基于AR技術(shù)的行人過(guò)街設(shè)施誘導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

華雯婷，王成琳，劉春虎，徐志鵬

(青島理工大學(xué)琴島學(xué)院，山東 青島 266000)

行人過(guò)街設(shè)施是城市交通設(shè)施的重要組成部分，也是步行系統(tǒng)中不可或缺的環(huán)節(jié)，可為行人提供安全的過(guò)街通道，減少交通事故的發(fā)生。目前，行人過(guò)街設(shè)施在一定程度上發(fā)揮了其功能和作用，但在其使用中依然存在著許多問(wèn)題。尤其是在城市旅游景點(diǎn)附近，該區(qū)域外地游客眾多，不熟悉路況，更不了解周圍過(guò)街設(shè)施的設(shè)置情況，降低了過(guò)街設(shè)施的使用率，并加劇了旅游景區(qū)周圍的交通負(fù)荷，使交通秩序更加混亂。針對(duì)以上問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者結(jié)合安全、有效、便捷的目標(biāo)，提出了一系列的解決措施。2017年高德地圖增加了步行導(dǎo)航、跑步模式和騎行導(dǎo)航等；2018年OPPO公司首次推出了AR步行導(dǎo)航系統(tǒng)。但是，已有系統(tǒng)存在無(wú)法與過(guò)街設(shè)施結(jié)合，無(wú)信號(hào)地區(qū)無(wú)法持續(xù)導(dǎo)航等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，提出了一種新型行人過(guò)街設(shè)施誘導(dǎo)系統(tǒng)，本系統(tǒng)基于GPS和AR技術(shù)，在推送最優(yōu)路徑的同時(shí)，引導(dǎo)行人使用過(guò)街設(shè)施，以實(shí)現(xiàn)誘導(dǎo)行人安全過(guò)街，減少事故發(fā)生，提高道路通行效率的目的。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

本系統(tǒng)主要由導(dǎo)航系統(tǒng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、Wifi定位技術(shù)組成，同時(shí)將研究范圍內(nèi)的各類過(guò)街設(shè)施加載至高德地圖的SDK中，設(shè)計(jì)出可實(shí)施于Android手機(jī)的應(yīng)用實(shí)例?；贏R的行人過(guò)街設(shè)施誘導(dǎo)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)思路如下：系統(tǒng)先對(duì)研究區(qū)域內(nèi)的平面及立體過(guò)街設(shè)施進(jìn)行信息采集，納入高德地圖信息庫(kù)，并采用基于GPS和手機(jī)傳感器的AR技術(shù)，以及高德地圖數(shù)據(jù)接口，設(shè)計(jì)了行人過(guò)街設(shè)施誘導(dǎo)系統(tǒng)。當(dāng)步行者輸入起終點(diǎn)后，系統(tǒng)首先結(jié)合用戶實(shí)時(shí)位置及周邊交通設(shè)施信息對(duì)用戶推送使用過(guò)街設(shè)施并保證步行安全條件下的最優(yōu)路線，并利用AR技術(shù)將路線指引與路況合成渲染。利用手機(jī)傳感器使指引箭頭跟隨手機(jī)狀態(tài)變化而改變，實(shí)時(shí)指引正確的前進(jìn)方向，給用戶提供更直觀的導(dǎo)航體驗(yàn)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)誘導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，基于AR的行人過(guò)街設(shè)施誘導(dǎo)系統(tǒng)總體包括三大核心功能模塊，即：用戶定位模塊、地圖導(dǎo)航模塊和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)模塊。

2.1 用戶定位模塊

當(dāng)用戶所處位置可以與外界環(huán)境通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互時(shí)，通過(guò)手機(jī)上自帶的GPS獲取當(dāng)前位置的經(jīng)度、維度和高程，通過(guò)Android系統(tǒng)的Activity中調(diào)用高德地圖的地圖SDK和定位SDK，通過(guò)高德地圖的Location manager Proxy，按照固定的時(shí)間間隔發(fā)出定位請(qǐng)求，獲得用戶所處位置的詳細(xì)描述信息，并將地圖中心定位至該位置。當(dāng)用戶處于例如地下通道此類障礙物或信號(hào)遮擋物眾多位置，無(wú)法與外界信息交流時(shí)，在地下通道中根據(jù)輻射范圍安裝wifi發(fā)射器，在wifi發(fā)射器中設(shè)置wifi接收編號(hào)。每個(gè)wifi發(fā)射器在特定的范圍測(cè)定RSSI強(qiáng)度并記錄，所有記錄值儲(chǔ)存到RSSI數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)行人在地下通道行走時(shí)，便可通過(guò)行人移動(dòng)終端所接收的wifi信號(hào)編號(hào)和信號(hào)強(qiáng)度與后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行匹配，并結(jié)合java定位算法代碼推算出行人的位置。本系統(tǒng)的用戶定位模塊，將信號(hào)傳輸條件下的GPS室外定位和信號(hào)傳輸不良條件下wifi室內(nèi)定位有效結(jié)合，形成一個(gè)完整、有效的定位模塊，使用戶時(shí)時(shí)掌握自己的位置信息，為路徑誘導(dǎo)奠定基礎(chǔ)。

