DE102005007309A1

DE102005007309A1 - Mobilgerät zur Standortbestimmung, System und Betriebsverfahren für ein Mobilgerät zur Standortbestimmung

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Publication number: DE102005007309A1
Application number: DE102005007309A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Herter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-08-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2006-02-23

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mobilgerät (10) zur Standortbestimmung, das einen Speicher (30) zur zumindest temporären Speicherung von mit dem Mobilgerät (10) aufgenommenen, vorzugsweise ortsabhängigen, Umweltdaten aufweist und das auf eine vorzugsweise zentrale Datenbank (D) zugreifen kann, die Umweltdaten und diesen Umweltdaten zugeordnete Ortsinformationen aufweist und/oder speichern kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mobilgerät zur Standortbestimmung und ein Betriebsverfahren für ein derartiges Mobilgerät.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Standortbestimmung.

Derartige Mobilgeräte und ein entsprechendes Betriebsverfahren für solche Mobilgeräte sind beispielsweise von dem GPS (global positioning system)-System bekannt, das mittels einer Vielzahl die Erde in einem nicht geostationären Orbit umkreisender Satelliten eine Standortbestimmung des jeweiligen Mobilgeräts ermöglicht. Hierzu wertet das Mobilgerät permanent von mehreren Satelliten empfangene Signale aus und errechnet aufgrund von Laufzeitunterschieden dieser Signale und mithilfe einer gemeinsamen hochgenauen Zeitbasis den momentanen Standort des Mobilgeräts.

Nachteilig an dem GPS-System ist neben der Abhängigkeit von Satelliten und den mit dem Betrieb der Satelliten einhergehenden hohen Kosten die verhältnismäßig aufwendige Signalverarbeitung in dem Mobilgerät. Ein weiterer Nachteil des GPS-Systems und davon abhängiger Ortsbestimmungssysteme besteht in der Möglichkeit, dass das GPS-System in einen sog. „Selective Availability" Modus schaltbar ist, bei dem insbesondere in Krisenfällen eine Ausnutzung des GPS-Systems zu militärischen Zwecken verhindert werden soll, indem die Zeitbasis des GPS-Systems mit einer vorgebbaren Ungenauigkeit beaufschlagbar ist, um die Präzision der satellitenbasierten Ortsbestimmung zu verschlechtern.

Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Mobilgerät, ein System und ein Betriebsverfahren dafür anzugeben, bei dem insbesondere eine einfache Signalverarbeitung möglich ist und gleichzeitig die Flexibilität des Mobilgeräts erhöht und eine genaue Standortbestimmung möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Mobilgerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Mobilgerät einen Speicher zur zumindest temporären Speicherung von mit dem Mobilgerät aufgenommenen, vorzugsweise ortsabhängigen Umweltdaten aufweist, und das auf eine vorzugsweise zentrale Datenbank zugreifen kann, die Umweltdaten und diesen Umweltdaten zugeordnete Ortsinformationen aufweist und/oder speichern kann.

In der Datenbank sind die ortsabhängigen Umweltdaten zusammen mit zugehörigen Ortsinformationen gespeichert. Dadurch ist es möglich, anhand von Umweltdaten aus der Datenbank Ortsinformationen abzurufen. Beispielsweise können zur Erstellung der Datenbank an verschiedenen bekannten Orten ortsabhängige Umweltdaten ermittelt werden, die zusammen mit den Ortsinformationen in der Datenbank gespeichert werden.

Zur Bestimmung seines momentanen Standorts nimmt das Mobilgerät an diesem Standort vorherrschende Umweltdaten auf und übertragt sie an die Datenbank. Anschließend wird in der Datenbank eine Suche durchführt, bei der in Abhängigkeit der zuvor von dem Mobilgerät ermittelten Umweltdaten Ortsinformationen ermittelt werden, welche zu den Umweltdaten gehören. Diese Ortsinformationen werden danach von der Datenbank an das Mobilgerät übertragen.

Auf diese Weise ist mit dem erfindungsgemäßen Mobilgerät eine einfache Standortbestimmung möglich, ohne dass das Mobilgerät selbst geeignet sein muss, eine komplexe Signalverarbeitung durchzuführen oder sogar eine eigene Datenbank mit Ortsinformationen zu unterhalten.

Die Realisierung der Datenbank als zentrale Datenbank vereinfacht auch die Wartung der Datenbank sowie das Hinzufügen ggf. noch nicht in der Datenbank abgelegter Ortsinformationen und dergleichen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, bei denen die Mobilgeräte jeweils eine eigene Datenbank oder andere zu wartende bzw. zu pflegende Datenbestände aufweisen, ist bei der erfindungsgemäßen Lösung aufgrund der zentralen Datenbank nur ein verhältnismäßig geringer Aufwand zur Wartung bzw. zur Datenpflege erforderlich. Auch Sicherungskopien und dergleichen sind von der zentralen Datenbank einfach erstellbar.

Ein Austausch der von der Datenbank zu bestimmten aufgenommenen Umweltdaten ermittelten Ortsinformationen zwischen mehreren Mobilgeräten, die sich an demselben Standort befinden, ist ebenfalls möglich. Hierdurch wird die Datenbank entlastet, indem nur ein Mobilgerät an einem unbekannten Standort eine Datenbankabfrage initiiert und nach Erhalt der Ortsinformationen von der Datenbank diese mit anderen Mobilgeräten an demselben Standort austauscht.

Das Mobilgerät nimmt die Umweltinformationen vorzugsweise periodisch auf, so dass aktuelle Umweltinformationen schon bereitstehen, falls z.B. ein Nutzer des Mobilgeräts sich verirrt hat und eine erfindungsgemäße Ortsbestimmung durchführen muss. Ein periodischer Datenaustausch mit der Datenbank ist ebenfalls sehr vorteilhaft, weil bei dieser Variante regelmäßig eine Ortsbestimmung durchführbar ist.

Dieser periodische Datenaustausch mit der Datenbank dient dabei nicht nur der Vorhaltung aktueller Ortsinformationen. Vielmehr können vorzugsweise regelmäßig von dem Mobilgerät aufgenommene und an die Datenbank gesandte Umweltdaten auch zu einem Abgleich der Ortsinformationen und der weiteren Daten in der Datenbank verwendet werden.

Zur Übertragung der Umweltdaten und/oder weiterer Daten weist das erfindungsgemäße Mobilgerät bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung eine Übertragungseinrichtung auf. Die Übertragungseinrichtung ist vorzugsweise zur Datenübertragung mit der Datenbank und/oder einer eine oder mehrere Datenbanken aufweisenden Zentrale und/oder mit anderen Mobilgeräten vorgesehen.

Besonders vorteilhaft ist bei einer weiteren Erfindungsvariante als Übertragungseinrichtung ein Mobiltelefon und/oder ein Funkgerät oder dergleichen vorgesehen.

In Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, das Mobilgerät als Mobiltelefon auszubilden und/oder das Mobilgerät zumindest teilweise insbesondere in Form eines kundenspezifischen integrierten Schaltkreises (integrated circuit, IC) zu realisieren und/oder in einem herkömmlichen Mobiltelefon zu integrieren.

Bei dieser Variante der Erfindung kann eine für das Mobiltelefon erforderliche Datenverarbeitungseinrichtung wie z.B. ein digitaler Signalprozessor (DSP) gleichzeitig zur Realisierung der Funktionen des erfindungsgemäßen Mobilgeräts eingesetzt werden, wodurch geringere Herstellungskosten und ein geringer Bedarf an Einbauraum für das Mobilgerät möglich sind. Ebenso ist es möglich, eine für das Mobiltelefon verwendete Antenne auch zur Aufnahme von Umweltdaten für das Mobilgerät zu verwenden.

Gemäß einer weiteren Erfindungsvariante ist es auch möglich, dass das Mobilgerät eine eigene Datenverarbeitungseinrichtung aufweist, beispielsweise in Form eines Mikrocontrollers oder eines DSP.

Die von dem Mobilgerät aufzunehmenden Umweltdaten umfassen eine oder mehrere der folgenden Informationen: insbesondere von terrestrischen Quellen hervorgerufene elektromagnetische Wellen vorzugsweise verschiedener Frequenzbereiche, Uhrzeit, Referenz-Ortsinformationen, optische Signale, insbesondere Bilder, Luftdruck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Erdmagnetfeld und dergleichen.

Unter als Umweltdaten auswertbaren elektromagnetischen Wellen werden im Sinne der vorliegenden Erfindung beispielsweise Signale von terrestrischen Sendern wie z.B. Radiosendern verstanden, wobei die Signale verschiedene Frequenzbereiche aufweisen können.

