СИСТЕМА ВЫСОКОТОЧНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ПО СИГНАЛАМ ГЛОБАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СПУТНИКОВЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ И ОКАЗАНИЯ ПОМОЩИ ЛЮДЯМ С ОСЛАБЛЕННЫМ ЗРЕНИЕМ

Полезная модель относится к области навигации, связи и информационным системам для оказания поддержки в ориентации людям с ослабленным зрением в повседневной жизни и в экстренной ситуации.
Из уровня техники (см. патент Российской Федерации на полезную модель RU 43161) известно устройство для ориентации и информирования слабовидящих и слепых людей при их передвижении по территории с известной инфраструктурой. Устройство содержит установленный на объекте информационный блок, включающий радиопередатчик, снабженный антенной с узкой диаграммой направленности, цифровое запоминающее устройство, таймер и схему управления, и носимый блок речевого оповещения. Сведения об объекте, окружающей обстановке, расстоянии до объекта и другая полезная для субъекта информация передается радиопередатчиком в эфир по каналу цифровой связи (например, на основе модулей стандарта Bluetooth) стационарно размещенных на объектах городской инфраструктуры, например светофорах. Радиопередатчик непрерывно периодически посылающий в эфир кодированные сообщения, совместно с персональным носимым блоком, обеспечивающий прием указанных сообщений и последующее их преобразование в живую речь, позволяет снабжать слепого человека достаточно полной информацией о любых объектах на пути его следования.
Известное из уровня техники устройство обладает следующими недостатками: персональный носимый блок не обеспечивает точной координатной привязки текущего положения пользователя, например, с использованием системы ГЛОНАСС. Это не позволяет слепому человеку точно понимать, что находиться в непосредственной близости от него.
Персональный носимый блок не имеет средств связи, например, модуля сотовой связи для вызова служб помощи (службы спасения, милиции, скорой помощи), родственников или друзей. Для применения на большой территории требуется оснащение большого количества объектов городской инфраструктуры радиопередатчиками стандарта Bluetooth из-за ограниченной зоны их действия.
Из уровня техники (см. патент Российской Федерации на изобретение RU 2299052) известна система ориентации в пространстве людей с нарушением зрительных функций предназначенная для облегчения жизнедеятельности инвалидов по зрению. Система содержит, по меньшей мере, по одному источнику и приемнику сигналов, подключенных через коммутатор к устройству обработки информации, соединенному через модулятор с соответствующим устройством воздействия на человека. Через коммутатор к устройству обработки информации дополнительно подключены также магнетометр и шагомер, а система GPS подключена к коммутатору через антенну.
Известная из уровня техники система обладает следующими недостатками: определение расстояния и положения окружающих препятствий происходит с помощью отраженного волнового сигнала излученного передатчиком и принятого приемником, данные от системы GPS используются только для определения координат пользователя, без привязки к окружающим объектам и препятствиям на маршруте движения. Заявлена точность определения положения препятствий по отраженному волновому сигналу в 10 см, что представляется сложно реализуемой задачей в условиях городской многоэтажной застройки. Использование одной навигационной системы GPS в условиях городской многоэтажной застройки не позволяет надежно определять координаты человека с заявленной точностью 2 м. Система не имеет средств связи, например, модуля сотовой связи для вызова служб помощи (службы спасения, милиции, скорой помощи), родственников или друзей. Человек с нарушением зрительных функций использующий данную систему полностью автономен так, как система не имеет центра помощи, который должен отслеживать пользователей и оперативно помогать в сложной ситуации.
