CN111664850A - 一种基于多源融合定位的语音导盲导乘***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多源融合定位的语音导盲导乘***及方法，所述***包括：智能终端；测绘模块；蓝牙信标设备，修正模块，路径规划模块，语音模块；所述方法包括：测绘模块测绘实际场景的电子地图；根据电子地图布置蓝牙信标设备；通过智能终端传感器获取用户运动信息，并通过运动信息计算用户定位信息；通过智能终端和蓝牙信标设备的信息交换获取用户定位信息；修正模块对定位信息和运动信息进行修正；用户通过语音模块输入目的地信息；路径规划模块根据定位信息和目的地信息规划用户路径。在站内只要开启手机蓝牙开关即可实现与站内蓝牙感知网络通信，通过语音交互实现室内定位导航，为视觉障碍群体提供出行便利服务。
Description
技术领域
本发明涉及导盲领域，尤其涉及一种基于多源融合定位的语音导盲导乘***及方法。
背景技术
中国曾在上世纪80年代进行过视力残疾状况调查。结果显我国有视觉残障患者近1300万，其中盲人约550万，低视力约750万，14岁以下儿童盲及低视力的主要病因为先天性遗传病眼病，如先天性白內障、先天性小眼球小角膜、视网膜色素变性、白化病、视神经萎缩等。60岁以上老年人盲或低視力的主要病因为白內障。中国每年会出现新盲人大约45万，低视力135万，即约每分钟就会出现一个盲人，3个低视力患者。如果不采取有力措施，到2020年我国视力残疾人数将为目前的4倍，即将达到5000余万。
视觉障碍群体是社会中需要关心的弱势群体，对于所有视觉障碍患者而言独自出门是一个较大的难题。随着城市发展，轨道交通的日益繁衍，在日常出行中，占据的比重也越来越大，由于轨道交通车站站内环境不一致，有些位于地下，有些位于地上，有些轨道在中间，有些站台在中间，有些站台在上下层，对于普通人而言，虽然复杂的站内情况，但可以根据车站内随处可见的路线指引、导航标识寻找需要到达的目的地，但对于视觉障碍人员而言，复杂的地铁路网和车站环境，会带给他们极大的不便。
虽然当前地铁的服务已经较为完善，发现盲人乘坐地铁会主动提供服务，但是，在客流高峰时很容易不能及时观察到盲人进站；此外由于工作人员分身乏术，也容易耽搁盲人时间。并且由于很多盲人自尊较强，并不是很愿意让人觉得他有视力缺陷，需要让人帮忙，他们更愿意自行乘坐地铁出行。但是他们自行乘坐地铁又会出现找不到上车点、卫生间等各类目的地情况。
室内定位导航技术随着智能通信技术、物联网技术的兴起和发展日趋成熟，随着智能手机的发展及语音助手等功能在智能手机上的覆盖率越来越高，因此，建立一套室内导航***结合语音***辅助能够为视觉障碍群体提供一种新型的导盲辅助工具。视觉障碍群体在地铁环境中自主出行经常出现如下几种问题：
场景1：找不到上车点
视觉障碍群体在地铁场景中有乘车的需求，但是如何自主到达开往某一方向的上车点却缺乏有效手段。如果视觉障碍群体已经到达了站台层，如果不结合地铁站内语音播报及到站车辆进站的列车运行声音，仍旧无法确认坐车的方向。即便能确认坐车的方向，视觉障碍群体也无法及时赶上列车。
场景2：找特定出口难
视觉障碍群体在地铁站经常碰到出口众多，而视觉障碍群体即便知道自己要去哪个出口，却无法从盲道的指引中获知当前所走的方向是否为所要去的出口，因此导致可能会多走很多冤枉路。
场景3：找洗手间难
车站内虽然已经提供了无障碍卫生间，但是是否需要进出站，哪个洗手间离目前位置更近一些，位置在什么地方对于视觉障碍群体来说是很难自主找到。
发明内容
鉴于目前存在的上述问题，本发明提供一种基于多源融合定位的语音导盲导乘***及方法，通过语音交互实现室内定位导航，为视觉障碍群体提供出行便利服务。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种基于多源融合定位的语音导盲导乘***，包括：
智能终端，用于通过传感器获取用户运动信息，并通过运动信息计算用户定位信息；
测绘模块，用于测绘实际场景电子地图，所述电子地图中包括盲道和路网信息；
