Boletín Nº 3 Agosto de 2013

ARGUS: Sistema de guiado personal para

personas con discapacidad visual (Assisting personal

guidance system for people with visual impairment)

Editorial

Tras probar con éxito el prototipo desarrollado para validar el concepto, el principal progreso ha sido el desarrollo de los elementos funcionales básicos del sistema ARGUS, avanzando hacia el objetivo de completar el desarrollo del primer prototipo funcional para ser probado en el tercer trimestre 2013.

En este número se describen algunas de las características clave del sistema en desarrollo. También se describe la participación del equipo en conferencias y otras actividades de divulgación.

El equipo de ARGUS.

Sumario

Pruebas a pequeña escala

Unidad de posicionamiento

Aplicación de enrutamiento

Módulo acústico

Web y red social

Integración y validación

Actividades de diseminación

Próximos pasos

El proyecto de un vistazo

Acrónimo: ARGUS Nombre: Sistema de guiado personal para personas con discapacidad visual (Assisting personal guidance system for people with visual impairment) Cofinanciado por la UE bajo FP7-ICT Objetivo: ICT-2011.5.5 (ICT for smart and personalised inclusion) Contrato Nº FP7-28841 Inicio: Octubre de 2011 Fin: Marzo de 2014 Tipo de proyecto: Proyecto en colaboración Estado del proyecto: En ejecución Web del proyecto: http://www.projectargus.eu

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Pruebas a pequeña escala

Objetivo de las pruebas

La metodología del diseño centrado en el usuario juega un papel importante en el proyecto ARGUS, aplicando sus reglas significativamente durante todas las fases de desarrollo. Este procedimiento garantiza que la implementación de una solución personalizada y amigable que satisfaga realmente las necesidades del grupo objetivo: personas con ceguera o visión reducida.

Sobre esta base, el equipo de ARGUS decidió ejecutar diversas pruebas a pequeña escala con usuarios para efectuar la selección de los sonidos 3D apropiados para la navegación según:

• su aceptación por usuarios individuales;

• la tasa de percepción esperada, particularmente en relación al ruido ambiental;

• la calidad sonora adecuada de los sonidos de guiado en respuesta a las necesidades del grupo objetivo en entornos ruidosos;

• pruebas estáticas (por tanto, seguras) introduciendo a los usuarios en los diferentes principios de guiado.

En referencia a los mencionados principios de guiado, ofrecimos dos mecanismos diferentes de navegación. Así, los usuarios fueron capaces de decidir cual se ajustaba mejor a ellos.

Reclutamiento de usuarios

Las pruebas fueron realizadas en mayo de 2013 en cinco lugares diferentes. El grupo reclutado por 425 en Southsea (Inglaterra) incluyó a dos usuarios ciegos. Siemens seleccionó a 10 alumnos de LWL-Berufskolleg Soest, una escuela para alumnos ciegos o con visión reducida de Soest, próxima a Paderborn (Alemania). En las pruebas desarrolladas en Madrid por OK-Systems participaron tres usuarios ciegos asociados en ONCE. Otros cuatro usuarios participaron en las pruebas efectuadas por Vicomtech en San Sebastian. CEIT ALANOVA hizo pruebas con tres usuarios potenciales en Viena.

Pruebas en Soest (Alemania)

Las pruebas en Alemania tuvieron lugar en las instalaciones de LWL-Berufskolleg Soest para garantizar el entorno más agradable y seguro para los alumnos participantes, para quienes fue la primera experiencia en este tipo de pruebas. Dos equipos de entrevistadores expertos en accesibilidad de Siemens prepararon los equipos requeridos para las pruebas en diferentes estancias del laboratorio de la escuela.

Ambos equipos de entrevistadores completaron satisfactoriamente sus pruebas a pequeña escala de modo independiente para obtener resultados sostenibles y sin sesgo, lo que es necesario para el desarrollo posterior del prototipo de ARGUS.