Bei Signalen von Radiosendern sind beispielsweise Ultrakurzwellen-(UKW)- und/oder Mittelwellen-(MW)- und/oder Langwellen (LW)-Signale verwendbar. Ferner ist es möglich, Signale von Zeitzeichensendern (DCF77) und/oder von insbesondere Langwellen ausstrahlenden Spezialsendern zur terrestrischen Ortung (z.B. LORAN-C) zu verwenden.

Der Empfang von Signalen eines Zeitzeichensenders kann gleichzeitig zur Bereitstellung einer Referenz-Zeitsignals für das Mobilgerät verwendet werden. Bei der Kombination des Mobilgeräts mit einem herkömmlichen Mobiltelefon kann auch dessen Systemzeit oder eine über das zugehörige Mobilfunknetz übertragbare Zeit als Referenz-Zeitsignal für das Mobilgerät verwendet werden.

Unter Referenz-Ortsinformationen sind Ortsinformationen zu verstehen, welche im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Mobilgerät bzw. Betriebsverfahren hierfür durch andere Systeme wie z.B. GPS oder weitere herkömmliche Systeme erhalten werden. Diese Referenz-Ortsinformationen können insbesondere zu einem Aufbau der bereits beschriebenen vorzugsweise zentralen Datenbank verwendet werden, die die ortsabhängigen Umweltdaten sowie Ortsinformationen aufweist und speichert.

Auf diese Weise ist ein sehr einfacher Aufbau und Abgleich der Datenbank möglich, indem bereits existierende GPS-Geräte weiterverwendet werden. Sobald die Datenbank hinreichend viele Umweltdaten und Ortsinformationen hierzu aufweist, kann auf die Referenz-Ortsinformationen verzichtet werden, so dass die Erfindung unabhängig von den herkömmlichen Systemen und deren Nachteilen arbeitet.

Bei einer sehr vorteilhaften Erfindungsvariante weist das Mobilgerät einen eigenen global positioning system (GPS)-Empfänger auf, der beispielsweise in einer Datenverarbeitungseinrichtung des Mobilgeräts integrierbar oder zumindest mit dieser verbindbar ist.

Prinzipiell ist es auch möglich, als Umweltdaten weitere ortsabhängige physikalische Daten zu verwenden wie z.B. optische Signale, insbesondere Bilder. Dabei ist es denkbar, auf diese Weise erhaltene Bilder computergestützt in einer Zentrale auswerten zu lassen oder von einem speziell hierfür vorgesehenen Dienst, bei dem Personen in einer Zentrale zur Auswertung der Bilder vorgesehen sind und bei dem in Abhängigkeit der Auswertung und/oder der Bilder Informationen zurück an das Mobilgerät übertragbar sind. Bei diesen Informationen kann es sich beispielsweise auch um Ortsinformationen handeln, sehr vorteilhaft aber auch beispielsweise um Informationen betreffend den abgebildeten Ort oder dessen Umgebung.

Auf diese Weise lässt sich beispielsweise eine Dienstleistungszentrale realisieren, bei der erfahrenes Personal in einer Zentrale den Bediener des Mobilgeräts, bei dem es sich beispielsweise um einen Wanderer handeln kann, in Abhängigkeit der mit dem Mobilgerät aufgenommenen und an die Zentrale übertragenen Bilder instruieren kann, z.B. hinsichtlich einer Wanderroute oder betreffend gefährlicher Routen und dergleichen.

Damit ist neben der einfachen Ermittlung des Standorts des erfindungsgemäßen Mobilgeräts die Bereitstellung einer Reihe weiterer Dienste möglich. Diese Dienste können bei der Ausbildung des Mobilgeräts als Mobiltelefon beispielsweise direkt von dem entsprechenden Mobilfunkbetreiber angeboten oder auch dritten Anbietern zur Nutzung verfügbar gemacht werden.

Weitere als ortsabhängige Umweltdaten in Frage kommende Daten sind beispielsweise: Luftdruck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Erdmagnetfeld und dergleichen.

Zur Aufnahme der Umweltdaten ist das Mobilgerät mit entsprechenden Sensoren ausgestattet. Insbesondere weist das erfindungsgemäße Mobilgerät bei einer sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung einen Empfänger insbesondere zum Empfang elektromagnetischer Wellen auf.

Mit einem oder mehreren derartigen Empfängern können bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mobilgeräts Empfangsspektren aus den aufgenommenen elektromagnetischen Wellen gebildet werden. Diese Empfangsspektren geben beispielsweise eine Leistungsdichte über der Frequenz in einem interessierenden Frequenzbereich der aufgenommenen elektromagnetischen Wellen an.

Wird beispielsweise ein UKW-Frequenzbereich auf diese Weise untersucht, so erhält man ein Empfangsspektrum, welches an den jeweiligen Sendefrequenzen der UKW-Sender hohe Leistungsdichten über der jeweiligen UKW-Kanalbandbreite aufweist und ansonsten geringe Leistungsdichten, die z.B. ein Grundrauschen bei den Frequenzen zwischen den Sendefrequenzen der UKW-Sender darstellen.

Der erfindungsgemäße Empfänger muss lediglich in der Lage sein, die vorstehend beschriebene Information über die Leistungsdichten der jeweiligen Sender zu ermitteln, wozu keine Auswertung z.B. von Phaseninformationen empfangener Signale oder dergleichen erforderlich ist. Daher kann ein derartiger Empfänger vergleichsweise einfach aufgebaut sein.

Vorzugsweise werden Empfänger verwendet, welche zum Empfang von elektromagnetischen Wellen bestehender Mobilfunknetze geeignet sind, insbesondere im Frequenzbereich von 800 MHz bis 2700 MHz, und/oder wie erwähnt zum Empfang von Radiosendern, vorzugsweise in einem Ultrakurzwellen (UKW)- und/oder Mittelwellen (MW)- und/oder Langwellenbereich (LW), und/oder zum Empfang von Zeitzeichensendern und/oder von insbesondere langwelligen Spezialsendern zur terrestrischen Ortung.

Sehr vorteilhaft ist hierbei die bereits vorhandene Infrastruktur der verschiedenen Mobilfunknetze ausnutzbar, die insbesondere bei geringen Größen der Funkzellen eine genaue Ortsbestimmung erlaubt.

Es ist ebenso möglich, anstelle vorhandener Sender auch Signale von extra hierfür vorgesehenen Sendern auszuwerten, was beispielsweise in einer Fertigungsstrasse oder allgemein in einem Industriebetrieb vorteilhaft sein kann.

Als weitere Umweltdaten kommen insbesondere auch die Signale von sog. WLAN-hotspots oder von DECT-Basisstationen der allgemein auch als Schnurlostelefon bezeichneten Telefonanlagen in Betracht.

Schließlich ist es auch möglich, einzelne Sender dadurch vorzusehen, dass z.B. innerhalb eines Gebäudes eine Hochfrequenzleitung verlegt wird, welche periodisch, d.h. z.B. in verschiedenen Räumen, eine Stichleitung oder dergleichen zur lokalen Auskopplung eines Signals für das Mobilgerät aufweist, das zur Zentrale bzw. Datenbank gesendet werden kann, wo wiederum eine entsprechende Ortsinformation ermittelt und ggf. an das Mobilgerät zurückgesandt wird.

Es ist auch möglich, verschiedene Zentralen vorzusehen, welche jeweils zur Verwirklichung unterschiedlicher Dienste vorgesehen sind, wobei diese Dienste vorzugsweise von einem Standort des Mobilgeräts abhängen.

Ein Beispiel für einen solchen Dienst, der ohne weiteres landesweit oder sogar Europaweit realisiert werden könnte, ist eine zentrale Geschwindigkeitsüberwachung mittels des erfindungsgemäßen Mobilgeräts und des entsprechenden Betriebsverfahrens.

Zur zentralen Geschwindigkeitsüberwachung wird beispielsweise ein zu überwachendes Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Mobilgerät ausgestattet. Das Mobilgerät nimmt wie vorstehend beschrieben periodisch Umweltdaten auf und sendet diese mittels seiner Übertragungseinrichtung an die Zentrale zur Geschwindigkeitsüberwachung. Alternativ können die Umweltdaten auch an eine allgemein hierfür vorgesehene Zentrale gesendet werden, welche die Umweltdaten dann jeweils einer entsprechend spezialisierten Zentrale zuleitet.

