基于3 G和G I S的盲人導航系統構建

齊躍

（天津工業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展中。基于3G能衍生出很多的應用，3G的速率要遠遠超過2G，能夠實現各種多媒體的通信。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，開發了一個盲人導航系統，為盲人提供導航服務。這個系統能夠根據GPS定位和視頻通信實現遠程的軌跡跟蹤和導航，可以幫助盲人單獨外出。

2.系統結構

我們設計的系統是讓一個視力正常的人遠程給一個盲人提供導航，幫助他規劃行動路線，并且幫助盲人避開路途中的障礙。這樣的一個系統將使盲人的生活更加便利。圖1描述了系統的組成部分。從圖中我們可以看到我們的系統主要是整合了三個方面的技術：全球定位系統（GPS），地理信息系統（GIS），基于第三代移動通信的視頻流。這個導航系統被整合成兩個部分：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、聲音和定位數據。視頻信號、聲音和定位數據通過3G網絡在用戶和導航服務中心之間傳遞。

3.系統的運行方式

系統按照如下方式運行：當一個用戶要出行時，他和導航服務中心先取得聯系。當聯系確定后，用戶身上的攝像頭開始捕獲用戶周圍的圖像，同時GPS接收導航衛星的信號，確定經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。基于GPS得到的用戶的經緯度坐標和用戶告訴的目的地，導航服務中心規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重新獲得新的經緯度坐標，這些信息都實時的傳輸到導航服務中心的電腦上，這樣導航員能夠給用戶及時地進行路線導航和規避障礙物。

4.系統設計

按照盲人使用該系統的設想，我們分幾個部分來設計該系統。

4.1 用戶端的設計

在用戶端向導航服務中心發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。基于這樣的考慮，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星信號。在盲人使用導航系統的過程中，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域內的圖像，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服務各有優缺點，難以選擇。從表面上看，聯通的WCDMA制式頗占優勢，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網絡的布設，都有現成的產品和經驗可以借鑒。加上這套系統能夠架設在現有的GSM網絡上，對于系統提供商而言，可以較輕松地過渡。在GSM系統相當普及的我國，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絡，這個網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組織的服務中心。

5.總結

在這篇文章中展現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、出行路線規劃、障礙物規避等服務。在文章中我們描述了系統的構成和設備的分布。這個系統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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