DE102009023738B3 - Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der Position eines Objekts - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Objekts (10), wobei ein charakteristisches Schallsignal (12a) durch einen Schallerzeuger (14) erzeugt wird. Ein Zeitsignal zum Zeitpunkt (t) der Erzeugung des charakteristischen Schallsignals (12a) und/oder eine Wellenform des charakteristischen Schallsignals (12a) wird vom Schallerzeuger (14) zum Objekt (10) übermittelt. Dies erfolgt bevorzugt über eine Funkverbindung. Das charakteristische Schallsignal (12a), das über einen Schallübertragungskanal (20) übertragen wurde, wird durch eine Schallaufnahmevorrichtung (22), die am Objekt (10) positioniert ist, aufgenommen. Anschließend wird ein Laufzeitunterschied (Δ) zwischen dem Zeitpunkt (t) des empfangenen Zeitsignals, das den Zeitpunkt (t) der Erzeugung des charakteristischen Schallsignals (12a) kennzeichnet oder dem Zeitpunkt (t) des Empfangs der Wellenform des charakteristischen Schallsignals (12a), und dem Zeitpunkt (t) des aufgenommenen charakteristischen Schallsignals (12a), das über den Schallübertragungskanal (20) übertragen wurde, berechnet. Anschließend erfolgt die Bestimmung der Position des Objekts (10) basierend auf dem berechneten Laufzeitunterschied (Δ).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Bestimmung der Position eines Objekts, insbesondere in einem Gebäude.
  • Die Feststellung der Position eines Objekts, beispielsweise einer Person, eines Tieres oder eines Gegenstandes innerhalb von Gebäuden kann sich schwierig gestalten, da GPS im Allgemeinen innerhalb von Gebäuden nicht funktioniert und andere Verfahren meist eine komplizierte Ausrüstung des Gebäudes mit zusätzlicher Technik benötigen. Es ist ein System bekannt, das den Luftdruck an einer zentralen Stelle misst und daraus auf ein Vorhandensein von Personen in einem Gebäude schließt (Patel;, S. N. et al: ”Detecting Human Movement by Differential Air Pressure Sensing in HVAC System Ductwork; An Exploration in Infrastructure Mediated Sensing”).
  • Aus EP 0 694 792 ist eine Einrichtung zur Positionserfassung bekannt, wobei durch einen Schallerzeuger ein Schallsignal erzeugt wird, das über einen Schallübertragungskanal übertragen wird und durch eine Schallaufnahmevorrichtung am Objekt aufgenommen wird. Anschließend wird der Laufzeitunterschied zwischen dem Ort des Schallerzeugers und der Schallaufnahmevorrichtung berechnet. Die Position des Objekts wird u. a. mit Hilfe des berechneten Laufzeitunterschiedes bestimmt.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein System zur Bestimmung der Position eines Objekts, insbesondere innerhalb eines Gebäudes, bereitzustellen, das einfach realisiert werden kann und insbesondere weniger zusätzliche technische Komponenten benötigt.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch die Anordnung gemäß Anspruch 14.
  • In einem Verfahren zur Bestimmung der Position eines Objekts wird durch einen Schallerzeuger ein charakteristisches Schallsignal erzeugt. Bei dem Schallerzeuger kann es sich beispielsweise um eine Komponente handeln, die ohnehin in einem Gebäude vorhanden ist, beispielsweise das Gebläse einer Klima- oder Lüftungsanlage des Gebäudes. Wichtig hierbei ist, dass der Schallerzeuger ein charakteristisches Schallsignal erzeugen kann, das von einer Schallaufnahmevorrichtung, wie beispielsweise einem Mikrofon, das am Objekt positioniert ist, aufgenommen und als charakteristisches Schallsignal identifiziert werden kann. Sofern beispielsweise das Gebläse einer Klima- oder Lüftungsanlage ein solches charakteristisches Schallsignal nicht selbst erzeugen kann, ist es möglich, dieses Schallsignal zu modulieren. Bevorzugt ist es, dass der Schallerzeuger ein für Menschen und/oder Tiere nicht hörbares charakteristisches Schallsignal, beispielsweise im Ultraschallbereich, erzeugt, so dass unangenehme Störungen bei der Durchführung des Verfahrens bei anwesenden Personen oder Tieren vermieden werden können. Bei dem erzeugten Schallsignal kann es sich beispielsweise um ein farbiges Rauschen handeln. Das charakteristische Schallsignal kann auch durch einen separaten Schallerzeuger erzeugt werden, der zusätzlich zu einer ohnehin in einem Gebäude vorhandenen Komponente, beispielsweise einem Gebläse, verwendet wird. Hierbei kann es sich z. B. um einen Lautsprecher handeln, der in der Nähe des Gebläses angeordnet wird, so dass er das charakteristische Schallsignal ausgeben kann, das dann über einen Übertragungskanal, beispielsweise über den Lüftungsschacht der Klima- und/oder Lüftungsanlage, zum Objekt übertragen wird.
