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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen oder Aktualisieren einer Umgebungskarte und zum Ermitteln einer Position innerhalb der Umgebungskarte basierend auf einer Abtastung einer Umgebung durch elektromagnetische Strahlen sowie ein Lokalisierungssystem.
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Stand der Technik
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Lokalisierungsverfahren sind für mobile Fahrzeuge relevant, da sie eine Ortung des Fahrzeugs ermöglichen. Darüber hinaus können dadurch weiterführende Funktionen, wie die zentrale Überwachung oder eine automatisierte Navigation, umgesetzt werden. In überdachten Bereichen sind beispielsweise Lokalisierungsverfahren bekannt, welche ohne ein satellitengestütztes Signal auskommen. Derartige Bereiche können beispielsweise Intralogistik oder Produktionsumgebungen sein. Es werden üblicherweise infrastrukturfreie Methoden zur Lokalisierung mittels eines 2D oder 3D Lasers mittels sogenannter Laser-Lokalisierungssysteme (LLS) verwendet. Ein LLS benötigt eine Laser-Karte der Umgebung und versucht durch einen kontinuierlichen Abgleich der beobachteten Laserdaten mit der Umgebungskarte den wahrscheinlichsten Standort zu ermitteln.
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Üblicherweise werden Umgebungskarten während einer Kartierungsfahrt bei einer Inbetriebnahme einer Umgebung mittels sogenannter SLAM-Algorithmen (Simultaneous Localization and Mapping) generiert. Während der Kartierungsfahrt wird die Position ständig ermittelt und die beobachteten Laserdaten in eine Karte übertragen. Mittels Optimierungsverfahren werden Positionierungsfehler während der Kartierungsverfahrt eliminiert und eine metrisch exakte Karte generiert. Fortschrittliche LLS können ihre Karte während des regulären Lokalisierungs-Betriebs aktualisieren und somit auch in veränderlichen Umgebungen betrieben werden.
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Weiterhin existieren funkbasierte Übertragungstechniken, die beispielsweise auf WLAN- oder Bluetooth-Signalen basieren, die neben der Nachrichtenübermittlung ebenfalls zur Ortung eingesetzt werden können. Sie sind allerdings aufgrund physikalischer Randbedingungen und Interferenzen sehr ungenau und beispielsweise bei üblichen Techniken wie WLAN in der Praxis auf wenige Meter begrenzt. Des Weiteren sind sie nicht infrastrukturlos, denn sie benötigen die jeweiligen Sendeeinrichtungen der verwendeten Technik. Jede Technik erlaubt verschiedene Sendeeinrichtungen anhand ihrer individuellen Signatur zu unterscheiden. Bei WLAN-Sendevorrichtungen könnte dies beispielsweise die SSID (Service Set Identifier) des jeweiligen WLAN-Netzes sein, oder die eindeutige BSSID (Basic Service Set Identifier) des Access Points (MAC-Adresse) und bei Bluetooth-Sendevorrichtungen der Gerätename sein.
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Eine potentielle Schwäche von LLS sind die lokalen Mehrdeutigkeiten innerhalb der Laser-Karte aufgrund des begrenzten Sichtfelds des Lasers. Beispiele sind ähnliche Gänge in verschiedenen Teilen oder Stockwerken eines Gebäudes oder ähnliche Bereiche in verschiedenen Gebäuden bzw. Produktionshallen, in denen das mobile Fahrzeug bzw. das LLS operiert. Dies kann insbesondere bei der initialen Standortermittlung nach dem Neustart oder einem Störfall zu Problemen führen, da sich das LLS ohne weiteres Wissen oder weitere Handlungen nicht zwischen verschiedenen möglichen Bereichen entscheiden kann.
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Eine ähnliche Situation stellt die Unterscheidung dar, ob sich das LLS überhaupt innerhalb des kartierten Bereichs befindet oder nicht. Hierbei können Mehrdeutigkeiten ebenfalls problematisch sein, da zwischen einem ähnlichen, aber unkartierten Bereich, und einem passenden kartierten Bereich nicht unterschieden werden kann.
