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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum impliziten Steuern eines technischen Gerätes durch einen Benutzer.
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Bei
der implizierten Steuerung oder Regelung von technischen Geräten, zum
Beispiel von Haushaltsgeräten
oder Geräten
der Unterhaltungselektronik, werden vergangene Handlungen oder Vorgänge in Verbindung
mit Benutzern analysiert und zukünftige
Wünsche
oder Aktionen des jeweiligen Benutzers vorhergesagt. Bei der implizierten
Regelung ist es insbesondere wünschenswert,
dem Benutzer die explizite Interaktion, beispielsweise mit Schaltelementen
der technischen Geräte,
abzunehmen. Häufig
ist die explizite Bedienung dieser Geräte auch aufgrund der Vielzahl
von Geräten
oder Einstellungsoptionen nicht möglich.
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Um
die Handlungen oder Aktivitäten
der jeweiligen Benutzer oder Personen zu registrieren, sind in der
Vergangenheit zum Beispiel Lichtschranken oder Bewegungsmelder,
also in die Umgebung eingebettete Sensoren zur Anwendung gelangt.
Ein Nachteil derartiger Sensoren ist zum Beispiel bei Lichtschranken
die nur binär
mögliche
Aktivitätserkennung,
wodurch entweder eine Bewegung oder ein Stillstand (nicht-Bewegung)
erfasst werden kann. Entsprechend einfache Anordnungen dienen beispielsweise
dem Schalten von Raumlichtern in Sanitäranlagen.
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Eine
weitere Möglichkeit
besteht auch darin, die Analyse des Gangs der jeweiligen Person
vorzunehmen, wobei zum Beispiel Videosequenzen verarbeitet werden,
oder auch durch Sensorbestückte
Böden die
jeweilige beim Gehen oder Stehen auf den Boden wirkende Kraft zu
erfassen und auszuwerten. Nachteilig ist dabei die notwendige Bereitstellung
von umfangreicher Infrastruktur, um die Aktivität der Benutzer zu registrieren.
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Ferner
wurden auch tragbare Sensoren vorgeschlagen, die vom Benutzer oder
einer Person getragen werden. Einfache herkömmliche Sensoren erfüllen beispielsweise
die Funktion eines Schrittzählers,
die zum Beispiel am Knöchel
befestigt werden. Durch die erkannte Schrittfrequenz kann anschließend auf
eine Aktivität,
wie Stillstand, normaler Gang oder beschleunigtes Laufen, geschlossen
werden. Diese üblichen
Maßnahmen
zielen darauf ab, beispielsweise die gelaufene Distanz und weitere
Informationen, wie die Geschwindigkeit, die verbrannten Kalorien
oder weitere Größen zu berechnen. Üblicherweise
lassen diese herkömmlichen
Sensoren jedoch keine genauere Auswertung und damit implizite Steuerung
von zusätzlichen
Geräten
zu. Für
den Freizeit- und Sportbereich ist dies jedoch auch ausreichend.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine einfache
und zuverlässige
Möglichkeit
zu schaffen, technische Geräte
durch einen Benutzer implizit zu steuern.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zum impliziten Steuern gemäß Patentanspruch
1 und eine Vorrichtung zum impliziten Steuern mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 14 gelöst.
Darüber
hinaus ist ein Verfahren zum Steuern einer steuerbaren Einrichtung
gemäß Patentanspruch
20 angegeben und ein Computerprogrammprodukt, welches die Durchführung eines
der Verfahren auf einer programmgesteuerten Einrichtung veranlasst.
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Demgemäß umfasst
ein Verfahren zum impliziten Steuern eines technischen Gerätes durch
einen Benutzer die Schritte: Erfassen von Aktivitätsparametern
mittels mindestens eines an einem Benutzer angebrachten Aktivitätssensors,
wobei die Aktivitätsparameter
geeignet sind, mindestens eine zeitlich parametrisierte Raumkurve
und eine Orientierung des Aktivitätssensors zu rekonstruieren;
Drahtloses Übertragen
der Aktivitätsparameter
von dem mindestens einen Aktivitätssensor
an eine Auswerteeinrichtung; und Erzeugen von Steuersignalen für das technische
Gerät in
Abhängigkeit
von den erfassten Aktivitätsparametern.
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In
einer abgewandelten Ausführung
des Verfahrens erfolgen die Schritte: Erfassen von Aktivitätsparametern
mittels mindestens eines an einem Benutzer angebrachten oder körpernah
am Benutzer getragenen Aktivitätssensors,
wobei die Aktivitätsparameter
geeignet sind, mindestens eine zeitlich parametrisierte Raumkurve
und eine Orientierung des Aktivitätssensors zu rekonstruieren;
Erzeugen von Steuersignalen für
das technische Gerät
in Abhängigkeit
von den erfassten Aktivitätsparametern;
und Drahtloses Übertragen
der Steuersignale von dem mindestens einen Aktivitätssensor
an das technische Gerät.
