基于Haptic技術(shù)的盲人輔助路徑誘導服務(wù)研制

摘 要： 針對盲人具有敏銳于常人的觸覺(jué)資源，綜合應用GPS、GIS和Haptic(震動(dòng))等技術(shù)，開(kāi)發(fā)研制了一種盲人路徑誘導新模式。該模式向盲人提供路口等關(guān)鍵節點(diǎn)和偏離規劃路徑兩種情況下的差異性震動(dòng)，具有抗噪聲干擾、反饋及時(shí)和高有效性等優(yōu)點(diǎn),具有很高的使用價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 路徑誘導； Android API； 震動(dòng)； 盲人

盲人作為社會(huì )上一類(lèi)特殊群體，如何讓他們能夠更安全地獨立行走[1]，越來(lái)越受到世界各國學(xué)者的關(guān)注和重視。目前已經(jīng)研制了多種盲人輔助路徑誘導工具，特別是近年來(lái)越來(lái)越人性化的導盲系統的研發(fā),使盲人可以更好地享受數字生活。盲杖作為行動(dòng)輔助工具被廣泛地采用，但由于行動(dòng)上的諸多受限使得使用者面臨很大挑戰?，F在導盲市場(chǎng)上電子導盲設備類(lèi)較為常見(jiàn)，通過(guò)聲音信號進(jìn)行提示的盲人語(yǔ)音提示系統[2]，采用超聲波對障礙物、路面變化情況等進(jìn)行探測。佛羅里達大學(xué)(University of Florida)Ran研制了適合室內、室外的視障者行動(dòng)導盲裝置[3]，由該設備測量系統探測障礙物的位置后, 通過(guò)語(yǔ)音提示盲人達到路徑誘導避障目的；日本山梨大學(xué)(University of Yamanashi)研制了一種智能手推車(chē)ROTA(Robotic Travel Aid)[4]，該款小車(chē)高1 m，重60 kg，配備視覺(jué)傳感器和聲音傳感器，能夠識別路標、交通信號燈等，并能引導盲人穿過(guò)馬路，遇到問(wèn)題會(huì )與服務(wù)中心取得聯(lián)系。但這些器具不但使用不便,而且造價(jià)也相當昂貴，不適合普通消費者使用。陳美鑾等采用超聲測距、語(yǔ)音提示的方式設計了智能盲人導行儀[5]；賀菊方等將超聲波轉化為聲波的方式設計幫助盲人行走、識別障礙物的電子裝置[6]?；旧隙紝儆谡Z(yǔ)音導盲范疇,存在難以克服的弱點(diǎn)與不足。

隨著(zhù)電子計算機技術(shù)的快速發(fā)展，各種新式的、更加人性化的導盲系統逐漸涌入導盲市場(chǎng)，寧志剛等設計的新型盲人導行識別系統[7]利用GPS(Global Positioning System)定位、超聲測距、圖像識別方法進(jìn)行語(yǔ)音提示導盲；何婧等設計的聽(tīng)覺(jué)引導助盲系統[8]；徐珠寶等基于Windows Mobile平臺下設計的盲人導航軟件系統[9]等。但這類(lèi)產(chǎn)品也都是基于聲音達到路徑誘導功能的目的，當環(huán)境噪嘈雜中時(shí)，語(yǔ)音的功效可能會(huì )大大降低甚至失去作用。AMEMIYA T [10]、YAO H Y [11]、JACOB R[12]等人基于盲人具有敏銳于常人的觸覺(jué)資源研討了震動(dòng)技術(shù)，并為其對觸覺(jué)資源產(chǎn)生的影響進(jìn)行了探索。為此，本文嘗試性地將震動(dòng)技術(shù)結合GPS、GIS等技術(shù)運用到Android系統的智能手機平臺上,開(kāi)發(fā)研制了一種盲人路徑誘導新模式，使其具有抗噪聲干擾、反饋及時(shí)和高有效性等優(yōu)點(diǎn)，彌補了語(yǔ)音導盲在特定環(huán)境下弱點(diǎn)和不足。在實(shí)現過(guò)程中可以與日益成熟的語(yǔ)音導盲集成使用，為盲人出行提供更安全、更人性化的輔助工具。

