Russian Federation
Astrakhan, Russian Federation
Astrakhan, Russian Federation
According to the World Health Organization, more than one billion people in the world live with disabilities, and this figure continues to grow. In the light of this global trend, modern society is characterized by the rapid development of technology, which contributes to the popularization of the concept of intelligent living spaces – smart homes. These systems integrate various devices and solutions controlled via the Internet and communication channels, ensuring safety, comfort and energy efficiency. A smart home is of particular importance for people with disabilities, for whom such technologies can enhance independence and quality of life. A smart home is an innovative solution that makes housing more comfortable and safer for all people, regardless of their physical characteristics. The article examines the relevance and significance of Smart Home technology for improving the quality of life of people with limited health abilities (LHA) and the elderly. The research is aimed at exploring the possibilities of integrating innovative solutions into the lives of people with disabilities. The classification of goods and technologies for a smart home is presented, three main categories of devices are identified: sensors, actuators and controllers. A detailed analysis of the structure of a smart home is given, taking into account the specifics of different groups of users with LHA. A set-theoretic model of smart home components has been developed, formalizing the interaction of various elements of the system and taking into account the individual needs of users. This model contributes to a more effective integration of technological solutions aimed at increasing the accessibility and comfort of living for people with disabilities. The importance of developing individual solutions that take into account the characteristics of each person with disabilities in order to create a comfortable, safe and affordable living environment is shown.
smart home, people with limited health abilities, the elderly, automation, control systems, set-theoretic model, accessibility, adaptive technologies
Введение
В эпоху стремительного развития технологий идея интеллектуального жилища приобретает особую значимость. Концепция умного дома подразумевает интегрированную систему, объединяющую разнообразные устройства и инновационные решения, управление которыми осуществляется посредством сети Интернет либо иных коммуникационных каналов. Эта концепция находит широкое применение в различных аспектах нашей жизни, включая безопасность, комфорт и энергоэффективность. Однако особое значение умный дом приобретает для лиц с ограниченными возможностями, которые сталкиваются с уникальными вызовами в повседневной жизни.
Согласно данным Всемирной организации здравоохранения, в мире насчитывается более одного миллиарда человек с ограниченными возможностями, этот показатель продолжает расти, что делает актуальными разработку и внедрение технологий, которые могут существенно улучшить качество жизни таких людей. Умные дома могут стать важным инструментом, способствующим повышению уровня комфорта и достижению относительной самостоятельности людей с ограниченными возможностями, позволяя им контролировать окружающую среду и бытовые процессы, не полагаясь на помощь других [1, 2].
Основные элементы умного дома для людей с ограниченными возможностями
Основная часть статьи посвящена детальному изучению конструктивных и функциональных характеристик умных домов, создаваемых специально для людей с ограниченными возможностями здоровья (ОВЗ). Рассматриваются различные виды устройств и технологий, обеспечивающих комфорт и безопасность. Особое внимание уделено специальным технологиям, таким как системы голосового управления, сенсорам здоровья и специализированным приложениям, которые помогают человеку с ограниченными возможностями полноценно взаимодействовать с окружающей средой, повышают степень личной независимости и обеспечивают контроль над состоянием своего здоровья. Кроме того, проведен анализ графической структуры интерфейса управления умным домом, выявлен оптимальный вариант размещения управляющих элементов, позволяющий быстро и удобно оперировать всеми устройствами независимо от физического состояния пользователя.
Технологии умного дома для лиц с ограниченными возможностями здоровья (ОВЗ) включают в себя автоматизированные системы управления освещением, отоплением, безопасностью, а также специализированные решения для людей с нарушением умственного развития, глухих и слабослышащих, слепых и слабовидящих, людей с нарушением опорно-двигательного аппарата, а также пожилых людей. Так, системы голосового управления могут помочь людям с ограниченной подвижностью управлять бытовыми приборами, не вставая с места. Умные сенсоры могут отслеживать состояние здоровья и предупреждать о возможных опасностях, что особенно важно для пожилых людей и людей с хроническими заболеваниями [3–7].
Проведенный анализ интерфейса системы управления умным домом позволил выявить графическое расположение элементов управления, которое представлено на рис. 1 и отражает стандартизированную схему размещения элементов управления для большинства современных решений; предполагается, что данная схема является универсальной и подходит для большинства жилых помещений, хотя конкретные реализации могут различаться в зависимости от особенностей конкретной квартиры.