蓝牙信标设备，根据电子地图布置并可与智能终端交换信息获取用户定位信息；
修正模块，用于通过多源融合定位技术对定位信息和运动信息进行修正；
路径规划模块，用于根据定位信息规划用户路径；
语音模块，用于视障用户与导乘***的交互。
依照本发明的一个方面，所述智能终端安装陀螺仪、三轴加速度传感器和电子罗盘传感器，可获取行进过程中各类信息，根据获取的运动轨迹和速度配合陀螺仪和三轴加速度传感器测量移动的角度和加速度的信息，计算下一刻的位置，并通过电子地图显示。
依照本发明的一个方面，通过获取所述智能终端在所述蓝牙信标设备中产生距离和信号强度的指纹特征，再根据多个蓝牙信标的指纹特征交叉通过卡尔曼滤波和加权质心的蓝牙定位算法获取用户定位信息。
依照本发明的一个方面，所述修正模块包含误差反馈模型、惯导融合模型及多源融合模型三个子模块。
依照本发明的一个方面，所述误差反馈模型实时获取不同传感器的误差并进行修正；所述惯导融合模型通过智能算法推算出姿态、速度、位移信息，利用多源融合模型提供的反馈信息进一步修正惯性定位轨迹的准确度；所述多源融合模型智能融合来自不同数据源的异构数据并且给出最佳位置估计。
依照本发明的一个方面，所述语音模块可与用户交互获取目的地信息，并实时指导用户沿规划路径行走。
依照本发明的一个方面，所述路径规划模块可获取电子地图中的盲道位置信息，根据用户目的地信息和当前定位信息，在电子地图上规划通过盲道到达目的地的最佳路径。
依照本发明的一个方面，所述用户运动信息偏离规划路径方向时，通过语音模块提示用户，并在偏离过久时通过路径规划模块进行路径重规划。
一种基于多源融合定位的语音导盲导乘***的语音导盲导乘方法，包括以下步骤：
测绘模块测绘实际场景的电子地图；
根据电子地图布置蓝牙信标设备；
通过智能终端传感器获取用户运动信息，并通过运动信息计算用户定位信息；
通过智能终端和蓝牙信标设备的信息交换获取用户定位信息；
修正模块对定位信息和运动信息进行修正；
用户通过语音模块输入目的地信息；
路径规划模块根据定位信息和目的地信息规划用户路径。
依照本发明的一个方面，所述路径规划模块根据定位信息规划用户路径后还包括以下步骤：若用户运动信息偏离规划路径方向时，提示用户，并在偏离过久时根据当前定位信息通过路径规划模块进行路径重规划。
本发明实施的优点：本发明所述的一种基于多源融合定位的语音导盲导乘***，包括：智能终端，用于通过传感器获取用户运动信息，并通过运动信息计算用户定位信息；测绘模块，用于测绘实际场景电子地图，所述电子地图中包括盲道和路网信息；蓝牙信标设备，根据电子地图布置并可与智能终端交换信息获取用户定位信息；修正模块，用于通过多源融合定位技术对定位信息和运动信息进行修正；路径规划模块，用于根据定位信息规划用户路径；语音模块，用于视障用户与导乘***的交互。提供一种基于蓝牙、惯性导航及地图路径为视觉障碍群体提供定位、导航服务的室内定位成熟解决方案，通过在轨交站内部署蓝牙信标设备，完成蓝牙感知网络建设。在站内只要开启手机蓝牙开关即可实现与站内蓝牙感知网络通信，通过语音交互实现室内定位导航，为视觉障碍群体提供出行便利服务。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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为本发明所述的一种基于多源融合定位的语音导盲导乘***示意图；
图2为本发明所述的一种基于多源融合定位的语音导盲导乘方法示意图。
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所示，一种基于多源融合定位的语音导盲导乘***，包括：
智能终端，用于通过传感器获取用户运动信息，并通过运动信息计算用户定位信息；
测绘模块，用于测绘实际场景电子地图，所述电子地图中包括盲道和路网信息；
蓝牙信标设备，根据电子地图布置并可与智能终端交换信息获取用户定位信息；
修正模块，用于通过多源融合定位技术对定位信息和运动信息进行修正；
路径规划模块，用于根据定位信息规划用户路径；