Die zur zentralen Geschwindigkeitsüberwachung vorgesehene Zentrale wertet die von dem zu überwachenden Kraftfahrzeug erhaltenen Umweltdaten z.B. durch Erstellen eines Weg-Zeit-Diagramms aus und kann daraus auf einfache Weise bestimmen, ob das Kraftfahrzeug eine zulässige Höchstgeschwindigkeit überschritten hat. Eine photographische oder sonstige personalintensive Beobachtung des Kraftfahrzeugs vor Ort ist nicht mehr erforderlich. Um die beschriebene Geschwindigkeitsüberwachung durchführen zu können, muss das Mobilgerät mit einer vorzugsweise elektronischen, sabotagesicheren Teilnehmerkennung ausgestattet sein, und die Zentrale muss eine Datenbank über die jeweilig zulässigen Höchstgeschwindigkeiten aufweisen.

Alternativ ist es auch möglich, dass die Auswertungen in Form von z.B. Weg-Zeit-Diagrammen zunächst gespeichert werden und ein Vergleich mit zulässigen Höchstgeschwindigkeiten, ebenso wie eine Abrechnung bzw. Information des Fahrers des überwachten Kraftfahrzeugs, gesammelt z.B. jeweils am Monatsende erfolgen.

Durch eine derartige Geschwindigkeitsüberwachung kann eine aufwendige Wartung herkömmlicher stationärer und/oder mobiler Anlagen entfallen, und die dadurch frei werdende personelle Kapazität ist für sinnvollere Zwecke einsetzbar.

Ganz besonders vorteilhaft ist mit dem erfindungsgemäßen Mobilgerät und dem Betriebsverfahren hierfür auch eine zentrale Mauterfassung möglich, die nachstehend beschrieben ist.

Analog zu der vorstehend beschriebenen zentralen Geschwindigkeitsüberwachung wird ein zu überwachendes Kraftfahrzeug mit einem Mobilgerät mit Teilnehmerkennung ausgestattet. Für im Inland betriebene Kraftfahrzeuge kann die Ausstattung mit dem erfindungsgemäßen Mobilgerät bereits ab Werk erfolgen; eine einfache Nachrüstung ist ebenso möglich.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Mautsystemen wie z.B. dem unter der Bezeichnung „Toll Collect" vertriebenen Mautsystem ist das erfindungsgemäße Mobilgerät ebenso einfach wie ein Mobiltelefon in das zu überwachende Kraftfahrzeug „einbaubar":
eine entsprechende Halterung und ggf. ein Anschluss zur Stromversorgung reichen aus. Es ist keine Anbringung einer GPS-Antenne oder weiterer Komponenten wie z.B. separater Bordgeräte erforderlich.

Dieser einfache Einbau ermöglicht auch die Ausstattung ausländischer Fahrzeuge z.B. direkt an einer Landesgrenze mit wenigen Handgriffen z.B. im Rahmen einer üblichen Zollkontrolle.

Nach dem Einbau nimmt das Mobilgerät wie beschrieben periodisch Umweltdaten auf und sendet diese an eine Mautzentrale, welche eine Datenbank zur Positionsbestimmung des Mobilgeräts aufweist. In der Mautzentrale wird eine Fahrstrecke des überwachten Kraftfahrzeugs gespeichert und z.B. bei Verlassen des Landes oder auch zu vorgegebenen Zeiten ausgewertet und auf dieser Basis werden fällige Mautgebühren berechnet, die u.U. direkt elektronisch an den Betreiber des Kraftfahrzeugs weitergeleitet werden können.

Das erfindungsgemäße Mobilgerät ermöglicht somit eine im Vergleich zu herkömmlichen Systemen wie z.B. Toll Collect eine weitaus einfachere Mautgebührenermittlung und kostengünstigere Mobilgeräte, die keinen Satellitenempfang benötigen und auch keine lokal gespeicherte Landkarte aufweisen müssen, weil der Hauptteil der Datenverarbeitung in der Zentrale durchgeführt wird.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Mobilgeräts besteht in der Bereitstellung eines Taxidienstes, der aufgrund von dem Mobilgerät an eine Zentrale bzw. deren Datenbank übertragenen Umweltdaten den Standort des Mobilgeräts bzw. dessen Nutzers automatisch ermitteln kann. Auf diese Weise kann der Nutzer des Mobilgeräts ein Taxi rufen, ohne zuerst umständlich seine Position durchzugeben bzw. zu ermitteln, was insbesondere an unbekannten Orten wie z.B. fremden Großstädten eine sinnvolle Erleichterung bietet.

Ein weiteres Einsatzfeld für das erfindungsgemäße Mobilgerät ist das Flottenmanagement, bei dem eine Vielzahl von Fahrzeugen z.B. eines Speditionsunternehmens oder eines Kurierdienstes auf ihre aktuelle Position überwacht und dementsprechend gesteuert werden müssen.

Für das Flottenmanagement sind aus dem Stand der Technik Verfahren bekannt, bei denen die Kraftfahrzeuge jeweils eigene Satellitenantennen aufweisen und dementsprechend hohe Anschaffungskosten für derartige Fahrzeuge erforderlich sind.

Anstelle solcher Lösungen kann jedes Fahrzeug der Flotte mit dem erfindungsgemäßen Mobilgerät ausgestattet werden, das die von ihm aufgenommenen Umweltdaten beispielsweise direkt an eine hierfür eigens vorgesehene Leitstelle für die Fahrzeugflotte überträgt. In der Leitstelle wird wiederum die Position des Fahrzeugs bestimmt und entsprechende Anweisungen sind an das Fahrzeug bzw. an andere Fahrzeuge übertragbar.

Die Übertragung der Daten von dem Mobilgerät zu der jeweiligen Zentrale kann bei sämtlichen vorstehend genannten Beispielen durch ein vorzugsweise in das Mobilgerät integriertes Mobiltelefon erfolgen. Hierzu kann jeweils eine übliche Telefonverbindung verwendet werden. Alternativ ist es auch möglich, die Umweltdaten beispielsweise über spezielle Signalisierkanäle des jeweiligen Mobilfunknetzes zu übertragen.

Zur Nutzung verschiedener Zentralen können diese jeweils mit einer eigenen Telefonnummer ausgestattet sein, unter der sie für das jeweilige Mobilgerät erreichbar sind.

Damit ist es auch möglich, das erfindungsgemäße Mobilgerät in Gebieten ohne spezielle Infrastruktur einzusetzen. Die Übertragung der Umweltdaten wird wie ein normaler Telefonanruf zur Zentrale durchgeführt, was aufgrund von zahlreichen Roaming-Abkommen zwischen verschiedenen Mobilfunkbetreibern nahezu weltweit möglich ist.

Bei einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Mobilgeräts werden aufgenommene Umweltdaten erst dann an eine Datenbank bzw. Zentrale übertragen, wenn eine Speicherbelegung des dafür vorgesehenen Speichers einen vorgebbaren Wert erreicht hat. Damit ist die Anzahl der Datenübertragungen mit der Zentrale reduzierbar.

Besonders vorteilhaft werden die Umweltdaten gemäß einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung im Mobilgerät komprimiert und/oder einer ersten Verarbeitung unterzogen, um eine an die Zentrale zu übertragende Datenmenge zu reduzieren.

Eine weitere sehr vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mobilgeräts ist dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger, vorzugsweise in Abhängigkeit von durch eine Zentrale bereitgestellten Informationen, hinsichtlich einer Bandmittenfrequenz und/oder einer Bandbreite und/oder weiterer Parameter einstellbar ist.

Dadurch ist es möglich, den Empfänger jeweils auf interessierende Signale einzustellen. Beispielsweise weist die Zentrale bzw. die Datenbank neben den bisher beschriebenen Informationen für jede Ortsinformation auch eine Reihe von Parametern auf, die zur Steuerung eines Empfängers des Mobilgeräts verwendbar sind. Z.B. kann es sich hierbei um Informationen über einen Frequenzbereich handeln, den das Mobilgerät bzw. dessen Empfänger einstellen sollte, wenn das Mobilgerät in ein benachbartes Mobilfunknetz bewegt wird.

Die Speicherung solcher Informationen in der Zentrale ermöglicht einen sehr einfachen und kostengünstigen Aufbau des Empfängers.

Neben der Verwendung mehrerer Empfänger in dem Mobilgerät ist es auch möglich, einen Empfänger vorzusehen, der periodisch die interessierenden Frequenzbereiche scannt und damit ebenfalls eine den bereits beschriebenen Empfangsspektren entsprechende Information bereitstellen kann.

Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mobilgeräts ist der Empfänger zum Empfang von elektromagnetischen Wellen bzw. Feldern von Freileitungen und/oder Oberleitungen von Eisenbahnen und dergleichen geeignet, wodurch eine weitere Verfeinerung von Ortsinformationen möglich ist.