  • In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird ein Zeitsignal zum Zeitpunkt t1 der Erzeugung des charakteristischen Schallsignals vom Schallerzeuger zum Objekt übermittelt. Dies erfolgt vorzugsweise von einer mit dem Schallerzeuger verbundenen Sendevorrichtung an eine am Objekt befindliche Empfangsvorrichtung. Hierbei wird besonders bevorzugt eine Funkverbindung verwendet, so dass das Objekt bzw. die Empfangsvorrichtung am Objekt nicht mit einem Kabel verbunden werden muss. Das charakteristische Schallsignal, das durch den Schallerzeuger erzeugt wurde und über den Schallübertragungskanal übertragen wurde, wird durch eine Schallaufnahmevorrichtung, die am Objekt positioniert ist, aufgenommen. Hierbei kann es sich um ein Mikrofon handeln. Es steht somit am Objekt das charakteristische Schallsignal sowie weiterhin die Wellenform möglicher weiterer Schallsignalanteile zur Verfügung. Das Schallsignal wurde über den Schallübertragungskanal mit der Schallgeschwindigkeit von 300 m/s übertragen, während die Übermittlung des Zeitsignals vom Schallerzeuger zum Objekt vorzugsweise über die Sendevorrichtung zur Empfangsvorrichtung mit Lichtgeschwindigkeit, d. h. praktisch ohne Zeitverzögerung, erfolgt. Anschließend erfolgt ein Berechnen des Laufzeitunterschieds Δt zwischen dem Zeitpunkt t1 des empfangenen Zeitsignals, das den Zeitpunkt t1 der Erzeugung des charakteristischen Schallsignals kennzeichnet, und dem Zeitpunkt t2 des aufgenommenen charakteristischen Schallsignals, das über den Schallübertragungskanal übertragen wurde. Anschließend erfolgt die Bestimmung der Position des Objekts basierend auf dem berechneten Laufzeitunterschied Δt.
  • Alternativ oder zusätzlich zum Übermitteln eines Zeitsignals zum Zeitpunkt der Erzeugung des charakteristischen Schallsignals kann auch eine Wellenform des charakteristischen Schallsignals vom Schallerzeuger zum Objekt übermittelt werden. Dies bedeutet, dass das Objekt somit über die Information verfügt, wie das charakteristische Schallsignal aussieht, d. h. wie seine Wellenform beschaffen ist. Somit können beispielsweise durch eine Berechnungsvorrichtung am Objekt die Schallsignale, die über die Schallaufnahmevorrichtung, die am Objekt positioniert ist, erfasst werden, mit der Wellenform des charakteristischen Schallsignals abgeglichen werden. Sobald hier eine Übereinstimmung festgestellt wird, wird dieses Schallsignal als charakteristisches Schallsignal identifiziert. Dieses Schallsignal unterliegt selbstverständlich der durch die gegenüber der Lichtgeschwindigkeit langsameren Schallgeschwindigkeit bedingten Verzögerung. Basierend auf dem Laufzeitunterschied zwischen dem Zeitpunkt der akustischen Erfassung des charakteristischen Schallsignals (d. h. der Identifizierung basierend auf der übermittelten Wellenform des charakteristischen Schallsignals) und dem Zeitpunkt, zu dem die Wellenform des charakteristischen Schallsignals übermittelt und empfangen wurde, wird die Position des Objekts bestimmt.
  • Hierbei ist zu beachten, dass der Zeitpunkt, zu dem die Wellenform des charakteristischen Schallsignals übermittelt wurde, praktisch der gleiche Zeitpunkt ist, zu dem diese Wellenform am Objekt erfasst wurde, da die Übermittlung der Wellenform in Lichtgeschwindigkeit, beispielsweise über Funk, erfolgt.
