WO2001001715A1 - Location method using a mobile radiotelephone system - Google Patents

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WO2001001715A1
WO2001001715A1 PCT/DE2000/001958 DE0001958W WO0101715A1 WO 2001001715 A1 WO2001001715 A1 WO 2001001715A1 DE 0001958 W DE0001958 W DE 0001958W WO 0101715 A1 WO0101715 A1 WO 0101715A1
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WO
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location method
determined
positions
base station
service cell
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Application number
PCT/DE2000/001958
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French (fr)
Inventor
Harry-Hermann Evers
Gustav Thiesing
Manfred Garben
Ralf Kohlen
Rainer Voigt
Manfred Wermuth
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Blic Beratungsgesellschaft Für Leit-, Informations- + Computertechnick Mbh
Ivu - Gesellschaft Für Informatik, Verkehrs- Und Umweltplanung Mbh
Wvi Verkehrsforschung Und Infrastrukturplanung Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0205—Details
    • G01S5/0244—Accuracy or reliability of position solution or of measurements contributing thereto
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/0009—Transmission of position information to remote stations
    • G01S5/0018—Transmission from mobile station to base station
    • G01S5/0036—Transmission from mobile station to base station of measured values, i.e. measurement on mobile and position calculation on base station
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/20—Monitoring the location of vehicles belonging to a group, e.g. fleet of vehicles, countable or determined number of vehicles

Definitions

  • the invention relates to a location method with a mobile radio system with base station transceivers and mobile terminals, each base station transceiver forming a service cell for communication with the mobile terminals in the service cell.
  • GPS location methods are known in which the positions can be determined relatively precisely with the aid of navigation satellites.
  • the method disadvantageously requires relatively complex and expensive GPS navigation receivers. These are energy-intensive and prone to failure. Since the GPS system is also used for military purposes, a GPS location procedure is not functional in the event of a crisis. In addition, there are receiving holes z. B. in subways, tunnels, etc., in which a GPS position determination is not possible.
  • FCD method Floating Car Data
  • vehicle-related parameters such as position and speed are determined with sensors that are installed in the vehicles and transmitted to a control center via radio data transmission.
  • the FCD method disadvantageously requires a corresponding upgrade of the vehicles with GPS and a communication system.
  • DE-OS 37 16 320 AI describes a method for determining the position with the aid of mobile telephones, in which a position is determined with the aid of the base station number, a base station in whose radio cell the mobile telephone is located. In this way, the positional accuracy of the radio cell can be determined.
  • the field strength information of the base station is measured as additional location information and compared with known target values. However, the field strength information cannot be clearly assigned to the positions. In addition, they are heavily dependent on environmental influences.
  • EP-PS 0 777 863 B1 describes a navigation information system in which mobile units are determined via a GPS receiver or via a radio location system of the communication system and the positions of the mobile units are sent to a control center.
  • the route planning takes place in a control center, which uses a database with geographic data. This eliminates the need for a complex navigation system in the vehicle.
  • the GPS system can determine relatively precise coordinates. This is however relatively expensive and complex.
  • the system also has the disadvantage that the traffic behavior can only be determined in defined zones.
  • WO 98/12683 A describes a method for recording traffic data with mobile phones, in which the position of the mobile phone is determined with the aid of the base station identifier and with radio information. The position is assigned to the route network in the cell, which is stored in a geographical information database.
  • a particular route is determined in particular by evaluating the change in cell identification. This route is assigned to the traffic routes that are available for these determined routes. Such a method is also described in DE-OS 197 55 891 AI.
  • the object of the invention was to improve a locating method with a mobile radio system, which requires little additional effort for data entry and, if possible, no additional infrastructure and can also be used by non-motorized road users (pedestrians, cyclists, users of the public transport system), in such a way that a accurate position determination with a low computing and hardware expenditure is made possible.
  • the task is solved by the location method according to claim 1 by the steps of:
  • RXLEV reception field strengths
  • BTS base station transceivers
  • the mobile radio system consists of a plurality of base stations, each with one or more base station transceivers.
  • the base stations together span a radio network.
  • One base station transceiver supplies a so-called radio cell.
  • Several base station transceivers can be positioned together at a geographical location.
  • the area supplied by a base station usually consists of several sectors, each sector corresponding to a radio cell, having its own service cell identification and being supplied by a base station transceiver.
  • the base station is identified by a base station identifier and the cells are identified by a service cell identifier. These identifiers are available as digital codes and are broadcast by the base station transceivers.
  • the object of the invention is achieved in that the reception field strengths for a plurality of receivable base station transceivers are measured and evaluated in that field strengths of different base station transceivers are in each case related to one another. In this way, several field strength data are determined for each position. Corresponding reference data from reference field strengths are stored in the control center in a position-dependent manner, which are either determined analytically or obtained with the aid of measurement drives. Characteristic patterns of reception determine the field strengths of the receivable base station transceivers. The actually received interrelated field strength patterns can be compared with the corresponding reference patterns by means of a pattern comparison and the position can be determined therefrom. This pattern comparison only needs to be carried out in the area roughly determined by the method.
  • the pattern comparison is thus according to the invention with a fuzzy logic, e.g. B. performed a fuzzy logic and it is not necessary an absolute match of the measured field strength with the reference field strength.
  • the pattern recognition can also be carried out with the aid of variables which are derived from the reception field strength.
  • the accuracy of the positions determined can be increased by superimposing the spatial reception areas of the respective receivable base station transceivers and determining the intersection of the reception areas. This takes advantage of the fact that each operational mobile terminal in the switched-on state is assigned to a service cell depending on its location and that the currently assigned service cell and the are assigned at fixed time intervals independent of a call other visible service cells.
  • the determined positions can by means of a compensation calculation, e.g. B. be corrected with the help of a Kalmann filter. It is also advantageous to extrapolate the positions determined and to correct the positions calculated in this way by means of a compensation calculation.
  • a compensation calculation e.g. B. be corrected with the help of a Kalmann filter. It is also advantageous to extrapolate the positions determined and to correct the positions calculated in this way by means of a compensation calculation.
  • the available traffic routes in the area of the determined positions can advantageously be selected and the determined positions can be projected and corrected onto the available traffic routes. It is also advantageous to determine the speed from the determined positions and the corresponding time information and to correct the determined positions using the speeds. Traffic routes that usually do not allow movement at the calculated speeds can be excluded.
  • the possible means of transportation can be determined from the speed, the direction of movement and / or the available traffic routes, and the positions determined can be based on those for the possibly used means of transportation available traffic routes are projected and corrected. If e.g. B. A pedestrian is recognized due to a continuous slow speed, all railroad tracks can be disregarded for the correction of the positions.
  • a geographic information system is advantageously used for the logical order, in which the traffic networks, travel routes and physical boundary parameters such as possible speeds are stored. Such a geographical information system also makes it possible to exclude route stumps as possible traffic routes that do not lead to the identified service cells and point them out. In addition, traffic routes can be excluded by comparing the travel time between the determined positions with the possible travel times for the available traffic routes.
  • the locating method is preferably used to record the traffic behavior of both motorized individual traffic and public transport, additional information such as the purpose of the journey, means of transport etc. being entered into the mobile terminal, transmitted to the central office and there z. B. can be statistically evaluated.
  • the location procedure is not limited to a statistical traffic situation recording, but an individual observation the traffic behavior is enabled, the calculated route can be easily calculated with little additional effort.
  • Figure 1 Systematics of partial location procedures
  • Figure 2 Location in a mobile radio network based on the received field strengths and the superimposition of the reception areas four base station transceivers;
  • Figure 3 reference field strengths of three base station transceivers on the way on a road section for pattern recognition
  • Figure 4 Logical location to increase the location accuracy
  • Figure 5 Logical location by evaluating routes in
  • Figure 6 Telematic recording of traffic behavior using the location procedure.
  • the system of the partial location methods is outlined in FIG. 1, the location accuracy being able to be increased with the aid of a combination of the various methods.
  • Data and measured variables are evaluated which are provided by the mobile radio network and received, selected and stored by the mobile terminal. The following data are generally available for location:
  • the service cell via which a possible call is processed and to which the mobile device is allocated depending on the location, is identified on the basis of the variables MNC, MCC, LAI, CI and BSIC.
  • the service cell within which the mobile device is located can thus be determined.