Alternativ zu einer zentralen Datenbank ist es auch möglich, eine lokale, d.h. beispielsweise in dem Mobilgerät integrierte Datenbank mit Umweltdaten und zugehörigen Ortsinformationen vorzusehen.

Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Betriebsverfahren für ein Mobilgerät zur Standortbestimmung gemäß Anspruch 15 angegeben.

Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Mobilgerät und das Betriebsverfahren auch dazu einsetzbar, einen Funkzellenwechsel eines Mobiltelefons zu steuern.

Eine noch genauere Standortbestimmung des Mobilgeräts ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung mittels Extrapolation möglich.

Sehr vorteilhaft ist auch eine Weiterbildung der Erfindung, bei der eine Zentrale Steuerinformationen an das Mobilgerät sendet, z.B. um den Empfänger des Mobilgeräts zu steuern.

Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Speicher des Mobilgeräts gespeicherte Umweltdaten vorzugsweise zyklisch mit neu aufgenommenen Umweltdaten überschrieben werden, wobei jeweils die ältesten in dem Speicher gespeicherten Umweltdaten zuerst von den neu aufgenommenen Umweltdaten überschrieben werden.

Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, von einem global positioning system (GPS)-Empfänger ermittelte Ortsinformationen als Referenz-Ortsinformationen zu verwenden. Der GPS-Empfänger kann auch in das erfindungsgemäße Mobilgerät oder in ein Mobiltelefon integriert werden, das seinerseits das die Funktionalität des erfindungsgemäßen Mobilgeräts bereitstellt.

Besonders vorteilhaft werden die von dem global positioning system (GPS)-Empfänger ermittelten Ortsinformationen bei einer weiteren Verfahrensvariante automatisch unter vorgebbaren Bedingungen und/oder periodisch gespeichert und/oder als Referenz-Ortsinformationen verwendet.

Als noch eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein System zur Standortbestimmung gemäß Anspruch 28 angegeben.

