Comunicación presentada al I Congreso Edificios Inteligentes:
Autores
- Pablo Casado Varela, Universidad de Alicante
- Mario Nieto Hidalgo, Universidad de Alicante
- Juan Manuel García Chamizo, Universidad de Alicante
- Francisco Javier Ferrández Pastor, Universidad de Alicante
- Vicente Romacho Agud, Universidad de Alicante
Resumen
Los sistemas digitales aportan a los edificios control inteligente de la gestión energética, la comunicación, la seguridad, y otros. La infraestructura tecnológica consiste en redes complejas de sensores, actuadores, procesamiento y comunicación que, en las soluciones avanzadas, se organiza en niveles para independizar la electrónica de los servicios mediante una capa middleware. Es el caso de DAI Middleware, desarrollado por el Departamento Tecnología Informática y Computación de la Universidad de Alicante, orientado a integrar diversas tecnologías del nivel físico.
En este trabajo presentamos una interfaz visual 3D para operación digital de las instalaciones de los edificios de manera intuitiva, con realismo, y con posibilidad de comprobación visual de la ejecución de las acciones de control.
Hemos diseñado y desarrollado un sistema multimedia de interacción con la instalación digital de la vivienda que se soporta en dispositivos portátiles, bajo el sistema operativo iOS.
Introducción
Estado del Arte
Los servicios digitales de edificios son las prestaciones de los sistemas TIC (Tecnologías de la Informática y la Comunicación) que los equipan. Aportan servicios de gestión energética, comunicación, seguridad, bienestar, etc. que pueden estar integrados por medio de redes de comunicación, cableadas o inalámbricas, de manera interna o externa.
Los tres componentes más apreciables de un sistema de servicios digitales e-Home son: sensores, controladores y actuadores. Interaccionan entre sí en una secuencia básica: los sensores han de captar la información del entorno, magnitudes que son enviadas a los controladores; en función de estos valores se toman decisiones sobre la necesidad de realizar una actuación sobre los dispositivos por medio de los actuadores.
De manera alternativa, haciendo uso de las redes de comunicación externas, existe la posibilidad de generar actuaciones voluntarias sobre cualquiera de los elementos disponibles. Para ello, es necesaria una capa intermedia denominada middleware, situada entre las capas de aplicaciones y el hardware, que será el encargado de interaccionar o comunicarse con otras aplicaciones.
Entre estos sistemas, se encuentra disponible bajo una licencia de código abierto OpenRemote, que permite integrar la automatización de edificios residenciales y oficinas. Da soporte de control a diferentes dispositivos y Sistemas Operativos. Una de las limitaciones de las interfaces de usuario es la necesidad de conocimiento de la distribución de los espacios, debido a que la navegación se produce de una estancia a otra, con una única imagen fija (OpenRemote, 2013).
Otra de las soluciones es OpenDomo. Sistema de control de instalaciones especialmente diseñado para la unificación de hardware de diferentes fabricantes y de protocolos. Actualmente, aporta únicamente interfaces para dispositivos con sistema operativo Android (OpenDomo, 2013).
Por otro lado, podemos encontrar la solución generada por el propio Departamento Tecnología y Computación de la Universidad de Alicante, DAI Middleware (Cabo-Diez et. Al, 2011), solución que ha permitido la integración de varias tecnologías y servicios, y su validación con usuarios reales. Esta solución incorpora DAI UIDL, un nuevo lenguaje para la descripción de interfaces de usuario. Actualmente aporta una amplia colección de interfaces persona-entorno como pantallas táctiles, dispositivos móviles, cámaras, captadores de movimiento, etc.
El surgimiento de dispositivos portátiles con mayor capacidad de cómputo, ha ayudado al desarrollo de nuevas interfaces para la interacción humana y han venido a simplificar el control por parte de los usuarios finales en las estrategias de presentación de los sistemas de servicios digitales e-Home. Una evolución paralela al avance computacional han experimentado los sistemas gráficos, lo que ha favorecido la generación de gráficos o imágenes sintéticas 3D, aportando un alto grado de realismo. Junto a modelos de representación geométrica y modelos de iluminación, han posibilitado el desarrollo de novedosas interfaces de usuario, y el desarrollo de escenarios.
Para la navegación en escenarios con fines culturales, comerciales o de ocio tenemos AirPano en su propuesta Aerial Panorama Gallery, Street View de Google Maps que permite explorar lugares de cualquier parte del mundo mediante imágenes a pie de calle.
Se han desarrollado proyectos para entornos específicos, como por ejemplo, la climatización de viviendas. ClimApp, la climatización inteligente (Gomez-Otero & Martínez, 2012), destinado al control inteligente para la climatización de los edificios de oficinas. A su vez, existen proyectos realizados para garantizar el control de todos los elementos de los servicios digitales existentes en una vivienda, fundamentalmente desarrollados para iPhone (Serrano & Fons i Cors, 2011) como dispositivo de usuario. Se limitan a una descripción en forma de lista tanto de las estancias de la vivienda como de los elementos instalados en cada una de las ubicaciones.
