Assistance à la navigation pour les non-voyants : vers un positionnement, un SIG et un suivi adaptés

Navigation assistance for the visually impaired : towards adapted positioning, geographic information system and tracking

• Auteur / Autrice : Slim Kammoun
• Direction : Christophe Jouffrais
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes de guidage

Électronique en navigation

Aveugles -- Déplacements

Mots clés libres

Non-voyant

Navigation

Positionnement

Système d'information Géographique

Réalité augmentée

Résumé

Le déplacement est une des plus grandes difficultés éprouvées par les déficients visuels dans leur vie quotidienne. Avec l'essor des TIC, plusieurs aides électroniques à la navigation ont vu le jour. L'objectif de ces systèmes est d'améliorer l'autonomie des déficients visuels dans leurs déplacements. Cependant, les aides au déplacement commercialisées aujourd'hui reposent sur une simple adaptation des dispositifs conçus pour les automobilistes et sont donc inadaptés ou mal adaptés à un piéton, de surcroit déficient visuel. Ces systèmes reposent généralement sur un positionnement peu précis et utilisent des cartographies et des stratégies de guidage mal ou non adaptées. Dans ce travail de doctorat, nous proposons la conception et le développement d'un système d'aide à la navigation destiné aux piétons déficients visuels. Cette thèse s'articule autour de trois problématiques identifiées comme critiques à savoir le positionnement, les systèmes d'informations géographiques et le suivi d'itinéraire. Le positionnement développé dans NAVIG repose sur la fusion multi capteurs dans le but d'en améliorer la précision. Cette fusion se base sur un module de vision par ordinateur, un système GPS et des capteurs inertiels. Les résultats obtenus montrent la faisabilité de ces techniques dans un contexte de navigation piétonne. Pour la cartographie, nous proposons une classification de données environnementales permettant d'assurer la perception de l'environnement et le calcul d'itinéraire, notamment pour un utilisateur privé de vision. Un modèle conceptuel adéquat pour le stockage des données est aussi proposé. Le suivi d'itinéraire est une fonction qui permet au système de savoir sur quelle section de l'itinéraire se trouve l'utilisateur à tout instant. C'est un processus important, car il permet d'assurer un guidage de qualité. L'amélioration du guidage passe donc par un suivi adapté à un déplacement piéton. Nous avons proposé quatre stratégies de suivi. L'évaluation des performances de ces différentes stratégies de suivi s'est déroulée dans un simulateur de guidage développé au cours de cette thèse. Il s'agit d'un environnement virtuel multimodal qui permet l'évaluation systématique des différents algorithmes proposés dans un environnement contrôlé et sécurisé. Finalement, un prototype du système NAVIG a été réalisé et a été testé auprès de deux utilisateurs déficients visuels, ce qui a mis en évidence un ensemble de verrous toujours présents. Pour conclure, bien que ce travail de doctorat doive être complété par un ensemble d'évaluations plus systématiques, il a apporté un ensemble de réponses sur un positionnement et un suivi d'itinéraire adaptés à des systèmes d'assistance à la navigation pour déficients visuels. Il ouvre des questions très actuelles sur la disponibilité et le partage des données géographiques et l'utilisation de la vision embarquée. Il ouvre aussi des perspectives intéressantes sur le guidage et la description de l'espace adapté à des utilisateurs piétons et déficients visuels.

Navigation, especially in unknown areas, is a major problem for the visually impaired (VI). Over the past 50 years, a number of electronic travel aids (ETAs) have been developed with the aim of improving mobility of the VI. Despite many research efforts, these systems are rarely used. Although the explanation is likely to be incomplete, it is possible to identify three important factors : (1) positioning accuracy provided by these devices is not sufficient to guide a VI pedestrian, (2) these systems are based on Geographical Information Systems not adapted to pedestrian mobility, and (3) the guidance methods should be adapted to the task of VI pedestrian wayfinding. All these three components are sources of usability issues. In this thesis, committed in the collaborative research project called NAVIG, we present the design and implementation of an electronic navigation aid for the blind. In this work, we relied on the analysis of the needs of the visually impaired to propose solutions for improving positioning and guidance. First, we present a solution based on real-time fusion of A-GPS and embedded artificial vision positioning signals. The benefit of our device is two-fold : 1/ it provides a more accurate positioning, compatible with Blind mobility and guidance ; 2/ it matches the needs of Blind users in terms of space perception. Second, we define a classification of objects that should be included in every geographical information system (GIS) that is used in a navigation aid. This classification was based on multiple brainstorming and interviews with blind people and orientation and mobility (O&M) instructors. We present a database scheme integrating the principal classes proposed in this classification. We also propose a methodology allowing the selection of the most appropriate route, based on user needs, and relying on the proposed classification of geographical data. Finally, regarding pedestrian tracking, we propose 3 new strategies adapted to pedestrian navigation. The evaluation of those strategies was performed into a virtual environment framework. To do so, we designed a multimodal (input and output) Virtual Environment (VE) that simulates different interactions that could be used for space perception and guidance in an ETA. This platform subserves two goals : help designers to systematically test guidance strategies (i. E. For the development of new ETAs) and train blind people to use interactive ETAs, with an emphasis on cognitive mapping enhancement. Using this platform we performed several evaluations with 16 users to define the best tracking strategies. To conclude, the combined positioning (vision, GPS) was successfully evaluated in two real environments (Toulouse University campus, and a district in the Toulouse center). Results from evaluations of tracking strategies shown that it is very important to adapt such strategies to pedestrian navigation.