CN113811742A - 访问监控系统和用于运行访问监控系统的方法 - Google Patents

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CN113811742A CN202080031505.8A CN202080031505A CN113811742A CN 113811742 A CN113811742 A CN 113811742A CN 202080031505 A CN202080031505 A CN 202080031505A CN 113811742 A CN113811742 A CN 113811742A
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Abstract

在用于建筑物的访问监控系统(1)中，闸机(14)将访问受限区域(20)与公共区域(22)分开。无线电装置(6)以距闸机(14)确定的距离布置并限定监视区域。所述系统(1)的控制装置(10、12)与建筑设备(16)以通信的方式连接，并且数据存储设备(18)存储用于针对特定于状况的校准模式的处理指令。信号处理装置(8)评估监视区域中的无线电通信、因此确定至少一个指示出监视区域中存在的无线电状况的状况指标，并且针对每个无线电装置(6)基于与第一移动无线电设备(2)的无线电通信来检测接收信号强度指标(RSSIi)。信号处理装置(8)选择对应于至少一个状况指标的校准模式并且从数据存储设备(18)中读取对应于该校准模式的处理指令。信号处理装置(8)根据已读取的处理指令来确定第一移动无线电设备(2)的当前位置(P’)作为检测到的接收信号强度指标(RSSIi)的函数。

Description

访问监控系统和用于运行访问监控系统的方法
技术领域
此处介绍的技术通常涉及一种访问监控系统，该访问监控系统允许得到授权的使用者进入建筑物中的访问受限区域。该技术的实施例尤其涉及一种具有用于无线电信号的发射装置和接收装置的访问监控系统以及一种用于运行这种访问监控系统的方法。
背景技术
访问监控系统能够以最多样化的方式来设计。设计方案例如可以涉及使用者(人员)必须将证明其有权访问的方式，例如凭借钥匙、磁卡、芯片卡或RFID卡或移动电子设备(例如移动电话)。WO2010/112586A1介绍了一种访问监控系统，其中，由使用者携带的移动电话向访问节点发送识别码。如果发现识别码有效，则访问节点向移动电话发送访问码，移动电话在显示器上显示访问码。如果使用者将移动电话靠近摄像头，以便摄像头可以检测显示的访问码，则访问监控系统会检查所检测到的访问码是否有效。如果访问码有效，则允许使用者进行访问。
发明内容
在具有很多楼层的建筑物中，在一天中的特定时间可能会有很大的人流量，例如在办公楼的入口大厅，在早上或午休后会有大量员工进入大楼，以便到达他们的工作场所。在这些时候，不仅对安装在建筑物中的电梯系统的效率提出了很高的要求，而且对访问监控系统也提出了很高的要求，以便例如尽量避免在公共区域和访问受限区域之间的闸口出现排长队。因此，需要一种满足这些要求的访问监控系统，访问监控仍然能够可靠地区分授权访问的人员和未授权人员。
这种技术的一个方面涉及一种用于运行用以监控对建筑物中的访问受限区域的进行访问的系统的方法，其中，闸机将访问受限区域与公共区域分开。该系统包括无线电装置，无线电装置分别与闸机相距确定距离地布置并且限定监视区域。无线电装置被设计用于与在无线电范围内并对应于使用者的移动无线电设备进行无线电通信，其中，在第一使用者的第一位置处的第一移动无线电设备与每个无线电装置相距一定距离。该系统的控制装置与建筑设备以通信的方式连接，数据存储设备存储针对特定于状况的校准模式的处理指令。信号处理装置与数据存储设备、无线电装置和控制装置以通信的方式连接。该方法评估监视区域中的无线电通信，并根据评估确定指示那里存在的无线电状况的状况指标。针对每个无线电装置，基于与第一移动无线电设备的无线电通信的接收信号场强来检测指标。该方法选择对应于状况指标的校准模式并从数据存储设备中读取与其对应的处理指令。根据已读取的处理指令，第一移动无线电设备的当前位置被确定作为用于接收信号场强的所检测到的指标的函数。
该技术的另一方面涉及一种用于监控对建筑物中的访问受限区域进行访问的系统，该系统包括无线电装置，所述无线电装置分别与闸机相距确定距离地布置并且限定监视区域。无线电装置被设计用于与在无线电范围内并对应于使用者的移动无线电设备进行无线电通信，在第一使用者的第一位置处的第一移动无线电设备与每个无线电装置相距一定距离。该系统的控制装置与建筑设备以通信的方式连接，数据存储设备存储针对特定于状况的校准模式的处理指令。信号处理装置数据存储设备、无线电装置和控制装置以通信的方式连接。信号处理装置被设计用于评估监视区域中的无线电通信并从中确定至少一个状况指标，该指标指示在监视区域中当前存在的无线电状况。此外，信号处理装置被设计用于，基于与第一移动无线电设备的无线电通信，针对每个无线电装置检测用于接收信号场强的指标并且选择对应于至少一个状况指标的校准模式。信号处理装置还设计用于从数据存储设备中读取对应于所选校准模式的处理指令，并根据所读取的处理指令，确定第一移动无线电设备的当前位置作为所检测的接收信号场强指标的函数。
这里介绍的技术提出一种访问监控系统，其中，为了确定位置，首先判断当前在监视区域中所存在的无线电状况，然后根据无线电状况选择校准模式。所选择的校准模式决定凭借其用以确定使用者当前位置的处理指令。这允许位置确定能够灵活地适应于所存在的无线电状况，以便即使在存在无线电状况的情况下也能够尽可能精确地确定位置。
例如，当流量很高时，许多使用者会干扰无线电信号的传播，从而导致信号减弱和信号遮挡的加剧。因此，无线电信号在这种情况下的传播方式与单个使用者沿确定基准路径移动的基准情况期间不同。因此，基于该基准情况的处理指令可能无法提供最精确的位置确定。因此，在一实施例中，可以选择考虑到较高流量的校准模式。另一方面，如果流量较低，则处理指令可以基于基准情况。
使用者数量还可以指示监视区域中存在的活跃的移动无线电设备的数量。因此，在一实施例中可以选择移动无线电设备的数量作为状况指标。作为移动无线电设备数量的替代或附加方案，根据访问监控系统的配置、例如根据建筑物内的情况，至少可以选择以下状况指标之一：移动无线电设备类型、移动无线电设备的空间定向、使用者在监视区域的进入位置、由移动无线电设备生成的传感器数据、时间、无线电装置的数量、访问监控系统中可用的计算能力、无线电装置的密度或房间大小。这些选项允许特定于建筑物的适配。
这里介绍的技术检测大量接收信号强度指标并根据计算模型处理这些接收信号强度指标，其中，计算模型取决于所选的校准模式。有利的是，接收信号强度指标易于确定并且接收信号强度指标的确定和监测已经在已知的无线电通信规范和标准中提供。在这些规范和标准中，接收信号场强指标也称为接收信号强度指标(RSSI)。示例性标准涉及蓝牙技术，例如低功耗蓝牙(BLE)技术。
在此处介绍的技术的一实施例中，根据蓝牙技术、特别是BLE技术来发送和评估无线电信号。这主要具有的优势是，该技术通常可用于移动无线电设备，并且使用者还可以将他们熟悉的设备与访问监控系统结合使用。这对于使用者来说以一种方便的方式完成，因为例如当使用者想要访问时，使用者不必处理移动无线电设备。
数据存储设备存储在校准阶段中确定的数据，该数据可以在应用阶段读取。该数据例如涉及无线电信号强度基准值，所述无线电信号强度基准值在校准阶段从无线电装置之一和与之以基准距离布置的基准移动无线电设备之间的无线电通信中确定。该数据还可以涉及作为基准移动无线电设备的位置的函数的基准无线电信号图案，该基准无线电信号图案在校准阶段由无线电装置与基准移动无线电设备的无线电通信确定。此外，数据可以涉及针对每个无线电装置的作为基准移动无线电设备的基准位置的函数的、在校准阶段中确定的损耗系数。
在一实施例中，用于位置确定的第一校准模式的第一处理指令可以根据下式来确定：
Figure BDA0003321000430000041
其中，NA表示的是无线电装置的数量并且di(p)表示第i个无线电装置(6)和使用者(4)的可变位置(p)之间的欧几里得距离，其中，无线电装置(2)和第i个无线电装置(6)之间的借助基准无线电信号图案(FP)确定的距离(d′i)以如下方式获得：
Figure BDA0003321000430000051
损耗系数根据下式定义：