1 系統的開(kāi)發(fā)平臺與開(kāi)發(fā)環(huán)境

1.1 Android平臺簡(jiǎn)介

目前智能手機的主流操作系統主要有Symbian、iPhone和Android。Android是Google于2007年底發(fā)布的基于Linux開(kāi)放性?xún)群说氖謾C操作系統平臺，2008年9月T-Mobile正式發(fā)布了第一款Android智能手機T-Mobile G1[13]。Android與Symbian、iPhone相比具有如下顯著(zhù)特點(diǎn)[14]：(1)真正開(kāi)發(fā)；(2)應用程序相互平等；(3)應用程序之間溝通無(wú)界限。

1.2 系統開(kāi)發(fā)環(huán)境

Android SDK支持多種集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE（Integrated Development Environment），因為Eclipse與Android SDK集成最好，而且Eclipse是完全開(kāi)源的，本開(kāi)發(fā)采用Eclipse與Android SDK集成環(huán)境。硬件平臺選擇運行Android操作系統和內置GPS模塊的Google Legend智能手機,軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言使用Java。

2 系統的設計與實(shí)現

2.1 系統設計目標及思路

本軟件系統的總體設計目標是給無(wú)法獲得視覺(jué)信息的盲人用戶(hù)，在行走時(shí)提供差異性震動(dòng)而進(jìn)行路徑誘導，使其高效、及時(shí)、準確地向正確的方向行走，具體設計如圖1所示。

2.2 系統基本框架

在分析通用導航系統的結構框架基礎上，結合本系統軟件的預期實(shí)現目標，設計并初步實(shí)現了系統的基本框架，由提取經(jīng)緯度信息的GPS模塊、盲人專(zhuān)用小區域疊加電子地圖、地圖匹配模塊、尋徑模塊、差異震動(dòng)提示模塊和人機交互界面等模塊組成。如圖2所示。

2.3 系統工作原理

系統的工作原理：主程序運行后載入地圖，根據用戶(hù)輸入的起點(diǎn)、終點(diǎn)，經(jīng)查詢(xún)路徑后，首先在Google Map地圖上顯示最適路徑信息，在用戶(hù)行走的過(guò)程中，再根據所在的路徑節點(diǎn)信息及讀取的GPS模塊提供的當前經(jīng)緯度信息，實(shí)時(shí)判斷是否偏離路徑或到達下一路口節點(diǎn)，震動(dòng)模塊提供差異性震動(dòng)進(jìn)行路徑誘導，如圖3所示。

2.4 系統核心模塊開(kāi)發(fā)

在整個(gè)系統的設計與開(kāi)發(fā)過(guò)程中，核心模塊主要包括GPS的經(jīng)緯度信息采集、在谷歌電子地圖上自制疊加地圖數據、尋徑和差異震動(dòng)提示模塊。下面將對其設計與實(shí)現進(jìn)行詳細介紹。

2.4.1 GPS的經(jīng)緯度信息采集

本系統使用的Google Legend手機內置支持步行模式的GPS模塊，采用Serf star III芯片組,連接方式為RS232串口，通過(guò)手機上的GPS功能，用戶(hù)可以精確地確定自己的地理位置。

Android SDK提供了GPS API，利用LocationManager類(lèi)的對象提供了位置服務(wù)，隨著(zhù)位置的變化可以使應用程序周期性地獲取設備位置數據的更新，具體方法是為L(cháng)ocationManager添加一個(gè)LocationListener監聽(tīng)器，用來(lái)判斷GPS坐標的改變，一旦坐標改變則調用OnLocationChanged()方法動(dòng)態(tài)且實(shí)時(shí)取得當前的Location對象，在這個(gè)對象中包含了經(jīng)緯度坐標值。

2.4.2 在谷歌電子地圖上自制疊加地圖數據

Android系統剛剛起步時(shí)，Google就看到了其巨大應用潛力的位置服務(wù)，并將Google地圖的成功經(jīng)驗帶入Android系統中。在開(kāi)發(fā)中通過(guò)申請獲取Google Map API Key把Google Map服務(wù)整合到Android平臺下。在基于Google Map的導航應用中，提供了駕車(chē)、公交、步行三種模式(不包含盲人導航模式)，即便是最精細的步行地圖模式對于小區域(如某小區或校園)的數據也是很不完善的，鑒于本模式開(kāi)發(fā)利用的是小區域地圖數據供系統測試，考慮到地圖表達的正確性和準確性，自制地圖數據疊加到Google Map上，以點(diǎn)、線(xiàn)以及實(shí)心圓等簡(jiǎn)單的圖形式顯示。