语音模块，用于视障用户与导乘***的交互。
在实际应用中，所述智能终端可为手机、平板电脑等智能设备。
在实际应用中，需通过硬件设备收集汇总特征点，特征点可为岔道、拐角、电梯等。
在实际应用中，对特征点进行收集汇总后，对这些区域进行信号调优，确保导航信息无死角。
在实际应用中，在测绘电子地图时采用了盲道判断和路网吸附技术，使电子地图中具备完整的盲道和路网信息。
在实际应用中，所述智能终端安装陀螺仪、三轴加速度传感器和电子罗盘传感器，可获取行进过程中各类信息，根据获取的运动轨迹和速度配合陀螺仪和三轴加速度传感器测量移动的角度和加速度的信息，计算下一刻的位置，并通过电子地图显示。
在实际应用中，通过获取用户运动信息，可计算用户下一刻所在位置，避免了在信标的盲区或者信号干扰强的地方，出现的获取当前位置延迟或者位置出现偏差的情况，能提供更顺滑平稳的导航体验服务。
在实际应用中，通过获取所述智能终端在所述蓝牙信标设备中产生距离和信号强度的指纹特征，再根据多个蓝牙信标的指纹特征交叉通过卡尔曼滤波和加权质心的蓝牙定位算法获取用户定位信息。
在实际应用中，采用基于蓝牙4.0的三点定位算法。由于蓝牙4.0的低功耗特性，蓝牙信标的理想定位工作距离推荐在8米以内。此外根据算法原理，希望目标位置被三个以上蓝牙信标设备包围覆盖以达到最好的定位效果，所以基本的原则就是利蓝牙信标将空间按适当距离分割成小空间。
在实际应用中，本***中使用的是蓝牙4.0的低功耗设备。通过广播蓝牙信号，可用于地理围栏和室内定位功能。用户智能终端扫描定位蓝牙信标的信号，经过定位引擎处理可以计算出用户当前的位置。
在实际应用中，卡尔曼滤波和加权质心皆为本领域公知算法，在此不做详细赘述。
在实际应用中，所述修正模块包含误差反馈模型、惯导融合模型及多源融合模型三个子模块。
在实际应用中，所述误差反馈模型实时获取不同传感器的误差并进行修正；所述惯导融合模型通过智能算法推算出姿态、速度、位移信息，利用多源融合模型提供的反馈信息进一步修正惯性定位轨迹的准确度；所述多源融合模型智能融合来自不同数据源的异构数据并且给出最佳位置估计。
在实际应用中，修正模块通过多源融合定位技术能大大增加定位的准确性，提高导航效率。
在实际应用中，所述语音模块可与用户交互获取目的地信息，并实时指导用户沿规划路径行走。
在实际应用中，智能终端视图界面交互方式操作复杂、繁琐，对于视觉障碍人员是种困扰，随着语音交互技术的发展及应用，极大的缓解了这类困扰，语音交互技术很好的解决人与机器之间交互问题，极大提升了视觉障碍人员使用智能终端的便捷性。
在实际应用中，语音模块的交互特性在于：
a)便捷启动，在导盲***中，可以便捷的启动语音助手。
b)全局命令，语音助理的语音交互***应脱离点击、触摸等先前的图形界面交互而独立存在，是一种新型的人机交互方式。
c)功能完善，***不但要求能够准确、快速的识别用户的语音命令，而且在特定场景下能够将必要的信息播报给用户。
d)音频任务调度，语音助理的语音交互***必须能够对多次的语音交互请求进行很好的管理和处理，避免发生不同任务之间的交叉而引起任务冲突；此外，还能够对输入的音频数据、语音识别及合成过程进行很好的管理。
e)准确性、及时性良好，语音识别模块必须能够准确的、及时的响应用户的语音命令，有助于提升产品的用户体验。
f)可扩展性，可以方便的添加语音控制命令。
在实际应用中，语音模块与用户的交互包括：
g)打开语音助手
通过在***内手动触发，开启语音助手；
播报内容：欢迎使用语音助手，有什么我可以帮您的？
h)定位APP唤醒
通过语音助手唤醒定位APP或通过手工方式点击APP，以打开应用；
视障乘客：开启13号线导航服务
播报内容：欢迎使用13号线2、3期导乘***，请问您要去哪里？
i)定位位置播报
打开语音助手后询问当前位置；
例：
视障乘客：我现在的位置？
播报内容：您当前在轨道交通13号线北蔡站台，您现在靠近的一侧是开往金运路方向的。
j)导航路线距离与时间提示
开始进入导航模式，计算路线全长和预计通过时间。
例：
视障乘客：我要去服务中心
播报内容：正在为您导航前往服务中心，全程XXX米，根据语音提示前行；