Рис. 1. Расположение элементов системы управления умным домом
Fig. 1. Location of smart home control system elements
Система умного дома позволяет автоматизировать рутинные операции с помощью различных устройств, повышая комфорт проживания, особенно для людей с ОВЗ.
Таким образом, представленная на рис. 1 структура элементов системы управления умным домом демонстрирует комплексный и гибкий подход к созданию доступной среды, ориентированной на улучшение качества жизни пожилых людей и лиц с ОВЗ. Интеграция этих технологий в единую платформу позволит реализовать персонализированные сценарии управления для максимального комфорта и безопасности.
Проведенный анализ компонентов системы управления умным домом позволил выявить основные объекты автоматизации (табл.).
Системы управления умным домом
Smart home control systems
|
Объект автоматизации |
Система управления |
|
Свет |
Центральный процессор |
|
Электроприводы |
Датчики |
|
Климат-контроль |
Управляющее устройство |
|
Видеонаблюдение |
Управляемые устройства |
|
Сигнализация |
Вспомогательные сети |
|
Контроль доступа |
Интерфейс управления |
|
Контроль аварийных состояний |
Программное обеспечение |
Безопасность в системе умного дома обеспечивается видеокамерами и системами контроля доступа. Система умного дома включает специальные устройства, такие как видеокамеры и системы контроля доступа, что позволяет не только повысить безопасность, но и в экстренных случаях, например при падении, немедленно уведомить об этом родственников или службы экстренной помощи, предназначенные для поддержки людей с ОВЗ. Чтобы обеспечить эффективное функционирование таких систем, используют разнообразные товары и устройства, объединенные в несколько категорий, каждая из которых выполняет свою важную роль в обеспечении комфорта и безопасности. Анализ рынка товаров для оборудования умного дома показал целесообразность разделения продукции на три основных категории (рис. 2).
Рис. 2. Категории товаров для умного дома
Fig. 2. Smart Home Product Categories
В первую группу входят датчики для сбора и передачи данных: температуры воздуха, движения в доме и уровня влажности. Функции этих устройств можно сравнить с функциями человеческих органов чувств. Вторая группа устройств предназначена для выполнения конкретных бытовых функций: подогрев пола, включение и выключение кондиционера, освещения. Такие устройства автоматизируют выполнение повседневных действий, освобождая человека от необходимости вручную управлять этими процессами. Третья группа состоит из контроллеров, которые принимают данные от первой группы и передают их второй. Например, когда датчики показывают, что солнце заходит, контроллер дает команду закрыть жалюзи и передает информацию об этом устройствам второй группы [8]. Пользователь свободно получает доступ к данным, которые сохраняются и передаются благодаря датчикам. Система умного дома представляет собой гибкое и безопасное решение для автоматизации бытовых операций, что особенно важно для лиц с ограниченными возможностями, поскольку она обеспечивает более комфортные условия жизни. Создание системы умного дома приобретает особую значимость, учитывая потребности людей с ОВЗ и пожилых людей. Это подчеркивает важность глубокого изучения их предпочтений и особенностей взаимодействия с технологиями, чтобы обеспечить комфорт и безопасность среды обитания. Разработана структура технологий умного дома с учетом групп пользователей, в которой особый акцент сделан на людей с ОВЗ и маломобильные группы (рис. 3). На рис. 3 показана взаимосвязь между различными группами пользователей с ОВЗ и технологическими решениями для умного дома. Она позволят понять, какие устройства и системы наиболее эффективны для создания доступной и комфортной среды для людей с различными потребностями [10, 11]. Пользователи с ОВЗ (маломобильные группы населения) представляют собой одну из наиболее уязвимых социальных категорий, нуждающихся
в повышенном внимании и заботе [9].
