ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)

Transcripción

1 SISTEMA DE GUIADO INTELIGENTE PARA PERSONAS CON DISCAPACIDAD EN EL ENTORNO DE UN CENTRO COMERCIAL MEDIANTE UNA RED DE SENSORES INALÁMBRICA Y DISPOSITIVOS MÓVILES Autor: Merino Herrero, Daniel. Directores: Sánchez Miralles, Álvaro. Sanz Bobi, Miguel Ángel. Entidad Colaboradora: ICAI Universidad Pontificia Comillas Introducción Desde la aparición de los grandes centros comerciales han estado dirigidos hacia un amplio abanico de personas proporcionando multitud de servicios. A pesar de la multitud de servicios, hay grupos de personas, entre los que se incluyen las personas con algún tipo de discapacidad, que no pueden disfrutar de estos servicios completamente al no estar los centros comerciales diseñados para este colectivo. Por esta razón, en estos últimos años se han desarrollado y se continúan desarrollando multitud de sistemas para mejorar la experiencia de estas personas. Motivación Un problema que se observa con las últimas innovaciones es que éstas están dirigidas mayoritariamente a personas con movilidad reducida dejando de lado la asistencia inteligente para personas mayores o discapacitados tales como invidentes u sordomudos. I

2 Por ésta razón este proyecto se centra en el desarrollo de un sistema de guiado inteligente en el entorno de un centro comercial para personas con discapacidad, tales como personas mayores, invidentes o sordomudos al que se ha denominado SLYG. Con el SLYG estas personas podrán desenvolverse dentro de los centros comerciales disfrutando de las ventajas de tener un asistente personalizado en todo momento sin la necesidad de la ayuda de un empleado del centro comercial que a veces puede coartar la privacidad de estas personas. Metodología desarrollada Para lograr los objetivos propuestos se ha desarrollado un sistema de localización en interiores basado en sensores inalámbricos, denominados balizas, distribuidos por la planta del centro comercial y dispositivos móviles vinculados mediante una red inalámbrica. También se ha utilizado un ordenador central en él que además de procesar las señales recibidas de las balizas para estimar la posición del usuario, se ejecuta un sistema de guiado con dos modalidades: libre y direccional. Este ordenador central también sirve de interfaz con el usuario. En la Figura 1 se muestra un esquema del SLYG. Figura 1. Esquema del SLYG II

3 Para desarrollar el sistema de localización, del que es parte del sistema inalámbrico, se ha utilizado el indicador de intensidad de la señal (RSSI) incluido en el protocolo de comunicación ZigBee. Con este indicador se obtienen los datos de la pérdida de señal entre un dispositivo móvil y las balizas que proporciona en decibelios-mili vatio (dbm). Con estos datos se estima la posición del dispositivo móvil mediante un algoritmo de trilateración. Una vez estimada la posición del usuario se le puede dar información de guiado. Para esto se jerarquiza el mapa del centro comercial para obtener diferentes niveles de información y proporcionar al usuario un método de guiado eficaz. De esta forma se podrá informar al usuario no sólo de la zona del nivel inferior sino que se completa con la información de niveles superiores. En la Figura 2 se muestra un ejemplo de jerarquización de un mapa con diferentes niveles. Figura 2. Ejemplo de mapa jerarquizado Para este sistema de guiado se han desarrollado dos métodos para poder satisfacer las diferentes necesidades del usuario. Primero un guiado direccional, tal como el mostrado en la Figura 3, para el caso de que el usuario necesite encontrar un producto concreto donde el SLYG dará instrucciones al usuario para que llegue al destino. El segundo modo de guiado es el denominado libre, mostrado en la Figura 4, que será el modo a ejecutar cuando el usuario decida recorrer el centro comercial sin un objetivo determinado de búsqueda para lo cual el SLYG dará información de las zonas que rodean a la persona a su paso por las diferentes partes del centro comercial. III