Pruebas en Madrid (España)

Las pruebas desarrolladas en Madrid por OK-Systems tuvieron en cuenta la disponibilidad y preferencias de los sujetos. Dos usuarios fueron seleccionados considerando su conocimiento y participación previos (pues ya estuvieron involucrados en las pruebas preliminares de no interferencia con la audición). Otro usuario fue seleccionado teniendo en cuenta su desconocimiento del proyecto ARGUS y de los sonidos binaurales. Incluso partiendo de situaciones diferentes, las pruebas fueron completadas por todos los usuarios, produciendo resultados valiosos y coherentes.

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Pruebas a pequeña escala (cont.)

Pruebas en San Sebastián (España)

En San Sebastian, Vicomtech hizo sus pruebas en colaboración con ONCE con cuatro usuarios con diferente discapacidad visual. Pese a las diferencias de percepción, todos fueron capaces de navegar autónomamente, siempre que se les suministrara un entrenamiento suficiente. El entrenamiento es un elemento clave a incluir en las pruebas finales del prototipo.

Otra conclusión importante es que los usuarios prefieren un sonido simple en vez del concepto de senda virtual basado en tres puntos. Les gustó el concepto, pero opinaron que para el guiado no necesitan mucha información. También dijeron que tres anillos serían adecuados para situaciones particulares como evitación de obstáculos.

Pruebas en Viena (Austria)

En Mayo de 2013 CEIT ALANOVA efectuó en Viena pruebas con tres usuarios potenciales: dos ciegos y otro con visión parcial, todos con buena capacidad auditiva. Dos tenían experiencia con ordenadores, y uno ya había participado en pruebas similares. Las pruebas se hicieron en cooperación con la asociación austríaca de apoyo a personas con discapacidad visual. En general los usuarios no pudieron identificar una dirección clara en base a los sonidos.

Pruebas en Southsea (Reino Unido)

Las pruebas desarrolladas por 425C pretendían obtener feedback sobre el concepto binaural de ARGUS. Las pruebas se hicieron en el entorno estático y tranquilo de la biblioteca de Southsea, llevando bastante tiempo a cada persona. El sistema ARGUS no había sido optimizado para cada usuario y el entrenamiento fue limitado.

Resultados de las pruebas

El principal objetivo de las pruebas a pequeña escala era definir y validar algunos parámetros operativos del Módulo Acústico para ofrecer al usuario final una percepción correcta de la distancia, orientación y geometría basada en sonidos 3D. Para que los resultados pudieran relacionarse estrechamente con la naturaleza del sonido, se probaron y puntuaron ocho sonidos diferentes.

En las pruebas se evaluó la percepción de distancia, orientación y geometría. Los resultados obtenidos muestran cierta debilidad del sistema en la percepción espacial. Nuevas características están siendo consideradas para reforzar estos aspectos en el la implementación final del sistema.

Ocho sonidos diferentes fueron evaluados en las pruebas. En términos generales, los resultados muestran diversidad en términos de seguridad, claridad y comodidad con los diferentes sonidos. El sistema final ARGUS incluirá el sonido mejor valorado por los usuarios.

Al margen de los parámetros operativos, se extrajeron otras conclusiones. Un entrenamiento adecuado es clave para asegurar que los usuarios interpreten los sonidos según lo esperado.

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Unidad de posicionamiento

Los usuarios de ARGUS preferirían no tener que llevar otro dispositivo móvil, y usar sólo sus teléfonos inteligentes (smartphones). Pero debido al hecho de que los smartphones actuales no ofrecen la exactitud e integridad requeridas por ARGUS, hemos desarrollado un módulo de localización y navegación separado (Unidad de Posicionamiento) a modo de caja negra sin interfaz de usuario. El propósito de la Unidad de Posicionamiento es suministrar datos al smartphone tales como la posición con alta exactitud, dirección y velocidad con la precisión requerida por el sistema ARGUS.

La determinación de esas mediciones se consigue mediante el procesamiento conjunto de datos del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) y las mediciones obtenidas por una Unidad de Medición Inercial (IMU).