Weitere Vorteile, Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind nachfolgend in der Figurenbeschreibung mit Bezug auf die Zeichnung dargestellt, wobei
1a eine räumliche Verteilung von Funkzellen eines Mobilfunknet
1b den Mobilfunksendern aus 1a zugeordnete Empfangspegel
1c ein erfindungsgemäß erhaltenes Empfangsspektrum an einem ersten Ort zeigt,
1d ein erfindungsgemäß erhaltenes Empfangsspektrum an einem zweiten Ort zeigt,
2 ein schematisches Blockschaltbild einer
3 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zur Standortbestimmung zeigt,
4a ein Mobilfunkszenario aus dem Stand der Technik zeigt,
4b das Mobilfunkszenario aus 4a unter Verwendung einer Ausführungsform der Erfindung zeigt,
5a eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt,
5b noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt,
6 eine Ausführungsform der Erfindung mit mehreren Zentralen z
1a zeigt schematisch eine räumliche Verteilung von Funkzellen eines Mobilfunknetzes, die jeweils durch Kreise symbolisiert sind. Durch eine Ziffer 1 bis 7 im Zentrum eines Kreises ist eine Frequenz angegeben, welche in der Funkzelle verwendet wird. Wie aus 1a ersichtlich, arbeiten direkt benachbarte Funkzellen jeweils mit unterschiedlichen Frequenzen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Den Funkzellen sind in 1a nicht abgebildete Mobilfunksender zugeordnet.
Gleiche Frequenzen werden nur in solchen Funkzellen verwendet, die hinreichend weit voneinander entfernt sind, so dass eine gegenseitige Störung auf der betreffenden Frequenz ausgeschlossen ist. Bei der Verwendung von sieben verschiedenen Frequenzen, wie in 1a abgebildet, sind zwei Funkzellen mit derselben Frequenz durchschnittlich etwa fünf Funkzellradien voneinander entfernt.
In 1b sind die zu den in 1a abgebildeten Funkzellen gehörenden Mobilfunksender abgebildet, die in Abhängigkeit der von ihnen verwendeten Frequenz ebenfalls mit den Bezugszeichen 1 bis 7 gekennzeichnet sind. Zusätzlich ist in 1b ein Weg 100 eingezeichnet, entlang dessen sich ein erfindungsgemäßes Mobilgerät 10 (vgl. 2) bewegen kann.
Das Mobilgerät 10 nimmt periodisch Umweltdaten in Form der von den Mobilfunksendern 1 bis 7 (1b) ausgesandten Signale auf und bildet aus diesen Signalen Empfangsspektren, wie sie beispielhaft und nicht maßstabsgerecht in 1c, 1d abgebildet sind. Die Empfangsspektren geben eine spektrale Verteilung einer vom Mobilgerät 10 empfangenen elektrischen Leistung an, wobei im vorliegenden Fall speziell die sieben erwähnten Frequenzen bzw. Frequenzbereiche 1 bis 7 unterschieden werden, die auf der Abszisse des gezeigten Diagramms angeordnet sind.
1c zeigt hierbei ein Empfangsspektrum, wie es an einem Ort o_1 aus 1b von dem Mobilgerät 10 aufgenommen wird. Entsprechend der räumlichen Nähe des Ortes o_1 zu den Mobilfunksendern 1 und 3 weist das Empfangsspektrum nach 1c bei den Frequenzen 1 und 3 die stärksten Signale auf, während das bei Frequenz 7 empfangene Signal vom Ort o_1 aus gesehen am schwächsten ist.
1d zeigt ein anderes Empfangsspektrum, wie es von dem Mobilgerät 10 (2) z.B. an einem Ort o_2 aus 1b aufgenommen wird. Entsprechend der räumlichen Nähe des Ortes o_2 zu den Mobilfunksendern 1 und 3 weist auch das Empfangsspektrum nach 1d bei den Frequenzen 1 und 3 die stärksten Signale auf, während beispielsweise das bei Frequenz 7 empfangene Signal vom Ort o_2 aus gesehen nicht mehr das schwächste Signal darstellt, weil sich der Ort o_2 im Gegensatz zum Ort o_1 näher am Mobilfunksender 7 befindet.
Die in 1c, 1d abgebildeten Empfangsspektren können zur weiteren Auswertung wie in 1b angedeutet auch als Spaltenvektoren v_1, v_2 dargestellt werden, wobei die Komponenten der Spaltenvektoren v_1, v_2 die Frequenzen bzw. Mobilfunksender ihrer empfangenen elektrischen Leistung nach in absteigender Reihenfolge geordnet enthalten. Das bedeutet, dass das stärkste Signal die erste Komponente des Spaltenvektors angibt und das schwächste Signal die letzte Komponente.
Wie aus 1b ersichtlich kann auf diese Weise für jeden Ort des Weges 100 ein entsprechender Spaltenvektor gebildet werden, der sich jeweils von allen anderen Spaltenvektoren unterscheidet. Damit ist es möglich, den Spaltenvektoren, und damit auch den zugehörigen Empfangsspektren bzw. den vom Mobilgerät 10 aufgenommenen Umweltdaten eindeutig einen Ort z.B. entlang des Weges 100 zuzuordnen.
Erfindungsgemäß ist mindestens eine auch als Ortungszentrale bezeichnete Zentrale Z_1, vgl. 3, vorgesehen, die eine Datenbank D aufweist. Die Datenbank D enthält für eine Vielzahl von Orten, u.a. auch für die Orte o_1, o_2 aus 1b, Empfangsspektren gem. 1c, 1d und/oder daraus abgeleitete Spaltenvektoren v_1, v_2 (1b) oder sonstige Informationen, die die von dem Mobilgerät 10 an den jeweiligen Orten aufnehmbaren Umweltdaten repräsentieren.
Neben den die Umweltdaten betreffenden Informationen enthält die Datenbank D (3) der Ortungszentrale Z_1 noch Ortsinformationen, d.h. z.B. Informationen über eine geographische Länge bzw. Breite oder sonstige Ortsinformationen, die eine eindeutige Standortangabe ermöglichen. Diese Ortsinformationen sind dabei in der Weise mit den ebenfalls in der Datenbank D gespeicherten Umweltdaten bzw. Spaltenvektoren oder dergleichen verknüpft, dass aufgrund vorgegebener Umweltdaten ein Standort bestimmbar ist, an dem diese Umweltdaten, beispielsweise ein spezieller Spaltenvektor oder ein Empfangsspektrum, ermittelbar ist.
Mit den in der Datenbank D enthaltenen Informationen ist es daher möglich, ausgehend von bekannten Umweltdaten einen Standort zu bestimmen, an dem diese Umweltdaten messbar sind.
Auf diese Weise ist das Mobilgerät 10 bzw. dessen Benutzer in der Lage, mittels von dem Mobilgerät 10 aufgenommener Umweltdaten eine Standortbestimmung durchzuführen. Hierzu nimmt das Mobilgerät 10 vorzugsweise periodisch Umweltdaten auf. Solche Umweltdaten sind im vorliegenden Fall elektromagnetische Wellen, die den von den Mobilfunksendern 1 bis 7 (1b) ausgesandten Signalen entsprechen.
Diese ortsabhängigen Umweltdaten werden, wie vorstehend beschrieben, als Empfangsspektrum oder auch als Spaltenvektor oder dergleichen, vorzugsweise temporär in einem Speicher 30 des in 2 schematisch dargestellten Mobilgeräts 10 gespeichert.
Wie aus 2 ersichtlich, weist das Mobilgerät 10 neben dem Speicher 30 auch einen Empfänger 20 auf, der zur Aufnahme elektromagnetischer Wellen als Umweltdaten entsprechend ausgebildet ist. Falls weitere Umweltdaten aufzunehmen sind, können weitere Empfänger 20 in dem Mobilgerät 10 vorgesehen sein, welche mit entsprechenden Sensoren ausgestattet sind.
Zur Aufnahme elektromagnetischer Wellen weist der Empfänger 20 eine einstellbare Bandmittenfrequenz und/oder Bandbreite auf sowie einen steuerbaren Eingangsabschwächer und/oder Eingangsverstärker, mit dem ein zu empfangendes Signal verstärkt oder abgeschwächt werden kann.
Der Empfänger 20 ist mittels einem Bussystem 10a mit dem Speicher 30 sowie einer Datenverarbeitungseinrichtung 50 verbunden, die u.a. vom Empfänger 20 aufgenommene Umweltdaten verarbeiten und den Speicher 30 verwalten kann. Die Datenverarbeitungseinrichtung 50 ist beispielsweise auch dazu vorgesehen, die aufgenommenen Umweltdaten zu Empfangsspektren und/oder zu den beschriebenen Spaltenvektoren zu verarbeiten.
Insgesamt können die Komponenten des Mobilgeräts 10 beispielsweise durch einen einzigen kundenspezifischen bzw. anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) realisiert sein, der in einem herkömmlichen Mobiltelefon integrierbar ist.
Die Komponenten des Mobilgeräts 10 können gemäß einer weiteren Ausführungsform auch in einem bereits vorhandenen Prozessor eines Mobiltelefons, z.B. in einem digitalen Signalprozessor (DSP), realisiert sein, wobei ein noch geringerer Platzbedarf in dem Mobiltelefon für die zusätzliche Funktionalität des erfindungsgemäßen Mobilgeräts anfällt.
Bei beiden Varianten können in dem Mobiltelefon vorhandene Antennen bzw. Antennensysteme sowie Hochfrequenzschaltungen zu deren Ansteuerung durch den bzw. die Empfänger 20 des Mobilgeräts 10 mitbenutzt werden, um den schaltungstechnischen Aufwand des/der Empfänger 20 gering zu halten.
Falls weitere Empfänger, z.B. für andere Frequenzbereiche elektromagnetischer Wellen, wie z.B. für den Empfang von Mittel- oder Langwellen, verwendet werden, sind hierfür entsprechende Antennen vorzusehen, die mittels herkömmlicher Verfahren unter Verwendung von z.B. Ferriten ebenfalls sehr kleinbauend ausgelegt werden können.
Der bzw. die Empfänger können bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung – bis auf die Antenne – auch gänzlich durch Mittel zur digitalen Signalverarbeitung realisiert werden. Beispielsweise wird hierzu einem DSP ein mittels einer Antenne empfangenes Signal zugeführt, das in dem DPS einer Fouriertransformation unterzogen wird, beispielsweise unter Verwendung bekannter FFT (fast fourier transform)-Algorithmen. Als Ergebnis der Fouriertransformation liegt direkt das bereits oben beschriebene Empfangsspektrum, vgl. 1c, 1d vor, das an die Zentrale Z_1 übertragbar ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Empfänger 20 auch als sog. scannender Empfänger betrieben werden, der im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Varianten stets nur einen sehr kleinen Frequenzbereich auswertet, der jedoch fortlaufend zeitlich verändert wird, so dass effektiv wiederum ein größerer Frequenzbereich betrachtet wird.
Sobald eine Standortbestimmung des Mobilgeräts 10 erwünscht ist, sendet das Mobilgerät 10 mittels einer Übertragungseinrichtung 40 die im Speicher 30 gespeicherten oder momentan aufgenommenen Umweltdaten an die Zentrale Z_1 (3).
