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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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Aus
der
WO 2007/028624
A1 ist ein Ortungsgerät
zur Anbringung an einem bewegbaren zur Ortung der Position des bewegbaren
Objekts bekannt. Das Ortungsgerät
umfasst eine Positionsbestimmungseinheit, welche im Betrieb die
räumliche
Position der Ortungseinheit ermittelt und die räumliche Position aufzeichnet,
und/oder an einen oder mehrere Empfänger übermittelt. Weiterhin umfasst
das Ortungsgerät
eine Auswerteeinheit zum Auswerten von mit einem Sensor erfassten
Messwerten, wobei durch die Auswerteeinheit basierend auf den Messwerten
der Betrieb des Ortungsgeräts
gesteuert wird.
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Aus
der
EP 1 836 690 B1 ist
ein Ortungsgerät
umfassend eine Positionsbestimmungs- und eine Auswerteeinheit bekannt.
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Die
US 2005/0267650 A1 offenbart
ein System für
mobile Kommunikationsendgeräte,
mit denen ein gefahrloser Transport insbesondere im Flugzeug ermöglicht wird.
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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 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, 2 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, 2 integriert. Gegebenenfalls
ist es auch möglich,
dass zumindest ein Teil der Schallaufnehmer, insbesondere das Mikrofon 7 bzw.
der Vibrationssensor 10 außerhalb der Ortungsbox 1, 2 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.
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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, 2 und damit das zu
transportierende Gut befinden können,
zu klassifi zieren. 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
einen 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, 2 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.