Fireground location understanding by semantic linking of visual objects and building information models

This paper presents an outline for improved localization and situational awareness in fire emergency situations based on semantic technology and computer vision techniques. The novelty of our methodology lies in the semantic linking of video object recognition results from visual and thermal cameras with Building Information Models (BIM). The current limitations and possibilities of certain building information streams in the context of fire safety or fire incident management are addressed in this paper. Furthermore, our data management tools match higher-level semantic metadata descriptors of BIM and deep-learning based visual object recognition and classification networks. Based on these matches, estimations can be generated of camera, objects and event positions in the BIM model, transforming it from a static source of information into a rich, dynamic data provider. Previous work has already investigated the possibilities to link BIM and low-cost point sensors for fireground understanding, but these approaches did not take into account the benefits of video analysis and recent developments in semantics and feature learning research. Finally, the strengths of the proposed approach compared to the state-of-the-art is its (semi -)automatic workflow, generic and modular setup and multi-modal strategy, which allows to automatically create situational awareness, to improve localization and to facilitate the overall fire understanding

PlaceRaider: Virtual Theft in Physical Spaces with Smartphones

As smartphones become more pervasive, they are increasingly targeted by malware. At the same time, each new generation of smartphone features increasingly powerful onboard sensor suites. A new strain of sensor malware has been developing that leverages these sensors to steal information from the physical environment (e.g., researchers have recently demonstrated how malware can listen for spoken credit card numbers through the microphone, or feel keystroke vibrations using the accelerometer). Yet the possibilities of what malware can see through a camera have been understudied. This paper introduces a novel visual malware called PlaceRaider, which allows remote attackers to engage in remote reconnaissance and what we call virtual theft. Through completely opportunistic use of the camera on the phone and other sensors, PlaceRaider constructs rich, three dimensional models of indoor environments. Remote burglars can thus download the physical space, study the environment carefully, and steal virtual objects from the environment (such as financial documents, information on computer monitors, and personally identifiable information). Through two human subject studies we demonstrate the effectiveness of using mobile devices as powerful surveillance and virtual theft platforms, and we suggest several possible defenses against visual malware