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Temporäre Veränderungen der Umgebung können darüber hinaus zu einem weniger aussagekräftigen Abgleichprozess zwischen veralteter Karte und aktuellen Daten führen und damit die Mehrdeutigkeiten bei der Erstellung oder Aktualisierung der Karte erhöhen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Verfahren und ein Lokalisierungssystem vorzuschlagen, welche Mehrdeutigkeiten bei einer Positionsbestimmung, bei einer Erstellung und/oder einer Aktualisierung einer Umgebungskarte reduzieren können.
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Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erstellen oder Aktualisieren einer Umgebungskarte und zum Ermitteln einer Position innerhalb der Umgebungskarte basierend auf einer Abtastung einer Umgebung durch elektromagnetische Strahlen bereitgestellt.
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Es werden Umgebungsdaten durch eine Abtastung der Umgebung durch mindestens ein Lokalisierungssystem mit elektromagnetischen Strahlen ermittelt.
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Daneben werden Daten zu mindestens einer drahtlosen Kommunikationseinheit durch das mindestens eine Lokalisierungssystem gesammelt.
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Die ermittelten Umgebungsdaten werden mindestens einer Position oder mindestens einem Abschnitt der Umgebungskarte zugeordnet.
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Dabei werden die gesammelten Daten der mindestens einen drahtlosen Kommunikationseinheit von einer internen Steuereinheit oder einer externen Steuereinheit des Lokalisierungssystem zum Plausibilisieren der mindestens einen Position oder des mindestens einen Abschnitts der Umgebungskarte der ermittelten Umgebungsdaten verwendet.
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Vorzugsweise können die erzeugten elektromagnetischen Strahlen, Lichtstrahlen, Laserstahlen oder Radarwellen sein. Diese können beispielsweise mit einer Radarvorrichtung, einer LIDAR-Vorrichtung oder dergleichen erzeugt und innerhalb eines Abtastbereichs ausgestrahlt werden. Die an einer Umgebung reflektierten Strahlen können anschließend empfangen und ausgewertet werden. Die Auswertung kann hierbei durch eine interne Steuereinheit des Lokalisierungssystems oder durch eine extern angeordnete Steuereinheit ausgeführt werden. Das Lokalisierungssystem kann beispielsweise ein Laser-Lokalisierungssystem sein. Das Lokalisierungssystem kann vorzugsweise richtungsabhängig drahtlos übertragbare Signale empfangen und auswerten. Insbesondere können die drahtlos übertragenen Daten, wie beispielsweise die SSID, empfangen werden. Darüber hinaus kann das mindestens eine Lokalisierungssystem beispielsweise eine Signalstärke oder ein richtungsabhängiges Signal der mindestens einen Kommunikationsvorrichtung messen. Hierfür kann das Lokalisierungssystem Empfangsantennen bzw. Antennenarrays aufweisen, welche mit der Steuereinheit datenleitend koppelbar sind.
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Die drahtlosen Kommunikationseinheiten können beispielsweise WLAN-Hotspots oder Access-Points, Bluetooth Sender, Mobilfunkantennen und dergleichen sein.
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Durch das Verfahren kann das örtliche Funkspektrums bzw. eine Gesamtheit aller Funksignaturen einer Umgebung während einer Kartierungsfahrt zusammen mit den Umgebungsdaten in die Umgebungskarte eingetragen werden. Es kann hierdurch ein zusätzlicher Informationskanal realisiert werden, welcher mit dem Lokalisierungssystem gekoppelt werden kann und somit zum Reduzieren oder zum Ausschließen von Mehrdeutigkeiten einsetzbar ist. Die Mehrdeutigkeiten können insbesondere bei einer Positionsbestimmung, bei einer Erstellung und/oder einer Aktualisierung einer Umgebungskarte reduziert werden. Die durch eine Positionsbestimmung ermittelte Position kann an einem Ort bzw. einer Stelle und im weiteren Verlauf sowohl einen Ort als auch eine Orientierung aufweisen. Die örtlichen Funksignaturen der drahtlosen Kommunikationseinheiten können hierbei zum örtlichen Eingrenzen einer Zuordnung der ermittelten Umgebungsdaten des Lokalisierungssystems verwendet werden.
