СПОСОБ И СИСТЕМА ИНФОРМИРОВАНИЯ И ОРИЕНТИРОВАНИЯ ИНВАЛИДОВ ПО ЗРЕНИЮ
METHOD AND SYSTEM FOR INFORMING AND ORIENTATION OF VISUALLY HANDICAPPED PERSONS

Изобретение относится к способам и устройствам, дающим пациентам с дефектами зрения возможность замены прямого зрительного восприятия слуховым восприятием и может быть использовано для информирования и ориентации инвалидов по зрению при их передвижении по городской территории и пользовании транспортными средствами.
Известны способы ориентации слепых, построенные на принципе локации, и устройства для реализации этих способов. Эти устройства используют либо радиолокаторы для выявления препятствий, возникающих перед незрячими людьми при передвижении их в пространстве (см., например, [1,2,3]), либо акустические эхолокаторы [4]. Подобные устройства отличаются видом воздействия на человека при определении препятствия (акустическим или вибрационным), реакцией на одно или несколько препятствий [1], возможностью ориентации в пространстве с помощью магнитометра и GPS [2,3], однако все эти устройства не могут дать информацию незрячему человеку о городской инфраструктуре, столь необходимую для ориентирования в городе.
Известны другие способы и устройства для их реализации, обеспечивающие возможность информирования незрячего пользователя об объектах городской инфраструктуры.
Так, устройство, защищенное патентом [5], содержит стационарно установленный на объекте городской инфраструктуры информационный блок и носимый блок речевого оповещения, который имеет при себе пользователь. По существу, это устройство является системой для информирования и ориентирования слепых (далее - система).
В информационном блоке системы содержатся сведения об объекте. Радиопередатчик блока с периодичностью, задаваемой таймером, посылает в эфир кодированное сообщение, содержащее указанную информацию. За счет примененной узкой характеристики направленности пользователю предоставляется возможность определить направление на объект.
Переданное сообщение воспроизводится носимым блоком как речевое сообщение, прослушиваемое человеком в режиме реального времени.
Указанные система и способ позволяют незрячему человеку получить информацию об объекте городской инфраструктуры в режиме реального времени, однако они имеют ряд недостатков.
Для определения направления движения к объекту пользователю необходимо совершить сложный маневр.
Другим недостатком системы является необходимость расположения нескольких информационных блоков на одном объекте, что существенно увеличивает затраты на приобретение, установку и техническое обслуживание такой системы.
Также к недостаткам системы можно отнести отсутствие тактильного способа привлечения внимания слепого при попадании в зону действия информационного блока. Так как система предназначена для эксплуатации в условиях повышенного шума городской среды, инвалид по зрению может пропустить интересующий его объект, просто не услышав голосовое сообщение из-за громкого шума.
Эти недостатки устранены в способе, реализованном Системой, защищенной патентом [6].
Система [6] и реализуемый ею способ являются наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения.
Система [6] содержит стационарно установленный на объекте городской инфраструктуры информационный блок (далее - радиоинформатор), передающий с заданной периодичностью в цифровом виде сообщения об объекте, на котором установлен, и носимый блок речевого оповещения, воспроизводящий в голосовом виде эти сообщения (далее - абонентское устройство).
Если пользователю нужно определить направление движения к объекту, информацию о котором он слышит, то, посредством абонентского устройства, он направляет в радиоинформатор специальную кодированную посылку. По получении этой посылки радиоинформатор, в течении фиксированного времени, подает звуковой сигнал ориентирования, позволяющий пользователю достаточно точно определить направление движения к объекту.
В состав абонентского устройства введено устройство тактильного воздействия, с помощью которого привлекается внимание пользователя при его входе в зону действия радиоинформатора.
Также предусмотрена возможность, при необходимости, устанавливать на одном объекте один радиоинформатор с дополнительными устройствами подачи звукового сигнала ориентирования, размещаемыми над входами в различные помещения объекта.
Однако рассмотренные система и способ ее функционирования обладают рядом существенных недостатков.
Когда пользователь движется по пешеходному маршруту, то радиоинформаторы расположенных на пути его следования стационарных объектов и радиоинформаторы проезжающих мимо или находящихся на остановках транспортных средств будут создавать взаимные радиопомехи.
