一种用于地铁站盲人导航服务方法及系统

本发明涉及盲人导航，特别涉及一种用于地铁站盲人导航服务方法及系统。

背景技术：

1、随着地铁线路的日益增多、站内服务设施的日渐丰富,站内环境的复杂度也不断增加，正常乘客在站内出行都会遇到一系列问题，而盲人由于视力的缺陷，独自在地铁站出行时需要导航设备的引导。

2、目前盲人的导盲方式主要是通过导盲犬进行导盲，导盲犬是需要人工进行长久训练后方可进行投放应用，导盲过程中很容易受到外界干扰而出现不听指令的情况，这样容易使用户发生意外。目前的盲人导航技术及装置大多是用于室外导航，提供室外定位功能的主流产品都是基于gps，而在室内，像gps等卫星定位系统在室内信号微弱无法进行，盲人室内导航受限。目前室内定位一般采用无线定位和基于视觉的定位，但无线定位在地铁站人流密集的地方信号会受到一定程度的干扰，存在定位精度不高、数据丢失的缺点。而利用摄像头实时检测画面路线进行图像采集，获取三维地图模型与已知地图进行对比从而获得定位信息需要强大的算力，时延较高，处理复杂。也有相应的导盲杖、导盲眼镜等穿戴式导盲设备，其导盲方式较为主动，但与设备磨合需要时间成本，而且如果地铁的出站入站口多，不能观测携带者全面的环境状况，且在地铁站这种人流密集的公共场合不如被动引导式导盲机器人简单、便捷。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种用于地铁站盲人导航服务方法及系统。本发明适用于地铁站的盲人导航，具有导航简便容易，盲人乘客操作过程简单，成本较低的优点。

2、本发明提供的技术方案如下：一种用于地铁站盲人导航服务方法，包括导盲机器人和语音信息服务云平台，所述导盲机器人与语音信息服务云平台通信连接；按如下步骤进行：

3、s1、盲人乘客通过导盲机器人设置相关信息，导盲机器人根据相关信息规划盲人地铁站内导航的出行路线，并反馈给盲人乘客，经盲人乘客确认后，启用导航功能；

4、s2、盲人乘客由导盲机器人牵引引导，并通过传感器反馈的牵引力大小作为调整行进状态的判据；

5、s3、行进途中，导盲机器人进行障碍物检测并实施障碍物避障；

6、s4、导盲机器人运行状态、导航信息、障碍物检测结果以及实施避障结果经过语音信息服务云平台分析后，再由通过导盲机器人给出详细的盲人语音提示信息，辅以视觉文字显示提示周边乘客注意直至导航结束。

7、上述的用于地铁站盲人导航服务方法，步骤s1中，所述出行路线的规划步骤如下：

8、s1.1、图像骨架提取：获取地铁站内二维地图，该二维地图为地铁站等比例缩小图，对得到的图像进行处理降噪；

9、s1.2、图像骨架预处理：标记各个出入站点、盲人乘客的起点、终点位置和该导盲机器人的占用范围，开辟张量mark_map用于保存标记点的坐标，服务于路径搜索算法；

10、s1.3、遍历路线边界：对导盲机器人的占用范围使用广度优先搜索的方法，从盲人乘客的起点开始上下左右四方向搜索，搜索步长设置为机器人身的像素长度，通过检测是否有像素点为0来判断机器人是否碰到障碍，将没有障碍位置的可行路径进行标记，同时记录到达该点的前一个点的坐标，如果判断机器人行驶到终点则退出搜索，然后通过回溯得到从起点至终点的最短路径；

11、s1.4、路线提取：在算法到达终点退出之后，利用终点的坐标，通过寻找mark_map上标记的路径上每一个点对应的前一个点，完成对于整个路径的提取；

12、s1.5、简化路径：每一条直线上的冗余的点去掉，只保留转角位置的点，使路径更加简化，得到简化的出行路线。

13、前述的用于地铁站盲人导航服务方法，在得到简化的出行路线之后，采用相对角度进行判别以得到每次机器人转向的方向以及每次前进的距离，将其作为指令导入文档中，然后通过提前测量的二维地图和像素换算的比例尺，完成像素点的距离和实际距离之间的转换，最后通过测量导盲机器人左右轮的周长取平均值，再将实际距离换算导盲机器人轮子需要旋转的圈数，以便于控制导盲机器人的运行。

14、前述的用于地铁站盲人导航服务方法，步骤s3中，所述障碍物检测是通过采用双目摄像头采集前方图像，根据图像生成视差图，然后过滤地表和行驶路径以外的干扰，通过遍历视差图，快速过滤地面和倒影，再进行通过设定阈值对图像进行分割，以初步提取障碍物，然后获取三维坐标并进行超像素分割得到障碍物的外接矩形，在经过超像素分割后，确定每个超像素矩形块与根据三维信息得到的外接矩形有无重叠的区域，如果这两个矩形之间完全没有重合的地方，则判断该超像素块不属于障碍物的一部分，可以到下一个超像素块去判断；如果在两个矩形之间有交迭，则判断重叠的部分占该块超像素的比例，如果比例大于设定的阈值，则判断该块超像素属于障碍物的部分，否则该超像素块不属于障碍物的部分；如此反复，直至完成全部超像素的判定，最后把所有的分析出来属于超像素块合并起来，在这些超像素区块周围设置最小的外接矩形，以此来更加准确框出障碍物。