Наиболее близкой к заявленной полезной модели является известная из патента США US 6502032, городская навигационная система для слепого и полиции, действующих в условиях полной темноты, обеспечивающая точность определения местоположения до единиц см. с использованием дифференциального режима работы навигационной системы GPS. И выдачу информации о положении и дальнейшем движении слепого, используя звуковой синтезатор речи и трехмерный тактильный дисплей похожий на клавиатуру Брайля. Данные о местоположении слепого в цифровой форме передаются по каналу сотовой связи на базовую станцию, где они обрабатываются с целью высокоточной привязки к базе картографических данных, которая содержит полные названия и координаты, важных для ориентации и передвижения мест, таких как улицы, тротуары, пересечения дорог; светофоры, больницы, туалеты, общественные телефоны, внутреннюю структуру зданий, мест бытового обслуживания, в городах и иных населенных пунктах. Система работает с пользователем, который имеет переносной терминал, оснащенный синтезатором голоса и программным обеспечением для распознавания голосовых команд. Наличие микрофона позволяет пользователю передать голосом запрос в центр системы. Переносной терминал имеет тактильный трехмерный дисплей и клавиатуру со шрифтом Брайля. Переносной терминал передает координаты, полученные от навигационных приемников GPS по каналу сотовой связи на «базовую» станцию и принимает от базовой станции дифференциальные поправки и сигнал качества принимаемого навигационного сигнала, для минимизации ошибок в привязке положения. «Базовая» станция передает на переносной терминал данные об окружающих объектах в точке нахождения пользователя, которые с использованием синтезатора речи и тактильного монитора доводятся до слабовидящего пользователя. Тактильный монитор может отображать трехмерную картинку окружающих пользователя объектов и выводить стрелки для указания направления движения пользователя, который ощущает их пальцами. Таким образом, слабовидящий человек уверенно ориентируется в пространстве, в том числе и в незнакомой местности.
Недостатками известной системы является следующее: картографическое обеспечение и база данных объектов находиться на «базовой» станции, которая передает на переносной терминал данные для отображения трехмерной картинки окружающих объектов и указания по движению. Таким образом, переносной терминал не может функционировать автономно. Это накладывает особенные требования по надежности функционирования канала передачи - приема данных между переносным терминалом и «базовой» станцией. Пользователь не может ввести в терминал данные об окружающих его предметах по маршруту движения самостоятельно. Использование в переносном терминале односистемного навигационного приемника GPS, уменьшает надежность определения координат в условиях городской многоэтажной застройки. Отсутствие отдельной «тревожной» кнопки не позволяет в экстренной ситуации вызвать помощь одним движением. Система не имеет центра помощи, который бы отслеживал пользователей и мог оперативно помогать связаться со службой спасания, родственниками и друзьями в сложной ситуации.
Целью заявленной полезной модели является разработка системы высокоточного определения местоположения по сигналам глобальной навигационной спутниковой системы (далее ГНСС) ГЛОНАСС и других для информационной поддержки и оказания помощи людям с ослабленным зрением.
Технический результат, ожидаемый от использования полезной модели, заключается в информационной поддержке слепого или слабовидящего пользователя по звуковому и тактильному каналу передачи информации об окружающих его объектах, направлении движения, пройденном расстоянии, расстоянии до объекта движения и иной информации, которую можно определить по координатам его местоположения, полученных от навигационного приемника ГЛОНАСС и других систем (например, GPS или ГАЛИЛЕО) принимающего дифференциальные поправки по каналу сотовой связи. Переносной терминал, оборудованный приемо-передающими модулями сотовой и спутниковой связи, обеспечит выдачу достоверных звуковых и тактильных подсказок в реальном режиме времени. По каналу сотовой или спутниковой связи на переносной терминал автоматически передается информация о дифференциальных поправках. Пользователь может использовать данные каналы для связи с центром помощи, службами спасения или родственниками. «Тревожная» кнопка обеспечит в экстренной ситуации легкодоступный вызов помощи. Специализированной центр помощи людям с ослабленным зрением обеспечит: слежение о положении и состоянии их подопечных, выдачу подсказок и вызов служб спасения, милиции, скорой помощи, родственников или друзей при необходимости. Пользователь сможет ввести в переносной терминал необходимые ему объекты и привязать их к точным координатам самостоятельно. Конструктивное построение переносного терминала представляется в виде современного сотового и/или спутникового телефона оснащенного трехмерным тактильным дисплеем, тревожной кнопкой и навигационным приемником ГЛОНАСС (GPS или Галилео), работающим в дифференциальном режиме.
