martes, 24 de mayo de 2016

Ray: Smart Indoor/Outdoor routes for the Blind using Bluetooth 4.0 BLE

El artículo Ray: Smart indoor/outdoor routes for the blind using Bluetooth 4.0 BLE fué presentado por un equipo colaborativo entre la Universidad Nacional de Ingeniería (Perú) y la Universidad de Castilla-La Mancha(España) para el 7th International Conference on Ambient Systems, Networks and Technologies (ANT 2016) de Madrid, y que sale publicado en la revista científica Procedia Computer Science de la Editorial Elsevier. La cita oficial del artículo es:
Manuel Castillo-Cara, Edgar Huaranga-Junco, Giovanny Mondragón-Ruiz, Andree Salazar, Luis Orozco Barbosa, Enrique Arias Antúnez, Ray: Smart Indoor/Outdoor Routes for the Blind Using Bluetooth 4.0 BLE, Procedia Computer Science, Volume 83, 2016, Pages 690-694, ISSN 1877-0509, http://dx.doi.org/10.1016/j.procs.2016.04.153.

El Abstract:
This work describes the implementation of a cost-effective assistive mobile application aiming to improve the quality of life of visually impaired people. Taking into account the architectural adaptations being done in many cities around the world, such as tactile sidewalks, the mobile application provides support to guide the visually impaired through outdoor/indoor spaces making use of various navigation technologies. The actual development of the application presented herein has been done taking into account that the safety of the end user will very much depend on the robustness, accuracy and timeliness of the information to be provided. Furthermore, we have based our development on open source code: a must for applications to be adapted to the cultural and social characteristics of urban areas across the world.

 1. Introducción

En la actualidad 285 millones de personas tiene problemas de visión según World Health Organization (WHO), de estos, 39 millones tienen problemas de visión completos y 246 millones tienen baja visibilidad. Dichos ciudadanos tiene grandes problemas para poder desplazarse por una ciudad o simplemente circular por el interior de los edificios. La propuesta de este artículo se centra en una solución para ellos utilizando Bluetooth 4.0 BLE (Bluetooth Low Energy) de manera que con una aplicación móvil, puedan desplazarse de forma segura tanto por el interior de edificios como por la ciudad.

Esta solución presenta una solución de bajo costo y robusta en la que estos usuarios solamente necesiten un dispositivo móvil con el que interactuarán mediante voz con la aplicación para poder desplazarse de forma segura en estos entornos. Para ello, la aplicación también deberá reconocer las señales de Bluetooth emitidas tanto por semáforos (ver Figura 1) como también en el interior de edificios (ver Figura 2).
Simulación en el exterior
Figura 1: Simulación en el exterior
Simulación en el interior
Figura 1: Simulación en el interior
Esta solución podría resolver el problema de la navegación de las personas que tienen problemas de visibilidad ya que algunas de las soluciones actuales tienen los siguientes inconvenientes:
  1. Smart Traffic lights: el costo de implementación de los semáforos inteligentes se hace muy elevado cuando se quiere implementar en una gran ciudad. Junto con este handicap, se encuentra también el coste de implementación, ya que necesita un Data Center que centralice toda la distribución para una ciudad.
  2. Semáforos con sonido: en la actualidad se están intentando cuidar la gran contaminación acústica de las ciudades, por desgracia, los semáforos para invidentes también producen este tipo de contaminación.
  3. RFID y WLAN: estas tecnologías no son apropiadas para invidentes ya que RFID requiere distancias muy pequeñas y WLAN tienen una amplitud de la señal muy elevada.

2. Background

Esta solución toma en cuenta dos tipos de Bluetooth, a nivel de microcontrolador que sería para un semáforo y Beacons (ver Figura 3) que sería óptimo para entornos de interior ya que tiene una batería de larga duración.
Beacon
Figura 3: Beacon. Fuente: Jaalee INC.

