太上老菌太上老菌朝菌学园ZhaoDesign
Apr 15, 2021, 9:00 AM
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摘要 .
路径公交系统是基本的公共交通系统，在各个省份都有着重要的作用。为了大大提高它的可用性，我们为“公交线路网络（Bus-Net）”开发了一款AR应用程序。公交路径网络系统是最短路径规划系统。公交路径网络为用户提供方向信息，让他们能够制定换乘计划。然而，在公交路径网络中，这些方向信息是以文本形式为基础呈现给用户的。对于不知道地点的人来说，很难理解这些信息。我们开发了公交路径网络AR应用。它以一种创新的方式帮助公交乘客的出行，将信息呈现在相机画面上，引导用户前往公交车站。该应用还会告诉用户正确的公交路线、公交车方向和票价，缓解人们在乘坐公交车时的焦虑和担忧。
关键词 .
AR，导航，公交路径网络，交通
01
导言 .
由于使用智能手机进行导航已经是当下信息技术的研究热点之一[1]、[2]，我们专注于研究公共交通导航系统以帮助公交乘客乘坐公交车和火车。我们开发了“公交路径网络”，它是公共交通最短路径规划系统，它通过提供路径信息来帮助公交乘客制定换乘计划。乘客可以在互联网上使用公交路径网络。我们开发的公交网络系统是一个能够规划最短路径的系统，它提高了公共交通的可用性[3]-[5]。公共交通对一个地区的老年人和学生来说尤为重要。然而，公交乘客的数量每年都在减少，这是因为公交乘客很难了解公交路径信息。公交网络系统通过为公交乘客提供信息来帮助公交乘客，每月访问公交车网络的平均人数超过10万。显然，公交路径网络有助于提高公共交通的可用性。公交网络系统有一个公交定位系统，但是公交定位系统还处于实验阶段。如果公交网络系统的用户输入出发地、目的地、出发/到达时间、是否只使用公交等交通方式，他/她就可以得到路径信息。公交网络系统通过信息技术助力公交乘客的出行。
但是，导航系统有两个问题：1、导航系统提供的信息是不够的；2、导航系统系统的信息人们很难理解。例如，许多导航系统只提供目的地的某些信息，如地址、地名和一张地图。公交网络系统提供的路径信息是基于文本的，这让不知道地点的人很难理解这些信息，这会导致人们找不到目的地。
我们利用了智能手机、触摸屏移动设备和AR技术。多个不同领域对AR技术的研究已经超过10年了[6]–[9]，这些研究使得AR技术在导航上应用甚多。我们决定使用智能手机和AR技术。我们开发了一个AR应用，它能够提供信息，比如公交车站的图像，这些图像被叠加在手机的相机画面上。我们讨论这个应用能为公交车乘客做些什么，专注于智能手机和AR技术，开发AR应用程序为用户提供直观的信息。
在本文的第二部分，我们将探讨公交路径网络对AR的需求。在第三节，我们对AR进行了解释。在第四节，我们将探讨AR应用开发的前期实验。在第五节，我们将探讨了我们的内部讨论和今后的工作。最后，在第六节报告结论。
02
AR的必要性
对于一个不了解地点的人来说，是很难理解图1所示的路径信息的。他不擅长看地图。路径信息是基于文本的。图1显示了公交路径网络的输出。当他/她阅读这些信息时，他/她可能无法理解。
让我们来设想一下：山田先生来到鸟取市，他找到了公交车网络系统并使用了它，他从中得到的是基于文本的路径信息，信息包括地图、公交站名、公交路线、出发时间和总时间。然而，他理解不了这些信息，因为他不擅长看地图。另外，这是他第一次去鸟取县，他并不了解这个地方。因此，他在去公交车站的路上迷路了。过了一会儿，他成功到达了公交车站，上了一辆公交车。然而，当车开动时，他意识到自己搭错了车。鸟取县有很多公交车，所以他不知道自己应该乘的是哪一辆。他再次使用公交车网络，获得新的路线信息，并上了正确的公交车。然而，这一次，由于他不知道巴士在去目的地的路上会经过哪里，他担心他乘坐的是否是驶向目的地方向的公交车。
除此之外，他还看不懂地图，也担心他的目的地是否正确。
在这个故事中有很多问题。我们将这些问题分了一些类（如图2），在本节中，我们会探讨这些问题并提出解决它们的办法。
A. 乘客需要的信息
1）去公交车站：步行去公交车站的乘客需要详细、易懂的的信息告诉他如何去公交车站，即使是一个不擅长看地图的乘客也要能理解。例如，他/她需要详细的去往公交车站的方向、公交车站站台的准确数字，以及他/她是否需要赶往公交车站。这些信息要直观、易懂。有了这些信息，乘客才能顺利到达车站而不是迷路。
2）在公交车站：在公交车站等车的乘客希望可以减轻焦虑，确认他/她是否能坐上正确的公交车。他/她需要从许多经过公交车站、通往不同目的的公交车中找到公交网络系统说的那辆正确的公交车。有时由于交通拥堵或天气恶劣，公交车可能不能准时到达，这时候就需要在公交车站给乘客提供实时交通情况以及下一班车信息。
3）在公交车上：即使坐上了公交车，乘客可能也不确定他/她是否是在通往目的地的正确道路上。车上并没有提供当前位置和到达目的地所需时间的信息，如果乘客的目的地不是公交车的终点站，那么他就需要时刻留意当前位置与他不熟悉的目的地的距离，以便按铃。因此，需要给乘客提供与当前位置相对应的公交车路线信息，缓解他们对于乘坐的公交车是否正确的焦虑，并让他们知道应该在什么时候按铃下车。B. 解决办法