Hoy en día GNSS sirve como ayuda clave en la navegación, también para peatones. Las señales GNSS permiten determinar la posición con la precisión absoluta adecuada, pero están limitadas por el requisito de mantener una línea de visión entre la antena y el satélite. Si un obstáculo bloquea una o más señales de satélites, se reduce la precisión del posicionamiento, y en el peor de los casos no es posible estimar la posición sin visibilidad de al menos cuatro satélites. La obstrucción de señales ocurre especialmente en los cañones urbanos, influenciando notablemente la funcionalidad de navegación. Además, es difícil determinar la altitud del usuario con GNSS, usando sólo una antena GNSS.

Los sensores autónomos que suministran datos adicionales pueden ofrecer medidas paliativas para el cálculo de la posición. Habitualmente se usan sensores inerciales para mejorar la disponibilidad de la posición. Esas medidas pueden corregir fallos de medición de GNSS. Sensores de movimiento tales como acelerómetros y giroscopios pueden usarse para calcular las posiciones relativas, velocidades, y cambios de orientación. A menudo, la combinación de acelerómetros y giroscopios con una alineación de ejes ortogonal incorpora un

IMU. El uso del IMU es un reto debido a sus grandes errores, variaciones estocásticas extremas, y cambiar rápidamente características de errores. En cualquier caso, usados junto al GNSS, se complementan mutuamente. La precisión a corto plazo del GNSS es baja pero su precisión a largo plazo es elevada. El IMU se caracteriza por un comportamiento complementario: la precisión a largo plazo es muy baja debido a errores de sensores, mientras que la precisión a corto plazo es alta. Las diferentes propiedades de GNSS e INS califican a ambos sistemas para su uso combinado, pues las desventajas de un sistema son compensadas por las ventajas del otro.

Tal combinación en el área de navegación es normalmente ofrecida por un filtro Kalman, que es una herramienta óptima para la fusión de diferentes sensores. El filtrado Kalman conduce una mejora de la precisión, disponibilidad e integridad en lo relativo a la posición y altitud del usuario. Por una parte, las observaciones de un receptor GNSS ofrecen información sobre la posición absoluta. Por otra, las mediciones de aceleración y tasa angular suministradas por un IMU se usan para determinar la altitud y para calcular la velocidad del usuario. Las aceleraciones son usadas para derivar la velocidad del usuario en base a una fiable detección de pasos.

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Aplicación de enrutamiento

La aplicación de enrutamiento de ARGUS está diseñada para calcular rutas en formato GPX, de según el origen y destino especificados por el usuario. Adicionalmente, las rutas previamente cargadas pueden también ser descargadas. Esta aplicación capacita al usuario para preparar nuevos itinerarios antes de guiarse por ellos mediante sonidos binaurales.

La primera versión de la aplicación de enrutamiento se basó en la integración de datos de OpenStreetMap (OSM). Éstos cubrían las ciudades de San Sebastián (España), Soest (Alemania), Viena (Austria) y Portsmouth (Reino Unido). Respecto a estos datos, una red de enrutamiento fue establecida en base a los datos disponibles en OSM de redes de vías peatonales y calles, y se añadió Información adicional como Puntos de Interés (POI). El cálculo del itinerario está influido por los obstáculos o puntos útiles que los usuarios pueden añadir al sistema ARGUS mediante el interfaz Web o cargando el archivo de ruta, asistido por el módulo de Gestión de Información Multicapa. Así, se ha conseguido crear una red de rutas definidas por el usuario para conseguir el mejor camino posible desde un punto de inicio a otro de destino. Los pesos de las redes de enrutamiento se calculan además en función de la disponibilidad en OSM de puntos de información adecuados. Los usuarios de ARGUS tendrán también la posibilidad de suscribirse a puntos de otros usuarios pertenecientes a la comunidad, lo que también puede influir en la ruta calculada. Antes de la integración con el resto de módulos de ARGUS tales como el Web accesible, ha sido creado un interfaz Web sencillo para pruebas internas del cálculo de rutas.

