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Die vorliegende Erfindung betrifft die Messung von Atmosphärendruck in tragbaren Geräten, beispielsweise Wristop-Computern. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verarbeitung und die Übertragung von Atmosphärendruckinformation zu dem Benutzer des Geräts in der Weise, dass der Benutzer auf wesentliche Änderungen reagieren kann, die bei dem Atmosphärendruck stattfinden.
US 5,178,010 A zeigt ein Gerät zur Anzeige eines Atmosphärendrucks anhand einer fortlaufenden Kurve.
Die Messung des Atmosphärendrucks ist zu einer der grundlegenden Funktionen von Wristop-Computern geworden, die für Sport im Freien ausgelegt sind. Atmosphärendruck wird mit Hilfe eines Atmosphärendrucksensors gemessen. Atmosphärendruckdaten werden bei der Höhenbestimmung und bei der Überwachung der vorherrschenden Wetterbedingungen gebraucht. Die Vorhersage von künftigen Wetterbedingungen kann ebenfalls anhand von Änderungen des Atmosphärendrucks vorgenommen werden. Ein Problem bei der Überwachung von Wetterbedingungen besteht darin, dass der von dem Sensor gelieferte Messwert nicht nur durch den aktuellen Atmosphärendruck nach Maßgabe des Wetters beeinflusst wird, sondern auch durch die Höhenlage des Sensors. So zum Beispiel bedeutet in Luftschichten nahe am Erdboden ein Höhenanstieg von 8 Meter eine Verringerung des Atmosphärendrucks um etwa 1 hPa (1 mbar). Dies ist die gleiche Größenordnung wie die Änderung des Atmosphärendrucks innerhalb einer Stunde bei einer wesentlichen Änderung des Wetters. So ist beispielsweise die automatische Erzeugung einer Wetterwarnung, die einen heranziehenden Sturm signalisiert auf der Grundlage einer Änderungsgeschwindigkeit des Atmosphärendrucks, nur dann einfach, wenn die Höhe des Geräts sich nicht ändert. Im Fall von tragbaren Geräten ist dies häufig nicht möglich. Wenn sich die Höhe des Geräts ändert, ändert sich auch der Umgebungs-Atmosphärendruck, was zu Störungen bei der Auswertung von Änderungen im Atmosphärendruck führt, die auf die Wetterentwicklung zurückzuführen sind.
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Es besteht die Möglichkeit, den Versuch zu unternehmen, die üblicherweise raschen Änderungen des Atmosphärendrucks, die sich aus Höhenänderungen ergeben, zu unterscheiden von langsameren Änderungen des Atmosphärendrucks, die sich aus Wetterbedingungen ergeben. Rasche Änderungen des Atmosphärendrucks werden dann interpretiert als auf Höhenänderungen zurückzuführende Änderungen, und nicht als auf eine Änderung des Wetters zurückzuführende Änderungen, was zu einem schwierigen Widerspruch bei dem Algorithmus führt, der die Ausgabe einer „Sturmwarnung“ reguliert, wie es oben angesprochen wurde.
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Mit der oben angesprochenen Problematik befasst sich beispielsweise die US-Patentveröffentlichung
US 6 678 629 B2 , wonach versucht wird, ein einfaches Drucksignal dazu zu verwenden, zwischen einer durch normale Schwankungen des Atmosphärendrucks verursachten Druckänderung einerseits und einer durch die Bewegung des Benutzers eines mobilen Geräts, beispielsweise eines Wristop-Computers, verursachten Änderung des Barometer-Messwerts, andererseits, zu unterscheiden. Obschon diese Lösung vorteilhafte Merkmale aufweist, kommt es zu Problemen bei dem exakten Verhalten des Geräts einerseits durch Schwankungen des Atmosphärendrucks aufgrund rascher Änderungen von Wetterbedingungen, und andererseits aufgrund von Änderungen durch Bewegung, die nicht ausreichend schnell sind, um von Schwankungen im Atmosphärendruck unterschieden werden zu können.