  • Sämtliche Merkmale, die in der vorliegenden Anmeldung in Bezug auf die Übermittlung des Zeitsignals zum Objekt beschrieben werden, finden auch auf die Übermittlung der Wellenform des charakteristischen Schallsignals Anwendung.
  • Die Übermittlung des Zeitsignals von der mit dem Schallerzeuger verbundenen Sendevorrichtung an die am Objekt befindliche Empfangsvorrichtung kann kabellos aber auch kabelgebunden erfolgen. Die Sendevorrichtung und die Empfangsvorrichtung können in diesem Fall einfache Schnittstellen, z. B. Kabelbuchsen, sein, mit denen das Übertragungskabel verbunden ist. Eine drahtlose Übertragung, beispielsweise über Funk, ist jedoch bevorzugt, damit sich das Objekt frei im Raum bewegen kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Bestimmung der Position des Objekts in einem Gebäude, da hier übliche Verfahren, beispielsweise GPS, nicht zur Verfügung stehen. Bei einem Gebäude muss es sich nicht zwangsweise um ein allseits umschlossenes Gebäude handeln. Es kann sich beispielsweise auch um ein Gebäude handeln, das lediglich überdacht ist, so dass hier z. B. eine GPS-Navigation nicht möglich ist.
  • Besonders bevorzugt erfolgt die Bestimmung der Position des Objekts zusätzlich oder alternativ zum Laufzeitunterschied Δt basierend auf der Wellenform des aufgenommenen charakteristischen Schallsignals, wobei neben dem charakteristischen Schallsignal weitere aufgenommene Schallsignalanteile berücksichtigt werden können. Das über den Übertragungskanal, beispielsweise einem Lüftungsschacht, übertragene Schallsignal, das das charakteristische Schallsignal beinhaltet, weist eine Wellenform auf, die durch die räumlichen oder geometrischen Gegebenheiten des Übertragungskanals beeinflusst wird. In Abhängigkeit davon, an welcher Stelle das Schallsignal den Übertragungskanal, wie beispielsweise den Lüftungskanal, verlässt, um z. B. in einen Raum eines Gebäudes einzutreten, weist das dort messbare Schallsignal besondere Eigenschaften in seiner Wellenform auf, die ausgewertet werden können. Anders ausgedrückt, wird die Wellenform des Schallsignals durch die räumlichen Gegebenheiten des Übertragungskanals beeinflusst. Diese räumlichen Gegebenheiten, beispielsweise die Abmessungen und/oder die Form und/oder die Länge des Übertragungskanals werden vor Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfasst und gespeichert und verschiedenen Übertragungsprofilen zugeordnet. Somit kann das beispielsweise in einem Raum des Gebäudes gemessene Schallsignal einem dieser Übertragungsprofile zugeordnet werden, sofern es eine ausreichend große Ähnlichkeit zu diesem Profil aufweist. Somit kann festgestellt werden, dass sich das Objekt beispielsweise in dem Raum des Gebäudes aufhält, der diesem charakteristischen Übertragungsprofil zugeordnet ist.
  • Eine genauere Bestimmung der Position des Objekts, beispielsweise in diesem Raum, kann z. B. zunächst basierend auf dem ermittelten Laufzeitunterschied erfolgen. Durch diesen Laufzeitunterschied ist es möglich, die Entfernung des Objekts vom Schallerzeuger festzustellen. Hierbei kann die Länge des Schallübertragungskanals, beispielsweise des Lüftungsschachts, berücksichtigt werden. Beim Austritt des Schallsignals aus dem Lüftungsschacht, z. B. in einem Raum, muss das Schallsignal noch die Entfernung vom Ausgang des Lüftungsschachts bis zum Objekt zurücklegen. Somit kann über den Laufzeitunterschied festgestellt werden, in welcher Entfernung sich das Objekt vom Ausgang des Lüftungsschachts befindet. Hierdurch ergibt sich eine Kreisbahn um den Ausgang des Lüftungsschachts, auf der sich das Objekt befinden kann. Eine genauere Eingrenzung der Position des Objekts in einem Raum kann beispielsweise durch Berücksichtigung der Wellenform des aufgenommenen Schallsignals, das das charakteristische Schallsignal beinhalten kann, erfolgen. Hierfür