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Ortungseinheiten
werden heutzutage dazu eingesetzt, um die Position von bewegbaren
Objekten zu bestimmen und Bewegungen dieser Objekte zu verfolgen.
Hierzu verfügen Ortungseinheiten über eine Positions-Bestimmungseinheit,
welche im Betrieb die räumliche Position der Ortungseinheit
ermittelt und die ermittelte räumliche Position aufzeichnet und/oder
an eine oder mehrere Empfänger übermittelt. Zur
Positionsbestimmung enthält die Ortungseinheit entsprechende
Elektronik, wobei der Betrieb dieser Elektronik in bestimmten Umgebungen
unerwünscht sein kann.
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Insbesondere
wenn die Ortungseinheit ein Funkmodul zum Empfang von Signalen zur
Ermittlung ihrer Position und/oder zum drahtlosen Aussenden der
ermittelten Position an einen oder mehrere Empfänger umfasst,
besteht häufig die Notwendigkeit einer Steuerung des Betriebs
der Ortungseinheit, da heutzutage in vielen Umgebungen das Aussenden
bzw. der Empfang von Funksignalen unerwünscht oder nicht
erlaubt ist. Beispielsweise müssen drahtlose Funkeinheiten
in Flugzeugen ausgeschaltet werden, um nicht die Flugzeugelektronik
und den Flugfunkverkehr zu stören. Die Verwendung von herkömmlichen
Ortungseinheiten kommt somit für in Flugzeugen transportierten
Gütern nicht in Betracht.
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Aufgabe
der Erfindung ist es deshalb, für eine Ortungseinheit zuverlässig
die Umgebung zu ermitteln, in der sie sich befindet, um basierend
darauf ihren Betrieb geeignet zu beeinflussen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Ortungseinheit gemäß Patentanspruch
1 oder ein bewegbares Objekt gemäß Patentanspruch
14 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen definiert.
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Die
erfindungsgemäße Ortungseinheit umfasst neben
einer Positionsbestimmungs-Einheit ein Schallaufnehmermittel zum
Erfassen von Geräuschsignalen sowie eine Auswerteeinheit.
Mit der Auswerteeinheit werden die mit dem Schallaufnehmermittel
erfassten Geräuschsignale ausgewertet, wobei durch die
Auswerteeinheit basierend auf den Geräuschsignalen die
Umgebung, in der sich die Ortungseinheit befindet, klassifiziert
wird und in Abhängigkeit von der Klassifizierung der Betrieb
der Ortungseinheit gesteuert wird.
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Mit
Hilfe der erfindungsgemäßen Ortungseinheit wird
somit über ein Geräuscherkennungsverfahren einfach
und zuverlässig die Umgebung bestimmt, in der sich die
Ortungseinheit befindet. Basierend darauf kann der Betrieb der Ortungseinheit
in Abhängigkeit von vorgegebenen Kriterien beeinflusst werden,
beispielsweise kann die Ortungseinheit abgeschaltet bzw. in einen
Schlafmodus versetzt werden, wenn durch die Geräuscherkennung
eine Umgebung bestimmt wird, in welcher der Einsatz von elektronischen
Geräten nicht erlaubt ist.
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Zur
Klassifikation der Geräuschsignale können aus
dem Stand der Technik bekannte Klassifikationsverfahren verwendet
werden, insbesondere wird ein statistischer Klassifikator eingesetzt,
der mit Trainingsdaten in der Form von Geräuschsignalen
von zu klassifizierenden Umgebungen trainiert wurde. Vorzugsweise
werden solche Klassifikationsverfahren verwendet, welche in den
deutschen Patentanmeldungen
DE
10 2008 021 362.4 und
DE
10 2007 044 407.0 beschrieben sind. Der gesamte Offenbarungsgehalt
dieser Patentanmeldungen wird durch Verweis zum Inhalt der vorliegenden
Anmeldung gemacht.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die
Positionsbestimmungs-Einheit der Ortungseinheit ein Funkmodul zum
drahtlosen Empfangen und/oder Aussenden von Signalen. Hierdurch
wird gewährleistet, dass ohne Anbindung an eine drahtgebundene
Kommunikationsschnittstelle die Position der Ortungseinheit bestimmt
bzw. die bestimmte Position an einen Empfänger übermittelt werden
kann. Ferner wird eine weitge hend flexible Anbringung der Ortungseinheit
an den bewegbaren Gegenständen gewährleistet.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das
Funkmodul einen GPS-Empfänger (GPS = Global Positioning
System) zum drahtlosen Empfangen von GPS-Signalen, wobei aus den
GPS-Signalen in der Positionsbestimmungs-Einheit die räumliche
Position der Ortungseinheit ermittelt wird. Da GPS-Satellitensignale
weltweit empfangen werden können, wird hierdurch sichergestellt,
dass die Position der Ortungseinheit überall bestimmbar
ist.