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Eine
Vorrichtung, welche insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet
ist, weist auf: mindestens einen an einem Benutzer angebrachten
Aktivitätssensor,
welcher Aktivitätsparameter
fasst, die geeignet sind, mindestens eine zeitlich parametrisierte
Raumkurve und eine Orientierung des Aktivitätssensors zu rekonstruieren,
eine Auswerteeinrichtung, welche in Abhängigkeit von den erfassten
Aktivitätsparametern
Steuersignale für
das technische Gerät
erzeugt, und eine Übertragungseinrichtung
zum drahtlosen Übertragen
der Aktivitätsparameter
von dem mindestens einen Aktivitätssensor an
die Auswerteeinrichtung.
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Ein
entsprechend eingesetzter Aktivitätssensor kann zum Beispiel
Beschleunigungssensoren für die
drei Raumachsen und Gyroskope aufweisen, die es erlauben, die Orientierung,
also Richtung des Sensors in Bezug beispielsweise die Schwerkraft
zu erfassen. Eine Trajektorie oder Raumkurve des Sensors im Raum
wird zum Beispiel in einem geeigneten Koordinatensystem registriert.
Bewegt sich nun der Nutzer, werden Daten erfasst, die charakteristisch
für seinen
jeweiligen Aktivitätszustand
sind. Zum Beispiel ergeben sich charakteristische Werte von Aktivitätsparametern
beim Gehen, Stehen, Liegen oder Laufen. Selbstverständlich können auch
komplizierte, komplexere Aktivitätsmuster
festgelegt werden. Dabei kann auch auf die zeitliche Änderung
der jeweiligen Aktivitätsparameter
zurückgegriffen
werden.
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Die
Steuersignale für
technische Geräte,
beispielsweise eine Maschine, ein Haushaltsgerät oder eine Vielzahl solcher
Geräte,
die dann ein komplexes System bilden, werden in Abhängigkeit
von den erfassten Aktivitätsparametern
gesteuert. Das heißt, eine
Aktivität
oder Handlung des Benutzers wird erfasst und klassifiziert, woraufhin
voraussichtlich gewünschte
Bedienhandlungen erkannt werden und die technischen Geräte entsprechend
gesteuert sind. Eine explizite Steuerung oder Einstellung an dem
jeweiligen technischen Gerät
ist daher nicht mehr durch den Benutzer selbst erforderlich. Vielmehr
wird anhand der beobachteten und klassifizierten Handlung anhand
der Aktivitätsparameter
ohne notwendigerweise explizit willentliche Einflussnahme des Benutzers
eine Steuerung vorgenommen.
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Damit
ist keine besondere Aufmerksamkeit des Benutzers mehr notwendig.
Zum Beispiel alte Personen oder Personen mit eingeschränkter Aufmerksamkeit,
die insbesondere wiederkehrende Aktivitätsmuster zeigen, können durch
ihr Verhalten eine implizite Steuerung des technischen Gerätes verursachen.
Durch Verwendung von Verfahren des maschinellen Lernens ist es dann
zum Beispiel auch möglich,
in naher Zukunft stattfindende Aktivitäten mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit
vorauszusagen und damit die jeweiligen technischen Geräte auch
proaktiv zu regeln.
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Es
bietet sich zum Beispiel an, den Aktivitätssensor an einer Extremität des Benutzers
anzubringen. Insbesondere eignet sich dabei das Anbringen des Aktivitätssensors
an einem Fuß des
Benutzers. Eine Möglichkeit
besteht zum Beispiel auch in der Integration des Aktivitätssensors
an oder in einem Schuh. Eine Ausführungsform des Verfahrens oder der
Vorrichtung zum impliziten Steuern sieht zum Beispiel ausschließlich jeweils
einen Aktivitätssensor am
Fuß, also
einem Extremitätsendabschnitt
einer Person vor. Dies erlaubt es, die Orientierung, also Richtung
beispielsweise der Füße oder
Knöchel
sowie deren zeitlich sich ändernde
Bewegung bei der Aktivität
der Person zu messen. Als Aktivitätsparameter kommen dabei zum
Beispiel die drei Raumkoordinaten und drei Winkelbeschleunigungen
in Frage, die vorzugsweise zu einem jeweiligen Abtastzeitpunkt gemessen
werden.