Figure BDA0003321000430000052
其中，j＝1，...，Nj，k表示针对第i个无线电装置在确定的行程区段的第k个行程分区段中的第j个测量，行程分区段在校准阶段得以确定。
在一实施例中，针对第二校准模式的第二处理指令可以确定对使用者移动轨迹的获取，这种获取基于无线电装置的确定的位置、接收信号场强的所检测到的指标和无线电信号强度基准值，其中，借助于极大似然估计确定损耗系数，根据负对数似然函数将确定的损耗系数引入用来确定剩余消耗(Restkosten)，并且在位置路径上的剩余消耗被最小化。
在一实施例中，数据存储设备还存储第一移动无线电设备的由第一移动无线电设备发送的个别标识符。该个别标识符用于推断拥有第一移动无线电设备的使用者。在一实施例中，因此可以检查使用者是否被授权访问。在访问监控系统中，信号处理装置被设计为，当基于标识符和所确定的移动无线电设备的当前位置满足确定的规则时，将控制信号馈送到控制装置。控制装置被设计为，促发与所确定的规则相对应的建筑物动作，特别是打开闸机。
附图说明
在下文中，基于实施例并结合附图更详细地解释改进技术的不同方面。在图中，相同的元件具有相同的附图标记，其中：
图1示出具有根据一个实施例的访问监控系统的建筑物中的示例性情况的示意图；
图2示出建筑物中图1所示的情况的示例性无线电通信情况的示意图；
图3示出用于在图1所示的情况下确定使用者位置的模型的示例性说明，包括示例性影响因素在内；
图4示出用于运行访问监控系统的方法的实施例的流程图；
图5示出用于确定基准常数的校准方法的实施例的流程图；
图6示出用于确定损耗系数的校准方法的实施例的流程图；
图7示出用于运行访问监控系统的方法的另一实施例的流程图，以及
图8示出用于运行访问监控系统的方法的附加的实施例的流程图。
具体实施方式
图1是具有访问监控系统1的建筑物中的示例性情况的示意图。出于图示表达原因，仅绘制了建筑物的一部分墙壁3、房间24和区域20、22。房间24可以例如是办公室、公寓、大厅和/或电梯系统的电梯轿厢。在图1所示的情况下，区域22中有一个使用者4，该使用者随身携带移动无线电设备2。在这样的示例性情况下，区域22不受任何访问限制，并且在下文中也称为公共区域22。闸机14将公共区域22与区域20分开，区域20受到访问限制并邻接房间24。区域20在下面也称为访问受限区域20。本领域技术人员知晓的是，根据建筑物情况，每个房间24都可以被视为访问受限区域20。在本说明书中，术语“建筑物”应理解为例如住宅和/或商业建筑物、运动场、机场、船舶。
根据一实施例，访问监控系统1包括无线电装置6，例如可以布置以RF1、RF2、RF3、RE4标识的四个无线电装置6。本领域技术人员知晓的是，在另一实施例中，可以布置多于四个的无线电装置6(通用地为Rfi，其中，i＝1，2，...N)，这在图1中由以虚线表示的无线电装置(RF)示出。每个无线电装置6在运行期间根据无线电通信的确定标准发送和接收无线电信号，如本说明书中其它部分所述。
无线电装置6位置固定地布置在确定位置上；可以根据建筑规划图指示这些位置，例如通过x-y坐标为建筑楼层指示这些位置。闸机14的位置可以通过x-y坐标以类似方式为建筑物楼层指示。在一实施例中，指示出无线电装置6的位置和闸机14的位置的数据存储在访问监控系统1中，例如存储在数据存储设备18中(以下也称为存储设备18)。
通过以这种方式布置的无线电装置6确定由访问监控系统1监视的区域，该区域在下文中被称为监视区域。根据建筑物情况，监视区域可以例如与主入口门、楼层门或电梯门相邻接，主入口门、楼层门或电梯门的位置同样在建筑平面图中得到指示并因此是已知的。如果使用者4通过这样的门进入监视区域，例如可以检测到门的移动，则基于该门的已知位置推知使用者4的当前位置。由于使用者4正在远离门移动，因此当前位置可以作为观察监视区域内的运动的起始位置。在一实施例中，无线电装置6可以位于显著位置，例如位于所述的门处，以便将该位置限定为起始位置。
访问监控系统1还包括信号处理装置8(示出为DSP)和连接到信号处理装置8的控制装置10、12。存储设备18也连接到信号处理装置8。信号处理装置8以通信的方式连接到无线电装置6，这由双箭头9指示。控制装置10、12包括用于访问监控系统1的控制系统12(在图1中显示为ACS)，例如，访问监控系统例如检查访问授权，并根据检查结果控制建筑设施。建筑设施可以是用于闸机14的控制装置16(CTRL)或用于电梯系统(在图1中显示为ECS)的控制系统10。关于电梯系统，部分或所有示出示的房间24的是电梯轿厢。在图1中，控制装置10、12包括用于电梯系统的控制系统10。本领域技术人员将知晓的是，用于访问监控系统1的控制系统12和用于电梯系统的控制系统10可以是分开的系统并且因此可以被表示为分开的系统。
在图1所示的情况下，能够以有利的方式使用这里介绍的技术，以便以尽可能低的复杂性运行访问监控系统1并允许使用者4方便地访问访问受限区域20。本领域技术人员知晓的是，在监视区域中可以有不止一个使用者4。以示例的方式简要概括，访问监控系统1的运行根据如下实施例进行：
该技术使用计算模型确定使用者4的位置，在下文中也称为信道模型，该信道模型表示的是在移动无线电设备2和无线电装置6之间传播的无线电信号的传输损耗。作为传输损耗的度量，信道模型使用接收信号强度的指标(RSSI)，这些指标针对与各个无线电装置6相关的当前位置来确定。该信道模型根据监视区域中存在的无线电状况，例如多个现有的移动无线电设备2、它们的类型(例如iPhone设备或安卓(Android)设备)和/或方向信息(例如移动无线电设备2的位置/定向)、以及由此确定的状况指标来进行适配。根据为无线电状况选择的校准模式进行适配；选定的校准模式可以基于先前确定和存储的数值(例如基准值)，或者也可以不进行这样的先前的数值确定。在访问监控系统1中实施的该技术提高了位置确定的精度。在一实施例中，精度的提高以如下方式得到促进，根据蓝牙技术标准发送无线电信号和/或在访问监控系统1中提供最可能的分集度(如在说明书的其它部分所解释的那样)。
由于无线电装置6的位置、特别是关于基准闸机14的位置是已知的/确定的，使用者4相对于无线电装置6或闸机14的位置由在移动无线电设备2中的位置确定来获取。借此例如确定，使用者4从闸机14离开的距离和/或移动的方向，例如朝向闸机14或远离闸机。由移动无线电设备2发送的无线电信号包括个人标识符(例如设备ID、序列号、设备地址)，通过该标识符可以检查使用者4是否被授权访问、使用者是想要访问而不仅仅是通过闸机14。如果使用者6正沿着图1中作为示例示出的行程区段26、28之一移动，则可以跟踪使用者4随时间变化的位置(也称为轨迹)。为此，以固定的离散时间间隔进行位置确定；例如，可以根据无线电技术选择时间间隔。如果所获取的位置与闸机14的位置的比较显示使用者4在闸机14处，则当满足确定的规则时，触发相应的建筑物动作；例如，在确定了访问授权的情况下，允许该使用者访问。
下面更详细地介绍通道模型和用于自定义通道模型的选项。此外，还给出访问监控系统1及其部件的其它特性。
在所示的实施例中，访问监控系统1的无线电装置6被布置在公共区域22中和访问受限区域20中。由此，监视区域在两个区域20、22上延伸。在图1所示的具有四个无线电装置6的情况下，两个无线电装置6(RF1、RF2)在公共区域22中并且两个无线电装置6(RF3、RF4)在受限访问区域20中。本领域技术人员知晓的是，在另一实施例中，无线电装置6只能布置在两个区域20、22之一中，并且无线电装置6的数量和布置可以根据建筑物中的条件来选择。无线电装置6在两个区域20、22中、即在闸机14的两侧的布置的有利之处在于，无论使用者4移动的方向如何，都以基本相同的精度确定位置。
闸机14将受限访问区域20与公共区域20分开。根据建筑物及其要求，闸机14可以是物理屏障，例如门、旋转门或推拉门、屏障或旋转门，或设计成没有此类物理屏障。访问监控系统1使用闸机14来确保只有得到授权的使用者4才能进入访问受限区域20，例如通过挡上或打开物理屏障。在没有物理屏障的闸机14的情况下，访问监控系统1可以例如通过在未得到授权的使用者4进入访问受限区域20时启动安全措施来监控访问，例如，例如启动光学和/或声音警报；替代地或附加地，可以触发安全服务的通知。不管闸机14是否配备有物理屏障，都可以激活可能存在的信息设备，以便例如通知使用者4。
