Devamı için tıklayınız

B‹L‹MSEL BAKIfi
Görme Engelliler için Destekleyici
Sistemler ve Teknolojiler(1)
Assistive Systems and Technologies for
the Visually Impaired - 1
Prof. Dr. ‹nan Güler
[email protected]
Dünya sa¤l›k örgütünün tahminine
göre, dünyada yaklafl›k 180 milyon
görme engelli insan bulunmaktad›r
[1]. Bunlar›n 40-45 milyonunun tamamen göremedi¤i tahmin edilmekte ve
2020 y›l›na kadar bu say›n›n ikiye katlanmas› beklenmektedir.
According to the estimates of WHO,
there are nearly 180 million visually
impaired people in the world [1]. 4045 million of them are estimated to be
fully blind and these figures are
expected to double by 2020.
12
TELEKOMDÜNYASI2009N‹SAN
Hareketlilik, güvenli, rahat ve ba¤›ms›z olarak konumunu de¤ifltirmek,
hayat›n en önemli gereksinimlerinden birisidir. Bireyin hareketlili¤i k›s›tlan›rsa, yaflam kalitesi önemli ölçüde azalmaktad›r. Görme engelliler k›s›tl› alg›lama kabiliyetlerinden dolay› çevrelerindeki mekânsal bilgiyi anlamakta
zorluk çekmektedirler. Bundan dolay› görme engelliler çevrelerindeki mekânsal bilgiyi eflzamanl› anlamak için destekleyici sistem ve teknolojilere ihtiyaç duymaktad›r. Görme Engellilerin yollar›n› bulmakta flimdiye kadar kulland›klar› geleneksel araçlar baston, k›lavuz köpek (guide dog), kabartma
harita (tactile maps), k›lavuz insan (sighted reader) gibi araçlard›r. K›lavuz
köpek ve baston daha önceden bilinen bir yolda ilerlemeyi ve yol üzerinde
bulunan baz› engellerden sak›nmay› sa¤layabilmekte, fakat gidilecek olan
yere ne kadar uzakl›kta olundu¤u ve belli bafll› bilinen yerlere (dönüm noktas›) göre konumun ne oldu¤u konusunda bir fikir vermemektedir. Bastonun
ifllevselli¤ini, köpe¤in yönlendirme yard›m›n› sa¤layan sistem ve teknolojiler
görme engelliler taraf›ndan tam olarak kabul edilmemifltir. Bunlar›n etkinli¤i, kullan›labilirli¤i ve ifllevselli¤i ihtiyaçlar› karfl›lamaktan uzakt›r.
Dünya sa¤l›k örgütünün tahminine göre, dünyada yaklafl›k 180 milyon
görme engelli insan bulunmaktad›r [1]. Bunlar›n 40-45 milyonunun tamamen
Activity and being able to move independently, safely and comfortably are
among the most important needs of life. When one’s activities are restricted,
his life quality substantially decreases. The visually impaired have difficulty to
perceive the spatial environment due to limited perception. Therefore, the visually impaired need assistive systems and technologies to perceive the spatial information simultaneously. Until now sticks, guide dogs, tactile maps and
sighted readers have been the traditional tools used by the visually impaired.
Guide dogs and sticks help the visually impaired walk on a route known before and avoid some obstacles on the road but don’t give them an idea on how
far one is from his destination or what one’s location from a certain spot is. These systems and technologies have not been embraced fully by the visually impaired. The functionality, efficiency and usability of them are far from addressing the needs.
According to the estimates of WHO, there are nearly 180 million visually
impaired people in the world [1]. 40-45 million of them are estimated to be
fully blind and these figures are expected to double by 2020.
Assistive systems and technologies aim to facilitate the lives of the visually
impaired. Personal digital assistants, mobile phones, smart phones and similar
hand held devices, building information modeling, geographic information
göremedi¤i tahmin edilmekte ve 2020 y›l›na kadar bu say›n›n ikiye
katlanmas› beklenmektedir.