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Die Frage, ob sich das Lokalisierungssystem in einem bereits kartierten Bereich befindet oder nicht, lässt sich über das Funkspektrum einfacher beantworten, denn meist besitzen die Funksignaturen eine leicht zu vergleichende ID, die sogar eine einzigartige UID (z. B. MAC-Adresse des WLAN-Access-Points) sein kann. Es muss also nur verglichen werden, ob aus dem aktuellen Funkspektrum eine ausreichende Menge an Funksignaturen in der Umgebungskarte eingetragen sind. Im Falle einer UID kann schon eine einzelne bekannte Signatur ausreichen. Mehrdeutigkeiten des Lokalisierungssystems können üblicherweise über das Funkspektrum schnell eindeutig aufgelöst werden. Für alle Standort-Hypothesen während der Kartierung können die aufgezeichneten Funkspektren mit dem aktuellen Funkspektrum verglichen und derjenige Standort gewählt werden, welcher das am besten passende Funkspektrum besitzt. Dadurch kann die Verfügbarkeit des Lokalisierungssystems nach der initialen Kartierungsfahrt verbessert und die Fehlerrate gesenkt werden.
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Die Anforderungen an die Güte und die Abdeckung der funkbasierten Infrastruktur sind beim erfinderischen Verfahren niedrig. Es reicht daher üblicherweise aus, die bereits vorhandene drahtlose Infrastruktur zu verwenden. Das mindestens eine Lokalisierungssystem kann somit annähernd infrastrukturlos bleiben. Weiterhin kann das mindestens eine Lokalisierungssystem bei Ausfall des funkbasierten Systems weiterhin arbeiten. Ebenfalls ist eine Kartenaktualisierung bei Änderungen des Spektrums weiterhin möglich.
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Die Standorte der Funk-Sender bzw. der Kommunikationseinheiten können hierbei unbekannt sein, sodass auch benachbarte externe Kommunikationseinheiten als eine zusätzliche Informationsquelle herangezogen werden können.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann eine robuste Entscheidung zwischen kartiertem & unkartiertem Bereich während einer Kartierung durch das mindestens eine Lokalisierungssystem getroffen werden, sodass eine robuste und eine weniger fehleranfällige Kartenaktualisierung und Kartengenerierung realisierbar ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die Umgebung durch mindestens ein mobiles oder mindestens ein stationäres Lokalisierungssystem mit elektromagnetischen Strahlen abgetastet. Das mindestens eine Lokalisierungssystem kann somit ein mobiles Fahrzeug mit einer Sensorik und einer internen Steuervorrichtung sein. Alternativ oder zusätzlich kann das mindestens eine Lokalisierungssystem stationär ausgestaltet sein oder mit einer stationären externen Steuereinheit in einer datenleitenden Kommunikationsverbindung stehen. Somit können die mobil gesammelten Umgebungsdaten und Daten der mindestens einen Kommunikationseinheit an die externe Steuereinheit geladen und dort unter Ausnutzung höherer Leistungsreserven verarbeitet und bereitgestellt werden.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird eine bereits erzeugte Umgebungskarte durch die gefilterten Umgebungsdaten in der internen oder externen Steuereinheit zumindest bereichsweise aktualisiert. Basierend auf den ermittelten Umgebungsdaten kann eine Aktualisierung einer sich verändernden Umgebung durchgeführt werden. Für die Aktualisierung der Umgebungskarte können die ermittelten Standort-Hypothesen herangezogen werden, welche durch die Informationen von drahtlosen Kommunikationseinheiten verifiziert wurden. Hierdurch können die Umgebungsdaten örtlich eindeutig zugeordnet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird durch die gefilterten Umgebungsdaten zumindest ein Umgebungskartenabschnitt von der externen oder internen Steuereinheit erstellt. Die validierten Umgebungsdaten können eindeutige örtliche Zuordnungen aufweisen, sodass hieraus technisch einfach geprüft werden kann, ob die ermittelten Umgebungsdaten innerhalb einer bereits bekannten und kartierten Umgebung einzuordnen sind oder ein neues unkartiertes Umfeld darstellen. Dies kann beispielsweise bei noch unbekannten drahtlosen Kommunikationseinheiten der Fall sein.