CN111897897B - 附加模块、服务器装置、定位方法、程序和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于设备(1)的，尤其是移动设备的附加模块(2)，一种服务器装置(3)，一种定位方法(33)，和一种相应的计算机程序(33)，以及一种相应的计算机可读的存储介质(5、11、18)。本发明提出，通过测量装置(12)借助于相应的传感器装置，通过要定位的设备(1)或附加模块(2)测量由相应的基础设施(27)引起的本地电磁场分布。通过将测量到的所述场分布与预设的地图进行比较来确定所述附加模块(2)的或配备有所述附加模块的设备(1)的相应当前的位置。为了能够实现对所述附加模块(2)或所述设备(1)的跟踪，将所测量到的所述场分布和/或所确定的位置经由无线数据连接发送给服务器装置(3)。

Description

附加模块、服务器装置、定位方法、程序和存储介质
技术领域
本发明涉及一种用于设备尤其是移动设备的附加模块，一种用于与所述附加模块或者与所述移动设备进行通信的服务器装置，一种用于定位所述附加模块或所述移动设备的相对应的定位方法，一种实现所述定位方法的相应的计算机程序或计算机程序产品，以及一种相应的计算机可读的存储介质。
背景技术
设备、材料和人员的定位，即测位或位置确定在多种不同的应用领域中都是有用的功能。在此，至今应用不同的方法。已知的例如是卫星辅助的位置确定系统(GPS、GLONASS等)或者借助于雷达或通过在位置确定系统与要测位的设备之间的通信进行主动测位，例如通过在检查点从经过的设备读取RFID标签进行。然而，这些解决方案可能具有下述缺点：它们根据相应的本地的信号接收条件，例如在建筑物内部而不能可靠地工作，和/或以在位置确定系统和所有要测位的设备方面的统一的电子基础设施，即例如使用预设的通信标准、通信频率和通信协议为前提条件。由此可能会限制相应的解决方案的灵活性。传统的解决方案的另一缺点会如下看到，通过所使用的信号可能会影响或干扰敏感的设备或设施，或者在相应发射敏感的区域中不能应用定位方法。
发明内容
本发明的目的是，能够实现在建筑物和敏感的区域中定位设备。根据本发明，所述目的通过实施例的主题来实现。在说明书和附图中提出本发明的有利的设计方案和改进方案。
根据本发明的附加模块构成为用于集成到现有的设备中，尤其是移动设备中，以便为该设备配备有定位功能。因此，附加模块能够实现——必要时与相应的设备相互配合——附加模块的或配备有附加模块的设备的位置确定。
在这种意义上的集成例如能够表示或包括：经由端子、接口、电连接或数据连接将所述附加模块与移动设备连接。然后，所述附加模块能够经由连接接口与相应的设备交换数据或信号，或者访问所述设备的资源。同样地，所述附加模块能够构成为自主单元，其中附加模块集成到相应的设备中于是例如能够表示：附加模块与移动设备的仅机械连接。
因此，在根据本发明的意义上的设备能够是电气设备或电子设备，所述电气设备或电子设备具有自身的电气和/或电子装置。但是同样地，在本发明的意义上，所述设备能够是非电子设备、工具、运输货物、构件、运输手推车、患者床、——尤其人所穿着的——衣服等。
根据本发明的附加模块具有测量装置和定位装置。所述测量装置在此设立为，借助于传感器装置在不与所述基础设施进行数据交换的情况下被动地测量由相应的周围的基础设施引起的本地电磁场分布。对场分布的测量例如能够表示或包括：测量或确定本地的场强度、场梯度、本地的电磁场或辐射的能量谱和/或频率谱，其极化等。定位装置在此设立为，通过将测量到的场分布与预设的地图进行比较来自动地确定附加模块的相应当前的空间位置，其中所述地图指明空间分辨的参考场分布和/或引起场的基础设施的位置。此外，定位装置设立为，为了能够实现对附加模块或配备有所述附加模块的相应的设备的跟踪(英语：Tracking)，将所测量到的场分布和/或所确定的位置经由无线数据连接发送给外部服务器装置，即例如服务器、云服务器、计算中心等。在前一种情况下，所述服务器装置然后能够评估所测量到的场分布，以定位所述附加模块或相应的移动设备，例如通过将所测量到的场分布与预设的地图进行比较来进行评估。
预设的地图例如能够是建筑图，在所述建筑图中绘出引起场的基础设施的位置。附加地或替选地，参考场分布能够例如作为热图或根据拓扑图绘入其中，其中例如线或统一标记的区域能够指示相同的场分布或场分布的参数的相同值。
参考场分布例如能够通过预备的测量来确定并且随后被预设，即提供，例如提供给附加模块的制造商或服务器装置的运营商。特别有利地，参考场分布能够由附加模块的相应的用户或使用者加载到该附加模块上。由此，根据本发明的附加模块能够有利地特别简单且灵活地适配于不同的使用区域，例如不同的建筑群和/或适配于引起场的相应的基础设施的改变。引起场的基础设施尤其能够包括位置固定的设备或装置，其发出电磁场或辐射。这例如能够是WLAN网络基础设施的路由器、中继器或接入点(Access points)，配备有无线电装置的电子设备，如例如尤其是位置固定地安装的电视机、饮料自动贩售机、咖啡机、烟雾探测器、生产机器、制造装置、控制或监控系统、医疗设备等。
