視障乘客地鐵出行系統設計*
——以福州地鐵為例

陳木真

（福州職業技術學院，福建 福州 350108）

目前，針對視障者出行的研究主要圍繞著穿戴式智能導向產品如視氪眼鏡[1]、百度新專利盲人導航眼鏡、智能導盲杖[2]和導盲智能機器人[3]展開，它們大多將視覺信息通過攝像頭、GPS 定位技術、超聲波定位測距技術、站內藍牙定位技術、Wi-Fi 指紋定位[3]技術等轉換成聽覺或觸覺信息，而這些技術存在著定位精度差、安全性能差、靈活性差、僅考慮交互設計、價格高昂等問題，對視障人群的特殊需求并沒有真正考慮到。隨著智能手機的普及，視障者通過讀屏軟件也可以像正常人一樣使用手機進行視頻通話、聽書、瀏覽網頁以及購物等，類似的軟件有小艾助視器、訊飛心智無障礙助手、云瞳（視障者版） 等，因此視障者通過智能手機進行導航也能得以實現。

但市場上大部分智能手機的導航軟件并不能精準地對室內空間進行定位，尤其是地鐵車站多層次結構地下空間的精確位置定位，且針對視障者版本的智能手機所開發設計的室內導航系統尚未成熟，尤其像地鐵車站環境復雜。因此，本研究擬通過將二維碼語音導航和射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID） 技術相結合，設計一款可實現視障乘客獨立乘坐地鐵的導航系統，為視障群體鋪好“互聯網盲道”，打開互聯網新“視”界的大門，讓其享受到地鐵出行快速便捷的乘車體驗，實現無障礙通行。

1 視障人士出行現狀

盲人群體是一種特殊的弱勢群體，而我國又是全球盲人人數最多的國家。據有關部門統計，截至2022年，我國視障人數高達1800 萬人，與正常人的比例約為1∶100。由于出行帶來的不便，約30%的視障者幾乎常年居家很少出門，而15%的視障者只在居住地周邊短距離出行。他們出行主要依托導盲犬、盲道和導盲杖，能提供導盲服務的合格導盲犬僅有200 只；而盲道作為城市無障礙設施服務視障者出行，卻經常出現斷層或被無故占用、毀壞等現象，已經嚴重限制了視障者的安全出行；隨著智能技術的飛速發展，普通的導盲杖已經不能滿足視障者的出行需求，目前在網購平臺上銷售的電子導盲杖主要依靠超聲波測距和語音震動提醒來實現導盲避障，探測距離在3 m 以內，此類電子導盲杖還具備遙控尋仗、閃光警示、計時器等功能，但唯獨沒有導航功能，且僅限戶外使用，不可在室內環境下使用。

2 系統需求分析

2.1 安全保障提升需求

盲道磚表面圖案布局具有特殊含義，從福州地鐵1 號線和2 號線實地調研發現，車站內鋪設的盲道磚主要有兩種造型：一種是并排的長條形凸起代表行進盲道磚，一般在長距離直線上連續鋪設；另一種是平鋪的圓點凸起代表提示警醒盲道磚，一般在轉角或者平路的終點進行鋪設。首先實地調研發現行進盲道磚和警醒盲道磚的鋪設位置在地鐵車站內都存在著錯亂的情況。其次在盲道建設方面存在不利于視障乘客安全出行的現象，包括部分地鐵車站地面進站口的行徑盲道設計不合理，路面盲道經常被共享單車或電動自行車占道停放；個別出站口無障礙電梯的室外殘疾人通道斜坡未鋪設盲道；盲道未能提示換乘路線；局部轉折處、進站地鐵安檢處局部盲道出現斷層；地下車站下水道上方鋪設的不銹鋼盲道易導致滑倒等。

2.2 信息化水平提升需求

據了解，目前視障乘客可以借助智能手機軟件與在線志愿者進行實時連線，要求其幫忙在線導航或讀取銀行卡賬號等。其中，小艾幫幫和云瞳志愿者是目前使用人數較多的兩款云助盲軟件，除此之外還有國外的Be My Eyes，但該軟件存在境外服務器適配、網絡不穩定等問題而不受青睞。云助盲存在的最大問題就是視障用戶和志愿者之間的信任問題和軟件安全性問題，以及視障用戶在撥打求助熱線時經常未能在第一時間獲得志愿者的救助問題。

