摘要：我國(guó)是世界上殘疾人口最多的國(guó)家，隨著國(guó)家的強(qiáng)盛，政府越來越重視特殊教育事業(yè)的發(fā)展，保障殘疾人受教育的權(quán)利，推動(dòng)殘疾人融合發(fā)展，是特殊教育院校一直努力的宗旨。為殘障學(xué)生提供無障礙的教學(xué)環(huán)境，保障殘疾人最基本的出行安全，是實(shí)現(xiàn)殘疾人融合發(fā)展的重要條件。該研究以山東特殊教育職業(yè)學(xué)院（簡(jiǎn)稱山東特教學(xué)院） 新校區(qū)部署的高精度定位導(dǎo)盲系統(tǒng)為案例，從視障學(xué)生的視角探討UWB（超寬帶） 技術(shù)在校園無障礙導(dǎo)盲中的應(yīng)用效果。通過分析系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)、功能模塊及用戶體驗(yàn)反饋，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)通過亞米級(jí)精準(zhǔn)定位、語音導(dǎo)航、電子圍欄等功能，顯著提升了視障學(xué)生的獨(dú)立出行能力。然而，復(fù)雜環(huán)境下的定位穩(wěn)定性、跨樓層導(dǎo)航延遲等問題仍需優(yōu)化。未來可通過多模態(tài)交互與人工智能技術(shù)進(jìn)一步改進(jìn)系統(tǒng)。該研究為特殊教育場(chǎng)景下的無障礙導(dǎo)盲系統(tǒng)優(yōu)化提供了理論與實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞：無障礙環(huán)境；導(dǎo)盲系統(tǒng)；定向行走；視障學(xué)生；UWB

中圖分類號(hào)：TP311" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2025）18-0092-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識(shí)碼（OSID）

1 研究背景及現(xiàn)狀

1.1 研究背景

在我國(guó)特殊教育體系中，“視障學(xué)生”指視力障礙學(xué)生，由于視力殘障因素，他們?cè)谌粘３鲂泻突顒?dòng)中都面臨復(fù)雜的環(huán)境挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)導(dǎo)盲工具（如導(dǎo)盲杖、GPS導(dǎo)航） 可在開闊的戶外環(huán)境提供定位和導(dǎo)盲協(xié)助，但校園場(chǎng)景眾多、環(huán)境復(fù)雜，以上技術(shù)存在壁壘，不能滿足精準(zhǔn)導(dǎo)航需求。

山東特殊教育職業(yè)學(xué)院新校區(qū)建設(shè)時(shí)，充分考慮校園環(huán)境和視力障礙學(xué)生的復(fù)雜情況，對(duì)比現(xiàn)有定位技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，引入超寬帶（UWB） 高精度定位技術(shù)，該技術(shù)傳輸速率高、抗干擾性強(qiáng)、發(fā)送功率小，可在功耗、造價(jià)、精度、實(shí)時(shí)性、通信能力以及可擴(kuò)展性等眾多方面滿足不同場(chǎng)景的定位應(yīng)用，提供亞米級(jí)（可低至30厘米） 定位能力，為視障學(xué)生在校園的任意場(chǎng)景內(nèi)定向行走指明方向。本研究以山東特殊教育職業(yè)學(xué)院為實(shí)踐對(duì)象，探討UWB導(dǎo)盲系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果，旨在為類似特殊教育院校的無障礙環(huán)境建設(shè)提供可行性路徑。

1.2 導(dǎo)盲技術(shù)研究現(xiàn)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(shì)，研究熱點(diǎn)包括出行與康復(fù)、輔助技術(shù)、空間認(rèn)知以及視力障礙多重殘疾者等方面。未來應(yīng)促進(jìn)跨學(xué)科的研究和合作，并專注于定向行走輔助技術(shù)的開發(fā)和創(chuàng)新”[1]的結(jié)論。目前國(guó)內(nèi)外主流的導(dǎo)盲設(shè)備主要為較為簡(jiǎn)單的導(dǎo)盲手杖、穿戴式導(dǎo)盲設(shè)備、移動(dòng)機(jī)器人式導(dǎo)盲設(shè)備等[2]，現(xiàn)有導(dǎo)盲設(shè)備大多依賴GPS或RFID，但較難在室內(nèi)精確定位。GPS在室內(nèi)無法使用，RFID射頻識(shí)別技術(shù)雖可以在室內(nèi)使用，但其定位精度較低（5～10米） ，難以滿足視障學(xué)生的需求。UWB技術(shù)憑借其抗干擾性強(qiáng)、穿透能力高、定位精度可達(dá)厘米級(jí)等特性，成為室內(nèi)外定位領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本研究將重點(diǎn)探討運(yùn)用UWB提升校園環(huán)境下的導(dǎo)盲精度與實(shí)時(shí)性。

