基于視障學生視角的校園無障礙導盲系統應用探討

摘要：我國是世界上殘疾人口最多的國家，隨著國家的強盛，政府越來越重視特殊教育事業的發展，保障殘疾人受教育的權利，推動殘疾人融合發展，是特殊教育院校一直努力的宗旨。為殘障學生提供無障礙的教學環境，保障殘疾人最基本的出行安全，是實現殘疾人融合發展的重要條件。該研究以山東特殊教育職業學院（簡稱山東特教學院） 新校區部署的高精度定位導盲系統為案例，從視障學生的視角探討UWB（超寬帶） 技術在校園無障礙導盲中的應用效果。通過分析系統技術優勢、功能模塊及用戶體驗反饋，發現該系統通過亞米級精準定位、語音導航、電子圍欄等功能，顯著提升了視障學生的獨立出行能力。然而，復雜環境下的定位穩定性、跨樓層導航延遲等問題仍需優化。未來可通過多模態交互與人工智能技術進一步改進系統。該研究為特殊教育場景下的無障礙導盲系統優化提供了理論與實踐參考。

關鍵詞：無障礙環境；導盲系統；定向行走；視障學生；UWB

中圖分類號：TP311" " " 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）18-0092-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

1 研究背景及現狀

1.1 研究背景

在我國特殊教育體系中，“視障學生”指視力障礙學生，由于視力殘障因素，他們在日常出行和活動中都面臨復雜的環境挑戰。傳統導盲工具（如導盲杖、GPS導航） 可在開闊的戶外環境提供定位和導盲協助，但校園場景眾多、環境復雜，以上技術存在壁壘，不能滿足精準導航需求。

山東特殊教育職業學院新校區建設時，充分考慮校園環境和視力障礙學生的復雜情況，對比現有定位技術的優缺點，引入超寬帶（UWB） 高精度定位技術，該技術傳輸速率高、抗干擾性強、發送功率小，可在功耗、造價、精度、實時性、通信能力以及可擴展性等眾多方面滿足不同場景的定位應用，提供亞米級（可低至30厘米） 定位能力，為視障學生在校園的任意場景內定向行走指明方向。本研究以山東特殊教育職業學院為實踐對象，探討UWB導盲系統的實際應用效果，旨在為類似特殊教育院校的無障礙環境建設提供可行性路徑。

1.2 導盲技術研究現狀

諶小猛等人[1]研究指出：“定向行走的研究熱度呈上升趨勢，研究熱點包括出行與康復、輔助技術、空間認知以及視力障礙多重殘疾者等方面。未來應促進跨學科的研究和合作，并專注于定向行走輔助技術的開發和創新”[1]的結論。目前國內外主流的導盲設備主要為較為簡單的導盲手杖、穿戴式導盲設備、移動機器人式導盲設備等[2]，現有導盲設備大多依賴GPS或RFID，但較難在室內精確定位。GPS在室內無法使用，RFID射頻識別技術雖可以在室內使用，但其定位精度較低（5～10米） ，難以滿足視障學生的需求。UWB技術憑借其抗干擾性強、穿透能力高、定位精度可達厘米級等特性，成為室內外定位領域的研究熱點。本研究將重點探討運用UWB提升校園環境下的導盲精度與實時性。

2 UWB技術的優勢及應用

2.1 UWB技術的優勢

在定位技術領域，UWB（超寬帶） 與藍牙（Bluetooth） [3]、RFID（射頻識別） [4]、ZigBee[5]的特點如表1所示。

通過分析，可知UWB的核心優勢為：定位精度高、抗干擾性強、實時性好、應用場景適配性高等。

2.2 基于UWB技術的無障礙導盲系統功能探討

無障礙智慧校園高精定位導航系統采用目前國內外最先進的UWB精準定位基站系統，為整個校園提供類似GPS導航的網絡覆蓋。UWB的高精度和強抗干擾能力可確保視障學生在復雜校園環境中（如人流密集區、樓梯間、室外園區） 實現連續、穩定、安全的導航。此外，UWB的低功耗特性也保障了設備的長期使用，符合實際應用中的續航要求。