können beispielsweise im Vorhinein Schallprofile an verschiedenen Punkten, an denen sich das Objekt beispielsweise innerhalb eines Raums im Gebäude aufhalten kann, erstellt werden. Hierfür wird ein Schallsignal, das das charakteristische Schallsignal beinhalten kann, an diesen verschiedenen Punkten aufgenommen. Dies kann durch ein Mikrofon erfolgen. Die Wellenform des aufgenommenen Schallsignals wird für jeden dieser Punkte gespeichert, so dass jedem dieser Punkte ein Schallprofil zugeordnet werden kann. Dieses Schallprofil wird beeinflusst durch die räumlichen Gegebenheiten, d. h. durch die Abmessungen, durch Gegenstände und weitere Eigenschaften des Raumes, in dem sich das Objekt befindet. Abhängig von der Position des Objekts im Raum ändert sich der räumliche Abstand, beispielsweise zu den Wänden des Raums oder zu anderen Gegenständen, was zu einer Veränderung des Schallprofils der aufgenommenen Wellenform an jedem dieser Punkte führt. Die Bestimmung der Position des Objekts in einem Raum kann somit durch Vergleich des aufgenommenen Schallsignals mit den gespeicherten Schallprofilen erfolgen. Hierbei kann die Position des Objekts als diejenige definiert werden, an der die Ähnlichkeit der beiden Signale einen definierten Schwellenwert überschreitet. In Kombination mit dem über den Laufzeitunterschied ermittelten Abstand des Objekts vom Ausgang des Übertragungskanals kann eine ausreichend genaue Bestimmung der Position des Objekts im Raum erfolgen.
  • Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, einen zweiten Schallerzeuger vorzusehen, durch den ein zweites charakteristisches Schallsignal erzeugt wird. Dieser zweite Schallerzeuger ist vorzugsweise derart räumlich angeordnet, dass er sich nicht zwischen dem ersten Schallerzeuger und dem Objekt befindet. Bevorzugt ist es, dass der zweite Schallerzeuger vom Objekt aus betrachtet in einer anderen Richtung angeordnet ist als der erste Schallerzeuger, insbesondere in eine entgegengesetzte Richtung. Dies bedeutet, dass das Objekt sich im Wesentlichen zwischen dem ersten und dem zweiten Schallerzeuger befindet. Alternativ kann es ausreichend sein, dass der Winkel, der durch eine gedachte Verbindung vom ersten Schallerzeuger zum Objekt und vom Objekt zum zweiten Schallerzeuger gebildet wird, größer als 30°, bevorzugt größer als 60° und besonders bevorzugt größer als 90° ist. Die bisher beschriebenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden auch auf den zweiten Schallerzeuger angewandt. D. h. dass ein zweites charakteristisches Schallsignal durch den zweiten Schallerzeuger erzeugt wird. Zum Zeitpunkt t1 der Erzeugung des zweiten charakteristischen Schallsignals wird ein Zeitsignal vom zweiten Schallerzeuger zum Objekt übermittelt. Dies erfolgt vorzugsweise ebenfalls über eine Funkverbindung. Das zweite charakteristische Schallsignal, das über den Schallübertragungskanal übertragen wurde, wird durch die Schallaufnahmevorrichtung, die am Objekt positioniert ist, aufgenommen. Der Begriff „am Objekt positioniert” bedeutet bei allen Ausführungsformen der Erfindung, dass sich die Schallaufnahmevorrichtung in der Nähe des Objekts und insbesondere unmittelbar am Objekt befindet. Anschließend wird der Laufzeitunterschied Δt zwischen dem Zeitpunkt t1 des empfangenen Zeitsignals, das den Zeitpunkt t1 der Erzeugung des zweiten charakteristischen Schallsignals kennzeichnet, und dem Zeitpunkt t2 des aufgenommenen zweiten charakteristischen Schallsignals, das über den Schallübertragungskanal übertragen wurde, berechnet. Somit stehen zwei berechnete Laufzeitunterschiede Δt zur Verfügung. Durch den ersten Laufzeitunterschied Δt kann die Entfernung des Objekts von dem ersten Schallerzeuger berechnet werden. Basierend auf dem zweiten Laufzeitunterschied Δt kann die Entfernung des Objekts vom zweiten Schallerzeuger