2.2 地圖導(dǎo)航模塊

首先對(duì)研究范圍內(nèi)所有步行過(guò)街設(shè)施的類型、數(shù)量、位置和方向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將過(guò)街設(shè)施分為縱向過(guò)街設(shè)施(人行道)和橫向過(guò)街設(shè)施(人行橫道、過(guò)街天橋、地下通道)，其次將不同過(guò)街設(shè)施配以各種

標(biāo)識(shí)，并覆蓋于高德地圖上。過(guò)街設(shè)施標(biāo)識(shí)用戶使用時(shí)，將目的地輸入本系統(tǒng)，由本系統(tǒng)的地圖導(dǎo)航模塊負(fù)對(duì)目的地地址(POI)進(jìn)行檢查，確保輸入的內(nèi)容為實(shí)際可到達(dá)的目的地，然后通過(guò)高德地圖SDK 的步行規(guī)劃功能獲取導(dǎo)航路徑，為下一步的AR顯示，提供規(guī)劃路徑的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)模塊

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)是一種將現(xiàn)實(shí)信息與虛擬信息進(jìn)行疊加的全新技術(shù)。當(dāng)?shù)貓D導(dǎo)航模塊提供步行規(guī)劃路徑后，AR模塊將開(kāi)啟手機(jī)攝像頭，結(jié)合智能手機(jī)自帶的方向傳感器，獲取用戶當(dāng)前位置、面對(duì)方向、傾斜角度等信息，根據(jù)導(dǎo)航方向，在當(dāng)前實(shí)景屏幕上加載直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)方向箭頭。對(duì)于設(shè)計(jì)復(fù)雜的立體過(guò)街設(shè)施出入口，提前存儲(chǔ)此類復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的360°全景圖，對(duì)于首次進(jìn)入陌生環(huán)境，無(wú)法正確判斷行進(jìn)方向的用戶，可提供最佳身臨其境的瀏覽體驗(yàn)。

2.4 系統(tǒng)操作實(shí)例

首先，用戶打開(kāi)軟件進(jìn)入系統(tǒng)。其次，用戶輸入目的地，系統(tǒng)自動(dòng)推送能夠在保證行人步行安全，盡可能使用沿途過(guò)街設(shè)施前提下的最優(yōu)路徑，同時(shí)顯示所經(jīng)過(guò)的過(guò)街設(shè)施種類、數(shù)目及分布情況，行人可選擇線路并出行。行人在步行途中會(huì)在系統(tǒng)語(yǔ)音播報(bào)的條件下行進(jìn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)交叉口人行橫道、二次過(guò)街安全島等平面過(guò)街設(shè)施，以及過(guò)街天橋、地下通道等立體過(guò)街設(shè)施時(shí)，系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)移動(dòng)終端的震動(dòng)功能，提醒行人注意即將通過(guò)安全過(guò)街設(shè)施。當(dāng)用戶通過(guò)過(guò)街天橋、地道等立體過(guò)街設(shè)施時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)切屏，上方繼續(xù)顯示行進(jìn)路線，下方則顯示AR實(shí)景導(dǎo)航窗口，在實(shí)景中顯示行進(jìn)方向。以保證行人在錯(cuò)綜復(fù)雜的立體過(guò)街設(shè)施中能夠以最短時(shí)間快速通過(guò)，最終完成誘導(dǎo)行人安全過(guò)街的過(guò)程。

3 總 結(jié)

基于AR的行人過(guò)街設(shè)施誘導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了現(xiàn)階段城市所產(chǎn)生的問(wèn)題，既能使過(guò)街設(shè)施應(yīng)用率低等問(wèn)題得到解決，也能使行人通過(guò)道路的安全性得到保障。首先，該系統(tǒng)將各類過(guò)街設(shè)施加載到現(xiàn)有的主流導(dǎo)航系統(tǒng)中，使行人導(dǎo)航更加完善，增加了過(guò)街設(shè)施的使用率。其次，采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在復(fù)雜過(guò)街設(shè)施節(jié)點(diǎn)處使用實(shí)景導(dǎo)航技術(shù)，使行人更方便的辨別出入口。第三，利用wifi定位技術(shù)，填補(bǔ)了無(wú)導(dǎo)航信號(hào)的地下通道和室內(nèi)等地區(qū)的空白，保證了用戶導(dǎo)航過(guò)程的持續(xù)性和完整性。基于AR的行人過(guò)街設(shè)施誘導(dǎo)系統(tǒng)向用戶提供定位信息，根據(jù)出行的起訖點(diǎn)提供室內(nèi)、外的步行誘導(dǎo)信息，在滿足用戶步行出行查詢需求的同時(shí)，考慮到了步行者的出行條件，將周邊步行設(shè)施列入到路徑篩選條件，起到了規(guī)范步行者的出行路徑的作用，及保障了步行者的出行安全，又使車輛、行人其各行其道，優(yōu)化了周邊交通秩序。