2 UWB技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用

2.1 UWB技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

在定位技術(shù)領(lǐng)域，UWB（超寬帶） 與藍(lán)牙（Bluetooth） [3]、RFID（射頻識(shí)別） [4]、ZigBee[5]的特點(diǎn)如表1所示。

通過分析，可知UWB的核心優(yōu)勢(shì)為：定位精度高、抗干擾性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好、應(yīng)用場(chǎng)景適配性高等。

2.2 基于UWB技術(shù)的無障礙導(dǎo)盲系統(tǒng)功能探討

無障礙智慧校園高精定位導(dǎo)航系統(tǒng)采用目前國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的UWB精準(zhǔn)定位基站系統(tǒng)，為整個(gè)校園提供類似GPS導(dǎo)航的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。UWB的高精度和強(qiáng)抗干擾能力可確保視障學(xué)生在復(fù)雜校園環(huán)境中（如人流密集區(qū)、樓梯間、室外園區(qū)） 實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定、安全的導(dǎo)航。此外，UWB的低功耗特性也保障了設(shè)備的長(zhǎng)期使用，符合實(shí)際應(yīng)用中的續(xù)航要求。

高精定位導(dǎo)盲系統(tǒng)由定位管理系統(tǒng)和導(dǎo)盲App兩部分組成。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)校園精準(zhǔn)導(dǎo)航、身份識(shí)別、軌跡回放、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等功能，綜合時(shí)空數(shù)據(jù)和用戶行為形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，深度分析視障學(xué)生在校的各類數(shù)據(jù)。App與導(dǎo)盲標(biāo)簽配合使用，內(nèi)置2D/3D地圖，支持無障礙模式。室內(nèi)外導(dǎo)航均可通過語音提示途經(jīng)地點(diǎn)及方位、轉(zhuǎn)彎角度、沿途規(guī)避區(qū)域等信息，精準(zhǔn)無障礙導(dǎo)航至目標(biāo)地點(diǎn)；支持跨樓層導(dǎo)航，通過自適應(yīng)算法和混合定位技術(shù)規(guī)劃上下樓梯及電梯路線并做出提醒；精準(zhǔn)提示通過出入口信息、信號(hào)、地圖及語音提示順暢無卡頓，切換時(shí)長(zhǎng)不超過5秒鐘。

3 無障礙導(dǎo)盲系統(tǒng)用戶體驗(yàn)與評(píng)估

3.1 用戶體驗(yàn)反饋

為深入了解用戶體驗(yàn)，研究者從山東特殊教育職業(yè)學(xué)院在校的203名視障學(xué)生（129名男生、74名女生） 中，按1/10的比例選取20名視障學(xué)生（13名男生、7名女生） 進(jìn)行用戶體驗(yàn)訪談，訪談內(nèi)容包括使用無障礙導(dǎo)盲系統(tǒng)前后的體驗(yàn)、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)等方面，總結(jié)訪談結(jié)果如下：

1） 以前視障學(xué)生在開放的校園環(huán)境中大多依靠導(dǎo)盲杖、盲道、觸摸或聽聲辨位等傳統(tǒng)方式出行時(shí)，在路線規(guī)劃、障礙規(guī)避、環(huán)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(tǒng)方式大約需要12～15分鐘，尤其在轉(zhuǎn)彎、上下樓時(shí)耗費(fèi)較多時(shí)間，行走速度較慢。使用校園無障礙導(dǎo)盲系統(tǒng)后，導(dǎo)航實(shí)時(shí)播報(bào)路況，跨樓層導(dǎo)航、電梯/樓梯路線切換、語音轉(zhuǎn)向角度提示（如“右轉(zhuǎn)30度”） 等提供精準(zhǔn)導(dǎo)航，使視障學(xué)生的行走速度顯著提升，在同樣路線上的用時(shí)縮短至5～8分鐘，減少了出行時(shí)間，同時(shí)降低了磕碰、迷路等風(fēng)險(xiǎn)。

