块获取环境信息并根据环境信息生成动作行为路径和根据最优移动路径与动作行为路径生成导航信息；

语音转换模块，用于将导航信息转换成导航语音播放给盲人，还用于采集盲人的控制语音并转换成控制指令传输给中央处理模块；

运动模块，用于根据最优移动路径驱动所述旅行箱体移动，还用于在所述旅行箱体移动过程中根据动作行为路径驱动所述旅行箱体动作。

优选的，所述环境监测模块包括图像识别模块，用于获取盲人行进路过程中的图像信息和交通信号信息，并将图像信息和交通信号信息传递至中央处理模块。

优选的，所述环境检测模块还包括超声波模块，用于探测盲人前方的障碍物距离和/或障碍物类型，并将障碍物与盲人的距离和/或障碍物类型输出给中央处理模块。

优选的，还包括：通信模块，与所述中央处理模块相连接，用于与外界人员进行通信。

优选的，还包括：电源模块，用于为智能导盲系统提供电源动力。

优选的，还包括：无线网络模块，所述语音转换模块通过语音接收器识别盲人的输入语音，并通过所述无线网络模块与所述中央处理模块之间建立连接。

优选的，还包括：人机接口模块，用于提供旅行箱体与盲人进行信息连接时的显示界面。

优选的，所述运动模块包括驱动单元、测速单元、陀螺仪和加速度传感器。

一种基于北斗的智能旅行箱导盲方法，包括以下步骤：

获取盲人的位置信息；

在旅行箱体移动过程中采集环境信息，环境信息包括图像信息、障碍物距离和/或障碍物类型以及交通信号信息；

将盲人的位置信息与目的地信息相结合规划出最优移动路径，获取环境信息并根据环境信息生成动作行为路径和根据最优移动路径与动作行为路径生成导航信息；

将导航信息转换成导航语音播放给盲人；

根据最优移动路径驱动所述旅行箱体移动，所述旅行箱体移动过程中根据动作行为路径驱动所述旅行箱体动作。

优选的，还包括以下步骤：

建立外界人员与盲人之间的通信，外界人员通过视频和/或语音与盲人沟通。

根据上述的技术方案，可以知道，本发明利用北斗技术，覆盖中国及周边国家和地区，24小时全天候服务，无通信盲区，安全、可靠、稳定，本发明的导盲系统能对路径和周边环境进行实时检测分析，并根据行走过程中的环境改变而实时调整导盲路线，并通过运动模块驱动旅行箱体的运动以为盲人提供导盲支撑，并可以通过通信模块实现远程协助功能，使用语音识别技术实施操作控制，能够识别盲人发出的控制命令，并遵照命令执行操作，同时也能向盲人发出提示语音，告知行进路线和提醒注意的事项，让盲人出行不受实际环境的限制，产品成本低，性能可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例智能旅行箱导盲系统的结构原理图；

图2为本发明实施例智能旅行箱导盲方法的流程图；

图3为本发明实施例智能旅行箱导盲方法的工作原理图；

图4为本发明实施例北斗定位程序流程图；

其中，附图中标记如下：

101-北斗定位模块，102-语音转换模块，103-电源模块，104-通信模块，105-人机接口模块，106-运动模块，107-无线网络模块，108-中央处理模块，109-环境监测模块，110-图像识别模块，111-超声波模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，一种基于北斗的智能旅行箱导盲系统，包括旅行箱体和设置在所述旅行箱体内的智能导盲系统；

所述智能导盲系统包括：

北斗定位模块101，用于获取盲人的位置信息；北斗定位模块101用于采集北斗系统的位置和盲人的位置信息，并将相关信息传递给中央处理模块108，中央处理模块108通过遗传算法根据盲人的位置信息和盲人确定的目的位置信息进行最优路径的规划，遗传算法的路径规划随机性和针对性更好，同时路径规划更加准确高效，适用不同的环境；

环境监测模块109，用于在旅行箱体移动过程中采集环境信息，环境信息包括图像信息、障碍物距离和/或障碍物类型以及交通信号信息，旅行箱体在进行导航移动的过程中，不断的采集周边环境信息，并将周边环境信息传递给中央处理模块108；

中央处理模块108，用于从所述北斗定位模块101获取盲人的位置信息并且将盲人的位置信息与目的地信息相结合规划出最优移动路径，还用于从所述环境检测模块获取环境信息并根据环境信息生成动作行为路径和根据最优移动路径与动作行为路径生成导航信息；语音转换模块102，用于将导航信息转换成导航语音播放给盲人，还用于采集盲人的控制语音并转换成控制指令传输给中央处理模块108；通过耳机、蓝牙耳机或喇叭将导航信息转换成导航语音播报进行输出给盲人；