Propuestas comerciales como eibPort 3 Cube Vision diseñado específicamente para dispositivos iPad (BAB TECHNOLOGIE, 2013), ofrecen una interfaz real con un menú configurable para cada ubicación dependiendo de los elementos instalados en la misma. Una de las limitaciones de este servicio es el conocimiento previo de la distribución de la vivienda, debido a que la navegación es secuencial entre estancias.
Los planteamientos existentes, abordan interfaces textuales y en la mayoría de los casos nos limitan al conocimiento físico de la distribución de la vivienda sin darnos posibilidad de navegar por cada una de las estancias. El uso intuitivo se dificulta.
Propuesta de Solución
Debido a la amplitud del conjunto de servicios que proporciona un sistema digital de control de una vivienda, de los interfaces de operación que pueden interaccionar con los servicios y de los perfiles de usuario que pueden interactuar con la interfaz; procede establecer una estrategia de delimitación de los servicios.
La propuesta de solución consiste en diseñar una interfaz basada en visión para dispositivos portátiles Apple®, para aquellos servicios otorgados por DAI Middleware (Cabo-Diez et. Al, 2011).
Acotaremos las instancias de usuarios, entre las que se encuentran todo tipo de sujetos capaces de poder interactuar con órganos sensoriales humanos, en concreto, todos aquellos que son capaces de recibir y realizar estímulos con el sentido de la vista; y con el del tacto.
La propuesta aborda un estrechamiento en la brecha digital existente entre varios sectores generacionales y personas con algún tipo de discapacidad, que históricamente, y por razones obvias, han quedado fuera de la utilización de las TIC. Entre ellas, personas de edad avanzada, incluso mínimamente cualificadas; personas en situación de discapacidad auditiva; y para la infancia. El uso se facilita al haber realizado un entorno totalmente visual e intuitivo.
Para ello, desarrollamos una interfaz de navegación, que posibilita deambular por las diferentes dependencias, con los entornos a interrogar. De forma natural, la navegación humana en cualquier ubicación es secuencial, por lo que la propuesta que planteamos es una interfaz multinivel:
- Nivel de navegación global: a través de una vista en planta de la vivienda, ofrecemos la posibilidad de situarnos rápidamente en cualquier dependencia de la misma.
- Nivel de navegación local: Dentro de cualquier dependencia, ofrecemos la posibilidad de navegación secuencial para operar sobre cualquiera de los dispositivos ubicados en esa dependencia.
- Nivel de manipulación de dispositivo: a través de un menú desplegable al realizar cualquier pulsación sobre la imagen en pantalla del dispositivo en cuestión.
Estas son las características que perseguimos implantar basándonos en criterios de universalidad de aplicación a cualquier ámbito, incluyendo el de la seguridad privada. Para ello, utilizamos una representación virtual de la vivienda.
Consideraciones de Implementación del Prototipo
Para la implementación del prototipo hemos utilizado tecnologías existentes que ya por separado aportan diversa funcionalidad y, en su conjunto, lo que ahora presentamos. Hemos organizado la implementación en tres grandes módulos:
Dispositivo
Los dispositivos móviles para los cuales hemos desarrollado esta propuesta son aquellos comercializados por Apple. En concreto, para los terminales iPhone e iPad. Un kit de desarrollo software SDK propio de la marca permite la creación de aplicaciones soportadas por su propio sistema operativo, iOS. En nuestro caso, hemos utilizado su versión 6.0, que aporta un sistema de capas para el desarrollo de aplicaciones en esta plataforma. El SDK aporta entornos para trabajar con cada una de las capas superiores.
Sobre la capa de equipamiento hardware de la vivienda, el iOS interpreta el manejo del hardware del dispositivo por el usuario y traslada la información para su uso. En nuestra solución hemos aprovechado eventos relacionados con el acelerómetro del dispositivo, y los táctiles sobre el mismo. Para contribuir a que la navegación sea muy intuitiva, obtenemos datos relativos al movimiento de rotación del terminal, obtenidos como se muestra en la Figura 2.
Hemos debido de tener en las limitaciones en memoria y procesamiento de estos terminales para no sobrepasar sus capacidades técnicas, obligándonos a un proceso continuo de optimización de código. El tamaño de las pantallas se ha tenido en cuenta a la hora de realizar el diseño de los interfaces, aportando un alto nivel de sencillez.