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Natürlich lässt sich eine Änderung des Atmosphärendrucks aufgrund von Bewegung von Änderungen des Atmosphärendrucks aufgrund von Wetteränderungen mit Hilfe zusätzlicher Sensoren unterscheiden, beispielsweise Beschleunigungssensoren oder magnetischen Sensoren, allerdings erhöhen solche Lösungen die Komplexität und die Kosten des Geräts. Eine Lösung dieses Typs ist in der Fl-Patentveröffentlichung
FI 119 297 B offenbart, wonach Druckdaten gemessen und als Atmosphärendruckdaten zur Bestimmung der Höhe verwendet werden, während ein Magnetsensor dazu dient, das Magnetfeld der Erde zu messen. Mit Hilfe des magnetischen Sensors werden aufeinander folgende Messungen durchgeführt, die aufeinander folgenden Messungen werden miteinander verglichen, und auf der Grundlage des Vergleichs wird das mobile Gerät entweder für die Atmosphärendruckmessung oder die Höhenmessung eingestellt, oder es wird für das mobile Gerät die gewünschte Höhe eingestellt. Während sich die beschriebene Lösung gut für automatische Kalibrierung der Höhenmessung eignet, löst sie nicht das Problem in Verbindung mit der Auswertung der Bedeutung von Wetterschwankungen.
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Das US-Patent
US 7 324 002 B2 offenbart ein Verfahren zum Ausgeben einer automatischen Wetterwarnung. Bei dem Verfahren werden Atmosphärendruckdaten wiederholt ermittelt, während die Höhendaten wiederholt und gleichzeitig mit den Atmosphärendruckdaten unter Zuhilfenahme eines Satelliten-Ortungssystems ermittelt werden. Mit Hilfe der Höhendaten können Änderungen in der Höhenlage des Geräts berücksichtigt werden, wodurch eine durch Änderungen des Atmosphärendrucks verursachte Wetterwarnung zuverlässiger erzeugt werden kann. Das Verfahren ist zuverlässig, erfordert aber einen in das Gerät eingebauten GPS-Empfänger und macht damit das Gerät komplexer und teurer, außerdem wird der Leistungsverbrauch des Geräts deutlich gesteigert.
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Die Erfindung zielt darauf ab, einen neuen Typ von Gerät und Verfahren zu schaffen, mit deren Hilfe es einfacher als früher für den Benutzer ist, die Aussagekraft von Wetterschwankungen zu bewerten. Die Erfindung zielt außerdem ab auf die Schaffung eines Geräts und eines Verfahrens, die einfacher und dennoch zuverlässiger als bekannte Lösungen sind, die auf einer automatischen Wetterwarnung basieren, um Wetteränderungen nachzuweisen.
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Die Erfindung beruht auf der Idee, den Atmosphärendruck zu mehreren Zeitpunkten zu messen, die Atmosphärendruckdaten in einem Speicher aufzuzeichnen und die gemessenen Atmosphärendruckdaten auf eine Anzeigeeinheit mit Hilfe spezieller Atmosphärendruck-Indikatoren, beispielsweise eines Graphen anzuzeigen, dessen eine Achse die Zeitachse und dessen andere Achse die Atmosphärendruck-Achse ist. Darüber hinaus ist die Anzeigeeinheit mit einem Referenzindikator ausgestattet, der mindestens eine Steigungslinie umfasst. Die Atmosphärendruck-Indikatoren gemäß der Erfindung sind derart skaliert, dass eine temporäre Änderung des Atmosphärendrucks mit einem einer spezifischen, vorab definierten Konstanten entsprechenden Betrag zur Folge hat, dass die aufeinander folgenden Atmosphärendruck-Indikatoren in dem Graphen parallel zu der Steigungslinie eingestellt werden. Damit werden die Atmosphärendruck-Indikatoren relativ zu dem gemessenen Atmosphärendruck derart skaliert, dass die Änderungsgeschwindigkeit des Atmosphärendrucks mit einem einer vorab definierten Konstanten entsprechenden Betrag dem Winkel-Koeffizienten der Referenzindikatoren entspricht. Die Konstante kann so eingestellt werden, dass sie beispielsweise der typischen Änderungsgeschwindigkeit des Atmosphärendrucks entspricht, die das Heraufziehen eines Sturms vorhersagt.
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Insbesondere ist das Gerät und ist das Verfahren gemäß der Erfindung durch die Kennzeichnungsteile der unabhängigen Ansprüche gekennzeichnet.
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Mit Hilfe der Erfindung werden beträchtliche Vorteile erzielt. Vor allen beseitigt die Erfindung vollständig das Erfordernis einer automatischen Wetterwarnung, da ein Benutzer des Geräts mit dessen Hilfe in der Praxis auf einfache Weise visuell die Bedeutung von Änderungen im Atmosphärendruck abschätzen kann. Indem den Benutzern des Geräts selbst gestattet wird, in einfacher Weise visuell zu untersuchen, ob ein wichtiger Grenzwert der Änderung des Atmosphärendrucks überschritten wurde, werden die in Verbindung mit automatischen Algorithmen stehenden Problemsituationen vermieden, und die Komplexität, die Kosten und die Leistungsaufnahme des Geräts können deutlich gesenkt werden.