运动模块106，用于根据最优移动路径驱动所述旅行箱体移动，还用于在所述旅行箱体移动过程中根据动作行为路径驱动所述旅行箱体动作。运动模块106通过多传感器将所述中央处理模块108规划出的最优路径、所述图像识别模块110获取的图像信息、探测到的障碍物距离或者障碍物类型、交通信号和当前环境的信息进行融合，并通过神经网络和kalman滤波技术相结合的算法，以更好的处理全面而复杂的导盲路况，进一步纯净信号，使得系统对信息的获取更加全面和精准，从而引导盲人行进。运动模块106由驱动单元、测速单元、陀螺仪、加速度传感器组成，通过改进的pid算法对旅行箱的行进速度等因素进行控制，使旅行箱真正做到运行智能、准确、灵活。

在本发明的另一个具体实施例中，环境监测模块109包括图像识别模块110，用于获取盲人行进路过程中的图像信息和交通信号信息，并将图像信息和交通信号信息传递至中央处理模块108。这里需要说明的是，图像识别模块110可以是摄像机或者录像机，用以采集盲人行进过程中的不同环境的图像信息和交通信号信息，环境检测模块还包括超声波模块111，用于探测盲人前方的障碍物距离和/或障碍物类型，并将障碍物与盲人的距离和/或障碍物类型输出给中央处理模块108。这里需要说明的是，超声波模块111可以是用于超声波检测障碍物的超声波传感器。正如本领域技术人员所知，超声波测距原理是通过超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播时碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。只需利用已知的超声波在空气中的传播速度以及发出发射信号和接收到回响信号的时间差就可以计算出发射点距障碍物的距离。具体的，当给所述超声波传感器提供一个短期脉冲信号时，例如提供一个短期的10us的脉冲输入信号，则所述超声波传感器内部将会发出8个40khz周期的电平并检测回波，一旦检测到有回波信号，则输出回响信号。其中，回响信号是一个脉冲的且宽度成正比的距离对象，可通过发射信号到收到的回响信号的时间间隔可以计算得到距离，也即可以检测出用户当前位置在预设的位置范围阈值内是否存在障碍物，以便用户并及时做出相应判断，避免不必要的安全问题。中央处理模块108结合获取的位置信息和目的地信息，再进一步结合超声波模块111获取的障碍物信息调整路径规划，并作出最优路径，同时，运动模块106结合此时调整后的最优路径以及交通信号和当前环境，进一步确定最优路径来引导盲人行进。多种模块的相互融合，使旅行箱体能得到一个比较全面的信息，为能实现导盲打下了良好的基础，能处理各类复杂的路况，并最终完成任务。

在本发明的另一个具体实施例中，还包括通信模块104，通信模块104与所述中央处理模块108相连接，用于盲人与外界人员进行通信，中央处理模块108建立外界人员与盲人之间的图像和/或语音连接，外界人员通过图像识别模块110获取的图像信息分析盲人所处的场景，通过视频和/或语音与盲人沟通，为盲人提供导盲帮助；盲人通过通信模块104发起的主动导盲请求或者外界人员通过通信模块104发起的辅助导盲请求均可实现，可以是视频通信或者语音通信，自主导盲和视频人工辅助导盲并行，转化自如，提高人性化的同时也增加了安全性，通信模块104可以选用gprs通信模块，其主要用于接收语音短信或者视频短信和发送语音短信或者视频短信，当所述gprs通信模块接收到短信指令时，则发送相关信息给预先已经设置好的通信设备，如手机。可以理解的是，随着科技的发展，现如今的通信手段并非局限于gprs通信，还有其他通信方式，例如wifi无线通信，蓝牙无线通信。所以，本申请实施例公开的智能导盲系统的通信模块104还可以选择蓝牙通信模块等。

在本发明的另一个具体实施例中，还包括电源模块103，用于为所述旅行箱体和设置在所述旅行箱体内的智能导盲系统提供电源动力；这里需要说明的是，电源模块103还可以设置有充电接口，电源模块103的具体结构设置这里不做限定，只要能够达到相同的技术效果即可。

在本发明的另一个具体实施例中，还包括无线网络模块107，所述语音转换模块102通过语音接收器识别盲人的输入语音，并通过所述无线网络模块107与所述中央处理模块108之间建立连接。比如蓝牙模块，通过盲人佩戴的蓝牙手环和语音转换模块102的蓝牙耳机等设备与旅行箱体之间建立触摸或者语音的互相通信，再通过中央处理模块108发出的信号，以使得盲人通过声音获得导盲信息或者获取与外界人员之间的语音交流信息，很好的解决了人机交互问题，并且使用更加方便，成本低效果好。

