基于3 G和G I S的盲人导航系统构建

齐跃

（天津工业大学信息与通信工程学院，天津300160）

1.引言

在我国，第三代移动通信技术正在迅猛地发展中。基于3G能衍生出很多的应用，3G的速率要远远超过2G，能够实现各种多媒体的通信。而基于GPS技术，无论你在哪里，全球定位系统都能够精确定位出你的位置。笔者通过整合Google Map、GPS和移动通信技术，开发了一个盲人导航系统，为盲人提供导航服务。这个系统能够根据GPS定位和视频通信实现远程的轨迹跟踪和导航，可以帮助盲人单独外出。

2.系统结构

我们设计的系统是让一个视力正常的人远程给一个盲人提供导航，帮助他规划行动路线，并且帮助盲人避开路途中的障碍。这样的一个系统将使盲人的生活更加便利。图1描述了系统的组成部分。从图中我们可以看到我们的系统主要是整合了三个方面的技术：全球定位系统（GPS），地理信息系统（GIS），基于第三代移动通信的视频流。这个导航系统被整合成两个部分：用户端和导航服务中心。用户端包含GPS接收机、摄像头和3G移动通信终端。这三个设备固定在用户的身上，比如固定在用户的衣服上。导航服务中心是一个工作站，它实时接收用户端的视频信号、声音和定位数据。视频信号、声音和定位数据通过3G网络在用户和导航服务中心之间传递。

3.系统的运行方式

系统按照如下方式运行：当一个用户要出行时，他和导航服务中心先取得联系。当联系确定后，用户身上的摄像头开始捕获用户周围的图像，同时GPS接收导航卫星的信号，确定经纬度坐标后连同视频信号一同传输给导航服务中心。当导航服务中心接收到这些信号后，取出经纬度坐标信号，并且在电子地图中进行匹配，当找到正确的位置后显示接收到的坐标的地图。接收到的视频信号和匹配好的地图一起显示在导航服务中心的电脑上。与此同时，用户和导航服务中心之间进行通话，用户告诉导航服务中心他的目的地是哪里。基于GPS得到的用户的经纬度坐标和用户告诉的目的地，导航服务中心规划出用户出行的路线。当用户开始他的行程后，其身上的摄像头实时捕获前面的图像，GPS重新获得新的经纬度坐标，这些信息都实时的传输到导航服务中心的电脑上，这样导航员能够给用户及时地进行路线导航和规避障碍物。

4.系统设计

按照盲人使用该系统的设想，我们分几个部分来设计该系统。

4.1 用户端的设计

在用户端向导航服务中心发送坐标信息并与导航服务中心进行通信。

对于这部分的设计我们要考虑两方面的要素：一个是用户使用的便利性，另一个是技术的要求。我们的盲人导航系统应该设计得非常容易使用和非常容易携带，这主要是因为我们的服务对象是特殊人群。基于这样的考虑，我们设想所有的用户端设备都可以穿戴在身上，比如固定在用户的衣服上，如图2所示。

GPS天线：我们的导航系统使用GPS来确定方位和进行导航，GPS接收器和它的外接天线是重要的客户端设备。接受足够清晰的GPS信号是整个系统能够使用的一个必备条件。GPS天线的位置对于接受到清晰地信号很重要。天线必须能够直接对准天空来接受头顶上的卫星信号。在盲人使用导航系统的过程中，如果没有将天线放在合适的位置，他的身体可能会阻挡GPS信号的接收。最好的接收位置应该在人的头顶上，但是这样会使使用者不舒服。因此我们设计将GPS天线安装在用户的肩膀上，这样既能很好地接收信号，又不会妨碍使用者的动作。

摄像头：导航中心依据图像为用户指示方向。因此摄像头被固定的位置应该能使摄像头捕获到使用者前方纵向从头到地面、横向为自身宽度的区域内的图像，这样导航中心才能看到并为使用者排除前面的障碍。摄像头应该能够看到动态的障碍，比如汽车和自行车，摄像头也应该能够提供腰部以上的障碍物的信息，比如树枝等。另外，使用摄像头能够提供更多的关于使用者前面的景象的信息，这是一个拐杖所远不能比拟的。摄像头以与水平线成15度角固定在使用者的胸前，为导航员提供足够的对于障碍物的预警信息。

话筒：使用者需要和导航中心进行语言交流。通常来说，使用者讨厌使用耳挂式话筒，因为他们需要接收各种环境的声音，而耳挂式话筒妨碍了使用者获取这些声音。在我们的系统中话筒将被设计安装在新的位置，它被固定在使用者的肩膀上。

电子罗盘：一个电子罗盘是另外一个导航传感器。根据电子罗盘的信息，导航员可以提供使用者比如往左还是往右转向的信息。电子罗盘也安装在使用者的肩膀上。

3G通信设备：3G通信设备用来与导航中心进行通信。由于我们国家在使用的3G标准有三种，分别是中国联通的WCDMA、中国电信的CDMA2000和中国移动的TD-SCDMA，这三家的3G服务各有优缺点，难以选择。从表面上看，联通的WCDMA制式颇占优势，由于与欧洲制式相同，在3G时代开启之时肯定会位于领跑者的位置。WCDMA制式无论是对应的3G手机市场还是3G网络的布设，都有现成的产品和经验可以借鉴。加上这套系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言，可以较轻松地过渡。在GSM系统相当普及的我国，很容易接受这套新技术，因此，WCDMA具有先天的市场优势。但是TD是我们自己的标准，获得政府的大力支持，这也是我国政府将TD的拍照颁发给最有实力的中国移动的原因。因此我们选择一种支持TD的3G通信设备。

4.2 导航服务中心设计

导航服务中心是一个由人和设备组成的一个网络，这个网络确保能为使用者提供流畅的导航服务。一个简单的导航服务中心就相当于一个包括各种设备的个人电脑，另外还需要一个经过培训的导航员。当然，导航服务中心也可以扩展为一个由政府或企业组织的服务中心。

5.总结

在这篇文章中展现了一种新的盲人导航服务。它通过远程的导航员来为使用者提供方位导航、出行路线规划、障碍物规避等服务。在文章中我们描述了系统的构成和设备的分布。这个系统将为盲人和其他特别的用户提供非常重要的作用。

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