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Ein beträchtlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit ihrer Hilfe ein Benutzer die eigene Erfahrung und das eigene Gedächtnis bei der Erklärung von Änderungen des Atmosphärendrucks besser nutzen kann. Die Eigenbewegung des Benutzers erscheint, wenn die Bewegung eine beträchtliche Höhenänderung beinhaltet, in dem Atmosphärendruck-Graphen als steiler Sprung. Damit kann der Benutzer auf einfache Weise bei der eigenen Betrachtung solche Änderungen ausfiltern, die nicht auf Wetteränderungen zurückzuführen sind, und er kann die Bedeutung von ausschließlich einer Wetteränderung mit Hilfe der Linie oder der Gruppe von Linien der Referenzindikatoren bewerten. Wie oben in größerer Einzelheit erläutert wurde, mussten bei bekannten Lösungen solche Änderungen, die nicht auf eine Wetteränderung zurückzuführen waren, rein rechentechnisch nachgewiesen werden, was zu Problemen bei der Zuverlässigkeit führte, oder was zu einer Steigerung der Komplexität und Erhöhung der Anzahl von Messkomponenten des Geräts führte, was wiederum zu Kostenaufwand und erhöhter Leistungsaufnahme führte. Die vorliegende Erfindung bietet außerdem eine Möglichkeit, die Bedeutung von Atmosphärendruck-Schwankungen zu bewerten, die in der Vergangenheit stattgefunden haben.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in größerer Einzelheit unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert.
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1a - 1d zeigen Darstellungen der Anzeigeeinheit für den Fall verschiedener Atmosphärendruck-Verläufe, wobei eine Skalierung der Atmosphärendruck-Indikatoren erfindungsgemäß implementiert wurde.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Wristop-Computers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Bezugnehmend auf die 1a - 1d lässt sich bei einer Ausführungsform der Erfindung in einer graphischen Darstellung des Atmosphärendrucks auf der rechten Seite der Echtzeit-Atmosphärendruck erkennen, und in den Spalten von rechts nach links lassen sich die Atmosphärendrücke der vergangenen zwölf Stunden erkennen. Die Beispiele zeigen eine Spalte für jede Stunde, wobei natürlich die zeitliche Auflösung größer oder kleiner sein kann. Man erkennt aus der Darstellung leicht, wie der Atmosphärendruck sich während der letzten wenigen Stunden geändert hat, wobei es sich hierbei um wesentliche Information für die Bewertung der Wetterentwicklung handelt.
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In 1a ist der Atmosphärendruck-Indikatorgraph 10 mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet. Über den Graphen ist ein Referenzindikator 14 gelegt, der in den Beispielen der 1a - 1d aus vier parallelen Linien steht, deren Steigungswinkel einer Änderung des Atmosphärendrucks von etwa -1,4 hPa/1 h entspricht. Diese Änderungsgeschwindigkeit wurde als guter Grenzwert für eine „Sturmwarnung“ erkannt, die ausgegeben werden kann, wenn, basierend auf der Änderungsgeschwindigkeit des Atmosphärendrucks, Grund für die Erwartung einer signifikanten Wetteränderung besteht. Wenn die Atmosphärendruck-Indikatoren 12 und eine Gruppe derartiger Steigungslinien übereinander liegend in dem Graphen implementiert werden, kann der Benutzer des Geräts die Entwicklung des Atmosphärendrucks gegenüber diesem Grenzwert untersuchen, wenn er die Bedeutung der Entwicklung des Atmosphärendrucks abschätzt.
