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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein System für ein Verkehrsmittel zur
Positionsbestimmung einer mobilen Einheit.
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Technologischer Hintergrund
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Positionsangaben
von Objekten im und um ein Flugzeug sind in nahezu allen Bereichen
des Flugzeugbetriebes unverzichtbar.
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Beispielsweise
offenbart die
DE
10 2006 006 719 A1 die Ermittlung von Positionen mobiler
Objekte in Räumen. Dabei handelt es sich bei den mobilen Objekten
insbesondere um Kopfhörer, deren Position bestimmt wird,
so dass sie einer entsprechenden Sendeeinheit, welche Tonsignale
an die Kopfhörer überträgt, zugeordnet
werden können.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Positionsbestimmung im
Bereich von Verkehrsmitteln weiter zu entwickeln.
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Diese
Aufgabe wird mit einem System für ein Verkehrsmittel zur
Positionsbestimmung einer mobilen Einheit gemäß dem
unabhängigen Anspruch gelöst.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen
Stand der Technik auf durch ein System für ein Verkehrsmittel
(vorzugsweise ein Flugzeug, aber auch eine Bahn, ein Schiff, ein Straßenfahrzeug,
eine Raumfähre) zur Positionsbestimmung einer mobilen Einheit,
mit einem Koordinatensystem aufweisend drei Koordinatenachsen unterschiedlicher
Ausrichtung; zumindest zwei stationären Einheiten mit vorbestimmter
Position bezüglich des Koordinatensystems; einer mobilen
Einheit, wobei die stationären Einheiten mit der mobilen
Einheit drahtlos zumindest unidirektional kommunizieren, um die
Position der mobilen Einheit bezüglich des Koordinatensystems
zu ermitteln; und einer Navigationsbestimmungseinheit, die Navigationsdaten
zum Führen zu der ermittelten Position bestimmt. Die Begriffe „mobil” und „stationär” beziehen
sich hierbei auf das Koordinatensystem bzw. ein Verkehrsmittel,
welchem das Koordinatensystem zugeordnet ist. Mit einem solchen
Koordinatensystem lässt sich jede Position in und außerhalb
des Verkehrsmittels genau referenzieren. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel werden Positionen/Orte innerhalb und
im nahen Umfeld eines Verkehrsmittels mit Hilfe von drahtlosen Technologien
vollelektronisch bestimmt. Die so ermittelten Koordinaten sind dabei
bezogen auf das Koordinatensystem des Verkehrsmittels und erlauben präzise
Aussagen, wo sich beispielsweise Objekte um/im Verkehrsmittel befinden.
Dieses System dient dabei dem Ermitteln der unbekannten Koordinate
einer mobilen Einheit sowie dem Bereitstellen von Navigationsdaten,
beispielsweise zum Führen bzw. Navigieren eines Anwenders
zu dem Ort der mobilen Einheit. Die Positionsbestimmung wird dabei
unabhängig von jeglichen äußeren Infrastrukturen
ermöglicht, da sich die benötigten Sender/Empfänger am/innerhalb
des Verkehrsmittels befinden. Je nach technischer Ausstattung sind
Genauigkeiten bis in den Millimeterbereich möglich. In
der Praxis kann mit diesem System die Position eines defekten Flugzeugelements
(z. B. ein Sitz, ein Trolley, usw.) vom Bordpersonal mittels der
mobilen Einheit „markiert” werden. Anschließend
ermittelt das System Navigationsdaten hin zu dieser Position des
defekten Flugzeugelements. Dies hat den Vorteil, dass die Position
des defekten Flugzeugelements schnell und unkompliziert vom Wartungspersonal
auffindbar ist. Dadurch können im operationellen Flugzeugbetrieb
die Abläufe optimiert und Ressourcen gespart werden. So
wird der Aufwand zur Pflege und Verwendung von Wartungsunterlagen
reduziert und vereinfacht. Es sind keine komplexen Referenzsysteme
zur Angabe der Flugzeugelementpositionen mehr nötig (derzeit
orientiert sich Wartungspersonal in der Positionsbeschreibung defekter
Geräte durch Bezug auf allgemein bekannte Orientierungspunkte,
wie Wartungszonen oder kabinenlayoutabhängigen Ausstattungselemente).
Außerdem werden dadurch Missverständnisse und
Fehlinterpretationen beim Lesen der Wartungsunterlagen verringert.
Darüber hinaus bräuchte das Wartungspersonal keine
Einführung in die derzeit aufwendige Stationen/Zonen-Einteilung mehr.