Рис. 3. Структура технологий умного дома с учетом групп пользователей с ограниченными возможностями здоровья
Fig. 3. The structure of smart home technologies taking into account groups of users with disabilities
Во второй группе представлена классификация людей с ОВЗ. При разработке решений, направленных на повышение качества жизни, следует учитывать их мнение и потребности. Третья группа включает адаптивные устройства для управления умным домом. Эти устройства предназначены не только для упрощения повседневной деятельности, но и для увеличения степени самостоятельности. Четвертая группа – это сам дом с интеллектуальной системой управления, где каждая деталь служит созданию комфорта и безопасности, открывая новые возможности для людей с особыми потребностями и пожилых людей. Предложенная схема является визуальным представлением взаимосвязей. Для более детального анализа и выбора оптимального решения для умного дома необходима математическая модель [12–15].
Предложен подход к разработке концепции системы умного дома, ориентированной на пожилых людей и лиц с ОВЗ, проживающих в многоквартирных домах. Разработан теоретико-множественный подход для формализации взаимодействия различных элементов системы умного дома и учета индивидуальных потребностей пользователей. Данный подход позволяет создать гибкую и масштабируемую архитектуру умного дома, которая способна адаптироваться к разнообразию физических и когнитивных ограничений, присущих различным категориям людей с ОВЗ.
Разработана теоретико-множественная модель компонентов умного дома:
(1)
где P – подмножество категорий групп с ОВЗ, 
; T – множество устройств управления бытовыми приборами, умные лампы с регулировкой яркости, механизмы для открытия/закрытия окон и жалюзи, другие системы управления), 
S – множество систем безопасности (камеры наблюдения, датчики движения, электронные замки), 
A – множество систем автоматизации (датчики (сенсоры), центральный контроллер, актуаторы, системные устройства), 
L – множество систем аудио- или видеооповещения (аудиооповещения о состоянии дома, аудио-системы, умные динамики с визуальными индикаторами), 
G – множество систем навигации и адаптации (навигационные устройства с GPS и аудио-обратной связью), 
H – множество адаптивных технологий (увеличительные устройства, сенсорные кнопки с тактильными метками, вибрационные браслеты здоровья и пр.), 
.
Таким образом, для каждого лица x ∈ P существует доступ к множеству технологий T, которое включает системы безопасности, системы автоматизации, системы аудио- или видеооповещения, системы навигации и адаптации и системы поддержки и помощи:
(2)
Из выражения (2) видно, что для каждого человека с ОВЗ есть соответствующая индивидуальная технология, способная эффективно удовлетворить его потребностям в управлении умным домом, включая безопасность, автоматизацию и другие функциональные элементы. Необходима разработка персонализированных решений, учитывающих индивидуальные особенности каждого человека с ОВЗ. В связи с этим все более актуальным становится вопрос доступности технологий. Важно анализировать, как различные типы ОВЗ влияют на взаимодействие с технологиями [16–21].
Предложенная теоретико-множественная модель компонентов умного дома (1) формализует структуру технологий умного дома для людей с ОВЗ, где каждый пользователь P имеет доступ к определенному набору технологий T, включающему подмножества систем безопасности S, систем автоматизации A, систем аудио-, видеооповещения L, систем навигации и адаптации G, а также адаптивных технологий H. Модель учитывает разнообразие потребностей, связанных с различными категориями ОВЗ.
Выражение (2) подчеркивает, что для каждого человека с ОВЗ существует технология из множества T, которая соответствует его индивидуальным потребностям, будь то повышение безопасности, автоматизация бытовых процессов, улучшение ориентации в пространстве или адаптация интерфейсов.
Актуальность разработки таких индивидуальных решений для лиц с ОВЗ возрастает из-за необходимости учитывать разнообразие физических и когнитивных особенностей пользователей при проектировании умного дома.
Заключение
В результате проведенного анализа системы управления умным домом были определены ее ключевые элементы. Функциональные компоненты системы умного дома были классифицированы по трем категориям. Особое внимание уделено структуре технологий умного дома с учетом нужд пользователей с ограниченными возможностями здоровья (ОВЗ). На ее основе разработана теоретико-множественная модель, обеспечивающая оптимальное проектирование и интеграцию компонентов системы для удовлетворения индивидуальных потребностей каждой группы пользователей. Это позволит улучшить качество жизни людей с ОВЗ.