При подаче специальной кодированной посылки для подачи звукового сигнала ориентирования радиоинформатором выбранного пользователем транспортного средства, в случае появления, после этого выбора, в зоне действия абонентского устройства радиоинформатора, установленного на другом транспортном средстве, эта посылка может приниматься обоими радиоинформаторами, они могут одновременно подавать сигналы ориентирования, что приведет к дезориентации пользователя.
Передача и воспроизведение сообщения в реальном времени может, при значительных флуктуациях уровня радиосигнала, не обеспечить достаточной устойчивости приема сообщения.
Также, при передаче и воспроизведении сообщений в режиме реального времени, пользователь может начать прослушивание не с начала сообщения, а с любого его фрагмента, что может привести к дезориентации пользователя и/или к увеличению времени на восприятие информации.
В основу изобретения положена задача устранения указанных недостатков прототипа, и создание усовершенствованного способа информирования и ориентирования инвалидов по зрению и реализующей его системы.
Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости обмена информацией между абонентским устройством, находящимся у инвалида по зрению, и радиоинформаторами, в том числе при нахождении этого устройства в пересекающихся зонах действия радиоинформаторов, установленных на стационарных объектах, и радиоинформаторов, установленных на транспортных средствах, обеспечение целостного воспроизведения сообщений от радиоинформаторов и подача радиоинформатором звукового сигнала ориентирования для определения направления движения инвалида по зрению именно на выбранный им стационарный объект или транспортное средство, несмотря на появление, после этого выбора, в зоне действия абонентского устройства радиоинформатора, установленного на другом транспортном средстве.
1
2
1
2
1
2
Для решения поставленной задачи каждым из установленных на стационарных объектах (СО) стационарных радиоинформаторов (CP) регулярно передают в радиоэфир группу идентичных цифровых пакетов данных (ЦПД), содержащих, в том числе, сжатый звуковой файл (СЗФ) с речевым сообщением (PC) о том СО, на котором данный CP установлен, а также персональные данные этого CP, каждым из установленных на транспортных средствах (ТС) транспортных радиоинформаторов (TP) регулярно передают в радиоэфир группу идентичных цифровых пакетов данных (ЦПД), содержащих, в том числе, сжатый звуковой файл (СЗФ) с речевым сообщением (PC) о том ТС, на котором данный TP установлен, а также персональные данные этого TP, причем передачу/прием информации каждым CP производят на фиксированной радиочастоте f, а передачу/прием информации каждым TP производят на фиксированной радиочастоте f, каждым носимым абонентским устройством (АУ) принимают группы идентичных ЦПД по радиоканалу, с началом приема группы идентичных ЦПД для привлечения внимания воздействуют на пользователя кратковременным сигналом вибрации, устанавливают в носимом АУ соответствующую радиочастоту приема/передачи - f или f, в зависимости от выбранного каждым пользователем индивидуально типа радиоинформатора - CP или TP, выделяют из группы корректный ЦПД, из этого ЦПД извлекают персональные данные радиоинформатора - источника группы идентичных ЦПД, также из ЦПД извлекают СЗФ, разуплотняют его и преобразуют в аналоговое речевое сообщение, воспроизводят это сообщение с самого начала, и, в момент прослушивания пользователем сообщения о нужном ему СО или нужном ему ТС, по команде пользователя посредством носимого АУ направляют в радиоэфир, на установленной частоте - f или f, содержащую персональные данные прослушиваемого радиоинформатора специальную цифровую посылку вызова (ЦПВ), по получении которой подают этим радиоинформатором кратковременный звуковой сигнал ориентирования.
1
Система, реализующая предлагаемый способ информирования и ориентирования инвалидов по зрению, содержит установленные на стационарных объектах стационарные радиоинформаторы (CP), каждый из которых включает в себя первую радиоантенну, последовательно соединенные первый блок хранения сжатого звукового файла (СЗФ), первый блок формирования и хранения цифрового пакета данных, и работающий на частоте f, подсоединенный к первой радиоантенне первый приемопередатчик, также содержит последовательно соединенные первый блок обработки и хранения информации, первое устройство формирования звукового сигнала ориентирования и первое устройство воспроизведения звукового сигнала ориентирования, причем выход первого приемопередатчика соединен со входом первого блока обработки и хранения информации, а все блоки и устройства CP соединены с первым блоком управления и первым блоком электропитания.