Insgesamt vereinfacht dieses Ausführungsbeispiel somit
das Auffinden und Führen zu einer bestimmten Position.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel hat das System des Weiteren
einen Prozessor, der aus den Navigationsdaten eine virtuelle Navigation bereitstellt.
Dies ermöglicht eine virtuelle Navigation hin zu der ermittelten
Position. So kann beispielsweise mit einem Computersystem, in dem
das entsprechende Verkehrsmittel samt der eingebauten Systemkomponenten
modelliert ist, die Umgebung der ermittelten Position analysiert
werden. Die Standzeiten von Passagierflugzeugen an den Gates sind
sehr knapp bemessen. In dieser Zeit muss das Servicepersonal das
Flugzeug reinigen, das Flugzeug betankt werden, Gepäck
ent- und beladen werden, Catering zugeladen werden und eventuelle
Reparaturen durchgeführt werden. Um innerhalb dieses knappen Zeitfensters
die Reparaturen durchführen zu können, kann es
sich als vorteilhaft erweisen, vorab eine virtuelle Navigation zur
ermittelten Position durchzuführen. Dadurch kann die Zugänglichkeit
dieser Position bestimmt werden, der zur Verfügung stehende
Platz für Transport und Montage analysiert werden, Platz/Zugänglichkeits/Zeit-Konflikte
erkannt werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn mehrere Personen
(Mechaniker, Reinigungspersonal, usw.) gleichzeitig in der Flugzeugkabine
arbeiten müssen. Vorteilhafterweise kann somit auch softwarebasiert
ein optimaler Arbeitsablauf während der Pause zwischen zwei
Flügen generiert werden.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das System
des Weiteren mit einer mobilen Navigationseinheit versehen ist,
die zur ermittelten Position navigiert. Somit steht ein tragbares
Gerät zur Verfügung, mittels dem schnell zu der
ermittelten Position gefunden werden kann.
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Außerdem
kann vorgesehen sein, dass des Weiteren eine Wegaufzeichnungseinheit
vorgesehen ist, die den Weg der mobilen Navigationseinheit aufzeichnet.
Dies hat den Vorteil, dass die aufgezeichneten Wege für
Analysezwecke verwendet werden können, um zukünftige
Abläufe zu optimieren. Mit diesem Ausführungsbeispiel
können logistische (sequentielle- und ortsabhängige)
Abläufe optimiert werden.
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Ferner
kann gemäß einem Ausführungsbeispiel
das System des Weiteren mit mobilen Einheiten, die an einer Person
anbringbar sind, ausgestattet sein, wobei die stationären
Einheiten mit den mobilen, an einer Person anbringbaren Einheiten,
drahtlos zumindest unidirektional kommunizieren, um die Positionen
der mobilen, an einer Person anbringbaren Einheiten, bezüglich
des Koordinatensystems zu ermitteln. Dies bietet die Möglichkeit,
einen Anzug für Wartungspersonal zu schaffen, der mit mobilen
Einheiten bestückt ist, deren Positionen exakt bestimmt und
aufgezeichnet werden können. Somit lassen sich die Bewegungen
des Wartungspersonals aufzeichnen. Mittels dieser kann für
Analysezwecke eine Rekonstruktion eines Wartungsablaufs durchgeführt werden.
Dies kann mittels virtueller Realität nachsimuliert werden
und später/gleichzeitig von Dritten analysiert und optimiert
werden.
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Im
Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben.
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Kurze Figurenbeschreibung
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1 zeigt
verschiedene Ansichten eines Flugzeugs;
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2 zeigt
schematisch eine Positionsbestimmung mittels der stationären
Einheiten; und
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3a, 3b zeigen
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, in der
die Navigation zu einer ermittelten Position beschrieben wird.
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Detaillierte Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
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Grundsätzlich
wird in der Erfindung eine vollelektronische Positionsbestimmung
einer mobilen Einheit im/um das Verkehrsmittel, vorzugsweise ein Flugzeug,
ermöglicht. Ein Aspekt ist dabei der Bezug auf ein verkehrsmittelfestes
Koordinatensystem unter Verwendung von modernen kabellosen Technologien.
