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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung mindestens eines mobilen Objektes in mindestens einem mehrdimensionalen Raum.
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Aus der
DE 11 2011 102 132 T5 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung für imagebasiertes Positionieren bekannt.
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Aus der
DE 100 53 959 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines Objektes bekannt, bei welchem von dem Objekt ein Zeitstoppsignal an wenigstens zwei räumlich voneinander beabstandete Empfangsstationen gesendet wird, bei jeder Empfangsstation ein Zeitmesssignal erzeugt wird, wobei die Zeitmesssignale untereinander synchronisiert werden. Bei Empfang des Zeitstoppsignals bei jeder Empfangsstation wird aus dem Zeitmesssignal eine Ankunftszeit für das Zeitstoppsignal bestimmt und schließlich aus den Positionen der Empfangsstationen und den Ankunftszeiten die Position des Objektes bestimmt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Positionsbestimmung mindestens eines mobilen Objektes in mindestens einem mehrdimensionalen Raum anzugeben.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 6 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Positionsbestimmung mindestens eines mobilen Objektes in mindestens einem mehrdimensionalen, insbesondere definierten und geschlossenen Raum ist in dem mindestens einen Raum und/oder an einem Übergang zwischen mindestens zwei Räumen und/oder an einem Übergang zwischen dem mindestens einen Raum und einer Umgebung an mindestens einer Stelle eine Sendeeinheit angeordnet, die im Betrieb mindestens ein eine Positionsinformation enthaltenes, kodiertes Signal emittiert, wobei bei einer Bewegung des Objektes im Ausstrahlungsbereich der Sendereinheit das emittierte Signal empfangen und dekodiert sowie die empfangene Positionsinformation ermittelt werden und mittels der empfangenen Positionsinformation eine Ortsposition des Objektes ermittelt und/oder eine ermittelte Navigationsposition des Objektes angepasst wird.
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Mittels des Verfahrens ist es ermöglicht, auch ohne Kenntnis einer Ausgangsposition des beweglichen Objektes in dem Raum eine Ortsbestimmung und/oder Ortsverfolgung des beweglichen Objektes in dem Raum vorzunehmen.
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Es sind Anwendungen bekannt, die versuchen von einer bekannten Ausgangposition aus die Bewegungsänderung in einem Raum zu verfolgen, um beispielsweise eine Navigation in Innenräumen zu ermöglichen. Darüber hinaus sind Anwendungen für mobile Objekte mit einem integrierten Navigationssystem bekannt, welche eine Ausgangsposition oder Navigationsposition des Objektes in einem insbesondere großen geschlossenen Raum oder in einem Gebäude mittels des Navigationssystems bestimmen, wobei mit wachsender Entfernung vom Ausgangspunkt oder von einer zuletzt ermittelbaren Navigationsposition bei fehlenden Navigationsdaten Fehlpositionsbestimmungen und/oder -ortungen auftreten können. Insbesondere große Räume, Rolltreppen oder Aufzüge verhindern eine eindeutige fortlaufende Ortung des mobilen Objektes und somit die Erkennbarkeit der Position des mobilen Objektes in dem Raum. Um dauerhaft eine plausible Position des mobilen Objektes bei großen geschlossenen Räumen bestimmen und ausgeben zu können, benötigen diese Anwendungen eindeutige Punkte im Raum, um sich neu zu kalibrieren. Hierzu sieht die Erfindung vor, dass an typischen Punkten in einem insbesondere geschlossenen Raum und/oder in einem Gebäude, wie zum Beispiel an Treppen, Gebäudekanten, Türen, Fenstern, Rolltreppen und/oder Aufzüge, mindestens eine Sendeeinheit angeordnet ist, die ein Signal emittiert, das mindestens eine Positionsinformation, wie eine Ortsinformation und/oder ein Rauminformation, umfasst.
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In einer möglichen Ausführungsform ist oder sind an Übergängen oder Zugangspunkten zu großen Räumen und/oder an anderen Übergangspunkten, wie zum Beispiel im Bereich einer Rolltreppe oder eines Aufzuges, oder auch in großen Räumen mindestens eine Sendeeinheit bzw. in bestimmten Abständen in der Fläche mehrere Sendeeinheiten, wie zum Beispiel Lichtquellen mit emittierendem gepulsten Licht, angeordnet.
