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Beschrieben werden ein Verfahren zur Navigation mittels eines mobilen Endgeräts, ein Computerprogrammprodukt sowie ein mobiles Endgerät.
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Verfahren zur Navigation mittels eines mobilen Endgeräts, Computerprogrammprodukte sowie mobile Endgeräte der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt.
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Navigationssysteme und -vorrichtungen werden heutzutage nicht nur zur Navigation auf der Straße bzw. im Freien verwendet, sondern teilweise auch in Gebäuden. Eine solche Gebäudenavigation ist unter anderem sinnvoll bei größeren Gebäuden wie Einkaufszentren oder Bürokomplexen, um eine Person zum gewünschten Zielort zu lotsen. Innerhalb von Gebäuden besteht jedoch das Problem, dass die Sicht auf Satelliten, die heutzutage meistens zur Positionsbestimmung im Freien verwendet werden, derart eingeschränkt ist, dass eine genau Positionsbestimmung allein dadurch nicht mehr möglich ist.
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Während es bei der Navigation im Straßenverkehr im Freien in aller Regel (ausgenommen sind Anwendungen im Luftverkehr) nicht auf eine Höhe über dem Grund ankommt, sind Gebäude oft mehrstöckig gebaut, sodass hier zusätzlich der Bedarf besteht, auch feststellen zu können, auf welcher Ebene sich der Zielsuchende momentan befindet.
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Es sind verschiedene Verfahren bekannt, mit denen in einem Innenraum ohne Satellitensicht navigiert werden kann. Sofern keine entsprechende Infrastruktur bereitsteht, zum Beispiel Sender (Beacons) an mehreren definierten Stellen, muss das Navigationsgerät in der Lage sein, sich ausgehend von einem vorgegebenen absoluten Referenzpunkt durch Verwendung relativer Koordinatenänderungen zu orientieren. Es ist daher kritisch, dass ein Umschalten zwischen einem Positionsbestimmungsmodus, in dem eine absolute Position festgestellt wird, und einem Positionsbestimmungsmodus, in dem eine relative Position ausgehend von einer absoluten Position festgestellt und nachgehalten wird, schnell genug umschaltet, um überhaupt in der Lage zu sein, eine genaue Position bestimmen zu können.
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Aus der
US 2011/0251787 A1 sind Systeme, Verfahren, Apparate, Artikel und Mittel zum Bestimmen mindestens ein Navigationskoordinatensystem, das zusammen mit Transportmitteln und / oder mobilen Geräten verwendet werden soll. Für bestimmte Implementierungen kann die Methode von einem mobilen Gerät durchgeführt werden, das sich zumindest in der Nähe eines Transportmittels befindet. Die Methode kann das Identifizieren eines ersten Navigationskoordinatensystems mit einem ersten Navigationssystem umfassen, das dem Transportmittel zugeordnet ist, wodurch eine Navigation in mindestens einem navigierbaren Bereich von dem Transportmittel ermöglichet wird. Ein zweites Navigationskoordinatensystem kann auch identifiziert werden. Das mobile Gerät kann die Nutzung mindestens eines des ersten Navigationskoordinatensysteme oder des zweites Navigationskoordinatensystem bestimmen unter einer oder mehreren vorbestimmten Bedingungen.
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Nachteilig am bislang bekannten Stand der Technik ist, dass das Umschalten zwischen einem Outdoornavigationsmodus und einem Indoornavigationsmodus häufig nicht schnell genug passiert oder eine manuelle Intervention des Benutzers erforderlich macht, zum Beispiel durch Scannen eines QR-Codes, um ein Umschalten des Navigationsmodus auszulösen.