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Der Grenzwert für die Änderung des Atmosphärendrucks, gemäß dem die Atmosphärendruck-Indikatoren skaliert werden, kann eine Konstante sein, die in dem Gerät fabrikseitig eingestellt wird, oder er kann auch durch die Benutzer selbst definiert werden. Die Konstante entspricht der Änderungsgeschwindigkeit im Atmosphärendruck, die typischerweise einem Tiefdruckgebiet oder einem Sturmgebiet vorausgeht, und sie beträgt vorzugsweise < -1,0 hPa/h, typischerweise -1,0 - -10,0 hPa/h, insbesondere -1,0 - -3,0 hPa/h.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Gerät eine Benutzerschnittstelle, mit deren Hilfe die Betrachtung des Graphen zeitlich zurückverschoben werden kann. Die Benutzerschnittstelle kann beispielsweise eine drehbare Rolle oder ein Knopf sein. Damit können Atmosphärendruck-Änderungen aus einer weiteren Zeitspanne des Graphen untersucht werden, beispielsweise für die letzten 24 oder 48 Stunden. Nach einer alternativen Ausführungsform entspricht das Drehen der Rolle der Skalierung der Zeitskala, was eine schmalere oder breitere Zeitspanne gegenüber der ursprünglichen Darstellung auf der Anzeige entspricht. Natürlich lässt sich die Benutzerschnittstelle vom Typ einer Rolle beispielsweise ersetzen durch eine Drucktaste oder durch irgendeine andere bekannte Lösung.
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Die Atmosphärendruck-Indikatoren können, wie in den 1a - 1d gezeigt ist, einen Spaltentyp-Indikator aufweisen, dessen Spitzenwert den Betrag des Atmosphärendrucks (Spalten-Graph) angibt, ferner einen punktähnlichen Indikator (Punkte-Graph), oder beispielsweise eine Linie (Linien-Graph), welche die Atmosphärendrücke miteinander verbindet. All diese Graphen-Typen haben den Umstand gemein, dass sie mehrere Indikatoren entsprechend den Zeitpunkten auf der Zeitachse enthalten, deren Stellen in Richtung der Druckachse des Graphen direkt proportional sind zum Betrag des gemessenen Drucks.
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Nach einer Ausführungsform ist die Entwicklung des Atmosphärendrucks mit Hilfe einer oder mehrerer aufeinander folgender Linien oder Pfeile dargestellt, in welchem Fall Anfang und Ende der Linie oder des Pfeils als aufeinander folgende Atmosphärendruck-Indikatoren zu verstehen sind, die damit die Steigung der Linie definieren. Die Indikatoren brauchen nicht notwendiger Weise so deutlich wie in den begleitenden Darstellungen unterscheidbar zu sein, jedoch versteht der Fachmann in diesem Zusammenhang, dass die Erfindung auf äußerst vielfältige Weise implementiert werden kann.
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Der Referenzindikator kann passiv sein, in welchem Fall seine Position relativ zu der Anzeigeeinheit und der Anzeigefläche des gesamten Geräts fixiert ist, oder er kann aktiv sein, in welchem Fall seine Position oder Form auf der Anzeige elektronisch änderbar ist, beispielsweise in der Weise, dass sie den verschiedenen Wertebereichen der Achsen des Graphen entspricht. Anstatt als kontinuierliche Anzeige kann der Referenzindikator auch in der Weise implementiert werden, dass er nur auf Wunsch mit Hilfe eines geeigneten Schnittstellenelements sichtbar gemacht werden kann. Außerdem kann die Anzeige unter Verwendung einer wie auch immer gearteten, dem Fachmann bekannten Technik implementiert werden, beispielsweise unter Verwendung der LCD-, TFT- oder (O)LED-Technik.
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Der fixierte Referenzindikator kann zum Beispiel mit Hilfe einer Membran implementiert werden, die eine Gruppe von Linien enthält, im übrigen aber transparent ist und oben auf die Anzeige des Geräts aufgebracht ist. Natürlich kann die Gruppe von Linien direkt auf der Oberfläche der Anzeigeeinheit angeordnet sein, oder auch auf dem Schutzglas der Anzeigefläche des Geräts. Die Implementierung des aktiven Referenzindikators seinerseits kann auf Pixeln basieren.
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Der Referenzindikator umfasst vorzugsweise mindestens zwei und typischerweise mindestens drei parallele Linien, die auf dem Graphen angeordnet sind. Diese können zum Beispiel eine Linie für atmosphärischen Tiefdruck enthalten, das heißt eine Linie, die auf dem linken unteren Teil des Graphen angeordnet ist, eine Linie für mittleren Atmosphärendruck, das heißt eine Linie angeordnet im zentralen Bereich des Graphen, und eine Linie für atmosphärischen Hochdruck, das ist eine Linie, die auf dem rechten oberen Teil des Graphen angeordnet ist.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Abstand der Linien voneinander parallel zur Druckachse mindestens 10 hPa und/oder der Abstand der Linien voneinander parallel zur Zeitachse beträgt höchstens 8 h. Dies stellt sicher, dass jede bedeutsame Änderung des Atmosphärendrucks, die innerhalb des Zeitbereichs auftritt, auf der Anzeigeeinheit einfach und rasch ablesbar ist, das heißt, dass der Abstand zwischen den gemessenen Atmosphärendruck-Indikatoren und den Referenzindikatoren für einen visuellen Vergleich immer vernünftig bleibt.
