基于GIS的盲人语音导航系统设计分析

巫明焱,程武学

(四川师范大学 西南土地资源评价与监测教育部，四川 成都 610068)



基于GIS的盲人语音导航系统设计分析

巫明焱,程武学

(四川师范大学 西南土地资源评价与监测教育部，四川 成都 610068)

摘要：指出了盲人是一个特殊的社会群体，盲人的日常生活需要借助其他媒介感知和判断周围的空间事物从而实现其需求，盲人最大的需求就是交通出行。针对此需求，提出了盲人GIS的设计与开发课题。通过将GIS与盲人生活实际结合起来，利用GIS和语音导航，以及最新的导航技术，设计了辅助盲人日常生活的盲人地理信息系统。详细阐述了盲人GIS的设计与各功能的实现过程，并分析了实现系统各功能的关键部分。

关键词：地理信息系统；盲人语音导航；空间定位；盲人GIS

1引言

目前，盲人的基数不断增加，已经成为极受关注的社会问题。在世界范围内，有2.85亿人在视觉上受损，其中大约3000万人完全失明，还有2亿多人弱视[1]。盲人的日常生活活动都需要移动，他们的行走安全问题备受关注[2]。目前盲人的主要出行方式还是依靠传统的盲道和手杖，因此设计一个能为盲人日常生活服务的盲人导航系统，并且为他们的生活提供基本的辅助是一个比较可行的方案。

2盲人GIS需求分析

视觉是获取信息的主要感觉器官，对于视力障碍者来说，不能或很难判断周围物体间的相对关系和位置，造成生活中的诸多不便[3]。

盲人生活的基本需求主要有以下几个方面。首先，因为视力障碍，盲人需要能有个实体帮助其进行路径判断，为其活动提供较为准确的导航；其次，盲人需要针对所处环境进行感知，当遇到紧急情况或者危险时，能够有较明显的危险提示与帮助；再次，能够及时的和家属亲人反馈自己的位置，并且能够轻松自如的和家属沟通与联系；最后，能够有生活的辅助帮助，以解决日常生活的小问题。

盲人的生活需求就是能够借助外来设备的帮助，进行正常的生活和日常活动出行，使其能够独立地处理自己的事务。盲人GIS的需求就是根据盲人的生活需求而确定的[4]。

3盲人GIS分析

系统家人端主要是方便盲人家属对于盲人的日常进行及时地管理和查询。分析主要是结合家人亲属的实际生活的需求而进行的。首先，家人需要及时掌握盲人的所在位置，及时了解其所处状况；其次，系统要能够提供更加便捷的与亲属通话与联系的方式；再次，系统要能够提供及时地查询前往盲人所在位置的路线，以便有意外的时候能够迅速地到达目的地；最后，系统需要具有提供更便捷的了解生活基本情况的功能，比如公交线路查询、天气查询、某些部门工作时间等。

系统盲人端需要结合实际盲人实际生活需求，能够及时地帮助盲人判断当前所处位置，并且以语音的形式迅速告知盲人。一旦盲人需要前往下个目的地时，系统能够迅速定位，并且寻找去往目的地的最佳路径方式，并且全程以盲人的步行速度给盲人路径导航。当盲人遇到危险或者路径偏移时，系统能够及时地以语音结合振动的方式提醒盲人，并且能够方便盲人及时地以语音形式和家属联系。最后，系统能够方便盲人以语音的形式查询生活的基本信息，比如天气状况、部门工作时间等。

4系统设计

4.1系统设计思路与结构

盲人GIS的设计是结合所有前人的研究理论技术，结合GIS技术，利用编程实现的一种软件系统。该系统的开发能够更好地为广大的盲人服务。系统亲人管理部分主要为其家人服务和使用。此部分通过登录数据库的形式使家人账号与盲人的识别号绑定，及时地实现对于家属的追踪。因目前网络技术较为发达，该部分关键理论是WebGIS技术，主要利用Super MapiClient 7C(2015) for Java Script插件结合ASP和JAVASCRIPT技术网络编程实现。系统盲人部分主要是为盲人提供便捷准确的服务。因此，结合目前安卓智能手机较为普遍，此部分利用Android编程技术实现。主要利用SuperMapiMobile 7C(2015) for Android插件结合Android技术编程实现，手机通过蓝牙和振动结合的方式准确的为盲人服务。系统功能结构如图1所示。

