DE102012024462A1

DE102012024462A1 - Gerät, System und Verfahren zur Ermittlung von Geopositionen mit Wassertiefenangabe unter Einsatz eines mobilen Kommunikationsgerätes zwecks Verwertung in Datenbanken und Karten

Info

Publication number: DE102012024462A1
Application number: DE201210024462
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-06-18

Abstract

Wassertiefenerfassung und die folgenden Auswertungen bis zur Erstellung von Seekarten ist aktuell eine Aufgabe von Spezialisten mit aufwendiger Technik. Das vorgestellte Verfahren soll vorhandene Technik (z. B. Sportboot und Handy) mit einem preisgünstigen Zusatzteil erweitern. Die Nutzer erhalten somit den Nutzwert eines Echolotes und können in einer Community an vielen Stellen gleichzeitig Daten erfassen und zur allgemeinen Nutzung im Internet sammeln. Es werden dadurch auch Wassertiefen abseits der Fahrrinnen erfasst und auf sich ändernde Bedingungen durch z. B. Strömungen oder Sturm kann schneller reagiert werden.
In einem Ausführungsbeispiel entsprechend 1 wird ein Smartphone (1) mit der vorhandenen Bluetooth-Schnittstelle (2) mit dem Zusatzgerät (3) verbunden. Das Zusatzgerät sendet Schallwellen ins Wasser und empfängt danach das Echo. Die aufeinanderfolgenden Spannungswerte des Echosignals werden dann an das Handy gesendet. Alle weiteren Funktionen wie Signalauswertung, Speicherung der Tiefenwerte und der zugehörigen GPS-Daten, grafische und numerische Darstellung, Kommunikation mit dem Internet übernimmt das Handy, welches alle benötigten Baugruppen (außer der Anwendungssoftware – App) bereits enthält. Bei dieser Art der Aufgabenteilung kann die im Zusatzgerät verbaute Microcontroller und die darauf laufende Firmware einfach und somit auch bei Produktion kleiner Stückzahlen kostengünstig gehalten werden.
Das aufgeführte Zusatzgerät und die Handysoftware finden Anwendung im Sportbootbereich. Die Nutzer können in einer Community ihre eigenen Seekarten erstellen. Neu auf dem Markt kommende Kommunikationsgeräte wie Smartwatches oder Datenbrillen können dank einheitlicher Betriebssysteme ebenfalls mit dem vorgeschlagenen Zusatzgerät genutzt werden.

Description

Derzeit gibt es kostenlos nutzbare See-Kartensysteme wie Openseamap, die im navigatorisch wichtigen Flachwasserbereich keine oder sehr wenige Angaben zur Wassertiefe enthalten. Aufgabe der Erfindung ist, diese „weißen Flecken” von den Karten zu tilgen.
Von Openseamap.org wurde in einem Vortrag auf der Boot 2012 ein Lösungsansatz vorgestellt, welcher eine vorhandene NMEA-Navigationsanlage (enthaltend GPS und Echolot) um einen Datenlogger erweitert. Dieser Datenlogger speichert die Daten (Länge, Breite, Wassertiefe und Zeitpunkt der Erfassung) auf einem Speicherchip. Beim Verlassen des Bootes nimmt man den Chip mit nach Hause zum PC und lädt die Daten hoch ins Internet. Die in diesem Patentantrag vorgeschlagene Lösung hat genau den umgekehrten Ansatz. Das vorhandene Datenverarbeitungsgerät (Smartphone, Tablet-PC) wird um die Möglichkeit zur Erfassung von Wassertiefen erweitert. Genutzt werden die im Smartphone schon vorhandenen Komponenten GPS*

*: GPS meint Verfahren zur Positionsbestimmung die von Smartphones oder ähnlichen Geräten mit einer Genauigkeit unter ca. 10 m auf dem Wasser nutzbar sind. (Gallileo, Differential-GPS, GLONASS, Compass)