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Der Referenzindikator ist typischerweise in seiner Gesamtheit oben über den Atmosphärendruck-Indikatoren dargestellt und unterscheidet sich von letzteren farblich, um die Erkennung zu erleichtern.
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2 zeigt ein Wristop-Gerät 20, welches einen Prozessor, das heißt eine Steuereinheit 21, sowie einen Atmosphärendrucksensor 22, der betrieblich mit der Steuereinheit 21 verbunden ist, eine Speichereinheit 23, eine Taktschaltung 24 und eine Anzeigeeinheit 25 umfasst. Die Steuereinheit 21 liest Atmosphärendruckdaten von dem Atmosphärendrucksensor 22 in programmierten Intervallen von beispielsweise 1-60 Minuten mit Hilfe der Taktschaltung 24 und zeichnet sie in der Speichereinheit auf einem freien Platz oder einem gerade frei werdenden Platz auf. Die Speichereinheit umfasst Speicherplatz für mindestens 10, typischerweise mehrere hundert Atmosphärendruck-Dateneinheiten. Das Gerät lässt sich auch programmieren, um Mittelwerte aus vorausgehenden Atmosphärendrücken zu berechnen und Mittelwertdaten anstelle individueller Messwerte in der Speichereinheit 23 aufzuzeichnen, um die Messgenauigkeit zu steigern und/oder um Speicherplatz zu sparen. Die Atmosphärendruckdaten können erfindungsgemäß skaliert werden, um die Position/Höhe des Atmosphärendruckindikators auf der Anzeigeeinheit 25 festzulegen, bevor irgendein Wert in der Speichereinheit 23 abgespeichert wird, oder ausschließlich nachdem der Wert aus der Speichereinheit 23 zur Sichtbarmachung der Atmosphärendruckdaten geholt wurde. Wenn der Benutzer mit Hilfe des oder der (nicht dargestellten) BenutzerschnittstellenElemente des Geräts den Status für die Atmosphärendruckdaten-Visualisierung auswählt, zieht die Steuereinheit 21 die Atmosphärendruck-Indikatoren für die letzten paar Stunden, erfindungsgemäß skaliert, auf die Anzeigeeinheit 25, ebenso wie bei Bedarf die Linie oder die Linien der Referenzindikatoren oben auf die Atmosphärendruck-Indikatoren. Im Anschluss daran lässt sich die Bedeutung der Änderungsgeschwindigkeit im Atmosphärendruck unmittelbar auf der Anzeigeeinheit 25 erkennen.
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Anstelle eines Wristop-Geräts kann das Gerät auch ein anderes mobiles Gerät sein, zum Beispiel ein Mobiltelefon oder eine tragbare Wetterstation.
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Im folgenden werden in größerer Einzelheit die Hintergründe und die Interpretation der Atmosphärendruck-Verläufe nach den 1a-1d beschrieben:
- 1a: der Atmosphärendruck ist über die letzten sechs Stunden etwas angestiegen.
- 1b: der Atmosphärendruck ist rasch abgefallen, hat sich aber dann vergleichmäßigt.
- 1c: es lässt sich in der Entwicklung des Atmosphärendrucks ein rascher Abfall erkennen, allerdings erinnert sich der Benutzer, vier Stunden zuvor mit dem Auto von einem Ort zu dem anderen Ort gefahren zu sein, was die zeitliche Änderung erklärt.
- 1d: der Atmosphärendruck ist innerhalb der letzten vier Stunden steiler als die Referenzlinie abgefallen, wobei der Benutzer diesmal nirgendwohin gefahren ist, so dass eine plötzliche Wetteränderung zu erwarten ist.
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Wie der Fachmann erkennt, besitzt die Erfindung zahlreiche Varianten und lässt sich in verschiedener Weise abweichen von den obigen Beschreibungen von Ausführungsformen implementieren. Die obige Beschreibung und Beispiele oder die begleitenden Zeichnungen sind folglich nicht dazu gedacht, den Schutzumfang der Erfindung, der durch die begleitenden Ansprüche definiert ist, einzuschränken. Die Ansprüche sind also in ihrem vollen Umfang unter Berücksichtigung der Äquivalenzbetrachtung aufzufassen.