图2示出建筑物中图1所示情况的示例性无线电状况的示意图。在图1和图2中，使用者4处于位置P，以下称为(实际)位置P。这里介绍的技术使用信道模型来确定移动无线电设备2的位置并因此确定使用者4的位置。以这种方式确定的使用者4的位置在下面被称为位置P’；该位置可以与使用者4的实际位置P相同，但尤其是在建筑物中的实际条件下也可以或多或少地偏离。
在图1和图2中，示出四个无线电装置6(RF1、RF2、RF3、RF4)，所述无线电装置布置在闸机14周围的区域中。使用者4和移动无线电设备2处于(实际)位置P，从该位置出发，使用者分别与无线电装置6之一相距一定距离；在图2中，这些是距离d1、d2、d3、d4(通常为di，其中，i＝1，2，...N)。在图2中，假设在使用者4的移动无线电设备2和每个无线电装置6之间发送和接收无线电信号。对于这些无线电信号中的每一个，可以确定位置P的接收信号强度指标(RSSIi)；在图2中，这指的是接收信号强度指标RSSI1、RSSI2、RSSI3、RSSI4。为了图示说明，图2针对每个无线电信号或每个无线电链路标绘一个数值对，该数值对指示距离di和为其测量的接收信号强度指标RSSIi，i＝1，2，...，N(无线电装置6的数量)。
特征性的无线电图案FP(也称为无线电指纹FP)对应使用者4的位置P基于这些无线电信号产生。在一实施例中，无线电指纹FP包括所有针对位置P测得的接收信号强度指标RSSIi，在图2中，这指的是四个接收信号强度指标RSSI1、RSSI2、RSSI3、RSSI4。如果位置P发生改变，这些接收信号强度指标RSSI1、RSSI2、RSSI3、RSSI4中的一个或多个通常会改变。在一实施例中，对于针对位置测量的接收信号强度指标RSSIi、即针对该位置确定的无线电指纹FP的掌握可以用于近似确定移动无线电设备2的位置。接收信号强度指标RSSIi和无线电图案FP可以存储在存储设备18中。
图2还示出根据实施例用于确定一个或多个基准值的情况。以这种方式确定的一个或多个基准值可以用于校准模式。在所示的情况下，使用者4具有基准移动无线电设备2a并且与被选择用于确定基准值的无线电装置6相隔距离d0；在图2中，这是标有RF1的无线电装置6，为此确定的基准值表示为
Figure BDA0003321000430000111
在本说明书的其它部分给出了关于此情况的进一步信息。
本领域技术人员知晓的是，可以通过各种方式实现尽可能高的分集度。在通信技术中，分集技术用于通过随机独立的信道进行数据的冗余传输，这些信道同时仅会以很低概率发生错误。各种形式的分集运行模式是已知的：对于时间分集，有用数据中的信息被多次时移并因此通过同一无线电信道多次发送，以补偿信号强度中与时间相关的波动。在空间分集的情况下，运行两条或更多条发射接收路径。这主要是通过并行运行的空间上分离的天线来实现的。然后根据方法，接收设备例如选择最强的接收信号。对于频率分集，同一信号同时通过两个或多个不同的载频来传输。如果出现干扰或信号完全消隐，预计并非所有使用的频率范围都会受此影响。
在此处介绍的技术的一实施例中，移动无线电设备2(或基准移动无线电设备2a)和无线电装置6之间的无线电通信根据用于蓝牙技术的标准进行，例如低功耗蓝牙(BLE)(以下简称BLE技术)；移动无线电设备2(2a)和无线电装置6为此配备相应的设备。作为BLE技术的替代方案，可以使用其它已知的无线电技术，例如一种WLAN/WiFi技术。移动无线电设备2例如作为无线电信号发送来自被称为广告事件的注意通知。位于无线电范围内的所有无线电装置6接收该无线电信号，并且这些无线电装置6中的每一个可以确定由其接收的无线电信号的信号强度，由此产生接收信号强度指标RSSIi。本领域技术人员知晓的是，该过程也可以反过来进行，即每个无线电装置6作为无线电信号发送广告事件并且移动无线电设备2据此确定信号强度或接收信号强度指标RSSIi(下面给出进一步的解释)。
在BLE技术(Bluetooth5.0)的一实施例中，使用三个主要的无线电信道，每个信道的带宽相对较小，并且通过彼此之间相对较大的频率间隔分开；BLE技术的进一步细节、尤其是通信协议的细节是本领域技术人员已知的，因此在这一点上似乎没有必要对此进行解释。在一实施例中，可以通过对接收信号强度指标RSSIi的连续测量求平均来实现分集。所述分集通常与时间无关，因为所述分集通过不同的无线电信道传输，因此在不同的频率上传输。
本领域技术人员知晓的是，接收信号强度指标RSSIi可由移动无线电设备2(或基准移动无线电设备2a)和/或无线电装置6或信号处理装置8测量。例如，在第一种情况下，无线电装置6可以连续发送广告事件包。移动无线电设备2接收这些包并且可以确定与其相关联的所有接收信号强度指标RSSIi。测量值现在可存在于移动无线电设备2中。软件应用程序(也称为应用程序)现在可以根据这里介绍的技术确定移动无线电设备2的位置并可能还使用由移动无线电设备2的传感器模块(IMU，惯性测量单元(Inertiale MeasurementUnit))生成的传感器数值(IMU数据)，因为这些在移动无线电设备2上也是存在的。然后由移动无线电设备2将所确定的位置通知访问监控系统1。
在相反的(第二种)情况下，移动无线电设备2连续发送广告事件包。无线电装置6接收这些包并且可以确定与其相关联的所有接收信号强度指标RSSIi。测量值现在存在于无线电装置6中并且可以设有时间戳地存储在存储设备18中。信号处理装置8根据这里介绍的技术处理该数据以确定移动无线电设备2的位置。IMU数据可以从移动无线电设备2传输到信号处理装置8并且一并用于确定位置。下面是基于第二种情况的技术说明。
图3示出用于根据图1和图2所示的情况确定使用者4的位置的示例性原理图。位置确定基于信道模型(框38)。根据设计方案，可以使用几种校准模式中的一种来确定位置(框36)，其中，可以根据状况指标来选择校准模式。该位置确定方案还可以使用时间过滤(框34)和/或传感器数值(框32)进行修改。在一实施例中，传感器数值由移动无线电设备2的传感器模块(IMU，惯性测量单元)生成。移动无线电设备2的当前位置P’(可能已通过过滤和传感器数值修改)基于根据校准模式之一适配的信道模型来获得，这在图3中由框30表示。位置P’在x-y平面(参见图1)中的示例性随时间分布在框40中表示。在框40中，闸机14位于例如x方向的x0处；由此还可以看出，根据这里介绍的技术的位置确定在两个区域20、22上延伸。
这里介绍的技术的基础是表示在传输信道上传输期间信号强度损失的概念。传输信道包括从移动无线电设备2(包括其天线)通过空气到无线电装置6之一(包括其天线)的信号路径，这也可能导致损耗。在此处介绍的技术中，天线损耗和多路传播被视为随机变量。从图1和图2可以看出，多条信号路径开始或结束于移动无线电设备2。这种概念被本领域技术人员公知为信道模型。根据此处使用的信道模型，平均接收信号强度指标RSSI(d)(以dBm为单位)作为距离d的函数由以下等式表示：
Figure BDA0003321000430000131
其中
Figure BDA0003321000430000142
并且
W＝X+S+G＝10log10(x)+10log10(s)+10log10(g)
其中：
d0：基准距离
α：损耗系数/损耗指数
Figure BDA0003321000430000141
在基准距离d0下的平均接收信号强度指标
Figure BDA0003321000430000143
在基准距离d0下的所接收的平均功率
X：衰弱变量/衰减变量，
S：无线电遮蔽变量，以及
G：天线增益变量/天线损耗变量。
在给定的时间点，监视区域中存在瞬时无线电状况(此处仅考虑移动无线电设备2和无线电装置6之间的无线电信号(蓝牙技术)，而不考虑建筑物中存在的其它可能的无线电信号)。因为每个移动无线电设备2还通过无线电信号发出至少一个独特的标识符，所以移动无线电设备2可以被区分；这允许得出关于存在于监视区域中的活动的移动无线电设备2的数量。标识符可以是电话号码、国际移动无线电用户识别码(IMSI)、设备ID(International Mobile Station Equipment Identity(国际移动站点设备标识)(IMEI))、设备地址(Media Access Control(MAC)Address(介质访问控制地址))或移动无线电设备2的其它类型的唯一的或者说一一对应的标识符。可以从移动无线电设备2的数量估计当前使用者4的无线电遮蔽程度和信道利用率。此外，还可以识别，例如根据使用者4的数量，图2中的使用者4是更靠近无线电装置RF1还是相对布置的无线电装置RF2。在一实施例中，移动无线电设备2的类型也可以影响无线电状况。设备ID通常指示移动无线电设备2的类型(例如来自Apple的iPhone或来自其它制造商的所谓的安卓智能手机)。