berechnet werden. Es ergeben sich somit zwei Kreise um die beiden Schallerzeuger, auf denen sich das Objekt befinden kann. Diese beiden Kreise können sich an maximal zwei Punkten schneiden, so dass sich das Objekt nur an einem dieser beiden Punkte befinden kann. Zur weiteren Eingrenzung könnte auch ein dritter Schallerzeuger, der sich an einem anderen Ort befindet, hinzugezogen werden, so dass die Position des Objekts allein basierend auf den Laufzeitunterschieden eindeutig bestimmbar ist. Auch beim dritten Schallerzeuger werden die genannten Verfahrensschritte angewandt. Alternativ können bei der Verwendung von zwei Schallerzeugern auch die o. g. Verfahrensschritte hinsichtlich der Betrachtung der Wellenform der aufgenommenen Schallsignale angewandt werden, so dass eine der beiden ermittelten möglichen Positionen des Objekts anhand der Wellenform ausgeschlossen werden kann, da diese Wellenform für die genannte Position nicht passend ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass an nur einer zentralen Stelle, beispielsweise in einem Gebäude, technische Infrastruktur zur Positionsbestimmung des Objekts angebracht werden muss. Hierbei kann es sich beispielsweise um das Gebläse der Klima- oder Lüftungsanlage handeln. Durch die Laufzeitunterschiedmessung müssen die Uhren in der Sende- und der Empfangsvorrichtung nicht synchronisiert werden. Durch die genannten Veränderungen des übertragenen Schallsignals, beispielsweise durch Modulation, Ultraschallsignal oder farbiges Rauschen, kann die Empfindlichkeit und die Lokalisierungsgenauigkeit des Verfahrens gesteigert werden.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein System zur Bestimmung der Position eines Objekts mit einem Schallerzeuger zum Erzeugen eines charakteristischen Schallsignals und einer mit dem Schallerzeuger verbundenen Sendevorrichtung zum Senden eines Zeitsignals zum Zeitpunkt der Erzeugung des charakteristischen Schallsignals. Ferner umfasst das System eine Schallaufnahmevorrichtung, die am Objekt platzierbar ist und zum Aufnehmen des charakteristischen Schallsignals, das über einen Schallübertragungskanal übertragen wurde, dient. Es ist ferner eine Verarbeitungsvorrichtung, beispielsweise eine elektronische Steuerung, vorgesehen, die mit der Schallaufnahmevorrichtung verbunden ist und zum Berechnen des Laufzeitunterschieds Δt zwischen dem Zeitpunkt t1 des Zeitsignals und dem Zeitpunkt t2 des aufgenommenen charakteristischen Schallsignals dient. Das System umfasst ferner eine Empfangsvorrichtung, die mit der Verarbeitungsvorrichtung verbunden ist, zum Empfangen des Zeitsignals von der Sendevorrichtung. Durch die Verarbeitungsvorrichtung erfolgt die Bestimmung der Position des Objekts basierend auf dem Laufzeitunterschied Δt und/oder der Wellenform des aufgenommenen Schallsignals. Das erfindungsgemäße System kann ferner sämtliche Merkmale aufweisen, die in der vorliegenden Anmeldung in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind. Insbesondere kann das System gemäß den verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens auch mehrere Schallerzeuger aufweisen.
  • Die Schallaufnahmevorrichtung, die am Objekt platzierbar ist, die Verarbeitungsvorrichtung und die Empfangsvorrichtung sind vorzugsweise in einem tragbaren Gehäuse untergebracht, das am Objekt platziert werden kann. Beispielsweise ist es möglich, dass dieses Gehäuse von einer Person getragen wird, wobei dieses Gehäuse nur sehr geringe Abmessungen haben muss. Neben diesem Gehäuse und der technischen Infrastruktur, die beim Schallerzeuger angebracht werden muss, sind keine weiteren technischen Komponenten für das erfindungsgemäße Verfahren notwendig.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand einer Figur erläutert.
  • Die Figur zeigt eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Systems.