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Über die
Aktivitätsparameter,
welche zum Beispiel zu vorgegebenen Abtastzeitpunkten erfasst und übertragen
werden, können
auch weitere Kontextdaten bei der Erzeugung der Steuersignale berücksichtigt
werden. Solche Kontextdaten liefern beispielsweise zusätzliche
Informationen über
den Ort oder Zeitpunkt des Benutzers, eine Temperatur, Zeit oder
Zeitraum, physiologische Parameter des Benutzers, eine Luftfeuchtigkeit
oder Helligkeit oder Ähnliches.
Es ist damit zum Beispiel möglich,
in einer ersten Abstraktionsstufe die Aktivitätsparameter, welche die zeitlich
parametrisierte Raumkurve und Orientierung bereitstellen zu betrachten,
in einer höheren
Abstraktionsstufe einer Klassifizierung in Gehen, Stehen oder Liegen,
also Grobzuständen
des Benutzers oder der Person vorzunehmen. Unter Berücksichtigung
der zusätzlichen
Kontextdaten ist eine höherwertige
Aktivitätseinstufung
oder Klassifizierung dann möglich.
Beispielsweise liefert eine niedrige Helligkeit Hinweise auf die
Zeit, beispielsweise Nacht, in der bestimmte Bewegungen wahrscheinlicher
sind als andere.
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Insbesondere
ist auch denkbar, dass die Aktivitätsmuster, welche sich aus den
zeitlichen Änderungen
der Aktivitätsparameter
ergeben, eine Authentifizierung oder Identifizierung des Benutzers möglich ist.
Insofern können
die erfassten Aktivitätsparameter
auch als biometrische Merkmale aufgefasst werden.
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Bei
einigen Ausführungsformen
der Erfindung werden die Steuersignale unter Verwendung eines neuronalen
Netzes, eines Hidden-Markov-Modells, eines Entscheidungsbaums oder
eines Mustererkennungsverfahrens in Abhängigkeit von den Aktivitätsparametern
und/oder den Kontextdaten erzeugt. Wie bereits eingangs erwähnt, können die
Aktivitätsparameter
aus der Vergangenheit abgespeichert werden und aufgrund wiederkehrender
Muster von Aktivitätsparametern
zukünftig
stattfindende Aktivitäten
vorausgesagt werden und somit entsprechende Steuersignale erzeugt
werden.
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Eine
entsprechende Vorrichtung zum impliziten Steuern von technischen
Geräten
bietet sich insbesondere in einem Gebäudesteuerungssystem, Energiemanagementsystem,
Energieeinsparsystem oder zum Überwachen
von Personen an.
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Bei
einem weiteren Verfahren zum Steuern einer steuerbaren Einrichtung
werden ausschließlich zwei
zeitlich parametrisierte Raumkurven der Bewegung und Orientierung
von Extremitätsendabschnitten
einer Person zum Klassifizieren einer Aktivität der Person verwendet. Ferner
werden in Abhängigkeit von
einem Klassifizierungsergebnis Steuersignale für die steuerbare Einrichtung
erzeugt.
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Bei
dem entsprechenden Verfahren können die
zeitlich parametrisierten Raumkurven durch Aktivitätsparameter
parametrisiert werden, und das Klassifizieren umfasst die Schritte:
Vorklassifizieren ausschließlich
in Abhängigkeit
von den Aktivitätsparametern,
und Feinklassifizieren in Abhängigkeit
von weiteren Kontextdaten. Dabei können selbstverständlich Verfahren
und Strategien des maschinellen Lernens eingesetzt werden und zum
Klassifizieren einschlägige
Verfahren, wie neuronale Netze, Hidden-Markov-Modelle, Entscheidungsbäume oder weitere
Mustererkennungsverfahren eingesetzt werden.
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Schließlich sieht
die Erfindung ein Computerprogrammprodukt vor, welches die Durchführung eines
der vorbeschriebenen Verfahren auf einer programmgesteuerten Einrichtung
veranlasst. Als programmgesteuerte Rechnereinrichtung kommt zum Beispiel
ein PC in Frage, auf dem entsprechende Software installiert ist.
Ferner kann das Computerprogramm auf einer eingebetteten Systemlösung, einer
Mikrocontroller- oder mikroprozessorbasierten Speziallösung oder
ein Industrie-PC-Lösung
ablau fen. Das Computerprogrammprodukt kann beispielsweise in der
Art eines Datenträgers,
wie zum Beispiel USB-Sticks, Floppy-Disk, CD-ROM, DVD implementiert werden
oder auch auf einer Servereinrichtung als herunterladbare Programmdatei
implementiert sein.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der
im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele
der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von beispielhaften
Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
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Es
zeigt dabei:
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1 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung zum impliziten Steuern;
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2 ein
beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum impliziten Steuern;
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3 eine
Darstellung zur Erläuterung
möglicher
Aktivitätsparameter;
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4 ein
Ausführungsbeispiel
eines Schuhs mit integriertem Aktivitätssensor; und
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5 eine
schematische Darstellung einer möglichen
Computerimplementierung eines Verfahrens zum impliziten Steuern.
