孫小涵 徐婷

上海健康醫(yī)學院護理與健康管理學院

隨著科技的發(fā)展智能產品也在市場上嶄露頭角，智能導盲杖的出現無疑是對視障人士群體的一個好消息。然而現在市場上出售的智能導盲杖，功能大多只有電臺廣播與手電筒功能，提供一些娛樂功能和夜間警示功能。先進一些智能導盲杖會具備障礙物提醒功能，但不具備障礙物區(qū)分功能從而導致過多提醒信息影響使用，視障人士往往會因為受到過多的信息而無法處理，導致使用時更加緊張。而本產品在基本功能的基礎上增加了兩項新功能：（1）利用紅外線感應技術感應區(qū)域內的障礙物并做出提示，利用熱成像感應技術區(qū)別行人與障礙物，做到信息的過濾。（2）增設GPS導航系統(tǒng)，提供實時定位和根據盲道而設立的導航路線，為使用者提供準確安全的路線以及意外呼叫救援。

一、研究目的

視障人士能否利用一個強大性能的設備使自己完成安全出行這一問題促使本研究團隊萌發(fā)智能導盲杖設計動機，將科技與導盲杖結合，強化導盲杖性能，為視障人士的安全出現帶來更好的保障。

二、研究設計

（一）導盲杖結構

1.把手

智能導盲杖把手采用雙層結構、防滑設計（圖1）。下層把手契合各類人的手型，可以提高握持的舒適度，上層把手起到保護作用的同時還增添了功能按鍵。把手可以超過270°的旋轉，既可以實現傳統(tǒng)的直桿式用法，也可以根據使用者的習慣來旋轉至一個合適的角度。下層的握把處安裝了三個獨立震動模塊，可以讓使用者精確判斷障礙物的位置。上層握把包含語音提示的揚聲器大小開關、加熱裝置按鈕，報警以及定位發(fā)送按鈕。

2.杖身

杖身采用鋁合金材料，保證導盲杖的堅固與輕便共存的特點。杖身的涂料采用傳統(tǒng)的紅白相間設計，添加3M反光貼，在夜晚出行使用時能夠給遠處行使的車輛予以提醒。杖身底部搭配可替換式PU防滑墊，摩擦力大可以有效防止使用時打滑，并且在使用久后可以替換防滑墊。杖身內部的紅外線加熱成像感應使本產品的可靠防誤裝系統(tǒng)，紅外線感應前方距離內的障礙物，熱成像感應可根據所識別物體的溫度來區(qū)別是行人還是障礙物，避免過多的障礙信息，影響盲人的行動。杖身采用折疊式設計，折疊處有橡膠包膠保護，每一塊感應元件都能夠很好的被保護起來，維持較長的使用壽命。

圖1 “引路者”紅外線—熱成像智能導盲杖把手

（二）導盲杖防誤撞系統(tǒng)設計

1.感應技術

杖身、手柄轉輪關節(jié)處共安裝兩個傳感器模塊，手柄處的傳感器模塊中帶有熱成像功能，可以自動在立體扇形區(qū)域內區(qū)分行人與障礙物，杖身設有向上與向前的感應器，可以識別使用者頭部高度的障礙物與使用者面前的障礙物。且每一個感應器皆采用陀螺儀設計，能夠始終保證設定好的探測范圍以及角度不發(fā)生太多變化（圖2）。

圖2 “引路者”紅外線—熱成像智能導盲杖導防誤撞系統(tǒng)設計

（1）紅外線感應技術

紅外線感應技術依靠內置的激光紅外線測距儀，本產品分為上下兩個組塊，上部的測距儀位于把手旋轉環(huán)節(jié)的下方以及杖底上40cm處，上組塊可以測得當前組塊上1～2m的距離，下組塊可以測得距離盲人正前方180°扇形7米外的障礙物，可以配合語音系統(tǒng)給予由輕到重的音量變化，由弱至強的震動反饋。

（2）熱成像感應技術

熱成像感應技術在國內運用的其實不算少，將此技術應用在導盲杖的產品是為了能夠在普通障礙物與人之間起到一個區(qū)分的作用。本產品將設定一個溫度區(qū)間在33℃至38℃的范圍內，利用感應元件將此溫度區(qū)間設置為不用提醒，因為人體的溫度主要是在這一區(qū)間內，這樣可以最大程度的避免不必要的提醒，起到較好的信息的過濾。

2.模塊震動與語音播報提醒系統(tǒng)

震動模塊安置在握把之上，震動強度設立了三個強度大小，震動的強度會根據前方障礙物的距離7米→4米→1米而逐漸增強，給予使用者更加準確直觀的感知。語音播報分為揚聲器與內置藍牙耳機。揚聲器的提醒音為路人設計，行人可能存在低頭看手機而沒有注意到迎面走來的是一位視障人士，從而發(fā)生誤撞的情況，揚聲器可以在接近1米時發(fā)出語音提示。

（三）GPS定位系統(tǒng)

1.目的地導航系統(tǒng)

本產品的目的地導航系統(tǒng)需要搭配藍牙耳機使用，使用者可以通過語音指令來輸入想要到達的目的地，地圖導航系統(tǒng)將會根據當前的道路實況選擇出最安全的一條道路來為使用者提供一個語音引導，本產品的導航地圖預期與谷歌地圖合作，提高路線的精確度與路況的真實性。

2.實時位置共享

本產品會以1分鐘/次的頻率上傳當前的位置，每個導盲杖都會有自己的獨立編號，所有的實時位置信息將會被記錄在后臺，在導盲杖有嚴重損壞或者受到劇烈撞擊的時候便會發(fā)送警報，警報的信息會第一時間由后臺接受并聯系到附近的救援機構。

三、結論

本項目所研發(fā)的“引路者”紅外線-熱成像智能導盲杖，創(chuàng)新點與特殊點在于對熱成像技術和GPS導航系統(tǒng)的應用。熱成像技術的應用可以使得導盲杖在對前方障礙物信息的判斷中有一個濾過的作用，避免過多的提示，給予使用者在信息的處理上有足夠的反應時間；GPS導航系統(tǒng)的應用對使用者的出行增加了更多目的地選擇的可能與行路過程中的準確性。傳統(tǒng)的杖身外貌與手感設計，全新的智能科技系統(tǒng)，兩者結合為盲人帶來更多的便利。