1. Kravchenkova T. P., Shurshev V. F. Integraciya tekhnologij: kak umnyj dom i internet veshchej (IOT) uluchshayut zhizn' pozhilyh i lyudej s OVZ [Technology Integration: How Smart Homes and the Internet of Things (IOT) Improve the Lives of Seniors and People with LHA]. Innovacionnye tekhnologii v obuchenii i proizvodstve: materialy XVIII Vserossijskoj zaochnoj nauchno-prakticheskoj konferencii (Kamyshin, 19–20 noyabrya 2024 g.): v 3 tomah. Volgograd, Izd-vo VolgGTU, 2024. Vol. 2. Pp. 53-56.
2. Kravchenkova T. P., Shurshev V. F., Kravchenkova E. P. Installyaciya oborudovaniya pri ispol'zovanii tekhnologij «umnyj dom» [Installation of equipment using “smart home” technologies]. Innovacionnye tekhnologii v obuchenii i proizvodstve: materialy XVIII Vserossijskoj zaochnoj nauchno-prakticheskoj konferencii (Kamyshin, 19–20 noyabrya 2024 g.): v 3 tomah. Volgograd, Izd-vo VolgGTU, 2024. Vol. 2. Pp. 59-63.
3. Chikova E. V. Tekhnologii «umnogo doma» kak sredstvo sozdaniya komfortnoj zhiloj sredy dlya invalidov [“Smart home” technologies as a means of creating a comfortable living environment for people with disabilities]. Available at: https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/85579/1/978-5-7996-2751-5_251.pdf (accessed: 20.10.2024).
4. Naurazov A. A. Internet veshchej dlya lyudej s ogranichennymi vozmozhnostyami [Internet of things for people with limited health abilities]. Vestnik nauki, 2020, vol. 3, no. 12 (33), pp. 25-28.
5. Averchenkov V. I., Gerasimov K. V., Sesareva N. A. Mezhdisciplinarnye aspekty analiza tendencij razvitiya interneta veshchej (obzor rossijskih i zarubezhnyh issledovanij) [Interdisciplinary aspects of the analysis of Internet of Things development trends (review of Russian and foreign studies)]. Ergodizajn, 2019, no. 3. Available at: https://naukaru.ru/ru/nauka/article/29786/view (accessed: 18.11.2024).
6. Zaramenskih E. P., Artem'ev I. E. Internet veshchej. Issledovaniya i oblast' primeneniya: monografiya [Internet of Things: Research and Applications: A Monograph]. Moscow, INFRA-M Publ., 2024. 188 p.
7. Bolotskij N. N. Tekhnologii iskusstvennogo intellekta kak sposob uluchsheniya kachestva zhizni lyudej s ograni-chennymi vozmozhnostyami zdorov'ya po zreniyu [Artificial intelligence technologies as a way to improve the quality of life of people with visual disabilities]. Izvestiya TulGU. Tekhnicheskie nauki, 2024, no. 7, pp. 374-376.
8. Kravchenkova T. P., Shurshev V. F. Sistema intel-lektual'nogo doma na osnove informacionnyh tekhnologij dlya lyudej s ogranichennymi vozmozhnostyami i pozhilyh grazhdan [A smart home system based on information technology for people with disabilities and senior citizens]. Innovacionnye tekhnologii v obuchenii i proizvodstve: materialy XVIII Vserossijskoj zaochnoj nauchno-prakticheskoj konferencii (Kamyshin, 19–20 noyabrya 2024 g.): v 3 t. Volgograd, Izd-vo VolgGTU, 2024. Vol. 2. Pp. 56-59.
9. Kirsanova K. D. Issledovanie tekhnologii interneta veshchej (IoT) i ee primeneniya v razlichnyh oblastyah [Research on Internet of Things (IoT) technology and its applications in various fields]. Sovremennye nauchnye issledovaniya i innovacii, 2023, no. 6. Available at: https://web.snauka.ru/issues/2023/06/100402 (accessed: 16.10.2024).
10. Shurshev V. F., Byaleckaya E. M. Monitoring kachestva upravleniya mnogokvartirnym domom [Monitoring the quality of management of an apartment building]. Vestnik Astrahanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Upravlenie, vychislitel'naya tekhnika i informatika, 2010, no. 1, pp. 34-36.
11. Byaleckaya E. M., Kvyatkovskaya I. Yu., Shurshev V. F. Formirovanie nabora pokazatelej dlya ocenki kachestva upravleniya zhilymi domami [Formation of a set of indicators for assessing the quality of residential building management]. Vestnik Astrahanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Upravlenie, vychislitel'naya tekhnika i informatika, 2011, no. 2, pp. 143-148.