2
Система также содержит установленные на транспортных средствах транспортные радиоинформаторы (TP), каждый из которых включает в себя вторую радиоантенну, последовательно соединенные второй блок хранения СЗФ, второй блок формирования и хранения цифрового пакета данных, и работающий на частоте h и подсоединенный ко второй радиоантенне второй приемопередатчик, также содержит последовательно соединенные второй блок обработки и хранения информации, второе устройство формирования звукового сигнала ориентирования и второе устройство воспроизведения звукового сигнала ориентирования, причем выход второго приемопередатчика соединен со входом второго блока обработки и хранения информации, а все блоки и устройства TP соединены со вторым блоком управления и вторым блоком электропитания.
1
2
В состав системы также входят носимые абонентские устройства (АУ), находящиеся у пользователей системы - инвалидов по зрению, каждое из которых включает в себя устройство тактильного воздействия, последовательно соединенные первый блок управления частотой приема/передачи и третий приемопередатчик, работающий на частотах f и f и подсоединенный к третьей радиоантенне, также содержит последовательно соединенные третий блок обработки и хранения информации, блок преобразования СЗФ в аналоговое речевое сообщение и устройство воспроизведения речевой информации, причем выход третьего приемопередатчика соединен со входом третьего блока обработки и хранения информации, выход устройства ручного управления соединен со входом устройства воспроизведения речевой информации, а к входу третьего приемопередатчика подсоединен блок формирования цифровой посылки вызова, при этом все блоки и устройства носимого АУ соединены с третьим блоком управления и третьим блоком электропитания.
Новыми признаками в предложенном способе информирования и ориентирования инвалидов по зрению являются разделение несущих частот радиообмена между абонентскими устройствами и радиоинформаторами различных типов - CP и TP, обеспечение возможности приема и целостного воспроизведения носимым АУ сообщений от радиоинформатора выбранного пользователем типа, формирование и передачу группами идентичных ЦПД, содержащих, в том числе, СЗФ с PC о соответствующем СО или ТС и персональные данные установленного на нем CP или TP, выделение из принятой группы корректного ЦПД, выделение из этого пакета персональных данных источника информации и СЗФ, разуплотнение СЗФ, адресное направление выбранному пользователем радиоинформатору, для подачи звукового сигнала ориентирования, ЦПВ, содержащей персональные данные этого радиоинформатора.
Новыми признаками в системе, реализующей предложенный способ информирования и ориентирования инвалидов по зрению, являются включение в состав радиоинформаторов блоков хранения СЗФ, блоков формирования и хранения ЦПД, включение в состав радиоинформаторов и носимых АУ новых блоков управления, блоков обработки и хранения информации, включение в состав носимых АУ блока управления частотой приема/передачи, блока преобразования СЗФ в аналоговое речевое сообщение, блока формирования ЦПВ.
Составляющая технического результата изобретения - повышенной помехоустойчивости радиоприем и целостное воспроизведение абонентским устройством, находящимся у инвалида по зрению, сообщений от радиоинформаторов достигается за счет применения новых признаков способа информирования и ориентирования инвалидов по зрению, а именно: передача звуковых данных в сжатом виде, передача ЦПД группами из нескольких идентичных пакетов, начало воспроизведения сообщения только после завершения выделения из принятой группы корректного ЦПД, что, в частности, обеспечивается новыми признаками системы - включением в состав радиоинформаторов блоков хранения СЗФ, блоков формирования и хранения ЦПД, включением в состав радиоинформаторов и носимых АУ новых блоков управления, блоков обработки и хранения информации, включением в состав носимых АУ блока преобразования СЗФ в аналоговое речевое сообщение.
