基于Haptic技術的盲人輔助路徑誘導服務研制

摘 要： 針對盲人具有敏銳于常人的觸覺資源，綜合應用GPS、GIS和Haptic(震動)等技術，開發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鍵節點和偏離規劃路徑兩種情況下的差異性震動，具有抗噪聲干擾、反饋及時和高有效性等優點,具有很高的使用價值。

關鍵詞： 路徑誘導； Android API； 震動； 盲人

盲人作為社會上一類特殊群體，如何讓他們能夠更安全地獨立行走[1]，越來越受到世界各國學者的關注和重視。目前已經研制了多種盲人輔助路徑誘導工具，特別是近年來越來越人性化的導盲系統的研發,使盲人可以更好地享受數字生活。盲杖作為行動輔助工具被廣泛地采用，但由于行動上的諸多受限使得使用者面臨很大挑戰?，F在導盲市場上電子導盲設備類較為常見，通過聲音信號進行提示的盲人語音提示系統[2]，采用超聲波對障礙物、路面變化情況等進行探測。佛羅里達大學(University of Florida)Ran研制了適合室內、室外的視障者行動導盲裝置[3]，由該設備測量系統探測障礙物的位置后, 通過語音提示盲人達到路徑誘導避障目的；日本山梨大學(University of Yamanashi)研制了一種智能手推車ROTA(Robotic Travel Aid)[4]，該款小車高1 m，重60 kg，配備視覺傳感器和聲音傳感器，能夠識別路標、交通信號燈等，并能引導盲人穿過馬路，遇到問題會與服務中心取得聯系。但這些器具不但使用不便,而且造價也相當昂貴，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音導盲范疇,存在難以克服的弱點與不足。

隨著電子計算機技術的快速發展，各種新式的、更加人性化的導盲系統逐漸涌入導盲市場，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、圖像識別方法進行語音提示導盲；何婧等設計的聽覺引導助盲系統[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。但這類產品也都是基于聲音達到路徑誘導功能的目的，當環境噪嘈雜中時，語音的功效可能會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資源研討了震動技術，并為其對觸覺資源產生的影響進行了探索。為此，本文嘗試性地將震動技術結合GPS、GIS等技術運用到Android系統的智能手機平臺上,開發研制了一種盲人路徑誘導新模式，使其具有抗噪聲干擾、反饋及時和高有效性等優點，彌補了語音導盲在特定環境下弱點和不足。在實現過程中可以與日益成熟的語音導盲集成使用，為盲人出行提供更安全、更人性化的輔助工具。

1 系統的開發平臺與開發環境

1.1 Android平臺簡介

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年底發布的基于Linux開放性內核的手機操作系統平臺，2008年9月T-Mobile正式發布了第一款Android智能手機T-Mobile G1[13]。Android與Symbian、iPhone相比具有如下顯著特點[14]：(1)真正開發；(2)應用程序相互平等；(3)應用程序之間溝通無界限。

1.2 系統開發環境

Android SDK支持多種集成開發環境IDE（Integrated Development Environment），因為Eclipse與Android SDK集成最好，而且Eclipse是完全開源的，本開發采用Eclipse與Android SDK集成環境。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,軟件開發語言使用Java。

2 系統的設計與實現

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法獲得視覺信息的盲人用戶，在行走時提供差異性震動而進行路徑誘導，使其高效、及時、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現目標，設計并初步實現了系統的基本框架，由提取經緯度信息的GPS模塊、盲人專用小區域疊加電子地圖、地圖匹配模塊、尋徑模塊、差異震動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，根據用戶輸入的起點、終點，經查詢路徑后，首先在Google Map地圖上顯示最適路徑信息，在用戶行走的過程中，再根據所在的路徑節點信息及讀取的GPS模塊提供的當前經緯度信息，實時判斷是否偏離路徑或到達下一路口節點，震動模塊提供差異性震動進行路徑誘導，如圖3所示。

2.4 系統核心模塊開發

在整個系統的設計與開發過程中，核心模塊主要包括GPS的經緯度信息采集、在谷歌電子地圖上自制疊加地圖數據、尋徑和差異震動提示模塊。下面將對其設計與實現進行詳細介紹。

2.4.1 GPS的經緯度信息采集

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，通過手機上的GPS功能，用戶可以精確地確定自己的地理位置。

Android SDK提供了GPS API，利用LocationManager類的對象提供了位置服務，隨著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LocationManager添加一個LocationListener監聽器，用來判斷GPS坐標的改變，一旦坐標改變則調用OnLocationChanged()方法動態且實時取得當前的Location對象，在這個對象中包含了經緯度坐標值。

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，Google就看到了其巨大應用潛力的位置服務，并將Google地圖的成功經驗帶入Android系統中。在開發中通過申請獲取Google Map API Key把Google Map服務整合到Android平臺下。在基于Google Map的導航應用中，提供了駕車、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，鑒于本模式開發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、線以及實心圓等簡單的圖形式顯示。