  • metropolitan areas have a significantly higher density of base stations than rural areas.
  • the traffic areas are therefore smaller in metropolitan areas than in sparsely populated areas. From this it follows that the location of an operational terminal in metropolitan areas is possible with much higher accuracy than in rural areas.
  • the location accuracy can be increased by identifying the reception areas. Since the reception areas of base station transceivers often overlap in metropolitan areas, information about the reception of further, neighboring base station transceivers can be used to locate the current location of the mobile terminal.
  • FIG. 2 shows a basic sketch of the location on the basis of the reception field strengths of four base station transceivers BTS1-BTS4 and an overlay of the reception areas.
  • the reception areas of the four base station transceivers BTS1 - BTS4 are outlined in an oval shape. If all four base station transceivers BTS1 - BTS4 can be received, the mobile receiving device is located within the darkly marked intersection of the reception areas. The accuracy due to the reception area identification increases with the number of received Base station transceiver BTS.
  • the information about the reception areas is stored in the control center, where the evaluation is also carried out.
  • the location accuracy can be further increased by step 3 according to Figure 1 with the help of a pattern recognition.
  • reception field strengths or level strengths RXLEV of the service cell and several neighboring cells are determined and compared with reference field strengths, which are stored in a reference database.
  • FIG. 3 shows an example of a level pattern recorded for a road section, in which the received field strengths RXLEV from three base station transceiver systems BTS1-BTS3 are recorded over one path.
  • the different lines illustrate the receive signals RXLEV-1 to RXLEV-3 of the base station transceivers BTS1 - BTS3 of the individual radio cells.
  • the differences or quotients between the received field strengths RXLEV of the base station transceivers BTS are formed for each waypoint and compared with corresponding values which are formed from a recorded reference pattern.
  • the received field strengths, differences thereof or other mathematical combinations of all possible level information such as. B. polynomials, exponential functions or logarithms can be compared.
  • the use of quotients has the advantage that no absolute measured variables are taken into account in the comparison.
  • FIG. 3 shows that each waypoint has its own level pattern, which largely differs from the level patterns of other waypoints. Uncertainties in the location can be eliminated by additionally determining the direction of travel by taking into account the increase and decrease in the level pattern. As a result, the location accuracy can be increased.
  • the reference samples can either be obtained by measuring runs. However, they can also be determined analytically using suitable software programs.
  • the pattern recognition can e.g. B. using fuzzy logic, wherein a tolerance threshold for the agreement of the actual level pattern with the stored reference pattern is set.
  • the pattern recognition is preferably carried out with the parameters pattern depth, i. H. Number of level differences taken into account, and pattern tolerance, i.e. H. Deviation within the level differences.
  • pattern depth i. H. Number of level differences taken into account
  • pattern tolerance i.e. H. Deviation within the level differences.
  • H. Level differences are evaluated. The lower the tolerance threshold, the more closed and larger the areas of comparable patterns.
  • a high tolerance, i.e. H. a large permissible deviation of the level difference from the reference value contributes greatly to the stability of the method, since statistical fluctuations are compensated for.
  • the location accuracy can be further increased by a logical location according to step 4 of FIG. 1.
  • the method of logical location can be carried out in connection with any of the methods 1 to 3 described above (identification of the service cell, reception area identification, pattern recognition).
  • the principle of logical location is shown in FIG. 4. It is envisaged to extrapolate the route course on the basis of the positions already determined with the aid of geographic information, which can be stored in a geographic information system (GIS).
  • GIS geographic information system
  • the available traffic routes and physical parameters, such as B. the speed, traffic rules, etc. are taken into account. Extrapolation excludes traffic routes that are incompatible with the speed, direction, mode of transport, etc. that have already been determined.
  • This modeled extrapolated route is carried out a compensation calculation of the determined positions and the location accuracy is increased in this way.
  • step b After the service cell of the start and destination points CI1 and CI2 have been determined in the first step a), in the next step b) all traffic routes in the selected regions between the start and the destination cell are determined using a traffic route map. In the next step c), branch streets and all streets that do not lead to the target cell are eliminated. A coherent network in the cells of the journey is thus determined. Then, in step d), all routes in the cells of the route that can be traveled in the connected network are determined. The routes include all conceivable traffic routes. In step e), the means of transport used and the speeds are taken into account when selecting the possible routes.
  • At crossing points, e.g. B. Exclude traffic routes that require a change or that are not accessible in the determined time. So z. B. a driver does not change at short notice in an intermediate route to a train route. Likewise, a driver will not switch to a pedestrian zone at a junction and will use the car again at the end of the pedestrian zone in the second junction.
  • the possible traffic routes in the start and destination are determined, which adjoin the nodes identified there, and the further course of the journey is extrapolated. Since the service cells have been identified continuously, one of the two possible routes shown in step f) can be clearly determined, since these run through different cells in front of the target cell. The route is now determined with the Route correlates so that the route for traffic behavior analysis can be determined exactly.
  • the described method for recording traffic behavior can be used in a telematics system. Due to the widespread use of mobile phones, which only need to be modified by additional functions, it is possible to record the behavioral data of road users very precisely over longer periods of time.
  • the modification can be carried out by updating the software in the mobile phone via radio and storing the programs in a freely programmable memory unit from the control center. After the user in the mobile phone a travel purpose and possibly. If further information such as the type of parking space at the destination, number of passengers etc. has been entered on the mobile phone, the additional location data is automatically recorded with the help of the mobile phone and transmitted to an evaluation center via the mobile radio network and, if appropriate, further communication or transmission facilities. The exact positions are calculated there and made available for further processing.
  • the data about the located vehicles or road users can be used for congestion reporting, for logistics, for parking space management and for researching traffic behavior. Furthermore, the location procedure can also be used to determine the traffic behavior of pedestrians and users of public transport in a timely manner, so that the operators of public transport are able to better adapt their travel offer to the respective demand. On the basis of the additional information, in particular on the purpose of driving, further statistical statements regarding leisure behavior can also be made. This data can also be used for urban planning.
  • the location procedure can e.g. B. in connection with conventional survey methods, such as traffic counts, traffic observations and household surveys can be used to plan traffic by using the data obtained for the analytical calculation of a traffic model.
  • the location method has the advantage that, as a result of the continuous and long-term recording of traffic behavior, there is a constant increase in information, so that the model becomes more and more precise over time.
  • the recording is event-related (online) and can also be carried out in offline mode.

Abstract

The invention relates to a location method using a mobile radiotelephone system that comprises base station transceivers (BTS) and mobile terminals. According to the inventive method, every base station transceiver (BTS) represents the service cell for the communication with the mobile terminals in the service cell. The inventive method comprises the steps of a) detecting and storing the service cell identification codes of the allocated service cell and of time-related information; b) transmitting the stored service cell identification codes and the respective time-related information to a central office; c) determining the positions from the corresponding service cell identification codes by comparing them with corresponding geographical data regarding the service cells of the mobile radiotelephone network.

Description

Ortungsverfahren mit einem MobilfunksystemLocation procedure with a mobile radio system
Die Erfindung betrifft ein Ortungsverfahren mit einem Mobilfunksystem mit Basisstations-Sendeempfängern und mobilen Endgeräten, wobei jeder Basisstation-Sendeempfänger eine Servicezelle zur Kommunikation mit den mobilen Endgeräten in der Servicezelle bildet.The invention relates to a location method with a mobile radio system with base station transceivers and mobile terminals, each base station transceiver forming a service cell for communication with the mobile terminals in the service cell.
Zur Navigation, Fuhrparksteuerung und Verkehrslagedatener- fassung ist es erforderlich, die Positionen mobiler Verkehrsteilnehmer regelmäßig zu erfassen. Vor allem zur Verkehrslagedatenerfassung (z. B. in einem Verkehrsmanagementsystem) müssen möglichst alle relevanten Wegedaten, wie z. B. Fahrtbeginn und Fahrtende, Quelle und Ziel, wie Zweck, Verkehrsmittel und Route, von einer Vielzahl von Verkehrsteilnehmern ohne einen nennenswerten Zusatzaufwand für die Verkehrsteilnehmer automatisch erfaßt werden.For navigation, fleet management and traffic situation data acquisition, it is necessary to regularly record the positions of mobile road users. Especially for traffic situation data acquisition (e.g. in a traffic management system), all relevant route data, such as B. start and end of journey, source and destination, such as purpose, means of transport and route, are automatically detected by a large number of road users without any significant additional effort for road users.
