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视障乘客地铁辅助出行系统的设计与开发
| 论文题名： | 视障乘客地铁辅助出行系统的设计与开发 |
| 关键词： | 视障乘客;地铁出行系统;总体设计;硬件选型;软件开发;站内定位;人机交互 |
| 摘要： | 随着我国现代化进程的快速推进，城市基础设施建设越来越完备，人们的公共交通出行也越来越便利，地铁已经成为公共交通的重要组成部分。但对占我国近百分之一人口的视力障碍人群而言，地铁出行却极其困难。针对该问题，本文设计了一种视障乘客地铁辅助出行系统，用于为地铁站内的视力障碍人群提供精确的人性化导航服务。主要研究内容包括： 首先，分析了视障乘客地铁出行系统的功能需求和性能要求，并在此基础上完成了对系统的总体设计、硬件选型和软件总体结构的搭建。 然后，对视障乘客的空间感知能力和地铁站的环境与结构特征进行了分析，提出了一种基于视障乘客空间感知能力的地铁站内环境模型构建方法。对地铁站的CAD图进行空间要素过滤后，标记关键点并提取路径，得到单层空间拓扑模型。用楼（电）梯连接各单层空间拓扑模型，即可得到地铁站多层拓扑模型。给所构建模型拓展语义信息，从而提升视障乘客对地铁环境的感知能力。 接着，分析了制约地铁站内定位精度的关键因素，比较了几种常见的室内定位技术，给出了地铁站内定位方案。提出了一种基于自适应平方根无迹卡尔曼滤波算法的视障乘客地铁站内定位算法。所提算法结合了UWB定位模型和利用手机MEMS进行行人航位推算的具体实现方法，将PDR推算的行人位置信息和UWB的数据信息进行融合，利用PDR高频噪声特性好的特点来抑制UWB产生的NLoS误差，从而得到了地铁站内行人的准确位置。 随后，设计了视障乘客地铁辅助出行系统的导航方案，提出了综合距离与安全性两个评价指标，利用多目标决策中的层次分析法，对各影响因素进行综合权值计算。再利用Dijkstra方法进行最优路径计算。并且为了更好的人机交互体验，提出了一种结合文字图形、语音以及空间化音频的多模式导航方式，解决了地铁站多层空间导航问题。 最后，按照本文设计方案搭建了一个实验系统，包括硬件的部署和分别基于C#和Java设计了服务器端和客户端的软件。并对系统的定位功能和导航功能进行了测试，完成了系统的整体联调，验证了系统设计方案的可行性和有效性。 |
| 作者： | 刘源 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 李胜;邢宗义 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京理工大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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