Destekleyici sistem ve teknolojiler görme engellilerin günlük
yaflaman› kolaylaflt›rmay› amaçlamaktad›r. Kiflisel say›sal yard›mc›
(PDA), cep telefonu, ak›ll› telefon ve benzeri elde tafl›nabilen cihazlar, bina bilgi modellenmesi (Building Information Modelling),
Co¤rafi bilgi sistemi (Geographic Information System), sesle veya
dokunmayla alg›lanan bilgi görme engelliler için yeni olanaklar
sa¤lamaktad›r.
KONUM VE YÖN BEL‹RLEME
S‹STEMLER‹N‹N GEL‹fi‹M‹
systems and the information perceived by voice and touch create
new opportunities for the visually impaired.
THE DEVELOPMENT OF POSITIONING
AND DIRECTION DETECTION SYSTEMS
The efforts of the visually impaired to find their ways and perceive the environment are limited to the development of assistive tools
to avoid the obstacles. After the stick, the first tool used by the visually impaired to avoid the obstacles, the studies on this issue has focused on electronic assistive systems such as ‘laser sticks’ and ‘ultrasonic obstacle sensors’. Despite these tools, the visually impaired have lacked the ability to travel alone.
Then the studies on assisted wayfinding focused on navigational
tools. One of the approaches is to deploy location identifiers along
the way the visually impaired will pass. Tactual identifiers haven’t been enough as the visually impaired want to perceive the environment
fully. Instead, a solution using special equipment and remotely perceivable identifiers has been thought. To this end according to the
method for perceiving the environmental information;
• Voice based products using sonic sensors
• The products using infrared circuits
have been used.
Görme Engellilerin, yollar›n› bulmalar›n› ve çevreyi tan›malar›n› kolaylaflt›rma çabalar›, bireylerin engellerden sak›nmas›na yard›mc› olan araçlar›n geliflimi ile s›n›rlanm›flt›r. Görme engelliler taraf›ndan kullan›lan ilk engel sezme arac› olan bastondan sonra bu
konudaki çal›flmalar, ‘lazer baston’ ve ‘ultrasonik engel sezici’ gibi
elektronik yol yard›m› sistemlerine yönelmifltir. Bu araçlara ra¤men, yine de Görme Engelliler tek bafllar›na yolculuk yapma yetene¤inden yoksun olmufllard›r.
Daha sonra yol bulma yard›m›ndaki çal›flmalar daha çok seyir
elemanlar›na yönelmifltir. Yaklafl›mlardan birisi, yolcunun geçece¤i yol
boyunca yer belirleyiciler (location
identifiers) yerlefltirmek olmufltur.
Dokunsal belirleyiciler uygun ya da
yeterli olmam›flt›r, çünkü Görme
Engelli’ler bütün çevreyi taramak istemektedir. Bunun yerine, özel bir
ekipman ile Görme Engelli. taraf›ndan uzaktan alg›lanabilecek belirleyiciler kullanarak bir çözüm düflünülmüfltür. Bu kapsamda çevre bilgisinin al›nma yöntemine ba¤l› olarak,
• Sonik sensörler kullanan ses
tabanl› ürünler
fiekil.1. Optik yol göstericiler kullanan navigasyon sistemi
• K›z›lötesi devreler kullanan
Figure 1: Navigation system using optical beacons
ürünler
kullan›lm›flt›r.
Ses Tabanl› Ürünler
Sonik tabanl› devreler ya¤murlu ve karl› havalarda kullan›labilmekte, fakat kullan›mlar› genellikle aç›k havada veya bina d›fl›nda
olmaktad›r. Bu teknoloji ile Kaspa, Sonik yol gösterici (Sonic Pathfinder), K›lavuz Baston, Sound Buoy, Ultrasonik iflaret sistemi (Ultrasonic Signpost System) adl› ürünler gelifltirilmifltir.