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In
den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den
gleichen Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
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Die 1 zeigt
eine Vorrichtung zum impliziten Steuern eines technischen Gerätes. Als
technisches Gerät 7 ist
beispielhaft ein Fernseher dargestellt, der zum Beispiel in einen
Betriebszustand versetzt werden kann, indem er besonders stromsparend
ist. Häufig
wird ein solcher Betriebszustand auch als Standby-Modus bezeichnet. Übliche explizite
Steuerungsmechanismen sehen beispielsweise eine Zeitschaltuhr vor
oder beruhen auf einer bewussten Aktion bzw. Bedienhandlung des
Nutzers, der direkt mit dem jeweiligen Gerät 7 wechselwirkt. Die 1 zeigt
ferner eine Person 4, die als Benutzer aufgefasst werden
kann.
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An
den beiden Füßen des
Benutzers 4, also an einer Extremität 5 sind jeweils ein
Aktivitätssensor 2, 3 vorgesehen.
Ein entsprechender Aktivitätssensor 2, 3 kann
zum Beispiel dreiachsige Beschleunigungssensoren in Kombination
mit Gyroskopen für die
drei Raumachsen aufweisen. Es ist somit möglich, durch die Aktivitätssensoren 2, 3 die
Raumkurven der Füße beziehungsweise
Positionen der angebrachten Aktivitätssensoren 2, 3 über die
Zeit zu verfolgen und gleichzeitig aufgrund der Gyroskope auch die
Orientierung des einzelnen Fußes
zu erfassen. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass vorzugsweise
jeweils ein derartiger Aktivitätssensor 2, 3 an
dem jeweiligen Fuß besonders
günstig ist.
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Die
Aktivitätssensoren 2, 3 sind
an (in der Figur nicht näher
dargestellten) Übertragungseinrichtungen
gekoppelt, die es erlauben, entsprechende Aktivitätsparameter
AP1, AP2 an eine Auswerteeinrichtung 6 zu übertragen.
Als Aktivitätsparameter AP1,
AP2 wird die jeweilige Menge von Daten verstanden, die zur Charakterisierung
der Raumkurve und Orientierung zu einem jeweiligen Abtast- oder Erfassungszeitpunkt
notwendig sind. Es können
zum Beispiel für
jeden Aktivitätssensor 2, 3 seine
drei Raumkoordinaten X, Y, Z und die drei momentanen Drehwinkelbeschleunigungen Φ .., Θ .., Ψ .. wobei Φ, Θ, Ψ die Euler'schen Winkel und
Punkte zeitliche Ableitungen bezeichnen, verwendet werden. Dabei
kann ein drahtloses Kommunikationsprotokoll, wie zum Beispiel Bluetooth
oder ZigBee zum Einsatz kommen.
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Die
Auswerteeinrichtung 6, welche aus Logikkomponenten oder
als Anwendungssoftware auf einer programmgesteuerten Einrichtung
aufgebaut werden kann, wertet die empfangenen Daten über die
zeitlich aufgenommenen Trajektorien und Orientierungen der Extremitäten 5 des
Benutzers 4 aus und erzeugt Steuersignale CT, welche einer
Schnittstelle 8 zur expliziten Ansteuerung des technischen Gerätes 7 gesendet
werden. Die Schnittstelle 8 kann auch als Regeladapter
aufgefasst werden. Zwischen der Auswerteeinrichtung 6,
die beispielsweise ein entsprechend ausgestalteter Mikroprozessor
ist, und dem Regeladapter 8 kann eine Kommunikation auch drahtlos,
beispielsweise über
WLAN, Bluetooth, ZigBee oder auch drahtgebunden über LAN, Konnex, X10, LonWorks
oder andere Kommunikationsprotokolle erfolgen.
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Als
mögliche
technische Geräte 7 seien
nur beispielhaft Fernseher, PCs, Kühlschränke, Waschmaschinen oder Beleuchtungen
genannt. Die Auswerteeinrichtung 6 beziehungsweise eine
entsprechend implementierte Logik kann durch Einsatz entsprechender
Softwarealgorithmen programmiert werden und regelt in Kenntnis der
Sensordaten die technischen Geräte.