12. Serikova M. V. Razrabotka metodiki sistemnogo analiza predmetnoj oblasti modulya upravleniya avtomatizi-rovannoj sistemy monitoringa i kontrolya umnyj dom [Development of a methodology for system analysis of the subject area of the control module of an automated monitoring and control system for a smart home]. Nauchnye trudy KUBGTU, 2015, no. 5, pp. 435-444.
13. Brumshtejn Yu. M., Gajfitdinova V. Yu. Sistemnyj analiz sovokupnosti koncepcij «umnyh ob"ektov» gorodskoj sredy v usloviyah razvitiya informacionno-kommunikacionnyh tekhnologij [A systems analysis of a set of concepts of “smart objects” in the urban environment in the context of the development of information and communication technologies]. Pri-kaspijskij zhurnal: upravlenie i vysokie tekhnologii, 2017, vol. 1 (37), pp. 24-38.
14. Proshunina K. A., Homenko T. V. Analiz vliyaniya faktorov na potencial sredovoj vovlechennosti [Analysis of the influence of factors on the potential of environmental involvement]. Inzhenerno-stroitel'nyj vestnik Prikaspiya, 2024, no. 1 (47), pp. 122-128.
15. Andrejchikov A. V. Postroenie modelej i infor-macionnoj tekhnologii prinyatiya reshenij dlya upravleniya intellektual'nymi resursami v vide patentov na izobreteniya [Construction of models and information technology for decision-making for the management of intellectual resources in the form of patents for inventions]. CloudofScience, 2015, vol. 2, no. 2, pp. 216-235.
16. Petrova I. Yu., Majorov S. V. Sistema bezopasnosti umnogo doma [Smart home security system]. Perspektivy razvitiya stroitel'nogo kompleksa: obrazovanie, nauka, biznes: materialy XV Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii professorsko-prepodavatel'skogo sostava, molodyh uchenyh i studentov (Astrahan', 19–20 oktyabrya 2021 g.). Astrahan', Izd-vo AGASU, 2021. P. 594-599.
17. Petrova I. Yu., Yarovaya E. Yu. Proektirovanie intellektual'noj sistemy osveshcheniya dlya umnogo doma [Designing an intelligent lighting system for a smart home]. Perspektivy razvitiya stroitel'nogo kompleksa: obrazovanie, nauka, biznes: materialy XV Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii professorsko-prepodavatel'skogo sostava, molodyh uchenyh i studentov (Astrahan', 19–20 oktyabrya 2021 g.). Astrahan', Izd-vo AGASU, 2021. P. 599-605.
18. Kravchenkova T. P., Shurshev V. F., Kravchenkova E. P. Analiz ispol'zovaniya tekhnologij umnogo doma v sistemah upravleniya zdaniem [Analysis of the use of smart home technologies in building management systems]. Nauka i praktika – 2023: materialy Vserossijskoj mezhdisciplinarnoj nauchnoj konferencii (Astrahan', 13–17 noyabrya 2023 g.). Astrahan', Izd-vo AGTU, 2024. Pp. 434-437.
19. Kini P., Rajfa H. Prinyatie reshenij pri mnogih kriteriyah: predpochteniya i zameshcheniya [Multicriteria Decision Making: Preferences and Substitutions]. Moscow, Radio i svyaz' Publ., 1981. 560 p.
20. Kozlov V. N. Sistemnyj analiz, optimizaciya i prinyatie reshenij: uchebnoe posobie [Systems Analysis, Optimization, and Decision Making: A Tutorial]. Moscow, Prospekt Publ., 2014. 174 p.
21. Kravchenkova T. P., Shurshev V. F. Sovremennye tekhnologii dlya lyudej s OVZ: vzaimodejstvie cifrovogo dvojnika i umnogo doma [Modern technologies for people with disabilities: the interaction of a digital twin and a smart home]. Infokommunikacionnye tekhnologii: aktual'nye voprosy cifrovoj ekonomiki: sbornik nauchnyh statej V Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii (Ekaterinburg, 29 yanvarya 2025 g.). Ekaterinburg, Izd-vo UrTISI SibGUTI, 2025. P. 125-127.