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Somit stellt sich die Aufgabe, Verfahren, Computerprogramme und mobile Endgeräte dahingehend weiterzubilden, dass auch in einem Innenraum eines Gebäudes ohne Navigationsinfrastruktur zuverlässig eine exakte Position feststellbar ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Navigation mittels eines mobilen Endgeräts gemäß Anspruch 1, ein Computerprogrammprodukt gemäß dem nebengeordneten Anspruch 6 sowie ein mobiles Endgerät gemäß dem nebengeordneten Anspruch 7. Weiterführende Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Beschrieben wird ein Verfahren zur Navigation mittels eines mobilen Endgeräts, wobei eine Positionsbestimmung des mobilen Endgeräts in einem ersten Positionsbestimmungsmodus mittels wenigstens eines im mobilen Endgerät vorgesehenen Satellitensensors zum Empfang von Satellitensignalen vorgenommen wird, wobei Metadaten zu den Satellitensignalen vom mobilen Endgerät erfasst und ausgewertet werden, wobei, wenn in den Metadaten nachlassende Empfangsqualität der Satellitensignale unter vorgegebene Kriterien erkannt wird, das mobile Endgerät in einen zweiten Positionsbestimmungsmodus wechselt, in dem eine Positionsbestimmung mittels wenigstens eines im mobilen Endgerät vorgesehenen Inertialsensors vorgenommen wird.
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In dem ersten Positionsbestimmungsmodus wird mithilfe der Satelliten eine absolute Position bestimmt, d. h. eine Position relativ zur Erdoberfläche. In diesem Positionsbestimmungsmodus kann sich das System selbst korrigieren, da - ausreichende Empfangsqualität vorausgesetzt - mit jeder Messung erneut eine absolute Position feststellbar sind. Dieser erste Positionsbestimmungsmodus kann bei satellitengestützten Navigationssystemen immer dann verwendet werden, wenn ein ausreichender Empfang von Satellitensignalen, d. h. eine ausreichend freie Sicht (also Signalempfang) auf eine hinreichend große Anzahl an Satelliten und ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis gegeben sind. Die Sicht kann unter anderem in Städten durch Häuserschluchten eingeschränkt sein. Das Signal-Rausch-Verhältnis kann unter anderem durch Wetterverhältnisse beeinträchtigt werden.
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Mithilfe von Inertialsensoren, zum Beispiel Beschleunigungssensoren oder gyroskopischen Sensoren, ist es im zweiten Positionsbestimmungsmodus möglich, relative Veränderungen der Position des mobilen Endgeräts nachzuverfolgen. Ausgehend von einer bekannten Position kann somit die aktuelle Position durch vektorielle Addition der entsprechenden Bewegungsinkremente des mobilen Endgeräts zur letzten bekannten Position ermittelt werden.
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Durch das Erfassen und Auswerten von Metadaten zu den Satellitensignalen im mobilen Endgerät kann das mobile Endgerät ausreichend frühzeitig feststehen, wann der Satellitenempfang so stark nachlässt, dass keine zuverlässige Messung mehr möglich ist. Schon beim Annähern an ein Haus kann es sein, dass gewisse Satelliten durch das Haus abgeschirmt werden und keine Signale von den Satelliten mehr empfangen werden können.
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Wenn eine Person mit einem entsprechenden mobilen Endgerät, beispielsweise einem Mobiltelefon, ein Gebäude betritt, lässt die Sicht auf Satelliten zusätzlich rapide nach. Häufig kann innerhalb eines Gebäudes gar kein verwertbares Satellitensignal mehr empfangen werden.
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Das Annähern und Betreten eines Hauses kann mittels der Metadaten unmittelbar erkannt werden und das mobile Endgerät kann sehr zügig auf den zweiten Positionsbestimmungsmodus wechseln, wodurch sich eine nur sehr geringe Abweichung des auf relativer Positionsbestimmung basierenden zweiten Positionsbestimmungsmodus berechneten aktuellen Position zur tatsächlichen absoluten Position ergibt. Die Präzision der Positionsbestimmung steigt daher in Gebäuden enorm an und das Risiko einer fehlerhaften Positionsbestimmung ist erheblich reduziert.
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In manchen Ausgestaltungen ist es möglich, beide Positionsbestimmungsmodi eine Zeit lang parallel zueinander laufen zu lassen, um keinen Bruch in der Positionsbestimmung vorliegen zu haben.