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Zusätzlich ist eine Verfolgungs- oder Tracking-Funktion der Bewegung des Objektes in schwer zu detektierenden Räumen mit deutlich reduziertem Aufwand und eine Ortung und Positionserkennung des Objektes mit hohem Genauigkeitsgrad ermöglicht. Dabei können aus den empfangenen Positionsinformationen, wie beispielsweise Orts- und/oder Rauminformationen, eindeutige Zugangspunkte und somit Ortspositionen und/oder Navigationspositionen an eine Folgeanwendung, zum Beispiel an eine Navigation, insbesondere eine Innenraum-Navigation, beim Übergang von sichtbaren Navigationsdaten, insbesondere GPS-Daten, zu nicht mehr sichtbaren Navigationsdaten, insbesondere nicht mehr sichtbaren GPS-Daten, und somit bei einem Übergang beispielsweise von einer Außenumgebung nach innen in den Raum oder in das Gebäude oder umgekehrt (von außen nach innen oder umgekehrt) übergeben werden.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass als Positionsinformation eine Rauminformation und/oder eine Ortsinformation, insbesondere zu der Sendeeinheit und/oder anderen Einrichtungen in dem Raum, übermittelt werden bzw. wird. Als Rauminformation werden bzw. wird beispielsweise die Größe (= räumliche Abmessung) und/oder die Form des Raumes und/oder die Anzahl von Übergängen, Türen, Fenstern im Raum übermittelt. Als Ortsinformation wird bzw. werden beispielsweise die Position einer Treppe, eines Aufzugs, eines Fensters, einer Tür, einer Rolltreppe, einer Stufe und/oder andere geeignete Ortsdaten/-informationen übermittelt.
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Anhand dieser übermittelten Positionsinformationen kann dann eine Ortsposition des Objektes relativ im Raum und/oder zu Einrichtungen im Raum bestimmt werden.
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Für eine Echtzeitverfolgung der Position des mobilen Objektes in einem Raum wird die Ortsposition des mindestens einen Objektes kontinuierlich anhand der empfangenen und dekodierten Positionsinformationen bestimmt. Bei einer vorhandenen oder zuvor mittels eines Navigationssystems ermittelten Navigationsposition des mindestens einen Objektes kann diese Navigationsposition darüber hinaus kontinuierlich anhand der empfangenen und dekodierten Positionsinformation/en angepasst werden.
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In einer möglichen Ausführungsform wird bzw. werden als Signal ein Funksignal, ein Lichtsignal, insbesondere ein Infrarot-Lichtsignal, ein Radarsignal und/oder ein Schallsignal emittiert.
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Hinsichtlich der Vorrichtung zur Positionsbestimmung mindestens eines mobilen Objektes in mindestens einem mehrdimensionalen Raum wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch mindestens eine Empfangseinheit des mobilen Objektes, mindestens eine Sendeeinheit, die an mindestens einer Stelle in dem mindestens einen Raum und/oder an einem Übergang zwischen mindestens zwei Räumen und/oder an einem Übergang zwischen dem mindestens einen Raum eines Gebäudes und einer Umgebung angeordnet ist, wobei die Sendeeinheit im Betrieb mindestens ein eine Positionsinformation enthaltenes, kodiertes Signal emittiert und wobei die Empfangseinheit des mobilen Objektes derart eingerichtet ist, dass diese Empfangseinheit bei einer Bewegung des Objektes im Ausstrahlungsbereich der Sendereinheit das emittierte Signal empfängt und dekodiert und die empfangene Positionsinformation ermittelt, mittels der eine Ortsposition des Objektes ermittelbar und/oder eine ermittelte Navigationsposition des Objektes anpassbar und gegebenenfalls ausgebbar und/oder speicherbar ist.
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In einer möglichen Ausführungsform ist die Sendeeinheit als eine Lichtquelle, ein Funksender, ein Ultraschall-Sender und/oder ein Radar ausgebildet, wobei die Empfangseinheit korrespondierend zur Sendeeinheit ausgebildet ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt die einzige:
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1 schematisch eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung mindestens eines mobilen Objektes in mindestens einem mehrdimensionalen Raum.
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Die einzige 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Positionsbestimmung mindestens eines mobilen Objektes 2 in mindestens einem mehrdimensionalen Raum 3.1 bis 3.n.
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Bei dem mobilen Objekt 2 kann es sich beispielsweise um eine Person, einen Roboter, ein Fahrzeug und/oder einen anderen Gegenstand, wie einen Ball, insbesondere einen Fußball, einen Golfball etc., handeln, das sich in einem Raum 3.1 bis 3.n, insbesondere in einem Gebäude mit mehreren Räumen 3.1 bis 3.n oder in einer Halle mit einem großen Raum 3.1 bis 3.n, bewegt und mit einer Empfangseinheit 4 ausgestattet ist.