高精定位導盲系統由定位管理系統和導盲App兩部分組成。該系統可實現校園精準導航、身份識別、軌跡回放、實時監測等功能，綜合時空數據和用戶行為形成統一數據庫，深度分析視障學生在校的各類數據。App與導盲標簽配合使用，內置2D/3D地圖，支持無障礙模式。室內外導航均可通過語音提示途經地點及方位、轉彎角度、沿途規避區域等信息，精準無障礙導航至目標地點；支持跨樓層導航，通過自適應算法和混合定位技術規劃上下樓梯及電梯路線并做出提醒；精準提示通過出入口信息、信號、地圖及語音提示順暢無卡頓，切換時長不超過5秒鐘。

3 無障礙導盲系統用戶體驗與評估

3.1 用戶體驗反饋

為深入了解用戶體驗，研究者從山東特殊教育職業學院在校的203名視障學生（129名男生、74名女生） 中，按1/10的比例選取20名視障學生（13名男生、7名女生） 進行用戶體驗訪談，訪談內容包括使用無障礙導盲系統前后的體驗、優點、缺點等方面，總結訪談結果如下：

1） 以前視障學生在開放的校園環境中大多依靠導盲杖、盲道、觸摸或聽聲辨位等傳統方式出行時，在路線規劃、障礙規避、環境判斷等方面都存在一定困難。例如，從宿舍到教室的固定路線，傳統方式大約需要12～15分鐘，尤其在轉彎、上下樓時耗費較多時間，行走速度較慢。使用校園無障礙導盲系統后，導航實時播報路況，跨樓層導航、電梯/樓梯路線切換、語音轉向角度提示（如“右轉30度”） 等提供精準導航，使視障學生的行走速度顯著提升，在同樣路線上的用時縮短至5～8分鐘，減少了出行時間，同時降低了磕碰、迷路等風險。

2） 新校區建設期間，因施工等原因部分區域暫時無法通行，無障礙導盲系統及時劃分了危險區域，視障學生可隨時在手機App上查詢自己的活動范圍和需要注意安全的區域。當視障學生途經危險區域時，系統會發出警示，提醒視障學生不要靠近，以免磕碰受傷，潛在風險得到有效降低。

3） 在使用無障礙導盲系統時，用戶只須佩戴一個無線定位微標簽并與手機App賬號綁定即可使用，攜帶非常方便?？ㄆm航時間長達1個月，避免了頻繁充電的困擾。此外，App的個性化功能對視障學生非常友好，可以調節語速、震動和蜂鳴提醒，還兼容屏幕閱讀器，支持手勢操作，方便視障學生觸控。

4） 無障礙導盲App的穩定性需要進一步提高，有時存在賬號閃退、登錄失敗、無信號、播報延遲卡頓等情況。此外，視障學生在登錄時也經常因看不清而輸錯密碼等個人原因導致登錄失敗。

3.2 功能適用性評估

作為輔助視障學生適應校園無障礙通行的工具，無障礙導盲系統的功能比較完善。從訪談中得出以下結論，如表2所示。

3.3 實際應用案例

案例選定同年入校且對學院環境熟悉情況相當的兩位大二視障男生進行測試，共同從同一宿舍出發前往學院圖書館三樓盲文閱讀區。其中，視障學生甲使用無障礙導盲系統，視障學生乙使用傳統的導盲方式（導盲杖、盲道、觸摸、聽聲辨位等） 。兩人同時出發，視障學生甲輸入目的地后，系統根據當前定位規劃出最優路徑，并對轉彎、電梯/樓梯切換等做了提示，如“直行20米后左轉”“右轉15米后有電梯”等；視障學生乙借助盲道、盲杖、觸摸等方式直接出發。案例中，視障學生甲行進速度平穩快速，途經轉彎處、建筑物門口及電梯口時稍作停頓，全程用時約8分鐘；視障學生乙行進速度快慢不一，在無障礙直行路段速度較快，途經轉彎處、建筑物附近時會有短暫遲疑，須借助其他手段來判斷路線，全程用時約15分鐘。通過實際場景應用發現，使用無障礙導盲系統出行全程耗時較傳統方式縮短46%。

