Способ ориентирования пользователя с применением спутниковой системы навигации, без звуковых оповещений и визуального контроля продвижения по карте маршрута, и устройство для осуществления способа Российский патент 2017 года по МПК G01C21/20 

Изобретение относится к способам ориентирования людей в пространстве применением спутниковой системы навигации. Способ и реализующее его устройство предназначено для использование людьми ограниченными возможностями по зрению, Изобретение также применимо и для людей с нормальным зрением в ситуациях, когда невозможно или нежелательно отвлекаться от слежения за дорогой, переключая внимание на слежение по карте на дисплее или на голосовые команды, человеку за рулем машины, мотоцикла, велосипеда и другого транспортного средства, а также в ряде аналогичных.ситуаций для пеших пользователей.

GPS (глобальная система определения координат) и другие системы спутниковой навигации являются широко распространенными в качестве инструментов определения маршрута к заданному месту назначения. Используя спутниковые сигналы, система определяет координаты, в которых в настоящий момент находится транспортное средство. Эту информацию затем отображают на карте местности и используют для построения маршрута к выбранному пункту назначения.

Некоторые транспортные средства имеют встроенные устройства спутниковой навигации и для отображения карты маршрута и/или направления движения используют экран приборной панели, а также звуковые оповещения.

В настоящее время GPS-модулями также оснащаются персональные мобильные устройства - как дорогие функциональные аппараты, так и популярные недорогие смартфоны. Ориентирование осуществляется по электронным картам установленного в смартфон программного обеспечения, а управление, выбор маршрута, контроль местоположения осуществляется с помощью сенсорного дисплея мобильного устройства. Ориентирование по картам с помощью системы GPS и смартфона доступно большинству пользователей.

Однако совершенно очевидно, что для людей с ограниченными возможностями по зрению устройства ориентирования с применением визуального контроля продвижения по маршруту являются затруднительными или неприемлемыми.

Известна система Touch & Go - GPS-навигатор для слепых [https://geektimes.ru/post/66162/], использующая спутниковую систему навигации и специальный прибор, носимый на запястье, плече или поясе. На специальном «экране» прибора местность отображается выпуклостями и впадинками. Стрелка указывает направление, в котором должен двигаться пользователь, ориентирование сопровождается голосовыми сообщениями, передаваемыми через наушники. Недостатком системы является дополнительная опасность для незрячих, вызванная необходимостью получать звуковые сообщения через наушники, поскольку тем самым незрячий человек лишается возможности слышать звуки вокруг себя, в том числе звуки, предвещающие возникновение опасности (звук приближающегося автомобиля, звуковая команда светофора, запрещающая переход и т.д). Таким образом, замена визуального контроля на аудиоконтроль не решает проблему, поскольку для людей с ослабленным зрением только тактильные ощущения являются наиболее эффективными при ориентировании.

Известна Технология тактильного отклика Taptic Engine, используемая в смарт-часах Apple Watch [http://lapplebi.com/aksessuary/2175-taptic-engine-s-tehnologiey-taktilnogo-otklika-glavnaya-fishka-apple-watch.html], принятая в качестве прототипа способа. Технология реализуется с помощью устройства, носимого на запястье, внешне напоминающего часы на браслете и снабженного сенсорным экраном. Технология Taptic Engine задействована во всех стандартных приложениях. Когда пользователь получает уведомление, поворачивает колесо Digital Crown или нажимает на дисплей, он ощущает тактильный контакт - разный для каждого типа действия. Механизм Taptic Engine сигнализирует, таким образом, о каких-либо событиях. Характер тактильных прикосновений отличается настолько, что пользователь способен распознавать разные типы сигнала. Навигационное GPS приложение «Карты» может отправлять владельцу часов уведомления о том, куда надо повернуть в тот или иной момент. При этом сигналы для поворота влево-вправо будут разными. Тактильное касание запястья осуществляется с помощью привода линейного перемещения. Основным недостатком прототипа является сложность аппаратно-программного исполнения, поскольку технология реализована на основе специально разработанного устройства. Кроме того, использование одного вибротактильного излучателя предполагает наличие целого набора кодированных тактильных воздействий для разных ситуаций, в которых достаточно сложно ориентироваться, а, следовательно, при применении приложения "карты", легко допустить ошибку при распознании сигнала, и, соответственно, можно направиться не в ту сторону. Такая технология предполагает наличие визуального контроля по дисплею.