4.2系统设计原则

盲人GIS以为盲人提供实际帮助为目标，实现为盲人的日常活动提供基本的辅助。系统设计实现的原则如下。

(1)从数据的角度，亲属和盲人端应该通过唯一的识别建立联系。数据需要由统一的数据库进行存储和管理，应当要满足识别码变动以进行相应的调整。

(2)从功能的角度，系统功能实现以简洁实用为原则。将系统主要有用的功能准确的实现，盲人端务求实用性，家人端务求准确和美观。

(3)从性能的角度，系统需要具有一定的稳定性和可恢复性，能满足多用户同时操作，具有一定的优化和调整方案。

另外，系统采用分层的策略实现，系统按照3层分层的设计原则，将系统分为数据层、业务层、展示层。数据层，完成对数据的调用以及处理，为业务层提供服务；业务层，实现对于软件所有功能的实现处理流程；展示层，实现用户对于地图数据的直观观察，并反应其家人对于盲人的地理位置获知需求的直观定位显示[5]。系统分层策略如图2所示。

图2　盲人GIS分层策略

4.3系统功能设计

结合盲人和其家属的需求分析和系统分析，家人端的主要功能有：定位盲人当前位置、最佳路线查询、亲属及时通话、盲人危险一键报警、生活基本辅助。家人端的主要功能有：所在位置定位、目的地路线查询、目的地语言导航、危险提示、亲属电话呼叫、危险语言报警、生活语音辅助[6]。系统设计见图3、4所示。

图3　家人端设计

图4　盲人端设计

5盲人GIS详细设计

5.1数据库设计

盲人GIS依托于大量的数据，这些数据都需要依赖于数据库的管理与存储。因此，数据库是系统的核心，有了数据库才能完成盲人GIS的开发与实现。这些大量的数据都存储在系统的数据库，便于家人端和盲人端及时对于数据的访问[7]。因此，盲人GIS开发时，需要先定义服务器数据库，实现数据存储和管理后，才能进行数据的及时访问，给软件系统提供基本的数据支撑。主要数据如表1所示。

表1　数据库系统

5.2界面设计

系统登录界面主要由系统LOGO和账户名、密码登录框构成，另外设计了新用户注册和忘记密码链接。当用户将账户名和密码输入后，点击登录按钮，页面自动和服务器数据库连接，当验证身份合理后，才会自动跳转到系统界面，否则显示提示密码错误，身份不合法。登录界面如图5、6所示。

图5　家人端登录界面

图6　盲人端登录界面

5.3语音模块设计

系统设计的前提是实现语音模块的设计，系统预先将语音模块写成一个语音库，在实现各功能时，分别调用该库的所有内容，实现每个功能模块的语音服务识别。语音库的实现采用调用谷歌VOICE 语音接口，实现基础的语音功能，分别在库中实现相应系统需要的方法，比如接收语音指令的方法、处理语音的方法、功能实现的方法、指令语音反馈的方法。把所有的方法封装成库，以便后续的功能进行调用，完成系统对于盲人功能的实现。

系统语音模块的设计是系统的核心，设计时考虑的因素较多，其实现的基本流程是检查设备是否存在Google语音搜索，然后设置监听，调用Google语音接口、语音处理，处理响应反馈、语音合成输出。

5.4系统实现设计

家人端主要实现的功能由盲人定位、路线查询、语音通话、生活助手组成。系统实现主界面如图7、8所示。

盲人端主要是预装在盲人设备的软件系统，主要实现对于盲人日常活动的导航与辅助。该部分以语音模块为依托，系统所有功能都依靠语音实现[8]。系统实现界面如图7、8所示。