如今，带有触摸屏的移动设备（如智能手机）迅速普及。因此，我们可以想象到从智能手机访问公交网络的次数会增加。我们认为智能手机和AR技术将帮助人们对路径信息的理解，尤其是AR技术。我们认为，如果将AR技术应用于公交线路网络系统，则可以直观地告知人们各种信息。AR技术可以将公交车站等物体叠加在镜头图像上，对于不擅长看地图的公交乘客来说，可以很好地帮助他们了解目的地位置。
AR技术的普及势在必行。图3为“SekaiCamera”的显示界面。SekaiCamera是一款iOS应用，这个应用使用了AR技术，在鸟取县发布了一款AR应用，名为“鸟取县空中地图”。鸟取县空中地图给人们提供休闲场所的信息，游客可以手持智能手机来搜索休闲场所（图4为鸟取县航空地图）。在未来，AR技术将被广泛应用于许多领域。
03
AR应用设计
A. 搜索公交车站
不擅长看地图的人，也能直观地了解公交车站的位置。当用户拿起智能手机时，公交车站的图像就会叠加在相机画面中。这些公交车站都在距离用户不到200米的位置范围之内。点击屏幕上的其中一个对象，用户就可以看到公交车站的名称。此外，该功能还可以访问公交线路网络服务器，用户可以使用路径搜索系统，图5为搜索公交车站功能。用户可以使用这个功能代替地图。而且，用户可以看到公交车发车前的倒计时。当用户获得路径信息时，该功能能帮助用户理解这些信息。
B. 告知乘客信息
乘坐公共汽车的乘客可以解决换乘错误等问题。如图6所示，用户可以获取正在行驶的公交车的实时位置。当用户手持智能手机时，公交车的图像就会叠加在相机画面中。当用户点击其中一个公交车图像时，这个功能会给用户提供该公交车的信息，如延迟时间、位置、路线和目的地等。
C. 告知路线信息
这个功能解决了乘客对公交车的焦虑感（图7为告知路线信息功能）。用户可以知道自己是否坐对了公交车。当用户在公交车上举起智能手机，他就能在地图上看到下一个公交站和公交车的行驶路线。此外，用户还可以看到自己应该在哪一站下车。当点击某一公交站点，应用会提供相应公交路线信息，用户可以看到公交的目的地和车费，消除焦虑。
04
执行情况
在开发AR应用时，我们使用了以下技术：
• 获得相机画面的预览• 在画面中叠加图像• GPS• 检测智能手机倾斜的加速度传感器• 检测方向的陀螺传感器• 三维动画
在这些技术中，我们使用OpenGL来制作三维动画，因为OpenGL是最好的三维动画技术。我们用Xcode开发AR应用[10]。
在完成AR应用的开发之前，我们必须先进行实验。有几个事项：首先，我们要设计AR的界面。我们先提出了一些设计方案，听取了使用系统的用户的意见后，决定了最终的AR界面。第二，我们要检查GPS的准确性。有一些智能手机，如iPod，它没有指南针和GPS，它们通过无线网络获取GPS数据。因此，我们需要确认误差。这些实验对应用的开发具有重要意义。
在此，我们对所开发功能的实现进行说明。A. 搜索公交车站
智能手机从公交线路网络服务器获取公交车站的数据，这些数据有位置和地名。该AR应用会计算出智能手机和公交车站之间的距离和方位（该应用的系统如图8所示：AR应用搜索公交车站）。此外，应用还根据方位和距离来告知乘客路线信息。
B. 告知乘客信息
这个功能使用了公交定位系统，这是我们独创的系统[11]，[12]。如果使用公交定位系统，就可以得到公交车延迟时间、位置、路线、目的地等信息。
因此，该功能可以告知乘车人车辆的延迟时间和位置。如图9所示，该功能从公交网络系统服务器获取延迟时间、公交位置、路线、目的地等信息。我们利用这些信息来开发这个功能。
但公交定位系统仍处于试验阶段，我们不能开发不切实际的功能，我们的系统必须要能够实际运用起来。
C. 告知乘客路线信息
这个功能可以获取离当前位置最近的公交站和下一个公交站。此功能使用GPS，智能手机每10秒就获取一次GPS数据。当获得GPS数据时，该功能会计算智能手机所在位置与所有公交站点之间的距离。图10显示了这一流程。
05
今后的工作
我们开发了公交网络系统的AR应用。我们利用了AR技术，AR技术是非常有用的。但是，如果很多图像堆叠在一个相机画面上，AR就很难使用。因此，对于我们的开发方式来说，AR并不是那么有用。我们要根据需求改进我们的AR应用。
此外，我们还要将公交定位系统落到实处。公交定位系统目前处于实验阶段，正因为如此，我们不能开发不切实际的功能。我们认为，AR可以成为乘坐公交车的催化剂。对于没有乘坐过公交车的人来说，这件事是很困难的。因为他们不知道公交车的信息，比如公交车站在哪里，他们有一种需要等待很长时间的印象（如图11所示）。AR技术可以通过给乘客提供公交车站和公交车的位置等信息来解决这些问题。因此，AR给了那些不乘坐公交车的人一个动机，让他们去乘坐公交车。
06
结论
我们开发了公交网络系统的AR应用。这个应用可以协助公交乘客。通过该应用，公交乘客可以直观地了解公交车站的位置。此外，在上车时用户还可以看到目的地、车费等公交路线信息。在我们开发这款AR应用之前，由于公交网络系统提供的信息是基于文本的，对于不了解地点的人来说很难理解所有的信息。因此，我们重点研究了AR技术，提高公交网络的可用性，从而提高了交通的可用性。
参考文章：
《Take Me to the Bus Stop: AR Based Assistance System for Public Transit Users》
作者：Naoki Kanatani, Masaki Ito, Takao Kawamura and Kazunori Sugahara
译者：太上老菌
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