Vorteile ergeben sich in den Bereichen Kosten, Handling und Bedienung sowie Diebstahlschutz
Die Kostenersparnis ergibt sich aus der Nutzung der vorhandenen Hardware (Handy) in Verbindung mit dem kostengünstig herstellbaren Zusatzgerät, da dieses kein Display enthalten muss. Auch die Verlagerung von CPU-Leistung, Speicher, und Software in das Smartphone können kostenverringert wirken. Vorteile im Bereich Bedienung ergeben sich insbesondere für Freizeitskipper und der Nutzung als Navigationssystem. Tastenanordnung, Druckpunkte und auch die Touchscreenbedienung des Smartphones sind tagtägliche Routine. Die Datenerfassung und die Übertragung der Daten ins Internet können vollautomatisch erfolgen. Beim Verlassen des Bootes nimmt man das Smartphone sowieso mit und hinterlässt somit auch keine Wertobjekte für Diebe. Entsprechend Bild 1 wird das Smartphone per Standardschnittstelle mit dem Zusatzgerät verbunden. Diese Schnittstelle kann drahtlos (z. B. WLAN, Bluetooth, NFC) oder drahtgebunden (z. B: USB, LAN) sein. Die Kommunikation kann unidirektional oder bidirektional erfolgen. Im ersten Fall werden nur Messwerte zum Handy übertragen im zweiten Fall können noch Daten zur Steuerung des Zusatzgerätes übertragen werden um zum Beispiel die Sendeleistung oder Eingangsverstärkung anzupassen oder um einen Startwert aus der vorhandenen Karte an das Zusatzgerät zu senden.
Die Zusatzhardware zur Erfassung der Wassertiefe arbeitet prinzipiell genauso wie bekannte Echolote mit dem Unterschied, dass eine Display- und Steuerungseinheit durch das Smartphone ersetzt wird. Die Schnittstelle zum Handy sollte zuverlässig, preisgünstig, als Vorprodukt (Chip, Modul) verfügbar, leicht handhabbar beim Einbau und beim Einsatz sein. Bluetoothmodule erfüllen heute diese Anforderungen.
Zur Erfüllung der gestellten Aufgabe ist eine klare räumliche Zuordnung von Tiefenerfassungsgerät (Zusatzgerät) zu Positionsermittlungseinheit (GPS-System im Smartphone) nötig. Bei Einsatz auf einem kleinen Ruderboot wird die Genauigkeit des heutigen GPS (4 m RMS – root mean square, Standardabweichung laut wikipedia) nicht wesentlich verschlechtert. Bei Einbau auf größeren Booten ist eine Korrektur der Positionsdaten durch die Software im Smartphone möglich. Sinnvollerweise ist das Smartphone in einer Halterung zu fixieren und der Abstand zwischen Smartphone (GPS) und Echolotsensor ist in der Software zu hinterlegen. Die Richtungsinformation kann aus den GPS-Daten (Boot in Bewegung) oder aus dem im Handy enthaltenen Kompaß stammen. Da der Einbau in Boote den obigen Ausführungen am besten entspricht, sollte die Gehäuseausführung des Zusatzgerätes diesem Einbau entgegenkommen. Viele Boote werden heute aus Glasfaser Verstärktem Kunststoff (GfK) hergestellt. Dieses Material kann Schallwellen mit nur geringer Dämpfung ins Wasser übertragen.
Im Ausführungsbeispiel wird deutlich, dass ein Zusatzgerät entsprechend Anspruch 1 in einem Gehäuse ausgeführt werden kann, welches die Komponenten Ultraschallsender und -empfänger, Prozessor sowie Schnittstelle zum Handy enthält. Um den Ultraschall durch den Bootsboden ins Wasser leiten zu können, ist zwischen Zusatzgerät und Bootsboden ein Kontaktmaterial erforderlich. Dieses Kontaktmaterial kann sein Wasser oder ultraschallleitendes Gel, so dass das Zusatzgerät nach Gebrauch wieder entnehmbar ist. Vor einem Festeinbau durch Verwendung von Epoxidharzkleber sollte eine geeignete Position im Boot ausprobiert werden, um z. B. Stellen mit Lufteinschlüssen im Laminat auszuweichen, da diese zu hohe Schalldämpfung bewirken könnten. In dieser Ausführungsvariante ist auch die Bluetooth-Antenne im gleichen Gehäuse untergebracht, da die Entfernung zur Handyhalterung gering ist, keine Bootsaussenhaut zwischen den Geräten liegt und im Normalfall kein Wasser über dem Gehäuse des Zusatzgerätes steht. Die Bluetooth-Antenne sollte natürlich im oberen Bereich des Zusatzgerätes angeordnet sein. Da in der Bilge eines Bootes aber zeitweilig mit Wasser zu rechnen ist, sollte das Gehäuse des Zusatzgerätes wasserdicht ausgeführt sein. Es wird nur das Kabel zur Stromversorgung herausgeführt, welches dann an einer wassergeschützten Stelle mit der Boardstromversorgung verbunden wird.
Boote aus anderen Materialien als GfK erfordern entweder einen Einbau des Echogebers in Durchbruchmontage oder außenboards. Bei Durchbruchmontage könnte das Zusatzgerät als kompakte Einheit in zylindrischer Form ausgeführt sein. Am unteren Ende des Zylinders befindet sich der Ultraschallgeber am oberen Ende das Bluetoothmodul mit Antenne. Außen am Zylinder befinden sich Scheiben, Gewinde und Muttern oder andere geeignete Konstruktionselemente zur Abdichtung der durchbohrten Außenhaut. Auch hierbei bleibt als einzige Kabelverbindung das Kabel zur Stromversorgung. Bei der Außenboardmontage des Ultraschallschwingers sind die Forderungen nach ständigem Wasserkontakt des Ultraschallschwingers und dem trockenen Montageort der Bluetooth Antenne sowie der Stromversorgungskontakte lösbar durch ein längeres Rohr als Gehäuse oder durch Ausführung in mehreren Gehäusen mit Kabelverbindung dazwischen.
Bei Nutzung von NFC (Near Field Communication) als Standardschnittstelle des Smartphones könnte das Zusatzgerät in Form einer Handyhalterung ausgeführt sein. Von dieser Handyhalterung führt dann eine (Kabel-)Verbindung zur abgesetzten Ultraschalleinheit.
In dem erfindungsgemäßen Wassertiefenerfassungssystem nimmt das mobile Datenverarbeitungsgerät eine zentrale Rolle ein. Die Nutzungsmöglichkeiten heutiger Handys, welche eigentlich Miniatur-PCs sind, sind sehr umfangreich. Beispielsweise kann allein durch Software das Handy zum Seekartenplotter gemacht werden. Selbst mit einfachen Apps erhält man so ein praxistaugliches Navigationssystem. Im Zusammenspiel mit zusätzlicher Hardware sind auch für Spezialanwendungen keine Grenzen mehr gesetzt. Im erfindungsgemäßen Fall wird durch die Erweiterung mit einem Gerät zur Erfassung der Wassertiefe nicht nur der Funktionsumfang eines Echolots erreicht, sondern es entsteht ein vollautomatisches Geodatenerfassungssystem. Alle dafür nötigen Komponenten wie Benutzerschnittstelle, Internetzugang, e-mail, GPS, Datenspeicher und Schnittstellen wie Bluetooth sind im Handy als Hardware verfügbar. Um das Ganze zum erfindungsgemäßen Zusammenspiel zu bringen ist nur noch Software nötig. Das Handy-Betriebssystem und die zugehörige Programmiersprache stellen alle nötigen Softwareschnittstellen zur Verfügung. In der Software werden diese Schnittstellen genutzt, um die nötigen Daten wie Wassertiefe, Position und Genauigkeit sowie Zeitpunkt der Messung zu erfassen und, zu speichern. Mit den eingegebenen Werten (horizontaler Abstand Wassertiefensensor – Positionssensor, vertikaler Abstand Wasserlinie – Wassertiefensensor) werden die Rohdatenwerte durch die Software korrigiert. Unerlässlich ist eine weitere Korrektur mit dem aktuellen Pegelstand. Diese Korrektur kann aber auch nach dem Upload ins Internet erfolgen, da der Zeitpunkt der Erfassung bei jedem Datensatz mit übertragen wird. Bei einer späteren Korrektur sind lineare Interpolation zwischen den nächsten Pegelorten oder eine Nichtlinearität wegen einer Flutwelle besser kalkulierbar.

