DE102022204404A1 - Method and device for evaluating movement of a bicycle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Bewerten einer Bewegung eines Fahrrades (1), umfassend: Erfassen (101) einer Bewegung des Fahrrades (1) in drei Dimensionen; Berechnen (102) eines Indikators, dessen Wert abhängig davon ist, zu welchem Grad die erfasste Bewegung des Fahrrades (1) eine korrelierte Bewegung ist; und Ermitteln (103), ob eine Bewegung von Interesse durch das Fahrrad (1) erfolgt ist, basierend auf dem berechneten Wert des Indikators.The present invention relates to a method (100) for evaluating a movement of a bicycle (1), comprising: detecting (101) a movement of the bicycle (1) in three dimensions; Calculating (102) an indicator whose value depends on the degree to which the detected movement of the bicycle (1) is a correlated movement; and determining (103) whether a movement of interest has occurred by the bicycle (1) based on the calculated value of the indicator.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bewerten einer Bewegung eines Fahrrades.The present invention relates to a method and a device for evaluating movement of a bicycle.
Bei Fahrrädern wird eine Bewegung des Fahrrades oftmals mittels eines Bewegungssensors erfasst oder gemessen. Als solcher Bewegungssensor wird beispielsweise ein dreiachsiges Gyroskop verwendet. Die Bewegung des Fahrrades wird dafür für unterschiedliche Zwecke bewertet. Dabei ist es oftmals notwendig, eine Bewegung des Fahrrades von einem von dem Sensor ausgegebenen Rauschen zu unterscheiden, welches beispielsweise durch ungewollte Berührung des Fahrrades oder ein Wackeln des Fahrrades verursacht werden.In the case of bicycles, movement of the bicycle is often detected or measured using a motion sensor. A three-axis gyroscope, for example, is used as such a motion sensor. The movement of the bicycle is evaluated for different purposes. It is often necessary to distinguish a movement of the bicycle from noise emitted by the sensor, which is caused, for example, by unwanted contact with the bicycle or a wobbling of the bicycle.
Insbesondere ist es erstrebenswert, erlaubte Bewegungen des Fahrrades von unerlaubten Bewegungen des Fahrrades zu unterscheiden, wodurch beispielsweise eine Diebstahlerkennung ermöglicht ist. Dabei ist es insbesondere wichtig, ungewollte Bewegungen des Fahrrades zu erkennen, welche beispielsweise dann verursacht werden, wenn eine Person versehentlich gegen das Fahrrad stößt oder das Fahrrad an seiner aktuellen Position bewegt, beispielsweise um ein weiteres Fahrrad aus einem angrenzenden Fahrradständer zu bewegen.In particular, it is desirable to distinguish permitted movements of the bicycle from unauthorized movements of the bicycle, which, for example, enables theft detection. It is particularly important to detect unwanted movements of the bicycle, which are caused, for example, when a person accidentally bumps into the bicycle or moves the bicycle in its current position, for example to move another bicycle from an adjacent bicycle stand.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Verfahren zum Bewerten einer Bewegung eines Fahrrads umfasst ein Erfassen einer Bewegung des Fahrrades in drei Dimensionen, ein Berechnen eines Indikators, dessen Wert abhängig davon ist, zu welchem Grad die erfasste Bewegung des Fahrrades eine korrelierte Bewegung ist, und ein Ermitteln, ob eine Bewegung von Interesse durch das Fahrrad erfolgt ist, basierend auf dem berechneten Wert des Indikators.The method according to the invention for evaluating a movement of a bicycle includes detecting a movement of the bicycle in three dimensions, calculating an indicator whose value depends on the degree to which the detected movement of the bicycle is a correlated movement, and determining whether a Movement of interest by the bike is made based on the calculated value of the indicator.
Das Erfassen der Bewegung des Fahrrades in drei Dimensionen erfolgt insbesondere mittels eines Bewegungssensors, insbesondere mittels eines gyroskopischen Sensors. Der Bewegungssensor ist dazu eingerichtet, eine Beschleunigung oder Geschwindigkeit einer Bewegung des Fahrrades entlang dreier orthogonal zueinander stehenden Achsen zu erfassen, wobei lineare Bewegungen entlang der Achsen oder Winkelbewegungen um die Achsen erfasst werden. Der Bewegungssensor ist dazu an dem Fahrrad angeordnet. Die Bewegung oder Beschleunigung des Fahrrades wird dabei insbesondere über einen zeitlichen Verlauf hinweg erfasst.The movement of the bicycle in three dimensions is detected in particular by means of a motion sensor, in particular by means of a gyroscopic sensor. The motion sensor is set up to detect an acceleration or speed of a movement of the bicycle along three orthogonal axes, with linear movements along the axes or angular movements around the axes being detected. The motion sensor is arranged on the bicycle for this purpose. The movement or acceleration of the bicycle is recorded particularly over time.