K›z›lötesi Tabanl› Ürünler
Sistem, kal›c› olarak bir yere monte edilmifl vericiler taraf›ndan
yay›lan k›z›lötesi ›fl›k demeti ile gönderilen k›sa periyotlu (yüksek
frekansl›) ses sinyalleri içermektedir. Elde tafl›nan bir al›c›, bu sinyalleri çözer ve hoparlöre ses mesajlar›n› gönderir. Örne¤in kapal› alanlar (indoor) için tasarlanm›fl optik bir yol gösterici tavana yerlefltirilmifl optik yol göstericilerden (beacons) oluflmaktad›r (fiekil
1.). Bu optik vericiler pozisyon kodunu k›z›lötesi sinyal olarak yaymaktad›rlar. Görme Engelliler taraf›ndan tafl›nan bir optik al›c›, bu
vericilerden yay›lan optik sinyali al›r ve yapay ses olarak Görme
Engellilere verir.
Konum ve yön belirlemede geliflen teknoloji ile beraber bu sistemlere ilaveten GPS, DGPS, GSM / UMTS, WLAN, Bluetooth, RFID
teknolojileri kullan›lmaya bafllanm›flt›r[2].
Voice based
products
Sonic products can be
used in rainy or snowy days
but their usage area is generally limited to outdoors.
With this technology, Kaspa
has developed products
such as sonic pathfinder,
guide sticks, sound buoy
and ultrasonic signpost system.
Infrared based
products
The system includes
short-period (high frequency) voice signals transmitted by infrared light beam spread by transmitters that are deployed permanently to certain
locations. A handheld transmitter decrypts these signals and sends
voice messages to the speaker. For example, an optical pathfinder
designed for indoor includes beacons deployed on the ceiling (Figure 1). These optical transmitters spread location codes as infrared
signals. An optical transmitter carried by the visually impaired receives the optical signal spread by these transmitters and sends them to
the visually impaired as voice.
With the developing technology in positioning and path detection, GPS, DGPS, GSM/UMTS, WLAN, Bluetooth, RFID technologies have started to be used [2].
ASSISTIVE SYSTEMS AND
TECHNOLOGIES
While DGPS, GPS and such technologies are used in assistive
systems for the visually impaired; RFID, WLAN, Bluetooth, RF based
Cricket and such technologies are used alone or with other technologies in assistive systems for the visually impaired when the devices
supporting DGPS, GPS and similar technologies can’t connect to the
satellites in indoor areas.
TELEKOMDÜNYASI2009N‹SAN
13
DESTEKLEY‹C‹ S‹STEM VE
TEKNOLOJ‹LER
Görme Engelliler destek sistemlerinde DGPS, GPS vb. teknolojiler kullan›l›rken söz konusu teknolojileri destekleyen cihazlar›n
bina içinde uydu ile ba¤lant›lar› sa¤lanamad›¤› bu alanlarda RFID,
WLAN, Bluetooth, RF tabanl› Cricket vb. sistemler tek bafllar›na veya di¤er teknolojilerle kullan›lmaktad›r.
GPS Tabanl› Sistemler
Görme Engelliler bir yerden baflka bir yere kendi bafl›na gidebilmek için, yolu üzerindeki engellerden korunman›n yan›nda, belli bir anda bulundu¤u yeri ve bu yerin belirli yerlerle iliflkisini (mekân iliflkisini) de bilmelidir. Bu amaçla, öncelikle yolcunun yer (konum) bilgisine ihtiyaç duydu¤u düflünülmektedir. Bu bilgi ise, günümüzde, en hassas flekilde GPS ile sa¤lanabilmektedir. GPS sinyallerinin al›nabildi¤i durumlardaki konum hatas›n› telafi etmek veya en az seviyeye indirebilmek için Diferansiyel GPS (DGPS) kullan›lm›flt›r. Fakat bunun bir maliyeti vard›r. Görme Engelliler için
GPS tabanl› tümleflik çözümler bulunmaktad›r.