Составляющая технического результата изобретения - повышение помехоустойчивости радиоприема носимым АУ, в том числе при его нахождении в пересекающихся зонах действия радиоинформаторов, установленных на стационарных объектах, и радиоинформаторов, установленных на транспортных средствах,, достигается за счет применения новых признаков способа информирования и ориентирования инвалидов по зрению, а именно: разделения несущих частот обмена информацией носимых АУ с радиоинформаторами различного типа - CP или TP, обеспечение возможности приема и воспроизведения носимых АУ сообщений только от радиоинформатора выбранного пользователем типа - CP или TP, что, в частности, обеспечивается новыми признаками системы - включением в состав АУ блока управления частотой приема/передачи, включением в состав радиоинформаторов и носимых АУ блоков обработки и хранения информации, новых блоков управления.
Составляющая технического результата изобретения - подача радиоинформатором звукового сигнала ориентирования для определения направления движения именно на выбранный инвалидом по зрению СО или ТС достигается за счет применения новых признаков способа информирования и ориентирования инвалидов по зрению, а именно: персонализация источника передаваемой информации в передаваемом радиоинформатором ЦПД, извлечение этих данных носимым АУ, и адресное направление выбранному пользователем радиоинформатору ЦПВ для подачи звукового сигнала ориентирования, что, в частности, обеспечивается новыми признаками системы - включением в состав радиоинформаторов блока формирования и хранения ЦПД, включением в состав радиоинформаторов и носимых АУ новых блоков управления, включением в состав радиоинформаторов и носимых АУ блоков обработки и хранения информации и включением в состав АУ блока формирования ЦПВ.
Сущность изобретения поясняется фиг.1÷4, где на фиг.1. изображена блок-схема системы информирования и ориентирования инвалидов по зрению, на фиг.2 - блок-схема CP, на фиг.3. - блок-схема TP, на фиг.4. - блок-схема носимого АУ.
1
2
1
2
В состав системы (фиг.1), реализующей предлагаемый способ информирования и ориентирования инвалидов по зрению, входят, установленные на СО 1.1÷1.a CP 2.1÷2.а, осуществляющие прием-передачу радиосигналов на частоте f, установленные на ТС 3.1÷3.b TP 4.1÷4.b, осуществляющие прием-передачу радиосигналов на частоте f, и имеющиеся у пользователей системы АУ 5.1÷5.с, осуществляющие прием-передачу радиосигналов на частоте f, или, по выбору пользователя, на частоте f. Каждый CP 2.1÷2.а и каждый TP 4.1÷4.b также имеет встроенный источник звуковых сигналов ориентирования.
1
Каждый CP 2..i (фиг.2) включает в себя первую радиоантенну 6, последовательно соединенные первый блок 7 хранения сжатого звукового файла (СЗФ), первый блок 8 формирования и хранения цифрового пакета данных (ЦПД), и работающий на частоте f и подсоединенный к первой радиоантенне 6 первый приемопередатчик 9, также включает последовательно соединенные первый блок 10 обработки и хранения информации, первое устройство 11 формирования звукового сигнала ориентирования и первое устройство 12 воспроизведения звукового сигнала ориентирования, причем выход первого приемопередатчика 9 подсоединен ко входу первого блока 10 обработки и хранения информации. Все блоки и устройства CP соединены с первым блоком 13 управления и первым блоком 14 электропитания.
2
Каждый TP 4.j (фиг.3) включает в себя вторую радиоантенну 15, последовательно соединенные второй блок 16 хранения СЗФ, второй блок 17 формирования и хранения ЦПД, и работающий на частоте f и подсоединенный ко второй радиоантенне 15 первый приемопередатчик 18, также включает последовательно соединенные второй блок 19 обработки и хранения информации, второе устройство 20 формирования звукового сигнала ориентирования, второе устройство 21 воспроизведения звукового сигнала ориентирования, причем выход второго приемопередатчика 18 подсоединен ко входу второго блока 19 обработки и хранения информации. Все блоки и устройства TP соединены со вторым блоком 22 управления и вторым блоком 23 электропитания
1
2
Каждое АУ 5.k (фиг.4) включает в себя устройство 24 тактильного воздействия, третью радиоантенну 25, последовательно соединенные блок 26 управления частотой приема/передачи и третий приемопередатчик 27, работающий на частотах f и f и подсоединенный к третьей радиоантенне 25, выход которого подсоединен к третьему блоку 28 обработки и хранения информации. Блок 28, блок 29 преобразования сжатого звукового файла в аналоговое речевое сообщение и устройство 30 воспроизведения речевой информации соединены последовательно. Ко входу устройства 30 подсоединено устройство 31 ручного управления. К входу приемопередатчика 27 подсоединен блок 32 формирования ЦПВ, при этом все блоки и устройства носимого АУ соединены с третьим блоком 33 управления и третьим блоком 34 электропитания.