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In einer ersten weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das mobile Endgerät mittels eines im mobilen Endgerät vorgesehenen Helligkeitssensors eine Umgebungshelligkeit überwacht, wobei das mobile Endgerät vom ersten Positionsbestimmungsmodus in den zweiten Positionsbestimmungsmodus oder umgekehrt wechselt, wenn ein plötzlicher Helligkeitssprung registriert wird.
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Plötzliche Helligkeitsänderungen sind ein guter Indikator dafür, ob eine Person ein Gebäude betritt oder verlässt und dass zwischen den beiden Positionsbestimmungsmodi gewechselt werden sollte.
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Bei Tageslicht ist die Helligkeit in Außenbereichen in aller Regel erheblich größer als im Gebäudeinneren, sodass bei Tageslichtstunden ein plötzlicher Abfall der Helligkeit am mobilen Endgerät darauf hinweisen kann, dass ein Gebäude betreten wird. Dann wird gemäß dem hier beschriebenen Verfahren zur Sicherstellung einer akkuraten Positionsbestimmung von dem ersten Positionsbestimmungsmodus in den zweiten Positionsbestimmungsmodus gewechselt. Steigt die Helligkeit plötzlich an, kann dies ein Hinweis darauf sein, dass eine Person mit einem entsprechenden mobilen Endgerät ein Gebäude verlassen hat, sodass auf den ersten Positionsbestimmungsmodus gewechselt werden kann.
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Bei Dämmer-, Abend- und Nachtstunden sind Gebäude in aller Regel beleuchtet, wohingegen es im Freien erheblich dunkler ist. Hier kann ein plötzlicher Helligkeitsabfall darauf hinweisen, dass eine Person ein Gebäude verlässt und eine Navigation gemäß dem ersten Positionsbestimmungsmodus möglich ist. Umgekehrt kann in den Dämmer-, Abend- und Nachtstunden ein plötzlicher Anstieg der Helligkeit darauf hinweisen, dass die Person ein Gebäude betritt, weswegen auf den zweiten Positionsbestimmungsmodus gewechselt wird.
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Durch entsprechende Algorithmen, die mit einem Inertial- und/oder Lagesensor zusammenwirken, können auch Situationen ausgeklammert werden, in denen ein Nutzer des mobilen Endgeräts dieses in eine Tasche steckt oder aus dieser herauszieht und dadurch einen Helligkeitswechsel verursacht.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass im zweiten Positionsbestimmungsmodus zusätzlich zur Verwendung von Inertialsensoren wenigstens ein im mobilen Endgerät vorgesehener Magnetfeldsensor, wenigstens ein Luftdrucksensor, z.B. ein barometrischer Höhensensor, und/oder wenigstens eine Netzwerkkommunikationsvorrichtung verwendet wird.
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Die entsprechenden Sensoren können einerseits zur Korrektur der Daten des wenigstens einen Inertialsensors verwendet werden, beispielsweise durch Feststellung der Nordrichtung, andererseits zur Feststellung der Höhe (z.B. mittels eines barometrischen Höhensensors) und/oder durch Feststellung von absoluten Referenzpunkten wie beispielsweise der Lage von Netzwerksendern.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Metadaten eine Anzahl von sichtbaren Satelliten, wenigstens ein Trägersignal-Rauschverhältnis, eine Güteschätzung der Positionsqualität wenigstens eines sichtbaren Satelliten, Informationen zum Abbruch von Satellitensignalen, und/oder einen Erkennungsmodus enthalten.
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Die weiter vorne erwähnten Kriterien können zum Beispiel eine Mindestanzahl von sichtbaren Satelliten, ein gewisses Trägersignal-Rauschverhältnis oder ein Wechsel des Erkennungsmodus (z.B. von 3D auf 2D) sein.
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Diese Werte ändern sich in der Regel drastisch bei Annähern, Betreten oder Verlassen eines Gebäudes und sind damit ein zuverlässiger Hinweis dafür, dass zwischen den beiden Positionsbestimmungsmodi gewechselt werden sollte.