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird anhand der ermittelten Umgebungsdaten der Umgebung eine Position des mindestens einen Lokalisierungssystems innerhalb der Umgebungskarte durch die interne oder externe Steuereinheit bestimmt. Die Umgebungsdaten werden vorzugsweise durch die Abtastung der Umgebung mit elektromagnetischen Strahlen ermittelt. Durch einen Abgleich eines ermittelten Umgebungsabschnitts kann mittels Interpolation oder Überlagerungen mit bereits erstellen Umgebungskarten eine Positionsabschätzung oder eine eindeutige Lokalisierung ausgeführt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die Position des mindestens einen Lokalisierungssystems durch einen Vergleich der gefilterten Umgebungsdaten mit einer erzeugten oder aktualisierten Umgebungskarte bestimmt. Vorzugsweise erfolgt zum Zuordnen der jeweiligen Position der ermittelten Umgebungsdaten durch einen Vergleich der ermittelten Umgebungsdaten mit Konturen und Merkmalen einer Umgebungskarte. Somit können Bereiche mit der besten Übereinstimmung ermittelt werden, wobei Mehrdeutigkeiten durch ein Hinzuziehen der Positionen und Eigenschaften von stationären drahtlosen Kommunikationseinheiten gefiltert oder ausgeschlossen werden.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird zum Erstellen oder Aktualisieren der Umgebungskarte und zum Ermitteln einer Position des mindestens einen Lokalisierungssystems innerhalb der Umgebungskarte ein durch Daten von der mindestens einen drahtlosen Kommunikationseinheit gestützter SLAM-Algorithmus von dem Lokalisierungssystem eingesetzt. Durch die ermittelten Daten und Informationen über die mindestens eine drahtlose Kommunikationseinheit können Mehrdeutigkeiten bei der Ausführung des SLAM-Verfahrens robust und schnell vermieden oder zumindest reduziert werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens werden die Daten der mindestens einen drahtlosen Kommunikationseinheit zum Filtern von Standort-Hypothesen des SLAM-Algorithmus eingesetzt werden. Während einer Kartierungsfahrt des Lokalisierungssystems müssen alle verfügbaren Informationen an jedem Standort zusätzlich zu den Umgebungsdaten aufgezeichnet werden. Dies kann zumindest die Signatur, optional noch die Empfangsstärke, Laufzeit und ein Empfangswinkel, sein. In welcher Rasterung die ermittelten Umgebungsdaten abgelegt werden, hängt von der zugrunde liegenden Technik ab. Vorzugsweise ändern sich die Informationen zwischen den einzelnen Rasterpunkten nur geringfügig. Bei einem WLAN-Netzwerk ist dies beispielsweise bei einem Abstand der Punkte von ca. 2 m erfüllt. Standorte zwischen Rasterpunkten können bezüglich der kartierten Signatur dem nächstgelegten Rasterpunkt zugeordnet oder dessen Signatur aus den benachbarten Punkten mittels Interpolation rekonstruiert werden.
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Im Gegensatz zu funkbasierten Ortungsalgorithmen, benötigt das erfinderische Verfahren kein bestimmtes Mindestmaß an Informationen, sondern kann an jedem Standort einfach alle verfügbaren Daten und Informationen aufzeichnen.
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Da über das Lokalisierungssystem schon genaue Standort-Hypothesen vorgegeben werden können, führt jede zusätzliche Information dazu, dass die verbleibenden Mehrdeutigkeiten mindestens reduziert, im besten Fall aufgelöst werden können. Es muss somit beispielsweise keine Mindestanzahl an WLAN-Hotspots verfügbar sein.