Zur Ortung sind GPS-Ortungsverfahren bekannt, bei denen mit Hilfe von Navigationssatelliten die Positionen relativ genau bestimmt werden können. Das Verfahren erfordert nachteilig relativ aufwendige und teure GPS-Navigationsempfänger . Diese sind energieintensiv und störanfällig. Da das GPS-System auch militärisch genutzt wird, ist ein GPS-Ortungsverfahren im Krisenfall nicht funktionsfähig. Zudem bestehen Empfangslöcher z. B. in U-Bahnen, Tunnels etc., in denen eine GPS- Positionsbestimmung nicht möglich ist.For location, GPS location methods are known in which the positions can be determined relatively precisely with the aid of navigation satellites. The method disadvantageously requires relatively complex and expensive GPS navigation receivers. These are energy-intensive and prone to failure. Since the GPS system is also used for military purposes, a GPS location procedure is not functional in the event of a crisis. In addition, there are receiving holes z. B. in subways, tunnels, etc., in which a GPS position determination is not possible.
Es sind weiterhin z. B. aus der DE-OS 38 16 377 AI Ortungs- verfahren in einem Mobilfunksystem bekannt, bei denen die Laufzeiten von Signalen zwischen mobilen Endgeräten und Basisstationen gemessen werden. Die LaufZeitmessung und Positionsauswertung erfolgt zentral in der Basisstation. Sie weist nur eine relativ geringe Genauigkeit auf. Die Kapazi- tat dieses Systems ist begrenzt und daher nicht im großen Maßstab einsetzbar. Zur Erfassung des Verkehrs werden weiterhin Detektions- schleifen in Fahrbahnen eingelassen, um Fahrzeuge lokal zu zählen. Zudem sind Infraroterfassungsgeräte vor allem auf Autobahnen oberhalb der Fahrbahn angebracht. Diese Maßnahmen sind sehr kostenaufwendig und bieten nur Informationen für einen bestimmten Streckenabschnitt. Eine Aussage über das Verkehrsverhalten individueller Verkehrsteilnehmer kann mit diesen Maßnahmen nicht gewonnen werden.There are still z. B. from DE-OS 38 16 377 AI location method known in a mobile radio system in which the transit times of signals between mobile devices and base stations are measured. The running time measurement and position evaluation takes place centrally in the base station. It has a relatively low accuracy. The capacity of this system is limited and therefore cannot be used on a large scale. To record the traffic, detection loops continue to be embedded in lanes in order to count vehicles locally. In addition, infrared detection devices are installed above all on highways. These measures are very costly and only provide information for a certain section of the route. These measures cannot provide information about the traffic behavior of individual road users.
Bei der sogenannten FCD-Methode (Floating Car Data) werden fahrzeugbezogene Kenngrößen wie Position und Geschwindigkeit mit Sensoren ermittelt, die in den Fahrzeugen eingebaut sind, und über Datenfunk an eine Zentrale übertragen. Die FCD-Methode erfordert nachteilig eine entsprechende Aufrü- stung der Fahrzeuge mit GPS und einem KommunikationsSystem.In the so-called FCD method (Floating Car Data), vehicle-related parameters such as position and speed are determined with sensors that are installed in the vehicles and transmitted to a control center via radio data transmission. The FCD method disadvantageously requires a corresponding upgrade of the vehicles with GPS and a communication system.
In der DE-OS 37 16 320 AI ist ein Verfahren zur Positionsbestimmung mit Hilfe von Mobiltelefonen beschrieben, bei der eine Position mit Hilfe der Feststationsnummer eine Basis- Station ermittelt wird, in dessen Funkzelle sich das Mobiltelefon befindet. Hierdurch kann die Positionengenauigkeit der Funkzelle bestimmt werden. Als zusätzliche Standortinformation wird die Feldstärkeinformation der Basisstation gemessen und mit bekannten Sollwerten verglichen. Die Feld- Stärkeinformationen können den Positionen jedoch nicht eindeutig zugeordnet werden. Zudem sind sie stark von Umwelteinflüssen abhängig.DE-OS 37 16 320 AI describes a method for determining the position with the aid of mobile telephones, in which a position is determined with the aid of the base station number, a base station in whose radio cell the mobile telephone is located. In this way, the positional accuracy of the radio cell can be determined. The field strength information of the base station is measured as additional location information and compared with known target values. However, the field strength information cannot be clearly assigned to the positions. In addition, they are heavily dependent on environmental influences.
In der EP-PS 0 777 863 Bl ist ein Navigationsinformations- system beschrieben, bei dem mobile Einheiten über einen GPS- Empfänger oder über ein Funkortungssystem des Kommunikationssystems ermittelt und die Positionen der mobilen Einheiten an eine Zentrale gesendet werden. Die Routenplanung erfolgt in einer Zentrale, die auf eine Datenbank mit geo- grafischen Daten zurückgreift. Hierdurch entfällt ein aufwändiges Navigationssystem im Fahrzeug. Durch das GPS-System können relativ genaue Koordinaten ermittelt werden. Dies ist jedoch relativ teuer und aufwändig. Das System hat weiterhin den Nachteil, dass das Verkehrsverhalten nur in definierten Zonen ermittelt werden kann.EP-PS 0 777 863 B1 describes a navigation information system in which mobile units are determined via a GPS receiver or via a radio location system of the communication system and the positions of the mobile units are sent to a control center. The route planning takes place in a control center, which uses a database with geographic data. This eliminates the need for a complex navigation system in the vehicle. The GPS system can determine relatively precise coordinates. This is however relatively expensive and complex. The system also has the disadvantage that the traffic behavior can only be determined in defined zones.
In der WO 98/12683 A ist ein Verfahren zur Verkehrsdatenerfassung mit Mobiltelefonen beschrieben, bei dem die Position des Mobiltelefons mit Hilfe der Basisstationskennung und mit funktechnischen Informationen bestimmt wird. Dabei erfolgt eine Zuordnung der Position auf das Wegenetz in der Zelle, die in einer geografischen Informationsdatenbank abgespeichert ist.WO 98/12683 A describes a method for recording traffic data with mobile phones, in which the position of the mobile phone is determined with the aid of the base station identifier and with radio information. The position is assigned to the route network in the cell, which is stored in a geographical information database.
Eine bestimmte Route wird insbesondere durch Auswertung des Zellkennungswechsels ermittelt. Diese Route wird den Ver- kehrswegen zugeordnet, die für diese ermittelten Routen verfügbar sind. Ein solches Verfahren ist auch in der DE-OS 197 55 891 AI beschrieben.A particular route is determined in particular by evaluating the change in cell identification. This route is assigned to the traffic routes that are available for these determined routes. Such a method is also described in DE-OS 197 55 891 AI.
Aufgabe der Erfindung war es, ein Ortungsverfahren mit einem Mobilfunksystem, das einen geringen Zusatzaufwand für die Dateneingabe und möglichst keine zusätzliche Infrastruktur erfordert und auch für nicht motorisierte Verkehrsteilnehmer (Fußgänger, Radfahren, Nutzer des öffentlichen Verkehrssystems) nutzbar ist, dahingehend zu verbessern, dass eine genaue Positionsermittlung mit einem geringen Rechen- und Hardwareaufwand ermöglicht wird.The object of the invention was to improve a locating method with a mobile radio system, which requires little additional effort for data entry and, if possible, no additional infrastructure and can also be used by non-motorized road users (pedestrians, cyclists, users of the public transport system), in such a way that a accurate position determination with a low computing and hardware expenditure is made possible.