15、前述的用于地铁站盲人导航服务方法，所述障碍物避障是在导盲机器人行进时，利用双目摄像头来探测与障碍物之间的距离，如果检测出的距离超出规定的距离，则导盲机器人继续向前行驶；如果检测出的距离小于规定的距离，则停止移动，之后调用左侧的摄像头来连续几帧进行拍摄，利用帧差法对障碍物的情况进行判定，如果障碍物是动态的，则导盲机器人在原地等候，直至导盲机器人在检测到前面没有任何障碍物之后继续前进，如果障碍物是静态的，则导盲机器人通过小角度位姿精度调整实现转向角度的精准控制以绕开障碍物再一次进行路线规划，最后按重新规划的出行路线行进。

16、前述的用于地铁站盲人导航服务方法，其特征在于：所述帧差法是将两幅邻接的图像进行除噪处理，然后用预先设置好的阈值将其中的静态画面剔除，从而得到一个运动图像，计算过程如下：

17、设置图像的像素变化阈值为t，如果像素值变化小于t，则将其作为背景图像，否则就是动态图像：

18、

19、di(x,y)＝|fi(x,y)-fi-1(x,y)|；

20、其中di(x,y)是差分图像，ri(x,y)是差分图像经过二值化后的图像，黑色为背景，白色为运动目标；fi(x,y)和fi-1(x,y)分别表示两幅邻接的图像；

21、如果障碍物是静止的，则相邻的连续两帧图像没有明显不同，其差分图像近似为黑色图像，即ri(x,y)＝0；如果障碍物是运动状态时，通过帧差法后经过二值化处理，得到的白色部分为动态障碍物，即ri(x,y)≠0。

22、前述的用于地铁站盲人导航服务方法的系统，包括导盲机器人和语音信息服务云平台，所述导盲机器人与语音信息服务云平台通信连接；

23、所述语音信息服务云平台用于统合地铁站数据、站外周边数据以及导盲机器人的运行数据，用于为所述导盲机器人提供数据支撑；

24、所述导盲机器人包括驱动模块、语音交互模块、通信模块、中央处理单元、路径规划模块、检测避障模块和振动传感模块；

25、所述驱动模块用于提供各模块电源，同时控制机器人运行状态；

26、所述语音交互模块为盲人用户提供语音提示操作，输入盲人用户的相关需求，经过语音信息服务云平台处理后，自动撮合匹配生成特定语音提示并输出；

27、所述通信模块用于导盲机器人与语音信息服务云平台的通信连接；

28、所述中央处理单元用于各模块的的指令控制和信息处理；

29、所述路径规划模块用于规划盲人地铁站内导航的出行路线；

30、所述检测避障模块用于进行障碍物检测并实施障碍物避障；

31、所述振动传感模块用于牵引引导盲人乘客并反馈牵引力的大小。

32、前述的用于地铁站盲人导航服务方法的系统，还包括后台管理端，所述后台管理端用于实时掌握导盲机器人位置，根据具体需要监测和手动调整机器人运行状态。

33、与现有技术相比，本发明通过语音信息服务云平台可以统合地铁站内的地铁信息和出入口信息、站外周边数据以及导盲机器人的运行数据，用于为导盲机器人提供数据支撑，本发明的导盲机器人可以监测使用者行动状态，并引导盲人乘客进行出行路线的导航，而且在导航过程中能够实现障碍物检测和障碍物避障，便于盲人乘客的地铁站内出行，同时在导盲机器人牵引盲人乘客时，能够通过语音信息服务云平台分析导盲机器人运行状态、导航信息、障碍物检测结果以及实施避障结果，给予盲人详细的语音提示信息，便于盲人乘客知晓相应的行进过程，提升其用户体验，并且辅以视觉文字显示提示周边乘客注意，减少非必要的接触，能够提高导航的效率。进一步地，本发明的后台管理端可以监测导盲机器人的运行状态，能够为导盲机器人的良好运行提供有力保障。本发明的系统集监测、导航、避障、语音交互为一体，能够实现良好的盲人地铁导航。此外，本发明考虑到卫星导航系统室内地下定位不准的问题，运用路径规划方法实现室内导航，并且采用位姿精度调整的方法对机器人的前行、转向进行小角度精准控制，减少碰撞的发生。本发明还考虑到地铁站口人流密集，生成视差图的过程中容易受到不同程度的影响，所获得的视差图像中，误匹配点比较多，利用超像素分割的彩色图像与利用视差信息进行分割的方法相融合，准确的得到障碍物位置。