这种设备和装置，即引起场的基础设施，根据形成引起场的基础设施的设备和装置的相对位置以及类型或型号而引起个性化的电磁场分布。因此，本发明尤其提出借助所测量到的场分布在要测位的设备方面进行被动的位置确定。这表示：要测位的设备本身不必强制性地主动发送或者例如与外部的位置确定装置进行通信。因此提供了下述优点：在引起场的基础设施和相应要定位的附加模块或设备之间不必进行通信，即不必进行信号或数据传输，并且同样不必安装专用的基础设施，以对于设备进行位置确定。因此有利地，所述附加模块或相应的移动设备不必适配于相应的引起场的基础设施或与其相协调或者在基础设施处登记。
此外，能够在对发射敏感的区域，即对信号或无线电敏感的区域中应用定位或跟踪，因为所述附加模块或相应的移动设备本身不必为了定位而发射任何无线电信号或辐射等。这种敏感区域例如能够是医院中的重症监护室或放射科，在该处当前通常适用下述指示：必须将移动电子设备切换到被动运行模式(飞行模式)或者将其关闭。
但是，因为当前主动的场发射——即由现有的引起场的基础设施发射的或产生的电磁场分布——仍用于定位，所以借助本发明能够利用主动和被动的位置确定的优点，并且在此同时能够避免其相应的缺点。因此，例如，与传统的解决方式相反，本发明通常不需要在基础设施与附加模块或相应的移动设备之间或者在所述模块或设备与位置标记或设置用于光学跟踪的照相机等之间的直接的视线连接。
因为场分布通过基础设施的常规的与定位功能无关的运行产生，并且不必专门为了该定位功能而设置或设立该基础设施，所以通过本发明能够有利地实现以特别低耗费、低成本且节能的方式进行定位。
因为引起场的基础设施通常位于建筑物内，例如所提到的医院、办公室或工厂建筑物等内，因此所述场分布直接在该建筑物内产生，并进而不被建筑物屏蔽。由此本发明能够有利地实现：即使在建筑物内也能够可靠且节能地进行定位，因为例如不必接收或测量源自相应的建筑物外部的信号。因此，本发明特别适合用于室内位置确定。
特别优选地，相应的本地的场分布能够被依次测量多次，或者能够测量所述场分布的时间变化曲线。这能够有利地实现：识别和消除，即计算出随时间变化的干扰影响，例如移动的场源，例如处于附近的其它人的移动设备，以及其对所测量到的场分布的影响。由此能够实现参考场分布的改进的精度和可靠性，并且最终在定位所述附加模块或配备有所述附加模块的相应的设备时实现。
在确定所述附加模块的或配备有所述附加模块的相应的设备的相应的位置之后，能够通过所述附加模块或所述设备和/或通过所述服务器装置提供该位置。由此能够随时查询或调用所述附加模块或设备的各个当前位置，由此能够根据相应的应用领域产生多种不同的优点。因此，如果例如对于下一工作步骤需要特定的构件或工具或设备，但是首先必须进行搜索，例如能够避免至今为止可能发生的等候时间或延迟。恰好在医疗环境中，尤其在医院中，这种延迟可能会带来危及生命的后果，该后果能够通过本发明来避免或减少。
在本发明的有利的设计方案中，根据本发明的附加模块以硬件实现并且具有连接接口，借助于所述连接接口，所述附加模块能够经由相对应的设备侧的接口与相应的设备物理连接。所述附加模块在此能够设立为，经由连接接口从相应的设备获取电能，以用于其运行，与所述设备进行通信和/或访问相应的设备的装置、组件或资源。因此，例如所述传感器装置能够是附加模块的一部分或相应的设备的一部分，并且在后一种情况下于是能够通过附加模块来操控或读取。由于所述附加模块根据本发明能够经由连接接口与相应的设备连接，根据连接接口的或相应的设备的构造，能够产生一系列不同的优点。例如，所述附加模块必要时能够特别简单和紧凑地构造，因为所述附加模块非强制性必须具有自身的能量供应装置和/或例如能够使用或利用相应的设备的计算资源、传感器装置和/或通信装置。
因为所述连接接口能够是标准化的，所以所述附加模块在此能够有利地特别简单地批量生产，并且能够特别简单和灵活地用于不同的设备。因此，例如借助所述附加模块对现有的移动设备进行特别简单的改装是可行的。所述连接接口例如能够构成为USB端子、Thunderbolt端子或HDMI端子，构成为RJ插接连接的一部分，构成为串行接口等。
在此没有提及的是，所述附加模块附加地或替选地自主地构成，即能够包括或具有对于定位功能所需的所有组件或装置本身。所述附加模块因此能够例如具有自身的能量供应装置、用于测量场分布的自身的传感器、用于向服务器装置发送数据的自身的通信装置、具有处理器和数据存储器以及运行程序的自身的控制设备等。即使相应的移动设备不具有合适的设备侧的接口，这也能够有利地实现以特别灵活的方式使用所述附加模块。在此，必要时甚至能够省去所述附加模块的连接接口，由此能够有利地将所述附加模块特别简单地例如防水和/或防尘地构成。