Все блоки структурной схемы заявленной системы известны в технике и выпускаются серийно. Например, блоки управления, блоки формирования и хранения цифровых пакетов данных, блоки обработки и хранения информации и устройства формирования звукового сигнала ориентирования построены на основе однокристальных микроконтроллеров ATmega88 производства фирмы Atmel, приемопередатчики - на основе однокристальных трансиверов Si4421 производства фирмы Silicon Labs, цифровые часы-календарь блока управления - на базе микросхемы DS1340 производства фирмы Dallas Semiconductor, блоки хранения уплотненных звуковых файлов - на базе микросхемы Flash-памяти AT25DF321 производства фирмы Atmel, электроакустический преобразователь радиоинформаторов и дополнительных блоков подачи звукового сигнала ориентирования представляет собой пьезоизлучатель W-25 производства фирмы EAST, электроакустический преобразователь абонентского устройства - динамическую головку YD 50-02 производства фирмы Zhenglong Electronic, устройство тактильного воздействия - вибромотор QX-6A-1 производства фирмы QX Motor.
Описание способа информирования и ориентирования инвалидов по зрению и работы системы, его реализующей, производится совместно.
Каждый CP 2.i, установленный на стационарном объекте СО 1.i (фиг.1), где i находится в пределах от 1 до А, регулярно передает в радиоэфир группу идентичных ЦПД, каждый из которых содержит, в том числе, СЗФ с PC о том СО, на котором данный CP установлен, а также персональные данные этого СР.
Каждый TP 4.j, установленный на ТС 3.j где j находится в пределах от 1 до В, регулярно передает в радиоэфир группу идентичных ЦПД, каждый из которых содержит, в том числе, СЗФ с PC о том ТС, на котором данный TP установлен, а также персональные данные этого ТР.
Несущие радиочастоты, на которых передают ЦПД CP и TP, разнесены по диапазону радиочастот.
Группы идентичных ЦПД принимаются носимым АУ 5.k, где k находится в пределах от 1 до С, которое и воспроизводит речевое сообщение из принятого ЦПД. Частота приема/передачи устанавливается пользователем в носимом АУ 5 в зависимости от типа объекта, информацию о котором он хочет получить - от СО или ТС. Если пользователю необходим именно тот СО или ТС, сообщение о котором он прослушивает, то, посредством носимого АУ, пользователь направляет радиоинформатору, установленному на выбранном им СО или ТС, ЦПВ, содержащую персональные данные этого радиоинформатора, получив которую радиоинформатор подает звуковой сигнал ориентирования, позволяющий инвалиду по зрению определить необходимое ему направление движения.
Команда в АУ 5 на передачу ЦПВ может даваться пользователем неограниченное количество раз.
Взаимодействие между CP, или TP, и АУ 5 осуществляется следующим образом.
CP 2.i (фиг.2) в блоке 7 хранит СЗФ, который содержит в цифровом виде PC о том СО 1.i, на котором CP 2.i установлен этот СЗФ, по команде от блока 13, передается в блок 8, где формируется ЦПД путем добавления к СЗФ необходимой служебной информации, в том числе обеспечивающей персонализацию CP 2.i. Далее группа сформированных таким образом идентичных ЦПД, посредством приемопередатчика 9 и радиоантенны 6, регулярно, по команде от блока 13, передается в радиоэфир.
Блок 13 также обеспечивает синхронизацию работы остальных блоков СР.
TP 4.j (фиг.3) в блоке 16 хранит СЗФ, который содержит в цифровом виде PC о том ТС 3.j, на котором TP 4.j установлен. Этот СЗФ, по команде от блока 22, передается в блок 17 где формируется ЦПД путем добавления к СЗФ необходимой служебной информации, в том числе обеспечивающей персонализацию TP 4.j. Далее группа сформированных таким образом идентичных ЦПД, посредством приемопередатчика 18 и радиоантенны 15 регулярно, по команде от блока 22, передается в радиоэфир.
