基于四轴飞行器的盲人过马路辅助系统研究

侯耀峰，陈晓颖，余 辉福建省漳州市龙海市厦门大学嘉庚学院，福建漳州 363105

基于四轴飞行器的盲人过马路辅助系统研究

侯耀峰，陈晓颖，余 辉
福建省漳州市龙海市厦门大学嘉庚学院，福建漳州 363105

最近几年，行人导航技术以及成为在车辆导航技术之后的第二个最有可能成功的位置服务应用。而盲人属于一类极其特殊的行人，过马路最常用的辅助工具是拐杖，以探测稍远些的物体。但是拐杖准确性不高，无法探知人行横道的方位和信息及红绿灯的具体状态。大多数马路的人行横道没有音乐提示，不能告诉盲人什么时候安全通过。因此，本文将以基于四轴飞行器的盲人过马路辅助系统为研究主体，通过分析四轴飞行器、图像处理、计算机等技术的综合应用，研发一种通过声音和盲文显示屏来向用户及时提供准确可靠的红绿灯信息。

四轴飞行器；盲人；辅助系统

盲人作为当今社会中的一个特殊的群体，需要社会各界的共同帮助和关爱。而困扰盲人群体最大的问题就是如何安全的、自由的独立行走。随着世界科技水平的不断进步，人类文明的不断提高，越来越多的专家学者开始关注盲人这一特殊群体的出行安全问题。现在也已经开发出许多用于盲人出行的辅助工具，让盲人可以体验到正常人的生活方式。有视觉障碍的人过马路最常用的辅助工具是拐杖，以探测稍远些的物体。但是拐杖准确性不高，无法探知人行横道的方位和信息及红绿灯的具体状态。

大多数马路的人行横道没有音乐提示，不能告诉盲人什么时候安全通过。目前一些为有视觉障碍的人设计的仪器协调复杂、价格昂贵且成本高，普通大众较难承受且需要使用者随身携带小型计算机辅助，这种设备重量重，体积大，不易携带。在便利程度和经济效益方面都未取得较好的成效，在实际中的应用效果不好，市场推广价值有限。利用短距超声波技术测量的仪器只能在短距离和小范围内对使用者进行提示，作用范围有限。所以，盲人急需一款智能的且可以自主判断路灯颜色并提示盲人的辅助工具。本文的研究结论是为了便于盲人、色盲等有视觉障碍的人识别红绿灯，顺利通过马路而设计，希望为提高盲人生活质量提供一些借鉴价值。

1 盲人过马路辅助系统的概述

现在市场上存在的导盲设备都是以凭借声音信号对盲人进行提示的语音提示电子系统，该类型的产品是凭借超声波技术对道路前方存在的障碍物以及路面存在的一些变化进行声波探测，然后再经过处理器的转换，最后提示使用者。佛罗里达大学开发的一款适用于室内外视觉障碍患者的行动导盲装置，因为该设备的测量系统在探测障碍物的所处位置之后，通过语音的方式向盲人进行提醒。而日本山梨大学开发了一种类似于手推车的智能辅助工具，该工具的外形酷似手推车，高1m，重量60kg，配备了视觉传感器与声音传感器，可以辨别道路标志、交通信号灯，并自动引导盲人安全的推过马路，当出现技术问题时会自动与服务中心取得联系。美国匹兹堡卡耐基梅隆大学推广多组织触觉传感器与软件的形式创造了一款机器人定位导航装置，这些装置虽然效果明显，但是操作极其复杂且价格昂贵，并不适用于一般的患者。

2 四轴飞行器的盲人过马路辅助系统的可行性研究

通过上文的分析我们可以发现，帮助盲人过马路的设备采用的是盲人身上装配的一些图像识别设备，将识别的图像进行分析，分析其道路是否可以通行。但是如果道路前方存在大量障碍物或者障碍物是移动的，并且移动的速度过快并且没有规律可言，如汽车、动物等，这种情况下，那些使用图像识别技术的辅助系统就无法发挥其应有的效果，进而导致无法做出准确的判断，很有可能造成用户出现危险。

