Please follow the signs: : Considering existing navigational aids in indoor navigation services

Abstract

Die Navigation in großen öffentlichen Gebäuden stellt für Menschen eine besondere Herausforderung dar. Aus diesem Grund wurden externe Darstellungen der Umgebung entwickelt, wie beispielsweise Navigationshilfen wie Schilder und Grundrisse sowie mobile Navigationsdienste. Diese wurden konzipiert, um die Orientierung in Gebäuden zu erleichtern und die Wahrnehmung zu entlasten. Derzeit arbeiten diese Systeme unabhängig voneinander. Untersuchungen deuten darauf hin, dass bestehende Navigationshilfen, die auf kodierten räumlichen Beziehungen basieren, als semantische Orientierungspunkte dienen können und das Erlernen von räumlichem Wissen erleichtern, während mobile Navigationsdienste das räumliche Lernen beeinträchtigen.Diese Dissertation befasst sich mit den Herausforderungen der Navigation in Innenräumen und des räumlichen Lernens, indem bestehende Navigationshilfen in Navigationsdienste integriert werden. Um das Navigationsverhalten von Menschen in Innenräumen und die Einflussfaktoren an Entscheidungspunkten besser zu verstehen, wurde ein exploratives Experiment mit menschlichen Teilnehmern durchgeführt. Die Ergebnisse dieses Experiments liefern einen systematischen Überblick über die Taktiken zur Entscheidungsfindung bei der innerräumlichen Navigation. Zudem tragen sie zur Weiterentwicklung der bestehenden Orientierungstheorie bei und bieten praktische Informationen für das Architekturdesign, das Gebäudemanagement und das Design von Navigationssystemen in Innenräumen.Basierend auf diesen Erkenntnissen wurde ein vollständig automatisiertes algorithmisches Framework namens ISIGNS (Indoor Sign InteGrated Navigation System) vorgeschlagen, um bestehende Navigationshilfen in Indoor-Navigationsdienste zu integrieren, wobei der Fokus auf Schildern und ihrer Semantik liegt. Die Implementierung von ISIGNS ist äußerst anwendbar, da sie lediglich einen Navigationsgraphen und einen Zeichendatensatz erfordert, der aus den meisten räumlichen Datenbanken für Innenräume abgeleitet werden kann. In einem In-situ-Experiment, bei dem ISIGNS mit menschlichen Teilnehmern evaluiert wurde, zeigte sich das Potenzial, das Navigationserlebnis zu bereichern und die Benutzerfreundlichkeit zu verbessern. Darüber hinaus konnte der vorgeschlagene Ansatz das räumliche Lernen der Teilnehmer signifikant verbessern, insbesondere hinsichtlich des Erwerbs von Wissen über Orientierungspunkte und des Überblicks über eine räumliche Umgebung. Durch die explizite Einbeziehung der Semantik von Schildern lenkt ISIGNS die Aufmerksamkeit auf die Umgebung und nutzt die semantische Natur von Schildern, was zu einer verbesserten räumlichen Wissensbildung führt.Insgesamt trägt diese Dissertation zu unserem Verständnis des menschlichen Orientierungsverhaltens bei der innerräumlichen Navigation bei. Sie untersucht die Faktoren, die die Entscheidungsfindung beeinflussen, und liefert wichtige Erkenntnisse über die Auswirkungen verschiedener Umweltinformationsquellen auf den Erwerb räumlichen Wissens. Der vorgeschlagene ISIGNS-Rahmen stellt eine äußerst wirksame Lösung dar, um bestehende Navigationshilfen in Indoor-Navigationsdienste zu integrieren. Dadurch wird nicht nur das Navigationserlebnis verbessert, sondern auch das räumliche Lernen gefördert.

Navigating through large-scale public buildings presents unique challenges for individuals. Therefore, external representations of the environment, such as existing navigational aids (signs and floor plans) and mobile navigation services, have been designed to assist indoor wayfinding and offload cognition. Currently, these systems operate independently. Studies indicate that existing navigational aids, with their encoded spatial relations, can serve as semantic landmarks and facilitate spatial knowledge acquisition, whereas mobile navigation services impair spatial learning.This dissertation aims to address the challenges of indoor wayfinding and spatial learning, by integrating existing navigational aids into navigation services. An explorative experiment involving human participants was conducted to clarify indoor human wayfinding behaviour and its influencing factors at decision points. The results provided a systematic overview of indoor wayfinding decision-making tactics, enriching the existing wayfinding theory and practically informing architecture design, building management, and indoor navigation system design.Building upon these insights, a fully automated computational framework named ISIGNS (Indoor Sign InteGrated Navigation System) was proposed to integrate existing navigational aids into indoor navigation services, focusing on signs and their semantics. Implementing ISIGNS requires only a navigation graph and a sign dataset, which can be derived from most indoor spatial databases, making it highly applicable. An in-situ experiment evaluating ISIGNS with human participants demonstrated its potential for enriching navigation experiences and improving usability. Moreover, the proposed approach significantly enhanced human spatial learning, particularly in acquiring landmark and survey knowledge. By explicitly incorporating sign semantics, ISIGNS encourages attention allocation to the environment and leverages the semantic nature of signs, leading to improved spatial knowledge acquisition.Overall, this dissertation contributes to our understanding of indoor human wayfinding behaviour, sheds light on the factors influencing decision-making, and provides insights into the effects of different environmental information sources on spatial knowledge acquisition. The proposed ISIGNS framework introduces an effective solution for integrating existing navigational aids into indoor navigation services, enhancing navigation experiences, and promoting spatial learning.