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Bei dem Raum 3.1 bis 3.n kann es sich insbesondere um einen einzelnen, großen Raum 3.1 und/oder um einen oder mehrere Räume 3.1 bis 3.n in einem nicht näher dargestellten Gebäude und/oder um eine nicht näher dargestellte Spielfläche oder einen Spielraum einer nicht dargestellten Fußballanlage oder einer Golfanlage handeln.
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Die Vorrichtung 1 umfasst mindestens eine Sendeeinheit 5.
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In einer möglichen Ausführungsform ist die Sendeeinheit 5 als eine Lichtquelle, wie eine Leuchtdiode, ein Infrarot-Sender, ein Funksender, ein Ultraschall-Sender und/oder ein Radar ausgebildet, wobei die Empfangseinheit 4 des mobilen Objektes 2 korrespondierend zur Sendeeinheit 5 ausgebildet ist.
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Die Sendeeinheit 5 ist an mindestens einer Stelle O1 bis Om in dem mindestens einen Raum 3.1 bis 3.n und/oder an einem Übergang U1 und/oder U2 zwischen mindestens zwei Räumen 3.1 und 3.2 bzw. 3.2 und 3.3 und/oder an mindestens einem Übergang U3 und/oder U4 zwischen dem mindestens einen Raum 3.1 bzw. 3.3 und einer Umgebung A angeordnet. Dabei können mehrere Sendeeinheiten 5 in einem einzelnen Raum 3.1 an mehreren Stellen O1, O3, O4 und O5 zur Objektortung und -positionsermittlung und gegebenenfalls zur Unterstützung eines herkömmlichen Navigationssystems 6, insbesondere eines Innenraum- oder Außenraum-Navigationssystems, angeordnet sein.
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Die Empfangseinheit 4 kann als ein separater Empfänger und/oder als eine integrierte Einheit eines mobilen Computers, wie eines Tablet-Computers, eines mobilen Telefons, wie eines Smart-Phones, oder eines anderen geeigneten mobilen elektronischen Gerätes und/oder eines Spielgerätes, wie eines Balls, insbesondere eines Handballs, ausgebildet sein. Insbesondere umfasst die Empfangseinheit 4 ein Empfangsmodul, das derart eingerichtet ist, dass dieses von der mindestens einen Sendeeinheit 5 emittierte Signale empfangen und dekodieren kann. Hierzu umfasst die Empfangseinheit 4 entsprechende herkömmliche, nicht näher dargestellte Kommunikationsschnittstellen und/oder Demodulations-/Dekodiermodule. Die 1 zeigt beispielhaft drei Räume 3.1 bis 3.3, welche beispielsweise Teil eines Gebäudes sein können. Zwischen den Räumen 3.1 bis 3.3 sind Übergänge U1 bis U2 vorgesehen, die als eine Tür, eine Rolltreppe oder als ein Aufzug ausgebildet sein können. Zusätzlich kann der jeweilige Raum 3.1 und 3.3 mit weiteren Übergängen U3 bis U4, wie einer Tür, einem Fenster, versehen sein, welche in eine Umgebung A, insbesondere eine offene Umgebung münden.
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Je nach Ausführungsform ist oder sind mindestens eine bzw. mehrere Sendeeinheiten 5 an mindestens einem oder mehreren Übergängen U1 bis Ux oder Zugangspunkten zu großen Räumen 3.1 und/oder an anderen Übergangs- oder Schlüsselpunkten, wie zum Beispiel im Bereich einer Rolltreppe oder eines Aufzuges, oder auch in großen Räumen 3.1 in bestimmten Abständen in der Fläche angeordnet.
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In nicht näher dargestellter Art und Weise kann ein Spielfeld oder eine Spielanlage, wie ein Fußballfeld, ein Handballfeld und/oder eine Golfanlage, in ähnlicher Art und Weise, wie in 1 für ein Gebäude mit mehreren Räumen 3.1 bis 3.3 gezeigt, entsprechend der Gegebenheiten in Raumbereiche mit bereichsverbindenden Übergängen unterteilt sein. Dabei sind die Sendeeinheiten 5 in dieser Anwendung an geeigneten Stellen, wie beispielsweise am Spielfeldrand, am Tor, am Loch, an einem Wegesrand etc., in nicht näher dargestellter Art und Weise angeordnet. Die Empfangseinheit 4 kann dabei in nicht näher dargestellter Art und Weise in einem Spielball integriert sein.