Los siguientes pasos en la aplicación de enrutamiento serán una evaluación exhaustiva de la generación de rutas, la potencial integración de datos adicionales detallados de áreas peatonales en ciudad y la potencial revisión y extensión del algoritmo de cálculo de rutas.

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Módulo acústico

El modulo acústico de ARGUS es el principal responsable de enviar los estímulos de sonido binaural específicos que apoyan al usuario en la ejecución de tareas de navegación. Aparte de otros requisitos de usuario específicos, y de los resultados obtenidos en pruebas de no interferencia auditiva y en pruebas preliminares de prueba de concepto realizadas en Paderborn, en el diseño final del sistema acústico se han tenido en cuenta las características relacionadas con la percepción de los sonidos binaurales.

Localización del sonido binaural

Los humanos distinguen entre delante, detrás, izquierda y derecha, a través de tres tipos de diferencias (ILD, ITD e ISD) entre lo captado por un oído y por el otro. Cuando la fuente de sonido viene desde eje vertical, solo la reflexión creada por el pabellón auricular y sus pliegues actúan para señalar el sonido, reduciéndose en este caso las tres diferencias a una sola. Por ello los humanos no son buenos para distinguir entre delante y detrás cuando el origen del sonido está justamente en el eje vertical de la persona.

Psicoacústica

Muchos de los sonidos que oímos no pueden ser medidos directamente; la percepción de la altura y volumen no está directamente ligada a las mediciones de amplitud y frecuencia de la señal. Tampoco todos los sonidos son captados completamente. Muchos de ellos se pierden en el procesado interno del sistema oído-cerebro. La sensibilidad del oído humano depende de la frecuencia, siendo las frecuencias mejor oídas son las medio-altas, entre las que se sitúa la voz humana. Se necesita mucha más presión del sonido para empezar a percibir las frecuencias bajas que las medio-altas. Las diferencias pueden ser apreciadas fácilmente en las curvas isofónicas.

Pérdida de audición por edad

Las células pilosas más próximas a la ventana oval son las primeras en morir, lo que significa que con la edad los humanos se hacen menos sensibles a las frecuencias altas. Perdemos una

media de 2 KHz cada 10 años de modo natural. Para compensarlo, suelen usarse los controles de tono y balance en los equipos de sonido.

Efecto Hass

Cuando dos sonidos idénticos alcanzan el oído, uno con una pequeña demora respecto al otro, el cerebro atiende a la primera fuente e ignora completamente la segunda, incluso si es más fuerte que la primera. Cuando se usan sonidos binaurales naturales, han de controlarse en cada fase las reflexiones tempranas.

Enmascaramiento de sonido binaural

La capacidad de detectar una señal enmascarada por otra señal de fondo mejora notablemente usando dos oídos. Al oír binauralmente, solo se enmascaran señales muy fuertes o dos señales procedentes de una misma dirección. La audición binaural supone una gran ventaja en ambientes ruidosos, donde los sonidos pueden identificarse como procedentes de diferentes fuentes gracias a su diferente posición en el espacio.

Selección de sonidos binaurales

La prueba a pequeña escala afectó a los parámetros de reproducción finales gestionados por el Módulo Acústico, incluyendo la selección del sonido usado en el sistema final. Entre una lista de 27 posibles sonidos, ocho fueron seleccionados para ser probados por los usuarios. Esos sonidos fueron evaluados según la comodidad, claridad y seguridad mediante su escucha aislada o con ruido ambiente.

Sonidos 3D sintéticos

La versión avanzada del Módulo Acústico implementará un motor de audio 3D independiente para generar en tiempo real sonidos binaurales. La parte sintética del módulo es un programa que recibe un archivo de sonido mono-aural y genera un sonido binauralizado en el lugar exacto deseado. Esta tecnología permite estudiar los beneficios de manipular los sonidos activamente mientras el usuario se mueve, sintetizando sonidos 3D durante el guiado.