在本发明的另一个具体实施例中，还包括人机接口模块105，用于提供旅行箱体与盲人进行信息连接时的显示界面，显示界面内的显示信息通过中央处理模块108和语音转换模块102转换成语音信息发送至盲人进。当需要紧急求助、发生紧急突出路况预报等情况时，显示界面可以立刻生成相应的显示信息，通过中央处理模块108的命令传达至语音转换模块102和通信模块104，进一步转化成音频信号与盲人进行交流，或者外界人员通过显示界面对盲人进行远程监控和指挥。可以理解的是，本申请实施例公开的智能导盲系统的多个模块均可以通过报警的方式向盲人提供相应信息并在显示界面上进行显示，例如环境监测模块109检测到盲人当前位置在预设的位置范围阈值内存在障碍物时或者遇到交通紧急故障时，可以通过相应的警报，如以语音提示的方式告诉盲人当前位置的什么方向几米处有障碍物，以提醒用户注意安全。

本发明还提供了一种基于北斗的智能旅行箱导盲方法，包括以下步骤：

s1：获取盲人的位置信息；

s2：在旅行箱体移动过程中采集环境信息，环境信息包括图像信息、障碍物距离和/或障碍物类型以及交通信号信息；

s3：将盲人的位置信息与目的地信息相结合规划出最优移动路径，获取环境信息并根据环境信息生成动作行为路径和根据最优移动路径与动作行为路径生成导航信息；

s4：将导航信息转换成导航语音播放给盲人；

s5：根据最优移动路径驱动所述旅行箱体移动，所述旅行箱体移动过程中根据动作行为路径驱动所述旅行箱体动作。

在本发明的另一个具体实施例中，导盲方法还可以包括如下步骤：当需要进行外界求助时，

s6：建立外界人员与盲人之间的通信，外界人员通过视频和/或语音与盲人沟通。

在本发明的一个具体执行步骤中，本发明的智能导盲旅行箱的工作步骤如下：

s11：通过电源模块103，开启电源总开关，同时打开主控分开关和电机大功率开关，软件部分进入初始化，各功能模块进入自检，如有异常则进行语音报警提示，若各功能模块正常则进入待机状态；

s22：盲人带上蓝牙手环、耳机等必要的装备，准备好后可以通过手环的特定按键，进入导航模式，否则继续保持待机状态；

s33：通过语音转换模块102，用语音通过耳机或者蓝牙手环与旅行箱体内的智能导盲系统进行交流设定目的地，每个功能设定时，旅行箱体内的智能导盲系统都会跟使用者对话确认，比如目的地设定为“西湖景区雷峰塔”，旅行箱就会问目的地设定为“西湖景区雷峰塔”，准确请回答确认，使用者回答确认后，旅行箱会说本项设置成功。当目的地设置完成后，使用者说设置完毕，退出设置状态；出发前也可以让外接人员帮忙设置，亦可以在旅行箱上按通过显示界面上的特定按键转成手工设置状态来完成；

s44：进入导盲状态，首先通过北斗定位模块101，确定盲人的位置信息，中央处理模块108将目的地信息和盲人的位置信息相结合，通过遗传算法，规划出最优路径，并通过语音转换模块102将导航语音播放给盲人，准备出发，请准备，盲人此时要手握旅行箱把手，当盲人发出“出发”指令时，旅行箱通过运动模块106执行导盲运行；

s55：导盲运行过程中，环境监测模块109通过图像识别模块110和超声波模块111获取周边环境信息并生成动作行为路径，以选择安全最优的移动路径引导盲人行走，当环境监测模块109通过采集的信息判断道路有不安全隐患，如大坑、高落差、道路维修堵死等等情况，这时会第一时间通过语音转换模块102，告诉使用者道路的实时情况，并暂停导盲，同时会通过通信模块104，自动拨号给默认号码进行紧急求救，如果默认号码没拨通，使用者可以更换其它已设定的号码进行拨号，对方应答就进入视频辅助导盲，应答者可以打开事先安装在手机上的app，用软件远程控制旅行箱行走，同时用视频语音跟盲人使用者进行有效的沟通，直至走过异常路段，在整个导盲过程中旅行箱都会通过实时路况，做出决策是否急救，一旦有急救请求就进入中断处理。当盲人自己觉得有必要进入人工辅助导盲，也可以通过手环上的特定按键来完成，信息传给通信模块104进行呼叫，或者是使用者的亲朋好友不放心，可以通过app实时查看导盲情况，更进一步可以通过拨号使用者，应答的话就可以在人机接口模块105的显示界面上进入视频人工辅助导盲状态；

s66：在自主导盲或者辅助导盲的交替中，合理的完成各项任务，直至到达目的地，完成导盲工作。

综上所述，本发明的基于北斗的智能旅行箱导盲系统及导盲方法，解决现有导盲技术方案中存在的实现复杂，成本投入较大的问题，以实现方便用户的出行的同时，实现旅行箱对用户的地理位置等信息进行监测和导航协助，进而确保其安全。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。