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Alternativ
oder zusätzlich umfasst das Funkmodul eine Sendeeinheit
zum drahtlosen Aussenden der ermittelten drahtlosen Position in
ein Funknetz, insbesondere in ein Mobilfunknetz, wie z. B. ein GSM-
und/oder UMTS-Mobilfunknetz. Gegebenenfalls kann die drahtlose Sendeeinheit
auch eine entsprechende Empfangseinheit zum Empfangen von Signalen
aus dem Funknetz beinhalten.
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In
einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
umfasst das Schallaufnehmermittel der Ortungseinheit ein oder mehrere
Mikrofone zum Erfassen von Luftschall oder einen oder mehrere Vibrationssensoren
zum Erfassen von Körperschall und/oder ein oder mehrere
Hydrofone zum Erfassen von Wasserschall. Auf diese Weise können flexibel
verschiedene Arten von Geräuschen erfasst und über
das Auswertemittel ausgewertet werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Ortungseinheit sind die Positionsbestimmungs-Einheit und die Auswerteeinheit
im Wesentlichen in einem gemeinsamen Gehäuse integriert.
Dabei können lediglich kleinere Komponenten dieser Einheiten
außerhalb dieses Gehäuses angebracht sein, wie
z. B. die Antenne eines Funkmoduls, um hierdurch den Empfang von
Funksignalen zu verbessern. Vorzugsweise ist auch zumindest ein
Teil des Schallaufnehmermittels in dem gemeinsamen Gehäuse
vorgesehen, insbesondere kann auch das gesamte Schallaufnehmermittel
in dem gemeinsamen Gehäuse integriert sein. Es besteht
jedoch auch die Möglichkeit, zumindest einen Teil des Schallaufnehmermittels
außerhalb des Gehäuses anzuordnen, insbesondere
entsprechende Mikrofone bzw. Vibrationssensoren bzw. Hydrofone.
Die Anordnung eines Teils des Schallaufnehmermittels außerhalb
des Gehäuses ermöglicht dabei eine Positionierung
in Abhängigkeit davon, an welchen Stellen am bewegbaren
Objekt besonders gut die Geräuschumgebung erfasst werden
kann. Beispielsweise könnte der Vibrationssensor an einer
Stelle angeordnet werden, an der erfahrungsgemäß besonders
stark Vibrationen an dem bewegbaren Objekt in bestimmten Umgebungen
auftreten.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die
erfassten Geräuschsignale durch die Auswerteeinheit dahingehend
klassifiziert, in welchem Typ von Transportmittel die Ortungseinheit
transportiert wird und/oder ob die Ortungseinheit in einem vorbestimmten
Typ von Transportmittel transportiert wird. Auf diese Weise wird
berücksichtigt, dass in bestimmten Transportmitteln der
Betrieb der Ortungseinheit nur eingeschränkt bzw. überhaupt nicht
erlaubt ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens berücksichtigt die Auswerteeinheit bei der Klassifikation
einen oder mehrere der folgenden Typen von Transportmitteln:
- – ein Fluggerät, insbesondere
ein Flugzeug und/oder einen Helikopter;
- – ein Straßenfahrzeug, insbesondere ein Bodenfahrzeug
auf einem Flughafen;
- – ein Schiff;
- – ein U-Boot.
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In
einer bevorzugten Variante der Erfindung, in der die Ortungseinheit
ein Funkmodul umfasst, wird der Betrieb des Funkmoduls deaktiviert,
falls durch die Auswerteeinheit festgestellt wird, dass sich die
Ortungseinheit in einem Fluggerät, insbesondere in einem
Flugzeug, befindet. Hierdurch wird der eingangs beschriebenen Tatsache
Rechnung getragen, dass ein drahtloser Funkbetrieb in Flugzeugen
zur Vermeidung von Störungen der Flugzeugelektronik bzw.
des Flugfunkverkehrs nicht erlaubt ist. Diese Variante hat den besonderen
Vorteil, dass die Ortungseinheit nunmehr auch in Flugzeugen verwendbar
ist, was bei herkömmlichen Ortungseinheiten nicht möglich
war. Die Ortungseinheit wird dabei vorzugsweise zur Positionsermittlung
von sog. ULDs (Unit Load Devices) eingesetzt, bei denen es sich
um Container handelt, die zum Transport von Gepäck, Frachtpost und
dergleichen in Großraumflugzeugen verwendet werden.
