辅助盲人过街的自动感应杆设计

辅助盲人过街的自动感应杆设计

王希，王君威，艾静，石盈，林悦，王茁

大连科技学院交通运输学院  辽宁大连 116052

摘要：针对现阶段盲人过马路遇到的难题，设计一种辅助盲人过街的自动感应杆，通过红外线感应器感应到行人数据时传送到控制器，根据信号配时判断过街信号灯，并通过语音播报告知盲人是否可以安全过街，从而达到安全辅助盲人过街。此感应系统相比传统感应系统更加智能，更加人性化，并且准确性高、反应灵敏，足够环保，将智能化与感知能力相融合，用于辅助盲人过街，具有一定的社会应用价值。

关键词：自动感应杆系统 感应播报 盲人过街 红外线感知 盲人 安全

一、引言

现如今，盲人过街的便捷性与安全性方面设计不断优化，但盲人交通事故发生的频率比普通人仍高出很多，针对这一特殊群体，需要全社会的共同关心和帮助。根据世界卫生组织和2006年中国第二次残疾人调查资料统计数据显示，中国大约有1233万盲人，是全世界盲人最多的国家。为此，我国自2002年起，北京天津上海等十二个城市被国务院命名为全国无障碍设施建设示范城市。盲人因为视力问题而无法看清道路，斑马线以及障碍物，再加上国内盲道被占用几率大、盲道设计不合理现象较为普遍突出、这些都给盲人的出行以及日常生活造成了极大的困难。现在也已经开发出很多用于盲人出行的辅助工具，其根本目的是让盲人可以体验到正常人的生活方式，但市面上的盲人辅助过街系统并不能很好的引导盲人通过交叉路口，也不能及时的为盲人反映红绿灯的信息。大多数马路的人行横道没有音乐提示，不能告诉盲人什么时候能安全通过，并且目前一些为有视觉障碍的人设计的仪器使用方法复杂，价格昂贵且成本高。

为此，本文发明了一个盲人辅助过街的自动感应杆。在详细分析盲人过街要求和综合市面上现有的辅助系统的优点的基础上，采用红外线感应装置，音频装置，以及基于微处理器和集成电路的应用和成熟，并通过探测物理信号进而安全指导盲人顺利穿越马路，在智能化、人性化、便捷化的相互融合下，确保盲人在绿灯时安全通过马路。

二、现阶段盲人过街遇到的难题

目前中国视障人群的数量处于上升阶段，在城市中的出行存在较大的安全隐患，主要有以下两大难题。

1.盲道被“占领”现象严重。在一些路口，盲道被自行车、甚至小汽车占道停车，有些被下水道井盖，电力设施等截断，有些盲道上摆放着小摊贩的杂货摊，小饭店跨门营业的桌椅等。这种“占领”使盲道成为了“忙”道，盲道不帮盲，这样的话，保障盲人过马路安全变得更加困难。另外盲道建造不符合标准，许多行进盲道的高度、长度和宽度都不符合标准，甚至出现斜铺、横铺的情况。不少提示盲道原本应为圆点状，却被铺成了方点状。这种不规则的盲道设计使盲人很难分辨、适应，加上一些误导，让盲人很不放心。助盲工作人员表示，视障人群很少出行，他们的出行具有偶然性和随机性，只有当有家人陪伴或是有志愿者协助时，他们才能放心出门。弱视者表示，在光线充足的情况下，如白天，可以独立安全出行，出行没有障碍，而在晚上，他们只能够勉强依靠路灯和其他暗淡的灯源为他们指引方向，这存在极大的安全隐患，因此在晚上6点之后他们一般不会出行。全盲者则表示，他们几乎不会出门。对于盲龄较短的全盲者，由于缺乏经验，出行是一件很危险的事情。而对于盲龄较长的人，出行虽勉强可以，但仍然存在极大的不便与危险。综上所述，弱视群体白天出行频率较高，夜晚出行频率很低，全盲群体则不论白天黑夜，出行频率都极低。最终导致盲道设施不被重视，视力正常的人也经常在盲道上行走，拖拉东西。特别是在雨天，由于盲道比较防滑，大家基本上都会选择在盲道上行走，久而久之，由于雨水侵蚀、车辆停放、人流量的增加，部分盲道砖被磨平或损坏，盲道在某种程度上甚至成为了一种“有名无实”的摆设。