  • Das erfindungsgemäße System zur Bestimmung der Position eines Objekts 10, beispielsweise einer Person, umfasst einen Schallerzeuger 14 in Form des Gebläses einer Klimaanlage in einem Gebäude. Das Gebläse transportiert beispielsweise gekühlte Luft über einen Luftschacht 20 zu verschiedenen Räumen des Gebäudes, wobei hier beispielhaft ein Raum 26 dargestellt ist. Der Schallerzeuger 14 kann zu einem bestimmten Zeitpunkt, beispielsweise in regelmäßigen Abständen, ein charakteristisches Schallsignal 12a erzeugen. Das gesamte Schallsignal, das vom Gebläse oder Schallerzeuger 14 erzeugt wird, ist mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet. Das charakteristische Schallsignal 12a kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass das Gebläse in regelmäßigen Abständen ein bestimmtes Geräusch, beispielsweise ein Klopfen, generiert. Alternativ kann durch einen zusätzlichen Schallerzeuger 14 ein künstliches charakteristisches Schallsignal 12a erzeugt werden, das vorzugsweise für Menschen und/oder Tiere nicht hörbar ist. Der Zeitpunkt t1, zu dem das charakteristische Schallsignal 12a erzeugt wird, wird in Form eines Zeitsignals über eine Funkverbindung zum Objekt 10 übermittelt. Dies geschieht durch die Sendevorrichtung 16 und die Empfangsvorrichtung 18. Die Sendevorrichtung 16 ist mit dem Schallerzeuger 14 verbunden. Die Empfangsvorrichtung 18 befindet sich zusammen mit der Verarbeitungsvorrichtung 24 und der Schallaufnahmevorrichtung 22, nämlich einem Mikrofon, in einem Gehäuse 28, das von der Person 10 getragen werden kann.
  • Das Schallsignal 12 zusammen mit dem charakteristischen Schallsignal 12a wird über den Belüftungsschacht 20 zum Raum 26 transportiert. Es verlässt den Belüftungsschacht 20 durch die Öffnung 20a.
  • Ein beispielhafter Verlauf eines Schallsignals ist auf der linken Seite der 1 dargestellt. Als charakteristisches Schallsignal 12a ist hierbei jegliches Schallsignal geeignet, das eine Wiedererkennung durch die Empfangsvorrichtung 18 erlaubt. Hierbei muss sich das charakteristische Schallsignal 12a in ausreichender Weise vom übrigen Schallsignal 12 unterscheiden. Auf der rechten Seite der 1 ist im oberen Diagramm der Verlauf des Schallsignals 12 dargestellt, wobei deutlich ist, dass sich das charakteristische Schallsignal 12a, das hier ein globales Maximum ist, am Zeitpunkt t1 befindet. Der untere Graph stellt das gleiche Schallsignal 12 dar, das über den Schallübertragungskanal 20 in den Raum 26 übertragen wurde. Durch die physikalischen Gegebenheiten, beispielsweise des Belüftungsschachts 20, kann sich die Wellenform dieses Signals auch gegenüber dem Ursprungssignal im oberen Graphen ändern. Aufgrund dieser Änderungen ist es möglich, über die Verarbeitungseinheit festzustellen, in welchem Raum sich das Objekt 10 befindet, da in jedem Raum 26 charakteristische Veränderungen des Schallsignals 12 auftreten. Diese können als verschiedenen Raumprofile vor der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Verarbeitungseinheit 24 gespeichert werden, so dass es möglich ist, das durch das Mikrofon 22 aufgenommene Schallsignal 12 mit dem ursprünglichen Schallsignal 12 zu vergleichen und aufgrund der Änderungen festzustellen, in welchem Raum 26 sich das Objekt 10 befindet.
  • Über die Sendevorrichtung 16 kann neben dem Zeitsignal auch die komplette Wellenform des Schallsignals 12 an die Empfangsvorrichtung 18 übertragen werden, so dass diese in der Verarbeitungseinheit 24 verarbeitet werden kann.
  • Das Geräusch des ersten Schallerzeugers 14 kann beispielsweise über das Mikrofon 30 erfasst werden, so dass das Schallsignal 12 auf dem Funkweg an die Empfangsvorrichtung 18 übertragen werden kann.
  • Alternativ zu einem Funkkanal kann beispielsweise auch ein Netzwerk oder eine Übertragung über Glasfaserkabel im Gebäude stattfinden.
  • Bevorzugt weist das Schallsignal 12 eine Lautstärke auf, die für Personen, die sich innerhalb des Gebäudes befinden, nicht oder kaum hörbar ist. Wird das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit dem Geräusch des Gebläses einer Klimaanlage verwendet, das sehr leise ist, kann beispielsweise Korrelationsmesstechnik zum Einsatz kommen, um dieses oder auch andere leise Geräusche geeignet messen zu können. Das verwendete charakteristische Schallsignal oder Geräusch muss nicht rhythmisch sein. Es kann auch ein Rauschen aufweisen.
  • Die Sicherheit der personenbezogenen Positionsdaten kann dadurch geschützt werden, dass eine Position nur zu gegebenen Zeitpunkten berechnet wird und nach einem gegebenen Zeitintervall wieder gelöscht wird.