但是，特别有利地，所述附加模块能够设立为，尤其当设备侧的、即能够经由连接接口达到的资源比所述附加模块的资源或装置功率更强时，与使用所述附加模块的可能现有的自身的装置或资源相比，能够优先使用设备的经由连接接口可用的或可达到的资源。
在本发明的一个有利的替选的设计方案中，根据本发明的附加模块以软件实现，即例如实现为计算机程序或计算机程序产品。然后在此，所述测量装置和定位装置是软件的功能块，即软件模块、软件组件、子程序或子例程等。然后，所述附加模块设立为，为了测量所述场分布，以及为了确定和发送所述位置，或者为了发送所测量到的场分布，向相应的设备发送相应的控制指令，所述控制指令利用设备的装置或资源来实现这一点。
换言之，在此，根据本发明的附加模块因此能够作为附加的软件加载到相应的设备的数据存储器上，使得要以附加模块的形式配备有定位功能。然后，所述附加模块使用相应的设备的完全现有的硬件。在此提出的解决方案能够有利地实现：特别低成本地且低耗费地使用根据本发明的附加模块，因为例如能够将多个相应的附加模块同时自动化地加载到多个设备上。
此外，以软件实现根据本发明的附加模块实现了附加模块的特别简单和灵活的适配性。因此，即使已经使用或应用了附加模块，也能够特别简单地对所述附加模块进行更新和进一步改进。以软件实现所述附加模块的另一优点是，必要时能够使用相应的设备的已经存在的数据存储器来存储所述附加模块，使得有利地在设备中不需要用于附加模块的附加的安装空间。
同样可行的是下述组合，在所述组合中根据本发明的附加模块部分地以硬件实现并且部分地以软件实现。
在本发明的另一有利的设计方案中，所述附加模块设立为，为了辅助所述定位，通过所述附加模块或相应的移动设备安排自动地向其周围环境发送至少一个ping或ping信号，并且检测响应信号或回波，所述响应信号或回波通过所述附加模块或相应的设备由产生场的基础设施的尤其位置固定的组件或设备来接收。此外，所述附加模块然后设立为，根据响应信号和/或其检测时间点自动地执行渡越时间分析，并且基于渡越时间分析的结果和预设的地图来确定所述附加模块的位置。附加地或替选地，所述附加模块设立为，将响应信号、其检测时间点和/或渡越时间分析的结果发送给所述服务器装置。通过所述渡越时间分析，即确定在发送ping信号与接收相对应的响应信号之间的时间段，能够推断出所述附加模块或相应的移动设备距所述基础设施的发送或已经发送响应信号的组件或设备的间距。附加地或替选地，所述响应信号能够辨别所述基础设施的相应的进行发送的组件。
换言之，在此，虽然在所述附加模块或设备一方与所述基础设施另一方之间提供信号交换，但是在此关于数据传输及其对基础设施的要求、对所使用的通信协议或方法的要求等等，这种信号交换是最小的。
原则上，在此提出的ping方法能够由多个设备和运行在其上的软件执行，因此所述ping信号能够在无需特殊措施的情况下由所述设备和软件解释。因此，在这里提出的设计方案中使用根据本发明的附加模块的前提条件仍然受到限制，使得其能够灵活地用于各种不同的环境，以便辅助定位，即例如关于其精度或可靠性进行改进，其中在所述环境中使用不同的设备、软件和通信方法。在此，尤其第二种定位方法是有利的，通过该方法能够改进位置确定的精度和/或能够验证或检查基于所测量到的场分布的定位的可信性。
在本发明的另一有利的设计方案中，所述附加模块设立为，附加地评估卫星辅助的位置确定系统(GPS、GlONASS、Galileo等)的信号，以确定位置和/或将所述信号传输给所述服务器装置。换言之，所述附加模块因此能够具有用于卫星辅助的位置确定系统的信号的接收器，或者读取或查询相应的移动设备的这种接收器的数据。如开始所述的那样，尤其在建筑物内部，可能会降低基于卫星辅助的位置确定系统进行位置确定的精度。但是，本发明的当前的设计方案基于下述认知：通过附加使用卫星辅助的位置确定系统的信号，仍然能够获得优点。因此，例如基于卫星信号，即例如GPS、GLONASS或Galileo信号，或这类信号的历史，能够辨别所述附加模块或相应的设备目前所处于的相应的建筑物或相应的建筑物侧翼。为了更准确地定位，然后能够如所描述的那样评估所测量到的本地的电磁场分布。通过考虑卫星信号，在此能够实现对位置或地点确定的改进的可靠性或可信性检查，因为例如在不同的建筑物侧翼或不同的建筑物中的不同的位置处的参考场分布具有相同的本地值的情况下，能够基于卫星信号界定所述附加模块或相应设备的实际位置。
在本发明的其他有利的设计方案中，所述附加模块设立为，根据所测量到的场分布和/或根据其所确定的位置确定：所述附加模块是否处于对发射敏感的区域中并且，如果并且只要情况如此，就防止或延迟通过所述附加模块和/或相应的配备有所述附加模块的设备发送信号。例如，能够推迟将上述数据发送给服务器装置或推迟所描述的ping信号发送，直至根据测量到的场分布和/或根据所确定的位置识别出：所述附加模块不再位于对发射敏感的所述区域或一个区域中。