2.盲人出行有关的配套措施不健全。在过马路时，盲道无法辅助盲人安全通过人行横道及各种复杂路口，盲人过街主要还需借助车辆通行的声音和路人的帮助下穿越马路。但有时道路吵杂盲人无法准确判断斑马线的位置，不仅给自身带来危险，路口人流量多，路口拥挤，盲人很容易被人碰到，速度更加缓慢，以至于很难在变成红灯之前穿过马路，对路面交通带来一定压力。其次，由于盲人无法看到红绿灯的指示，穿过马路需要借助路人的帮助，若周围没有路人，则只能原地等待或者靠听力判断过街斑马线上是否有通行车辆，既不方便也不安全。而作为盲人出行的另一重要帮手——导盲犬，由于我国盲人对导盲犬需求极大，而导盲犬因为其训练困难数量极少，在中国的应用相当有限，即使有的盲人携带导盲犬出行，却常常因为地铁、公交不允许宠物进入而遭受闭门羹。

三、盲人过街的自动感应杆的系统设计

（一）需求分析

根据目前盲人的出行问题分析，盲道无法帮助盲人安全通过斑马线，当盲人过斑马线时需要借助路人或是车辆声音判断自己能否穿越马路，但街边往往嘈杂喧嚣会影响他们的判断，不但危害自身安全同时也给交通带来了隐患。因此在城市交通路口安全措施必须完善，将盲人的路导向安全。经过与传统城市的信号灯语音提示，盲人辅助过街的自动感应杆在交通路口的应用更具有安全性，如表1所示。

表1 现有装置与本设计的特点比较

结合国内的研究现状，总结了盲人过街自动感应杆的原理，优缺点与适用条件，少数地区的行人过街信号灯有语音播报，但是只有刚切换为红灯或者绿灯状态时才有播报，并没有提供剩余过街时间的语音提示，因此为了最大程度避免发生事故，感应杆应当具备以下特点：

（1）能够更精确的识别行人，更好的做出预警

（2）与红绿灯信号相连，无需手动进行

（3）加装太阳能板减少能源消耗

（4）精简结构，在保证功能的前提下减少安装的成本

（二）感应播报技术

目前盲道无法帮助盲人安全通过斑马线，当盲人过斑马线时需要借助路人或是车辆声音判断自己能否穿越马路，但街边往往嘈杂喧嚣会影响他们的判断，不但危害自身安全同时也给交通带来了隐患。虽然目前少数城市在信号灯上做了语音提示，但只有在红绿灯转换时才会提示，这也导致盲人无法准确判断安全通过马路。

本设计以感应器为基础，设计了一种能方便盲人行走的设备。结合国内的研究现状，总结了盲人过街自动感应杆的原理，优缺点与适用条件，本设计通过红外线感应原理，音频装置起落杆的升降之间的相互作用，为盲人提供了一条过马路的安全屏障，同时对结果与调查实际值的对比进行精确度分析，选择适合本研究的模型。

感应播报技术是基于微处理器和集成电路的应用和成熟，通过探测物理信号，将其转化成电信号，经过处理、计算并输出，引发响应。为实现无线的传播，必须在探测器和感应装置之间增加无线通信发射器与接收器。本装置在信号灯为红色时起落杆呈“放下”状态同时会进行语音播报，在红外线没有感应到有人现在想要通行的位置时，也会呈“放下”状态但不会进行语音播报；当信号灯为绿色时起落杆呈“抬起”状态并进行语音通报，当红外没感应到人时起落杆呈“放下”状态，不进行语音播报。

感应播报技术采用高科技探测技术以及人工网络的控制运算，对外界环境，包括人体，声音，光等物理信号有精确的感知。感应播报系统由多部分构成，包括红外线感应装置，音频装置，与起落杆等。红外线感应装置用于探测周围的一些感知特性，音频装置是对上述电信号的一种反馈装置，起落杆则通过红外线传送的信号作出相应的反应。

红外线感应装置只有当人体的手或身体的某一部分在红外线区域内，红外线发射管发出的红外线被人体的手或身体摭挡反射到红外线接收管，通过集成线路内的微电脑处理后的信号发送给脉冲电磁阀，电磁阀接受信号后按指定的指令打开阀芯才可以控制起落杆的运行，反应灵敏。并且，该装置语音播报是在红外线检测到盲人出现时，才进行播报，不会在不需要时播报造成扰民，也不会出现播报完盲人才到斑马线处的现象。