4 系統現存問題與改進建議

4.1 技術層面問題

1） 復雜環境定位穩定性：由于學院食堂、超市等屬于金屬結構密集區域，多徑效應增強，易因信號衰減導致定位漂移0.5～1米，影響視障學生實際導航精度。

2） 跨樓層切換延遲：因電梯信號覆蓋不足、垂直網絡點位布點角度偏差等因素，導致App在樓層切換或信號切換區域提示延遲5～8秒。

4.2 用戶體驗優化建議

1） 增加多模態交互：在學院食堂、圖書館等大型場館位置布設若干藍牙發射器，結合藍牙信標等方式輔助定位，增強定位精度，彌補UWB信號盲區。

2） 優化語音播報：在導航時，應增加環境細節描述（如“右側為無障礙通道”等） ，方便視障學生更清晰準確地了解路線周邊環境，及時做出正確判斷。

3） 離線模式開發：無障礙導盲系統完全依賴于網絡信號，當網絡中斷時，設備將無法使用，應增加預加載或離線地圖下載等數據功能，利用手持終端傳感器融合算法進行慣性導航補償，以應對網絡中斷場景下無障礙導盲功能的使用。

4.3 管理及服務延伸

在實際應用中，發現很多視障學生對于設備的操作存在困難，需要由“特殊教育教師+人機交互工程師+支持團隊”組成的隊伍進行培訓和指導，開展觸覺沙盤教學、聲場定位教學、錯誤模式注入訓練教學等“觸覺+聽覺”操作培訓活動，解決因系統交互產生的難點問題。

此外，建議建立用戶反饋機制，為視力障礙用戶設立用戶建議入口，定期收集視障學生或教師意見建議，及時根據用戶建議進行改進，定期迭代系統功能。

5 結論與展望

5.1 研究總結

校園無障礙導盲系統憑借技術優勢幫助視力障礙學生在校園環境中安全、自由、高效地移動，是視力障礙學生自由進出教室、接受教育的重要基礎和保障。校園無障礙導盲系統的搭建顯著提升了視障學生的行走能力，增強了空間感知和決策能力，讓視障學生更有歸屬感和幸福感，從而更好地融入校園生活。與此同時，目前該技術在實際應用中仍面臨一些問題，須進一步優化復雜環境適應性與交互細節。

5.2 未來展望

1） 技術融合與智能化升級：可借助多模態感知，如激光雷達（探測精度達±2厘米） 、毫米波雷達（穿透性強） 及紅外傳感器（適應低光環境） 等，進行傳感器融合，實現全天候障礙物識別，解決復雜場景（如人群擁擠、施工區域） 的可靠性問題。

2） AI環境建模：通過SLAM（即時定位與地圖構建） 技術生成高精度三維校園地圖，結合深度學習算法動態更新路徑規劃，適應臨時路障或活動場地變化。

3） 跨設備協同網絡：搭建“云—邊—端”架構，將智能盲杖、可穿戴設備與校園IoT終端（如路燈、閘機） 聯動，通過5G-MEC邊緣計算實現毫秒級響應，提高電子圍欄觸發的語音警示反應速率。

參考文獻：

[1] 諶小猛，滕騰，董晶，等.近20年國際視力障礙領域定向行走研究的文獻計量分析[J].中國康復理論與實踐，2024，30（10）：1151-1159.

[2] 劉相君，王亮，付藝，等.基于GPS定位智能導盲耳機及導盲拐杖的設計[J].電腦與電信，2020（11）：12-15.

[3] 羅華峰，王劉旺，左浩然，等.基于北斗和藍牙的室內外協同定位系統[J/OL].集成電路與嵌入式系統，1-9.[2025-03-28].https：//doi.org/10.20193/j.ices2097-4191.2024.0057.

[4] 劉龍波，喬記平，劉儒平，等.基于RSSI的RFID室內定位算法優化研究[J].計算機應用與軟件，2025，42（2）：152-156.

[5] 陳國平.基于RSSI的ZigBee室內無線定位系統設計[J].中國軍轉民，2024（22）：33-35.

【通聯編輯：謝媛媛】