  • Bei einem Objekt im Sinne der Erfindung handelt es sich üblicherweise um eine Person. Es kann sich aber auch um ein Tier oder um ein anderes bewegliches Objekt handeln, dessen Position festgestellt werden soll.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise angewandt werden, um eine Eigenlokalisierung einer Person in einem größeren Gebäudekomplex zu ermöglichen. Steht beispielsweise innerhalb des Gebäudes kein GPS-Empfang zur Verfügung, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren die Person dennoch zuverlässig lokalisiert und an einen bestimmten Ort, beispielsweise einem bestimmten Raum oder den Ausgang geleitet werden. Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Fremdlokalisierung, d. h. zur Ermittlung der Position eines Objekts, verwendet werden, bei der die Position des Objekts nicht oder nicht ausschließlich dem Objekt bekannt gemacht wird. In diesem Fall muss eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Objekt und derjenigen Einheit hergestellt werden, der die Position des Objekts bekannt gemacht wird.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Bestimmung der Position eines Objekts (10) mit den Schritten: – Erzeugen eines charakteristischen Schallsignals (12a) durch einen Schallerzeuger (14), – Übermitteln eines Zeitsignals zum Zeitpunkt (t1) der Erzeugung des charakteristischen Schallsignals (12a) und/oder Übermitteln einer Wellenform des charakteristischen Schallsignals (12a) vom Erzeuger (14) zum Objekt (10), – Aufnehmen des charakteristischen Schallsignals (12a), das über einen Schallübertragungskanal (20) übertragen wurde durch eine Schallaufnahmevorrichtung (22), die am Objekt (10) positioniert ist, – Berechnen des Laufzeitunterschieds (Δt) zwischen dem Zeitpunkt (t1) des empfangenen Zeitsignals, das den Zeitpunkt (t1) der Erzeugung des charakteristischen Schallsignals (12a) kennzeichnet oder dem Zeitpunkt (t1) des Empfangs der Wellenform des charakteristischen Schallsignals (12a), und dem Zeitpunkt (t2) des aufgenommenen charakteristischen Schallsignals (12a), das über den Schallübertragungskanal (20) übertragen wurde, und – Bestimmen der Position des Objekts (10) basierend auf dem berechneten Laufzeitunterschied (Δt), mit den folgenden vorhergehenden Schritten: – Erstellen von Schallprofilen an verschiedenen Punkten, an denen sich das Objekt (10) aufhalten kann, durch – Aufnehmen eines Schallsignals (12) an diesen verschiedenen Punkten, – Speichern der Wellenform des aufgenommenen Schallsignals (12) für jeden dieser Punkte, wobei die Bestimmung der Position des Objekts (10) durch Vergleich des aufgenommenen Schallsignals (12) mit den gespeicherten Schallprofilen erfolgt, wobei die Position des Objekts (10) diejenige ist, an der die Ähnlichkeit der beiden Signale einen definierten Schwellenwert überschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitsignal zum Zeitpunkt (t1) zur Erzeugung des charakteristischen Schallsignals (12a) und/oder die Wellenform des charakteristischen Schallsignals (12a) von einer mit dem Schallerzeuger (14) verbundenen Sendevorrichtung (16) an eine am Objekt (10) befindliche Empfangsvorrichtung (18) übermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Übermitteln des Zeitsignals und/oder der Wellenform des charakteristischen Schallsignals (12a) kabellos, vorzugsweise per Funk, erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Objekts (10) zusätzlich oder alternativ zum Laufzeitunterschied (Δt) basierend auf der Wellenform des aufgenommenen charakteristischen Schallsignals (12a) übermittelt wird, wobei neben dem charakteristischen Schallsignal (12a) weitere aufgenommene Schallsignalanteile (12) berücksichtigt werden können.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass als Schallerzeuger (14) das Gebläse einer Klimaanlage oder Lüftungsanlage in einem Gebäude verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das charakteristische Schallsignal (12a) über den Lüftungsschacht (20) einer Klima- oder Lüftungsanlage übertragen wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der Position des Objekts (10) in einem Gebäude basierend auf dem Laufzeitunterschied (Δt) und/oder der Wellenform des aufgenommenen Schallsignals (12) bestimmt wird, in welchem Raum des Gebäudes sich das Objekt (10) befindet.