Блок 22 также обеспечивает синхронизацию работы остальных блоков ТР.
1
2
Пользователь, в носимом АУ 5.k (фиг.4), посредством устройства 31, через блок 33, дает команду в блок 26 на установление в приемопередатчике 27 радиочастоты приема/передачи - f или f, соответствующей выбранному пользователем режиму приема информации - или от CP, или от TP, принимает радиоантенной 25 с подключенным к ней приемопередатчиком 27 группу идентичных ЦПД от CP 2.i или TP 4.j, передает эту группу идентичных ЦПД в соединенный с приемопередатчиком 27 блок 28, где из группы идентичных ЦПД выделяется корректный ЦПД, из которого, в частности, извлекаются персональные данные источника информации - CP 2.i или TP 4.j, а также СЗФ, после чего СЗФ поступает в блок 29, где СЗФ разуплотняется и преобразуется в аналоговое речевое сообщение, которое передается в устройство 30, которым и воспроизводится. Громкость устройства 30 регулируется подсоединенным к нему устройством 31. Блок 33 также обеспечивает синхронизацию работы остальных блоков и устройств носимого АУ 5.
С началом приема группы идентичных ЦПД устройство 24 периодически подает, для привлечения внимания пользователя, кратковременный сигнал вибрации.
1
2
Если пользователю нужен тот СО 1.i, или то ТС 3.j, сообщение о котором воспроизводится в носимом АУ 5.к (фиг.4), он в носимом АУ 5.к, посредством устройства 31, через блок 33, дает команду в блок 32 на получение из блока 28 персональных данных соответствующего CP 2.i или TP 4.j, формирование ЦПВ с этими данными, передачу этой ЦПВ в последовательно соединенный с блоком 32 приемопередатчик 27, который и передает через радиоантенну 25 эту ЦПВ в радиоэфир на установленной боком 26 радиочастоте приема/передачи - f или f.
Если работа осуществляется с CP 2.i (фиг.2), ЦПВ принимается радиоантенной 6 и приемопередатчиком 9, передается в блок 10, идентифицируется в нем как сигнал запроса на подачу звукового сигнала ориентирования именно этим CP 2.i, блок 13 подает команду на подачу звукового сигнала ориентирования в устройство 11, последовательно с которым подсоединено устройство 12, которое и подает звуковой сигнал ориентирования.
Если работа осуществляется с TP 4.j (фиг.3), ЦПВ принимается радиоантенной 15 и приемопередатчиком 18 TP 4.j, передается в блок 19, идентифицируется в нем как сигнал запроса на подачу звукового сигнала ориентирования именно этим TP 4.j, блок 22 подает команду на подачу звукового сигнала ориентирования в устройство 20, последовательно с которым подсоединено устройство 21, которое и подает звуковой сигнал ориентирования.
Электропитание CP 2 осуществляется подключением всех блоков и устройств CP 2 к блоку 14.
Электропитание TP 4 осуществляется подключением всех блоков и устройств TP к блоку 24.
Электропитание носимого АУ 5 осуществляется подключением всех блоков и устройств носимого АУ к блоку 34.
Таким образом, как следует из описания способа и работы системы и ее компонентов, введение новых признаков в способ и систему позволяют обеспечить заявленные технические результаты, и дают возможность инвалиду по зрению значительно более свободно передвигаться по городу и пользоваться общественным транспортом.
Источники информации
1 Патент РФ 58350, опубл. 27.11.2006 по кл. A61F 9/08
2 Патент РФ 2299052, опубл. 20.05.2007 по кл. A61F 9/08
3 Патент РФ 2299053, опубл. 20.05.2007 по кл. A61F 9/08
4 Патент РФ 2085162, опубл. 27.07.1997 по кл. A61F 9/08
5 Патент РФ 43161, опубл. 10.01.2005 по кл. A61F 9/08
6 Патент РФ 97918 опубл. 27.09.2010 по кл. A61F 9/08 - прототип