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1 zeigt
verschiedene Ansichten eines Flugzeugs. Die Darstellung veranschaulicht
von oben nach unten, einen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung
des Flugzeugs, einen Schnitt entlang der Flugzeuglängsrichtung
und eine Ansicht von vorn. Das Flugzeug ist mit stationären
Einheiten 10 ausgestattet, von denen der Übersichtlichkeit
halber nur einige mit einem Bezugszeichen versehen sind. Diese stationären
Einheiten 10 können Sender, Empfänger
oder Sende-Empfänger (beide Funktionalitäten umfassend)
sein. Diese stationären Einheiten 10 können
beispielsweise an den Tragflächen, an der Rumpfaußenhaut,
in den Passagierdecks (in diesen vorzugsweise seitlich angeordnet),
im Frachtdeck, im Bereich des Radoms oder am Leitwerk vorgesehen sein.
Vorteilhaft ist dabei, dass die stationären Einheiten 10 mit
einem gewissen Abstand zueinander über das Flugzeug verteilt
sind.
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2 zeigt
schematisch eine Positionsbestimmung mittels der stationären
Einheiten. In dieser Figur ist ein kartesisches Koordinatensystem
dargestellt, welches fest dem oben beschriebenen Flugzeug zugeordnet
ist. Die x-Achse verläuft in Flugzeuglängsrichtung,
die y-Achse verläuft senkrecht zur x-Achse und parallel
zur Horizontalen des Flugzeugs und die z-Achse entsprechend eines
kartesischen Koordinatensystems orthogonal zur x- und y-Achse. Bei
dem Koordinatensystem muss es sich jedoch nicht zwangsläufig
um ein Koordinatensystem mit orthogonalen Achsen handeln, es ist
ausreichend, dass die Achsen in unterschiedliche Richtungen weisen.
Die Position der stationären Einheiten 10 gegenüber
dem Koordinatensystem und somit gegenüber dem Flugzeug
ist in Form von Koordinaten bekannt. Ferner ist zumindest eine mobile
Einheit 12 vorgesehen. In der Praxis kommt vorzugsweise
eine Vielzahl solcher mobiler Einheiten 12 pro Flugzeug zum
Einsatz. Eine solche mobile Einheit 12 kann ein tragbarer
Sender oder Sende-Empfänger (beide Funktionalitäten
umfassend) sein. Ist die stationäre Einheit 10 ein
Sender, dann weist die mobile Einheit 12 zumindest eine
Empfangsfunktionalität auf und wenn die stationäre
Einheit 10 ein Empfänger ist, dann umfasst die
mobile Einheit 12 zumindest Sendefunktionalität.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel sind mehrere stationäre Einheiten 10,
die in diesem Ausführungsbeispiel Sender sind, an ortsfesten
Punkten im/außerhalb des Flugzeuges installiert und übertragen
ein Referenzsignal, welches durch das Signal selbst (z. B. über
seine Frequenz) oder durch eine Kennung einer stationären
Einheit 10 zuordenbar ist. Da ihre Position bekannt ist,
erlaubt dies der in diesem Ausführungsbeispiel als Sende-Empfänger
ausgebildeten mobilen Einheit 12 die Berechnung ihrer Eigenposition
durchzuführen. Diese Berechnung kann beispielsweise realisiert
werden, indem die jeweiligen Signallaufzeiten von den stationären
Einheiten 10 zu der mobilen Einheit 12 ermittelt
werden. Durch Kenntnis der jeweiligen Signallaufzeiten und der Koordinaten
der stationären Einheiten 10 kann die mobile Einheit 12 ihre
Eigenposition in Form von Koordinaten bestimmen. Die so ermittelte
Position kann die mobile Einheit 12 selbst verwerten, durch ein
festes oder kabelloses Netzwerk einem zentralen Flugzeuginformationssystem 14 und/oder
an eine später erläuterte Navigationsbestimmungseinheit 20 übermitteln.
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Alternativ
oder zusätzlich zu einer solchen Eigenortsbestimmung kann
eine Fremdortung zum Einsatz kommen.
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Gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel ist ebenfalls möglich,
dass die mobile Einheit 12 ein Signal übermittelt,
welches von den stationären Einheiten 10 empfangen
wird. Diese sind wiederum durch ein festes oder drahtloses Netzwerk
mit dem zentralen Flugzeuginformationssystem 14 verbunden,
das aus den jeweiligen Signallaufzeiten von der mobilen Einheit 12 zu
den jeweiligen stationären Einheiten 10 und den
bekannten Koordinaten der stationären Einheiten 10 die
Position der mobilen Einheit 12 ermitteln kann.
