一种室内高精度盲人导航系统技术方案

一种室内盲人导航系统，系统包括定位服务器、导盲基站、导盲终端、上位机综合管理软件；导盲终端集成了MEMS惯性测量组件，能过测量载体三轴加速度、角加速度信息，并实时传给定位服务器；实时定位子系统采用基于MEMS惯性器件的个人导航算法，采用融合室内地图的回溯粒子滤波算法修正惯性导航中的航向漂移；在特殊点采用无线电定位，当检测到盲人到达特殊点时，用特定点的坐标修正惯导的位置漂移；结合位置信息以及目的地信息，定位服务器规划一条最优的路径，并将这一路径的控制指令实时的发给求助者；求助者携带的导盲终端收到控制指令后在语音库中查找对应的语音信息，通过语音播报的形式实现导航功能。

Indoor high-precision blind navigation system

An indoor positioning system comprises a blind navigation system, base station, terminal server, guide guide, computer integrated management software; guide terminal integrated MEMS inertial measurement unit, to measure the carrier three axis acceleration and angular acceleration information, and transmitted to the real-time positioning service; real-time positioning system uses personal navigation algorithm of MEMS inertial devices based on the particle filter algorithm, backtracking drift correction of inertial navigation fusion in indoor map; using radio positioning at a specific point, when the detected blind reach the special point, fixed position drift ins using specific coordinate point; combined with the location information and destination information, the location server planning an optimal path and this path, to help real-time control instruction; guide terminal caller carrying received control commands in the Voice library to find the corresponding voice information, through the form of voice broadcast navigation function.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于室内定位与导航领域。
技术介绍
中国是世界上盲人最多的国家，约有900万视力障碍或全盲者，占全世界4500万盲人总数的1/5左右。人生活过程中95％的信息是通过视觉获得的。盲人生活在黑暗的世界中，给工作、生活、社交活动带来了莫大的困难。如何安全行走，是盲人生活中最大的问题。目前，世界上对解决盲人室外导航问题的研究员比较多，也做的比较好，如盲道，公交站等公共场所的语音播报系统，室外用于盲人导航的全球定位系统(GPS，GlobalPositioningSystem)导航仪等。然而，对于盲人室内导航却鲜有成果出现。众所周知，GPS的导航功能已经非常成熟，基于GPS的室外盲人导航仪也在日趋完善，但盲人活动大多在于室内，即使外出，大多也是去另外的机关、医院、酒店等室内建筑，室内无GPS情况下行动难题的对于盲人是一块很大的心病。因此，室内导航项目的研究具有极其重要的社会意义与研究价值。社会上也有其他方案可实现室内导航，但是各自有其自身的缺点。近年来，世界上许多研究人员都在研发导盲用机器人，以提高盲人的生活水平和质量，如白手杖、穿戴式避障系统、以及轮式导盲机器人。
技术实现思路
专利技术目的：提出一种用于室内盲人导航的语音导航方法和装置，该方法主要的目的在于提供高精度的导航信息，解决当前实际情况下盲人室内行动不便性的难题。室内盲人导航系统的整体设计方案：-终端层：导盲终端(定位、发送、接收、紧急求助、语音播报功能)-接入层：导盲分站-平台层：交换机，多功能综合服务器-显控层：上位机(综合管理软件系统)语音导盲系统的工作流程如下：步骤1：当启动导航模式时，MEMS姿态测量模块测量导盲终端的姿态；步骤2：盲人携带的导盲终端会实时向外广播无线信号，当该无线信号被定位分站接收到之后，就能把该导盲终端的身份标识号(ID，Identification)号、姿态信息以及无线信号强度都传送给定位服务器，步骤3：定位服务器再基于高精度定位算法实现位置解算，从而得到每个盲人的实时位置。步骤4：盲人通过语音的形式输入目的地信息，语音模块识别后将解码信息传给微处理器，微处理器处理后通过无线发送模块向外广播。步骤5：结合位置信息以及盲人发来的目的地信息以及姿态信息，定位服务器会规划一条最优的路径。步骤6：定位服务器实时更新路径信息，并将路径控制指令发给离求助者最近的定位分站。步骤7：导盲终端收到控制指令后在语音库中查找对应的语音信息，通过语音播报的形式实现导航功能。基于惯导的室内高精度定位算法流程：步骤1：定位服务器利用导盲终端传来的加速度和角加速度数据做捷联解算，计算速度、位置、姿态；步骤2：利用加速度及角速度数据做零速判断，检测为零速时更新卡尔曼滤波器，修正速度、姿态、位置等误差；步骤3：采用经卡尔曼滤波修正后的信息更新粒子滤波器；步骤4：判断经粒子滤波估计的一步量测是否穿墙；步骤5：若一步量测穿墙，将粒子滤波器输出作为最终定位结果；步骤6：若一步量测不穿墙，以经卡尔曼滤波修正后的信息作为最终输出；导盲终端特征在于，由微处理器，无线发送接收模块，存储模块，语音模块，供电模块组成。微处理器主要用于解码无线接收模块收到的控制指令，在存储模块中查找对应的语音信息，将语音信息发给语音模块，语音模块通过扬声器播报给盲人以实时的语音导航信息；语音模块还有一个功能是语音交互，使用者通过语音输入要到达的目的地，语音模块识别后将解码信息传回微处理器；无线发送模块是向外界发送无线信号；无线接收模块是用于接收来自定位基站的控制指令；MEMS姿态测量模块用于测量导盲终端的姿态；供电模块为整个导盲终端进行电源供电。本专利技术技术方案带来的有益效果在于，利用了惯性导航精度高的特点，同时避免了传统的惯导系统中终端进行捷联解算计算量大的问题，将大量的计算工作都较高定位服务器；本专利技术提出的融合室内地图的回溯粒子滤波算法有效抑制了惯性导航中航向漂移问题，实现高精度定位与导航。导盲终端简单便携，系统工程复杂度低，性价比高。附图说明图1为室内盲人导航系统的整体设计方案图2为语音导盲系统的工作流程图图3为基于惯导的室内高精度定位算法流程图图4为语音导盲终端原理图图5实施例1的环境配置示意具体实施方式实施例1如图4所示假定在系统中按照50m站间距进行定位基站的部署，该定位基站采用的WLAN技术为WIFI，各技术参数如下：1、并发识别数量≥100个、位移速度≤60km/h时，智能卡能被系统正确识别，漏读率≤10-4。2、导盲基站应具有数据存储功能，当系统通信中断时，基站能够暂时存储相关信息≥2h，系统通信正常时上传至监控中心。3、导盲基站的信号辐射半径不小于100米。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一套基于惯导及无线电技术的室内盲人导航系统，其特征在于：系统包括定位服务器、导盲基站、导盲终端、上位机综合管理软件。导盲终端集成了MEMS惯性测量组件，能过测量载体三轴加速度、角加速度信息，并实时传给定位服务器。实时定位子系统采用基于MEMS惯性器件的个人导航算法，采用融合室内地图的回溯粒子滤波算法修正惯性导航中的航向漂移。盲人携带的导盲终端会实时向外广播无线信号，当该无线信号被导盲分站接收到之后，就能把该导盲终端的ID号以及无线信号强度都传送给定位服务器，定位服务器再基于高精度定位算法实现位置解算，从而得到每个盲人的实时位置。结合位置信息以及目的地信息，定位服务器规划一条最优的路径，并将这一路径的控制指令实时的发给求助者。求助者携带的导盲终端收到控制指令后在语音库中查找对应的语音信息，通过语音播报的形式实现导航功能。