Claims

Wassertiefenerfassungssystem insbesondere zwecks Verwertung der Wassertiefendaten in Seekarten umfassend ein Gerät zur Messung der Wassertiefe und ein mobiles Datenverarbeitungsgerät, wobei das Wassertiefenerfassungsgerät mit dem mobilen Datenverarbeitungsgerät über eine Schnittstelle in Wirkverbindung steht, und das Datenverarbeitungsgerät ein Kommunikationsendgerät ist.
Wasstiefenerfassungssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Wassertiefenerfassungsgerät und wenigstens ein mobiles Kommunikationsendgerät in jeweils einem eigenem Gehäuse untergebracht sind, wobei die beiden Gehäuse in einer festen räumlichen Zuordnung zueinander positioniert sind.
Wasstiefenerfassungssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten des Wassertiefenerfassungsgerät in mehreren Gehäusen untergebracht sind und wenigstens ein mobiles Kommunikationsendgerät in einem eigenem Gehäuse untergebracht ist, wobei das Gehäuse welches den Wassertiefensensor enthält in einer festen räumlichen Zuordnung zum Handy positioniert ist.
Wasstiefenerfassungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Kommunikationsendgerät zur Berechnung, Speicherung, Darstellung und Positionsbestimmung dient. (Ressourcen (z. B. in Form von Rechenleistung, Speicher, Display, Positionsbestimmung) in Zusammenwirken mit dem Wassertiefenerfassungsgerät zur Erfassung von Geodaten nutzt.)
Wasstiefenerfassungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Wassertiefenerfassungsgerät erfassten Messwerte über eine – vorzugsweise standardisierte – Schnittstelle (drahtgebunden, drahtlos, akustisch) dem wenigstens einen mobilen Kommunikationsendgerätzugeführt werden.
Verfahren zum Betrieb eines Wassertiefenerfassungssystems bestehend aus einem Gerät zur Messung der Wassertiefe und einem nachgeschalteten Kommunikationsendgerät, dadurch gekennzeichnet, dass die im vorgeschalteten Wassertiefenerfassungsgerät ermittelten Werte über eine Schnittstelle dem nachgeschalteten mobilen Kommunikationsendgerät zugeführt und dort zumindest teilweise weiterverarbeitet und ausgegeben werden.
Verfahren, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ermittelte Wassertiefen und weitere Messwerte, insbesondere über Position, räumliche Zuordnung der Geräte, Zeitpunkt der Messung, Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung aus dem mobilen Kommunikationsendgerät zur Bildung von Geopositionsdatensätzen herangezogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterverarbeitung der Daten auf dem Rechner in dem mobilen Kommunikationsendgerät erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Messwerte in Echtzeit über die Kommunikationseinrichtungen des mobilen Kommunikationsendgerätes abgegeben werden.
Computerprogramm enthaltend einen Programmcode zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem der Programmcode auf einem Computer, einem Mikrokontroller und/oder einem digitalem Signalprozessor ausgeführt wird.