Die Aufgabe wird durch das Ortungsverfahren gemäß Anspruch 1 durch die Schritte gelöst von:The task is solved by the location method according to claim 1 by the steps of:
Messen und Abspeichern der Empfangsfeidstärken (RXLEV) für mehrere empfangbare Basisstations-Sendeempfänger (BTS); in den jeweiligen mobilen Endgeräten;Measuring and storing the reception field strengths (RXLEV) for several receivable base station transceivers (BTS); in the respective mobile devices;
- Übertragen der abgespeicherten Empfangsfeidstärken (RXLEV) und von jeweiligen Zeitinformationen an die Zentrale; Beziehen der gemessenen Empfangsfeldstärken (RXLEV) von mindestens zwei Basisstations-Sendeempfängern (BTS) jeweils aufeinander; und- transmission of the stored reception strengths (RXLEV) and of the respective time information to the control center; Relating the measured reception field strengths (RXLEV) of at least two base station transceivers (BTS) to each other; and
Vergleichen der aufeinander bezogenen Empfangsfeldstärken mit entsprechenden positionsabhängig gespeicherten Referenzfeldstärke-Pegelmustern zur Korrektur der aus den Servicezellen-Identifikationen der zugeordneten Servicezelle bestimmten Position.Comparison of the related reception field strengths with corresponding position-dependent stored reference field strength level patterns to correct the position determined from the service cell identifications of the assigned service cell.
Das Mobilfunksystem besteht aus einer Vielzahl von Basisstationen mit jeweils einem oder mehreren Basisstations-Sendeempfängern. Die Basisstationen spannen zusammen ein Funk- netz auf. Jeweils ein Basisstations-Sendeempfänger versorgt eine sogenannte Funkzelle . An einem geographischen Ort können mehrere Basisstations-Sendeempfänger gemeinsam positioniert sein. Üblicherweise besteht der von einer Basisstation versorgte Bereich aus mehreren Sektoren, wobei jeder Sektor einer Funkzelle entspricht, eine eigene Servicezellen-Iden- tifikation hat und von einem Basisstations-Sendeempfänger versorgt wird. Die Basisstation wird durch eine Basisstationskennung identifiziert und die Zellen werden durch eine Servicezellen-Identifikation erkannt. Diese Kennungen stehen als digitale Codes zur Verfügung und werden von den Basisstations-Sendeempfängern ausgestrahlt .The mobile radio system consists of a plurality of base stations, each with one or more base station transceivers. The base stations together span a radio network. One base station transceiver supplies a so-called radio cell. Several base station transceivers can be positioned together at a geographical location. The area supplied by a base station usually consists of several sectors, each sector corresponding to a radio cell, having its own service cell identification and being supplied by a base station transceiver. The base station is identified by a base station identifier and the cells are identified by a service cell identifier. These identifiers are available as digital codes and are broadcast by the base station transceivers.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Empfangsfeldstärken für mehrere empfangbare Basisstations-Sen- deempfänger gemessen, und ausgewertet werden, indem Feldstärken verschiedener Basisstations-Sendeempfänger jeweils aufeinanderbezogen werden. Für jede Position werden auf diese Weise mehrere Feldstärkedaten ermittelt. Entsprechende Referenzdaten aus Referenzfeldstärken sind in der Zentrale positionsabhängig gespeichert, die entweder analytisch bestimmt oder mit Hilfe von Meßfahrten gewonnen werden. An jedem Ort lassen sich charakteristische Muster der Empfangs- feldstärken der empfangbaren Basisstations-Sendeempfänger feststellen. Durch einen Mustervergleich können die tatsächlich empfangenen aufeinanderbezogenen Feldstärkemuster mit den entsprechenden Referenzmustern verglichen und daraus die Position bestimmt werden. Dieser Mustervergleich muß lediglich in dem Gebiet durchgeführt werden, der durch das Verfahren grob bestimmt wurde.The object of the invention is achieved in that the reception field strengths for a plurality of receivable base station transceivers are measured and evaluated in that field strengths of different base station transceivers are in each case related to one another. In this way, several field strength data are determined for each position. Corresponding reference data from reference field strengths are stored in the control center in a position-dependent manner, which are either determined analytically or obtained with the aid of measurement drives. Characteristic patterns of reception determine the field strengths of the receivable base station transceivers. The actually received interrelated field strength patterns can be compared with the corresponding reference patterns by means of a pattern comparison and the position can be determined therefrom. This pattern comparison only needs to be carried out in the area roughly determined by the method.
Es ist besonders vorteilhaft, die Differenzen, die Quotien- ten bzw. weitere Ableitungen dieser Meßgrößen nach der Zeit oder Richtung zwischen den Empfangsfeldstärken der Basis- stations-Sendeempfänger zu berechnen und mit den entsprechenden Meßgrößen der Referenzfeldstärken zu vergleichen. Hierdurch bleiben die auf alle Basisstations-Sendeempfänger gleichermaßen wirkenden Umwelteinflüsse unberücksichtigt.It is particularly advantageous to calculate the differences, the quotients or further derivatives of these measured variables according to the time or direction between the reception field strengths of the base station transceivers and to compare them with the corresponding measurement variables of the reference field strengths. As a result, the environmental influences acting equally on all base station transceivers are not taken into account.
Weiterhin ist es vorteilhaft, für den Vergleich der Empfangsfeldstärken und der Referenzfeldstärken einen Toleranzschwellwert festzulegen. Der Mustervergleich wird somit erfindungsgemäß mit einer unscharfen Logik, z. B. einer Fuzzy-Logik durchgeführt und es ist keine absolute Übereinstimmung der gemessenen Feldstärke mit der Referenzfeldstärke erforderlich.It is also advantageous to set a tolerance threshold value for the comparison of the received field strengths and the reference field strengths. The pattern comparison is thus according to the invention with a fuzzy logic, e.g. B. performed a fuzzy logic and it is not necessary an absolute match of the measured field strength with the reference field strength.
Die Mustererkennung kann auch mit Hilfe von Größen durchgeführt werden, die aus der Empfangsfeidstärke abgeleitet werden .The pattern recognition can also be carried out with the aid of variables which are derived from the reception field strength.
Die Genauigkeit der ermittelten Positionen kann erhöht wer- den, indem die räumlichen Empfangsbereiche der jeweils empfangbaren Basisstations-Sendeempfänger überlagert werden und die Schnittfläche der Empfangsbereiche bestimmt wird. Hierbei wird ausgenutzt, daß jedes betriebsbereite mobile Endgerät im eingeschalteten Zustand abhängig von seinem Aufenthaltsort einer Servicezelle zugeordnet ist und in festen Zeitabständen unabhängig von einer Gesprächsdurchführung die momentan zugeordnete Servicezelle und die weiteren sichtbaren Servicezellen ermittelt.The accuracy of the positions determined can be increased by superimposing the spatial reception areas of the respective receivable base station transceivers and determining the intersection of the reception areas. This takes advantage of the fact that each operational mobile terminal in the switched-on state is assigned to a service cell depending on its location and that the currently assigned service cell and the are assigned at fixed time intervals independent of a call other visible service cells.
Zur Erfassung des Verkehrsverhaltens ist es weiterhin vor- teilhaft, die Varianz der ermittelten Positionen zu berechnen. Weiterhin ist es vorteilhaft, die Geschwindigkeit, Richtung oder Beschleunigung anhand der ermittelten Positionen und der zugehörigen Zeitinformationen zu berechnen.To record traffic behavior, it is also advantageous to calculate the variance of the positions determined. It is also advantageous to calculate the speed, direction or acceleration on the basis of the positions determined and the associated time information.
Die ermittelten Positionen können mittels einer Ausgleichsrechnung, z. B. mit Hilfe eines Kalmann-Filters, korrigiert werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, die ermittelten Positionen zu extrapolieren und die derart berechneten Positionen mittels einer Ausgleichsrechnung zu korrigieren.The determined positions can by means of a compensation calculation, e.g. B. be corrected with the help of a Kalmann filter. It is also advantageous to extrapolate the positions determined and to correct the positions calculated in this way by means of a compensation calculation.