如已经描述的那样，这种对发射敏感的区域例如能够是在医院中的重症监护室或放射科等。在工业环境中，或者例如在测量装置、射电望远镜等的区域中，发送信号的延迟或推迟也能够是相应有利的。
相应的对发射敏感的区域例如能够在预设的地图上或者在单独的表格或数据库中预设或保存。附加地或替选地，必要时能够通过附加模块例如根据所测量到的场分布本身来识别对发射敏感的区域。为此，例如能够保存用于场分布的相应的预设的参数值，例如保存在所述附加模块的数据存储器中，所述参数值显示或相应地解释对发射敏感的区域。对于这种参数值的示例或在对发射敏感的区域中的相应的场分布例如能够是用于磁场强度的阈值。在磁共振断层扫描的环境中例如能够存在高于这种预设的阈值的磁场强度。
本发明的另一方面是一种服务器装置，所述服务器装置具有通信模块和数据存储器以及与它们连接的处理器，即与通信模块和数据存储器连接的处理器。根据本发明的服务器装置在此设立为，借助于通信模块从设备接收测量数据，所述设备尤其是移动设备，所述测量数据分别说明本地测量的电磁场分布，将所述测量数据自动地与保存在数据存储器中的预设的地图进行比较，从而确定相应的位置，在所述位置处相应的设备测量相应接收到的场分布。如已经结合根据本发明的附加模块所描述的那样，预设的地图在此说明空间分辨的参考场分布和/或引起场的尤其是位置固定的基础设施的位置。所述服务器装置还设立为，在存储或存放在数据存储器中的相应的位置数据库中存储或更新与相应的设备相关联的所确定的位置。因此，根据本发明的服务器装置尤其能够是结合根据本发明的附加模块提及的服务器装置，并且与此相应地具有在该处提及或描述的特性或特征。因此，根据本发明的服务器装置例如能够是服务器、云服务器、计算中心等，以及必要时能够具有或包括其它组件或构件，例如其它接口、数据线、能量供应装置等。根据本发明的服务器装置能够将位置数据库例如提供给外部设备或提供用于相应的请求，使得因此能够通过根据本发明的服务器装置提供所有登记在位置数据库中的设备的位置，或者能够由根据本发明的服务器数据查询所述位置。
本发明的另一方面是一种系统，所述系统由根据本发明的服务器装置和至少一个根据本发明的附加模块，优选多个根据本发明的附加模块构成。所述服务器装置和所述附加模块在此能够优选在软件侧相互协调，即例如能够设立为，能够经由预设的通信协议相互通信。
本发明的另一方面是一种用于定位至少一个设备的方法，所述设备配备有根据本发明的附加模块。根据本发明的方法的方法步骤包括：在监控区域中测绘电磁参考场分布和/或进行场发射的或产生场的位置固定的基础设施，至少一个移动设备应定位在所述监控区域中。为此，例如能够以空间分辨的方式测量用于参考场分布的电磁场分布的相应的场值，其中检测测量所述场值的相应的位置并将所述位置与在该处测量到的场值相关联。
同样地，例如能够根据基础设施的位置执行场传播或场分布的计算机辅助的模拟，以便将参考场分布确定为在监控区域中期望的场分布。
根据本发明的方法的另一方法步骤包括借助于要定位的设备在所述设备处于监控区域中期间或之时测量本地场分布。根据本发明的方法的另一方法步骤包括：通过将所测量到的本地的场分布与地图即参考场分布和/或基础设施的位置进行比较，通过相应的移动设备本身和/或通过根据本发明的服务器装置自动地定位所述移动设备，其中通过所述设备已将所测量到的场分布必要时传输给所述服务器装置。
换言之，根据本发明的方法因此能够是用于运行根据本发明的系统、根据本发明的服务器装置和/或根据本发明的附加模块的方法。
与此相应地，根据本发明的方法能够包括结合本发明的其它方面描述的其它措施、过程或进程作为——必要时可选的——其它方法步骤。
在根据本发明的方法的有利的设计方案中，为了产生参考场分布的地图，借助于预设的场传播模型对所述参考场分布进行模拟。为此，将位置固定的基础设施的进行场发射的组件或设备的位置、设备类型和运行简档作为输入数据提供给场传播模型。因此，场传播模型能够是数学-物理模型，其对传播电磁波、场或在空间区域中的辐射和/或得到的期望的总场分布——即刚好参考场分布——进行模拟，这通过基础设施的组件共同作用或叠加或者通过进行发射的单个场来产生或调节。尤其，还能够将例如呈建筑平面图等形式的监控区域的形状或架构作为输入数据的一部分提供给场传播模型。进行场发射的组件的运行简档例如能够说明其运行状态、运行时间或者尤其与时间相关的功率，各个组件或设备以该功率运行。这能够有利地有助于对参考场分布进行特别准确和可靠的模拟。