In der Zentrale Z_1 wird anhand der vom Mobilgerät 10 gesendeten Umweltdaten ein momentaner Standort des Mobilgeräts 10 ermittelt und an das Mobilgerät 10 übertragen, so dass der momentane Standort des Mobilgeräts 10 auch in diesem bekannt bzw. für einen Benutzer abrufbar ist.
Falls zufällig zeitgleich weitere (nicht gezeigte) Mobilgeräte an demselben Standort ebenfalls ihre Umweltdaten an die Zentrale Z_1 senden, kann diesen weiteren Mobilgeräten dieselbe Ortsinformation übermittelt werden.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Mobilgerät 10 als Mobiltelefon ausgebildet. In diesem Fall kann der Datenaustausch mit der Zentrale Z_1 beispielsweise in Form eines Telefonanrufs an die Zentrale Z_1 erfolgen, der über eine Basisstation BS (3) des verwendeten Mobilfunknetzes und ein sog. mobile switching center MSC an die Zentrale Z_1 weitergeleitet wird.
Weitere Zentralen Z, die neben der Standortbestimmung z.B. andere ortsabhängige Dienste anbieten können, sind auf dieselbe Weise erreichbar.
Anstelle einer herkömmlichen Telefonverbindung ist ein Datenaustausch mit der Zentrale Z_1 z.B. auch über einen Signalisierkanal des Mobilfunknetzes denkbar. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, die im Mobilgerät 10 aufgenommenen Umweltdaten periodisch an die Zentrale Z_1 zu übertragen.
Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Möglichkeit zur Standortbestimmung kann bei einem weiteren, anhand der 4a und 4b beschriebenen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorteilhaft dazu benutzt werden, um einen Wechsel eines sich im Raum bewegenden Mobiltelefons von einer Funkzelle in eine andere Funkzelle zu steuern bzw. zu unterstützen. Solch ein Funkzellenwechsel bzw. eine damit verbundene Prozedur wird auch als handover bezeichnet.
In 4a ist eine Basisstation BS eines Mobilfunknetzes dargestellt, die an einen sog. mobile switching center MSC angeschlossen ist und zur funkbasierten Kommunikation mit Mobiltelefonen (nicht gezeigt) ausgelegt ist.
Ebenfalls in 4a dargestellt ist ein Gebäudekomplex 200, der einen Innenbereich 200a aufweist, welcher aufgrund seiner Lage in dem Gebäudekomplex 200 verhältnismäßig stark von einem Signal der außerhalb des Gebäudekomplexes angeordneten Basisstation BS abgeschirmt ist. Aufgrund dessen muss die Basisstation BS in 4a mit einer großen Sendeleistung P1 arbeiten, um auch den Innenbereich 200a des Gebäudekomplexes 200 mit einem hinreichend starken Funksignal zu versorgen.
Umgekehrt muss ein in dem Innenbereich 200a befindliches Mobiltelefon (nicht gezeigt) seinerseits mit einer verhältnismäßig hohen Sendeleistung betrieben werden, was zur Vermeidung unnötiger Belastung insbesondere des Benutzers des Mobiltelefons und der Umwelt mit elektromagnetischen Wellen unerwünscht ist.
Bei einer Kombination des erfindungsgemäßen Mobilgeräts 10 mit einem Mobiltelefon kann die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Standortbestimmung dazu verwendet werden, einen Funkzellenwechsel zu steuern. In 4b sind dazu beispielhaft zwei Basisstationen BS, BS' vorgesehen, welche jeweils eine eigene Funkzelle (nicht gezeigt) um sich herum bilden. Die Basisstation BS befindet sich dabei wie bereits in 4a gezeigt außerhalb des Gebäudekomplexes 200, wird gemäß 4b nunmehr jedoch mit einer Sendeleistung P2 betrieben, die kleiner ist als die Sendeleistung P1. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Basisstation BS nicht mehr den Innenbereich 200a versorgen muss, der gemäß 4b eine eigene Basisstation BS' mit zugehöriger Funkzelle aufweist.
Auf diese Weise ist es möglich, beide Basisstationen BS, BS' mit einer deutlich geringeren Sendeleistung zu betreiben.
Sobald das Mobiltelefon mit dem erfindungsgemäßen Mobilgerät 10 (nicht gezeigt) in den Gebäudekomplex 200 verbracht wird, nimmt das Mobilgerät 10 veränderte Umweltdaten wahr, die auf ein nur im Innenbereich 200a empfangbares Signal der Frequenz 8 zurückzuführen sind. Die Frequenz 8 rührt von der zusätzlichen Basisstation BS' zur Versorgung des Innenbereichs 200a her und dient unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gleichzeitig als Indikator für die der Basisstation BS' zugeordnete Funkzelle, so dass beim Verbringen des Mobilgeräts 10 bzw. des damit kombinierten Mobiltelefons in den Innenbereich 200a ein Funkzellenwechsel (handover) einleitbar ist.
Dazu führt das Mobilgerät 10 einen üblichen Datenaustausch mit einer nicht in 4b gezeigten Zentrale durch, die beispielsweise auch in dem mobile switching center MSC angeordnet sein kann, woraufhin aufgrund des Signals mit der Frequenz 8 die neue gebäudeinterne Funkzelle erkannt wird und entsprechende Steuerinformationen für den Funkzellenwechsel von der Zentrale an die Basisstationen BS, BS' abgebbar sind.
Auf diese Weise wird die Funkzelle der Basisstation BS hinsichtlich ihrer Verkehrskapazität entlastet und gleichzeitig bei einer geringeren Sendeleistung P2 betrieben.
Eine Steuerung des Funkzellenwechsels mit dem erfindungsgemäßen Mobilgerät kann generell auch bei benachbarten Funkzellen durchgeführt werden, die beide außerhalb oder auch innerhalb eines Gebäudes liegen können.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist nachfolgend anhand 5a näher beschrieben. Als vom Mobilgerät 10 aufzunehmende Umweltdaten werden hierbei wiederum die Signale verschiedener Mobilfunksender A, B, C, D, E, F, G verwendet, die jeweils eine unterschiedliche, ebenfalls mit den Bezugszeichen A bis G bezeichnete Frequenz aufweisen.
Das als Umweltdaten betrachtete Frequenzband ist in 5a unten schematisch dargestellt und erstreckt sich von einer unteren Grenzfrequenz f_u bis zu einer oberen Grenzfrequenz f_o, wobei das Frequenzband durch die sieben Frequenzen A bis G in etwa gleich breite Teilfrequenzbänder eingeteilt wird.
Bei der Ausführungsform gemäß der 5a wird eine im Mobilgerät 10 (2) ermittelte Empfangsleistung der Signale der Mobilfunksender A bis G binär mit 3 bit je Codewort codiert. Bei dieser Codierung ergibt sich für den Ort o_1 ein Empfangsspektrum E1 und für den Ort o_2 ein Empfangsspektrum E2 gemäß der nachstehenden Tabelle:
Die derart codierten Empfangsspektren sind wie bereits beschrieben an die Zentraleinheit Z_1 übertragbar, wo die erfindungsgemäße Ortsbestimmung durchgeführt werden kann.
5b zeigt ein weiteres Szenario unter Verwendung des erfindungsgemäßen Mobilgeräts 10, bei dem zwei Sender S1, S2 jeweils ein Signal ausstrahlen, welches in einem Empfänger 20 des Mobilgeräts (2) auf einen Maximalwert normiert wird.
Beispielsweise wird das Signal des Senders S1 auf seinen Maximalwert normiert, so dass das normierte Signal S1' – in Abhängigkeit einer Entfernung des Mobilgeräts von dem Sender S1 – Werte zwischen 0 und 1 annimmt, wie durch die Skalierung der linken Ordinate in 5b angedeutet ist.
Das Signal des Senders S2 wird ebenso auf seinen Maximalwert normiert, wodurch ein normiertes Signal S2' erhalten wird.
Ein sich beispielhaft entlang der x-Achse bewegendes Mobilgerät 10 (nicht gezeigt) wird die Signale der Sender S1, S2 je nach Standort unterschiedlich stark empfangen, so dass sich in Abhängigkeit des Weges x die in 5b gezeigten Werte für die normierten Signale S1', S2' im Mobilgerät 10 einstellen.
Wie in 5b unten gezeigt, werden bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel 2 bit große Codeworte zu Darstellung der normierten Signal S1', S2' verwendet, die je nach einem betrachtetem Abschnitt längs des Weges x unterschiedliche Werte zwischen 00 binär und 11 binär annehmen.
Die im Mobilgerät 10 gemäß 5b erhaltenen und codierten Werte sind, wie bereits mehrfach beschrieben, an die Zentrale Z_1 übertragbar, wo anhand der Werte eine Positionsbestimmung des Mobilgeräts durchführbar ist.
Generell können im Mobilgerät 10 empfangene Signale durch einen steuerbaren Abschwächer (nicht gezeigt) so gedämpft werden, dass sie einen erwünschten Signalpegel aufweisen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich das Mobilgerät 10 in unmittelbarer Nähe zu einem ersten Sender befindet, wohingegen andere zu empfangende Sender weiter entfernt sind.
6 zeigt ein erfindungsgemäßes System 300 zur Standortbestimmung, bei dem das Mobilgerät 10 einen Datenaustausch mit verschiedenen Zentralen Z_1, Z_2, Z_3, Z_4, Z_5, Z_6 durchführen kann.
Die Zentrale Z_1 stellt hierbei die bereits unter Bezug auf 3 beschriebene Ortungszentrale dar, welche zur Bestimmung des Standorts des Mobilgeräts 10 verwendet wird.
Bei der Zentrale Z_2 handelt es sich um eine von der Polizei betriebene Zentrale, die erfindungsgemäß zur allgemeinen Verkehrsüberwachung eingesetzt wird.
Sich im öffentlichen Straßenverkehr bewegende Objekte werden hierzu mit einem erfindungsgemäßen Mobilgerät 10 ausgestattet, welches zusätzlich eine elektronische Identität erhält, die beispielsweise an einen Halter eines Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, so dass dass betreffende Mobilgerät 10 eindeutig einer Person zugeordnet werden kann.
Das Mobilgerät 10 erfasst periodisch Umweltdaten und sendet diese an die Verkehrsüberwachungszentrale Z_2, wo sie zunächst gespeichert und/oder ausgewertet werden. Im Rahmen der Auswertung wird – wie auch in der Zentrale Z_1 – periodisch der Standort des Mobilgeräts 10 und damit auch beispielsweise des mit dem Mobilgerät 10 ausgestatteten Kraftfahrzeugs ermittelt. Bei dieser Auswertung ist auch ein Weg-Zeit-Diagramm des Kraftfahrzeugs anfertigbar, das eine Information darüber gibt, welche Strecke das Kraftfahrzeug in welcher Zeit zurückgelegt hat. Bei hinreichend großer zeitlicher Auflösung der Standortbestimmungen des Kraftfahrzeugs ist hiermit eine zentrale Geschwindigkeitsüberwachung des Kraftfahrzeugs durchführbar. Zur Auswertung weist eine in der Zentrale Z_2 vorhandene Datenbank auch Informationen über Geschwindigkeitslimits und weitere Daten des Straßennetzes auf, wie z.B. Informationen über Einbahnstraßen und Fußgängerzonen oder auch Halteverbotszonen. In Verbindung mit der erfindungsgemäßen Standortbestimmung des Kraftfahrzeugs ist damit eine sehr effiziente Verkehrskontrolle möglich.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Überwachungsmaßnahmen, welche üblicherweise einen aufwendigen und teuren Personeneinsatz vor Ort erfordern, kann mit der erfindungsgemäßen Zentrale Z_2 zur Verkehrsüberwachung eine zentrale und damit effiziente Überwachung realisiert werden.