В качестве прототипа второго объекта изобретения выбрано Устройство ориентирования для людей с ограниченными возможностями по зрению, описанное в патенте на полезную модель РФ №120567, опубл. 27.09.2012. Устройство содержит сенсор, определяющий расстояния до окружающих предметов в заданном направлении и передающий информацию на блок-преобразователь, преобразующий сигналы о расстояниях, полученных с сенсора в совокупность электрических импульсов, которые поступают на вибротактильную матрицу, содержащую набор вибротактильных элементов, частота работы которых пропорциональна расстоянию от сенсора до препятствия. Основание с матрицами закрепляется на теле человека с помощью опоясывающих крепежных ремней. Основным недостатком устройства является возможность с помощью тактильных ощущений ориентироваться в пространстве только в отношении предметов, находящихся на близком расстоянии, доступном для слежения сенсором на основе web-камер. Устройство не позволяет ориентироваться по картам - по проложенному маршруту от начальной точки до конечной.

В основу изобретения поставлена задача расширения арсенала средств и создание нового способа ориентирования пользователя и реализующего способ устройства, позволяющего следовать по маршруту, проложенному по электронной навигационной карте. Достигаемый технический результат - обеспечение возможности пространственного ориентирования при передвижении пользователя по маршруту, проложенному на электронной карте, без визуального контроля на дисплее самого передвижения.

Заявляемый способ ориентирования пользователя характеризуется тем, что основан на применении:

- спутниковой системы навигации,

- мобильного устройства с открытой операционной системой с установленным навигационным программным обеспечением, включая обновляемые навигационные электронные карты, оснащенного модулем приема и обработки сигналов от спутников систем навигации и модулем приема/передачи данных, использующим технологии беспроводной связи,

- устройства ориентирования пользователя, представляющего собой держатель вибротактильных излучателей, в котором размещены модуль приема/передачи данных, использующий технологии беспроводной связи, вибротактильные излучатели, задающие код направления движения пользователя, блок управления вибротактильными излучателями на основе обработки информации, поступающей от модуля приема/передачи данных.

В способе с помощью мобильного устройства определяют начальную точку или вводят информацию о начальной точке маршрута, вводят информацию о конечной точке маршрута и прокладывают маршрут по навигационной электронной карте, от спутников принимают на модуль приема и обработки сигналов навигационные информационные сообщения о координатах, обрабатывают информацию о продвижении пользователя по маршруту. При возникновении необходимости изменения направления следования в соответствии с проложенной карой маршрута, или при отклонения пользователя от заданного маршрута и возникновении необходимости корректировки направления его перемещения, навигационное программное обеспечение, используя встроенный в мобильное устройство модуль приема/передачи данных, посылает на модуль приема/передачи устройства ориентирования управляющую команду, содержащую информацию для блока управления вибротактильными излучателями, который формирует сигнал управления на тот вибротактильный излучатель, вибрация которого сигнализирует пользователю о необходимости изменения направления движения на направление, соответствующее коду вибротактильного излучателя.

Заявляемое устройство ориентирования пользователя, предназначенное для реализации способа, характеризуется тем, что представляет собой держатель вибротактильных излучателей, в котором размещены модуль приема/передачи данных, использующий технологии беспроводной связи, вибротактильные излучатели, задающие код направления движения, блок управления вибротактильными излучателями на основе обработки информации, поступающей от модуля приема/передачи данных, а также содержит источник питания и разъем для осуществления зарядки источника питания.

Держатель вибротактильных излучателей может представлять собой плотно охватывающий туловище пояс, или плотно охватывающий запястье браслет.

Количество вибротактильных излучателей - не менее 2х. В контексте данной заявки термин "код направления движения пользователя" означает, например, для схемы с четырьмя излучателями: излучатель А - движение вперед, излучатель Б - движение вправо, излучатель В - движение назад, излучатель Г - движение влево.

Для того, чтобы лучше продемонстрировать отличительные особенности изобретения, в качестве примера, не имеющего какого-либо ограничительного характера, ниже описан вариант реализации способа с применением браслета с четырьмя излучателями, обеспечивающего реализацию. Пример описан в реализации с применением технологии беспроводной связи Bluetooth и в системе навигации GPS. Однако возможна реализация с применением технологии Wi-Fi вместо Bluetooth и в системе навигации Глонасс, а не в GPS, или любых других технологий, применимых для этих целей. Все описанное в примере относимо не только к браслету, но и к поясу.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором схематично представлена система, реализующая способ, и устройство ориентирования - браслет. Электронная схема реализации устройства ориентирования не является предметом настоящего изобретения.