与移动无线电设备2的类型一样，移动无线电设备2的数量地代表状况指标。另外的状况指标是使用者4进入监视区域的进入位置(例如提到的显著位置)、由移动无线电设备2产生的传感器数据、使用者标识符、时间、无线电装置6的数量、访问监控系统1中可用的(计算机)计算能力、无线电装置6的密度以及房间大小。通过对监视区域内的无线电通信的评估，可以确定这些状况指标中的至少一个指示监视区域内的无线电状况的状况指标。本领域技术人员知晓的是，可以记录这些状况指标中的几个，以显示无线电状况，并且并非所有提到的状况指标都可以在访问监控系统1中、在特定时间或对应特定移动无线电设备2得到确定。
根据这里介绍的技术，状况指标用于选择适合于状况的校准模式，通过该校准模式适配信道模型。三种不同的校准模式，每种都有几种可行的校准算法，如下所述：
基于基准移动无线电设备的校准模式，该校准模式基于在校准阶段与基准移动无线电设备2a的专用校准运行并且在下面结合图6进行介绍；
基于校准阶段中的自校准方法的独立于移动无线电设备的校准模式；以及
自动化实时校准模式，其可在减少校准或没有特殊校准阶段的情况下顺利进行。
提到的信道模型的参数、特别是基准距离d0和损耗系数α方面的平均接收功率(PR，d0)，对于不同的无线电状况和移动无线电设备2可能有很大差异。然而，对于可靠的位置确定，这些参数的掌握对于给定的系统和给定的无线电状况而言是重要的，特别是在无线电信号的传播环境发生变化的情况下也是如此。通过所提及的校准模式，可以在知道或不知道使用者4的路径的情况下在校准阶段确定参数，或者可以省略校准阶段。
首先，对与移动无线电设备无关的校准模式加以参考，以下也称为自校准。在此，基于无线电装置6之间的测量和对无线电装置6位置的掌握而确定描述路径损耗的损耗系数αi。在校准阶段，每个无线电装置6用作单独的发射器，而其余无线电装置6是接收器。当例如第一无线电装置6向所有其它无线电装置6发送无线电测试信号时，由它们确定的接收信号强度指标RSSIi被存储。然后，先前发送的第一无线电装置6切换到接收器模式并且下一个无线电装置6开始发送。重复这个过程，直到所有无线电装置6都发送了一次无线电测试信号。基于对无线电装置6的所有位置以及无线电装置6之间的距离的掌握，所确定的接收信号强度指标RSSIi被用于针对所有的无线电装置来确定相应的损耗系数αi。自校准的优点是可以不那么费力地自动化，并在必要时重复，例如随着环境的变化重复。自校准可以例如当移动无线电设备2由于建筑物情况而位于无线电装置6附近时(例如，建筑物门直接通向监视区域)，用于确定移动无线电设备的位置；这可以例如通过所述无线电指纹检测以便选择自校准模式。
自动化实时校准模式的优势在于，其需要很少或不需要先验知识，从而减少了安装耗费。在一设计方案中，自动化实时校准模式在没有特殊校准阶段的情况下就能顺利进行。除了无线电装置6的位置之外，在没有先验知识的情况下确定移动无线电设备2的位置。代替估计用于确定先前校准阶段中的位置的信道模型的参数，这些参数被视为干扰参数并且与移动无线电设备2的位置一起实时确定。这种方法不一定需要校准，因为相应的优化不取决于基准RSSI值或损耗系数αi。由此，该算法可以适应新的传播环境或移动无线电设备2的天线图案。在一实施例中，如果仅将损耗系数αi视为干扰参数，而基准距离d0下的平均接收信号强度指标
Figure BDA0003321000430000171
是已知的，则可以提高精度。在一实施例中，自动化实时校准模式确定从测量开始到当前时间点的移动轨迹。
在另一设计方案中，自动化实时校准模式是迭代的；它基于使用者4的第一位置已知的假设。如上所述，当使用者4通过层门或电梯门直接进入监视区域并从该初始位置继续移动时可能是这种情况。通过对每个无线电装置6的接收信号强度指标RSSIi的唯一确定，可以针对每个无线电装置6确定损耗系数αi。以这种方式确定的损耗系数αi然后用于确定使用者4的(新)位置。然后，该新位置确定用于基于每个无线电装置6的两个接收信号强度指标RSSIi确定新的损耗系数αi。然后对整个行程区段迭代地继续这个过程。
在自动化实时校准模式的另一设计方案中，通过该迭代过程获得的(旧)数据可以用于扩展，以便最初实现位置确定的一定的最小稳定性。该算法基于有关损耗系数α的较早且过时的信息。虽然这些会导致位置确定不准确，但它们的精度通常优于在运行开始时通过迭代程序确定的初始位置。例如，可以使用前10-30次测量，特别是前20-25次测量。该测量次数足以获得用于正确估计损耗系数α的初步且稳定位置。
在访问监控系统1的一实施例中，设置有校准阶段，该校准阶段例如当访问监控系统1在现场投入运行时执行。在此校准阶段，可以确定基准常数(平均值M(RSSId0))和几个损耗系数αi。作为在现场投入运行时校准的替代方案，如果无线电装置6在结构上相同并且特别是关于基准常数M(RSSId0)具有基本相同的无线电特性，例如在访问监控系统1的制造商或供应商相同时，则可以集中执行校准。如有必要，可在调试后重复校准阶段。
下面解释基于基准移动无线电设备2a的校准模式。在此，在校准阶段，基准移动无线电设备2a沿着确定的行程区段(以及已知的位置信息)被引导，并且接收信号强度指标RSSIi被测量并且与已知的位置信息一起被存储。在此，没有必要精确知道行程区段，粗略地确定起点、终点和起点与终点之间的恒定速度就足够了。在一实施例中，该方法被扩展为将行程区段划分为单独的行程分区段(k)，以便为每个无线电装置6和每个行程分区段(k)的路径损耗确定不同的损耗系数αi。对于待确定其位置的使用者4，该算法选择使用者4可能所在的行程分区段(k)(通过无线电指纹确定)，并因此为每个无线电装置6针对相应的行程分区段(k)分派损耗系数α。下面结合图5给出进一步的解释。
图4示出用于运行访问监控系统1的方法的实施例的流程图，其中，在应用阶段确定使用者4的位置。对于本申请中通过单独步骤示出的流程图，通常适用于所示步骤的划分是示例性的，并且在另一图示中，这些步骤中的一个或多个可以划分为一个或多个子步骤或多个步骤可以合并为一个步骤。因此，流程图的选定图示不应被理解为限制。
如图1和图2中的示例所示，携带有移动无线电设备2的使用者4处在闸机14附近。虽然只示出使用者4，但本领域技术人员知晓的是，可以存在其它使用者和移动无线电设备。移动无线电设备2的蓝牙功能和任何关联的软件应用程序被激活，并且校准阶段完成。存储设备18被配置用于这里介绍的技术；特别地，存储设备存储有建筑物数据(例如建筑物平面图或楼层平面图)和所提到的特定于状况的校准模式的处理指令。处理指令包括各种校准模式的算法、确定位置的算法、在校准阶段确定的数据(例如基准距离d0、基准无线电信号图案、基准接收信号强度指标)。本领域技术人员知晓的是，存储设备18还(在线)存储有在应用阶段确定的数据。
使用者4例如沿着行程区段26从公共区域22朝受限访问区域20的方向移动。在此假设，移动无线电设备2已经在无线电装置6的无线电范围内(RF1-RF4)。该方法开始于步骤T1并结束于步骡T6。
在步骤T2中，由信号处理装置8评估监视区域中的无线电通信。对于此处介绍的技术，这种无线电通信表示在监视区域内传输和考虑的全部无线电信号(蓝牙技术)。例如，传输上述注意通知(广告事件)的无线电信号及其响应的无线电信号。信号处理装置8由此来确定例如存在的移动无线电设备2的标识符。
信号处理装置8还检测由无线电装置6和/或存在的移动无线电设备2接收的无线电信号的信号强度。在一实施例中，信号处理装置8为每个无线电装置6检测基于与移动无线电设备2的无线电通信的接收信号强度指标RSSIi。
在步骤T3中，信号处理装置8确定至少一个状况指标，该状况指标指示监视区域中存在的无线电状况。基于在步骤T2中执行的评估来确定状况指标。示例性状况指标如上所述。
在步骤T4中，选择对应于状况指标的至少一种校准模式。为此，在访问监控系统1中、特别是在计算机程序和/或信号处理装置8的处理器中确定至少一个规则。本领域技术人员将知晓的是可以建立多个规则。下面给出此类规则的示例：
当状况指标指示出例如移动无线电设备2的类型和监视空间的进入位置时，则检查是否为此在存储设备18中存在用于基准移动无线电设备的校准模式的校准数据组(处理指令)。如果进入位置是校准运行的起点，则可以特别选择此校准模式。