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des charakteristischen Schallsignals (12a) durch Modulation der Geräusche erfolgt, die das Gebläse (14) verursacht.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallerzeuger (14) ein für Menschen und/oder Tiere nicht hörbares charakteristisches Schallsignal (12a), vorzugsweise im Ultraschallbereich, erzeugt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallerzeuger (14) ein farbiges Rauschen (12a) erzeugt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Position des Objekts (10) basierend auf den räumlichen Gegebenheiten des Übertragungskanals (20), insbesondere des Lüftungsschachts, erfolgt, wobei insbesondere die Länge des Übertragungskanals (20) vom Schallerzeuger (14) bis zum Objekt (16) berücksichtigt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites charakteristisches Schallsignal von einem zweiten Schallerzeuger erzeugt wird, mit den weiteren Schritten: – Erzeugen eines zweiten charakteristischen Schallsignals durch einen zweiten Schallerzeuger, – Übermitteln eines Zeitsignals zum Zeitpunkt (t1) der Erzeugung des zweiten charakteristischen Schallsignals vom zweiten Schallerzeuger zum Objekt (10), – Aufnehmen des zweiten charakteristischen Schallsignals, das über einen Schallübertragungskanal (20) übertragen wurde, durch eine Schallaufnahmevorrichtung (22), die am Objekt (10) positioniert ist, – Berechnen des Laufzeitunterschieds (Δt) zwischen dem Zeitpunkt (t1) des empfangenen Zeitsignals, das den Zeitpunkt (t1) der Erzeugung des zweiten charakteristischen Schallsignals kennzeichnet, und dem Zeitpunkt (t2) des aufgenommenen zweiten charakteristischen Schallsignals, das über den Schallübertragungskanal (20) übertragen wurde, und – Bestimmung der Position des Objekts (10) basierend auf dem Abstand des Objekts (10) vom ersten Schallerzeuger (14), der basierend auf dem Laufzeitunterschied (Δt) im ersten Schallsignal (12a) berechnet wurde, und dem Abstand des Objekts (10) zum zweiten Schallerzeuger, der basierend auf dem Laufzeitunterschied (Δt) im zweiten Schallsignal ermittelt wurde.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Schallerzeuger und insbesondere weitere Schallerzeuger an einem anderen Ort als der erste und der zweite Schallerzeuger verwendet wird, so dass die Position des Objekts (10) allein basierend auf den Laufzeitunterschieden eindeutig bestimmbar ist.
  14. Anordnung zur Bestimmung der Position eines Objekts (10), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–13, mit einem Schallerzeuger (14) zum Erzeugen eines charakteristischen Schallsignals (12a), einer mit dem Schallerzeuger (14) verbundenen Sendevorrichtung (16) zum Senden eines Zeitsignals zum Zeitpunkt (t1) der Erzeugung des charakteristischen Schallsignals (12a), einer Schallaufnahmevorrichtung (22), die am Objekt (10) platzierbar ist, zum Aufnehmen des charakteristischen Schallsignals (12a), das über einen Schallübertragungskanal (20) übertragen wurde, einer Verarbeitungsvorrichtung (24), die mit der Schallaufnahmevorrichtung (22) verbunden ist, zum Berechnen des Laufzeitunterschieds (Δt) zwischen dem Zeitpunkt (t1) des Zeitsignals und dem Zeitpunkt (t2) des aufgenommenen charakteristischen Schallsignals (12a), und einer Empfangsvorrichtung (18), die mit der Verarbeitungsvorrichtung (24) verbunden ist, zum Empfangen des Zeitsignals von der Sendevorrichtung (16), wobei durch die Verarbeitungsvorrichtung (24) eine Bestimmung der Position des Objekts (10) basierend auf dem Laufzeitunterschied (Δt) und/oder der Wellenform des aufgenommenen Schallsignals (12) erfolgt, wobei die Anordnung einen zweiten Schallerzeuger zur Erzeugung eines zweiten charakteristischen Schallsignals umfasst, wobei die Bestimmung der Position des Objekts (10) basierend auf dem Abstand des Objekts (10) vom ersten Schallerzeuger (14), der basierend auf dem Laufzeitunterschied (Δt) im ersten Schallsignal (12a) berechnet wurde, und dem Abstand des Objekts (10) zum zweiten Schallerzeuger, der basierend auf dem Laufzeitunterschied (Δt) im zweiten Schallsignal ermittelt wurde, erfolgt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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