Dabei können
Konzepte des maschinellen Lernens eingesetzt werden, um bestimmte Aktivitäten des
Benutzers 4 vorauszusagen. Es ist zum Beispiel denkbar,
dass ein Bügeleisen
als technisches Gerät 7 aufgeheizt
wird, wenn aus dem empfangenen Muster von Aktivitätsparametern
abzusehen ist, dass das Bügeleisen
in Kürze
verwendet wird. Entsprechende logische Funktionen sind in der Software
implementiert und können
auf einem Mikroprozessor, der über
die nötigen
Kommunikationsmodule verfügt,
ablaufen. Dies kann zum Beispiel durch eine Integration in einen
Home-Server beziehungsweise
einen PC oder einen hoch integrierten Mikrocontroller mit entsprechenden
Peripheriegeräten
integriert werden.
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Darüber hinaus
können
auch Geräteverbünde implizit
angesteuert werden, die in Abhängigkeit von
den erfassten Aktivitäten
der Person geschaltet oder geregelt werden. Zum Beispiel könnte abhängig von
der jeweiligen erkannten Aktivität
gesteuert werden, dass 1) eine Leselampe eingeschaltet wird, 2) ein
Küchenlicht
ausgeschaltet wird, 3) eine Alarmanlage einer Garage aktiviert wird,
4) eine Klimaanlage auf 23 Grad C ge regelt wird, usw., wobei diese
Maßnahmen
im Wesentlichen Gleichzeitig vorgenommen werden.
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Darüber hinaus
ist es möglich,
weitere kontextbezogene Informationen bei der Auswertung der Muster
von Aktivitätsparametern
AP1, AP2 zu berücksichtigen.
Derartige Kontextdaten können
zum Beispiel den erfassten Ort des Benutzers 4, eine Temperatur
oder weitere, die jeweilige Situation charakterisierende Daten umfassen.
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Die
Schnittstelle oder der Regeladapter 8 kann als Hard- oder
Softwarekomponente, welche mit einem Kommunikationsmodul ausgestattet
ist, entsprechende Steuersignale CT von der Auswerteeinrichtung 6 erhalten.
Zum Beispiel kann eine intelligente Steckdose über ein Kommunikationsprotokoll des
Stromversorgungsnetzes angesprochen werden und je nach Befehl oder
Steuersignal CT Strom durchlassen oder blockieren. Auf diese Weise
ist es beispielsweise denkbar, ein angekoppeltes Gerät der Unterhaltungselektronik
nicht nur in einen stromsparenden Standby-Zustand zu schalten, sondern
vollständig
von der Stromversorgung abzukoppeln. Eine weitere beispielhafte
Möglichkeit
besteht in einem funkgesteuerten Dimmer, der zwischen einer Glühbirne und
der jeweiligen Fassung eingesetzt wird. Insbesondere bei Gebäudesteuersystemen
oder Heimanwendungen kann eine auf dem Home-Server implementierte
Softwarekomponente in Abhängigkeit von
der erfassten Aktivität
der Benutzer oder Bewohner des Hauses entsprechende Steuerungen
vornehmen.
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Die 2 zeigt
ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum implizierten
Steuern eines technischen Gerätes.
In einem ersten Schritt S1 wird die Aktivität registriert. Die geschieht
beispielsweise in Form von Aktivitätsparametern, welche die Rekonstruktion
einer Raumkurve von zwei oder auch mehreren Aktivitätssensoren
ermöglichen
und vorzugsweise gleichzeitig eine Orientierung in Bezug auf eine
Referenzrichtung der Aktivitätssensoren
anzeigen. Als Referenzrichtung bietet sich zum Beispiel die Erdbeschleunigung
an.
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Diese
sensorerfassten Aktivitätsparameter werden
beispielsweise taktweise mit einer Abtastrate von 10 Hz oder 100
Hz an eine Auswerteeinrichtung übertragen.
Dies erfolgt im Schritt S2. Für
die Übertragung
stehen verschiedene, insbesondere Drahtlosprotokolle nach dem Stand
der Technik zur Verfügung.
Ein Beispiel für
einen möglicherweise
einzusetzenden Sensor stellt das von der Firma Intersense vertriebene
System ”Wireless
InertiaCube 3” dar.
Dabei wird ein proprietäres
Datenübertragungsprotokoll verwendet,
welches Bewegungsdaten von dem jeweiligen Sensor zu einem USB-Dongle,
welcher einem PC angekoppelt werden kann, überträgt.
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Im
Folgeschritt S3 werden die empfangenen Daten über die Aktivität beziehungsweise
Bewegung oder Handlung des Benutzers 4 klassifiziert. Dies kann
auch in mehreren Stufen erfolgen, wobei zunächst eine Grobklassifizierung
nur in Abhängigkeit von
den, beispielsweise über
einen vorgegebenen, zurückliegenden
Zeitraum erfassten Aktivitätsparametern,
erfolgt. In einer weiteren feineren Klassifizierung können auch
Kontextdaten, wie zuvor beschrieben, berücksichtigt werden, so dass
nach Abschluss der Klassifizierungsalgorithmen entschieden wird, was
der Benutzer gerade tut.