4 Figura 3. Ejemplo de guiado direccional Figura 4. Ejemplo de guiado libre Además de los sistemas de guiado y localización se ha implementado una interfaz gráfica combinada con un sistema de sonido que reproduce las instrucciones, de forma que resulta muy sencilla de utilizar y pueda ser usada por personas mayores o sin ningún conocimiento informático, con un periodo de aprendizaje muy pequeño. Resultados En este proyecto se ha conseguido desarrollar un sistema de localización en interiores robusto con un error menor a dos metros, bajo consumo y alcance suficiente para una planta de 200m 2. Además se ha conseguido el método de guiado descrito con una interfaz intuitiva para crear el primer prototipo del sistema SLYG funcional. Conclusiones En definitiva este proyecto ha contribuido a crear el prototipo de un sistema de guiado inteligente que haga las funciones de un asistente personal para personas con algún tipo de discapacidad mejorando su experiencia dentro de los centros comerciales. Todo ello a partir de un sistema de localización en interiores basado en señales de radiofrecuencia con un mecanismo de guiado compuesto de dos tipos para satisfacer las necesidades del usuario. IV

5 Aparte del uso que se le ha dado aquí, el sistema SLYG es aplicable a entornos de naturalezas muy diferentes, como pueden ser edificios de instituciones públicas o museos, y no sólo para personas con alguna discapacidad, sino que podría adaptarse a las necesidades de cualquier persona. V

6 SMART GUIDANCE SYSTEM FOR DISABLED PEOPLE INSIDE THE ENVIRONMENT OF A MALL USING A WIRELESS SENSOR NET AND MOVILE DEVICES Introduction Since the emergence of malls, these have been directed towards a wide range of people providing many services. Despite the many services, there are groups of people, which include disabled people, who cannot fully enjoy these services because the shopping centers are not designed for them. This is the reason, in recent years, the researchers have developed many systems to enhance the experience of these groups of people. Motivation A problem observed with the latest innovations is that they are directed mainly to people with reduced mobility setting aside intelligent assistance for elderly or disabled people such as blind or deaf. Therefore this project focuses on the development of an intelligent guidance system in the environment of a mall for disabled people. This system has been called SLYG. With SLYG these people can enjoy the benefits of having a personal assistant without the help of a mall employee that sometimes can inhibit the privacy of these people. Methodology To achieve the proposed objectives, it has developed an indoor location system based on wireless sensors spread on the mall, called beacons, and mobile devices linked through a wireless network. Moreover it uses a central computer to process the signals received from the beacons to estimate the user's location. VI

7 It also runs a guidance system algorithm, which is composed of two modes: free guidance mode and directional guidance mode. The central computer also operates like the interface with the user. Figure 1 shows the SLYG basic scheme. Figure 1. SLYG Outline To develop the indoor location system, which contains the wireless system, it uses the received signal strength indicator (RSSI) contained in the ZigBee communication protocol. This indicator provides the signal losses between a mobile device and the beacon in decibel milliwatts (dbm). With these data it has estimated the mobile device location via a trilateration algorithm. Once the user's location is estimated, the guidance information can be calculated. In this way, it has created a hierarchical map of the mall to get different levels of information and the SLYG can give the user an effective method of guidance. Thereby it will inform the user not only of the lower-level zones but it was completed with information from higher levels. Figure 2 shows an example map hierarchy with different levels. VII

8 Figure 2. Example of a hierarchical map For the guidance system it has developed two methods to meet different user needs. First, a directional guidance, such as shown in Figure 3, could be activate if the user needs to find a particular product. In this case the SLYG will instruct the user to arrive at the destination. The second mode is called free guidance, shown in Figure 4, which will be the way to run when the user decides to go to the mall without a specific objective so the SLYG will show the nearby areas while the user is walking around the mall. Figure 3. Example of directional guidance Figure 4. Example of free guidance Besides the location and guidance systems it has implemented a graphical interface combined with a sound system that plays the instructions, so the SLYG can be used by elderly or people without computer knowledge, with a short learning period. Results VIII

9 This project has succeeded in developing a robust indoor location system with less than two meters of error, using low power and having wide enough coverage for a floor of 200m 2. Also it has developed the guidance system described above with an intuitive interface to create the first functional prototype of the SLYG system. Conclusion In summary this project has helped to create the prototype of an intelligent guidance system that operates like a personal assistant for disabled people to improve their experience in shopping centers. All these achieved from an indoor location system based on radio frequency signals with a guidance system composed of two different modes to meet the needs of the user. Apart from the use that it has been given here, the SLYG system could be applied to very different environments, such as public buildings or museums, not just for disabled people, as well it could be adapted to the needs of any person. IX