在本发明的其他有利的设计方案中，对于参考场分布和本地场分布，针对多个为不同的通信方法预设的频率范围，以频率分辨的方式测量相应的场强度。换言之，因此例如测量：哪些单个场强度存在于不同的频率范围或频带中并且有助于相应的总场分布。因此，例如能够测量：通过移动无线电、WLAN信号、低能量通信、蓝牙、红外、无线电通信等产生哪些相应的场强度或场分布分量。这能够有利地有助于改进定位的精度，因为能够根据在将场强度或相应的场能在不同的频率范围上的相应存在的划分或分布方面的差异来相互区分例如不同的区域或位置，在所述区域和位置中名义上或整体观察存在相同的场强度。
在本发明的其他有利的设计方案中，为了产生参考场分布的地图，在至少一个预设的时间段内，优选在至少一天或至少一周内测量在监控区域中的电磁场分布的时间变化曲线。在此，能够连续地测量场分布，或者也能够在预设的时间段期间依次记录多个各个测量点。预设的时间段在此能够与监控区域或在监控区域中定期进行的活动相关。例如，如果在监控区域中，尤其是监控区域的基础设施的活动或运行遵循规则的或周期性的模式，那么预设的时间段能够优选对应于至少一个相应的周期持续时间。例如，在许多运行和装置中，这种周期是一天，因为运行进而还有可能的场分布在一天内变化，但是这种变化至少基本上每天重复。
通过测量场分布的时间变化曲线和基于该时间变化曲线产生参考场分布的地图，能够检测并且在定位相应的移动设备时考虑在监控区域中场分布的时间上尤其周期性的变化。因此尤其能够实现在定位时改进的精度和可靠性。
在此，在地图中能够绘出整个时间变化曲线。同样地，对于预设的时间段的不同的时间或时间间隔，例如能够在地图中绘出所选择或者从时间变化曲线计算出的单个值。例如，能够在地图中绘出预设的时间段的不同的部分或间隔的最大值和最小值、平均值等。为此，例如能够将预设的时间段划分为预设的时间长度的多个间隔，例如能够将一天划分为工作时间和非工作时间，或者例如划分为一小时或两小时或三小时长度等的间隔，或者一周的预设的时间段能够划分为12小时或24小时长的间隔。以这种方式，能够有利地减小地图的数据量，但是仍能够考虑场分布的时间变化曲线。
在本发明的有利的改进方案中，将所测量到的时间变化曲线作为输入，即作为输入数据提供给预设的机器学习组件，尤其是基于深度学习的人工神经网络。该机器学习组件在此对此经过训练，能够通过减少在时间变化曲线中的噪声来优化所述参考场分布，所述噪声因不属于位置固定的基础设施的时变信号源或场源引起。由此，能够有利地降低在定位设备时的精度和可靠性以及必要时降低定位的复杂性，例如将所测量到的场分布与参考场分布进行比较的复杂性。
作为用于机器学习组件的训练数据例如能够使用不受外部的源影响的场分布以及所测量到的不同的场分布时间变化曲线，所述时间变化曲线在一个或多个优选以不同的方式和方法移动穿过监控区域的源的影响下测得。然后，经训练的机器学习组件能够基于相应的输入来提供清洁的或优化的参考场分布作为输出，即作为输出数据或输出端数据。
本发明的另一方面是一种计算机程序或计算机程序产品，所述计算机程序或计算机程序产品包括命令，在通过一方为根据本发明的服务器装置以及另一方为根据本发明的附加模块或相应的配备有所述附加模块的设备执行计算机程序时，所述命令引起根据本发明的方法的实施。换言之，根据本发明的计算机程序因此能够通过根据本发明的系统执行，以便能够引起根据本发明的方法的实施。
本发明的另一方面是计算机可读的存储介质，即计算机可读的数据载体，在其上存储有根据本发明的计算机程序或计算机程序产品。
为了执行根据本发明的计算机程序，即相应的程序代码，根据本发明的系统、根据本发明的服务器装置和/或根据本发明的附加模块能够分别具有相应的处理器和与相应的处理器连接的各个相应的计算机可读的存储介质。所述处理器例如能够是微芯片或微处理器、集成电路或硬件电路或者是控制器的一部分等。
根据本发明的附加模块、根据本发明的服务器装置、根据本发明的方法、根据本发明的计算机程序和根据本发明的计算机可读的存储介质的至今为止和在下文中说明的特性和改进方案以及相应的优点能够分别类似地在本发明的这些方面之间相互转用。因此，本发明还包括本发明的方面的各个改进方案，所述改进方案具有在此为了避免不必要的冗余而没有以任何组合明确描述或者没有针对本发明的每个方面单独描述的设计方案。
附图说明
从下面的说明书优选的实施例中以及根据附图得出本发明的其它特征、细节和优点。附图示出：
图1示出由移动设备和外部服务器构成的系统的示意性概览图，其中所述移动设备具有用于定位的附加模块；
图2示出建筑物内部区域的局部的示意性俯视图，图1中该设备借助于其附加模块应定位在该内部区域中；以及
图3示出用于运行图1中的系统的方法的示例的示意性流程图，所述系统用于定位移动设备。
具体实施方式
下面阐述的实施例是本发明的优选的实施形式。在所述实施例中，所描述的实施形式的组成部分分别表示本发明的各个可彼此独立地考虑的特征，所述特征还彼此独立地改进本发明，并进而也单独地或以与所示出的组合不同的组合视为本发明的组成部分。此外，所描述的实施形式也能够通过本发明的已经描述的其它特征来补充。