Zur Extrapolation der ermittelten Positionen können vorteilhafterweise die verfügbaren Verkehrswege in dem Gebiet der ermittelten Positionen ausgewählt werden und die ermittelten Positionen auf die verfügbaren Verkehrswege projiziert und korrigiert werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, die Geschwindigkeit aus den ermittelten Positionen und den entsprechenden Zeitinformationen zu bestimmen und die ermittelten Positionen mittels der Geschwindigkeiten zu korrigieren. Hierbei können Verkehrswege ausgeschlossen werden, die eine Fortbewegung mit den berechneten Geschwindigkeiten üblicherweise nicht zulassen.To extrapolate the determined positions, the available traffic routes in the area of the determined positions can advantageously be selected and the determined positions can be projected and corrected onto the available traffic routes. It is also advantageous to determine the speed from the determined positions and the corresponding time information and to correct the determined positions using the speeds. Traffic routes that usually do not allow movement at the calculated speeds can be excluded.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Bewegungsrichtung und Beschleunigung aus den ermittelten Positionen zu bestimmen und die ermittelten Positionen anhand der Bewegungsrichtung zu korrigieren. Hierzu kann z. B. eine Einschränkung der verfügbaren Verkehrswege erfolgen, indem die Verkehrswege unberücksichtigt bleiben, die keine Fortbewegung in der ermittelten Bewegungsrichtung zulassen. Ferner können die mögli- chen Fortbewegungsmittel aus der Geschwindigkeit, der Bewegungsrichtung und/oder den verfügbaren Verkehrswegen ermittelt werden und die ermittelten Positionen auf die für die möglicherweise verwendeten Fortbewegungsmittel verfügbaren Verkehrswege projiziert und korrigiert werden. Wenn z. B. ein Fußgänger aufgrund einer kontinuierlichen langsamen Geschwindigkeit erkannt wird, können sämtliche Eisenbahn- strecken für die Korrektur der Positionen außer Betracht bleiben.It is also advantageous to determine the direction of movement and acceleration from the determined positions and to correct the determined positions on the basis of the direction of movement. For this, e.g. B. there is a restriction of the available traffic routes by disregarding the traffic routes that do not allow locomotion in the determined direction of movement. Furthermore, the possible means of transportation can be determined from the speed, the direction of movement and / or the available traffic routes, and the positions determined can be based on those for the possibly used means of transportation available traffic routes are projected and corrected. If e.g. B. A pedestrian is recognized due to a continuous slow speed, all railroad tracks can be disregarded for the correction of the positions.
Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Verfahren zur logischen Ortung ist es möglich, die durch die Servicezellen- Identifikationen, die Auswertung der Überschneidung der Empfangsbereiche der ermittelten Basisstations-Sendeempfän- gern und/oder durch den Vergleich der Empfangsfeldstärken mit Referenzfeldstärken ermittelten Positionen zu korrigieren und die Ortungsgenauigkeit zu erhöhen. Zur logischen Ordnung wird vorteilhafterweise ein geographisches Informationssystem verwendet, in dem die Verkehrsnetze, Fahrtrouten und physikalischen Randparameter wie mögliche Geschwindigkeiten abgespeichert sind. Ein solches geographisches Informationssystems ermöglicht es weiterhin, Streckenstümpfe als mögliche Verkehrswege auszuschließen, die nicht in die identifizierten Servicezellen führen und aus diesen herausweisen. Zudem können Verkehrswege ausgeschlossen werden in denen die Reisezeit zwischen den ermittelten Positionen mit den möglichen Reisezeiten für die verfügbaren Verkehrswege verglichen werden.With the help of the above-described methods for logical location, it is possible to correct the positions determined by the service cell identifications, by evaluating the overlap of the reception areas of the determined base station transceivers and / or by comparing the reception field strengths with reference field strengths and the location accuracy to increase. A geographic information system is advantageously used for the logical order, in which the traffic networks, travel routes and physical boundary parameters such as possible speeds are stored. Such a geographical information system also makes it possible to exclude route stumps as possible traffic routes that do not lead to the identified service cells and point them out. In addition, traffic routes can be excluded by comparing the travel time between the determined positions with the possible travel times for the available traffic routes.
Das Ortungsverfahren wird vorzugsweise zur Erfassung des Verkehrsverhaltens sowohl des motorisierten Individualver- kehrs, als auch des öffentlichen Verkehrs eingesetzt, wobei Zusatzinformationen, wie Fahrtzweck, Verkehrsmittel etc. in das mobile Endgerät eingegeben, an die Zentrale übertragen und dort z. B. statistisch ausgewertet werden.The locating method is preferably used to record the traffic behavior of both motorized individual traffic and public transport, additional information such as the purpose of the journey, means of transport etc. being entered into the mobile terminal, transmitted to the central office and there z. B. can be statistically evaluated.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des Ortungsverfah- rens zur Abrechnung von Streckengebühren (Maut) . Da das Ortungsverfahren nicht auf eine statistische Verkehrslageerfassung beschränkt ist, sondern eine individuelle Beobach- tung des Verkehrsverhaltens ermöglicht wird, kann eine Berechnung der ermittelten Route mit wenig Zusatzaufwand leicht durchgeführt werden.It is particularly advantageous to use the location method for billing route charges (toll). Since the location procedure is not limited to a statistical traffic situation recording, but an individual observation the traffic behavior is enabled, the calculated route can be easily calculated with little additional effort.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figur 1 - Systematik der Teilortungsverfahren;Figure 1 - Systematics of partial location procedures;
Figur 2 - Ortung in einem Mobilfunknetz anhand der Empfangsfeldstärken von und der Überlagerung der Empfangsbereiche vier Basisstations-Sendeempfängern;Figure 2 - Location in a mobile radio network based on the received field strengths and the superimposition of the reception areas four base station transceivers;
Figur 3 - Referenzfeldstärken von drei Basisstations- Sendeempfängern über den Weg auf einem Straßenabschnitt für die Mustererkennung;Figure 3 - reference field strengths of three base station transceivers on the way on a road section for pattern recognition;
Figur 4 - Logische Ortung zur Erhöhung der Ortungsgenauigkeit;Figure 4 - Logical location to increase the location accuracy;
Figur 5 - Logische Ortung durch Bewertung von Routen inFigure 5 - Logical location by evaluating routes in
Servicezellenservice cell
Figur 6 - Telematische Erfassung des Verkehrsverhaltens mit Hilfe des Ortungsverfahrens.Figure 6 - Telematic recording of traffic behavior using the location procedure.
In der Figur 1 ist die Systematik der Teilortungsverfahren skizziert, wobei die Ortungsgenauigkeit mit Hilfe einer Kombination der verschiedenen Verfahren gesteigert werden kann. Es werden Daten und Meßgrößen ausgewertet, die von dem Mobilfunknetz bereitgestellt und vom mobilen Endgerät empfangen, Selektiert und abgespeichert werden. Für die Ortung stehen grundsätzlich mindestens die folgenden Daten zur Verfügung:
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Figure imgf000012_0001
The system of the partial location methods is outlined in FIG. 1, the location accuracy being able to be increased with the aid of a combination of the various methods. Data and measured variables are evaluated which are provided by the mobile radio network and received, selected and stored by the mobile terminal. The following data are generally available for location:
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In der ersten Stufe wird die Servicezelle, über die ein mögliches Gespräch abgewickelt wird und der das mobile Endgerät jeweils in Abhängigkeit von dem Standort zugeteilt wird, anhand der Größen MNC, MCC, LAI, CI und BSIC identifiziert. Damit ist die Servicezelle bestimmbar, innerhalb der sich das mobile Endgerät befindet. In Abhängigkeit von der Einwohner- und Arbeitsplatzdichte weisen Ballungsräume gegenüber ländlichen Räumen eine deutlich höhere Dichte von Basisstationen auf. Die Verkehrsbereiche sind somit in Ballungsräumen kleiner als in dünnbesiedelten Räumen. Hieraus ergibt sich, daß die Ortung eines betriebsbereiten Endgerätes in Ballungsräumen mit sehr viel höherer Genauigkeit möglich ist als in ländlichen Räumen.In the first stage, the service cell, via which a possible call is processed and to which the mobile device is allocated depending on the location, is identified on the basis of the variables MNC, MCC, LAI, CI and BSIC. The service cell within which the mobile device is located can thus be determined. Depending on the population and workplace density, metropolitan areas have a significantly higher density of base stations than rural areas. The traffic areas are therefore smaller in metropolitan areas than in sparsely populated areas. From this it follows that the location of an operational terminal in metropolitan areas is possible with much higher accuracy than in rural areas.
In einem zweiten Schritt kann durch Identifikation der Empfangsbereiche die Ortungsgenauigkeit gesteigert werden. Da sich in Ballungsräumen die Empfangsbereiche von Basissta- tions-Sendeempfängern häufig überlagern, können Informationen über den Empfang weiterer, benachbarter Basisstations- Sendeempfängern für die Lokalisierung des momentanen Standortes des mobilen Endgerätes genutzt werden.In a second step, the location accuracy can be increased by identifying the reception areas. Since the reception areas of base station transceivers often overlap in metropolitan areas, information about the reception of further, neighboring base station transceivers can be used to locate the current location of the mobile terminal.