当状况指标替代地或附加于在前面的规则中存在的状况指标地指示出使用者标识符和时间时，则检查是否对应该使用者4在类似时间已经根据校准模式进行了位置确定。如果是这种情况，则可以重新选择校准模式。
当状况指标指示出处于监视区域中的使用者4的数量并且该数量明显高于校准运行期间已存在的数量时，则例如提供的是独立于移动无线电设备的校准模式(self-calibration(自校准))或自动化实时校准模式。
当状况指标指示的无线电状况似乎没有适合特殊校准模式的校准数据组时，则例如提供独立于移动无线电设备的校准模式(self-calibration)或自动化实时校准模式。但是当例如状况指标指示出时间并且已知这对应于有许多使用者4在场的高峰时间，则可以选择自校准，因为自校准可以适应变化的环境条件。
根据建筑物中的情况，访问监控系统1或其计算机系统可以或多或少地被充分加载或者具有更少或更多地具备计算能力。当所提供的计算能力被用作状况指标，例如如果计算机系统有足够的可用计算能力时，可以选择计算量更大的自动化实时校准模式。
本领域技术人员将知晓的是，可以建立其它规则和/或附加的规则。
如果选择校准模式，则信号处理装置8从数据存储设备18读取对应于该校准模式的处理指令。
在步骤T5中，根据已读取的处理指令确定第一移动无线电设备2的位置P’。根据结合图7介绍的实施例确定位置。结合图7，还给出了使用所确定的位置P’的实施例。该方法在步骤T6中结束。
图5示出用于确定基准常数
Figure BDA0003321000430000201
的平均值的校准方法的实施例的流程图；基准常数的这个平均值称为M(RSSId0)。参照图1和图2所示的情况介绍校准方法，在校准阶段使用基准移动无线电设备2a(其可以与移动无线电设备2相同)。该方法开始于步骤S1并结束于步骤S6。
在步骤S2中确定出基准距离d0。基准距离d0是基准移动无线电设备2a和所选无线电装置6(在图1中这是被标识为RF1的无线电装置6)之间的距离。基准距离d0优选等于或小于1米；在一实施例中，d0＝1米。如果选择了基准距离d0，则基准移动无线电设备2a位于距所选无线电装置6的上述距离处。
如果基准移动无线电设备2a和所选择的无线电装置6被接通以使得它们根据BLE技术进行无线电通信，则在步骤S3中确定大量接收信号强度指标RSSId0。在一实施例中，与到达无线电装置6的无线电信号相关地测量每个接收信号强度指标RSSId0。在基准距离d0不变的情况下，基准移动无线电设备2a围绕所选无线电装置6旋转或移动。因此，基准移动无线电设备2a的天线相对于选择的无线电装置6采取不同的天线取向(角度分集)。此外，这会导致较高的(空间)分集。在天线取向的每次改变之后，至少一个接收信号强度指标RSSId0被确定并存储在存储设备18中。测量次数和天线方向取向的次数可以在校准规范中规定。
如果在步骤S3中执行了确定的测量，则在步骤S4中确定在步骤S3中所测量和存储的接收信号强度指标
Figure BDA0003321000430000211
(以dBm为单位)的平均值。基准常数RSSId0的该平均值M(RSSId0)在步骤S5中被存储在存储设备18中并且用于在应用阶段中进行位置确定。然后可以停用基准移动无线电设备2a和所选择的无线电装置6，并且该方法在步骤S6中结束。
图6示出用于确定损耗系数α的校准方法的实施例的流程图。同样地参照图1和图2中所示的情况以及基准移动无线电设备2a来介绍校准方法。该方法开始于步骤A1并结束于步骤A9。
在该校准方法中，在基准移动无线电设备2a沿着建筑物中的确定行程区段移动的同时，执行接收信号强度的大量测量(RSSI测量)。为此，在步骤A2中确定建筑物中给定状况的行程区段。对于校准，例如可选择图1所示的行程区段26。
在步骤A3中，行程区段26被划分成多(Nk)个行程分区段。本领域技术人员知晓的是，这是用于校准的划分。根据行程和建筑情况，行程分区段的长度可以相同，也可以不同。在该划分之后，行程区段26具有第一行程分区段(k＝1)、第二行程分区段(k＝2)，通用地为第k行程分区段。在下文中，附标k指示出针对哪些行程分区段确定了RSSI测量值。
接通的基准移动无线电设备2a最初位于行程区段26的起点处并且从那里出发沿着行程区段26以恒定速度移动。如果基准移动无线电设备2a在行程分区段之一(附标k)中，则在步骤A4中，针对每个无线电装置6(附标i)确定并存储接收信号强度指标RSSIi，k，即，经常以如下频度(附标j，每个行程分区段的测量次数)，直到基准移动无线电设备2a到达当前行程分区段的终点。在当前行程分区段的终点，基准移动无线电设备2a根据实施例发送分区段信号。行程分区段结束的信令确保RSSI测量值可以被正确分配、进一步处理和存储。如果例如针对每个无线电装置6(附标i)和行程分区段(附标k)内确定接收信号强度指标Ni，k次(附标j)，则测量值的数量变为{RSSIi，k，j}，数量例如存储在存储设备18中。如果尚未到达路径26的终点，则跟随的是下一个行程分区段并且重复所介绍的测量过程。
在步骤A5中，通过对每个单独的无线电装置6(附标i)的相应行程分区段(附标k)的所有测量(附标j)形成RSSIi，k测量值的平均值。这个平均值在下面被称为M(RSSIi，k)。这个平均值的确定方式基于下式：
Figure BDA0003321000430000221
其中，j＝1，...，Nj，k表示在针对第i个无线电装置6的相应的第k个行程分区段中的第j个测量。
在步骤A6中，借助针对每个无线电装置6和每个行程分区段在步骤A5中确定的平均值M(RSSIi，k)来确定损耗系数αi，k。确定方式基于下式：
Figure BDA0003321000430000222
其中，j＝1，...，Nj，k表示在针对第i个无线电装置6的相应的第k个行程分区段中的第j个测量。在无线电装置6的已知的位置处，由此针对每个无线电装置6获得距移动无线电设备2a的距离di，k，j(针对元组(i，k，j))。
在步骤A7中，在整个行程区段26上确定经验协方差矩阵∑′W。该矩阵的主对角线的数值
Figure BDA0003321000430000231
被存储。这些对角线元是各个无线电装置6的不同模型误差方差的量度。在此，经验协方差矩阵∑′W涉及的是剩余的模型误差εk，j：
Figure BDA0003321000430000232
Figure BDA0003321000430000233
Figure BDA0003321000430000234
Figure BDA0003321000430000235
在步骤A8中，存储平均值M(RSSIi，k)、损耗系数αi，k和协方差矩阵∑′W。然后将其用于应用阶段中的位置确定。然后可以停用基准移动无线电设备2a和所选择的无线电装置6并且该方法结束于步骤S6。
在此处介绍的技术的一实施例中，在校准阶段获得和存储的信息用于应用阶段来确定使用者4的当前位置P’。由于使用者4在建筑物中移动，如果以连续的时间间隔重复位置确定，则可以跟踪他的移动。以这种方式确定的位置P’获得了所述的轨迹(位置路径)。可以根据需要选择时间间隔。
图7示出用于运行访问监控系统1的方法的实施例的流程图，其中，在应用阶段确定使用者4的位置P’(或多个位置)。随身携带移动无线电设备2的使用者4位于闸机14附近，其中，移动无线电设备2的蓝牙功能被激活。任何相关的软件应用程序也被激活。使用者4例如沿着行程区段26从公共区域22移动到受限访问区域20。在此假设：移动无线电设备2已经在无线电装置6的无线电范围内(RF1-RF4)。在此处介绍的实施例中，移动无线电设备2将被称为广告事件的注意通知发送作为无线电信号，并且无线电范围内的所有无线电装置6接收该无线电信号。该方法开始于步骤B1并结束于步骤B12。
如果移动无线电设备2与无线电装置6之一通信，则移动无线电设备2还传输特定标识符。在图7中，该标识符在步骤B10中确定。该标识符可以是电话号码、设备地址(介质访问控制(MAC)地址)或唯一标识移动无线电设备2的另一个标识符。由于移动无线电设备2通常固定地对应于使用者4，因此移动无线电设备2的标识符也间接地对应于使用者4。访问监控系统1将对应于授权访问的使用者4的移动无线电设备2的标识符存储在例如存储设备18中，其中为每个使用者4创建使用者简档。使用者4的姓名及其访问授权可以在使用者简档中规定，例如规定使用者可以访问哪些房间24。也可以规定在哪一天和几点钟存在访问授权。在一实施例中，所识别的标识符存储在存储设备18中。例如，在存储设备18中，可以为该使用者4测量和/或计算的值唯一对应于标识符。