在附图中，相同的、类似的、功能相同的或彼此对应的元件分别用相同的附图标记标识。
图1示出由移动设备1和外部服务器3构成的系统的示意性概览图，所述移动设备在此配备有附加模块2，以用于为移动设备1提供定位功能。
对设备、货物、装置和/或人员的定位或测位和必要时的追踪，尤其当它们是可移动的并进而在任意时间点能够处于事先未知的位置处时，至今为止恰好在内部空间或封闭的环境中需要成问题地大量投入资源和时间，并且例如可以以有源设备构成的专用的基础设施为前提条件，所述有源设备仅借助于预设的通信方法和预设的通信协议进行通信。
这些问题和挑战在当前情况下应被解决。为此，所述设备1在此具有设备处理器4和存储模块5，即数据处理装置，以及通信模块6和GPS模块7。这些模块或装置彼此连接并且与设备1的模块接口8连接，在当前情况下，所述附加模块2连接到该接口上。
与此相应地，所述附加模块2就其而言具有用于将附加模块2与设备1连接的连接接口9。此外，在当前情况下，所述附加模块2具有处理器10和与所述处理器连接的数据存储器11。附加模块2的其它装置同样与处理器10连接，所述其它装置在当前情况下包括测量装置12、定位装置13、通信装置14和GPS接收器15。
因此，至少一些模块、装置或组件在此示例性冗余地存在于设备1和附加模块2中。这表示一种实施方案可能性，但是其中在附加模块2方面和/或在设备1方面对于替选的、特别低成本的设计方案能够省去至少一些冗余。
在当前情况下，服务器3是外部装置，使得在设备1或附加模块2一方与服务器3另一方之间的通信经由无线的数据连接进行。为此，所述服务器3在当前情况下具有服务器通信接口16，并且与所述服务器通信接口连接的是服务器处理器17和存储装置18。在当前情况下，设备数据库19和位置数据库20存储在存储装置18中。在设备数据库19中登记或辨别大量电子装置，如例如设备1和/或附加模块2。如果已知，那么将设备或在设备数据库19中辨别的装置的所确定的位置存储在位置数据库20中。
借助在图1中示意性示出的系统，设备1在内部空间或建筑物中的定位也是可行的。图2作为这种环境示例性地示出建筑物的内部区域的局部的示意俯视图，设备1要定位在其中。因此，因为在所示出的内部区域或建筑物中要确定或监控该设备1的位置，所以这里示出的内部区域也称为监控区域21。在当前情况下，所述监控区域21包括多个走廊22，从这些走廊能够到达多个房间23。在当前情况下，房间23此外示例性地包括设备室24、公共休息室25和检查室26。
分布设置在监控区域21中的是由位置固定地安装的设备构成的基础设施27，所述设备在监控区域21中产生电磁场分布。示例性地作为基础设施27的一部分示出的是多个接入点28(WLAN接入点)、打印机29、饮料自动贩卖机30、电视机31和磁共振断层扫描仪，其在此简称为MRT32。
下面将根据在图3中示例性和示意性示出的流程图33在参考图1和图2的情况下阐述用于在监控区域21中定位设备1的方法。
在方法步骤S1中，首先创建监控区域21的地图，所述地图说明在监控区域21中空间分辨的电磁参考场分布以及引起场的基础设施27的设备或组件的位置。这能够包括对场分布的测量、相应的模拟、KI(人工智能)或机器学习辅助的优化等。然后将这样创建的监控区域21的地图提供给服务器3和附加模块2。
在方法步骤S2中，所述设备1配备有附加模块2。因此，在此将附加模块2集成到所述设备1中并且连接到其模块接口8上。
方法步骤S1和S2同样能够以不同的顺序执行或彼此并行地执行。
在接着这些准备步骤之后，移动设备1应处于使用中。所述移动设备1例如能够是移动电话、便携式计算机、移动式医疗设备、患者床、工具或仪器等。在当前情况下，扩展有附加模块2的设备1的定位功能被激活，并且所述设备1处于监控区域21中。在图2中，所述设备1在公共休息室25中的示例性的位置中被示出。
在方法步骤S3中，在设备1的位置处测量本地的电磁场分布。在当前情况下，这能够借助于附加模块2的测量装置12和/或利用设备1的相应的传感器装置来进行，所述传感器装置为此能够通过附加模块2，尤其通过测量装置12来操控。
并行地，在方法步骤S4中，通过所述设备1或所述附加模块2，例如通过通信模块6或通信装置14，发出Ping信号，即回波请求。于是如果通过设备1或附加模块2接收基础设施27的一个或多个设备或组件的相应的响应信号，那么执行基于此的渡越时间分析，例如通过定位装置13，例如利用处理器10和/或设备处理器4来执行。
在方法步骤S5中，当前根据所测量到的本地场分布并且必要时在考虑渡越时间分析的结果的情况下确定设备1的位置，例如通过定位装置13确定。在此，此外能够考虑GPS模块7或GPS接收器15的信号或借助于所述GPS模块或GPS接收器确定的位置或定位历史，例如直至下述时间点，在该时间点所述设备1进入监控区域21中。在公共休息室25中在设备1的在图2中示例性地示出的位置中，该处的本地电磁场分布例如能够由信号或场分量组成，所述信号或场分量由接入点28、饮料自动贩卖机30和电视机31产生，而不通过打印机29或MRT32产生。由此在设备1的该位置处产生所述场分量与本地的场分布的个性化的位置相关的叠加，使得通过与预设的地图进行比较能够确定设备1的位置。