Sistema Gráfico
Por su potencial en gráficos 2D y 3D, hemos elegido OpenGL ES (Munshi et. al, 2010). En concreto la versión 2.0, una API multiplataforma para sistemas embebidos que aporta alta funcionalidad para dispositivos iOS, orientada a la creación de interfaces de bajo nivel entre el software y la aceleración de gráficos. Se trata de un conjunto de funciones que permiten especificar objetos que intervienen en la producción de imágenes, y las operaciones entre ellos.
Hemos concebido la representación del escenario con la noción de esfericidad y, por sencillez de implementación y para ganar potencia operativa, hemos implementado una aproximación discreta que consiste en un cubo. Para aportar la dosis de realismo, indispensable, se utilizarán instancias del conjunto Texturas definido, en concreto, imágenes obtenidas por la plataforma DAI Virtual Lab®. Situamos el punto de vista del espectador en el centro del cubo y, por movimientos de rotación, se materializa la navegación interna de los escenarios.
Esos movimientos de rotación del cubo están asociados a los parámetros obtenidos a partir del hardware del dispositivo, aportando una sensación real de navegación por el escenario al modificar la posición de cámara.
Servicios Web
La definición de una interfaz que nos permita comunicarnos con DAI Middleware ha sido soportada por un catálogo de servicios que nos ofrece esta plataforma; entre ellos, el control de dispositivos, permite al usuario, de forma cómoda, sencilla y rápida, actuar sobre los dispositivos inteligentes instalados en la vivienda mediante escenas inteligentes y escenarios de actuación preconfigurados que crean el ambiente adecuado en cada situación dependiendo de la actividad de las personas dentro de la vivienda: noche, despertar, salir de casa, etc.
Validación de la Propuesta
Para verificar que el prototipo que hemos desarrollado satisface los requisitos especificados y para validar la corrección de su funcionamiento, lo hemos implementado sobre sendas viviendas de demostración: MetalTIC (Flórez-Revuelta et al, 2011) y DAILab. Ambas viviendas están gestionadas por el mismo middleware y pueden ser interrogadas por nuestro sistema. La interfaz para cada vivienda se muestra en las figuras 3 y 4.
Por cuestiones de operatividad, hemos realizado las primeras pruebas de validación mediante simulación sobre DAILab. Disponiendo de una versión robusta del prototipo, hemos realizado la validación física de su arquitectura.
Conclusiones
Este trabajo ha consistido en la especificación, el diseño, el desarrollo y la validación de un sistema de interacción intuitiva con el equipamiento digital del hogar para dispositivos iPad y para iPhone. Tecnológicamente, el sistema desarrollado se integra como un subsistema de un proyecto general de servicios digitales para el hogar, de la Universidad de Alicante.
Hemos tenido que definir e implementar funciones de proyección propias para facilitar la detección de las pulsaciones del usuario en el dispositivo y proyectar la representación del espacio tridimensional sobre el plano, así como la transformación inversa.
Si bien el resultado ha sido la obtención de un prototipo, su grado de operatividad es alto hasta el punto de que está en trámite la protección de la propiedad como desarrollo software de la Universidad de Alicante.
Con la evolución del propio DAI Middleware, se contempla la posibilidad de añadir esta funcionalidad, por lo que el proceso de creación de escenarios se realizará de manera dinámica, sin tener que almacenarlas en el propio dispositivo. De manera similar, se realizará la inclusión de nuevos servicios que están disponibles, como por ejemplo, la visualización de datos referentes al consumo eléctrico de la vivienda.
Referencias
- BAB TECHNOLOGIE (2013), b.a.b-technologie Gmbh recuperado Marzo, 2013.
- Cabo–Díez, M., Ferrández–Pastor, F.J., Flórez-Revuelta, F., Romacho–Agud, V. «DAI Middleware: plataforma de Hogar Digital para la provisión de servicios orientados a la vida asistida por el entorno», Congreso Internacional de diseño, redes de investigación y tecnología para todos, Madrid, Junio 2011.
- Flórez-Revuelta, F., Ferrández-Pastor, F.J., Cabo-Díez, M., Romacho-Agud, V. «MetalTIC – Hogar Digital», Congreso Internacional de diseño, redes de investigación y tecnología para todos, Madrid, Junio 2011.
- Gómez-Otero, C.; Martínez, R.; Caffarel, J. ClimApp: A novel approach of an intelligent HVAC control system. SISTEMAS Y TECNOLOGIAS DE INFORMACION, Vol. 1 y 2 (899-904). 2012.
- Munshi, A., Ginsburg, D.; Shreiner, D., OpenGLES 2.0 Programming Guide. Ed.: Addison-Wesley. ISBN: 0-321-50279-5. (2010).
- OpenRemote (2013), recuperado Febrero, 2013.
- OpenDomo (2013), recuperado Febrero, 2013.
- Serrano, C.; Fons i Cors, J. Desarrollo de una aplicación para interactuar con una vivienda domótica. Universidad Politécnica de Valencia.