2.3 服務水平提升需求

在乘客出行服務方面，福州地鐵推出在線愛心預約服務，視障乘客出行時可通過“e 福州”APP進行愛心預約，預約界面顯示了乘車時間、乘車人數、進出站車站、聯系人及手機號。據了解，視障乘客進入地鐵站經安檢后需要前往站廳層客服中心處，向地鐵站務員出示有效期內的殘疾人證后，從邊門放行。需要多位福州“小茉莉”志愿者進行多對一的服務，這對調配人員數量、旅客的總體滿意度和服務水平都會產生一定的壓力，導致人手緊張。而本文設計的系統在一定程度上能夠實現視障乘客在沒有工作人員陪同的情況下獨自乘坐地鐵，進一步改變了地鐵建設和管理思想，優化人力資源配置，有效提升地鐵智能化管理水平。

3 系統架構與功能設計

3.1 系統架構

通過將RFID 技術與二維碼語音導航相結合，在導盲線路上使用RFID 技術進行實時精準定位，在語音導航方面通過二維碼和語音交互技術相結合實現實時語音播報導航。系統架構包括5 個層次，分別為基礎層、數據層、服務層、應用層、表現層（見圖1）。站內高精度定位模塊、實時定位技術、應用功能以及配套硬件構成了視障乘客地鐵出行系統。

圖1 系統架構圖

基礎層在整個系統中為信號傳輸奠定了通信基礎，主要包括云服務器和RFID 標簽等硬件設備，為系統服務運行和站內定位提供良好的通信環境。

數據層是盲道RFID 標簽識別、二維碼掃碼以及定位的基礎，主要包含地鐵站內盲道路線數據、站內定位及路網數據、公共設施位置信息數據等。站內盲道布局數據是通過現場測量后生成的CAD圖紙點位數據；站內定位數據是以站內5G 通信設備為依托的位置數據；站內路網數據是站內乘客通行路線信息；公共設施位置信息數據包括服務設施、導向設施、文化設施等具體位置信息數據和包含名稱信息在內的車站公共設施數據[4]。

服務層是系統在調用數據層數據進行查詢統計后，為應用層提供地鐵站盲道走線數據的基礎服務，是系統實現無障礙通行的核心層。服務界面主要包含導盲路線生成服務、語音搜索服務、站內空間人員定位和站內空間路算服務。

應用層是整個系統的對外服務窗口，實現整個系統的功能，用于盲道路線的提醒和接收導盲杖的輸入數據，讓視障乘客感受智慧乘車體驗。主要功能包括盲道地圖、語音導航、導盲杖實時定位、二維碼導覽。

表現層擁有視障乘客可直接接觸到的具體終端設備，包括具備RFID 的標簽和可掃描二維碼的導盲杖、語音播放器、耳機等終端設備。視障乘客通過移動端獲得盲道路線進行實時語音導航、公共設施語音搜索查詢與路徑規劃等服務。

3.2 功能設計

3.2.1 盲道地圖功能

系統需要配備RFID 電子標簽、RFID 閱讀器和通信天線，才能實現盲道地圖功能，三者缺一不可。把相關信息預先寫入RFID 電子標簽，包括地鐵站內的空間布局、公共設施等路況信息；視障乘客隨身攜帶的導盲杖中安裝了RFID 閱讀器，可以借助導盲杖閱讀器，在行走盲道時讀取電子標簽中的信息，使視障乘客能夠實時有效地進行讀??；地鐵站內外均鋪設了通信天線及相關硬件設備和軟件系統。

視障乘客進站乘車盲道路線見圖2。視障者選擇搭乘地鐵，進站盲道路線從室外人行盲道開始，由地鐵車站各出入口進站，通過乘坐地面無障礙電梯或者公共扶梯進入站廳非付費區，到達站廳層。站廳層盲道依次經過安檢通道、殘疾人通道，視障乘客進入到站廳付費區。隨后跟隨盲道指引，視障乘客搭乘站廳層的無障礙電梯下至站臺層，站臺層電梯出口的盲道直接與站臺第一節車廂屏蔽門連接，視障乘客到達候車點進行無障礙乘車，反之出站。進出站的盲道路線依托于導盲磚下鋪設的電子標簽，因此路線較為固定單一，僅出站無需經過安檢通道，而是行至站廳層的客服中心旁的邊門進行無障礙通行。

圖2 視障乘客進站乘車盲道路線

3.2.2 語音導航功能

視障乘客由于視力缺陷，沒有辦法像正常人一樣操作手機，因此語音播報是實現導盲的關鍵所在，但目前市面上為其設置的導航APP 在操作上都不盡如人意[5]。本文擬通過語音交互技術，實現盲人語音錄入目的地，通過語音獲知當前位置信息進行步行導航，還可以通過語音提示避開前方的障礙物。同時對系統上需要觸碰的按鈕進行特殊化處理，將所有按鈕放大，增加觸摸震動反饋功能，降低盲人操作的誤觸率，優化了盲人的使用體驗。

語音導航功能在視障乘客搭乘地鐵出行時能夠及時進行語音糾錯提醒，當視障乘客出行偏航時可及時進行語音制止并重新規劃路線，可在一定形式上保障視障乘客的出行安全，從而體驗到智慧乘車的便利。