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Vorzugsweise
ist die erfindungsgemäße Ortungseinheit derart
ausgestaltet, dass der Betrieb des Funkmoduls wieder aktiviert wird,
falls durch die Auswerteeinheit festgestellt wird, dass sich die
Ortungseinheit, deren Betrieb wegen einer Geräuschumgebung
in einem Fluggerät zuvor abgeschaltet wurde, nicht mehr
in dem Fluggerät befindet.
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In
einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Ortungseinheit eine oder
mehrere Schnittstellen zum Erfassen von Daten weiterer Sensoren,
wobei diese Daten durch die Ortungseinheit aufgezeichnet und/oder
an einen oder mehrere Empfänger übermittelt werden
können. Beispielsweise können Daten von Temperatursensoren
erfasst werden, um zu überprüfen, ob beispielsweise
beim Transport von Lebensmitteln die Kühlkette unterbrochen
ist. Ebenso können die Daten eines Türsensors
erfasst werden, der überwacht, ob eine Tür an
dem bewegbaren Objekt, beispielsweise an einem Transportcontainer, während
des Transports geöffnet wurde.
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Neben
der oben beschriebenen Ortungseinheit umfasst die Erfindung ferner
ein bewegbares Objekt, insbesondere einen Transportcontainer, wie
z. B. das oben erwähnte ULD, wobei an dem bewegbaren Objekt
zumindest eine der erfindungsgemäßen Ortungseinheiten
angebracht ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
der beigefügten 1 beschrieben. Diese Figur zeigt
in schematischer Darstellung die Komponenten einer erfindungsgemäßen
Ortungsbox.
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Die
in 1 dargestellte Ortungseinheit 1 umfasst
ein Gehäuse 2, in dem die Komponenten der Ortungseinheit
integriert sind. Die Ortungseinheit stellt somit eine geschlossene
Ortungsbox dar, welche an verschiedenen Transportgütern
angebracht werden kann. Insbesondere wird die Ortungsbox an Transportcontainern,
Fahrzeugen und Maschinen befestigt, um die Bewegung dieser Gegenstände
zu verfolgen und aufzuzeichnen.
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Die
Ortungsbox gemäß 1 umfasst
eine Positionsbestimmungs-Einheit 3. Diese Einheit enthält
ein Funkmodul in der Form einer Sende- und Empfangseinheit für
ein Mobilfunknetz sowie einer GPS-Empfangseinheit zum Empfang von
GPS-Signalen. Das Funkmodul verfügt über eine
Antenneneinheit 3a, mit der in das Mobilfunknetz gesendet bzw.
aus diesem Netz empfangen werden kann und mit der (gegebenenfalls über
eine separate Antenne) GPS-Satellitensignale empfangen werden können. Zum
besseren Empfang ist ein Teil der Antenneneinheit 3a außerhalb
des Gehäuses 2 angeordnet, jedoch sind auch Ausgestaltungen
möglich, in denen die gesamte Antenneneinheit in dem Gehäuse 2 integriert
ist. Das Mobilfunknetz, über welches das Funkmodul sendet
bzw. empfängt, ist dabei ein Netz nach einem beliebigen
Standard (z. B. ein GSM-Netz oder ein UMTS-Netz).
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Mit
der Positionsbestimmungs-Einheit 3 wird über den
GPS-Empfänger die globale Position der Ortungsbox 1 bestimmt
und über das Funkmodul in das Mobilfunknetz ausgesendet.
Beispielsweise kann eine entsprechende SMS mit den Koordinaten der
Ortungsbox zu einem vorbestimmten Empfänger übertragen
werden, der die Positionsdaten auswertet und eine Nachverfolgung
des Objekts ermöglicht, an der die Ortungsbox angebracht
ist. Die Positionsbestimmungs-Einheit bestimmt somit die aktuelle
Position und/oder die Historie der Bewegung des Ob jekts, an der
die Ortungsbox angebracht ist, und meldet diese Positionsdaten an
eine Zentrale. Diese Meldung ist gegebenenfalls nicht ständig
erforderlich, sondern kann beispielsweise in vorher definierten
Intervallen oder auf Anforderung der Zentrale geschehen.