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Web y red social

El Web de usuario de ARGUS ha sido diseñado como principal punto de entrada para nuevos usuarios, permitiéndoles registrarse en el Sistema ARGUS, aprender sobre su funcionamiento y facilitar la descarga de las aplicaciones que han de instalar en sus dispositivos móviles.

El Web puede abrirse con cualquier navegador estándar sin precisar la instalación de otro software adicional, y su diseño lo hace accesible para todo tipo de usuarios, incluidos los que tengan algún tipo de discapacidad visual (que son precisamente los principales usuarios de ARGUS). La primera versión está disponible en inglés, y posteriormente será traducido a otros idiomas (español y alemán).

El Web de usuario incluirá funciones adicionales, que permitan a los usuarios registrados generar itinerarios entre los lugares seleccionados, o descargar rutas almacenadas en el catálogo de ARGUS. Los usuarios podrán descargar archivos de rutas (incluyendo POIs y otros datos complementarios) para instalarlos en el Terminal de Usuario para que el Sistema ARGUS los usen para navegar a lo largo de los itinerarios mediante sonidos 3D.

Los usuarios podrán vincular sus cuentas con sus perfiles en redes sociales (como Facebook o Twitter) de modo que puedan compartir a través de ellas sus itinerarios y experiencias con otros usuarios. El entorno colaborativo que ofrecen las redes sociales permite extender ARGUS de modo que los usuarios puedan beneficiarse de la ayuda de sus amigos y de otros usuarios de ARGUS, bien para preparar nuevos itinerarios o para pedir ayuda durante sus actividades de navegación.

Tras completar un itinerario, los usuarios también podrán cargar las rutas y POIs que hayan registrado, y compartirlas con sus amigos y otros usuarios si así lo desean.

Integración y validación

El primer prototipo de ARGUS se integrará y evaluará en Soest (Alemania) en octubre de 2013. La integración y las pruebas de funcionamiento tendrán lugar en primer lugar, de modo que todos los módulos se integren y funcionen correctamente según los requisitos funcionales. Por otra parte, se harán pruebas de usuario con cuatro usuarios expertos, ciegos o con otra discapacidad visual. Las tareas principales para la validación incluirán las de registro y acceso del usuario, descarga de un itinerario ya existente, creación de un nuevo itinerario, su instalación en el smartphone, la ejecución de itinerarios y su carga al sistema tras completarlos. Para esas pruebas, la aplicación móvil será integrada con Android 4.2 que soporta todas las funcionalidades requeridas para ARGUS. Antes de las pruebas, se realizarán sesiones de entrenamiento tanto técnicas como binaurales. El objetivo del entrenamiento Técnico es que el usuario pueda aprender a usar el Web y la aplicación móvil; el objetivo principal del entrenamiento binaural es que el usuario pueda entender el principio del guiado por sonidos 3D. Inmediatamente tras las pruebas se realizarán breves entrevistas basadas en un cuestionario para validar las funcionalidades. También se comprobarán la accesibilidad, usabilidad y satisfacción del usuario tanto para los interfaces del Web como de la aplicación del smartphone.

Tras esta prueba, al final del segundo año del proyecto, realizaremos una segunda fase de pruebas para validar la versión final del prototipo. Estas pruebas finales se desarrollarán en diferentes ciudades en los diferentes países de los miembros del consorcio: Soest (Alemania), Viena (Austria), Portsmouth (Reino Unido), San Sebastián y Madrid (España). Esta fase de pruebas final incluirá la funcionalidad complete del prototipo de ARGUS con la participación de más de 70 usuarios finales, en colaboración con las organizaciones que apoyan el proyecto: ONCE, FTS, RNIB, VIIAG y varias asociaciones de ciegos de Austria y Alemania.