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In einer weiteren weiterführenden Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das mobile Endgerät mittels eines im mobilen Endgerät vorgesehenen Luftdrucksensors einen Luftdruck überwacht, wobei das mobile Endgerät vom ersten Positionsbestimmungsmodus in den zweiten Positionsbestimmungsmodus oder umgekehrt wechselt, wenn eine plötzliche Luftdruckschwankung registriert wird.
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Luftdrucksensoren können dazu verwendet werden, um einen Wechsel zwischen Gebäude und Außenbereich festzustellen, da in Gebäuden häufig andere Drücke herrschen als im Außenbereich, beispielsweise bedingt durch die Klimatisierung in den Gebäuden.
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Ein erster unabhängiger Gegenstand betrifft ein Computerprogrammprodukt, mit einem computerlesbaren Speichermedium, auf dem Befehle eingebettet sind, die, wenn sie von wenigstens einer Recheneinheit ausgeführt werden, bewirken, dass die wenigstens Recheneinheit dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen.
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Das Verfahren kann auf einer oder auf mehreren Recheneinheiten verteilt ausgeführt werden, sodass bestimmte Verfahrensschritte auf der einen Recheneinheit und andere Verfahrensschritte auf wenigstens einer weiteren Recheneinheit ausgeführt werden, wobei berechnete Daten sofern notwendig zwischen den Recheneinheiten übermittelt werden können.
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Ein weiterer unabhängiger Gegenstand betrifft ein mobiles Endgerät mit einem Computerprogrammprodukt der zuvor beschriebenen Art.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen schematisch:
- 1 eine Person mit einem mobilen Endgerät beim Übergang von einer Straße in ein Gebäude
- 2 ein mobiles Endgerät, sowie
- 3 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens.
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1 zeigt eine Person 2 mit einem mobilen Endgerät 4 beim Übergang von einer Straße 6 in ein Gebäude 8.
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Das Gebäude 8 weist ein Erdgeschoss 8.1 sowie ein Obergeschoss 8.2 auf.
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Solange sich die Person 2 auf der Straße 6 im Außenbereich vor dem Gebäude 8 befindet, hat das von der Person 2 mitgeführte mobile Endgerät 4 Sicht auf Navigationssatelliten 10.1 bis 10.4. Hierdurch ist auf der Straße 6 eine absolute Positionsbestimmung durch an sich bekannten Satellitennavigationsverfahren (z.B. GPS oder Galileo) möglich.
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Sobald sich die Person 2 dem Gebäude 8 nähert, wird durch das Gebäude 8 bereits das Satellitensignal des Satelliten 10.1 abgeschirmt. In der in 1 konkret dargestellten Position wird gerade so noch ein Signal des Satelliten 10.2 empfangen, da auch dieses durch ein Dach 8.3 des Gebäudes 8 abgeschirmt wird.
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Gemäß dem hier beschriebenen Verfahren werden Metadaten zum Satellitenempfang erfasst, sodass ein rapide schlechter werdendes bzw. ausfallendes Signal der Satelliten 10.1 und 10.2 erkennbar werden. Im Rahmen des Verfahrens nimmt das mobile Endgerät 4 daher an, dass sich die Person 2 auf dem Weg in ein Gebäude, hier dem Gebäude 8, befindet. Es kann dann rechtzeitig von einem Positionsbestimmungsmodus, in dem eine absolute Position anhand der Signale der Satelliten 10.1 bis 10.4 festgestellt wird, auf einen relativen Positionsbestimmungsmodus umschalten, in dem das mobile Endgerät 4 ausgehend von einer letzten bekannten absoluten Position relative Positionsinkremente bei Bewegung der Person 2 bestimmt und durch vektorielle Addition zur letzten bekannten Position die neue aktuelle Position des mobilen Endgeräts 4 und damit der Person 2 bestimmt.
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Im Inneren des Gebäudes 8 können verschiedene Sensoren des mobilen Endgeräts 4 dafür sorgen, dass die Position des mobilen Endgeräts 4 in drei Dimensionen bekannt ist, also auch, auf welchem Stockwerk 8.1 oder 8.2 sich das mobile Endgerät 4 befindet.