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Zusätzlich können weiterführende Systeme implementiert werden, die Position und die Reichweite der Sender rekonstruieren können und somit ein paralleles FUNK-Slam Verfahren anwenden können. Damit ist eine Rasterung nicht mehr nötig, die benötigten Informationen können somit in situ aus den Positionen und einem gegeben Standort ermittelt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann bereits mit Teilinformationen oder schlechten Signalen arbeiten. Derartige nachteilige Randbedingungen können beispielsweise zum Versagen eines rein funkbasierten Ortungsverfahrens führen, da es bereits über das Lokalisierungssystem exakte Standort-Hypothesen gibt, sind Informationen ohne hohe Anforderungen an ihre Qualität oder Vollständigkeit bereits ausreichend für eine Beseitigung von Mehrdeutigkeiten.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens werden die Daten der mindestens einen drahtlosen Kommunikationseinheit von der internen oder externen Steuereinheit zum Erstellen oder Aktualisieren einer ortsabhängigen Signaturkarte der mindestens einen drahtlosen Kommunikationseinheit verwendet. Des Weiteren ist eine Kartenaktualisierung bei Änderungen des Spektrums möglich. Hierdurch kann eine weitere parallel zu der Umgebungskarte aufgezeichnete Karte erstellt oder aktualisiert werden, welche Informationen und Spektren der drahtlosen Kommunikationseinheiten innerhalb der Umgebungskarte aufweist.
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Das Lokalisierungssystem kann hierbei die funkbasierte Übertragungstechnik häufig passiv nutzen, da es nur die Signatur der drahtlosen Kommunikationseinheiten aufzeichnet bzw. scannt. Es können daher auch sicherheitsrelevante und geschützte drahtlose Netze zum Durchführen des Verfahrens verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens weisen die Daten der mindestens einen drahtlosen Kommunikationseinheit Identifikationsinformationen, Signalstärke zu mindestens einer Kommunikationseinheit, Empfangswinkel zwischen dem mindestens einen Lokalisierungssystem und der mindestens einen drahtlosen Kommunikationseinheit, Laufzeit eines Signals zwischen dem mindestens einen Lokalisierungssystem und der mindestens einen drahtlosen Kommunikationseinheit und/oder Überschneidungskombinationen zwischen mehreren drahtlosen Kommunikationseinheiten auf. Ein empfangenes Funkspektrum an einem Standort kann aus einer Vielzahl an Funksignaturen stationärer Sender mit ausreichender Reichweite bestehen. Es können unterschiedliche Standards und Techniken zum Einsatz überlagert messbar sein. Vorteilhafterweise kann anhand der messbaren Informationen ein lokaler Bezug zu der Umgebungskarte hergestellt werden. Beispielsweise können, je nach Frequenz und Standard, WLAN-Netzwerke mit einer Reichweiten von <100 m zum Bereitstellen von ortsabhängigen Zusatzinformationen geeignet sein. Dabei kann eine nicht eindeutige SSID oder eine eindeutige BSSID, wie beispielsweise eine MAC-Adresse eines Access-Points verwendbar sein. Des Weiteren können Bluetooth-Sendeeinheiten mit einer Reichweite von < 100m von dem mindestens einen Lokalisierungssystem detektierbar und zum Ausräumen von Mehrdeutigkeiten einsetzbar sein. Dabei kann der Gerätename oder eine Geräteadresse des Senders als zusätzliche örtliche Information von dem Verfahren berücksichtigt werden. Alternativ oder zusätzlich können drahtlose Kommunikationseinheiten mit dem Zigbee Standard von dem Lokalisierungssystem ermittelt und verwendet werden. Hierbei sind Reichweiten der drahtlosen Verbindung von 10 bis 100 m realisierbar, wobei MAC-Adressen der Sender eindeutige ortsbasierte Informationen bilden können.