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Zusätzlich
oder alternativ zur Bestimmung mittels Signallaufzeit kann ebenfalls
eine Ortung oder Peilung zu Einsatz kommen. Dabei wird im Koordinatensystem
jeweils eine imaginäre Linie zwischen den jeweiligen stationären
Einheiten 10 und der mobilen Einheit 12 ermittelt,
wobei sich die Position der mobilen Einheit 12 am Schnittpunkt
der Linien ergibt.
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Bei
der Anzahl der stationären Einheiten 10 ist zu
beachten, dass je nach Einsatzgebiet der Positionsbestimmung genügend
stationäre Einheiten 10 sowohl im Flugzeuginnenraum
als auch außen vorgesehen sind, so dass eine mobile Einheit 12 an
jeder gewünschten Position innerhalb und außerhalb des
Flugzeugs drahtlosen Kontakt zu zumindest zwei stationären
Einheiten 10 hat. Bei der Positionierung ist zu beachten,
dass durch die Flugzeugform und die Materialen des Flugzeugs Dämpfungen
auftreten können, die durch geeignete Positionierung zu
minimieren sind. Damit die stationären Einheiten 10 und die
mobilen Einheiten 12 unterscheidbar sind, ist jeder stationären
Einheit 10 eine individuelle Kennung und jeder mobilen
Einheit 12 eine individuelle oder Gruppenkennung (mehrere
mobile Einheiten 12 können dieselbe Kennung haben)
zugeordnet, die zusammen mit einem Referenzsignal oder separat übermittelt
werden kann. Als Kennung kann auch eine bestimmte Frequenz oder
Signalart des Referenzsignals zu Einsatz kommen.
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Hinsichtlich
der Art der Kommunikation zwischen den stationären Einheiten 10 und
den mobilen Einheiten 12 sind mehrere Möglichkeiten
gegeben. Vorzugsweise kommunizieren die stationären und mobilen
Einheiten zur Positionsbestimmung mittels elektrischer Signale,
möglich sind jedoch auch andere technische Realisierungen
mittels Ultraschall oder Infrarot. Außerdem ist die Verwendung
bestehender WLAN Netzwerke möglich.
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Die 3a und 3b zeigen
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, in der
die Navigation zu einer ermittelten Position beschrieben wird. So
kann beispielsweise vom Bordpersonal mittels der mobilen Einheit 12 ein
defekter Flugzeugsitz 16 markiert werden, d. h. das Bordpersonal
bringt die mobile Einheit 12 an diesem defekten Flugzeugsitz 16 an,
so dass die Position der mobilen Einheit 12 und somit die
des defekten Flugzeugsitzes 16 ermittelt werden kann. Nachdem
die Position der mobilen Einheit 12 wie oben beschrieben
ermittelt wurde, kann diese Position entweder in dem zentralen Flugzeuginformationssystem 14 gespeichert
und die mobile Einheit 12 wieder abgeschaltet/entfernt/zur nächsten Positionsbestimmung
verwendet werden, oder die mobile Einheit 12 verbleibt
und die Position der mobilen Einheit 12 wird laufend aktualisiert
(vorteilhaft falls die mobile Einheit 12 an einem beweglichen
Objekt angebracht ist).
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Gemäß dem
in den 3a und 3b dargestellten
Ausführungsbeispiel wird diese so ermittelte Position nun
als Ziel für eine Navigation dorthin verwendet. In diesem
konkreten Ausführungsbeispiel ist dazu eine Wartungsperson
mit einer Navigationseinheit 18 ausgestattet, die eine
Sende-Empfangseinheit aufweist. Als Navigationseinheit 18 kann
beispielsweise ein PDA-Gerät mit Sende-Empfangsmodul genutzt
werden. Gemäß der beschriebenen Verfahren zur
Positionsbestimmung der mobilen Einheit 12 kann mit den
gleichen Verfahren eine Eigen- oder Fremdbestimmung der Position
der Navigationseinheit 18 durchgeführt werden.
Nach Kenntnis der Position der letzteren, kann eine Navigationsbestimmungseinheit 20 Navigationsdaten
bestimmen, die zu der ermittelten Position führen. Diese
Navigationsbestimmungseinheit 20 kann in der Navigationseinheit 18 oder
im zentralen Flugzeuginformationssystem 14 vorgesehen sein
und bestimmt mit Kenntnis der Position des defekten Flugzeugsitzes 16 und Kenntnis
der Position der Navigationseinheit 18 die Navigationsdaten,
beispielsweise Richtungs- und Distanzangaben, hin zu dem defekten
Flugzeugsitz 16. Falls die Navigationsbestimmungseinheit 20 im Flugzeuginformationssystem 14 vorgesehen
ist, werden die Navigationsdaten von einem Sender des Flugzeuginformationssystems 14 an
die Navigationseinheit 18 vorzugsweise drahtlos übertragen.