Технический результат достигается тем, что система высокоточного определения местоположения по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем для информационной поддержки и оказания помощи людям с ослабленным зрением включает мобильный терминал, центр системы помощи, навигационные КА глобальной навигационной спутниковой системы GPS и дополнительно ГЛОНАСС, Галилео и другие, а так же базовую станцию мобильной связи, обеспечивающую передачу дифференциальных поправок по каналу сотовой связи, причем дифференциальные поправки формируются контрольно-корректирующей станцией, содержащей высокоточный многосистемный и многочастотный навигационный приемник ГЛОНАСС (GPS или Галилео). Мобильный терминал пользователя содержит микроконтроллер, блок аккумуляторов и/или батарей, наушники (и/или динамик) и микрофон, тактильный монитор и/или монитор Брайля, клавиатуру Брайля и/или QWERTY клавиатуру, модуль сотовой связи, навигационный приемник, который может работать в режиме приема дифференциальных поправок, например от модуля сотовой связи и дополнительно «тревожную» кнопку для мгновенной передачи сигнала вызова. Так же мобильный терминал пользователя дополнительно может содержать спутниковый телефон (например, Турайа). Каждый приемный или передающий модуль содержит антенну, которая может быть выполнена в виде единого блока для всех модулей связи. Контрольно-корректирующая станция оснащается высокоточным многосистемным, многочастотным навигационным приемником, причем фазовый центр приемной антенны привязан на местности с геодезической точностью (5-10 мм). Контрольно-корректирующая станция обеспечивает формирование дифференциальных поправок и информации о целостности радионавигационного поля и достоверности корректирующей информации. Информация о дифференциальных поправках, целостности радионавигационного поля и достоверности корректирующей информации передается на «базовую» станцию сотовой связи по радиоканалу и далее по каналу «сотовой» связи передается на мобильные терминалы пользователей посредством CMC сообщений. Контрольно-корректирующая станция может выполнять функцию «базовой» станции сотовой связи. Центр службы помощи содержит вычислительный комплекс и программно-информационное обеспечение, автоматические рабочие места, табло коллективного пользования, связные терминалы сотовой и спутниковой связи и навигационный приемник. Центр службы помощи связан со службой спасения, с милицией, с медицинской помощью различных каналов связи, таких как телефонная, сотовая связь, факс, сеть Интернет, спутниковая связь.
Признаки и сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых показано следующее:
Фиг.1 - структурная схема системы высокоточного определения местоположения по сигналам ГНСС для информационной поддержки и оказания помощи людям с ослабленным зрением;
Фиг.2 - структурная схема центра службы помощи людям с ослабленным зрением;
Фиг.3 - структурная схема мобильного терминала для человека с ослабленным зрением.
Система высокоточного определения местоположения по сигналам ГНСС для информационной поддержки и оказания помощи людям с ослабленным зрением включает как минимум 4 навигационных космических аппарата ГЛОНАСС, Галилео и GPS (1), КА связных спутниковых систем (например, Турайа, m, где m - целое число≥1) 2, «базовые» станции сотовой связи (1, где 1 - целое число≥1) 4, мобильные терминалы пользователя (k, где k - целое число≥1) 5, контрольно-корректирующие станции (p, где p - целое число≥1) 6, центр системы оказания помощи людям с ослабленным зрением (x, где x - целое число≥1) 7 и специальные службы для связи пользователя в чрезвычайной ситуации - службы спасения 8, милиция 9, скорая помощь 10 и родственники человека с ослабленным зрением 11. Причем контрольно-корректирующая станция 6 и «базовая» станция сотовой связи 4 может быть единым устройством 3.
Центр системы оказания помощи людям с ослабленным зрением 7 включает следующие элементы: блок приемо-передающих антенн 12, включающий следующую антенны: приемную антенну навигационного приемника 14, приемо-передающую антенну модуля сотовой связи 15, приемо-передающую антенну модуля спутниковой связи 16, причем антенны 14, 15 и 16 могут быть выполнены в едином корпусе, табло коллективного отображения 13, автоматизированные рабочие места (у, где у - целое число≥1) 17, навигационный приемник 18, модуль сотовой связи 19, модуль спутниковой связи 20, причем модули 19 и 20 предназначены для связи с мобильными терминалами пользователя 5, вычислительный комплекс 21, каналы связи (в том числе и ИНТЕРНЕТ) со службой спасания 22, милицией 23, скорой помощью 24, родственниками 25, программным и информационным обеспечением 26, которое содержит следующие элементы: программы ввода-вывода 27, программы отображения информации 26, программы распознавания голоса 29, базу данных пользователей 28, картографическое обеспечение 31 и архив сообщений принятых и переданных пользователю 32.