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Dabei
ist unwesentlich, ob der Benutzer 4, wie er in der 1 dargestellt
ist, wissentlich oder ohne Bedacht und Konzentration Bewegungen
vollführt.
Beispielsweise wird aufgrund der erfassten Gehdynamik des Benutzers
abgeleitet, dass bestimmte technische Geräte angesteuert werden sollen.
Im Klassifizierungsschritt S3 werden zum Beispiel wiederkehrende
personenspezifische Muster in der Gehdynamik, welche durch die erfassten
Aktivitätsparameter
gekennzeichnet werden, erkannt, und entsprechende Steuerbefehle
veranlasst.
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Im
Schritt S4 werden dann die Steuersignale für das jeweilige technische
Gerät,
beispielsweise dem in der 1 dargestellten
Fernseher 7, erzeugt.
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Bei
der Implementierung des Verfahrens können die Schritte S1, S3 und
S4 auch durch eine Einrichtung mit einem Aktivitätssensor und einer Auswerteeinrichtung
durchgeführt
werden, welche integriert ausgeführt
sind. Dann werden die Aktivitätsparameter
durch die Auswerteeinrichtung analysiert und entsprechende Steuersignale
zum Beispiel drahtlos an das jeweilige, zu steuernde Gerät, übertragen.
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In
der 3 sind zur Erläuterung
von geeigneten Aktivitätsparametern
AP1, AP2 zwei Extremitätsendabschnitte 5 einer
Person dargestellt. Ferner sind lokale Koordinatensysteme für Aktivitätssensoren
gezeigt. Es sind jeweils Raumkoordinaten X1, Y1, Z1 und X2, Y2,
Z2 angegeben, die ihren jeweiligen Ursprung an der Position der
Aktivitätssensoren haben.
Ferner sind die Euler'schen
Drehwinkel Ψ1, Φ1, θ1, Ψ2, Φ2, θ2 um die
jeweiligen Achsen X1, Y1, Z1 und X2, Y2, Z2 angegeben. Im jeweiligen
Sensor ist dann beispielsweise für
die drei Raumachsen jeweils ein Beschleunigungssensor vorgesehen,
so dass der zeitliche Verlauf einer Trajektorie T1, T2 erfasst werden
kann. Durch das Bereitstellen von Gyroskopen, welche jeweils eine
Rotation um die lokalen Raumachsen x1, y1, z1 und x2, y2, z2 erfassen,
es möglich,
die Orientierung der Sensoren gegenüber einer Ausgangs- oder Referenzlage
festzustellen. Der zeitliche Verlauf dieser Orientierung und der
Position im Raum zueinander ermöglicht
eine feine Klassifizierung und Erfassung der Aktivität einer
Person, welche mit beispielsweise diesen beiden Aktivitätssensoren
jeweils an ihrem Fuß ausgestattet
ist.
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In
der 4 ist schematisch eine Möglichkeit der Integrierung
derartiger Sensoren in einen Schuh dargestellt. Der Schuh 9 weist
eine Sohle 10 auf, wobei in die Sohle 10 ein Aktivitätssensor 3 eingesetzt ist,
welcher die Bewegungsdaten, wie sie beispielsweise hinsichtlich
der 3 erläutert
wurden, erfassen kann. Ferner ist zur Energieversorgung der Sensoreinrichtung 3 und
insbesondere der vorgesehenen Übertragungseinrichtung
für die
Drahtlosübertragung
der erfassten Aktivitätsparameter
beispielsweise eine induktive Kopplungseinrichtung 11 vorgesehen.
Diese kann zum Beispiel als Ladestation 11 aufgefasst werden,
welche die in den Schuhen integrierten Sensoren 3 mit elektrischer
Energie für
ihren Betrieb versorgt. Beispielsweise über Induktion kann ein kontaktloses
Aufladen von der Ladestation 11 zu dem Sensor 3 erfolgen.
Selbstverständlich
sind weitere Energieversorgungsmechanismen denkbar. Beispielsweise
können
Batterien oder Akkus als Energieversorgung der Sensoreinrichtungen
eingesetzt werden. Es ist auch denkbar, dass durch die Bewegung
der Schuhe selbst Energie erzeugt wird, die zum Betrieb des Sensors
verwendet wird. In einer Implementierung als Schuhablage der Ladeeinrichtung 11 können die
beispielsweise als Hausschuhe ausgeführten Schuhe 9 tagsüber aufgeladen
werden und am Abend, also wenn der Verwender oder Benutzer der Schuhe
zu Hause ist, mit den Aktivitätssensoren 3 in
Betrieb gehen.
