基于GIS的盲人語音導航系統設計分析

巫明焱,程武學

(四川師范大學 西南土地資源評價與監測教育部，四川 成都 610068)

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基于GIS的盲人語音導航系統設計分析

巫明焱,程武學

(四川師范大學 西南土地資源評價與監測教育部，四川 成都 610068)

摘要：指出了盲人是一個特殊的社會群體，盲人的日常生活需要借助其他媒介感知和判斷周圍的空間事物從而實現其需求，盲人最大的需求就是交通出行。針對此需求，提出了盲人GIS的設計與開發課題。通過將GIS與盲人生活實際結合起來，利用GIS和語音導航，以及最新的導航技術，設計了輔助盲人日常生活的盲人地理信息系統。詳細闡述了盲人GIS的設計與各功能的實現過程，并分析了實現系統各功能的關鍵部分。

關鍵詞：地理信息系統；盲人語音導航；空間定位；盲人GIS

1引言

目前，盲人的基數不斷增加，已經成為極受關注的社會問題。在世界范圍內，有2.85億人在視覺上受損，其中大約3000萬人完全失明，還有2億多人弱視[1]。盲人的日常生活活動都需要移動，他們的行走安全問題備受關注[2]。目前盲人的主要出行方式還是依靠傳統的盲道和手杖，因此設計一個能為盲人日常生活服務的盲人導航系統，并且為他們的生活提供基本的輔助是一個比較可行的方案。

2盲人GIS需求分析

視覺是獲取信息的主要感覺器官，對于視力障礙者來說，不能或很難判斷周圍物體間的相對關系和位置，造成生活中的諸多不便[3]。

盲人生活的基本需求主要有以下幾個方面。首先，因為視力障礙，盲人需要能有個實體幫助其進行路徑判斷，為其活動提供較為準確的導航；其次，盲人需要針對所處環境進行感知，當遇到緊急情況或者危險時，能夠有較明顯的危險提示與幫助；再次，能夠及時的和家屬親人反饋自己的位置，并且能夠輕松自如的和家屬溝通與聯系；最后，能夠有生活的輔助幫助，以解決日常生活的小問題。

盲人的生活需求就是能夠借助外來設備的幫助，進行正常的生活和日常活動出行，使其能夠獨立地處理自己的事務。盲人GIS的需求就是根據盲人的生活需求而確定的[4]。

3盲人GIS分析

系統家人端主要是方便盲人家屬對于盲人的日常進行及時地管理和查詢。分析主要是結合家人親屬的實際生活的需求而進行的。首先，家人需要及時掌握盲人的所在位置，及時了解其所處狀況；其次，系統要能夠提供更加便捷的與親屬通話與聯系的方式；再次，系統要能夠提供及時地查詢前往盲人所在位置的路線，以便有意外的時候能夠迅速地到達目的地；最后，系統需要具有提供更便捷的了解生活基本情況的功能，比如公交線路查詢、天氣查詢、某些部門工作時間等。

系統盲人端需要結合實際盲人實際生活需求，能夠及時地幫助盲人判斷當前所處位置，并且以語音的形式迅速告知盲人。一旦盲人需要前往下個目的地時，系統能夠迅速定位，并且尋找去往目的地的最佳路徑方式，并且全程以盲人的步行速度給盲人路徑導航。當盲人遇到危險或者路徑偏移時，系統能夠及時地以語音結合振動的方式提醒盲人，并且能夠方便盲人及時地以語音形式和家屬聯系。最后，系統能夠方便盲人以語音的形式查詢生活的基本信息，比如天氣狀況、部門工作時間等。

4系統設計

4.1系統設計思路與結構

盲人GIS的設計是結合所有前人的研究理論技術，結合GIS技術，利用編程實現的一種軟件系統。該系統的開發能夠更好地為廣大的盲人服務。系統親人管理部分主要為其家人服務和使用。此部分通過登錄數據庫的形式使家人賬號與盲人的識別號綁定，及時地實現對于家屬的追蹤。因目前網絡技術較為發達，該部分關鍵理論是WebGIS技術，主要利用Super MapiClient 7C(2015) for Java Script插件結合ASP和JAVASCRIPT技術網絡編程實現。系統盲人部分主要是為盲人提供便捷準確的服務。因此，結合目前安卓智能手機較為普遍，此部分利用Android編程技術實現。主要利用SuperMapiMobile 7C(2015) for Android插件結合Android技術編程實現，手機通過藍牙和振動結合的方式準確的為盲人服務。系統功能結構如圖1所示。