2） 新校區(qū)建設(shè)期間，因施工等原因部分區(qū)域暫時(shí)無法通行，無障礙導(dǎo)盲系統(tǒng)及時(shí)劃分了危險(xiǎn)區(qū)域，視障學(xué)生可隨時(shí)在手機(jī)App上查詢自己的活動(dòng)范圍和需要注意安全的區(qū)域。當(dāng)視障學(xué)生途經(jīng)危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警示，提醒視障學(xué)生不要靠近，以免磕碰受傷，潛在風(fēng)險(xiǎn)得到有效降低。

3） 在使用無障礙導(dǎo)盲系統(tǒng)時(shí)，用戶只須佩戴一個(gè)無線定位微標(biāo)簽并與手機(jī)App賬號(hào)綁定即可使用，攜帶非常方便?？ㄆm(xù)航時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1個(gè)月，避免了頻繁充電的困擾。此外，App的個(gè)性化功能對(duì)視障學(xué)生非常友好，可以調(diào)節(jié)語速、震動(dòng)和蜂鳴提醒，還兼容屏幕閱讀器，支持手勢(shì)操作，方便視障學(xué)生觸控。

4） 無障礙導(dǎo)盲App的穩(wěn)定性需要進(jìn)一步提高，有時(shí)存在賬號(hào)閃退、登錄失敗、無信號(hào)、播報(bào)延遲卡頓等情況。此外，視障學(xué)生在登錄時(shí)也經(jīng)常因看不清而輸錯(cuò)密碼等個(gè)人原因?qū)е碌卿浭　?/p>

3.2 功能適用性評(píng)估

作為輔助視障學(xué)生適應(yīng)校園無障礙通行的工具，無障礙導(dǎo)盲系統(tǒng)的功能比較完善。從訪談中得出以下結(jié)論，如表2所示。

3.3 實(shí)際應(yīng)用案例

案例選定同年入校且對(duì)學(xué)院環(huán)境熟悉情況相當(dāng)?shù)膬晌淮蠖曊夏猩M(jìn)行測(cè)試，共同從同一宿舍出發(fā)前往學(xué)院圖書館三樓盲文閱讀區(qū)。其中，視障學(xué)生甲使用無障礙導(dǎo)盲系統(tǒng)，視障學(xué)生乙使用傳統(tǒng)的導(dǎo)盲方式（導(dǎo)盲杖、盲道、觸摸、聽聲辨位等） 。兩人同時(shí)出發(fā)，視障學(xué)生甲輸入目的地后，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前定位規(guī)劃出最優(yōu)路徑，并對(duì)轉(zhuǎn)彎、電梯/樓梯切換等做了提示，如“直行20米后左轉(zhuǎn)”“右轉(zhuǎn)15米后有電梯”等；視障學(xué)生乙借助盲道、盲杖、觸摸等方式直接出發(fā)。案例中，視障學(xué)生甲行進(jìn)速度平穩(wěn)快速，途經(jīng)轉(zhuǎn)彎處、建筑物門口及電梯口時(shí)稍作停頓，全程用時(shí)約8分鐘；視障學(xué)生乙行進(jìn)速度快慢不一，在無障礙直行路段速度較快，途經(jīng)轉(zhuǎn)彎處、建筑物附近時(shí)會(huì)有短暫遲疑，須借助其他手段來判斷路線，全程用時(shí)約15分鐘。通過實(shí)際場(chǎng)景應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，使用無障礙導(dǎo)盲系統(tǒng)出行全程耗時(shí)較傳統(tǒng)方式縮短46%。

4 系統(tǒng)現(xiàn)存問題與改進(jìn)建議

4.1 技術(shù)層面問題

1） 復(fù)雜環(huán)境定位穩(wěn)定性：由于學(xué)院食堂、超市等屬于金屬結(jié)構(gòu)密集區(qū)域，多徑效應(yīng)增強(qiáng)，易因信號(hào)衰減導(dǎo)致定位漂移0.5～1米，影響視障學(xué)生實(shí)際導(dǎo)航精度。