Die Figur 2 läßt eine Prinzipskizze der Ortung anhand der Empfangsfeldstärken von vier Basisstations-Sendeempfängern BTS1 - BTS4 und einer Überlagerung der Empfangsbereiche erkennen. Die Empfangsbereiche der vier Basisstations-Sendeempfänger BTS1 - BTS4 sind ovalförmig skizziert. Wenn alle vier Basisstations-Sendeempfänger BTS1 - BTS4 empfangen werden können, befindet sich das mobile Empfangsgerät innerhalb der dunkel markierten Schnittfläche der Empfangsbereiche. Die Genauigkeit durch die Empfangsbereichsidentifikation steigt mit der Anzahl der empfangenen Basisstations-Sendeempfänger BTS an. Die Informationen über die Empfangsbereiche sind in der Zentrale gespeichert, in der auch die Auswertung erfolgt .FIG. 2 shows a basic sketch of the location on the basis of the reception field strengths of four base station transceivers BTS1-BTS4 and an overlay of the reception areas. The reception areas of the four base station transceivers BTS1 - BTS4 are outlined in an oval shape. If all four base station transceivers BTS1 - BTS4 can be received, the mobile receiving device is located within the darkly marked intersection of the reception areas. The accuracy due to the reception area identification increases with the number of received Base station transceiver BTS. The information about the reception areas is stored in the control center, where the evaluation is also carried out.
Die Ortungsgenauigkeit kann weiterhin durch den Schritt 3 gemäß Figur 1 mit Hilfe einer Mustererkennung gesteigert werden. Hierzu werden Empfangsfeldstärken bzw. Pegelstärken RXLEV der Servicezelle und mehrerer Nachbarzellen ermittelt und mit Referenzfeldstärken verglichen, die in einer Refe- renzdatenbank abgespeichert sind. Die Figur 3 läßt ein beispielhaft aufgenommenes Pegelmuster für einen Straßenabschnitt erkennen, bei dem die Empfangsfeldstärken RXLEV von drei Basisstations-Sendeempfangsanlagen BTS1 - BTS3 über einen Weg aufgenommen sind. Dabei verdeutlichen die unter- schiedlichen Linien die Empfangssignale RXLEV-1 bis RXLEV-3 der Basisstations-Sendeempfänger BTS1 - BTS3 der einzelnen Funkzellen. Es werden die Differenzen oder Quotienten zwischen den Empfangsfeldstärken RXLEV der Basisstations-Sendeempfänger BTS für jeden Wegpunkt gebildet und mit entspre- chenden Werten verglichen, die aus einem aufgenommenen Referenzmuster gebildet werden. Gleichermaßen können die Empfangsfeldstärken, Differenzen davon oder sonstige mathematische Kombinationen aller möglichen Pegelinformationen wie z . B. Polynome, Exponentialfunktionen oder Logarithmen vergli- chen werden. Die Verwendung von Quotienten hat jedoch den Vorteil, daß keine absoluten Meßgrößen in dem Vergleich berücksichtigt werden. Die Figur 3 läßt erkennen, daß jeder Wegpunkt ein eigenes Pegelmuster hat, das sich weitgehend von den Pegelmustern anderer Wegpunkte unterscheidet. Unsi- cherheiten bei der Ortung können durch eine zusätzliche Ermittlung der Fahrtrichtung mittels Berücksichtigung der Zu- und Abnahme der Pegelmuster beseitigt werden. Hierdurch kann die Ortungsgenauigkeit erhöht werden. Die Referenzmuster können entweder durch Meßfahrten gewonnen werden. Sie können aber auch mit Hilfe von geeigneten Softwareprogrammen analytisch bestimmt werden. Die Mustererkennung kann z. B. mit Hilfe einer Fuzzy-Logik erfolgen, wobei eine Toleranzschwelle für die Übereinstimmung des tatsächlichen Pegelmusters mit dem gespeicherten Referenzmuster festgelegt wird.The location accuracy can be further increased by step 3 according to Figure 1 with the help of a pattern recognition. For this purpose, reception field strengths or level strengths RXLEV of the service cell and several neighboring cells are determined and compared with reference field strengths, which are stored in a reference database. FIG. 3 shows an example of a level pattern recorded for a road section, in which the received field strengths RXLEV from three base station transceiver systems BTS1-BTS3 are recorded over one path. The different lines illustrate the receive signals RXLEV-1 to RXLEV-3 of the base station transceivers BTS1 - BTS3 of the individual radio cells. The differences or quotients between the received field strengths RXLEV of the base station transceivers BTS are formed for each waypoint and compared with corresponding values which are formed from a recorded reference pattern. Similarly, the received field strengths, differences thereof or other mathematical combinations of all possible level information such as. B. polynomials, exponential functions or logarithms can be compared. However, the use of quotients has the advantage that no absolute measured variables are taken into account in the comparison. FIG. 3 shows that each waypoint has its own level pattern, which largely differs from the level patterns of other waypoints. Uncertainties in the location can be eliminated by additionally determining the direction of travel by taking into account the increase and decrease in the level pattern. As a result, the location accuracy can be increased. The reference samples can either be obtained by measuring runs. However, they can also be determined analytically using suitable software programs. The pattern recognition can e.g. B. using fuzzy logic, wherein a tolerance threshold for the agreement of the actual level pattern with the stored reference pattern is set.
Die Mustererkennung wird vorzugsweise mit den Parametern Mustertiefe, d. h. Anzahl der berücksichtigen Pegeldifferenzen, und Mustertoleranz, d. h. Abweichung innerhalb der Pegeldifferenzen, vorgenommen. Dabei gilt, daß die Flächen vergleichbarer Muster umso kleiner werden, je umfangreicher die Analyse des Pegelmusters ist . Demnach kann ein Muster um so präziser identifiziert und von anderen Mustern abgegrenzt werden, je mehr Merkmale des Musters, d. h. Pegeldifferenzen ausgewertet werden. Je geringer die Toleranzschwelle ist, um so geschlossener und größer werden die Flächen vergleichbarer Muster. Eine hohe Toleranz, d. h. eine große zulässige Abweichung der Pegeldifferenz vom Referenzwert, trägt sehr stark zur Stabilität des Verfahrens bei, da statistische Schwankungen ausgeglichen werden.The pattern recognition is preferably carried out with the parameters pattern depth, i. H. Number of level differences taken into account, and pattern tolerance, i.e. H. Deviation within the level differences. The larger the analysis of the level pattern, the smaller the areas of comparable patterns become. Accordingly, the more features of the pattern, i. E., The more precisely a pattern can be identified and differentiated from other patterns. H. Level differences are evaluated. The lower the tolerance threshold, the more closed and larger the areas of comparable patterns. A high tolerance, i.e. H. a large permissible deviation of the level difference from the reference value contributes greatly to the stability of the method, since statistical fluctuations are compensated for.
Die Ortungsgenauigkeit kann durch eine logische Ortung gemäß Schritt 4 der Figur 1 weiter gesteigert werden. Das Verfahren der logischen Ortung kann in Verbindung mit jedem der vorstehend beschriebenen Verfahren 1 bis 3 (Identifizierung der Servicezelle, Empfangsbereichsidentifikation, Mustererkennung) durchgeführt werden. Das Prinzip der logischen Ortung ist in der Figur 4 dargestellt. Es ist vorgesehen, anhand der bereits ermittelten Positionen unter Zuhilfenahme von geographischen Informationen, die in einem geographi- sehen Informationssystem (GIS) abgespeichert sein können, den Routenverlauf zu extrapolieren. Hierbei werden unter anderem die verfügbaren Verkehrswege und physikalische Randparameter, wie z. B. die Geschwindigkeit, Verkehrsregeln etc. berücksichtigt. Bei der Extrapolation werden Ver- kehrswege ausgeschlossen, die mit der festgestellten Geschwindigkeit, der Richtung, dem bereits festgestellten Transportmittel etc. nicht vereinbar sind. Auf der Basis dieser modellweise bestimmten extrapolierten Route wird eine Ausgleichsrechnung der festgestellten Positionen durchgeführt und die Ortungsgenauigkeit auf diese Weise gesteigert.The location accuracy can be further increased by a logical location according to step 4 of FIG. 1. The method of logical location can be carried out in connection with any of the methods 1 to 3 described above (identification of the service cell, reception area identification, pattern recognition). The principle of logical location is shown in FIG. 4. It is envisaged to extrapolate the route course on the basis of the positions already determined with the aid of geographic information, which can be stored in a geographic information system (GIS). Here, among other things, the available traffic routes and physical parameters, such as B. the speed, traffic rules, etc. are taken into account. Extrapolation excludes traffic routes that are incompatible with the speed, direction, mode of transport, etc. that have already been determined. On the base This modeled extrapolated route is carried out a compensation calculation of the determined positions and the location accuracy is increased in this way.
