УСТРОЙСТВО НАВИГАЦИИ ДЛЯ ЛЮДЕЙ С НАРУШЕНИЕМ ЗРИТЕЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ

Заявляемое в качестве полезной модели техническое решение относится к области навигации подвижных объектов и может быть использовано в приспособлениях для облегчения жизнедеятельности людей с нарушением зрительных функций.
Известна "Система навигации и управления для слепых" (ЕР US №200612938, МКИ G01C 21/36, 15.06.2006).
Устройство содержит систему глобального позиционирования, большое количество различных типов бесконтактных датчиков от инфракрасных и радиолокаторов до акселерометров и инерциальных датчиков, подключенных к компьютеру и расположенных на ограниченной площади жилого дома. В устройстве используются также радиочастотные идентификаторы предметов, окружающих человека с нарушением зрения, информация от которых воспринимается датчиками, установленными на его руках и ногах. Компьютер преобразует поступающую от многочисленных датчиков информацию в речевые сигналы.
При выходе из дома человек с нарушением зрения использует приемник системы глобального позиционирования (GPS) с озвучиванием своего местоположения.
Недостатком данного устройства является невозможность его технической реализации, требующего мощного компьютера с очень большим объемом памяти, который из-за большого количества датчиков не сможет работать в реальном масштабе времени. Высока также себестоимость устройства и его обслуживания.
Известно "Навигационное устройство и система навигации для слепых и людей с нарушением зрительных функций и метод навигации" (ЕР №1930742, МКИ G01S 5/14, 11.06.2008). Устройство содержит динамики, наушники, два приемника системы глобального позиционирования, два компьютера, один из которых содержит топографическую информацию местности (в пределах города), второй обрабатывает информацию о положении человека с нарушением зрения с использованием дифференциального метода. Для передачи речевых сообщений о местоположении человека, получаемых с помощью компьютера и синтезаторов речи используется система глобальной связи GSM/GPRS.
Недостатком данного устройства является то, что оно может работать только в черте города, требует очень быстродействующего компьютера с большим объемом памяти а также вызывает большие сомнения в том, что возможно преобразовать информацию приемника GPS в речевой сигнал, который может быть понят человеком с нарушением зрения без участия специального диспетчера, управляющего его движением.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является "Система ориентации в пространстве людей с нарушением зрительных функций" (RU №2299052, МКИ G01C 21/00, 10.02.2007).
Устройство выполнено с использованием системы глобального позиционирования (GPS) и включает радиолокатор, пассивную инфракрасную систему, приемник системы глобального позиционирования, микрофон, динамик, магнетометр, шагомер, установленные на теле человека и подключенные через коммутатор к процессору, который обрабатывает поступающую информацию с помощью синтезаторов речи, а динамик передает информацию человеку о пространственном положении и окружающих его препятствиях.
Недостатком данного устройства является то, что при большом объеме поступающей информации оно не сможет работать в реальном масштабе времени, что значительно затруднит перемещение человека с нарушением зрительных функций в пространстве. Устройство не позволяет уменьшить ошибки определения координат и углов ориентации человека с нарушением зрительных функций пространстве. Возникают серьезные сомнения в возможности преобразования местоположения объекта в речевой сигнал без участия специального диспетчера.
Задачей заявляемой полезной модели является получение в реальном масштабе времени координат и ориентации человека с нарушением зрительных функций и возможность управлять его перемещением.
Технический результат заключается в достижении высокой точности определения координат и траектории движения человека с нарушением зрительных функций в любой точке Земного шара и в координации его перемещения с использованием одного из трех возможных языков.
Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее приемник системы глобального позиционирования, шагомер, магнетометр, динамик, установленные на теле человека с нарушением зрительных функций, дополнительно введены робастный нелинейный адаптивный фильтр, соединенный с антенной, функциональный генератор, наушник и терминал, оснащенный персональным компьютером соединенным со вторым приемником системы глобального позиционирования и модемом глобальной связи со встроенной антенной, причем управляющий вход функционального генератора соединен с выходом магнетометра и шагомера, а выход подключен к динамику и наушнику, первый вход робастного нелинейного адаптивного фильтра соединен с выходом приемника системы глобального позиционирования, второй его вход соединен с выходом магнетометра и шагомера, причем в качестве приемника системы глобального позиционирования использован приемник слежения с возможностью двусторонней связи, а магнетометр выполнен по схеме электромагнитного компаса с возможностью компенсации ошибок ориентации улиц и дорог внутри города.