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Alternativ oder zusätzlich kann nicht nur die Signatur verwendet werden, sondern weitere Eigenschaften der funkbasierten Übertragungstechnik herangezogen werden, um weitere geometrische Parameter schätzen zu können. Eine weitere mögliche Variante kann beispielsweise eine Abstandsinformation sein, welche durch messbare Laufzeiten eines Signals, wie beispielsweise bei einem Handshake-Verfahren, umgesetzt werden kann. Bei mehreren leicht unterschiedlich positionierten Empfängern oder Antenneneinheiten des Lokalisierungssystems, können Unterschiede der jeweiligen Laufzeiten zum Ermitteln eines Sende- bzw. Empfangswinkels der drahtlosen Kommunikationseinheit eingesetzt werden. Hierdurch ist eine eindeutige Ortung der mindestens einen drahtlosen Kommunikationseinheit möglich. Die unterschiedlichen Varianten und Informationen können auch in einer beliebigen Kombination miteinander eingesetzt werden. Hierdurch kann eine ungefähre Ortsbestimmung durchgeführt werden. Diese ungefähre bzw. grobe Ortsbestimmung kann zum Plausibilisieren der ermittelten Umgebungsdaten genutzt werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Lokalisierungssystem zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt. Das Lokalisierungssystem weist mindestens eine Strahlenquelle zum Erzeugen von elektromagnetischen Strahlen zum Abtasten seiner Umgebung auf. Des Weiteren weist das Lokalisierungssystem mindestens eine Empfangseinheit zum Empfangen der von der Umgebung reflektierten Strahlen sowie mindestens eine Antenneneinheit zum Sammeln von Informationen von mindestens einer externen drahtlosen Kommunikationseinheit auf. Eine interne Steuereinheit dient zum Steuern der mindestens einen Sendeeinheit und zum Speichern und Auswerten von Daten der mindestens einen Empfangseinheit und der mindestens einen Antenneneinheit.
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Das Lokalisierungssystem kann vorzugsweise mindestens einen Sensor zur Messung von Abstandsdaten, eine Recheneinheit bzw. Steuereinheit und einen Speicher aufweisen, der die Karte der Umgebung enthält. Das Lokalisierungssystem kann auf einer mobilen Plattform, wie beispielsweise einem Flurförderzeug, Schlepper, Schubmaststapler, elektronischen Butler, Pflegeroboter oder vergleichbaren Gerät, montiert sein. Das Lokalisierungssystem weist zusätzlich eine Empfangseinheit bzw. Antenneneinheit zum Messen eines Funkspektrums auf. Somit können die drahtlos emittierten Informationen statischer Funksender in einer Umgebung gemessen werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Lokalisierungssystem eine externe Servereinheit mit einer externen Steuereinheit auf, wobei die gesammelten Daten über eine Kommunikationsverbindung von der internen Steuereinheit an die externe Steuereinheit übertragbar sind. Beispielsweise kann die externe Steuereinheit eine Cloud oder ein zentraler Server sein, welcher die aktuellen Karten bereitstellen und die ermittelten Umgebungsdaten verschiedener mobiler oder statischer Lokalisierungssysteme sammeln und auswerten kann.
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Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
- 1 eine schematische Darstellung eines Lokalisierungssystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 2 eine Umgebung mit einem Lokalisierungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
- 3 schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lokalisierungssystems 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Lokalisierungssystems 1 ist hierbei als eine mobile Einheit 2 ausgestaltet, welche eine Umgebung mit elektromagnetischen Strahlen 4 abtasten und somit beispielsweise Objekte oder Umgebungskonturen 6 erkennen kann. Zum Senden der elektromagnetischen Strahlen 4 weist die mobile Einheit 2 eine Sendevorrichtung 8 auf. Die Sendeeinheit 8 ist hierbei als ein Infrarotlaser ausgestaltet. Die an den Umgebungskonturen 6 reflektierten Strahlen können von einer Empfangseinheit 10 empfangen und in Umgebungsdaten umgewandelt werden, welche von einer internen Steuereinheit 12 gespeichert und ausgewertet werden können.