因为上述问题的存在，所以，笔者提出了基于四轴飞行器的盲人过马路辅助系统这一课题，并拟定出了一种便于用户识别路灯状况，而且是体积非常小，方便携带，效果稳定，设计非常人性化的设备。该设备由带有图像采集功能且规格为8cm×8cm×3cm的小型四轴飞行器，并在飞行器上安置ARM处理器，给使用者佩戴蓝牙耳机、以及内置GPS定位系统和盲文显示屏的运动手环或者智能手表。通过这些设备可以对用户前方路口处交通指示灯的状态进行实时收集，并应用图像处理技术，计算机技术，进行图像的搜索，定位，分割，特征提取，特征匹配，快速判断出红绿灯的状态并截取图片中计时器显示的秒数，通过蓝牙耳机和盲文显示屏为使用者及时提供准确可靠的红绿灯信息，帮助有视觉障碍的人顺利通过十字路口。同时本项目对行进中的障碍也有提示信息。希望本文的研究结论可以为我国残疾人类扶持科研项目提供一定借鉴价值，可以为我国患有视觉障碍疾病患者提供服务，使其可以放心、安全的独自出行。

3 四轴飞行器的盲人过马路辅助系统的工作原理

该系统的运行原理是通过手环先对用户进行实时定位，当用户佩戴手环移动道路口附近时，GPS定位器发出信号，传给ARM处理器，ARM处理器经过处理将信息转化为语音和文字的形式传到蓝牙耳机和盲文显示屏，以此来告知用户附近会有路口，让用户暂时停止移动并准备接下来的步骤：

第一，盲人在接受到路口预警信号时停止急需移动，并从身上拿出带有图像收集功能的8cm×8cm×3cm的小型四轴飞行器，在辨别上下之分后，启动并将其抛向空中，这时，ARM处理器发出信号让飞行器在空中自动收集周围的路况以及交通信号灯信息。

第二，当带有图像采集系统规格为8cm×8cm×3cm的小型四轴飞行器采集到周围的路面信息之后，会立刻通过蓝牙传给ARM处理器进行处理以及分析，判断是否可以过马路，如果可以过马路，ARM处理器传信息给蓝牙耳机和盲文显示屏让其通过马路。如果，当时的状态并不足以用户通过马路，带有图像采集系统规格为8cm×8cm×3cm的小型四轴飞行器一直在空中采集数据，传给ARM处理器进行处理以及分析，直到变为绿灯，ARM处理器传信息给蓝牙耳机和盲文显示屏让其通过马路。

第三，在盲人过马路的这段时间内，8cm×8cm×3cm的小型四轴飞行器会一直在空中保持监控状态，当信号灯闪烁并即将变换时，ARM处理器会发出警告，来提示用户。

第四，当用户安全穿过马路时，会通过手环对8cm×8cm×3cm的小型四轴飞行器发出回收指令，在ARM收到回收指令之后，会追踪用户手环上的GPS定位装置，并对8cm×8cm×3cm的小型四轴飞行器发出位置信息，8cm×8cm×3cm的小型四轴飞行器将自行追踪到定位点上方，然后垂直下降。这时，用户只需要将佩戴运动手环的一只手伸出，并保持手心向上，五指打开。而且手环和蓝牙耳机在8cm×8cm×3cm的小型四轴飞行器的回收过程中，会通过振动和语音的方式，对8cm×8cm×3cm的小型四轴飞行器与用户之间的距离进行实时提示，以保证用户可以准确无误对8cm×8cm×3cm的小型四轴飞行器进行回收。

第五，当回收完成后，并将8cm×8cm×3cm的小型四轴飞行器放入口袋当中，一次完整的四轴飞行器的盲人过马路辅助系统运行结束。

4 结论

本文是一种基于四轴飞行器的盲人过马路辅助系统为研究主体，并通过该系统完成对盲人过马路时对交通信号灯的智能识别、反馈与检测，凭借振动和语音的形式对用户进行提示，最终完成用户安全、准确地完成独过马路的过程。由于全世界科技水平的不断进步，单纯的声波或者语音导盲已经无法应对如今道路状况复杂的情况了。而这种通过小型飞行器对交通信号灯进行实时监管和反馈模式的导盲模式正好弥补了传统导盲的不足，为盲人们提供更加安全、个性且实用的导盲辅助系统。

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1674-6708（2016）168-0111-02

侯耀峰，福建省漳州市龙海市厦门大学嘉庚学院。

陈晓颖，福建省漳州市龙海市厦门大学嘉庚学院。

余辉，福建省漳州市龙海市厦门大学嘉庚学院。