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Im Detail ist die jeweilige Sendeeinheit 5 im Betrieb derart eingerichtet, dass diese mindestens ein eine Positionsinformation enthaltenes, kodiertes Signal emittiert. Hierzu umfasst die Sendeeinheit 5 in nicht näher dargestellter Art und Weise ein herkömmliches Kodiermodul, insbesondere einen Modulator, wie einen Amplituden- oder Frequenzmodulator zur Aufprägung der Positionsinformation auf das zu emittierende Signal und somit eine Kodierung des Signals mit der Positionsinformation und ein herkömmliches, insbesondere einer Sendeart entsprechendes Sendemodul zur Aussendung und Übertragung des kodierten und die Positionsinformation umfassenden Signals. Beispielsweise kann es sich bei der Sendeeinheit 5 um eine Leuchtdiode oder eine Glühlampe mit gepulstem, insbesondere modulierten Lichtsignal handeln, das von einer beispielsweise als Kamera ausgebildeten Empfängereinheit 4 des Objekts 2 empfangen und dekodiert, insbesondere demoduliert, wird. Im Betrieb der Vorrichtung 1 emittiert mindestens eine der Sendeeinheiten 5 das mindestens eine eine Positionsinformation enthaltene, kodierte Signal. Die Empfangseinheit 4 des Objekts 2 empfängt das emittierte, kodierte Signal der Sendeeinheit 5, wenn das Objekt 2 in den Ausstrahlungsbereich der Sendeeinheit 5 gelangt.
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Die Empfangseinheit 4 selbst oder eine integrierte Auswerteeinheit kann derart eingerichtet sein, dass das empfangene Signal der Sendeeinheit 5 dekodiert wird und die im empfangenen Signal enthaltene Positionsinformation ermittelt wird. Anhand der ermittelten Positionsinformation wird dann eine momentane Ortsposition P1 des Objektes 2 in dem betreffenden Raum 3.1 bis 3.n bestimmt.
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Als im emittierten Signal enthaltene Positionsinformation werden insbesondere eine Rauminformation und/oder eine Ortsinformation und/oder andere geeignete Senderinformation zu der aussendenden Sendeeinheit 5 und/oder einer anderen Einrichtung im betreffenden Raum 3.1 bis 3.n und/oder in der Nähe der Sendeeinheit 5 übermittelt und von der Empfangseinheit 4 empfangen. Als Rauminformation wird bzw. werden beispielsweise die Größe (= räumliche Abmessung) und/oder die Form des Raumes und/oder die Anzahl von Übergängen, Türen, Fenstern im Raum und/oder deren Form und Größe übermittelt. Als Ortsinformation wird bzw. werden beispielsweise die Position einer Treppe, eines Aufzugs, eines Fensters, einer Tür, einer Rolltreppe, einer Stufe und/oder andere geeignete Ortsdaten/-informationen übermittelt.
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Anhand der ermittelten Positionsinformation wird dann als momentane Ortsposition P1, insbesondere die Position des Objektes 2 relativ zur Position der Sendeeinheit 5 und/oder relativ zur Position einer in der Nähe der Sendeeinheit 5 vorhandenen Einrichtung, wie einer Tür, eines Fensters, einer Wand, einer Kante, einer Rolltreppe, eines Aufzuges etc., bestimmt.
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Darüber hinaus kann eine Bewegung des Objektes 2 in dem einzelnen Raum 3.1 oder von Raum 3.1 zu Raum 3.2, 3.3 in Echtzeit verfolgt werden, indem die Empfangseinheit 4 im betreffenden Ausstrahlungsbereich jeweils einer von mehreren, entlang des Weges angeordneten Sendereinheit 5 das zugehörige emittierte Signal empfängt und dekodiert und die empfangene Positionsinformation ermittelt. Anhand der mehreren, chronologisch empfangenen und dekodierten sowie ermittelten Positionsinformationen der mehreren Sendeeinheiten 5 kann dann der Weg des Objektes 2 in den Räumen 3.1 bis 3.3 verfolgt werden, wie dies in der 1 anhand der gestrichelten Positionen P1 bis P4 des Objektes 2 dargestellt ist.
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Somit ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, auch ohne Kenntnis einer Ausgangsposition des beweglichen Objektes 2 in dem Raum 3.1 bis 3.n eine Ortsbestimmung vorzunehmen.
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Für den Fall, dass das Objekt 2 darüber hinaus über ein herkömmliches Navigationssystem 6 verfügt, kann alternativ oder zusätzlich anhand der empfangenen Positionsinformationen eine zuvor ermittelte Navigationsposition des Objektes 2 angepasst und gegebenenfalls ausgegeben und/oder gespeichert werden.
