基于AR技術的行人過街設施誘導系統設計

華雯婷，王成琳，劉春虎，徐志鵬

(青島理工大學琴島學院，山東 青島 266000)

行人過街設施是城市交通設施的重要組成部分，也是步行系統中不可或缺的環節，可為行人提供安全的過街通道，減少交通事故的發生。目前，行人過街設施在一定程度上發揮了其功能和作用，但在其使用中依然存在著許多問題。尤其是在城市旅游景點附近，該區域外地游客眾多，不熟悉路況，更不了解周圍過街設施的設置情況，降低了過街設施的使用率，并加劇了旅游景區周圍的交通負荷，使交通秩序更加混亂。針對以上問題，國內外學者結合安全、有效、便捷的目標，提出了一系列的解決措施。2017年高德地圖增加了步行導航、跑步模式和騎行導航等；2018年OPPO公司首次推出了AR步行導航系統。但是，已有系統存在無法與過街設施結合，無信號地區無法持續導航等問題。針對這些問題，提出了一種新型行人過街設施誘導系統，本系統基于GPS和AR技術，在推送最優路徑的同時，引導行人使用過街設施，以實現誘導行人安全過街，減少事故發生，提高道路通行效率的目的。

1 系統設計思路

本系統主要由導航系統、增強現實技術、Wifi定位技術組成，同時將研究范圍內的各類過街設施加載至高德地圖的SDK中，設計出可實施于Android手機的應用實例。基于AR的行人過街設施誘導系統的整體設計思路如下：系統先對研究區域內的平面及立體過街設施進行信息采集，納入高德地圖信息庫，并采用基于GPS和手機傳感器的AR技術，以及高德地圖數據接口，設計了行人過街設施誘導系統。當步行者輸入起終點后，系統首先結合用戶實時位置及周邊交通設施信息對用戶推送使用過街設施并保證步行安全條件下的最優路線，并利用AR技術將路線指引與路況合成渲染。利用手機傳感器使指引箭頭跟隨手機狀態變化而改變，實時指引正確的前進方向，給用戶提供更直觀的導航體驗。

2 關鍵技術

根據誘導系統的設計思路，基于AR的行人過街設施誘導系統總體包括三大核心功能模塊，即：用戶定位模塊、地圖導航模塊和增強現實模塊。

2.1 用戶定位模塊

當用戶所處位置可以與外界環境通過無線網絡進行信息交互時，通過手機上自帶的GPS獲取當前位置的經度、維度和高程，通過Android系統的Activity中調用高德地圖的地圖SDK和定位SDK，通過高德地圖的Location manager Proxy，按照固定的時間間隔發出定位請求，獲得用戶所處位置的詳細描述信息，并將地圖中心定位至該位置。當用戶處于例如地下通道此類障礙物或信號遮擋物眾多位置，無法與外界信息交流時，在地下通道中根據輻射范圍安裝wifi發射器，在wifi發射器中設置wifi接收編號。每個wifi發射器在特定的范圍測定RSSI強度并記錄，所有記錄值儲存到RSSI數據庫中。當行人在地下通道行走時，便可通過行人移動終端所接收的wifi信號編號和信號強度與后臺的數據庫進行匹配，并結合java定位算法代碼推算出行人的位置。本系統的用戶定位模塊，將信號傳輸條件下的GPS室外定位和信號傳輸不良條件下wifi室內定位有效結合，形成一個完整、有效的定位模塊，使用戶時時掌握自己的位置信息，為路徑誘導奠定基礎。

2.2 地圖導航模塊

首先對研究范圍內所有步行過街設施的類型、數量、位置和方向進行統計，將過街設施分為縱向過街設施(人行道)和橫向過街設施(人行橫道、過街天橋、地下通道)，其次將不同過街設施配以各種

標識，并覆蓋于高德地圖上。過街設施標識用戶使用時，將目的地輸入本系統，由本系統的地圖導航模塊負對目的地地址(POI)進行檢查，確保輸入的內容為實際可到達的目的地，然后通過高德地圖SDK 的步行規劃功能獲取導航路徑，為下一步的AR顯示，提供規劃路徑的數據基礎。

2.3 增強現實模塊

增強現實(AR)技術是一種將現實信息與虛擬信息進行疊加的全新技術。當地圖導航模塊提供步行規劃路徑后，AR模塊將開啟手機攝像頭，結合智能手機自帶的方向傳感器，獲取用戶當前位置、面對方向、傾斜角度等信息，根據導航方向，在當前實景屏幕上加載直行、左轉、右轉方向箭頭。對于設計復雜的立體過街設施出入口，提前存儲此類復雜節點的360°全景圖，對于首次進入陌生環境，無法正確判斷行進方向的用戶，可提供最佳身臨其境的瀏覽體驗。

2.4 系統操作實例

首先，用戶打開軟件進入系統。其次，用戶輸入目的地，系統自動推送能夠在保證行人步行安全，盡可能使用沿途過街設施前提下的最優路徑，同時顯示所經過的過街設施種類、數目及分布情況，行人可選擇線路并出行。行人在步行途中會在系統語音播報的條件下行進，當到達交叉口人行橫道、二次過街安全島等平面過街設施，以及過街天橋、地下通道等立體過街設施時，系統會啟動移動終端的震動功能，提醒行人注意即將通過安全過街設施。當用戶通過過街天橋、地道等立體過街設施時，系統將自動切屏，上方繼續顯示行進路線，下方則顯示AR實景導航窗口，在實景中顯示行進方向。以保證行人在錯綜復雜的立體過街設施中能夠以最短時間快速通過，最終完成誘導行人安全過街的過程。

3 總 結

基于AR的行人過街設施誘導系統設計時充分考慮了現階段城市所產生的問題，既能使過街設施應用率低等問題得到解決，也能使行人通過道路的安全性得到保障。首先，該系統將各類過街設施加載到現有的主流導航系統中，使行人導航更加完善，增加了過街設施的使用率。其次，采用增強現實技術，在復雜過街設施節點處使用實景導航技術，使行人更方便的辨別出入口。第三，利用wifi定位技術，填補了無導航信號的地下通道和室內等地區的空白，保證了用戶導航過程的持續性和完整性。基于AR的行人過街設施誘導系統向用戶提供定位信息，根據出行的起訖點提供室內、外的步行誘導信息，在滿足用戶步行出行查詢需求的同時，考慮到了步行者的出行條件，將周邊步行設施列入到路徑篩選條件，起到了規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，優化了周邊交通秩序。