Die modellartige Extrapolation der möglichen Routen anhand der Informationen über die Verkehrswege, die in dem geographischen Informationssystem abgelegt sind, wird mit Hilfe der Figur 5 näher erläutert. Nachdem die Servicezelle des Start- und des Zielpunktes CI1 und CI2 in dem ersten Schritt a) ermittelt worden sind, werden in dem nächsten Schritt b) alle Verkehrswege in den ausgewählten Regionen zwischen der Start- und der Ziel-Zelle mit Hilfe einer Verkehrswegekarte festgestellt. In dem nächsten Schritt c) werden Stichstraßen und alle Straßen, die nicht zur Ziel-Zelle hinführen elimi- niert. Es wird somit ein zusammenhängendes Netz in den Zellen des Fahrtverlaufes bestimmt. Anschließend werden in dem Schritt d) alle Routen in den Zellen des Fahrtverlaufs festgestellt, die in dem zusammenhängenden Netz befahrbar sind. Die Routen beinhalten alle denkbaren Verkehrswege. In dem Schritt e) werden die verwendeten Verkehrsmittel und die Geschwindigkeiten bei der Auswahl der möglichen Routen berücksichtigt. An Kreuzungspunkten können z. B. Verkehrswege ausgeschlossen werden, die ein Umsteigen erfordern oder die nicht in der festgestellten Zeit befahrbar sind. So wird z. B. ein Autofahrer nicht kurzfristig in einer Zwischenstrecke auf eine Bahnstrecke umsteigen. Ebensowenig wird ein Autofahrer an einem Knotenpunkt auf eine Fußgängerzone wechseln und am Ende der Fußgängerzone in dem zweiten Knotenpunkt wieder auf das Auto zurückgreifen. Nachdem die möglichen Routen bestimmt wurden, werden die möglichen Verkehrswege in der Start- und Zielstelle bestimmt, die an den dort festgestellten Knotenpunkten angrenzen und es wird der weitere Fahrtverlauf extrapoliert. Da die Servicezellen kontinuierlich identifiziert wurden, kann eine der beiden in dem Schritt f) gezeigten möglichen Routen eindeutig bestimmt werden, da diese vor der Zielzelle durch unterschiedliche Zellen laufen. Die Fahrtroute wird nun mit der ermittelten Route korreliert, so daß die Route zur Verkehrsverhaltens- untersuchung genau bestimmt werden kann.The model-like extrapolation of the possible routes based on the information about the traffic routes that are stored in the geographic information system is explained in more detail with the aid of FIG. After the service cell of the start and destination points CI1 and CI2 have been determined in the first step a), in the next step b) all traffic routes in the selected regions between the start and the destination cell are determined using a traffic route map. In the next step c), branch streets and all streets that do not lead to the target cell are eliminated. A coherent network in the cells of the journey is thus determined. Then, in step d), all routes in the cells of the route that can be traveled in the connected network are determined. The routes include all conceivable traffic routes. In step e), the means of transport used and the speeds are taken into account when selecting the possible routes. At crossing points, e.g. B. Exclude traffic routes that require a change or that are not accessible in the determined time. So z. B. a driver does not change at short notice in an intermediate route to a train route. Likewise, a driver will not switch to a pedestrian zone at a junction and will use the car again at the end of the pedestrian zone in the second junction. After the possible routes have been determined, the possible traffic routes in the start and destination are determined, which adjoin the nodes identified there, and the further course of the journey is extrapolated. Since the service cells have been identified continuously, one of the two possible routes shown in step f) can be clearly determined, since these run through different cells in front of the target cell. The route is now determined with the Route correlates so that the route for traffic behavior analysis can be determined exactly.
Wie in der Figur 6 skizziert ist, kann das beschriebene Verfahren zur Erfassung des Verkehrsverhaltens in einem Telematiksystem eingesetzt werden. Aufgrund der weiten Verbreitung von Mobiltelefonen, die lediglich durch Zusatzfunktionen modifiziert werden müssen, ist es möglich, die Verhaltensdaten von Verkehrsteilnehmern über längere Zeiträume sehr genau zu erfassen. Die Modifizierung kann durch ein Update der Software im Mobiltelefon über Funk und Speichern der Programme in einer frei programmierbaren Speichereinheit von der Zentrale aus erfolgen. Nachdem der Benutzer in dem Mobiltelefon einen Fahrtzweck und ggf . weitere Informationen wie Stellplatz-Typ am Zielort, Anzahl der Mitfahrer etc. an dem Mobiltelefon eingegeben hat, werden die weiteren Ortungsdaten mit Hilfe des Mobiltelefons automatisch erfaßt und über das Mobilfunknetz sowie ggf. weitere Kommunikations- oder Übertragungseinrichtungen an eine Auswertezen- trale übermittelt. Dort werden die genauen Positionen berechnet und zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt. Die Daten über die georteten Fahrzeuge bzw. Verkehrsteilnehmer können für die Staumeldung, für die Logistik, für die Parkraumbewirtschaftung und für die Erforschung des Verkehrsverhaltens verwendet werden. Weiterhin kann durch das Ortungsverfahren auch das Verkehrsverhalten von Fußgängern und von Benutzern öffentlicher Verkehrsmittel zeitnah bestimmt werden, so daß die Betreiber öffentlicher Verkehrsmittel in der Lage sind, ihr Reiseangebot an die jeweilige Nachfrage besser anzupassen. Anhand der zusätzlichen Informationen insbesondere über den Fahrzweck lassen sich auch weitere statistische Aussagen bzgl. des Freizeitverhaltens treffen. Diese Daten können auch für die Städteplanung verwendet werden.As outlined in FIG. 6, the described method for recording traffic behavior can be used in a telematics system. Due to the widespread use of mobile phones, which only need to be modified by additional functions, it is possible to record the behavioral data of road users very precisely over longer periods of time. The modification can be carried out by updating the software in the mobile phone via radio and storing the programs in a freely programmable memory unit from the control center. After the user in the mobile phone a travel purpose and possibly. If further information such as the type of parking space at the destination, number of passengers etc. has been entered on the mobile phone, the additional location data is automatically recorded with the help of the mobile phone and transmitted to an evaluation center via the mobile radio network and, if appropriate, further communication or transmission facilities. The exact positions are calculated there and made available for further processing. The data about the located vehicles or road users can be used for congestion reporting, for logistics, for parking space management and for researching traffic behavior. Furthermore, the location procedure can also be used to determine the traffic behavior of pedestrians and users of public transport in a timely manner, so that the operators of public transport are able to better adapt their travel offer to the respective demand. On the basis of the additional information, in particular on the purpose of driving, further statistical statements regarding leisure behavior can also be made. This data can also be used for urban planning.