En cuanto a nivel de microcontrolador (como muestra la Figura 4) se encontraría esta implementación en un semáforo, de manera que cuando el usuario ponga una ruta a la que ir con un punto inicio y otro final. Cuando se encuentre en el semáforo, esta aplicación establecerá que pare inmediatamente si está en rojo mediante la emisión de señal Bluetooth en este caso. En caso de que esté verde, no emitirá señal y la aplicación lanzará una nota para que pase.
Microcontrolador Bluetooth
Figura 4: Microcontrolador Bluetooth

3. Simulación en indoor

Para el caso de interior el usuario irá pasando de Beacon en Beacon a lo largo de todo el edificio. La misma aplicación le dará notificaciones de la ruta a seguir, es decir, "gire x grados a la izquierda", "siga 4 pasos", etc, donde para interactuar con ella solamente habrá que decir "donde estoy" y/o "ir a sala X". Todos estos strings se encuentran almacenados en la misma aplicación, no se ha usado ninguna técnica de programación de lenguaje natural por simplicidad. Con los sensores podómetro y giroscopio se podrá controlar por dónde está yendo el usuario y cuanto le queda hasta la siguiente zona. En la figura 5 y 6 muestra una simulación real con la cobertura de lo Beacons en las dos zonas vistas, en las que la aplicación dice en todo momento cuando hay que hacer un giro, los pasos a dar y cuando hay una escalera y subir tantos escalones como tenga.
Zona indoor primera planta
Figura 5: Zona indoor primera planta

Zona indoor segunda planta
Figura 6: Zona indoor segunda planta

4. Simulación en outdoor

Para la navegación en exterior, como se ha comentado, se utiliza un método híbrido con Bluetooth 4.0 BLE, para simular semáforos de Bluetooth, y GPS, para la navegación con el dispositivo móvil. Para estos fines de navegación en exterior se ha utilizado las siguientes tecnologías de Google:
  1. Google Maps API. Utilizado para la navegación y establecimiento de la posición inicial y final.
  2. WayPoints API. WayPoints es una API para poner puntos georeferenciados en el mapa de manera que cuando un usuario quiere ir desde un punto inicial hasta uno final, obligatoriamente tenga que pasar por estos puntos. Para estos fines, como muestra la Figura 7, cada WayPoint representa una simulación de un semáforo Bluetooth. Por tanto, cuando un usuario va desde un punto inicial a uno final, Google Maps no buscará la ruta más óptima sino la ruta más óptima pasando obligatoriamente por estos WayPoints.
  3. TextToSpeech API. Esta API es utilizada solamente para poder interactuar con el dispositivo móvil mediante voz.
Simulación en Outdoor
Figura 7: Simulación en Outdoor

 5. Conclusión y trabajo futuro

Las conclusiones de este proyecto se pueden establecer en las siguientes:
  1. WayPoints API se encuentra en una fase beta por lo que hay algunos problemas como es que no reconoce los cruces en forma de "T", por tanto, hay que darle un tratamiento especial con Bluetooth adicionales para este tipo de cruces.
  2. Google Maps no tiene catalogados todos calles peatonales, por ejemplo, en Lima, en la misma Universidad Nacional de Ingeniería, no tiene mapeado el interior de la misma.
  3. Hay que controlar muy bien el rango y la intensidad de los Beacons ya que hay que delimitar la señal a la zona que queramos que dé cobertura.
  4. Esta aplicación es perfecta para ayudar a las personas invidentes en la navegación indoor y outdoor.
  5. Es muy fácil y barata de implementar.
  6. Fácil uso ya que los usuarios solamente utilizan su dispositivo móvil.
  7.  En ciudad de Améríca latina, al no estar el tráfico organizado, es peligroso utilizar esta tecnología solamente, pero en Europa es una fantástica solución.
  8. La localización en indoor hay que mejorarla con técnicas algorítmicas como algoritmos de aprendizaje supervisado o Montecarlo entre otros.



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