2） 跨樓層切換延遲：因電梯信號(hào)覆蓋不足、垂直網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)位布點(diǎn)角度偏差等因素，導(dǎo)致App在樓層切換或信號(hào)切換區(qū)域提示延遲5～8秒。

4.2 用戶體驗(yàn)優(yōu)化建議

1） 增加多模態(tài)交互：在學(xué)院食堂、圖書館等大型場(chǎng)館位置布設(shè)若干藍(lán)牙發(fā)射器，結(jié)合藍(lán)牙信標(biāo)等方式輔助定位，增強(qiáng)定位精度，彌補(bǔ)UWB信號(hào)盲區(qū)。

2） 優(yōu)化語音播報(bào)：在導(dǎo)航時(shí)，應(yīng)增加環(huán)境細(xì)節(jié)描述（如“右側(cè)為無障礙通道”等） ，方便視障學(xué)生更清晰準(zhǔn)確地了解路線周邊環(huán)境，及時(shí)做出正確判斷。

3） 離線模式開發(fā)：無障礙導(dǎo)盲系統(tǒng)完全依賴于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)，設(shè)備將無法使用，應(yīng)增加預(yù)加載或離線地圖下載等數(shù)據(jù)功能，利用手持終端傳感器融合算法進(jìn)行慣性導(dǎo)航補(bǔ)償，以應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中斷場(chǎng)景下無障礙導(dǎo)盲功能的使用。

4.3 管理及服務(wù)延伸

在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)很多視障學(xué)生對(duì)于設(shè)備的操作存在困難，需要由“特殊教育教師+人機(jī)交互工程師+支持團(tuán)隊(duì)”組成的隊(duì)伍進(jìn)行培訓(xùn)和指導(dǎo)，開展觸覺沙盤教學(xué)、聲場(chǎng)定位教學(xué)、錯(cuò)誤模式注入訓(xùn)練教學(xué)等“觸覺+聽覺”操作培訓(xùn)活動(dòng)，解決因系統(tǒng)交互產(chǎn)生的難點(diǎn)問題。

此外，建議建立用戶反饋機(jī)制，為視力障礙用戶設(shè)立用戶建議入口，定期收集視障學(xué)生或教師意見建議，及時(shí)根據(jù)用戶建議進(jìn)行改進(jìn)，定期迭代系統(tǒng)功能。

5 結(jié)論與展望

5.1 研究總結(jié)

校園無障礙導(dǎo)盲系統(tǒng)憑借技術(shù)優(yōu)勢(shì)幫助視力障礙學(xué)生在校園環(huán)境中安全、自由、高效地移動(dòng)，是視力障礙學(xué)生自由進(jìn)出教室、接受教育的重要基礎(chǔ)和保障。校園無障礙導(dǎo)盲系統(tǒng)的搭建顯著提升了視障學(xué)生的行走能力，增強(qiáng)了空間感知和決策能力，讓視障學(xué)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(shí)，目前該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些問題，須進(jìn)一步優(yōu)化復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性與交互細(xì)節(jié)。

5.2 未來展望

1） 技術(shù)融合與智能化升級(jí)：可借助多模態(tài)感知，如激光雷達(dá)（探測(cè)精度達(dá)±2厘米） 、毫米波雷達(dá)（穿透性強(qiáng)） 及紅外傳感器（適應(yīng)低光環(huán)境） 等，進(jìn)行傳感器融合，實(shí)現(xiàn)全天候障礙物識(shí)別，解決復(fù)雜場(chǎng)景（如人群擁擠、施工區(qū)域） 的可靠性問題。

2） AI環(huán)境建模：通過SLAM（即時(shí)定位與地圖構(gòu)建） 技術(shù)生成高精度三維校園地圖，結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法動(dòng)態(tài)更新路徑規(guī)劃，適應(yīng)臨時(shí)路障或活動(dòng)場(chǎng)地變化。

3） 跨設(shè)備協(xié)同網(wǎng)絡(luò)：搭建“云—邊—端”架構(gòu)，將智能盲杖、可穿戴設(shè)備與校園IoT終端（如路燈、閘機(jī)） 聯(lián)動(dòng)，通過5G-MEC邊緣計(jì)算實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)響應(yīng)，提高電子圍欄觸發(fā)的語音警示反應(yīng)速率。

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