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Sobald die Person 2 das Gebäude 8 verlässt, werden die Satellitensignale der Satelliten 10.4, 10.3, 10.2 und 10.1 sukzessive nacheinander wieder sichtbar, sodass das mobile Endgerät 4 wieder in einen absoluten Positionsbestimmungsmodus wechseln kann, wodurch die momentan Position von mobilen Endgerät 4 und Person 2 stets im Rahmen der Messgenauigkeit exakt bestimmbar sind. 2 zeigt ein mobiles Endgerät 4.
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Das mobile Endgerät 4 weist eine Recheneinheit 12 auf, die mit einem Speicher 14 verbunden ist. Auf dem Speicher 14 ist ein Computerprogrammprodukt gespeichert, dass, wenn es von der Recheneinheit 12 ausgeführt wird, das in 3 beschriebene Verfahren ausführt.
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Die Recheneinheit 12 ist des Weiteren mit mehreren Sensoren verbunden. Zu diesen Sensoren zählen ein Luftdrucksensor 16, ein Helligkeitssensor 18, ein GPS-Sensor 20 sowie ein Beschleunigungssensor 22.
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Je nach Ausgestaltung kann das mobile Endgerät 4 noch weitere Sensoren, zum Beispiel Kreiselsensoren, Magnetfeldsensoren und dergleichen aufweisen, die in das Verfahren eingebunden werden können.
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Der Luftdrucksensor 16 kann dazu dienen, Luftdruckschwankungen und -veränderungen zu messen, die beispielsweise beim Annähern, Betreten oder Verlassen eines Gebäudes und beim Wechseln eines Stockwerks auftreten können.
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Der Helligkeitssensor 18 kann plötzliche Helligkeitsänderungen, wie sie beispielsweise beim Betreten eines bei Tageslicht relativ zum Außenbereich dunklen Gebäudes oder bei Dunkelheit bei Betreten eines relativ zum Außenbereich hell erleuchteten Gebäudes auftreten können.
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Der Beschleunigungssensor 22 ist ein Inertialsensor, der Beschleunigungen messen und durch auf Integration dadurch Richtungen und zurückgelegte Distanzen messen kann.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens.
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Nach dem Start des Verfahrens wird zunächst der erste Positionsbestimmungsmodus aktiviert. Der erste Positionsbestimmungsmodus verwendet Satellitennavigation.
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Wenn die Satellitennavigation erfolgreich etabliert ist, werden fortlaufend Luftdruck, Umgebungshelligkeit sowie Metadaten zum Satellitenempfang, z.B. Anzahl sichtbarer Satelliten oder Trägersignal-Rauschverhältnisse überwacht. Tritt eine plötzliche Änderung in Luftdruck, Helligkeit oder in den Metadaten ein und werden dabei vorgegebenen Kriterien wie zum Beispiel eine Mindestanzahl von sichtbaren Satelliten unterschritten oder ein Helligkeitssprung größer als ein Grenzwert erreicht, wird, unter Umständen abhängig von anderen Bedingungen wie die Tageszeit oder auch die absolute Position des mobilen Endgeräts in den zweiten Positionsbestimmungsmodus gewechselt.
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Sodann wird weiterhin überwacht, bis ein Auslöser in Luftdruck, Helligkeit oder den Metadaten Anlass gibt, die Qualität des Satellitenempfangs erneut zu prüfen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Person
- 4
- mobiles Endgerät
- 6
- Straße
- 8
- Gebäude
- 8.1
- Erdgeschoss
- 8.2
- Obergeschoss
- 8.3
- Dach
- 10.1 - 10.4
- Navigationssatelliten
- 12
- Recheneinheit
- 14
- Speicher
- 16
- Luftdrucksensor
- 18
- Helligkeitssensor
- 20
- GPS-Sensor
- 22
- Beschleunigungssensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2011/0251787 A1 [0006]