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Die
Positionsermittlung und die Übertragung der Position ist
nur dann möglich, wenn die Ortungsbox in Reichweite eines
Mobilfunknetzes ist bzw. GPS-Signale empfangbar sind. Sollte die
Ortungsbox z. B. längere Zeit außerhalb der Reichweite
eines Mobilfunknetzes sein, wird die aktuelle Position unmittelbar
dann wieder gesendet, wenn sich die Ortungsbox wieder in Reichweite
eines Mobilfunknetzes befindet. Die Positionsbestimmungs-Einheit 3 kann über
einen entsprechenden Schalter 4 abgeschaltet werden. Wenn
die Ortungsbox energieautark über (nicht gezeigte) Batterien
betrieben wird, kann z. B. zur Energieeinsparung das Funkmodul der
Positionsbestimmungs-Einheit nach vorbestimmten Kriterien abgeschaltet
werden, z. B. immer zwischen den Sendezeitpunkten einer aktuellen
Position bzw. wenn festgestellt wird, dass die Ortungsbox seit längerer Zeit
außer Reichweite eines Mobilfunknetzes ist bzw. seit längerem
keine GPS-Signale mehr empfangen kann.
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In
der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird
der Schalter 4 zusätzlich auch noch über
eine akustische Auswerteeinheit 5 gesteuert, welche Teil
einer akustischen Analyseeinheit ist, die durch ein gestricheltes
Rechteck 6 angedeutet ist. Die Steuerbarkeit des Schalters 4 über
die akustische Auswerteeinheit 5 ist dabei durch einen
entsprechenden Pfeil P von der akustischen Auswerteeinheit 5 zum
Schalter 4 angedeutet. Die akustische Analyseeinheit umfasst
einen ersten Luftschallaufnehmer mit einem Mikrofon 7,
einem Verstärker 8 sowie einem Analog-Digital-Wandler 9,
der die analog durch das Mikrofon 7 erfassten Geräuschsignale
digitalisiert. Darüber hinaus beinhaltet die akustische Analyseeinheit
einen zweiten Körperschallaufnehmer mit einem Vibrationssensor 10,
einem Verstärker 11 sowie einem Analog-Digital-Wandler 12, der
die analog durch den Vibrationssensor 10 erfassten Geräuschsignale
digitalisiert.
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Gegebenenfalls
können auch noch weitere Schallaufnehmer in der Form von
Luftschallaufnehmern und/oder Körperschallaufnehmern und/oder Wasserschallaufnehmern
vorgesehen sein. In der Ausführungsform der 1 sind
die Schallaufnehmer vollständig in der Ortungsbox 1 integriert.
Gegebenenfalls ist es auch möglich, dass zumindest ein Teil
der Schallaufnehmer, insbesondere das Mikrofon 7 bzw. der
Vibrationssensor 10 außerhalb der Ortungsbox 1 angeordnet
sind.
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Über
die Schallaufnehmer werden Geräuschsignale der Umgebung
erfasst, in der sich die Ortungsbox befindet. Diese entsprechend
verstärkten und digitalisierten Geräuschsignale
werden anschließend der Auswerteeinheit
5 zugeführt.
Bei dieser Auswerteeinheit handelt es sich um einen Geräuschklassifikator,
welcher die Luftschallgeräusche und Vibrationsgeräusche
basierend auf einem statistischen Klassifikationsverfahren klassifiziert.
Statistische Klassifikationsverfahren sind dabei hinlänglich aus
dem Stand der Technik bekannt. Bei statistischen Klassifikationsverfahren
wird eine Klassenzugehörigkeit der erfassten Geräuschdaten
anhand der aus Trainingsdaten, also den zuvor aufgenommenen Geräuschen
geschätzten Merkmalsverteilungen bestimmt. Die Analyseeinheit
6 kann
beispielsweise die in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2008 021 362.4 beschriebene
Sensoreinrichtung umfassen, bei der in einem ersten Betriebsmodus
ein Geräuscherkennungsverfahren durchgeführt wird
und in einem zweiten Betriebsmodus ein Trainingsverfahren für
das Geräuscherkennungsverfahren erfolgt. Ebenso kann in
der Auswerteeinheit
5 das in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2007 044 407.0 beschriebene
Geräuscherkennungsverfahren verwendet werden, welches ein
statistisches Grund-Klassifikationsmodell zur Klassifikation der
erfassten Geräusche verwendet, wobei dieses statistische
Klassifikationsmodell im Realbetrieb an die akustische Umgebung
adaptiert werden kann.