例：
视障乘客：我要乘坐XX号线XX路方向列车
播报内容：乘坐XX号线XX路方向列车，开始导航，全程XXX米，根据语音提示前行；
k)导航拐点提示
定位与导航绑定后，根据拐点提前播报路径，播报距离由调试结果决定，暂定提前播报距离为5米。
播报内容，例：①前方5米，请左转②前方2米，请左转③左转
l)导航纠偏
根据位置移动方向与路径方向对比，判断用户行走方向的正确性，若偏离过久，重新规划路线。
播报内容，例：你已偏离路线，开始重新规划路线
m)距离时间播报
根据位置移动与下一关键点的距离，播报时间间隔时间由调试结果决定，暂定导航过程中每10秒播报一次。
播报内容，例：①起点——前方直行XXX米②行进中——前方直行XXX米后，左转
n)切楼播报
楼层切换后，播报当前所在楼层信息。
播报内容，例：当前位置在B2站台层/在B1出口层，出电梯后XXX右/左转
o)到达目的地
根据位置到达终点位置1米左右，提示视障用户已到达结束导航。
语音提示，例：已到达目的地附近，导航结束
在实际应用中，本***还可判断前方是否存在台阶等障碍物，并通过语音模块提示用户。
在实际应用中，所述路径规划模块可获取电子地图中的盲道位置信息，根据用户目的地信息和当前定位信息，在电子地图上规划通过盲道到达目的地的最佳路径。
在实际应用中，路径规划时，需全程绑定盲道，存在楼层切换时，优先考虑选择无障碍电梯。
在实际应用中，所述用户运动信息偏离规划路径方向时，通过语音模块提示用户，并在偏离过久时通过路径规划模块进行路径重规划。
在实际应用中，本***可用于各种室内环境，有效解决视障者乘车、找出口、找洗手间等需求。
基于多源融合定位的语音导盲导乘方法实施例
一种基于多源融合定位的语音导盲导乘***的语音导盲导乘方法，包括以下步骤：
S1：测绘模块测绘实际场景的电子地图；
在实际应用中，在测绘电子地图时采用了盲道判断和路网吸附技术，使电子地图中具备完整的盲道和路网信息。
在实际应用中，还需收集汇总特征点，特征点包括岔道、拐角、电梯等。
在实际应用中，对这些特征点需进行信号调优处理，确保导航无死角。
S2：根据电子地图布置蓝牙信标设备；
在实际应用中，蓝牙信标设备理想定位工作距离推荐在8米以内，需根据电子地图每8米以内布置一个蓝牙信标设备。
S3：通过智能终端传感器获取用户运动信息，并通过运动信息计算用户定位信息；
在实际应用中，智能终端安装陀螺仪、三轴加速度传感器和电子罗盘传感器，可获取行进过程中各类信息，根据获取的运动轨迹和速度配合陀螺仪和三轴加速度传感器测量移动的角度和加速度的信息，计算下一刻的位置，并通过电子地图显示。
S4：通过智能终端和蓝牙信标设备的信息交换获取用户定位信息；
在实际应用中，通过获取所述智能终端在所述蓝牙信标设备中产生距离和信号强度的指纹特征，再根据多个蓝牙信标的指纹特征交叉通过卡尔曼滤波和加权质心的蓝牙定位算法获取用户定位信息。
S5：修正模块对定位信息和运动信息进行修正；
在实际应用中，所述修正模块包含误差反馈模型、惯导融合模型及多源融合模型三个子模块。
在实际应用中，所述误差反馈模型实时获取不同传感器的误差并进行修正；所述惯导融合模型通过智能算法推算出姿态、速度、位移信息，利用多源融合模型提供的反馈信息进一步修正惯性定位轨迹的准确度；所述多源融合模型智能融合来自不同数据源的异构数据并且给出最佳位置估计。
S6：用户通过语音模块输入目的地信息；
在实际应用中，用户通过语音模块语音输入目的地信息。
S7：路径规划模块根据定位信息和目的地信息规划用户路径；
在实际应用中，所述路径规划模块可获取电子地图中的盲道位置信息，根据用户目的地信息和当前定位信息，在电子地图上规划通过盲道到达目的地的最佳路径。
在实际应用中，路径规划时，需全程绑定盲道，存在楼层切换时，优先考虑选择无障碍电梯。
S8：若用户运动信息偏离规划路径方向时，提示用户，并在偏离过久时根据当前定位信息通过路径规划模块进行路径重规划。
在实际应用中，本方法全程由语音模块和用户完成交互，获取用户需求，并提供给用户指导。