Die Ermittlung von Bußgeldern und eine entsprechende Benachrichtigung der Fahrzeughalter ist mit dem angegebenen System 300 ebenfalls automatisierbar. Darüber hinaus erfordert eine derartige Verkehrsüberwachung keine teuren und dennoch verhältnismäßig empfindlichen Geräte zur Geschwindigkeitsmessung, wie sie momentan im Einsatz sind.
Ferner ist es bei Ausstattung aller Kraftfahrzeuge mit dem erfindungsgemäßen Mobilgerät 10 möglich, Unfallzeugen und/oder beispielsweise der Fahrerflucht verdächtigte Personen durch Auswertung gespeicherter Umweltdaten ausfindig zu machen.
Die Zentrale Z_3 weist analog zu den Zentralen Z_1 und Z_2 die erfindungsgemäße Funktionalität zur Standortbestimmung des Mobilgeräts 10 auf. Darüberhinaus ist die Zentrale Z_3 als Mautzentrale ausgebildet, die zur Überwachung der von einem Fahrzeug zurückgelegten Strecke, insbesondere z.B. auf Bundesautobahnen, vorgesehen ist.
Wie bei der bereits beschriebenen Verkehrsüberwachung werden die an dem Mautsystem teilnehmenden Kraftfahrzeuge mit einem Mobilgerät 10 mit elektronischer Identität ausgestattet.
Die Mautzentrale Z_3 erfasst die von den Kraftfahrzeugen gefahrenen Strecken und berechnet sich daraus ergebende Mautgebühren. Hierzu weist die Mautzentrale Z_3 bzw. deren Datenbank Informationen über die jeweiligen Kraftfahrzeuge, insbesondere Informationen über deren Gewicht, Achszahl, Schadstoffklasse und dergleichen auf.
Im Gegensatz zu bestehenden z.B. satellitengestützten Systemen wie Toll Collect benötigt das erfindungsgemäße Mobilgerät 10 verhältnismäßig wenig „Eigenintelligenz", weil die gesamte Auswertung betreffend den Standort des Mobilgeräts 10 sowie weitere Berechnungen in einer Zentrale durchgeführt werden. Dadurch ist das Mobilgerät 10 besonders günstig herstellbar und beispielsweise in ein handelsübliches Mobiltelefon integrierbar. Ferner ergibt sich aufgrund des einfachen Aufbaus des Mobilgeräts 10 eine geringere Fehleranfälligkeit als bei komplexeren Systemen.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Mobilgeräts 10 und des Betriebsverfahrens hierzu ist bei der als Taxizentrale ausgebildeten Zentrale Z_4 gegeben. Die Taxizentrale Z_4 kann den momentanen Standort des Mobilgeräts 10 wie beschrieben ermitteln und ein Taxi an diesen Standort schicken, ohne dass ein Benutzer des Mobilgeräts 10 zunächst seinen Standort angeben müsste. Die Beauftragung der Taxizentrale Z_4 kann hierbei durch Anwahl einer bestimmten Telefonnummer eines mit dem Mobilgerät 10 kombinierten Mobiltelefons erfolgen, woraufhin von dem Mobilgerät 10 aufgenommene Umweltdaten vorzugsweise automatisch an die Taxizentrale Z_4 übermittelt werden.
Eine weitere sehr vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit der Erfindung ist im Bereich des Flottenmanagements von z.B. Speditionen oder Kundendienstbetreibern gegeben, was in 6 durch die Zentralen Z_5, Z_6 symbolisiert ist.
Generell ist auch ein Datenaustausch zwischen verschiedenen Zentralen Z_1 ..., Z_6 bzw. deren Datenbanken D möglich, so dass beispielsweise die Ortungszentrale Z_1 stets zur Standortbestimmung des Mobilgeräts 10 verwendet wird und nur die darauf aufbauenden Dienste wie z.B. die Verkehrsüberwachung oder ein Mautsystem in separaten Zentralen realisiert sind.
Auf diese Weise kann z.B. ein Mobilfunknetzbetreiber die Dienste der ebenfalls von ihm betriebenen Ortungszentrale an weitere Dienstanbieter verkaufen, welche ihrerseits auf der Standortbestimmung aufbauende Dienste anbieten.
Die von dem Mobilgerät 10 aufgenommenen Umweltdaten können beispielsweise auch zur Feststellung einer Funkabdeckung durch ein bestimmtes Mobilfunknetz verwendet werden.
Ein weiterer Anwendungsbereich der Erfindung ergibt sich auf dem Gebiet der Fertigungsautomatisierung, wo z.B. fahrerlose Transportsysteme mit dem Mobilgerät 10 ausgestattet sind und Signale hierfür vorgesehener Sender empfangen. Die Sender müssen in diesem Fall je nach der gewünschten Genauigkeit der Standortbestimmung aufgestellt werden und können beispielsweise auch durch eine die Standortbestimmung durchführende Zentrale gesteuert werden. Eine Datenübertragung zwischen dem Mobilgerät 10 und der Zentrale kann anstelle eines Mobilfunknetzes auch z.B. durch WLAN- (wireless local area network) oder DECT- (digital enhanced cordless telephony) Systeme erfolgen. Die Datenbank der Zentrale kann mithilfe von Messfahrten aufgebaut werden, bei denen Empfangsspektren und Ortsinformationen erstmals ermittelt und dann in der Datenbank der Zentrale gespeichert werden.
Eine weitere Steigerung der Genauigkeit der Standortbestimmung bei der vorliegenden Erfindung ist durch eine Korrelation einer Vielzahl von Umweltdaten möglich, die jeweils für betrachtete Standorte von vielen Mobilgeräten 10 aufgenommen und an eine Zentrale gesendet werden.
Ebenso ist eine Verwendung von stationären Mobilgeräten an wichtigen Orten denkbar. Diese stationären Mobilgeräte liefern dabei dauernd Umweltdaten von ihrem Standort an die Zentrale. Auf dieser Basis ermittelte Umweltdaten bzw. zugehörige Ortsinformationen sind gut als Ausgangswerte für eine Extrapolation von Standorten bewegter Mobilgeräte verwendbar, weil durch die permanente Aufzeichnung der Umweltdaten an den betreffenden Standorten und deren statistische Auswertung, bspw. durch Korrelation, besonders zuverlässige Daten erhalten werden.
Die elektrischen Felder von Freileitungen bzw. Oberleitungen von Bahnstromsystemen oder von bekannten Richtfunkstrecken können ebenfalls als Umweltdaten aufgenommen und für eine Steigerung der Genauigkeit der Standortbestimmung verwendet werden.
Charakteristische Änderungen von Empfangsspektren z.B. beim Hineinfahren in einen Tunnel sind ebenfalls besonders zweckmäßig zur Standortbestimmung.
Zur Verifizierung bzw. Ergänzung der erfindungsgemäß aufgenommenen Umweltdaten bzw. der entsprechenden damit ermittelten Standortinformation ist auch eine Kopplung des in einem Kraftfahrzeug eingebauten Mobilgeräts 10 mit z.B. einem Steuergerät für ein Bremssystem oder sonstigen Fahrzeugsystemen des Kraftfahrzeugs möglich, wodurch beispielsweise Drehzahlsignale der Fahrzeugräder unterstützend ausgewertet werden können.
Ein weiteres Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Realisierung einer zuverlässigen Diebstahlerkennung- bzw. sicherung z.B. für ein mit dem Mobilgerät 10 ausgestattetes Kraftfahrzeug.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Mobilgeräts ist nicht auf den Kraftfahrzeugbereich beschränkt. Es ist beispielsweise auch denkbar, Frachtgüter mit dem Mobilgerät zu versehen und deren momentanen Lagerort damit überwachbar zu machen. Auf diese Weise ist es zudem möglich, beispielsweise eine Temperatur des Frachtguts mit dem Mobilgerät aufzunehmen und an die Zentrale zu senden, so dass eine Lagertemperatur des Frachtguts permanent überwachbar ist.
Obwohl eine Anbringung des erfindungsgemäßen Mobilgeräts 10 beispielsweise in einem Kraftfahrzeug genauso einfach erfolgen kann wie bei einem herkömmlichen Mobiltelefon, d.h. durch eine Halterung und gegebenenfalls eine Stromversorgung aus dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs, ist es auch möglich, das erfindungsgemäße Mobilgerät versteckt und/oder vandalismussicher einzubauen, sodass eine einfache Deaktivierung des Mobilgeräts nicht möglich ist. Ein derartiger Einbau des Mobilgeräts ist insbesondere bei Verwendung des Mobilgeräts als Diebstahlwarnanlage zweckmäßig.
Ebenfalls zweckmäßig ist eine Stromversorgung des Mobilgeräts derart, dass ein Betrieb des Mobilgeräts sichergestellt ist, während die Zündung des Kraftfahrzeugs aktiviert ist.
Bei einer anderen sehr vorteilhaften Erfindungsvariante weist das Mobilgerät 10 einen eigenen global positioning system (GPS)-Empfänger auf, der beispielsweise in einer Datenverarbeitungseinrichtung 50 des Mobilgeräts 10 integrierbar oder zumindest mit dieser verbindbar ist. In diesem Fall ist das Mobilgerät 10 mit einer geeigneten Antenne für den GPS-Empfänger zu versehen oder mit einem entsprechenden Anschluss für eine solche Antenne.
Eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Speicher des Mobilgeräts gespeicherte Umweltdaten vorzugsweise zyklisch mit neu aufgenommenen Umweltdaten überschrieben werden, wobei jeweils die ältesten in dem Speicher gespeicherten Umweltdaten zuerst von den neu aufgenommenen Umweltdaten überschrieben werden.
Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, von einem global positioning system (GPS)-Empfänger ermittelte Ortsinformationen als Referenz-Ortsinformationen zu verwenden. Der GPS-Empfänger kann auch in das erfindungsgemäße Mobilgerät oder in ein Mobiltelefon integriert werden, das seinerseits das die Funktionalität des erfindungsgemäßen Mobilgeräts bereitstellt.
Besonders vorteilhaft werden die von dem global positioning system (GPS)-Empfänger ermittelten Ortsinformationen bei einer weiteren Verfahrensvariante automatisch unter vorgebbaren Bedingungen und/oder periodisch gespeichert und/oder als Referenz-Ortsinformationen verwendet.