Falls die Navigationsbestimmungseinheit 20 in der Navigationseinheit 18 vorgesehen
ist, dann wird die ermittelte Position der mobilen Einheit 12 von
der mobilen Einheit selbst oder vom Flugzeuginformationssystem 14 an
die Navigationseinheit 18 vorzugsweise drahtlos übertragen.
Die Navigationseinheit 18 zeigt, basierend auf diesen Navigationsdaten,
der Wartungsperson die Richtung und Distanz hin zum defekten Flugzeugsitz 16 an.
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Darüber
hinaus ist möglich, dass das Flugzeuginformationssystem 14 eine
Wegaufzeichnungseinheit 23 aufweist, die mehrere nacheinander
ermittelte Positionen, d. h. den zurückgelegten Weg, der Navigationseinheit 18 für
Analysezwecke aufzeichnet, wobei die Aufzeichnungen von einem Prozessor 22 (siehe 2),
beispielsweise über eine drahtlose Verbindung, auslesbar
sind.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel sind die ermittelten Navigationsdaten
von dem Flugzeuginformationssystem 14, beispielsweise über eine
drahtlose Verbindung, an einen Prozessor 22 (siehe 2) übertragbar,
der mit diesen Navigationsdaten eine virtuelle Navigation ermöglicht.
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Das
oben beschriebene Verfahren zur Positionsbestimmung einer mobilen
Einheit 12 im Bereich eines Flugzeugs lässt sich
in folgenden Schritten zusammenfassen: Festlegen eines Koordinatensystems
aufweisend drei Koordinatenachsen x, y, z unterschiedlicher Ausrichtung;
Anordnen von mindestens zwei stationären Einheiten 10 an
vorbestimmten Positionen bezüglich des Koordinatensystems;
Ermitteln der Position einer mobilen Einheit 12 durch drahtlose,
zumindest unidirektionale Kommunikation der stationären
Einheiten 10 mit der mobilen Einheit 12; und Bestimmen
von Navigationsdaten zum Führen zu der ermittelten Position.
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Als
weitere Anwendungsbeispiele der beschriebenen Technologie sind ebenso
möglich:
Personen (z. B. Bordpersonal) können
mit einer mobilen Einheit 12 ausgestattet werden und sind
somit von einer anderen (z. B. Kollegen) mit einer Navigationseinheit 18 ausgestatteten
Person leicht aufzufinden. Oder ein im Flügeltank arbeitender
Mechaniker, der die mobile Einheit 12 bei sich trägt,
könnte im Notfall mittels der Navigationseinheit 18 schnell
aufgefunden und aus dem Flügeltank gesägt werden.
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In
der Vergangenheit kam es immer wieder vor, dass ein Passagier, dessen
Gepäckstück bereits an Bord ist, weil er dieses
am Vortag aufgegeben hat, bis zur geplanten Abflugzeit nicht an
Bord ist. In diesem Fall musste das Gepäckstück
identifiziert und aus dem Frachtraum entfernt werden, um sicherzustellen,
dass von diesem Gepäckstück keine Anschlagsgefahr
ausgeht. Dazu müssen alle Gepäckstücke
ausgeladen werden, die Passagiere das Flugzeug verlassen und ihr
Gepäckstück identifizieren, wobei dann das gesuchte
Gepäckstück jenes ist, welches bei dieser Identifizierung übrig
bleibt. Eine solche Prozedur verzögert den Abflug eines
Passagierflugzeugs sehr stark. Durch die Erfindung kann dieses Problem
gelöst werden. Beim Einsatz mehrerer mit einer Kennung
versehenen mobilen Einheiten 12 kann jedes Gepäckstück
mit einer eindeutig lokalisierbaren mobilen Einheit 12 versehen
werden. Muss ein Gepäckstück aus dem Frachtraum
entfernt werden, dann ist über am Check-In erstellte Tabellen
ermittelbar, welche Kennung die mobile Einheit 12 hat, die
mit dem gesuchten Gepäckstück verbunden ist. Mittels
der Navigationseinheit 18 kann eine Person dann rasch zum
gesuchten Gepäckstück geführt werden.
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Ergänzend
wird darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis
auf eine der obigen Weiterentwicklungen beschrieben worden sind,
auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer
oben beschriebener Weiterentwicklungen verwendet werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006006719
A1 [0003]