An Orientation & Mobility Aid for People with Visual Impairments

Orientierung&Mobilität (O&M) umfasst eine Reihe von Techniken für Menschen mit Sehschädigungen, die ihnen helfen, sich im Alltag zurechtzufinden. Dennoch benötigen sie einen umfangreichen und sehr aufwendigen Einzelunterricht mit O&M Lehrern, um diese Techniken in ihre täglichen Abläufe zu integrieren. Während einige dieser Techniken assistive Technologien benutzen, wie zum Beispiel den Blinden-Langstock, Points of Interest Datenbanken oder ein Kompass gestütztes Orientierungssystem, existiert eine unscheinbare Kommunikationslücke zwischen verfügbaren Hilfsmitteln und Navigationssystemen. In den letzten Jahren sind mobile Rechensysteme, insbesondere Smartphones, allgegenwärtig geworden. Dies eröffnet modernen Techniken des maschinellen Sehens die Möglichkeit, den menschlichen Sehsinn bei Problemen im Alltag zu unterstützen, die durch ein nicht barrierefreies Design entstanden sind. Dennoch muss mit besonderer Sorgfalt vorgegangen werden, um dabei nicht mit den speziellen persönlichen Kompetenzen und antrainierten Verhaltensweisen zu kollidieren, oder schlimmstenfalls O&M Techniken sogar zu widersprechen. In dieser Dissertation identifizieren wir eine räumliche und systembedingte Lücke zwischen Orientierungshilfen und Navigationssystemen für Menschen mit Sehschädigung. Die räumliche Lücke existiert hauptsächlich, da assistive Orientierungshilfen, wie zum Beispiel der Blinden-Langstock, nur dabei helfen können, die Umgebung in einem limitierten Bereich wahrzunehmen, während Navigationsinformationen nur sehr weitläufig gehalten sind. Zusätzlich entsteht diese Lücke auch systembedingt zwischen diesen beiden Komponenten — der Blinden-Langstock kennt die Route nicht, während ein Navigationssystem nahegelegene Hindernisse oder O&M Techniken nicht weiter betrachtet. Daher schlagen wir verschiedene Ansätze zum Schließen dieser Lücke vor, um die Verbindung und Kommunikation zwischen Orientierungshilfen und Navigationsinformationen zu verbessern und betrachten das Problem dabei aus beiden Richtungen. Um nützliche relevante Informationen bereitzustellen, identifizieren wir zuerst die bedeutendsten Anforderungen an assistive Systeme und erstellen einige Schlüsselkonzepte, die wir bei unseren Algorithmen und Prototypen beachten. Existierende assistive Systeme zur Orientierung basieren hauptsächlich auf globalen Navigationssatellitensystemen. Wir versuchen, diese zu verbessern, indem wir einen auf Leitlinien basierenden Routing Algorithmus erstellen, der auf individuelle Bedürfnisse anpassbar ist und diese berücksichtigt. Generierte Routen sind zwar unmerklich länger, aber auch viel sicherer, gemäß den in Zusammenarbeit mit O&M Lehrern erstellten objektiven Kriterien. Außerdem verbessern wir die Verfügbarkeit von relevanten georeferenzierten Datenbanken, die für ein derartiges bedarfsgerechtes Routing benötigt werden. Zu diesem Zweck erstellen wir einen maschinellen Lernansatz, mit dem wir Zebrastreifen in Luftbildern erkennen, was auch über Ländergrenzen hinweg funktioniert, und verbessern dabei den Stand der Technik. Um den Nutzen von Mobilitätsassistenz durch maschinelles Sehen zu optimieren, erstellen wir O&M Techniken nachempfundene Ansätze, um die räumliche Wahrnehmung der unmittelbaren Umgebung zu erhöhen. Zuerst betrachten wir dazu die verfügbare Freifläche und informieren auch über mögliche Hindernisse. Weiterhin erstellen wir einen neuartigen Ansatz, um die verfügbaren Leitlinien zu erkennen und genau zu lokalisieren, und erzeugen virtuelle Leitlinien, welche Unterbrechungen überbrücken und bereits frühzeitig Informationen über die nächste Leitlinie bereitstellen. Abschließend verbessern wir die Zugänglichkeit von Fußgängerübergängen, insbesondere Zebrastreifen und Fußgängerampeln, mit einem Deep Learning Ansatz. Um zu analysieren, ob unsere erstellten Ansätze und Algorithmen einen tatsächlichen Mehrwert für Menschen mit Sehschädigung erzeugen, vollziehen wir ein kleines Wizard-of-Oz-Experiment zu unserem bedarfsgerechten Routing — mit einem sehr ermutigendem Ergebnis. Weiterhin führen wir eine umfangreichere Studie mit verschiedenen Komponenten und dem Fokus auf Fußgängerübergänge durch. Obwohl unsere statistischen Auswertungen nur eine geringfügige Verbesserung aufzeigen, beeinflußt durch technische Probleme mit dem ersten Prototypen und einer zu geringen Eingewöhnungszeit der Probanden an das System, bekommen wir viel versprechende Kommentare von fast allen Studienteilnehmern. Dies zeigt, daß wir bereits einen wichtigen ersten Schritt zum Schließen der identifizierten Lücke geleistet haben und Orientierung&Mobilität für Menschen mit Sehschädigung damit verbessern konnten

Training of Crisis Mappers and Map Production from Multi-sensor Data: Vernazza Case Study (Cinque Terre National Park, Italy)

This aim of paper is to presents the development of a multidisciplinary project carried out by the cooperation between Politecnico di Torino and ITHACA (Information Technology for Humanitarian Assistance, Cooperation and Action). The goal of the project was the training in geospatial data acquiring and processing for students attending Architecture and Engineering Courses, in order to start up a team of "volunteer mappers". Indeed, the project is aimed to document the environmental and built heritage subject to disaster; the purpose is to improve the capabilities of the actors involved in the activities connected in geospatial data collection, integration and sharing. The proposed area for testing the training activities is the Cinque Terre National Park, registered in the World Heritage List since 1997. The area was affected by flood on the 25th of October 2011. According to other international experiences, the group is expected to be active after emergencies in order to upgrade maps, using data acquired by typical geomatic methods and techniques such as terrestrial and aerial Lidar, close-range and aerial photogrammetry, topographic and GNSS instruments etc.; or by non conventional systems and instruments such us UAV, mobile mapping etc. The ultimate goal is to implement a WebGIS platform to share all the data collected with local authorities and the Civil Protectio

Multiple multimodal mobile devices: Lessons learned from engineering lifelog solutions

For lifelogging, or the recording of one’s life history through digital means, to be successful, a range of separate multimodal mobile devices must be employed. These include smartphones such as the N95, the Microsoft SenseCam – a wearable passive photo capture device, or wearable biometric devices. Each collects a facet of the bigger picture, through, for example, personal digital photos, mobile messages and documents access history, but unfortunately, they operate independently and unaware of each other. This creates significant challenges for the practical application of these devices, the use and integration of their data and their operation by a user. In this chapter we discuss the software engineering challenges and their implications for individuals working on integration of data from multiple ubiquitous mobile devices drawing on our experiences working with such technology over the past several years for the development of integrated personal lifelogs. The chapter serves as an engineering guide to those considering working in the domain of lifelogging and more generally to those working with multiple multimodal devices and integration of their data