Мобильный терминал пользователя 5 содержит следующие элементы: блок приемо-передающих антенн 33 включающих следующие антенны: приемную антенну навигационных систем ГЛОНАСС (GPS или Галилео) 34, приемо-передающую антенну модуля сотовой связи 35, приемо-передающую антенну модуля спутниковой связи (например, Турайа) 36, причем антенны 34, 35 и 36 могут быть выполнены в едином корпусе и отличаются от антенн центра системы 14, 15 и 16 меньшим коэффициентом усиления и габаритами. Так же мобильный терминал пользователя 5 содержит наушники 37, микрофон 38, тактильный монитор или монитор Брайля, клавиатуру Брайля (или QWERTY клавиатуру) 39, навигационный приемник ГЛОНАСС (GPS или Галилео) 40, модуль сотовой связи 41, модуль спутниковой связи (например, Турайа) 42, микропроцессор 43, программное обеспечение, цифровые карты местности 44 и тревожную кнопку 45. Электропитание элементов мобильного терминала пользователя 37, 38, 39, 40, 41, 42 и 43 осуществляется от аккумуляторов или батарей 46.
Работа системы высокоточного определения местоположения по сигналам ГНСС для информационной поддержки и оказания помощи людям с ослабленным зрением осуществляется следующим образом.
Для точной ориентации человеку с ослабленным зрением необходимо определение местоположения с погрешностью не более 50 см с периодичностью 1 раз в 3-5 секунд и привязка этих данных к окружающим пользователя объектам и препятствиям. Навигационные космические аппараты ГЛОНАСС, GPS или Галилео 1 формируют навигационное поле по всей поверхности Земли. Навигационное поле содержит информацию, которая будучи принята общеупотребительным навигационным приемником системы ГЛОНАСС, GPS или Галилео обеспечивает определение координат человека перемещающегося со скоростью не более 5 км/ч (1,4 м/с) с точностью около 30-50 м каждую секунду. Для обеспечения 50 см точности определения координат используются данные с контрольно-корректирующих станций 6, которые формируют сигнал дифференциальных поправок и сигнал целостности навигационного поля для передачи на «базовые» станции сотовой связи 4 и дальнейшей передачи на мобильные терминалы пользователей 5 и в центр службы помощи 7 посредством CMC сообщений. Оборудование контрольно-корректирующих станций 6 состоит из высокоточного многочастотного навигационно-геодезического приемника, работающего по сигналам систем ГЛОНАСС, GPS или Галилео, например, ProFlex 500 base station производства российской компании Ashtech. Радиус действия дифференциальных поправок без существенного снижения точности составляет около 100 км, таким образом, на каждый крупный город с его пригородами достаточно одной контрольно-корректирующей станции. При оснащении высокоточного навигационно - геодезического приемника приемо-передающим (GSM/GPRS/EDGE) модулем сотовой связи, контрольно-корректирующая станция 6 может выполнять функцию базовой станции сотовой связи 3 и самостоятельно обеспечивать потребителей дифференциальными поправками и сигналом целостности навигационного поля посредством CMC сообщений. В этом случае контрольно-корректирующая станция 6 и базовая станция 4 представляет собой единое устройство 3. Иначе дифференциальные поправки и сигнал целостности навигационного поля передается от контрольно-корректирующей станции 6 на базовую станцию сотовой связи 4 по любому каналу связи, например, радиосвязи.
До того как человек с ослабленным зрением будет пользоваться мобильным терминалом, хорошо видящий человек совместно со слабовидящим пользователем пройдет по предполагаемому маршруту движения. При отсутствии важной для передвижения информации (поворотов, тротуаров, лестниц, светофоров, бордюров, ворот, остановок, наклонных участков дорог, клумб, памятников, элементов ограждений и иных участков) пользователь введет данные на цифровую карту мобильного терминала. Координаты важных точек по пути движения слабовидящего человека сформирует навигационный приемник ГЛОНАСС (GPS или Галилео), работающий в дифференциальном режиме в составе мобильного терминала.
