面向视力残疾人的室内导航系统的研究与实现

摘要

作为与日常生活息息相关的基础设施，办公楼、购物中心、地铁站、机场、医院等大型建筑物的内部结构日益复杂，使得人们在其中经常迷路或很难快速找到目的地，而对有视力障碍的人来说，这一问题显得更为突出。因此，研发一套针对视力残疾人的室内导航系统是很有必要的。
　　本文针对视力残疾人这一群体的特殊性，提出了一种根据视力残疾人的无障碍需求进行室内快速导航的系统。首先在大型建筑物的一些重要地理位置（如门、墙壁的拐角、楼梯的入口处）布设NFC标签，由此构建的NFC标签网络可以辅助用户进行精确的定位。在确定了用户的起始点和目的地之后，本文提出的导航系统可以快速地计算出最优的（最适合视力残疾人的）路线。该系统由服务器和客户端两部分组成:服务器部分主要包含构建室内地图和计算最优路径两部分工作，客户端提供TalkBack无障碍支持，通过语音将计算出的路径提示给用户，并指导用户到达目的地。
　　本文的一个核心问题就是构建室内地图。考虑到很多大型建筑物都有对应的CAD图，并有相应的组织对该图进行维护，为避免耗费大量的人力、物力进行室内地图数据的采集，本文从CAD图出发并结合视力残疾人的空间认知构建基于拓扑模型的室内地图。
　　在构建室内地图的基础之上，本文深入分析了影响视力残疾人室内出行的六个主要因素，并采用层次分析法得出了这些因素对路径权值的影响权重，给出了计算路径综合权值的公式。基于该综合权值，使用Dijkstra算法得出了最优路径。
　　最后，本文基于上述核心技术，设计了一套客户端一服务器架构的面向视力残疾人的室内导航系统，并在Android平台上做了实现。通过对系统的各个模块和整体的测试以及真实环境下的试用，证明了本系统的完整性、稳定性和有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 研究意义与目的

1．3 论文组织

1．4 本章小结

第2章 相关技术综述

2．1 无障碍研究综述

2．1．1 物理环境的无障碍研究

2．1．2 虚拟世界的无障碍研究

2．1．3 Android系统的无障碍支持

2．2 室内导航系统综述

2．2．1 室内地图

2．2．2 室内定位方法

2．2．3 导航算法

2．3 多目标决策方法综述

2．3．1 多目标决策问题及其特点

2．3．2 多目标决策的经典方法

2．4 其他相关技术

2．4．1 DXF格式

2．4．2 NFC

2．5 本章小结

第3章 基于拓扑模型的室内地图构建

3．1 拓扑模型

3．2 CAD关键元素提取

3．2．1 坐标系

3．2．2 数据预处理

3．2．3 元素提取

3．3 基于盲人空间认知的室内地图建模

3．3．1 盲人的空间认知

3．3．2 节点标注

3．3．3 链接建立

3．3．4 节点间可达性验证

3．4 拓扑模型展示

3．5 本章小结

第4章 基于综合权值的最优路径计算

4．1 影响视力残疾人室内出行的主要因素

4．1．1 链接沿墙距离

4．1．2 链接自由距离

4．1．3 链接中的直角弯数

4．1．4 链接中的非直角弯数

4．1．5 链接中的楼梯数

4．1．6 链接中的电梯数

4．2 各因素的无量纲化处理

4．3 基于层次分析法的路径权值的确定

4．3．1 层次分析法

4．3．2 层次分析法模型的确定

4．5 本章小结

第5章 基于NFC的室内导航系统的实现

5．1 室内导航系统架构

5．2 导航服务器实现

5．2．1 导航服务器架构

5．2．2 导航请求处理

5．3 Android客户端实现

5．3．1 客户端架构

5．3．2 客户端状态转换

5．4 室内导航系统部署以及效果展示

5．4．1 系统参数

5．4．2 系统部署

5．4．3 效果展示

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

附录 室内环境中视力残疾人出行的影响因素调查问卷

参考文献

致谢