在步骤B2中，为每个无线电装置6确定接收信号强度指标RSSIi。在这里介绍的实施例中，接收信号强度指标RSSIi由无线电装置6确定，该确定过程同步执行，即无线电装置6具有公共时间基准(例如相同的时间，其允许同时确定接收信号强度指标RSSIi)。移动无线电设备2位于当前位置，因此对于当前位置例如存在四个接收信号强度指标RSSIi(i＝1，2，3，4)。在每次后续测量时，都会再次测量四个接收信号强度指标RSSI。接收信号强度指标RSSIi在一实施例中存储在存储设备18中，例如每次测量一组四个接收信号强度指标RSSIi。
在步骤B3中，确定当前无线电图案(图2中的FP)。这种无线电图案(也称为无线电指纹)由无线电装置6在步骤B2中在移动无线电设备2处于确定的位置时确定的全部接收信号强度指标RSSIi产生。即，如果移动无线电设备2在确定的位置处，则有四个接收信号强度指标RSSIi代表该位置的无线电指纹。
在步骤B4中，确定行程分区段(k)，具体为确定使用者4当前所在的行程分区段(k)。为此目的，使用在步骤B3中确定的当前无线电指纹，以便在存储设备18中搜索相同或至少非常相似的无线电指纹。如结合图6的步骤A4和A5所述，为每个无线电装置6分配针对确定的行程分区段(k)测量的接收信号强度指标RSSIi，k，j的平均值(M(RSSIi，k，j))，该平均值存储在存储设备18中。如果当前无线电指纹(或其接收信号强度指标)与为行程分区段(k)存储的无线电指纹(或其平均接收信号强度指标(M(RSSIi，k，j))在一定程度上匹配，则此得到使用者4当前所在的行程分区段(k)。不需要精确匹配，该方法搜索存储的与当前无线电指纹最相似的无线电指纹。
在步骤B5中，读取对应于在步骤B4中确定的行程分区段(k)的损耗系数αi，k。损耗系数αi，k存储在存储设备18中，如结合图6的步骤A8所解释那样。由此，读取以如下方式进行，通过确定的行程分区段(k)搜索存储设备18以寻找与其对应的损耗系数αi，k。损耗系数αi，k特定于每个行程分区段(k)并且特定于每个无线电装置6。
在步骤B6中，确定加权因子wi。加权因子w规定基于第i个无线电装置6的接收信号强度指标RSSIi的测量对位置确定具有什么影响。在一实施例中，只有最强的无线电信号、即那些具有最高的接收信号强度指标RSSIi的指标被考虑在内。例如，可以选择三个(或四个)最高接收信号强度指标RSSIi。对于这三个(或四个)无线电信号，加权因子wi分别为wi＝1，对于其余无线电信号则为wi＝0。通常，加权因子可以由以下等式确定：
Figure BDA0003321000430000261
其中，
Figure BDA0003321000430000262
在步骤B7中，确定使用者的当前位置P’。当前位置P’是一个矢量，表示特定时间点的x-y位置坐标。这样确定的瞬时位置P’可以与使用者4的实际位置P相同，但尤其是在建筑物内的实际情况下，也可能有一定程度的偏差。根据下式进行确定：
Figure BDA0003321000430000263
其中：
NA：无线电装置6的数量
d′i：移动无线电设备2和第i个无线电装置6之间估计的距离，以及
P：优化变量，
di(p)：p与第i个无线电装置之间的欧几里得距离。
相应的基于测量值算得的距离d′i为：
Figure BDA0003321000430000264
其中，RSSIi是第i个无线电装置6的当前的测量值。
位置P’对应于使用者4沿行程区段26移动时的快照。本领域技术人员知晓的是，可以通过重复确定位置P’来跟踪使用者4的移动。这能够以图形方式示出，例如，如图3的框40中所示。
在一实施例中，可以进一步处理在步骤B7中确定的位置P’。该进一步处理可以包括时间过滤，如图3的框34所示，对传感器数值的考虑，如图3的框32所示，或者这些的组合。这在图8的步骤B8中示出。
根据一实施例，因为执行大量连续的位置确定，所以可以执行时间过滤。因此，确定了大量位置P’，可能包括异常值、即与相邻值偏差太大的位置。随着时间的推移，可以通过过滤来减少这些异常值的影响。在一实施例中，关于五个确定的位置P’来确定平均值。
在一实施例中，可以使用卡尔曼滤波器，特别是所谓的扩展卡尔曼滤波器(EKF)。卡尔曼滤波器和高级卡尔曼滤波器对本领域技术人员是已知的，例如来自I.Guvenc等人的“使用卡尔曼滤波器增强基于RSS的室内跟踪系统”，国际信号处理会议(ESPC)和全球信号处理博览会(GPSx)，2003年(I.Guvenc，et al.，″Enhancements to RSS Based IndoorTracking Systems Using Kalman Filters″，International Signal ProcessingConference(ESPC)and Global Signal Processing Expo(GPSx)，2003)。卡尔曼滤波器通常用于减少实际测量值的误差，并为不可测量的系统变量提供估计值。这样做的先决条件是感兴趣的值可以通过数学模型来描述，例如以运动方程的形式。卡尔曼滤波器通过交替的预测和测量步骤来工作，需要状态空间矢量x、矢量状态更新函数f和观测空间矢量z或矢量测量函数h。
系统的状态通常被理解为完整描述系统的最小决定因素集。在建模的范围内，这通过相应的运动方程f、即所谓的状态方程以多维矢量x的形式表示。这个矢量函数fm描述在每个时间点m时间上连续的状态(xm-1和xm)之间的预期转变。观察真实系统状态的过程反映观察者或测量设备的特性。这些通过所谓的观测方程hm与根据运动方程预期的系统状态相关联。下面给出了状态和观测过程的相应建模。
状态空间矢量xm-1，xm应尽可能精确地确定。在相应的时间点(m)，这些涉及使用者4的连续位置P、其绝对速度(||v||)及其方向(θ)。如果这些是估计的，则预测(pred.)该状态空间矢量在下一个时间步长(例如从时间点m-1到时间点m)的外观(预测状态空间矢量
Figure BDA0003321000430000271
)。矢量函数fm(xm-1)用于此目的。在一实施例中，矢量函数fm在每个时间步长中被选择成，使得可以假设使用者4以恒定的速度并且以相同的方向移动。
在下一步中，预测的状态空间矢量
Figure BDA0003321000430000281
将通过使用当前测量来改进，该矢量到目前为止仅基于最后一个状态和转换函数。为此可以使用两个不同的实施例(这两个实施例的不同之处在于矢量测量函数hm和相应的观察空间矢量或测量矢量zm)。
在第一实施例(tri)中，使用来自先前位置确定方法的位置确定(位置P’)作为测量值。预测的状态空间矢量
Figure BDA0003321000430000282
通过这些位置确定方案来校正。
由此：
Figure BDA0003321000430000283
zm，tri＝P′m，
Figure BDA0003321000430000284
Figure BDA0003321000430000285
在第二实施例中，借助矢量测量函数hm，dir(其以信道模型为基础)计算：如果使用者4实际处在通过预测状态空间矢量
Figure BDA0003321000430000286
限定的状态下时，可以预期RSSI数值。然后，预期的RSSI数值直接(在下式中为“dir”)通过测量的RSSI数值来修正。由此：
Figure BDA0003321000430000287
Figure BDA0003321000430000288
Figure BDA0003321000430000289
在一实施例中，该方法在确定位置时将传感器数值考虑在内。在该实施例中，移动无线电设备2涉及惯性测量单元(IMU)(IMU测量单元)。如果移动无线电设备2被设计为所谓的智能手机，则它通常包含IMU测量单元。IMU测量单元是多个惯性传感器的空间上的组合，例如加速度传感器、磁力计、计步器和偏航率传感器。对于智能手机，IMU测量单元例如检测其倾斜度、位置和/或旋转。这例如通过智能手机的指南针功能或旋转屏幕显示的功能是已知的，这与使用者如何手持智能手机4有关。
移动无线电设备2通过IMU测量单元来确定例如使用者4的移动方向以及当使用者4沿着行程区段26行走时获得的加速度。可以从加速度值计算使用者4的步数。在一实施例中，已知的航位推算(dead reckoning)方法用于根据移动方向和计数的步数确定使用者4的移动速度。航位推算实现了基于运动方向和速度对运动物体的当前大致的位置确定。在一实施例(移动无线电设备2发送广告事件包)中，信号处理装置8从IMU测量单元接收测量值。在测量之后，IMU数据与RSSI测量值一起被传输到信号处理装置8。