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Actividades de diseminación

Participación en eventos

ARGUS fue presentado en el 90 Congreso Europeo ITS celebrado en Dublín (Irlanda) entre el 4 y el 7 de Junio de 2013. Este congreso permitió al público descubrir y experimentar los últimos avances de Europa en sistemas de transporte inteligente y soluciones innovadoras de transporte. El tema de este año fue “Soluciones reales para necesidades reales”.

El equipo de ARGUS participó también en los siguientes eventos en los últimos meses:

SightCity: 24/26-Abril, Frankfurt (Alemania)

ENC 2013: 23/25-Abril, Viena (Austria)

REAL CORP 2013: 20/23-Mayo Roma (Italia)

AGIT25: 03/05-Julio, Salzburgo (Austria)

Siemens y TCA presentaron el concepto de navegación por sonidos 3D de ARGUS en las jornadas InMoBs en Braunschweig (Alemania), que tuvieron lugar en 28 y 29 de mayo en las instalaciones de DLR. Los objetivos del taller fueron reforzar las redes y comunicación entre socios de proyectos alemanes y europeos centrados en el desarrollo de soluciones de navegación para el grupo objetivo de usuarios ciegos o con visión reducida. El equipo de accesibilidad de Siemens hizo una presentación sobre el método de diseño centrado en el usuario, seguido de a una dinámica discusión plenaria tratando de cuestiones sobre los principios de guiado mediante sonidos 3D de ARGUS. Se distribuyeron materiales de la presentación a todos los participantes. Se consiguió con éxito establecer conexiones con otros colegas alemanes y europeos. Guide4blind decidió dar su apoyo a ARGUS con datos de mapas de alta precisión para las pruebas previstas en Soest para octubre de 2013.

Internet

El Web público del proyecto contiene más información actualizada: www.projectargus.eu

Además, ARGUS dispone de canales en las principales redes sociales:

facebook.com/ProjectArgus

twitter.com/projectargus

linkedin.com/groups/Project-Argus-4467131

vimeo.com/argusfp7

youtube.com/user/ArgusFP7

En el canal de Podcast de ARGUS hemos publicado versiones habladas de los números anteriores del boletín de ARGUS, que también se pueden encontrar vinculadas desde el Web.

Publicaciones

En mayo de 2013 se publicó un artículo sobre ARGUS en Navigation News, revista del Royal Institute of Navigation.

Los miembros del consorcio ARGUS han difundido diversos artículos y presentaciones en diferentes eventos.

Medios de comunicación

Emisión en la radio austríaca (solo disponible en alemán): science.ORF.at (22-Julio-2013)

Organización de eventos

Siemens organizó otro taller en Paderborn (Alemania), presentando el sistema ARGUS.

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Próximos pasos del proyecto

Tareas principales

En octubre de 2013, prevemos completar la implementación del primer prototipo funcional del sistema ARGUS para su prueba y evaluación.

Los resultados iniciales de la evaluación serán presentados a los revisores de la Comisión Europea durante la segunda reunión de revisión, en noviembre.

En base a los resultados de la evaluación, el trabajo continuará refinando y completando el desarrollo del sistema.

En la fase final del proyecto se realizarán esfuerzos adicionales en la divulgación de los resultados del proyecto y en preparación para su explotación posterior.

Participación en eventos

En los próximos meses participaremos en los siguientes eventos:

AAATE 2013: 19-Sep, Vilamoura (Portugal)

ION GNSS 2013: 19-Sep, Nashville (EEUU) Participación en la sesión F4: “Nuevos productos y servicios comerciales”. El programa completo está disponible en: http://www.ion.org/meetings/pnt2013program.cfm

ICT 2013: 6-Nov, Vilnius (Lituania)

Subscripción al boletín

http://projectargus.eu/newsletter.asp

Información de contacto

Oihana Otaegui VICOMTECH-IK4 (www.vicomtech.es) Mikeletegi Pasealekua 57 Parque Tecnológico E-20009 Donostia - San Sebastián, SPAIN Tel: +[34] 943 30 92 30 contact@projectargus.eu http://www.projectargus.eu

Socios del consorcio

Colaboradores