Die Bewegung wird bevorzugt durch eine Rotationsgeschwindigkeit beschrieben, die durch einen gyroskopischen Sensor erfasst wird.The movement is preferably described by a rotation speed, which is detected by a gyroscopic sensor.
Es erfolgt ein Berechnen eines Indikators, dessen Wert abhängig davon ist, zu welchem Grad die erfasste Bewegung des Fahrrades eine korrelierte Bewegung, insbesondere eine korrelierte Rotation oder Drehung des Fahrrades, ist. Es wird somit ein Grad einer Korrelation der Bewegung des Fahrrades ermittelt. Eine Bewegung wird dann als korrelierte Bewegung bezeichnet, wenn diese vorhersehbare oder vorhersagbare Bewegungsabläufe umfasst. So wird eine Bewegung des Fahrrades insbesondere dann als eine korrelierte Bewegung angesehen wird, wenn einzelne aufeinander folgende Bewegungsschritte korreliert, also ähnlich zueinander sind. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass der Grad der Korrelation beschreibt, zu welchem Grad eine Bewegung sich in ihrem zeitlichen Verlauf zufällig verändert. Auch wird eine Bewegung dann als korrelierte Bewegung angesehen, wenn einzelne orthogonal zueinander ausgerichtete Bewegungskomponenten der Bewegung ähnlich zueinander sind. So führt beispielsweise ein Tragen des Fahrrades zu einem geringen Grad der Korrelation, da das Fahrrad dabei zufällig in unterschiedliche Richtungen bewegt wird. Im Gegensatz dazu führt ein zufälliges anstoßen des Fahrrades zu einem vergleichsweise hohen Grad der Korrelation, da das Fahrrad dabei lediglich in eine einzige Richtung angestoßen wird und die orthogonal zueinander ausgerichteten Bewegungskomponenten der Bewegung gleichzeitig ausschlagen werden und somit ähnlich zueinander sind. Die einzige Richtung ist dabei auch dadurch festgelegt, dass das Fahrrad durch seinen Bodenkontakt in der Bewegung eingeschränkt ist.An indicator is calculated, the value of which depends on the degree to which the detected movement of the bicycle is a correlated movement, in particular a correlated rotation or rotation of the bicycle. A degree of correlation of the movement of the bicycle is thus determined. A movement is called correlated movement if it involves predictable or predictable movement sequences. A movement of the bicycle is viewed as a correlated movement in particular if individual successive movement steps are correlated, i.e. similar to one another. In other words, this means that the degree of correlation describes the degree to which a movement changes randomly over time. A movement is also considered to be a correlated movement if individual movement components of the movement that are aligned orthogonally to one another are similar to one another. For example, carrying a bicycle leads to a low degree of correlation because the bicycle is randomly moved in different directions. In contrast, a random collision of the bicycle leads to a comparatively high degree of correlation, since the bicycle is only pushed in a single direction and the orthogonally aligned movement components of the movement will deflect simultaneously and are therefore similar to one another. The only direction is also determined by the fact that the bike's movement is restricted by its contact with the ground.
Der Indikator beschreibt, wie groß ein Grad der Korrelation ist. Das bedeutet insbesondere, dass der Indikator anzeigt, in welchem Maße einzelne Bewegungsschritte aus einer Bewegung des Fahrrades abhängig voneinander oder ähnlich zueinander sind. Der Indikator ist somit dazu geeignet, eine Korrelation einer Bewegung des Fahrrades in ihrem zeitlichen Verlauf anzuzeigen. Es wird durch den Indikator somit auch angezeigt, zu welchem Grad die erfasste Bewegung zufällig ist.The indicator describes how large a degree of correlation is. This means in particular that the indicator shows to what extent individual movement steps from a movement of the bicycle are dependent on one another or are similar to one another. The indicator is therefore suitable for displaying a correlation of a movement of the bicycle over time. The indicator also shows the degree to which the detected movement is random.