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Der
in der Auswerteeinheit 5 verwendete Klassifikator dient
in der hier beschriebenen Ausführungsform dazu, verschiedene
Geräuschumgebungen, in denen sich die Ortungsbox 1 und
damit das zu transportierende Gut befinden können, zu klassifizieren.
Dazu wurde der statistische Klassifikator mit entsprechenden Trainingsdaten
von Geräuschumgebungen trainiert, welche durch die Auswerteeinheit erkannt
werden sollen. In der hier beschriebenen Ausführungsform
kann der Klassifikator u. a. erkennen, ob sich die Ortungsbox in
einem Flugzeug befindet. Hierzu wurde der Klassifikator mit Geräuschen trainiert,
welche über entsprechende Mikrofone bzw. Vibrationssensoren
in einer Geräuschumgebung eines Flugzeugs erfasst wurden.
Als Geräuschumgebung wurde dabei insbesondere eine Geräuschumgebung
im Frachtraum eines Flugzeugs verwendet, da Ortungseinheiten in
Flugzeugen im Regelfall an Transportgütern angebracht werden,
welche im Frachtraum transportiert werden.
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Wird
nunmehr im Betrieb der Ortungseinheit 1 über die
Auswerteeinheit 5 festgestellt, dass sich die Ortungseinheit
in einem Flugzeug befindet, erfolgt durch die Auswerteeinheit 5 eine
Deaktivierung des Funkmoduls in der Positionsbestimmungs-Einheit 3 durch
das Abschalten des Funkmoduls mittels des Schalters 4.
Auf diese Weise wird der Tatsache Rechnung getragen, dass Funkgeräte
in Flugzeugen nicht in Betrieb genommen werden dürfen,
damit während des Flugs keine Interferenz mit der Flugzeugelektronik
und dem Flugfunkverkehr auftritt. Erfindungsgemäß wird
somit erreicht, dass die Ortungsbox auch für in Flugzeugen
transportiertes Transportgut eingesetzt werden kann, wobei lediglich
während des Flugs nicht die aktuelle Position der Ortungsbox übermittelt
wird. Herkömmliche Ortungsboxen können nicht zum
Transport in Flugzeugen verwendet werden, da bei diesen Ortungsboxen
nicht sichergestellt ist, dass das Funkmodul während des
Flugs abgeschaltet ist.
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Das
in der Ortungsbox 1 verwendete akustische Geräuscherkennungsverfahren
erlaubt eine zuverlässige Bewertung der Umge bung, in der
sich die Ortungsbox gerade befindet. Dies wird durch die oben beschriebene
statistische Klassifikation von Vibrations- und/oder Luftschallsignalen
erreicht. Auf diese Weise lassen sich auch verschiedene Fahrzeugtypen
unterscheiden, beispielsweise lässt sich zwischen Flugzeugen
und Bodenfahrzeugen unterscheiden. Wird durch das Geräuscherkennungsverfahren
der Transport in einem Bodenfahrzeug festgestellt, bleibt das Funkmodul
zum Senden der aktuellen Position in Betrieb. Erst wenn durch das
Geräuscherkennungsverfahren die Geräuschumgebung
in einem Flugzeug mit laufenden Triebwerken detektiert wird, erfolgt
das Abschalten des Funkmoduls bis zur Beendigung des Flugs bzw.
zum Abschalten der Triebwerke. Das erfindungsgemäße
Prinzip ist nicht auf das Abschalten des Funkmoduls bei der Erkennung
einer Geräuschumgebung in einem Flugzeug beschränkt.
Vielmehr lässt sich das Prinzip auch auf weitere Anwendungen übertragen,
in denen die Betriebsmodi der Ortungsbox von der Umgebung, in der sie
sich befindet, mitbestimmt werden, sofern sich die Umgebung durch
akustische Klassifikation eindeutig ermitteln lässt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102008021362 [0007, 0026]
- - DE 102007044407 [0007, 0026]