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Die mobile Einheit 2 weist eine Antenneneinheit 14 auf, welche lokale drahtlose Kommunikationseinheiten 16 identifizieren und gemäß dem Ausführungsbeispiel ihre Signalstärke messen kann. Alternativ kann eine andere Netzwerkinformation, wie beispielsweise eine SSID, zum Identifizieren der lokalen drahtlosen Kommunikationseinheiten 16 verwendet werden. Darüber hinaus können durch die Antenneneinheit 14 Netzwerkinformationen, wie beispielsweise eine SSID der drahtlosen Kommunikationseinheit 16 ermittelt und beispielsweise für eine Durchführung eines SLAM-Verfahrens durch die interne Steuereinheit 12 verwendet werden.
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Die interne Steuereinheit 12 ist mit einer Kommunikationsvorrichtung 18 verbunden, durch welche eine datenleitende Kommunikationsverbindung 20 zu einer externe Steuereinheit 22 hergestellt werden kann. Die externe Steuereinheit 22 kann Umgebungsdaten mehrerer mobiler Einheiten 2 empfangen und auswerten. Die externe Steuereinheit 22 kann beispielsweise eine Cloud oder ein Server sein.
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In der 2 ist eine Umgebung U mit einem Lokalisierungssystem 1 bzw. einer mobilen Einheit 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Es ist eine fiktive Produktionsstätte U mit 3 Hallengrundrissen A-C abgebildet. Die Hallen A und B sind bereits kartiert. Halle C wurde bisher nicht kartiert und ist somit unbekannt.
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Weiterhin befinden sich vier, als Funk-Sendeeinrichtungen S1-S4 ausgestaltete, drahtlose Kommunikationseinheiten 16 in der Umgebung U mit unterscheidbarer Signatur. Die Reichweite wird schematisch als ein Kreis um die jeweiligen Sendeeinrichtungen S1-S4 dargestellt. Des Weiteren sind unterschiedliche Positionen P1-P4 der mobilen Einheit 2 dargestellt, an welchen eine Abtastung der unmittelbaren Umgebung in einem horizontalen Abtastbereich von 360° durchgeführt wird.
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Links in der Abbildung ist ein beispielhafter punktuell durchgeführter Laserscan an einer Position P1 dargestellt. Durch einen Abgleich mit der Umgebungskarte in der internen Steuereinheit 12 kommen die möglichen Standorte bzw. Positionen P1, P2 und P3 in Frage. In dem unkartierten Bereich C befindet sich ebenfalls eine eventuelle Position P4, welche einen entsprechenden Laserscan aufweisen würde.
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Die mobile Einheit 2 kann hierbei unterschiedliche Funkspektren ermitteln und dadurch diese Mehrdeutigkeit auflösen. Empfängt die mobile Einheit 2 die Signatur der Kommunikationseinheit S1, muss es sich an der Position P2 aufhalten bzw. der ermittelte Laserscan als Umgebungsdaten der Position P2 zugeordnet werden.
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Wird die Signatur der Kommunikationseinheit S2 gemessen, so stellt dies eine unbekannte Signatur dar, sodass die mobile Einheit 2 sich in einem unkartierten Bereich C befindet.
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Eine messbare Signatur der Kommunikationseinheit S3 kann somit einer möglichen Position P1 oder P3 der mobilen Einheit 2 bzw. den ermittelten Umgebungsdaten zugeordnet werden. Hierbei kann eine Entfernung zu der Kommunikationseinheit S3 abgeschätzt werden, um die Mehrdeutigkeit zwischen der Position P1 und P3 auflösen zu können. Insbesondere kann dies durch eine Signalstärkemessung durch die Antenneneinheit 14 realisiert werden. An der Position P1 wird eine höhere Signalstärke erwartet als an der Position P3.