GPS-PC tabanl› bir sistem olan ‘Kiflisel K›lavuz Sisteminin’ yap›s›nda 3 temel bileflen bulunmaktad›r;
1-Yolcunun uzayda pozisyonunu (konumunu) ve yönünü belirleyen modül veya modüller: Bu modüller, DR (Dead Reckoning),
INS (Inertial Navigation) ve GPS’in bir kombinasyonu olabilmektedir.
2-GIS (Geographic Information System): Test bölgesinin ayr›nt›l› bir veritaban›n›, yol planlamas› ve veritaban›ndan bilgi elde etmek için bir program içermektedir.
3-Kullan›c› arabirimi (user interface): Sistemden çevre hakk›nda veya yol durumu hakk›nda bilgi istemek ve kullan›c› tercihlerini
sisteme bildirmek için kullan›lmaktad›r. Yolcu rotas›ndan ç›kt›¤›nda
onu uyar›r. Bu uyar› sesle olabildi¤i gibi titreflimle de olabilmektedir.
GPS tabanl› sistemlerde konum belirleme için GPS’e ilaveten
bir de yolcunun h›z veya ivme bilgisinin kullan›ld›¤› ikinci bir konum belirleme sistemi (H›z tabanl› veya ivme tabanl›) kullan›labilmektedir. Bu yedek yer belirleme sistemi, GPS sinyallerinin al›namad›¤› (ormanl›k bölgelerde, kapal› alanlarda veya yüksek binalar
aras›nda)yerlerde veya GPS sinyallerinin yans›ma hatalar› dolay›s›
ile pozisyon belirlemede hatalara neden oldu¤u durumlarda kullan›lmaktad›r[3].
CRICKET
Cricket MIT (Massachusetts Institute of Technology) taraf›ndan
gelifltirilen bina içi konum belirleme sistemidir. Cricket konum,
yönlenme bilgisini el bilgisayar›, dizüstü bilgisayar, PDA vb. zeki
cihazlara ileterek görme engellilere rehberlik sa¤layan sistemdir.
Cricket optik yol göstericiler (beacons) periyodik olarak, RF ve ultrason sinyallerini kullanarak, kendisine özel kimlik(konumunu gösteren) bilgisini dinleyiciye ve bunun üzerinden RS232 portu arac›l›yla PDA vb. zeki cihazlara iletir. RF ile konum bilgisini ald›¤›m›z
di¤er sistemlerin aksine al›nan sinyalin gücü (RSSI) yerine RF ile
sesin(Ultrason sinyali) hedefe ulafl›p geri dönme fark›ndan(Time
Difference of Arrival) yararlanarak konum bilgisini elde eder. Burada RF sinyalleri ses sinyallerine göre 106 kat daha h›zl› hareket etmektedir.
Cricket, düflük güç tüketimi, yüksek do¤rulukta konumunu belirleme özelli¤ine ra¤men kullan›c›n›n takip edilmesinde baflar›l›
olamam›flt›r. Dolay›s›yla Cricket, takip de¤il konum belirleme sistemidir.
14
TELEKOMDÜNYASI2009N‹SAN
GPS Based Systems
In order to go somewhere on their own, the visually impaired
must know their location and the relationship of this location with certain locations (space relationship) in addition to avoiding the obstacles on the way. To that end, the passenger is thought to have the location information primarily and today this information is given most
precisely with GPS. In order to repair the location mistakes or minimize them Differential GPS (DGPS) is used. But this has a cost. There
are GPS based integrated solutions for the visually impaired.
There are three fundamental components in the structure of "Personal Guide Systems" which are GPS-PC based systems:
1. Module and modules detecting the location and the direction
of the passenger in space: These modules can be a combination of
DR (Dead Reckoning), INS (Inertial Navigation) and GPS.