本发明实施的优点：本发明所述的一种基于多源融合定位的语音导盲导乘***，包括：智能终端，用于通过传感器获取用户运动信息，并通过运动信息计算用户定位信息；测绘模块，用于测绘实际场景电子地图，所述电子地图中包括盲道和路网信息；蓝牙信标设备，根据电子地图布置并可与智能终端交换信息获取用户定位信息；修正模块，用于通过多源融合定位技术对定位信息和运动信息进行修正；路径规划模块，用于根据定位信息规划用户路径；语音模块，用于视障用户与导乘***的交互。提供一种基于蓝牙、惯性导航及地图路径为视觉障碍群体提供定位、导航服务的室内定位成熟解决方案，通过在轨交站内部署蓝牙信标设备，完成蓝牙感知网络建设。在站内只要开启手机蓝牙开关即可实现与站内蓝牙感知网络通信，通过语音交互实现室内定位导航，为视觉障碍群体提供出行便利服务。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于多源融合定位的语音导盲导乘***，其特征在于，包括：
智能终端，用于通过传感器获取用户运动信息，并通过运动信息计算用户定位信息；
测绘模块，用于测绘实际场景电子地图，所述电子地图中包括盲道和路网信息；
蓝牙信标设备，根据电子地图布置并可与智能终端交换信息获取用户定位信息；
修正模块，用于通过多源融合定位技术对定位信息和运动信息进行修正；
路径规划模块，用于根据定位信息规划用户路径；
语音模块，用于视障用户与导乘***的交互。
2.根据权利要求1所述的基于多源融合定位的语音导盲导乘***，其特征在于，所述智能终端安装陀螺仪、三轴加速度传感器和电子罗盘传感器，可获取行进过程中各类信息，根据获取的运动轨迹和速度配合陀螺仪和三轴加速度传感器测量移动的角度和加速度的信息，计算下一刻的位置，并通过电子地图显示。
3.根据权利要求2所述的基于多源融合定位的语音导盲导乘***，其特征在于，通过获取所述智能终端在所述蓝牙信标设备中产生距离和信号强度的指纹特征，再根据多个蓝牙信标的指纹特征交叉通过卡尔曼滤波和加权质心的蓝牙定位算法获取用户定位信息。
4.根据权利要求3所述的基于多源融合定位的语音导盲导乘***，其特征在于，所述修正模块包含误差反馈模型、惯导融合模型及多源融合模型三个子模块。
5.根据权利要求4所述的基于多源融合定位的语音导盲导乘***，其特征在于，所述误差反馈模型实时获取不同传感器的误差并进行修正；所述惯导融合模型通过智能算法推算出姿态、速度、位移信息，利用多源融合模型提供的反馈信息进一步修正惯性定位轨迹的准确度；所述多源融合模型智能融合来自不同数据源的异构数据并且给出最佳位置估计。
6.根据权利要求1所述的基于多源融合定位的语音导盲导乘***，其特征在于，所述语音模块可与用户交互获取目的地信息，并实时指导用户沿规划路径行走。
7.根据权利要求6所述的基于多源融合定位的语音导盲导乘***，其特征在于，所述路径规划模块可获取电子地图中的盲道位置信息，根据用户目的地信息和当前定位信息，在电子地图上规划通过盲道到达目的地的最佳路径。
8.根据权利要求7所述的基于多源融合定位的语音导盲导乘***，其特征在于，所述用户运动信息偏离规划路径方向时，通过语音模块提示用户，并在偏离过久时通过路径规划模块进行路径重规划。
9.一种基于权利要求1至8所述的基于多源融合定位的语音导盲导乘***的语音导盲导乘方法，其特征在于，包括以下步骤：
测绘模块测绘实际场景的电子地图；
根据电子地图布置蓝牙信标设备；
通过智能终端传感器获取用户运动信息，并通过运动信息计算用户定位信息；
通过智能终端和蓝牙信标设备的信息交换获取用户定位信息；
修正模块对定位信息和运动信息进行修正；
用户通过语音模块输入目的地信息；
路径规划模块根据定位信息和目的地信息规划用户路径。
10.根据权利要求9所述的基于多源融合定位的语音导盲导乘方法，其特征在于，所述路径规划模块根据定位信息规划用户路径后还包括以下步骤：若用户运动信息偏离规划路径方向时，提示用户，并在偏离过久时根据当前定位信息通过路径规划模块进行路径重规划。
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