Εντοπισμός και πλοήγηση στον εσωτερικό χώρο για άτομα με προβλήματα όρασης βασιζόμενα στην τεχνολογία των ραδιοκυμάτων

Abstract

Μία από τις πιο σημαντικές προκλήσεις στο πεδίο της Βιοϊατρικής Τεχνολογίας αποτελεί ο εντοπισμός και η πλοήγηση ηλικιωμένων ατόμων και/ι ατόμων με προβλήματα όρασης σε ένα άγνωστο εσωτερικό για τον χρήστη χώρο. Η τεχνολογική πρόοδος της τελευταίας δεκαετίας έχει συμβάλλει καθοριστικά στην εμφάνιση πολυάριθμων τεχνολογιών με σκοπό τον ακριβή εντοπισμό και την βέλτιστη πλοήγηση του χρήστη στον εσωτερικό χώρο. Παρ’ όλα αυτά, οι έως τώρα προταθείσες τεχνολογίες παρουσιάζουν, είτε τεχνικά προβλήματα, είτε σημαντικές δυσκολίες χρηστικότητας. Στην παρούσα εργασία και αφού επισημάναμε την αναγκαιότητα ύπαρξης ενός τέτοιου συστήματος εντοπισμού και πλοήγησης, προτείνουμε ένα ολοκληρωμένο και πρωτότυπο σύστημα το οποίο και εφαρμόσαμε σε πραγματικές συνθήκες περιβάλλοντος. Τα αποτελέσματα της μεθόδου καθίστανται εξαιρετικά ικανοποιητικά και ενθαρρυντικά, τόσο για μελλοντικές επεκτάσεις της προτεινομένης τεχνολογίας, όσο και για πιθανή ενσωμάτωσή της με ήδη γνωστές. Το αποτέλεσμα που θα προκύψει θα είναι ένα πλήρες σύστημα που μπορεί να συμβάλλει στην ανακούφιση εκατομμυρίων πασχόντων ανά την υφήλιο. Η παρούσα εργασία χωρίζεται σε 6 ενότητες. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται μια εισαγωγή στην θεωρία του τρόπου μετάδοσης σημάτων εσωτερικού και εξωτερικού χώρου με εμβάθυνση στα χαρακτηριστικά εσωτερικού περιβάλλοντος, καθώς και μια σύντομη βιβλιογραφική επισκόπηση μερικών γνωστών τεχνολογιών. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύεται διεξοδικά η αρχή λειτουργίας συστημάτων ραδιοσυχνοτήτων, ενώ στο τρίτο μελετώνται οι διαφορετικοί αλγόριθμοι εντοπισμού θέσης που συναντώνται στα παραπάνω συστήματα. Στην συνέχεια στο κεφάλαιο τέσσερα παρουσιάζεται μια εκτενής περιγραφή της πλατφόρμας Arduino UNO και στο πέμπτο κεφάλαιο δίνονται επιγραμματικά κάποια πρωτόκολλα επικοινωνίας του Arduino UNO με το δίκτυο. Τέλος, στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζεται αναλυτικά η διαδικασία σχεδίασης του συστήματος RFID, αποτελέσματα της μεθόδου, καθώς και φωτογραφίες του εξοπλισμού που χρησιμοποιήθηκε. Στο παράρτημα που ακολουθεί μπορεί κανείς να βρει βασικά τμήματα των κωδίκων που αναπτυχτήκαν κατά την διάρκεια της εφαρμογής.

One of the most important challenges in the field of Biomedical Engineering is the localization and navigation of elderly people and/or people with severe vision problems. The technological advances over the last decade have significantly contributed in the founding of numerous technologies for the need of accurate localization and sufficient navigation of a user in the indoor environment. However, the existing technologies may display either technical problems or important usage issues. In the presented paper and after taking under consideration the necessity of such a localization and navigation system, we propose an integrated and unique system which we tested in real environmental conditions. The outcomes of the particular method turned out to be extremely satisfactory and encouraging, either for future additions in the below presented technology, or for possible embody with other already known systems. Such results are sure to be as integrated as commercially exploited and will contribute in the relief of millions of sufferers around the world. The paper is divided into 6 chapters. In chapter one an introduction to the theory of signal transmitting in indoor and outdoor environments is presented, with particular attention given to characteristics of indoor signal emitting. In addition a short bibliographic overview of various known technologies is presented in this chapter. In second chapter, the operating principles of radiofrequency systems are analyzed thoroughly, when in the third chapter the different types of localization algorithms used for the above systems are studied. Continuously, a description of the Arduino UNO platform is described in chapter five. At last, the whole designing and constructing methodology of our RFID system is presented in chapter six, along with the outcomes of the system as well as photographs of the equipment that were used. Meanwhile, in the appendix following chapter six, one can find basic segments of the codes that were developed.