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Beispielsweise kann mittels des Navigationssystems 6 eine Navigationsposition des Objektes 2 außerhalb der Räume 3.1 bis 3.n und somit noch in der Umgebung A als eine Ausgangsposition ermittelt werden. Beim Eintreten in einen der Räume 3.1 oder 3.3 kann beispielsweise eine Bestimmung der Ortsposition P1 bis P4 des Objekts 2 noch mittels des Navigationssystems 6 erfolgen, solange dieses noch Navigationsdaten, insbesondere GPS-Daten, empfängt. Insbesondere in einem großen geschlossenen Raum oder in einem Gebäude kann es mit wachsender Entfernung vom Ausgangspunkt oder der zuletzt ermittelbarer Navigationsposition aufgrund nicht empfangbarer und somit fehlender Navigationsdaten zu Fehlpositionsermittlungen und/oder -ortungen kommen. Auch kann es auf einer Rolltreppe oder in einem Aufzug in einem Gebäude aufgrund fehlender Navigationsdaten zu einer Fehlpositionsermittlung und/oder -ortung des sich im Raum 3.1 bis 3.3 bewegenden Objektes 2 kommen.
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Um dauerhaft eine plausible Position des mobilen Objektes 2 in den Räumen 3.1 bis 3.3 bestimmen und ausgeben zu können, wird die mittels des Navigationssystems 6 zuletzt ermittelte Navigationsposition anhand der empfangenen Positionsinformationen mindestens einer der Sendeeinheiten 5 in dem betreffenden Raum 3.1 bis 3.n angepasst.
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Somit ermöglicht die Erfindung zusätzlich eine Verfolgungs- oder Tracking-Funktion für die Bewegung des Objektes 2 in mindestens einem der Räume 3.1 bis 3.n und somit innen in einem geschlossenen Raum mit deutlich reduziertem Aufwand für die Ortung und mit hohem Genauigkeitsgrad für die Innenpositionserkennung des Objektes 2 im betreffenden Raum 3.1 bis 3.n.
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Zusätzlich kann die Empfangseinheit 4 derart eingerichtet sein, dass diese aus den empfangenen Positionsinformationen, wie der Ortsinformation und/oder der Rauminformation, eindeutige Zugangspunkte und somit eine momentane Ortsposition P1 bis P4 und/oder eine angepasste momentane Navigationsposition an eine Folgeanwendung, zum Beispiel an das Navigationssystem 6, insbesondere an eine Innenraumnavigation, beim Übergang von sichtbaren Navigationsdaten, insbesondere GPS-Daten, zu nicht mehr sichtbaren Navigationsdaten, insbesondere nicht mehr sichtbaren GPS-Daten, und somit bei einem Übergang beispielsweise von einer Außenumgebung A nach innen in einen der Räume 3.1 bis 3.3 oder in das Gebäude oder umgekehrt (von außen nach innen oder umgekehrt) übermittelt. Bei einem nachfolgenden Empfang von Navigationsdaten wird dann die momentane Navigationsposition wieder anhand der empfangenen Navigationsdaten des Navigationssystems 6 ermittelt.
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Für eine Echtzeitverfolgung der Position des mobilen Objektes 2 in dem mindestens einen Raum 3.1 bis 3.n kann darüber hinaus die Ortsposition P1 bis P4 des mindestens einen Objektes 2 kontinuierlich anhand der empfangenen und dekodierten Positionsinformationen bestimmt werden. Bei einer vorhandenen oder zuvor mittels eines Navigationssystems 6 ermittelten Navigationsposition des mindestens einen Objektes 2 kann diese Navigationsposition darüber hinaus kontinuierlich anhand der empfangenen und dekodierten Positionsinformationen angepasst werden.
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In einer möglichen Ausführungsform, insbesondere je nach Art der Sendeeinheit 5 und der Empfangseinheit 4 wird bzw. werden als Signal ein Funksignal, ein Lichtsignal, insbesondere ein Infrarot-Lichtsignal, ein Radarsignal und/oder ein Schallsignal emittiert, welches insbesondere zur Aufprägung der Positionsinformation entsprechend moduliert, beispielsweise gepulst, wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zur Positionsbestimmung
- 2
- Objekt
- 3.1 bis 3.n
- Raum
- 4
- Empfangseinheit
- 5
- Sendeeinheit
- 6
- Navigationssystem
- A
- Umgebung
- O1 bis Om
- Stelle
- P1 bis P4
- Ortsposition
- U1 bis Ux
- Übergang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112011102132 T5 [0002]
- DE 10053959 A1 [0003]