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Bei einem Empfang der Signatur der Kommunikationseinheit S4 kann der ermittelte Laserscan der Position P3 oder P2 zugeordnet werden. Hierbei kann eine Winkelabhängigkeit zwischen der Position und der Kommunikationseinheit S4 zum Auflösen der Mehrdeutigkeit genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Kombinationen von messbaren Signaturen der weiteren Kommunikationseinheiten S1 und S3 hinzugezogen werden. Somit kann die Anwesenheit von Signaturen unterschiedlicher Kommunikationseinheiten 16 zum Plausibilisieren der Standorte P1-P4 genutzt werden. Hierdurch kann das Verfahren trotz Abwesenheiten von Kommunikationseinheiten durchgeführt werden, da einzelne Sendeeinrichtung aufgrund von Störungen durch Gebäude (wie Interferenzen) oder einem Ausfall jederzeit temporär nicht empfangen werden können. Dabei können die Positionen der jeweiligen Kommunikationseinheiten S1-S4 unbekannt sein. Bekannt können hierbei nur die Signaturen an den jeweiligen Standorten bzw. dem nächstgelegenen Rasterpunkt sein, die während der Kartierungsfahrt beobachtet wurden.
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Die 3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 24 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In einem ersten Schritt 25 startet das Lokalisierungssystem 1 nach einer Initialisierung. Dabei wird mittels der Antenneneinheit 14 das aktuelle Funkspektrum am zurzeit befindlichen Standort P1-P4 ermittelt.
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In einem weiteren Schritt 26 wird anhand des Funkspektrums überprüft, ob sich das Lokalisierungssystem 1 in einem bekannten bzw. kartierten Bereich befindet oder keine bekannten Signaturen innerhalb des Funkspektrums zu finden sind und man sich in einem unbekannten, d. h. unkartierten Bereich befindet. Für die Entscheidung reicht es im einfachsten Falle aus, eine einzelne eindeutig identifizierbare Signatur im Funkspektrum vorzufinden, die ebenfalls in der Karte verzeichnet ist. Ist letzteres dagegen nicht der Fall, ist das Lokalisierungssystem 1 nicht verfügbar und man springt wieder zum ersten Schritt 25. Sofern das Lokalisierungssystem 1 seinen Standort aus vorherigen Messungen bereits kennt, können die Schritte 25, 26 übersprungen werden.
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In einem weiteren Schritt 27 werden durch Abtasten der Umgebung Umgebungsdaten ermittelt.
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Anschließend erfolgt ein Abgleich 28 des Laserscans bzw. der Umgebungsdaten mit der Umgebungskarte. Hierbei können auch optional Berücksichtigung und Fusion von vergangenen Messungen und letztendlich Rückgabe der Standort-Hypothesen durchgeführt werden.
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Die Schritte 25 und 26 können auch parallel zu den Schritten 27 und 28 durchgeführt werden.
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In einem weiteren Schritt 29 können, sofern vorhanden, Mehrdeutigkeiten innerhalb der Standort-Hypothesen mittels der ermittelten Funkspektren gelöst werden. Dieser Schritt 29 kann entfallen, sofern eine einzelne eindeutige Hypothese des Standortes ermittelt wurde.
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Spätestens nach diesem Schritt 29 kann das Lokalisierungssystem 1 seinen Zustand an ein übergeordnetes System bzw. eine externe Steuereinheit 22 übergeben. Der Zustand kann dabei der Standort, eine Liste von mehreren Standorten inkl. deren Güte (falls Mehrdeutigkeit nicht aufgelöst werden konnte) oder eine Fehlerbeschreibung sein.
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Konnte der Standort in den vorherigen Schritten 25-29 eindeutig und mit ausreichender Güte ermitteln werden, so kann in einem weiteren Schritt 30 geprüft werden, ob die Umgebungsdaten des Laserscans weitere, über die Informationen der Umgebungskarte hinausgehende, Informationen beinhalten. Ist dies der Fall, können diese Änderungen herangezogen werden, um die Umgebungskarte zu aktualisieren. Die Umgebungskarte kann dabei auf der internen Steuereinheit 12 oder in der zentralen bzw. externen Cloud 22 bzw. einem Server 22 abgelegt werden.
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In einem weiteren Schritt 31 können analog zu Schritt 30 die Messdaten des Funkspektrums aktualisiert werden. Vorzugsweise wird der Schritt 31 in Kombination mit dem ersten Schritt 25 durchgeführt.