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In
der 5 ist schematisch eine Computerimplementierung,
beispielsweise in Form eines Computerprogramms oder einer Software,
schematisch dargestellt. Eine Datenverarbeitung erfolgt dabei von links
nach rechts. In einer ersten Stufe DT werden die Beschleunigungssensor-
und Gyroskopdaten als Aktivitätsparameter
empfangen. Anschließend
erfolgt eine Klassifizierung in einer Logikkomponente LG, woraufhin
Steuerbefehle für
verschiedene technische Geräte
erzeugt werden. Diese werden dann über entsprechende Plugins PG
und deren Kommunikationskanäle
an die Regeladapter der zu steuernden technischen Geräte übertragen
(COM). Somit ergibt sich ein Dateneingang 12, der beispielsweise über ein
entsprechendes Computer- oder Softwaremodul implementiert werden
kann, eine Auswertelogik 13 und ein Befehlserzeugungsmodul 14.
Als Plugins PG für
die Weiterleitung der erzeugenden Steuerbefehle zu den jeweiligen
technischen Geräten, eignen
sich zum Beispiel serielle Ports, Internetübertragungsprotokolle, DMX
oder auch proprietäre
Software. Mit COM ist die weitere Kommunikation zu den Regeladaptern,
also den Schnittstellen mit den technischen Geräten bezeichnet. Als Beispiel
sei beispielsweise eine RS232-Schnittstelle genannt, die einen 220
V Dimmer von einem PC aus ansprechen kann. Ein Stromschalter kann
bei spielsweise über HTTP-Code,
welcher über
Ethernet oder WLAN übertragen
wird, gesteuert werden. Auch DMX-fähige Geräte können beispielsweise über eine
UDP auf DMX-Schnittstelle angesteuert werden. Dabei soll die Möglichkeit
einer Dimmersteuerung implizit aus den aufgenommenen Verhaltens-
oder Aktivitätsmustern
nur beispielhaft als Verwendung der impliziten Steuerung für ein Energiesparsystem
verstanden werden. Darüber
hinaus sind weitere Verwendungsmöglichkeiten
eines entsprechenden impliziten Steuerungssystems aus der Aktivität von Personen
oder Benutzern denkbar.
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Auch
die Entscheidung, bestimmte Steuersignale beziehungsweise Steuerungsfunktionen
der technischen Geräte
anzusprechen, sind variierbar. Lediglich eine Möglichkeit ist die softwaremäßige Implementierung
von Entscheidungsbäumen,
um Entscheidungsregeln in Abhängigkeit
von den erfassten Aktivitätsparametern
zu treffen. Bei Entscheidungsbäumen,
welche auch als Klassifikationsbäume
bezeichnet werden, sind ausgehend von einem Stamm mit Wahrscheinlichkeiten
versehene Äste
vorgesehen. Auf niedriger Ebene in dem vorliegenden Anwendungsszenario
kann dies beispielsweise die Klassifizierung in Ruhe- und Bewegtzustände des Benutzers
sein. Durch weitere Verästelungen
und Verzweigungen, welche jeweils mit Wahrscheinlichkeiten versehen
sind, lassen sich komplexe und feine Klassifizierungen der Aktivität des Benutzers
erkennen und somit sehr präzise
Steuerungen realisieren.
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Im
Folgenden seien beispielhafte Verwendungen der vorgenannten Ausführungsbeispiele
von Verfahren und Vorrichtungen zum impliziten Steuern von technischen
Geräten
genannt.
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Eine
Möglichkeit
des Einsatzes entsprechender Verfahren und Vorrichtungen oder Systemen
ist das implizite Energiemanagement. Verbraucher, insbesondere also
technische Geräte,
die elektrische Energie für
ihren Betrieb benötigen,
können
aufgrund der gewonnenen Information über die Aktivität der Benutzer
in einen Betriebszustand niedriger Leistungsaufnahme versetzt werden
(zum Beispiel im Standby-Modus). Es ist je doch nur dann sinnvoll
diesen Modus einzuleiten, wenn sie in absehbarer oder naher Zukunft
nicht benötigt
werden. Schon die große
Anzahl von elektrischen Verbrauchern in Haushalten, beispielsweise
Fernseher, Radio, Videorekorder, PC, Beleuchtung und insbesondere
bei Bürogebäuden weitere
Gebäudetechnische
Einrichtungen machen eine explizite Regelung und Steuerung praktisch
unmöglich.