При последующем использовании без сопровождающего слабовидящий пользователь, передвигаясь по маршруту, будет получать подсказку о своем местоположении и дальнейшем направлении движения по координатам, сформированным навигационным приемником ГЛОНАСС (GPS или Галилео). Информация об окружающих предметах в трехмерном виде выводится на тактильный монитор или в символьном - текстовом виде на монитор Брайля. Звуковые подсказки об окружающих предметах в условиях сильного городского шума помимо динамика поступают на наушники мобильного терминала.
При необходимости пользователь может использовать для передачи CMC сообщений клавиатуру Брайля или QWERTY клавиатуру.
Для голосовой связи с центром помощи 7 мобильный терминал пользователя 5 имеет следующие приемопередающие модули:
- модуль сотовой связи 41. Модуль сотовой связи 41 позволяют абоненту позвонить или принять вызов от центра системы 7, а так же принимать CMC сообщения от базовой станции сотовой связи с дифференциальными поправками и сигналом целостности навигационного поля,
- модуль спутниковых систем 42 (например, Турайа). Модуль спутниковой связи 42 позволяют абоненту позвонить любому абоненту, который имеет такой же спутниковый телефон или сотовый телефон любого оператора сотовой связи и переговорить с ним.
Программное обеспечение 42 мобильного терминала 5 содержит подробную цифровую карту местности. Слабовидящий пользователь, имея точные координаты, посредством звукового и тактильного воздействия способен получить подробную информацию об окружающих его предметах, направлении движения и стороне света в которую он повернут лицом и таким образом, уверенно ориентироваться в пространстве.
Центр службы помощи 7 в режиме реального времени отслеживает перемещение и состояние всех пользователей, принимая CMC сообщения с координатами пользователя от мобильных терминалов 5 и CMC сообщения от «базовых» станций сотовой связи 4 о целостности навигационного поля. Центр службы помощи 7 осуществляет регистрацию пользователей в базе данных 30. Центр службы помощи 7 оснащен навигационным приемником 18 для точной привязки системного времени вычислительного комплекса 21 к координатному всемирному времени (UTC). При необходимости центр службы помощи 7 связывается с родственниками пользователя 11, службой спасания 8, милицией 9 и скорой помощью 10. Для этого центр службы помощи 7 имеет вычислительный комплекс 19 с программным и информационным обеспечением 26 и каналы связи со службой спасания 22, милицией 23, скорой помощью 24 и родственниками 25 различного типа, такого как: телефонная, сотовая связь, факс, сеть Интернет. Программное и информационное обеспечение 26 центра системы содержит: программы ввода-вывода 27, программы отображения информации 28, программы распознавания голоса 29, базу данных пользователей 30, картографическое обеспечение 31, архив принятых и переданных сообщений 32.
Центр службы помощи 7 содержит автоматизированные рабочие места (от 1 и более) 17 и табло коллективного отображения 13 для показа местоположения и состояния слабовидящих пользователей, оснащенных мобильными терминалами 5. Состояние слабовидящих пользователей может отображаться различным цветом, например, зеленым - нормальное движение, желтым - вызов, красным - тревога, черным - мобильный терминал выключен.
Персональные мобильные терминалы 5 предоставляют информацию пользователю об окружающей его обстановке не зависимо от центра системы 7, но центр системы 7 может проконтролировать местоположение и состояние мобильных терминалов 5, а в случае необходимости передать картографическую информацию. В экстренной ситуации центр помощи 7, получив вызов пользователя, осуществляет связь со службами спасания 8, милицией 9, скорой помощи 10 и родственниками пользователя 11. Вызов всех вышеперечисленных абонентов возможен с использованием «тревожной» кнопки 45 мобильного терминала одним движением, например с различной длительностью нажатия или количеством нажатий.
Таким образом, предлагаемая система высокоточного определения местоположения по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем для информационной поддержки и оказания помощи людям с ослабленным зрением обеспечит повышение качества жизни слабовидящих и слепых людей за счет уверенной ориентации в пространстве, в том числе и в населенных пунктах с интенсивным движением транспорта.