6结论

盲人导航是一个备受关注的关键问题。盲人GIS的设计就是利用GIS技术和多项相关技术的结合，实现盲人出行的导航和相关辅助。通过盲人GIS的设计，基本实现了家人端的智能化管理和盲人端自主的语音导航和辅助服务[9]。

图7　家人端系统主界面

图8　盲人端主界面

通过该次的研究与设计：①系统实现了对盲人位置的定位，及时为盲人及家属提供所处的位置，盲人亲人更方便及时管理家属；②系统实现了为盲人提供语音服务功能。根据盲人指令，实现系统功能的操作，并且能够为盲人提供基础的路径语音导航，方便盲人的日常生活出行；③及时的提醒盲人，纠正他们的错误路线，保证了盲人的安全；④提供了盲人和家属间的通话，能够及时便捷的通话；⑤提供了便捷的生活辅助，方便他们的生活。盲人GIS能够实现对于盲人的日常活动的辅助，基本满足盲人活动的需求。因此，盲人GIS系统具有其可靠性和可行性。随系统的改进与完善，一定能够更好地为更多的盲人群体服务。

参考文献：

[1]SHAHRABADI S, MORENO M, RODRLGVES J I, et al. Computer vision and GIS for the navigation of blind persons in buildings[J]. Universal Access in the Information Society, 2014,14(1): 67～80.

[2]王冠生,郑江华,瓦哈甫·哈力克,等. 基于Haptic技术的盲人辅助路径诱导服务研制[J]. 电子技术应用,2012,05:145～148.

[3]H Fernandes,N Conceição,H Paredes, et al. Providingaccessibility to blind people using GIS[J]. Universal Access in the Information Society,2011,11(4): 399～407.

[4]王冠生.基于 Haptic 和空间认知的盲人路径诱导服务研究[D].乌鲁木齐：新疆大学,2013:21～21.

[5]徐建哲,沈芳阳,邓静,等.三层结构及其应用实例研究[J].广东工业大学学报,2003(4):78～86.

[6]齐跃.基于3G和GIS的盲人导航系统构建[J].电脑与电信.2010(5):48～49.

[7]王珊，萨师煊.数据库系统概论[M].北京：高等教育出版社，2006:4.

[8]韩娜.基于 RFID 的盲人导航系统设计与实现[D].长春：吉林大学.2012:1～43.

[9]SALAH B, BETTAYEB M, LARBI. A Navigation Aid for Blind People[J]. Journal ofIntelligent &RoboticSystems,2011,64(3-4):387～400.

Design and Research of Voice Navigation System for the Blind Based on GIS

Wu Mingyan,Cheng Wuxue

(KeyLaboratoryoftheEvaluationandMonitoringofSouthwestLandResources,MinistryofEducation,Chengdu610068,P.R.China)

Abstract:The blind is a special group of society. they need other media to perceive and judge things aroundand fullfill their demands. Their biggest demand is intransportation. Under this demand, we proposed the design of Blind GIS in this paper. Combiningwith the reality of life and using of GIS and voice navigation and relating with the latest achievements of navigation, we designed this Blind GIS system to assist the blind. This paper introduced a complete detailed description of the design and implementation of this system. And it introduced the key part of this system.Finally, it made analysis and summary about the key technology.

Key words:geographicinformation system;the blindvoicenavigation;spatial location; Blind GIS

收稿日期：2016-04-06

基金项目：国家自然科学基金(编号：41371125)；四川省教育厅重点项目(编号：13ZA0148)

作者简介：巫明焱(1992—)，男，四川师范大学西南土地资源评价与监测教育部硕士研究生。 通讯作者：程武学(1980—)，男，副教授，主要从事林业及国土遥感等相关学科教学与研究工作。

中图分类号：TN96；TP319

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2016)10-0222-04