На чертеже обозначено:

1. спутник системы навигации GPS,

2. браслет,

3. вибротактильные излучатели,

4. встроенный в браслет модуль приема/передачи данных, использующий технологии беспроводной связи, далее: модуль беспроводной связи браслета,

5. встроенный в браслет блок управления вибротактильными излучателями на основе обработки информации, поступающей от встроенного в браслет модуля приема/передачи,

6. источник питания (аккумуляторная батарея),

7. разъем для осуществления зарядки источника питания (например, microUSB или miniUSB),

8. мобильное устройство с открытой операционной системой (смартфон, планшет или другое устройство, применимое для этих целей), далее - мобильное устройство, с установленным навигационным программным обеспечением (включая обновляемые навигационные электронные карты), оснащенное модулем приема и обработки сигналов со спутников систем GPS (далее - модуль навигации) и модулем приема/передачи данных, использующим технологии беспроводной связи (например Bluetooth) - далее: модуль беспроводной связи,

9. определение и контроль направления движения после срабатывания вибротактильных излучателей (после получения вибрационного воздействия на кожный покров пользователя: А - вперед, Б - вправо В - назад, Г – влево.

В качестве мобильного устройства 8 применен смартфон, снабженный открытой операционной системой, с установленным навигационным программным обеспечением, модулем приема и обработки сигналов со спутников систем - модуль навигации GPS и модулем приема/передачи данных, использующим технологии беспроводной связи (модуль Bluetooth смартфона.). При этом может использоваться как обычный смартфон, так и смартфон, адаптированный для людей с ограниченными возможностями по зрению [https://www.youtube.com/watch?v=QHwgNfSSu7g]

Браслет имеет встроенные вибротактильные излучатели 3, модуль 4 беспроводной связи браслета, и блок 5 управления вибротактильными излучателями. Вибротактильные излучатели 3 встроены в браслет таким образом, что вибрирующая поверхность расположена на внутренней стороне браслета, которая может быть снабжена специальными метками. Конструкция браслета обеспечивает плотный охват запястья, а соответственно хороший контакт излучающей поверхности излучателей с кожным покровом запястья. Само расположение излучателей по окружности браслета несет в себе код направления движения пользователя (вперед, назад, вправо, влево). В качестве вибротактильных излучателей возможно применение электромеханических устройств (эксцентрическая вращающаяся масса с двигателем), элекромагнитных, а также пьезоэлектрических вибраторов, электроактивных полимеров или сплавов с памятью формы.

Способ реализуется следующим образом. При запуске программы мобильное устройство определяет местоположение пользователя, координаты которого принимаются за начальную точку маршрута. В случае, если местоположение пользователя не совпадает с начальной точкой маршрута, пользователь вручную, с помощью сенсорного экрана для зрячего человека или, в случае применения смартфона для незрячих, с помощью клавиатуры со шрифтом Брайля либо голосом (при наличии в смартфоне возможности распознавания голосовых команд), вводит географические координаты исходной и конечной точек маршрута, либо соответствующие названия улицы/дома (адрес). Навигационное программное обеспечение смартфона прокладывает маршрут в соответствии с введенной пользователем информацией и производит отслеживание местоположения пользователя относительно маршрута, получая координаты местоположения пользователя от модуля навигации, принимающего сигналы от спутников системы навигации GPS. При возникновении необходимости изменения направления следования (поворот вправо или влево, повернуть назад) в соответствии с проложенной картой маршрута, или при отклонении пользователя от заданного маршрута (вместо того, чтобы идти прямо, пользователь повернул в сторону) и возникновении необходимости корректировки направления перемещения пользователя, навигационное программное обеспечение, используя встроенный в смартфон модуль Bluetooth, посылает команду о необходимости активации того или иного вибротактильного излучателя на модуль 4 (модуль Bluetooth) браслета, который передает полученную информацию на блок 5 управления вибротактильными излучателями. В соответствии с полученной информацией блок 5 управления вибротактильными излучателями активирует тот вибротактильный излучатель, который отвечает за корректировку или подтверждение того направления, которое необходимо соблюдать для достижения заданной пользователем точки маршрута по мере его передвижения в пути на данном участке маршрута. Ощутив вибрацию излучателя, пользователь получает информацию о необходимости скорректировать направление своего движения относительно проложенного маршрута в направлении, соответствующем коду излучателя, при этом вибрация излучателя соответствующая коду "движение вперед" означает, что пользователь движется в соответствии с проложенным маршрутом. Блок управления 5 способен регулировать частоту вибрации или силу вибрации в зависимости от того, насколько велик угол расхождения между реальным направлением движения и направлением движения по заданному маршруту.