3.2.3 導盲杖實時定位功能

據觀察，視障群體使用導盲杖的方式是通過左右平掃確定前方障礙物及盲道磚造型。因此，導盲杖的頭部裝有RFID 閱讀器，在信號傳遞過程中往往會發生標簽碰撞，即視障乘客使用本系統導盲杖在識別區域內讀取到兩個或兩個以上磚內RFID 電子標簽的路況信息時，造成信號阻塞碰撞，最終導致標簽不能成功被讀取[6]?；谶@一問題，通過語音糾錯提醒視障乘客前進的方向和距離，能夠最大限度地避免由于標簽誤讀現象導致的乘車路線偏離情況的發生，從而有效地提高了標簽識別率，保障了視障人群的出行安全。

3.2.4 二維碼導覽功能

常見的二維碼是按一定規律編排的特定幾何圖形，利用深淺相間的顏色組合成圖像后用于記錄大量的數據信息。相對于條形碼所不具備的優勢，通過圖像照相技術或光電掃描技術實現對二維碼的識讀，使之能夠通過數字化轉碼存儲具有較強糾錯防污能力的文字、聲音、圖像、視頻等信息[7]。加之目前福州地鐵站內已實現的5G 網絡全覆蓋以及智能設備的普及為本系統的信息化建設奠定堅實基礎。預先在草料QR（Quick Response） 碼生成器中編入設置好的盲道路線，生成QR 碼，在QR 碼和深度學習下生成路線信息并轉化為語音信號，進行語音交互。視障乘客通過導盲杖前置攝像頭識別盲道上的二維碼讀取路線信息后，戴上耳機便可體驗無障礙語音交互導航功能。若視障乘客乘車過程中發生路線偏航的情況，系統將進行語音提醒并重新生成路線完成導航。

4 預期效果

本系統標簽鋪設方案為每個盲道磚附帶一張電子標簽。據實地調研發現，福州地鐵采用的盲道磚規格為40 cm×30 cm。正常成人步距為50～60 cm，視障乘客步距為30 cm 左右，因此本研究將電子標簽鋪設在每個盲道磚下，以保證導盲路線不間斷。車站電子盲道的實現是通過將標簽與盲道磚連為一體，因此標簽布置在磚塊的不同位置都會影響到標簽識別率。若是直接附著于盲道磚表面則易產生磨損消耗加大運營維護成本，由于RFID 標簽的穿透力強，對識別率的影響較小，因此本研究考慮將標簽鋪設在盲道磚下。視障乘客依靠導盲杖的尾部與盲道磚貼合前行，即本系統的閱讀器與標簽之間的實際識別距離只有盲磚的厚度，因此幾乎不受人體對射頻信號的阻隔。通過現場調研分析，為有效提高識別精度，導盲杖中選用射頻頻率為125 kHz 的閱讀器，其對RFID 標簽識別距離為5～10 cm，而盲道磚厚度大致在2～2.5 cm 之間，完全適用于本系統地鐵站內的盲道識別。

根據系統硬件選型及軟件應用，在導盲磚下鋪設低頻125 kHz 無源電子標簽，導盲杖尾部裝有125 kHz RFID 閱讀器和可識別二維碼的攝像頭，導盲杖頭部設置具有盲文的功能按鈕、藍牙配對的耳機，實現語音交互提醒。視障乘客到達地鐵站后，手持本系統設計的智能導盲杖掃描盲道上的二維碼后，通過耳機獲得語音提醒前進方向和距離并且不斷平掃盲道磚，進行一步一個語音提醒（前進、左轉、右轉、向上、向下或止步） 的實時語音導航。當意外發生時，可以觸按導盲杖上最大的緊急呼救按鈕，通過按鈕與地鐵車站的車控室進行通話，車控室工作人員通過閉路電視（Closed Circuit Television，CCTV） 得知視障乘客具體位置并第一時間前往救助。

5 結束語

通過試驗，本文設計的視障乘客地鐵出行系統在一定程度上使視障乘客獨立乘坐地鐵得以實現。在“互聯網+”時代下，讓視障群體體驗“互聯網盲道”，打開互聯網新“視”界的大門，對其安全出行具有重要意義。本次研究雖能讓視障乘客獨立乘坐地鐵成為可能，但仍存在不足之處：一是本系統未依靠視障人群使用的智能手機終端軟件進行開發設計，而是直接通過手持導盲杖進行智能化設計，具有一定的技術局限性；二是實時性問題，高精度和低延時需要保證視障乘客在較慢的速度下前進，不適用在過快的行進速度下使用。上述不足之處將在后續的課題研究中不斷進行完善及改進。