在方法步骤S6中，所述附加模块2自动地检查：所确定的位置是否位于监控区域21的子区域内，该子区域是在地图中标识为对信号或发射敏感的子区域。在当前情况下，具有MRT32的检查室26例如能够被标识为这种敏感区域。如果这是这种情况，那么所述设备1位于敏感区域中，因此通过附加模块2和设备1发出信号会被自动阻止或延迟，直至设备1不再位于敏感区域中。在当前情况下，这在此通过循环式方法步骤S7表示。
如果设备1不处于或不再处于所述或一个相应敏感的区域中，那么将在方法步骤S8中确定的数据发送给服务器3。所述数据例如能够包括测量到的场分布、所确定的位置、渡越时间分析的结果、GPS模块7或GPS接收器15的信号等。所述数据例如能够借助于通信模块6或通信装置14发送。
如在此通过替选的程序路径所表示的那样，能够跳过方法步骤S5至S7，即能够省去通过设备1或附加模块2本身进行的位置确定。然后能够直接在方法步骤S8中将在方法步骤S4中检测或确定的数据，即尤其是所测量到的本地场分布传输给服务器3。
在方法步骤S9中，所述服务器3借助于服务器处理器17处理由设备1或附加模块2发送的并且经由服务器通信接口16接收到的相应的数据。与发送或接收到哪些数据相关地，这能够包括不同的过程或计算步骤。例如，所述服务器3就其而言能够根据接收到的数据确定设备1的位置，辨别相应的设备1和/或相应的附加模块2，检查：是否已将它们记录到设备数据库19中等。通过服务器3确定设备1的位置在此能够是有利的，因为所述服务器3通常具有比设备1和附加模块2更多的计算能力或资源。
在方法步骤S10中，所述服务器3借助设备1或附加模块2的所确定的位置来更新所述位置数据库20。因为通过所述服务器3将数据库20提供给其它用户、设备或程序，因此随后设备1或附加模块2的当前位置可供使用，使得能够通过查询所述位置数据库20找到所述当前位置。
因此，在当前情况下，利用呈场分布形式的通过本来就存在于监控区域21中的、产生场的基础设施27提供的环境背景，以便在相应的目标环境中，在此即在监控区域21内，定位所述设备1，即确定设备1的位置。基础设施27的组件或设备在此能够在监控区域21中产生电磁场分布，其方式为：所述组件或设备主动发射场或信号和/或仅基于其常规运行发射。所述基础设施27的组件在此直观地形成网络，通过所述网络在监控区域21中产生或展开场分布。然后，通过测量场分布的本地特征(Auspraegung)能够确定在该网络内的相应的位置。
不仅在此示例性地考虑的移动设备1，而且基础设施27的组件或设备同样能够已配备或配备有附加模块2。于是由此同样能够确定或监控基础设施27的组件或设备的位置。这能够例如通过服务器3有利地实现例如管理库存清单、实施盗窃监控、在检测到基础设施27的组件的位置发生变化时自动地调整参考场分布等。
附加模块2及其功能能够分别全部或部分地以硬件或者以软件来实现。这能够取决于应实现的功能、相应的设备1的类型和配备或基础设施27的相应的组件等。
总而言之，现有的电气或电子基础设施27能够有利地以所描述的方式用于定位目的，并且在此以节省构件和成本的方式将基础设施27的定位功能的至少部分转移到要定位的设备1、装置或元件上，使得不必专门针对定位目的构成或调整所述基础设施27。由此，所描述的示例示出：如何能够尤其在建筑物和敏感区域中特别有利地实现对设备、装置、元件或人员的定位。

Claims (15)

1.一种用于集成到现有的设备(1)中以使所述设备(1)配备有定位功能的附加模块(2)，所述附加模块(2)具有测量装置(12)和定位装置(13)，其中所述测量装置(12)设立为，借助于传感器装置被动地测量由相应的周围的基础设施(27)引起的本地电磁场分布，而不与该基础设施(27)进行数据交换，并且其中所述定位装置(13)设立为，
自动地
-通过将测量到的所述场分布与预设的地图进行比较来确定所述附加模块(2)的相应当前的空间位置，其中地图说明空间分辨的参考场分布和/或引起场的所述基础设施(27)的位置，和/或
-为了能够实现对所述附加模块(2)的跟踪，将所测量到的所述场分布和/或所确定的位置经由无线数据连接发送给服务器装置(3)。
2.根据权利要求1所述的附加模块(2)，其特征在于，所述附加模块(2)以硬件实现并且具有连接接口(9)，借助于所述连接接口，所述附加模块(2)能够经由相对应的设备侧的接口(8)与相应的设备(1)物理连接。