Система отслеживает перемещение пользователя, "сверяя" направление перемещения с заданным маршрутом вплоть до достижения пользователем конечной точки маршрута. Правильность направления движения и его изменение (контроль) осуществляется без визуального наблюдения за экраном смартфона. Для зарядки элементов браслета используется аккумулятор 6, снабженный соответствующим microUSB или miniUSB разъемом 7.

Таким образом, заявленный способ, основанный на применении вибротактильного эффекта, обеспечивает навигацию без звуковых оповещений и без визуального отслеживания по карте на дисплее правильности следования пользователя по выбранному маршруту. Способ использует современные и широко распространенные средства коммуникации, а оригинальное устройство ориентирования имеет достаточно простую конструкцию и удобно в применении.

Изобретение относится к навигационному приборостроению и может найти применение в системах ориентирования подвижных объектов на основе применения спутниковых систем навигации. Технический результат – расширение функциональных возможностей. Для этого в способе с помощью мобильного устройства определяют начальную точку или вводят информацию о начальной точке маршрута, а также в вводят информацию о конечной точке маршрута и прокладывают маршрут по навигационной электронной карте, от спутников принимают на модуль приема и обработки сигналов навигационные информационные сообщения о координатах, обрабатывают информацию о продвижении пользователя по маршруту и при возникновении необходимости изменения направления следования в соответствии с проложенной картой маршрута или при отклонении пользователя от заданного маршрута и возникновении необходимости корректировки направления его перемещения на блок управления вибротактильными излучателями подается команда, в соответствии с которой формируется сигнал управления на тот вибротактильный излучатель, вибрация которого сигнализирует пользователю о необходимости изменения направления движения на направление, соответствующее коду вибротактильного излучателя. Блок ориентирования пользователя представляет собой носитель вибротактильных излучателей, в котором размещены модуль приема/передачи данных, использующий технологии беспроводной связи, вибротактильные излучатели, задающие код направления движения, блок управления вибротактильными излучателями на основе обработки информации, поступающей от модуля приема/передачи данных, а также источник питания и разъем для осуществления зарядки источника питания. При этом применение вибротактильного эффекта обеспечивает навигацию без звуковых оповещений и без визуального отслеживания по карте на дисплее правильности следования по выбранному маршруту. В результате предлагаемый способ и реализующее его устройство могут быть использованы людьми с ограниченными возможностями по зрению. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ ориентирования пользователя, характеризующийся тем, что основан на применении:

- спутниковой системы навигации,

- мобильного устройства с открытой операционной системой с установленным навигационным программным обеспечением, включая обновляемые навигационные электронные карты, оснащенного модулем приема и обработки сигналов от спутников систем навигации и модулем приема/передачи данных, использующим технологии беспроводной связи,

- устройства ориентирования пользователя, представляющего собой носитель вибротактильных излучателей, в котором размещены модуль приема/передачи данных, использующий технологии беспроводной связи, вибротактильные излучатели, задающие код направления движения пользователя, блок управления вибротактильными излучателями на основе обработки информации, поступающей от модуля приема/передачи данных.

при котором с помощью мобильного устройства определяют начальную точку или вводят информацию о начальной точке маршрута, а также вводят информацию о конечной точке маршрута и прокладывают маршрут по навигационной электронной карте, от спутников принимают на модуль приема и обработки сигналов навигационные информационные сообщения о координатах, обрабатывают информацию о продвижении пользователя по маршруту и при возникновении необходимости изменения направления следования в соответствии с проложенной картой маршрута или при отклонении пользователя от заданного маршрута и возникновении необходимости корректировки направления его перемещения навигационное программное обеспечение, используя встроенный в мобильное устройство модуль приема/передачи данных, посылает на модуль приема/передачи устройства ориентирования управляющую команду, содержащую информацию для блока управления вибротактильными излучателями, который формирует сигнал управления на тот вибротактильный излучатель, вибрация которого сигнализирует пользователю о необходимости изменения направления движения на направление, соответствующее коду вибротактильного излучателя.

2. Устройство ориентирования пользователя, предназначенное для реализации способа по п. 1, характеризующееся тем, что представляет собой носитель вибротактильных излучателей, в котором размещены модуль приема/передачи данных, использующий технологии беспроводной связи, вибротактильные излучатели, задающие код направления движения, блок управления вибротактильными излучателями на основе обработки информации, поступающей от модуля приема/передачи данных.