2. GIS (Geographic Information System): It includes a programme in order to get information from the detailed database of test area and the road planning.
3. User interface: It is used to prompt information about the environment and the road condition from the system. It warns the passengers when they go off their road. This warning can be given by voice or vibrations.
Along with GPS, other positioning systems (Speed based or momentum based) in which speed or momentum information are used
can be used to determine the location in GPS based systems. This
spare positioning system can be used where GPS signals can’t be received (forestry areas, indoors or among high buildings) or when
GPS signals causes mistakes in location detection due to reflection failures [3].
Cricket
Cricket is an in-building positioning system developed by MIT
(Massachusetts Institute of Technology). Cricket is a guiding system
for the visually impaired, transmitting the location and direction information to smart devices such as netbooks, laptops and PDA. Cricket
optical beacons transmit the personal information (location information) to the listener periodically using RF and ultrasonic signals and
RFID Teknolojisi
RFID, bir okuyucu ve bir etiketten meydana gelen otomatik bir
tan›ma sistemidir. Etiketin içinde bir mikroçip ve mikroçipi saran
bir anten bulunmaktad›r. Okuyucu ile etiket aras›nda elektromanyetik dalgalar vas›tas›yla iletiflim kurulmaktad›r. Okuyucunun yayd›¤› elektromanyetik dalgalar bir enerji olarak mikroçiple buluflup
onu harekete geçirmekte ve etiketten okuyucuya veri transferi yap›lmaktad›r. Tüm bunlar belli bir mesafede, herhangi bir temas olmadan ve kablosuz olarak gerçekleflmektedir. Okuyucu ald›¤› veri dalgas›n› say›sal dalga biçimine dönüfltürerek bilgisayara aktarmaktad›r. Bir RFID okuyucu radyo dalgalar› vas›tas›yla ayn› anda
birden fazla etiketle haberleflebilmektedir. RFID mimarisi fiekil
2’de görülmektedir[4].
RFID etiketleri aktif ve pasif olmak üzere iki grupta incelemek
mümkündür. Aktif etiketleri besleyen bir destek ünitesi mevcut olmas›na ra¤men pasif etiketler için bu durum söz konusu de¤ildir.
Pasif etiketler kendi enerjilerini görüfl mesafesine girdikleri okuyuculardan al›rlar.
WLAN Teknolojisi
Kablosuz Yerel Alan A¤› - WLAN (Wireless Local Area Network), kablolu iletiflime alternatif olarak uygulanan, RF (Radyo Frekans›) radyo teknolojisini kullanarak kablosuz bilgi al›flverifli yapmay› sa¤layan, çok amaçl› radyo iflaretlerinin belirli bir frekans kanal›nda iletildi¤i, karasal (terrestrial) esnek bir iletiflim teknolojidir.
Bluetooth (Bluetooth) Teknolojisi
Bluetooth ile di¤er teknolojiler aras›ndaki en belirgin fark, bluetooth ile birden çok cihaz›n birbirleri ile ayn› anda iletiflim kurabilmesidir. Bluetooth sisteminde radyo ba¤lant›s› ile birçok arac›n
ba¤lanmas› mümkün olmaktad›r. Üstelik cihazlar aras›nda görsel
temasa ihtiyaç duyulmamaktad›r. Di¤er standartlarda oldu¤u gibi
Bluetooth de 2,45 GHz ISM band›n› kullan›r. GPS sistemi d›fl›ndaki
tüm konumland›rma sistemleri (WLAN, Bluetooth, GSM, UMTS,
RFID) bina içi ve d›fl›nda kullan›labilmektedir. Çizelge 1’de görme
engelliler için kullan›lan teknolojilerin karfl›laflt›r›lmas› verilmifltir[5]
Çizelge 1: Görme engelliler için kullan›lan teknolojilerin karfl›laflt›r›lmas›
KAYNAKLAR
[1] F. Wong, R. Nagarajan, S. Yaacob, "Application of Stereovision in a Navigation Aid for Blind
People", Information-Communications and Signal Processing IEEE, 15-18, 2003.