4.2系統設計原則

盲人GIS以為盲人提供實際幫助為目標，實現為盲人的日常活動提供基本的輔助。系統設計實現的原則如下。

(1)從數據的角度，親屬和盲人端應該通過唯一的識別建立聯系。數據需要由統一的數據庫進行存儲和管理，應當要滿足識別碼變動以進行相應的調整。

(2)從功能的角度，系統功能實現以簡潔實用為原則。將系統主要有用的功能準確的實現，盲人端務求實用性，家人端務求準確和美觀。

(3)從性能的角度，系統需要具有一定的穩定性和可恢復性，能滿足多用戶同時操作，具有一定的優化和調整方案。

另外，系統采用分層的策略實現，系統按照3層分層的設計原則，將系統分為數據層、業務層、展示層。數據層，完成對數據的調用以及處理，為業務層提供服務；業務層，實現對于軟件所有功能的實現處理流程；展示層，實現用戶對于地圖數據的直觀觀察，并反應其家人對于盲人的地理位置獲知需求的直觀定位顯示[5]。系統分層策略如圖2所示。

圖2　盲人GIS分層策略

4.3系統功能設計

結合盲人和其家屬的需求分析和系統分析，家人端的主要功能有：定位盲人當前位置、最佳路線查詢、親屬及時通話、盲人危險一鍵報警、生活基本輔助。家人端的主要功能有：所在位置定位、目的地路線查詢、目的地語言導航、危險提示、親屬電話呼叫、危險語言報警、生活語音輔助[6]。系統設計見圖3、4所示。

圖3　家人端設計

圖4　盲人端設計

5盲人GIS詳細設計

5.1數據庫設計

盲人GIS依托于大量的數據，這些數據都需要依賴于數據庫的管理與存儲。因此，數據庫是系統的核心，有了數據庫才能完成盲人GIS的開發與實現。這些大量的數據都存儲在系統的數據庫，便于家人端和盲人端及時對于數據的訪問[7]。因此，盲人GIS開發時，需要先定義服務器數據庫，實現數據存儲和管理后，才能進行數據的及時訪問，給軟件系統提供基本的數據支撐。主要數據如表1所示。

表1　數據庫系統

5.2界面設計

系統登錄界面主要由系統LOGO和賬戶名、密碼登錄框構成，另外設計了新用戶注冊和忘記密碼鏈接。當用戶將賬戶名和密碼輸入后，點擊登錄按鈕，頁面自動和服務器數據庫連接，當驗證身份合理后，才會自動跳轉到系統界面，否則顯示提示密碼錯誤，身份不合法。登錄界面如圖5、6所示。

圖5　家人端登錄界面

圖6　盲人端登錄界面

5.3語音模塊設計

系統設計的前提是實現語音模塊的設計，系統預先將語音模塊寫成一個語音庫，在實現各功能時，分別調用該庫的所有內容，實現每個功能模塊的語音服務識別。語音庫的實現采用調用谷歌VOICE 語音接口，實現基礎的語音功能，分別在庫中實現相應系統需要的方法，比如接收語音指令的方法、處理語音的方法、功能實現的方法、指令語音反饋的方法。把所有的方法封裝成庫，以便后續的功能進行調用，完成系統對于盲人功能的實現。

系統語音模塊的設計是系統的核心，設計時考慮的因素較多，其實現的基本流程是檢查設備是否存在Google語音搜索，然后設置監聽，調用Google語音接口、語音處理，處理響應反饋、語音合成輸出。

5.4系統實現設計

家人端主要實現的功能由盲人定位、路線查詢、語音通話、生活助手組成。系統實現主界面如圖7、8所示。

盲人端主要是預裝在盲人設備的軟件系統，主要實現對于盲人日常活動的導航與輔助。該部分以語音模塊為依托，系統所有功能都依靠語音實現[8]。系統實現界面如圖7、8所示。

6結論

盲人導航是一個備受關注的關鍵問題。盲人GIS的設計就是利用GIS技術和多項相關技術的結合，實現盲人出行的導航和相關輔助。通過盲人GIS的設計，基本實現了家人端的智能化管理和盲人端自主的語音導航和輔助服務[9]。

圖7　家人端系統主界面

圖8　盲人端主界面

通過該次的研究與設計：①系統實現了對盲人位置的定位，及時為盲人及家屬提供所處的位置，盲人親人更方便及時管理家屬；②系統實現了為盲人提供語音服務功能。根據盲人指令，實現系統功能的操作，并且能夠為盲人提供基礎的路徑語音導航，方便盲人的日常生活出行；③及時的提醒盲人，糾正他們的錯誤路線，保證了盲人的安全；④提供了盲人和家屬間的通話，能夠及時便捷的通話；⑤提供了便捷的生活輔助，方便他們的生活。盲人GIS能夠實現對于盲人的日常活動的輔助，基本滿足盲人活動的需求。因此，盲人GIS系統具有其可靠性和可行性。隨系統的改進與完善，一定能夠更好地為更多的盲人群體服務。

參考文獻：

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

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[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

基金項目：國家自然科學基金(編號：41371125)；四川省教育廳重點項目(編號：13ZA0148)

作者簡介：巫明焱(1992—)，男，四川師范大學西南土地資源評價與監測教育部碩士研究生。 通訊作者：程武學(1980—)，男，副教授，主要從事林業及國土遙感等相關學科教學與研究工作。

中圖分類號：TN96；TP319

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944(2016)10-0222-04