基于Haptic技术的盲人辅助路径诱导服务研制

摘 要： 针对盲人具有敏锐于常人的触觉资源，综合应用GPS、GIS和Haptic(震动)等技术，开发研制了一种盲人路径诱导新模式。该模式向盲人提供路口等关键节点和偏离规划路径两种情况下的差异性震动，具有抗噪声干扰、反馈及时和高有效性等优点,具有很高的使用价值。
关键词： 路径诱导； Android API； 震动； 盲人

盲人作为社会上一类特殊群体，如何让他们能够更安全地独立行走[1]，越来越受到世界各国学者的关注和重视。目前已经研制了多种盲人辅助路径诱导工具，特别是近年来越来越人性化的导盲系统的研发,使盲人可以更好地享受数字生活。盲杖作为行动辅助工具被广泛地采用，但由于行动上的诸多受限使得使用者面临很大挑战。现在导盲市场上电子导盲设备类较为常见，通过声音信号进行提示的盲人语音提示系统[2]，采用超声波对障碍物、路面变化情况等进行探测。佛罗里达大学(University of Florida)Ran研制了适合室内、室外的视障者行动导盲装置[3]，由该设备测量系统探测障碍物的位置后, 通过语音提示盲人达到路径诱导避障目的；日本山梨大学(University of Yamanashi)研制了一种智能手推车ROTA(Robotic Travel Aid)[4]，该款小车高1 m，重60 kg，配备视觉传感器和声音传感器，能够识别路标、交通信号灯等，并能引导盲人穿过马路，遇到问题会与服务中心取得联系。但这些器具不但使用不便,而且造价也相当昂贵，不适合普通消费者使用。陈美銮等采用超声测距、语音提示的方式设计了智能盲人导行仪[5]；贺菊方等将超声波转化为声波的方式设计帮助盲人行走、识别障碍物的电子装置[6]。基本上都属于语音导盲范畴,存在难以克服的弱点与不足。
随着电子计算机技术的快速发展，各种新式的、更加人性化的导盲系统逐渐涌入导盲市场，宁志刚等设计的新型盲人导行识别系统[7]利用GPS(Global Positioning System)定位、超声测距、图像识别方法进行语音提示导盲；何婧等设计的听觉引导助盲系统[8]；徐珠宝等基于Windows Mobile平台下设计的盲人导航软件系统[9]等。但这类产品也都是基于声音达到路径诱导功能的目的，当环境噪嘈杂中时，语音的功效可能会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锐于常人的触觉资源研讨了震动技术，并为其对触觉资源产生的影响进行了探索。为此，本文尝试性地将震动技术结合GPS、GIS等技术运用到Android系统的智能手机平台上,开发研制了一种盲人路径诱导新模式，使其具有抗噪声干扰、反馈及时和高有效性等优点，弥补了语音导盲在特定环境下弱点和不足。在实现过程中可以与日益成熟的语音导盲集成使用，为盲人出行提供更安全、更人性化的辅助工具。
1 系统的开发平台与开发环境
1.1 Android平台简介
目前智能手机的主流操作系统主要有Symbian、iPhone和Android。Android是Google于2007年底发布的基于Linux开放性内核的手机操作系统平台，2008年9月T-Mobile正式发布了第一款Android智能手机T-Mobile G1[13]。Android与Symbian、iPhone相比具有如下显著特点[14]：(1)真正开发；(2)应用程序相互平等；(3)应用程序之间沟通无界限。
1.2 系统开发环境
Android SDK支持多种集成开发环境IDE（Integrated Development Environment），因为Eclipse与Android SDK集成最好，而且Eclipse是完全开源的，本开发采用Eclipse与Android SDK集成环境。硬件平台选择运行Android操作系统和内置GPS模块的Google Legend智能手机,软件开发语言使用Java。
2 系统的设计与实现
2.1 系统设计目标及思路
本软件系统的总体设计目标是给无法获得视觉信息的盲人用户，在行走时提供差异性震动而进行路径诱导，使其高效、及时、准确地向正确的方向行走，具体设计如图1所示。

2.2 系统基本框架
在分析通用导航系统的结构框架基础上，结合本系统软件的预期实现目标，设计并初步实现了系统的基本框架，由提取经纬度信息的GPS模块、盲人专用小区域叠加电子地图、地图匹配模块、寻径模块、差异震动提示模块和人机交互界面等模块组成。如图2所示。

2.3 系统工作原理

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