（三）盲人过节的自动感应杆装置的组成

根据盲人过街的自动感应杆的特点及需求分析，设计更为盲人过街的自动感应杆系统，主要由道闸机和起落杆以及位于起落杆上的红外线装置、道闸机上的太阳能板以及音频装置构成，如图1 所示。

图1 装置外观设计图              图2 装置应用环境示意图

图中，1为太阳能板，是使用太阳能电池，其中太阳能电池又称为“太阳能芯片”或“光电池”，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片。单体太阳能电池不能直接做电源使用。作电源必须将若干单体太阳能电池串、并联连接和严密封装成组件。

2为道闸机，道闸机是一种通道阻挡装置(通道管理设备)，用于管理人流并规范行人出入。其最基本最核心的功能是实现一次只通过一人，可用于各种场合的出入口。所以可以用来辅助盲人群众过街。

3为起落杆，可以用来阻拦行驶的车辆，还可以阻止没有听到语音播报红灯继续行驶的盲人，帮助盲人群众安全度过街道，并且其中起落杆材质一般以铝合金为主，造价低，物美价廉。

4为红外线感应器，当人体或身体的某一部分在红外线区域内，红外线发射管发出的红外线由于人体或身体的某一部分遮挡反射到红外线接收管，红外线接收管探测到人体红外光谱的变化，自动接通负载，人不离开感应范围，将持续接通；人离开后，延时自动关闭负载。当有人进入感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱，用来辨别盲人，并且辅助，十分方便。

5为音频设备（扬声器），可以通过声音来提醒将要过街的盲人群众，十分亲切，具有人文关怀。语音播报是在红外线检测到盲人出现时，才进行播报，不会在不需要时播报造成扰民，也不会出现播报完盲人才到斑马线处的现象。

当盲人走来时，距离斑马线五米红外线就可以感应到行人，并且做出语音播报。当红绿灯为绿色时感应杆抬起同时进行“此时可以通行”的语音播报提醒，但红绿灯为红色是感应杆不会抬起，同时语音也会播报“此时不能通行”的提醒，如图2所示。

（四）装置的系统工作模式

盲人过街的自动感应杆系统采用不间断工作模式，在电源不断的情况下始终保持作业。在太阳能电池供电的情况下，红外线感应器检测到人体或人体某个部分通过电路转换，将信息传递到道闸机，道闸机在通过机芯、控制模块、辅助模块控制阻拦体抬起或是落下以及语音系统发出提醒等等。以此来保护盲人的安全并减少交通事故和交通风险。

在盲人辅助过街的自动感应杆安装完毕后，可以通过语音和感应杆的拦截两种形式提醒行人红绿灯的情况不仅可以帮助普通盲人，也可以帮助红绿色盲以及小朋友，在红灯时将起落杆放下，即使他们没有注意到红绿灯的变换，也可以保证他们的生命安全，对于行人都提供了很大的帮助和安全保障。同时在面对即将结束的绿灯，也会给出提醒，并在时间不足以通过道路时进行阻拦，防止悲剧的发生。

四、结语

本设计理念的初衷是为了能够帮助盲人安全有效的不用依靠他人的帮助通过马路。考虑到盲人通过马路的不确定性和不安全性，设计了这款盲人辅助过街的自动感应杆，其出现就此改变了盲人通过马路的方式，大大的提高了盲人通过马路的安全性，也提升了盲人通过马路的效率，在当今科技飞速发展的时代，享受科技红利带给人们新奇体验的大多都是健全的普通人，而盲人在生活中有诸多不便，相信科技能够带来更高的生活质量。

参考文献

[1]陈龙. 基于无线热释电红外传感器人体目标识别的研究[D].武汉理工大学,2013.

[2]张文倩. 视残人群人行过街盲道设施的有效性研究[D].东南大学,

[3]谢黎明,赵军,杨虹,等. 红外线人体感应控制语音系统的研究[J]. 科学技术与工程,2008,8(7):1798-1801.

作者简介：王希（2002-），女，汉族，内蒙古锡林郭勒人，大连科技学院本科在读，研究方向：交通运输。

基金项目：2022年大连科技学院大学生创新创业训练计划项目“盲人辅助过街的自动感应杆设计”