Технический результат достигается за счет того, что в устройстве используется робастный нелинейный адаптивный фильтр, который подавляет аддитивные и мультипликативные шумы на выходах магнетометра и приемника системы глобального позиционирования, что значительно повышает точность определения координат человека с нарушением зрительных функций в любой точке земного шара, а терминал с диспетчером осуществляет координацию движения этого человека.
Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает достижение технического результата, получаемого при осуществлении полезной модели, в виде возможности точного определения координат и траектории движения человека с нарушением зрительных функций в любой точке земного шара и возможности координации его движения диспетчером, работающим на терминале. Кроме того, можно, например, использовать три терминала, размещенных в разных странах.
Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам заявляемого устройства - отсутствуют, следовательно, заявленное устройство соответствует условию «новизна».
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 представлена схема устройства навигации для людей с нарушением зрительных функций,
на фиг.2 приведена схема компенсации ошибок магнетометра с использованием известных ориентации улиц и дорог и введены следующие обозначения:
1 - приемник системы глобального позиционирования (GPS)
2 - робастный нелинейный адаптивный фильтр
3 - антенна
4 - магнетометр
5 - функциональный генератор
6 - шагомер
7 - динамик
8 - наушник
9 - спутниковая группировка системы глобального позиционирования
10 - терминал
10.1 - персональный компьютер
10.2 - модем глобальной связи
10.3 - антенна, встроенная в модем глобальной связи
10.4 - второй приемник системы глобального позиционирования
10.5 - антенна, встроенная во второй приемник системы
глобального позиционирования
Устройство содержит приемник системы глобального позиционирования 1, выход которого соединен с первым входом робастного нелинейного адаптивного фильтра 2, выход которого соединен с антенной 3, магнетометр 4, выход которого соединен со вторым входом робастного нелинейного адаптивного фильтра 2 и входом функционального генератора 5, к которому подсоединен выход шагомера 6. Выход функционального генератора 5 соединен с динамиком 7 и смонтированным, например, на ободе вокруг головы человека с нарушением зрительных функций наушником 8, причем, все перечисленные выше блоки закреплены на теле человека. Устройство подключено к спутниковой группировке системы глобального позиционирования 9. Устройство также содержит терминал 10, оснащенный персональным компьютером 10.1, соединенным с модемом глобальной связи 10.2 с встроенной в него антенной глобальной связи (GSM/GPRS) 10.3 и со вторым приемником системы глобального позиционирования 10.4 с встроенной в него антенной 10.5.
Приемник системы глобального позиционирования 1 представляет собой приемник слежения с возможностью двусторонней связи (персональный трекер) для системы глобального позиционирования [2]
В качестве спутниковой группировки системы глобального позиционирования 9 может использоваться американская система GPS или российская GLONASS [1].
Магнетометр 4 выполнен по схеме электромагнитного компаса [3].
Шагомер 6 представляет собой электронный шагомер ШЭЭ-01 изготавливаемый на НПО "Интеграл".
Функциональный генератор 5 может быть выполнен на базе микросхемы XR-2206 CP [4].
Робастный нелинейный адаптивный фильтр 2 может быть выполнен как цифровой фильтр [5], [6].
Устройство работает следующим образом. Если управление движением человека с нарушением зрительных функций(далее объект) осуществляется внутри города, то диспетчер, обслуживающий терминал 10, производит компенсацию ошибок магнетометра 4.используя ориентацию улиц и дорог внутри города как это показано на фиг.2.
Компенсация ошибок карты на дисплее компьютера 10.1, производится с использованием сигналов второго приемника системы глобального позиционирования 10.4 и антенны 10.5 передаваемых информацию о положении объекта на терминал 10 со спутниковой группировки системы глобального позиционирования 9. Кроме того, нелинейный адаптивный фильтр 2 подавляет негауссовы аддитивные шумы и гауссовы мультипликативные шумы магнетометра 4 и приемника системы глобального позиционирования 1, что значительно повышает точность определения координат объекта.
При выходе из дома объект включает приемник системы глобального позиционирования 1, который получает радиосигналы от спутниковой группировки системы глобального позиционирования 9, и используя микрофон расположенный внутри приемника системы глобального позиционирования 1, по каналу GSM/GPRS, антенну 10.3, модем 10.2 передает в компьютер 10.1 диспетчеру сигналы, содержащие информацию о своем первоначальном положении, пункте назначении и своем имени.