3.根据权利要求1所述的附加模块(2)，其特征在于，所述附加模块(2)以软件实现，其中所述测量装置(12)和所述定位装置(13)是所述软件的功能块，并且所述附加模块(2)设立为，为了测量所述场分布，以及为了确定和发送所述位置，或者为了发送所测量到的所述场分布，向相应的所述设备(1)发送相应的控制指令。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的附加模块(2)，其特征在于，所述附加模块(2)设立为，为了辅助所述定位，通过所述附加模块(2)或相应的所述设备(1)促使自动地向其周围环境发送至少一个Ping信号，并且检测响应信号，所述响应信号通过所述附加模块(2)或相应的所述设备(1)由引起场的所述基础设施(27)的组件(28、29、30、31、32)来接收，并且自动地
-根据所述响应信号和/或其检测时间点执行渡越时间分析，并且基于所述渡越时间分析的结果和预设的所述地图来确定所述附加模块(2)的位置，和/或
-将所述响应信号、其检测时间点和/或所述渡越时间分析的结果发送给所述服务器装置(3)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的附加模块(2)，其特征在于，所述附加模块(2)设立为，附加地评估卫星辅助的位置确定系统的信号，以确定所述位置和/或将所述信号传输给所述服务器装置(3)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的附加模块(2)，其特征在于，所述附加模块(2)设立为，根据所测量到的所述场分布和/或根据其所确定的位置确定：所述附加模块是否处于对发射敏感的区域(26)中并且，如果并且只要这是这种情况，就延迟通过所述附加模块(2)和/或相应的配备有所述附加模块(2)的设备(1)发送信号。
7.一种服务器装置(3)，所述服务器装置(3)具有通信模块(16)和数据存储器(18)以及与它们连接的处理器(17)，其中所述服务器装置(3)设立为，借助于所述通信模块(16)从设备(1)接收测量数据，所述测量数据分别说明在相应的所述设备的位置处本地测量到的电磁场分布，将所述测量数据自动地与保存在所述数据存储器(18)中的、说明空间分辨的参考场分布和/或引起场的基础设施(27)的位置的、预设的地图进行比较，从而确定相应的所述位置，在所述位置处相应的所述设备(1)测量相应接收到的所述场分布，以及在存储在所述数据存储器(18)中的相应的位置数据库(20)中存储或更新与所述相应的设备(1)相关联的所确定的位置。
8.一种用于定位至少一个设备(1)的方法(33)，所述设备配备有根据权利要求1至6中任一项所述的附加模块(2)，所述方法包括下述方法步骤：
-在监控区域(21)中测绘电磁参考场分布和/或进行场发射的位置固定的基础设施(27)，所述设备(1)应定位在所述监控区域中，
-借助于要定位的设备(1)在所述设备处于所述监控区域(21)中时测量本地场分布，
-通过将所测量到的本地的场分布与所述地图进行比较，通过所述设备(1)和/或通过根据权利要求7所述的服务器装置(3)自动地定位所述设备(1)，其中通过所述设备(1)已将所测量到的所述场分布传输给所述服务器装置。
9.根据权利要求8所述的方法(33)，其特征在于，为了产生所述参考场分布的地图，借助于预设的场传播模型对所述参考场分布进行模拟，其中将位置固定的基础设施(27)的进行场发射的组件的位置、设备类型和运行简档作为输入数据提供给所述场传播模型。
10.根据权利要求8或9所述的方法(33)，其特征在于，对于所述参考场分布和所述本地场分布，以对于多个为不同的通信方法所预设的频率范围的频率分辨的方式测量相应的场强度。
11.根据权利要求8或9所述的方法(33)，其特征在于，为了产生所述参考场分布的地图，在至少预设的时间段内测量在所述监控区域中的电磁场分布的时间变化曲线。
12.根据权利要求11所述的方法(33)，其特征在于，所述预设的时间段为至少一天或至少一周。
13.根据权利要求11所述的方法(33)，其特征在于，将测量到的时间变化曲线作为输入提供给预设的机器学习组件，所述机器学习组件对此经训练，能够通过减少在所述时间变化曲线中的噪声来优化所述参考场分布，所述噪声由不属于位置固定的所述基础设施(27)的时变源所引起。
14.根据权利要求13所述的方法(33)，其特征在于，所述机器学习组件是基于深度学习的人工神经网络。
15.一种计算机可读的存储介质(5、11、18)，在其上存储有计算机程序(33)，所述计算机程序(33)包括命令，在通过一方为根据权利要求7所述的服务器装置(3)以及另一方为根据权利要求1至6中任一项所述的附加模块(2)或相应的配备有所述附加模块的设备(1)执行计算机程序时，所述命令引起根据权利要求8至14中任一项所述的方法(33)的实施。
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