Eine implizite Steuerung der elektrischen Verbraucher, bei der automatisch
die technischen elektrischen Geräte
abgeschaltet werden, wenn sie aufgrund der erfassten Aktivität der oder des
Benutzers nicht benötigt
werden, ermöglicht
eine deutliche Energieeinsparung. Ferner hat die implizite Regelung
den Vorteil, dass Vergesslichkeit der Benutzer, also zum Beispiel
ein Vergessen des Abschaltens der Lichter kompensiert wird. Zum
Beispiel wird das Licht in der Wohnung oder dem Gebäude abgeschaltet,
wenn sich niemand mehr dort aufhält.
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Darüber hinaus
können
Stromverbraucher auch bereits proaktiv aktiviert oder in einen höheren Bereitschaftszustand
geschaltet werden, wenn sich aufgrund der erfassten Aktivität des Benutzers
abzeichnet, dass das Gerät,
zum Beispiel der PC zum Beispiel künftig verwendet wird. Somit
könnte
der Arbeitsplatzrechner in einem Büro bereits vor dem Betreten
des Raumes durch den Angestellten hochgefahren werden, wodurch eine
unnötige
Wartezeit verhindert wird.
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Auch
bei Gebäudesteuerungssystemen kann
unter Berücksichtigung
der Aktivität
der Benutzer, also der sich im Gebäude aufhaltenden Personen,
eine Energieverbrauchsoptimierung erreicht werden. Im öffentlichen
Raum, beispielsweise bei Straßenbeleuchtungen
kann durch eine proaktive Regelung der Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit von
Bewegungen oder Aktivitäten
von passierenden Personen eingestellt werden. Beispielsweise wird
dadurch eine selektive Helligkeitsregelung der Straßenbeleuchtung
möglich,
wobei jeweils Bereiche, in denen eine erhöhte Aktivität, also Bewegung von Personen
herrscht, eine stärkere
Beleuchtung eingestellt wird.
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Auch
sicherheitsrelevante Anwendungen eignen sich für die Kombination mit implizit
gesteuerten technischen Geräten.
Zum Beispiel kann eine Alarmanlage in einen alarmbereiten Zustand
versetzt werden, wenn auch ohne Interaktion des Benutzers dessen
Aktivität
klassifiziert wird, beispielsweise ein Verlassen der Wohnung erkannt
wird. Darüber
hinaus können
die Gangeigenschaften oder Muster von Aktivitätsparametern Personengebunden
als biometrische Eigenarten verwendet werden. Damit kann durch Identifikation
mittels der Aktivitätsparameter zum
Beispiel eine Alarmanlage ausgeschaltet werden. Ebenso ist es denkbar,
dass Sicherheits- oder Zutrittskontrollen aufgrund der personenspezifischen Gehdynamiken
erfolgen.
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Weiter
kann die implizite Steuerung von technischen oder auch insbesondere
medizinischen Geräten
bei der Gesundheitsüberwachung
eine Rolle spielen. Bei älteren
Personen kann beispielsweise der zeitliche Verlauf der Aktivitätsparameter
einen Sturz anzeigen. In der Folge werden Steuersignale zum Abrufen
beispielsweise von Rettungsmaßnahmen
oder die Benachrichtigung von Verwandten veranlasst. Die ist dabei
keine weitere explizite Handlung notwendig und erhöht die Sicherheit
entsprechender Personenkreise. Grundsätzlich ist auch eine Überwachung
von Personen im Rahmen des Trackings von Aktivitätsparametern möglich. Dies
kann einerseits zum Schutz der betroffenen Personenkreise dienen,
andererseits aber auch eine detaillierte Kontrolle beispielsweise
von Häftlingen
ermöglichen.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
näher erläutert wurde,
ist sie nicht darauf beschränkt,
sondern vielfältig
modifizierbar. Zum Beispiel können
alternative physikalische Parameter aufgenommen werden, die ebenso
die Raumtrajektorien, zum Beispiel mindestens zwei Extremitäten ermöglicht.
Grundsätzlich lässt sich
die Vorrichtung und das Verfahren zum impliziten Steuern auch mit
nur einem Aktivitätssensor einrichten.
Grundsätzlich
werden die Klassifizierungsalgorithmen genauer, je mehr Daten erfasst werden
können.
Das heißt,
bei besonders sicherheitsre levanten Anwendungen, beispielsweise
die Verwendung der zeitlich erfassten Aktivitätsparameter als biometrische
Merkmale, können
auch mehr als zwei Aktivitätssensoren
eingesetzt werden, wodurch weitere komplexe Trajektorien und Orientierungen
im Raum erfasst werden.
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Es
ist auch möglich,
in die Umgebung oder Infrastruktur eingebettete Aktivitätssensoren
zu verwenden, wie zum Beispiel Sensorböden, Sensormöbel oder
Sensorgebrauchsgegenstände.
Dann kann eine körpernahes
Tragen der Aktivitätssensoren
vermieden werden.