[2] C. T›¤l›, "Görme Engelliler ‹çin Gps-Uzaysal Veritaban›-Kamera Destekli Dogrultu Belirleme Sistemi", Doktora Tezi, Uludag Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 1-84, 2007.
[3] J.M. Loom›s, , R.G. Golledge, "GPS Based Navigation Systems for the Visually Impaired",Lawrence Erlbaum Associates, 2001.
[4] Z. Pala,"RFID Teknolojisinin Acil Müdahalede Kullan›m›", Akademik Biliflim 09, fianl›urfa, pp.
2-3,2009.
[5] P. Foucher, "An Overview of Handheld Computerized Technologies For People with Visual Disabilities", European Journal for the Informatics Professional, 8(2), pp. 20-29, 2007.
Sistem
GPS / DGPS
GSM / UMTS
Kablosuz (WLAN) /
Bluetooth
RFID
Avantajlar›
Do¤rulu¤u (<10 metre)
Genifl alanlarda ve bina d›fl›nda
kullan›lmakta
Bina içi/Bina d›fl›nda kullan›lmakta
fiekil.2. RFID Mimarisi
Figure 2. RFID architecture
to smart devices such as PDA with RS232 port over the listener. Unlike other systems which we receive location information, RF receives
location information using time difference of arrival of voice (ultrasonic signal) instead of received signal strength indication (RSSI). RF
signals here move 106 times faster than voice signals.
Despite its power efficiency and high fidelity positioning features,
crickets haven’t been successful in the tracing of the passengers. Therefore Cricket is not a tracing system; it is a positioning system.
RFID Technology
RFID is an automatic identification system including a reader and
a label. In the label, there is a microchip and an antenna covering the
microchip. The communication between the reader and the label is
enabled by electromagnetic waves. Electromagnetic waves propagated by the reader get together with microchip as energy and activate it and data transfer can be made from the label to the reader.
The reader transmits the data wave it receives to the computer, turning them into digital waves. An RFID reader can communicate with
multiple labels simultaneously by radio waves. RFID architecture can
be seen in Figure 2 [4].
It is possible to examine RFID labels in two groups as active and
passive. Although there is a support unit feeding the active labels, the
situation is different for passive labels. Passive labels are powered by
the readers upon entering their range of visibility.
WLAN Technology
Wireless Local Area Network (WLAN) is a terrestrial flexible
communication technology which is seen as an alternative to wired
communications, which enables wireless information exchange by
using radio frequency (RF) technology, in which multi-purpose radio signals are transmitted in a certain frequency channel.
Dezavantajlar›
Bina içinde ve sinyal gücünün
yetersiz oldu¤u alanlarda
kullan›lmakta
Genifl alanlarda ve bina
d›fl›nda do¤rulu¤u düflük
Bina içi/Bina d›fl›nda kullan›lmakta Genifl alanlarda ve bina
d›fl›nda do¤rulu¤u düflük
Bina içi/Bina d›fl›nda kullan›lmakta Kapsama için çok say›da
RFID
etiket
kullanmak
gerekiyor, Do¤rulu¤u düflük
Bluetooth Technology
The most distinctive difference between bluetooth
and other technologies is that multiple devices can communicate with each other simultaneously by bluetooth. In
bluetooth system, it is possible to connect multiple devices with radio connection. Furthermore, there is no need
for visual contact between devices. Like other standards,
Bluetooth uses 2.45 GHz ISM band. All positioning systems except GPS system (WLAN, Bluetooth, GSM, UMTS
and RFID) can be used in indoor and outdoor areas. In
chart 1, the technologies used for the visually impaired
are compared [5].
TELEKOMDÜNYASI2009N‹SAN
15