Claims

Mobilgerät (10) zur Standortbestimmung, das einen Speicher (30) zur zumindest temporären Speicherung von mit dem Mobilgerät (10) aufgenommenen, vorzugsweise ortsabhängigen Umweltdaten aufweist, und das auf eine vorzugsweise zentrale Datenbank (D) zugreifen kann, die Umweltdaten und diesen Umweltdaten zugeordnete Ortsinformationen aufweist und/oder speichern kann.
Mobilgerät (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Übertragungseinrichtung (40) zur Datenübertragung mit der Datenbank (D) und/oder einer Zentrale (Z_1, Z_2, Z_3, Z_4, Z_5, Z_6) und/oder anderen Mobilgeräten (10).
Mobilgerät (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Übertragungseinrichtung (40) ein Mobiltelefon und/oder ein Funkgerät oder dergleichen vorgesehen ist.
Mobilgerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mobilgerät (10) als Mobiltelefon ausgebildet ist und/oder dass das Mobilgerät (10) zumindest teilweise insbesondere in Form eines kundenspezifischen integrierten Schaltkreises (integrated circuit, IC) realisiert und/oder in einem herkömmlichen Mobiltelefon integriert ist.
Mobilgerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Datenverarbeitungseinrichtung (50).
Mobilgerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umweltdaten eine oder mehrere der folgenden Informationen umfassen: insbesondere von terrestrischen Quellen hervorgerufene elektromagnetische Wellen vorzugsweise verschiedener Frequenzbereiche, Uhrzeit, Referenz-Ortsinformationen, optische Signale, insbesondere Bilder, Luftdruck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Erdmagnetfeld und dergleichen.
Mobilgerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umweltdaten vorzugsweise periodisch an mindestens eine Zentrale (Z_1, Z_2, Z_3, Z_4, Z_5, Z_6) übertragbar sind.
Mobilgerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus aufgenommenen Umweltdaten, insbesondere aus aufgenommenen elektromagnetischen Wellen verschiedener Frequenzen, Empfangsspektren gebildet werden können.
Mobilgerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen Empfänger (20) insbesondere für elektromagnetische Wellen.
Mobilgerät (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (20), vorzugsweise in Abhängigkeit von durch eine Zentrale (Z_1, Z_2, Z_3, Z_4, Z_5, Z_6) bereitgestellten Informationen, hinsichtlich einer Bandmittenfrequenz und/oder einer Bandbreite und/oder weiterer Parameter einstellbar ist.
Mobilgerät (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (20) zum Empfang von elektromagnetischen Wellen bestehender Mobilfunknetze geeignet ist, insbesondere im Frequenzbereich von 800 MHz bis 2700 MHz, und/oder zum Empfang von Radiosendern, vorzugsweise in einem Ultrakurzwellen (UKW)- und/oder Mittelwellen (MW)- und/oder Langwellenbereich (LW), und/oder zum Empfang von Zeitzeichensendern und/oder von insbesondere langwelligen Spezialsendern zur terrestrischen Ortung.
Mobilgerät (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (20) zum Empfang von elektromagnetischen Wellen bzw. Feldern von Freileitungen und/oder Oberleitungen von Eisenbahnen und dergleichen geeignet ist.
Mobilgerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mobilgerät (10) eine Datenbank (D) aufweist, die Umweltdaten und diesen Umweltdaten zugeordnete Ortsinformationen aufweist und/oder speichern kann.
Mobilgerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen global positioning system (GPS)-Empfänger.
Verfahren zum Betreiben eines Mobilgeräts (10) zur Standortbestimmung, bei dem vorzugsweise ortsabhängige Umweltdaten insbesondere periodisch aufgenommen und in einem Speicher (30) zumindest temporär gespeichert werden, und bei dem die Umweltdaten mit einer Zentrale (Z_1, Z_2, Z_3, Z_4, Z_5, Z_6) und/oder einer Datenbank (D) und/oder anderen Mobilgeräten (10) ausgetauscht werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Standort (o_1, o_2) des Mobilgeräts (10) in der Zentrale (Z_1, Z_2, Z_3, Z_4, Z_5, Z_6) ermittelt wird, indem von dem Mobilgerät (10) an dessen Standort (o_1, o_2) aufgenommene und an die Zentrale (Z_1, Z_2, Z_3, Z_4, Z_5, Z_6) übertragene Umweltdaten mit in der Zentrale (Z_1, Z_2, Z_3, Z_4, Z_5, Z_6) bzw. einer Datenbank (D) vorhandenen Umweltdaten verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass Informationen über den Standort (o_1, o_2) an das Mobilgerät (10) und/oder an weitere Mobilgeräte übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Speicher (30) gespeicherte Umweltdaten erst dann an eine Zentrale (Z_1, Z_2, Z_3, Z_4, Z_5, Z_6) übertragen werden, wenn eine Speicherbelegung des Speichers (30) einen vorgebbaren Wert erreicht hat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere in einer Datenbank (D) gespeicherte Ortsinformationen und/oder Umweltdaten abgeglichen werden, vorzugsweise mittels von dem Mobilgerät (10) und/oder von weiteren Mobilgeräten (10) aufgenommener Umweltdaten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zentrale (Z_1, Z_2, Z_3, Z_4, Z_5, Z_6) zur Realisierung von Diensten vorgesehen ist, die vorzugsweise von einem Standort des Mobilgeräts (10) abhängen, wobei die Dienste insbesondere umfassen: Verkehrs- und/oder Geschwindigkeitsüberwachung, Mauterfassung, Taxizentrale, Flottenmanagement, Kundendienststeuerung, Frachtgutüberwachung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass aufgenommene Umweltdaten zur Steuerung eines Funkzellenwechsels eines Mobiltelefons verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Standort des Mobilgeräts (10) mittels Extrapolation ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrale (Z_1, Z_2, Z_3, Z_4, Z_5, Z_6) Steuerinformationen an das Mobilgerät (10) sendet, insbesondere zur Steuerung eines Empfängers (20) des Mobilgeräts (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass gespeicherte Umweltdaten erst bei Bedarf ausgewertet und/oder nach einer vorgebbaren Wartezeit gelöscht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Speicher (30) gespeicherte Umweltdaten vorzugsweise zyklisch mit neu aufgenommenen Umweltdaten überschrieben werden, wobei jeweils die ältesten in dem Speicher (30) gespeicherten Umweltdaten zuerst von den neu aufgenommenen Umweltdaten überschrieben werden.
verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass von einem global positioning system (GPS)-Empfänger ermittelte Ortsinformationen als Referenz-Ortsinformationen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem global positioning system (GPS)-Empfänger ermittelten Ortsinformationen automatisch unter vorgebbaren Bedingungen und/oder periodisch gespeichert und/oder als Referenz-Ortsinformationen verwendet werden.
System (300) zur Standortbestimmung, bei dem mindestens ein Mobilgerät (10) vorgesehen ist mit einem Speicher (30) zur zumindest temporären Speicherung von mit dem Mobilgerät (10) aufgenommenen, vorzugsweise ortsabhängigen Umweltdaten, und mit mindestens einer Zentrale (Z_1, Z_2, Z_3, Z_4, Z_5, Z_6) und/oder mindestens einer vorzugsweise zentralen Datenbank (D), die Umweltdaten und diesen Umweltdaten zugeordnete Ortsinformationen aufweist und/oder speichern kann, wobei das Mobilgerät (10) auf die Datenbank(en) (D) und/oder die Zentrale(n) (Z_1, Z_2, Z_3, Z_4, Z_5, Z_6) zugreifen kann.
System (300) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Mobilgerät (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgebildet ist.
System (300) nach einem der Ansprüche 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass das System (300) und/oder das Mobilgerät (10) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 14 bis 23 geeignet ist.