通过将使用者4的移动速度和IMU罗盘角度加入观察范围，从而滤波器的测量功能将传感器数据与位置和接收信号强度指标RSSI合并。由此，特别是可以更好地跟踪使用者4的运动随时间的变化。例如，如果使用者4改变移动方向，则这可以更早地被识别，以便例如可阻止闸机14打开。
在步骤B9中，检查是否满足在访问监控系统1中规定的规则。为了检查规则，在步骤B10中确定的标识符用于检查针对使用者4是否存在使用者简档。如果存在使用者简档，则使用者4在访问监控系统1中是已知的并且可以检查他此时是否被授权访问。另一方面，如果标识符未存储在访问监控系统1中，则使用者4没有访问授权。
通常，例如可以确定当使用者4被授权访问时，要打开闸机14。如果闸机是无障碍的，规则可以写明不需要采取任何措施(例如警报)。另一方面，如果使用者4未被授权访问，则规则可以规定闸机14保持被阻挡和/或将启动安全措施(例如通知安全人员)。根据建筑物的不同，规则还可以规定要为(得到访问授权的)使用者4执行在其使用者简档中规定的建筑物动作。例如，建筑物动作可以包括触发针对使用者4的目标呼叫(根据针对该使用者4存在的使用者简档的数据)，对应于该目标呼叫由电梯控制装置10分派电梯，并且所分派的电梯对于使用者4在闸机14处或移动无线电设备2上显示。在步骤B11中，执行建筑物动作。本领域技术人员将知晓的是，也可以组合执行多个建筑物动作，例如打开闸机14并触发电梯呼叫。该方法在步骤B12结束。
在一实施例中，可以在该方法中提供合理性检查。此类检查旨在确定已确定的位置是否完全可信，即可能发现可能存在的明显不准确之处。例如，明显的不准确之处可能在于所确定的位置在监视区域之外或者两个使用者处于相同位置并且因此据称紧邻站立。作为对此的响应，所确定的位置可被视为异常值并被拒绝。
图8示出用于运行访问监控系统的方法的附加实施例的流程图，其在步骤C1中开始并且在步骤C18中结束。在此，尤其可以看出，在步骤C3中选择校准模式之后，该方法被分为两个方法分支。第一方法分支(步骤C4-C8)根据自动化实时校准模式确定使用者4的位置，并且第二方法分支(步骤C10-C14)根据基准移动无线电设备支持的校准模式确定使用者4的位置，该校准模式基于在校准阶段通过基准移动无线电设备2a的校准来运行。基准移动无线电设备支持的校准模式结合图6和图7进行介绍，图7中所示的步骤B3-B7基本上对应于图8中所示的步骤C10-C14，因此这些是在这一点上不在赘述。这也适用于对应于步骤B10的步骤C15，步骤10对应于步骤C2，步骤C2对应于步骤B2，以及分别对应于步骤B8、B9和B11的步骤C9、C16和C17。
在第一方法分支(步骤C4-C8)中，在步骤C3中选择校准模式。该选择类似于在图4的步骤T4中公开的选择、基于指示监视区域中的无线电状况的至少一个状况指标来进行。
如果选择自动化实时校准模式，则在步骤C4中存储在步骤C2中确定的与使用者4相关的接收信号强度指标RSSIi。例如在存储设备18中进行存储。
在步骤C5中，组合在步骤C4中为使用者4存储的所有接收信号强度指标RSSIi以形成信号强度矢量。
在步骤C6中，从存储设备18读取基准接收信号强度指标
Figure BDA0003321000430000311
Figure BDA0003321000430000312
的在校准阶段确定的平均值。
在步骤C8中，确定使用者4的位置。通过在步骤C2和步骤C4-C6中确定的接收信号场强RSSIi的指标、基准接收信号强度指标
Figure BDA0003321000430000313
的平均值和无线电装置6的已知位置，位置P’可以通过消耗优化函数来确定。损耗系数αi通过基于先前可能的位置路径的最大似然估计来确定。最大似然估计是本领域技术人员已知的并且在统计学中是指参数估计方法。简而言之，该参数被选为估计值，根据其分布，实现观测数据的似然最合理值。根据负对数似然函数，将确定的损耗系数αi考虑为位置路径的函数来确定所得剩余消耗。然后在可能的位置路径上的剩余消耗被最小化。最小化可以通过本领域技术人员已知的最小化算法进行，例如通过已知的Levenberg-Marquardt算法。例如，可以使用美国The MathWorks，Inc.的软件产品MATLAB来执行消耗优化功能。以此方式找到的位置路径的最新的组元然后用作确定的当前位置P’。
在以这种方式确定使用者4的位置的情况下，该方法可以执行进一步的步骤C9、C16和C17。该方法在步骤C18处结束。
在一实施例中，信号处理装置8被设计成结合一种或多种机器学习算法(也称为机器学习)来应用这里介绍的技术，目的是自动地进一步提高位置确定或位置跟踪的精度。安装在信号处理装置8中的计算机程序被编程，以执行相应的算法或多个算法。机器学习算法通常由训练阶段和应用阶段组成。当在应用阶段执行时，计算机程序访问存储在存储设备18中的在训练阶段存储的一个或多个数据组。这样的数据组涉及关于已经发生的位置确定的数据(例如状况指标、接收信号强度指标RSSIi)，例如还包括位置确定或位置跟踪是否成功。位置跟踪是否成功可以事后验证，例如从门A进来的使用者4是否真的穿过门B。在应用阶段，通过计算机程序分析与训练阶段确定的数据相关的当前确定的数据(无线电状况、当前接收的信号强度指标RSSIi)，以确定借助当前确定的数据来反映当前位置或其轨迹的函数。
移动无线电设备2可以例如是可由使用者4激活的特定于应用程序的软件应用程序(也称为应用程序)。在一实施例中，专用的软件应用程序结合访问监控和电梯的使用来应用。在一实施例中，专用软件控制无线电信号的产生和传输。根据设计方案，该软件还可以生成移动无线电设备2的标识符，例如对于移动无线电设备2是唯一的并且不能随时间改变的标识符。这种由软件生成的标识符是也可以用作标识符的设备标识号和电话号码的替代方案。
移动无线电设备2可以是例如移动电话、智能电话或平板PC，这些设备通常配备有能够进行无线电通信的硬件。然而，移动无线电设备2也可以是带有微型计算机的眼镜或佩戴在身体上的另一计算机辅助设备(也称为“可穿戴设备”)，特别是智能手表。根据移动无线电设备2的设计方案，移动无线电设备可以例如经由图形使用者界面(也称为图形使用者界面，GUI)来运行移动无线电设备2并且能够选择性地激活和停用其功能。
总之，本文介绍的技术的一个方面涉及一种用于监控对建筑物中的访问受限区域进行访问的系统，另一方面涉及一种用于监控对建筑物中的访问受限区域进行访问的方法。这里介绍的技术的其它方面涉及用于确定使用者的位置或其时间分布的系统和方法，例如结合图4和图7所介绍的那样。位置或其时间分布的确定方案可以独立于对建筑物中的访问受限区域的访问监控而进行并且要求保护。这里介绍的技术的附加方面涉及用来校准用于位置确定的参数的系统和方法，例如结合图5和图6所述。该校准可以独立于访问监控并且独立于位置的确定或其随时间的分布来实现并要求保护。此外，这里介绍的技术的一个方面涉及一种系统，其中，使用一个或多个用于机器学习的算法以便自动地进一步提高位置确定或位置跟踪的精度。

Claims (16)

1.一种用于监控对建筑物中的访问受限区域(20)进行访问的系统(1)，其中，闸机(14)将所述访问受限区域(20)与公共区域(22)分开，所述系统包括：
无线电装置(6)，所述无线电装置分别以距闸机(14)确定的距离布置在确定位置处并限定监视区域，所述无线电装置(6)被设计用于与处在无线电范围内并且分派给使用者(4)的移动无线电设备(2)进行无线电通信，其中，在第一使用者(4)的位置(P)处的第一移动无线电设备(2)与无线电装置(6)中的每一个无线电装置具有距离(di)；
控制装置(10、12)，所述控制装置与建筑设备(16)以通信的方式连接；
数据存储设备(18)，在所述数据存储设备中存储有针对特定于状况的校准模式的处理指令；以及
信号处理装置(8)，所述信号处理装置与数据存储设备(18)、无线电装置(6)和控制装置(10、12)以通信的方式连接，所述信号处理装置(8)被设计用于：
评估监视区域内的无线电通信并从中确定至少一个表明监视区域中存在的无线电状况的状况指标；
针对每个无线电装置(6)，基于与第一移动无线电设备(2)的无线电通信来检测接收信号场强的指标(RSSIi)；
选择对应于至少一个状况指标的校准模式并从数据存储设备(18)中读取对应于所选校准模式的处理指令；以及