.Диспетчер видит на экране дисплея персонального компьютера 10.1, не только координаты появившегося объекта но и его ориентацию, принимая радиосигналы по каналу глобальной связи GSM/GPRS, антенну 10.3, модем 10.2, которые несут информацию о высоте тона звукового сигнала, воспроизводимого динамиком 7 (высота тона связана линейной зависимостью с угловой ориентацией объекта относительно магнитного меридиана, так как выходной сигнал магнетометра 4 изменяет частоту функционального генератора 5 по линейному закону). Используя сигналы канала глобальной связи GSM/GPRS, которые передаются через антенну встроенную в модем глобальной связи 10.3, модем 10.2 и персональный компьютер 10.1, диспетчер выходит на связь с объектом, присваивает ему номер или позывной и принимает его на обслуживание (используемый в устройстве приемник глобального позиционирования 1 позволяет диспетчеру одновременно обслуживать несколько объектов, в данном случае пять).
В дальнейшем периодически через определенный временной интервал, который выбирается диспетчером и зависит от скорости движения объекта, диспетчер с помощью радиосигналов формируемых персональным компьютером 10.1, модемом 10.2 и передаваемых антенной 10.3, встроенной в модем глобальной связи по каналу глобальной связи GSM/GPRS запрашивает координаты объекта, которые получаются при работе приемника системы глобального позиционирования 1 с сигналами, посылаемыми спутниковой группировкой системы глобального позиционирования 9. Приемник системы глобального позиционирования 1 посылает через антенну 3 и через канал глобальной связи GSM/GPRS радиосигналы на терминал 10, содержащие затребованную диспетчером информацию об объекте. В результате координаты объекта вместе с его траекторией отображаются на дисплее персонального компьютера 10.1. В случае отклонения траектории движения объекта от намеченной диспетчером, он, используя канал глобальной связи GSM/GPRS, может скорректировать направление движения объекта (голосовые команды: "повернуться влево или вправо на определенный угол, пройти вперед определенное количество шагов, или остановиться, если конечная точка маршрута достигнута"). Угловое положение относительно магнитного меридиана объект воспринимает по высоте тона выходного звукового сигнала функционального генератора 5 с помощью наушника 8. Информацию о пройденном расстоянии объект воспринимает с помощью тонального сигнала на выходе функционального генератора 5, высота тона которого определяется выходным сигналом шагомера 6, (число пройденных шагов, пересчитанное в расстояние в метрах).
Помимо достигаемого технического эффекта устройство позволяет достичь дополнительного технического эффекта, заключающегося в низкой себестоимости.
Таким образом, приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленного устройства выполняются следующие условия:
- средство, воплощающее предлагаемое устройство при его осуществлении, предназначено для использования в области навигации подвижных объектов, а именно в приспособлениях для облегчения жизнедеятельности людей с нарушением зрительных функций;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных до даты подачи заявки средств;
- средство, воплощающее устройство при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».
Использованная литература:
1.. Google: интерактив. Каталог. Герм.: Герм. Пром, 2004. 1 электрон. опт. диcк (CD-ROM). Загл. С экрана.
2. Коротоношко, А Радионавигация и спутниковые радионавигационные системы /А.Коротоношко, В.Климов/ Радио 2007. №7. 6 с.
3. Бараночников, М.Л. Микро-магнито-электроника. Справочная книга / М.Л.Бараночников. М.: ДМК, 2001. 541 с
4. Google: итерактив. Каталог ELFA 2009. 1 электрон, опт. диск (СВ-КОМ). Загл. с экрана.
th
5. Tomi PER AL. "Robust Kalman filtering in hybrid positioning applications" / Tomi PER AL, Robert Piche. Tampere University of technology - Finlande. F:′4 Workshop on Positioning, Navigation and communication′, 2007.
6. C,D,Kerlegaard. "Huber Based Divided Difference Filtering" / C,D,Kerlegaard, S,Hanspeter, Virginia technology, Blacksburg, VA 24061-0203. American Institut of Aeronautics and Astronautics, Journal of Guidance. Navigation and Control-Volume 30, number 3, Маy-June 2007, pages 885-891.