【技术特征摘要】
1.一套基于惯导及无线电技术的室内盲人导航系统，其特征在于：系统包括定位服务器、导盲基站、导盲终端、上位机综合管理软件。导盲终端集成了MEMS惯性测量组件，能过测量载体三轴加速度、角加速度信息，并实时传给定位服务器。实时定位子系统采用基于MEMS惯性器件的个人导航算法，采用融合室内地图的回溯粒子滤波算法修正惯性导航中的航向漂移。盲人携带的导盲终端会实时向外广播无线信号，当该无线信号被导盲分站接收到之后，就能把该导盲终端的ID号以及无线信号强度都传送给定位服务器，定位服务器再基于高精度定位算法实现位置解算，从而得到每个盲人的实时位置。结合位置信息以及目的地信息，定位服务器规划一条最优的路径，并将这一路径的控制指令实时的发给求助者。求助者携带的导盲终端收到控制指令后在语音库中查找对应的语音信息，通过语音播报的形式实现导航功能。2.根据权利要求1所述的基于MEMS惯性器件的个人导航算法，其特征在于：所述零速检测方法，采用加速度模值方差、加速度模值、角速度模值相结合的阈值判别法。零速检测触发卡尔曼滤波，每一步中零速间隔的开始时刻触发卡尔曼滤波器，卡尔曼滤波的离散时间不固定，以每一步持续的时间为卡尔曼滤波的离散时间。当检测到每一步零速间隔的开始时刻tk时，更新卡尔曼滤波并将估计结果反馈给系统。所述卡尔曼滤波估计用δr＝δv*Δt来近似位置误差，Δt为步行中每一步的运动持续时间，δv表示速度误差。3.根据权利要求1所述的基于MEMS惯性器件的个人导航算法，其特征在于：所述粒子滤波是在零速检测的基础上将SINS解算轨迹逐步分割，估计出每一步的步长lk和航向角改变量Δψk。底层卡尔曼滤波的离散时间是对应每一步持续的时间，tk时刻底层卡尔曼滤波修正后的位置为航向为利用零速检测算法，当判断在k时刻一步运动结束时触发粒子滤波器在k时刻的更新。4.根据权利要求3所述的粒子滤波算法，其特征在于：所述融合室内地图的回溯粒子滤波器(ParticleFilterBased)，是一种基于粒子历史轨迹来修正粒子状态的滤波方法，当检测到当前粒子为无效粒子时，回溯到上一步从新...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓东，吴彤，肖登坤，
申请(专利权)人：北京金坤科创技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11