根据已读取的处理指令，确定第一移动无线电设备(2)的当前位置(P’)作为检测到的接收信号场强指标(RSSIi)的函数。
2.根据权利要求1所述的系统(1)，其中，所述至少一个状况指标表示移动无线电设备类型、监视区域中的移动无线电设备(2)的数量、移动无线电设备(2)的空间定向、使用者(4)进入监视区域的进入位置、由移动无线电设备(2)生成的传感器数据、时间、无线电装置(6)的数量、能够提供的计算能力、无线电装置(6)的密度或房间大小。
3.根据权利要求1或2所述的系统(1)，其中，在数据存储设备(18)中还存储有：
无线电信号强度基准值(M(RSSId0))，在校准阶段中，所述无线电信号强度基准值基于无线电装置(6)中的一个无线电装置和与之以基准距离(d0)布置的基准移动无线电设备(2a)之间的无线电通信来确定，
作为基准移动无线电设备(2a)的位置的函数的基准无线电信号图案(FP)，其中，根据无线电装置(6)与基准移动无线电设备(2a)之间的无线电通信，在校准阶段中确定基准无线电信号图案(FP)，以及
在校准阶段针对每个无线电装置(RFi)确定的作为基准移动无线电设备(2a)的基准位置的函数的损耗系数(αi)。
4.根据权利要求3所述的系统(1)，其中，用于第一校准模式的第一处理指令根据下式确定位置：
Figure FDA0003353898860000021
其中，NA表示无线电装置(6)的数量并且di(p)表示第i个无线电装置(6)和使用者(4)的可变位置(p)之间的欧几里得距离，无线电设备(2)和第i个无线电装置(6)之间的借助基准无线电信号图案(FP)确定的距离(d′i)根据下式获得：
Figure FDA0003353898860000022
5.根据权利要求4所述的系统(1)，其中，损耗系数(αi，k)根据下式确定：
Figure FDA0003353898860000031
其中，j＝1，...，Ni，k表示针对第i个无线电装置(6)在确定的行程区段的第k个行程分区段中的第j个测量，在校准阶段中确定行程分区段。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的系统(1)，其中，用于第二校准模式的第二处理指令确定对使用者(4)的移动的轨迹进行获取，所述获取基于无线电装置(6)的所确定的确定位置、检测到的接收信号场强指标(RSSIi)和无线电信号强度基准值
Figure FDA0003353898860000033
Figure FDA0003353898860000032
损耗系数(αi)借助于最大似然估计来确定，剩余消耗在引入所确定的损耗系数(αi)的情况下根据负对数似然函数来确定，并且在位置路径上的剩余消耗被最小化。
7.根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)，其中，在数据存储设备(18)中还存储有第一移动无线电设备(2)的独特的标识符，所述独特的标识符由第一移动无线电设备(2)发送。
8.根据权利要求7所述的系统(1)，其中，信号处理装置(8)被设计为，如果基于移动无线电设备(2)的标识符和所确定的当前位置(P’)满足确定的规则，则向控制装置(12)馈送控制信号，控制装置(12)被设计为触发对应于确定的规则的建筑物动作、特别是打开闸机(14)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统(1)，其中，无线电装置(6)和移动无线电设备(2)被设计用于根据蓝牙技术的无线电通信。
10.一种用于运行用于监控对建筑物中的访问受限区域(20)进行访问的系统(1)的方法，其中，闸机(14)将访问受限区域(20)与公共区域(22)分开，所述系统(1)包括：
无线电装置(6)，所述无线电装置分别以距闸机(14)确定的距离布置在确定位置处并且限定监视区域，所述无线电装置(6)设计用于与处在无线电范围内并且分派给使用者(4)的移动无线电设备(2)进行无线电通信，其中，在第一使用者(4)的第一位置(P)处的第一移动无线电设备(6)与无线电装置(6)中的每一个无线电装置具有距离(di)；
控制装置(10、11)，所述控制装置与建筑设备(16)以通信的方式连接；
数据存储设备(18)，在所述数据存储设备中存储有针对特定于状况的校准模式的处理指令；以及
信号处理装置(8)，所述信号处理装置与数据存储设备(18)、无线电装置(6)和控制装置(10、11)以通信的方式连接，其中，所述方法包括：
对监视区域内的无线电通信进行评估，并基于所述评估来确定指示所述监视区域内存在的无线电状况的状况指标；
基于与第一移动无线电设备(2)的无线电通信，针对每个无线电装置(6)检测接收信号场强指标(RSSIi)；
选择对应于所述状况指标的校准模式并从所述数据存储设备(18)中读取与所述校准模式对应的处理指令；以及
根据已读取的处理指令，确定第一移动无线电设备(2)的当前位置(P’)作为检测到的接收信号场强指标(RSSIi)的函数。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述状况指标表示移动无线电设备类型、监视区域中的移动无线电设备(2)的数量、移动无线电设备(2)的空间定向、使用者(4)进入监视区域的进入位置、由移动无线电设备(2)生成的传感器数据、时间、无线电装置(6)的数量、能够提供的计算能力、无线电装置(6)的密度或房间大小。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，在数据存储设备(18)中还存储有：
无线电信号强度基准值(M(RSSId0))，所述无线电信号强度基准值基于无线电装置(6)中的一个无线电装置和与之以基准距离(d0)布置的基准移动无线电设备(2a)之间的无线电通信来确定，
作为基准移动无线电设备(2a)的位置的函数的基准无线电信号图案(FP)，其中，基于无线电装置(6)与基准移动无线电设备(2a)之间的无线电通信来确定基准无线电信号图案(FP)，以及
在校准阶段针对每个无线电装置(RFi)确定的作为基准移动无线电设备(2a)的基准位置的函数的损耗系数(αi)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，根据用于第一校准模式的第一处理指令根据下式进行位置确定：
Figure FDA0003353898860000051
其中，NA表示无线电装置(6)的数量，并且di(p)表示第i个无线电装置(6)和使用者(4)的可变位置(p)之间的欧几里得距离，无线电设备(2)和第i个无线电装置(6)之间的借助基准无线电信号图案(FP)确定的距离(d′i)根据下式获得：
Figure FDA0003353898860000052
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，损耗系数(αi，k)根据下式确定：
Figure FDA0003353898860000053
其中，j＝1，...，Nj，k表示针对第i个无线电装置(6)在确定的行程区段的第k个行程分区段中的第j个测量，在校准阶段中确定行程分区段。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，用于第二校准模式的第二处理指令确定对使用者(4)的移动的轨迹进行获取，所述获取基于无线电装置(6)的所确定的确定位置、检测到的接收信号场强指标(RSSIi)和无线电信号强度基准值
Figure FDA0003353898860000061
Figure FDA0003353898860000062
损耗系数(αi)借助于最大似然估计来确定，剩余消耗在引入所确定的损耗系数(αi)的情况下根据负对数似然函数来确定，并且在位置路径上的剩余消耗被最小化。
16.根据权利要求10至15中任一项所述方法，其中，在数据存储设备(18)中还存储有第一移动无线电设备(2)的独特的标识符，由第一移动无线电设备(2)在与无线电装置(6)进行无线电通信时发送所述独特的标识符，当基于移动无线电设备(2)的标识符和所确定的当前位置(P’)满足确定的规则时，则由信号处理装置(8)生成用于控制装置(12)的控制信号，并且通过所述控制装置(12)触发与所确定的规则相对应的建筑物动作、特别是打开闸机(14)。
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