Das Ortungsverfahren kann z. B. in Verbindung mit herkömmlichen Erhebungsverfahren, wie VerkehrsZählungen, Verkehrs- beobachtungen und Haushaltsbefragungen zur Verkehrsplanung eingesetzt werden, indem die ermittelten Daten zur analytischen Berechnung eines Verkehrsmodells verwendet werden. Das Ortungsverfahren hat den Vorteil, daß in Folge der kontinuierlichen und langfristigen Erfassung des Verkehrsverhaltens ein ständiger InformationsZuwachs erfolgt, so daß das Modell im Laufe der Zeit immer präziser wird. Die Erfassung erfolgt ereignisnah (online) und kann auch im Offline-Betrieb durchgeführt werden. The location procedure can e.g. B. in connection with conventional survey methods, such as traffic counts, traffic observations and household surveys can be used to plan traffic by using the data obtained for the analytical calculation of a traffic model. The location method has the advantage that, as a result of the continuous and long-term recording of traffic behavior, there is a constant increase in information, so that the model becomes more and more precise over time. The recording is event-related (online) and can also be carried out in offline mode.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Ortungsverfahren mit einem Mobilfunksystem mit Basis- stations-Sendeempfängern (BTS) und mobilen Endgeräten, wobei jeder Basisstations-Sendeempfänger (BTS) eine Servicezelle zur Kommunikation mit den mobilen Endgeräten in der Servicezelle bildet, mit den Schritten:1. Locating method with a mobile radio system with base station transceivers (BTS) and mobile terminals, each base station transceiver (BTS) forming a service cell for communication with the mobile terminals in the service cell, with the steps:
a) Bestimmen der Positionen der jeweiligen mobilena) Determine the positions of the respective mobile
Endgeräte aus den jeweiligen Servicezellen-Identifikationen der zugeordneten Servicezelle und von Zeitinformationen mit entsprechenden geografischen Daten über die Servicezellen des Mobilfunknetzes in der Zentrale;Terminals from the respective service cell identifications of the assigned service cell and from time information with corresponding geographic data about the service cells of the mobile radio network in the central office;
gekennzeichnet durchmarked by
b) Messen und Abspeichern der Empfangsfeldstärken (RXLEV) für mehrere empfangbare Basisstations-Sen- deempfänger (BTS); in den jeweiligen mobilen Endgeräten;b) measuring and storing the reception field strengths (RXLEV) for several receivable base station transceivers (BTS); in the respective mobile devices;
c) Übertragen der abgespeicherten Empfangsfeldstärken (RXLEV) und von jeweiligen Zeitinformationen an die Zentrale;c) transmitting the stored reception field strengths (RXLEV) and the respective time information to the control center;
d) Beziehen der gemessenen Empfangsfeldstärken (RXLEV) von mindestens zwei Basisstations-Sende- empfängern (BTS) jeweils aufeinander; undd) Relating the measured reception field strengths (RXLEV) of at least two base station transceivers (BTS) to one another; and
e) Vergleichen der aufeinander bezogenen Empfangsfeldstärken mit entsprechenden positionsabhängig gespeicherten Referenzfeldstärke-Pegelmustern zur Korrektur der im Schritt a) bestimmten Position. e) Comparison of the related reception field strengths with corresponding position-dependent stored reference field strength level patterns to correct the position determined in step a).
2. Ortungsverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch2. Location method according to claim 1, characterized by
Ermitteln der Feldstärkepegelmuster durchDetermine the field strength level pattern by
Berechnen der Differenzen oder Quotienten zwischen den gemessenen Empfangsfeldstärken (RXLEV) von mindestens zwei Basisstations-Sendeempfängern ( BTS ) .Calculate the differences or quotients between the measured reception field strengths (RXLEV) of at least two base station transceivers (BTS).
3. Ortungsverfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Festlegen eines Toleranzschwellwertes für den Vergleich im Schritt e) .3. Location method according to claim 2, characterized by setting a tolerance threshold value for the comparison in step e).
4. Ortungsverfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß das Vergleichen der Empfangsfeldstärken bzw. der daraus abgeleiteten Größen mit einer Mustererkennung durchgeführt wird.4. Location method according to claim 3, characterized in that the comparison of the received field strengths or the quantities derived therefrom is carried out with a pattern recognition.
5. Ortungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch5. Location method according to one of the preceding claims, characterized by
Bestimmen der Positionen durch Überlagerung der räumlichen Empfangsbereiche der ermittelten Basisstations-Sendeempfängern (BTS) und Ermittlung der Schnittfläche der Empfangsbereiche.Determining the positions by superimposing the spatial reception areas of the determined base station transceivers (BTS) and determining the intersection of the reception areas.
6. Ortungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch6. Location method according to one of the preceding claims, characterized by
Projektion der ermittelten Positionen auf die in dem Gebiet der ermittelten Positionen verfügbarenProjection of the determined positions on the available in the area of the determined positions
Verkehrswege und entsprechende Korrektur der ermittelten Positionen.Traffic routes and corresponding correction of the determined positions.
7. Ortungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, gekennzeichnet durch Bestimmen der Varianz der berechneten Positionen. 7. Location method according to one of the preceding claims, characterized by determining the variance of the calculated positions.
8. Ortungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch Korrektur der ermittelten Positionen mittels Ausgleichsrechnung.8. Location method according to one of the preceding claims, characterized by correction of the positions determined by means of a compensation calculation.
9. Ortungsverfahren nach Anspruch 8 , gekennzeichnet durch Extrapolation der ermittelten Positionen und Korrektur der berechneten Positionen mittels Ausgleichsrechnung der ermittelten und der extrapolierten Positionen.9. Location method according to claim 8, characterized by extrapolation of the determined positions and correction of the calculated positions by means of a compensation calculation of the determined and the extrapolated positions.
10. Ortungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Bestimmen der Geschwindigkeit aus den ermittelten Positionen und den entsprechenden Zeitinformationen und Korrektur der ermittelten Positionen mittels der Geschwindigkeiten.10. Location method according to one of the preceding claims, characterized by determining the speed from the determined positions and the corresponding time information and correcting the determined positions by means of the speeds.
11. Ortungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Bestimmen der Bewegungsrichtung aus den ermittelten Positionen und den entsprechenden Zeitinformationen und Korrektur der ermittelten Positionen mittels der Bewegungsrichtung.11. Location method according to one of the preceding claims, characterized by determining the direction of movement from the determined positions and the corresponding time information and correcting the determined positions by means of the direction of movement.
12. Ortungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch12. Location method according to one of claims 9 to 11, characterized by
- Ermitteln der möglicherweise verwendeten Fortbewegungsmittel aus der Geschwindigkeit, der Bewegungsrichtung und den verfügbaren Verkehrswegen;- Determining the possible means of transportation from the speed, the direction of movement and the available traffic routes;
Projektion der ermittelten Positionen auf die für die möglicherweise verwendeten Fortbewegungsmittel verfügbaren Verkehrswege undProjection of the determined positions on the traffic routes and available for the possibly used means of transportation
Korrektur der ermittelten Positionen mit Hilfe der Projektion.Correction of the determined positions with the help of the projection.
13. Ortungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch Ausschluß von Streckenstümpfen der verfügbaren Verkehrswege, die in nicht identifizierte Servicezellen führen.13. Location method according to one of claims 9 to 12, characterized by the exclusion of route stumps available traffic routes that lead to unidentified service cells.
14. Ortungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, ge- kennzeichnet durch Vergleichen der Reisezeit zwischen den ermittelten Positionen mit den möglichen Reisezeiten der verfügbaren Verkehrswege und Ausschluß der Verkehrswege, die eine höhere Reisezeit erfordern.14. Location method according to one of claims 9 to 13, characterized by comparing the travel time between the determined positions with the possible travel times of the available traffic routes and excluding the traffic routes which require a longer travel time.
15. Ortungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur individuellen Erfassung des Verkehrsverhaltens von Verkehrsteilnehmern.15. Location method according to one of the preceding claims for the individual recording of the traffic behavior of road users.
16. Ortungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe zur Erfassung des Verkehrsverhaltens, dadurch gekennzeichnet, daß Zusatzinformationen in das mobile Endgerät eingegeben, analog zu den Positionsdaten an die Zentrale übertragen und in der Zentrale statistisch ausgewertet werden.16. Location method according to one of the preceding claims before the detection of the traffic behavior, characterized in that additional information is input into the mobile terminal, transmitted analogously to the position data to the control center and statistically evaluated in the control center.
17. Ortungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch individuelle Abrechnung von Streckenabhängigen Gebühren mittels erfasster zurückgelegter Strecken der Verkehrsteilnehmer.17. Location method according to one of the preceding claims, characterized by individual billing of route-dependent fees by means of recorded distances traveled by the road users.
18. Ortungsverfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrechnung zusätzlich unter Berücksichtigung der Art der verwendeten Verkehrsmittel erfolgt. 18. Location method according to claim 17, characterized in that the billing is also carried out taking into account the type of means of transport used.
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