Es erfolgt ein Ermitteln, ob eine Bewegung von Interesse durch das Fahrrad erfolgt ist, basierend auf dem berechneten Wert des Indikators. Der Indikator ist ein zuverlässiger Indikator dafür, ob das Fahrrad nur einer lokalen Anregung ausgesetzt war, beispielsweise einem versehentlichen Anstoßen des Fahrrades, oder ob das Fahrrad von seinem Standort weg bewegt wurde. Durch ein entsprechendes Bewerten des Indikators kann somit auf eine Bewegung des Fahrrades geschlossen werde oder eine Wahrscheinlichkeit für eine vorliegende Bewegung geschlossen werden. Durch das Verfahren wird es somit ermöglicht zu erkennen, ob das Fahrrad von seinem aktuellen Standort weg bewegt wird.A determination is made as to whether a movement of interest has occurred by the bicycle based on the calculated value of the indicator. The indicator is a reliable indicator of whether the bicycle was only exposed to local stimulation, such as an accidental collision with the bicycle, or whether the bicycle was moved away from its location. By evaluating the indicator accordingly, it is possible to conclude that the bicycle is moving or that it is Probability of an existing movement can be concluded. The method therefore makes it possible to detect whether the bicycle is being moved away from its current location.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims show preferred developments of the invention.
Bevorzugt ist die Bewegung dann eine korrelierte Bewegung, wenn diese eine Bewegung um eine Rotationsachse ist. Es erfolgt somit ein Berechnen eines Indikators, dessen Wert abhängig davon ist, zu welchem Grad die erfasste Bewegung des Fahrrades eine Bewegung um eine Rotationsachse ist. Die Rotationsachse ist dabei insbesondere eine Rotationsachse des Fahrrades, welche bevorzugt entlang einer Längsachse des Fahrrades gerichtet ist und weiter bevorzugt durch zwei Kontaktpunkte des Fahrrades zwischen den Rädern des Fahrrades und dem Boden definiert ist. So erfolgt insbesondere dann eine Bewegung um eine Rotationsachse, wenn die Bewegung durch ein ungewolltes Berühren des Fahrrades verursacht wird. In diesem Falle befindet sich das Fahrrad mit beiden Reifen am Boden und wird somit in einer Drehbewegung um die beiden Lagerpunkte bewegt. Dadurch, dass die Bewegung um die Rotationsachse erfolgt, erfolgt keine Drehbewegung um die Querachse des Fahrrades, es erfolgt also eine Bewegung mit eingeschränktem Freiheitsgrad, was zu einer erhöhten Grad der Korrelation in der Bewegung führt.The movement is preferably a correlated movement if it is a movement about an axis of rotation. An indicator is thus calculated, the value of which depends on the degree to which the detected movement of the bicycle is a movement about an axis of rotation. The axis of rotation is in particular an axis of rotation of the bicycle, which is preferably directed along a longitudinal axis of the bicycle and is further preferably defined by two contact points of the bicycle between the wheels of the bicycle and the ground. In particular, a movement around an axis of rotation occurs if the movement is caused by unwanted contact with the bicycle. In this case, the bicycle is on the ground with both tires and is therefore moved in a rotational movement around the two bearing points. Because the movement takes place around the axis of rotation, there is no rotational movement around the transverse axis of the bicycle, so there is a movement with a limited degree of freedom, which leads to an increased degree of correlation in the movement.
Bevorzugt wird bei dem Ermitteln, ob eine Bewegung von Interesse erfolgt ist, basierend auf dem Indikator eine Bewegung von Interesse erkannt, wenn der Indikator einen Grad für die Korrelation der Bewegung angibt, der kleiner als ein Schwellenwert ist, und es wird eine Bewegung von geringem Interesse erkannt, wenn der Indikator einen Grad für die Korrelation der Bewegung angibt, der größer als ein Schwellenwert ist. Eine Bewegung von Interesse ist dabei eine Bewegung, bei der das Fahrrad von seinem aktuellen Standort weg bewegt wird. Eine Bewegung von geringem Interesse ist dabei eine Bewegung, bei der das Fahrrad an seinem aktuellen Standort verbleibt, jedoch lokal bewegt wird. Ist die Bewegung eine korrelierte Bewegung, so kann davon ausgegangen werden, dass das Fahrrad mit beiden Rädern auf dem Boden steht, und somit lediglich um einen Winkel gekippt wird. Wird das Fahrzeug jedoch zugleich bewegt, beispielsweise indem dieses gerollt oder getragen wird, so wird auch eine weitere Bewegung erfolgen, die nicht um diese Rotationsachse erfolgt, da bei einer solchen Bewegung typischerweise eine Bewegung um eine weitere Rotationsachse erfolgt. So wird das Fahrrad bei einem Stillstand und einer ungewollten Bewegung typischerweise nur nach rechts und links um eine Längsachse gekippt. Wird das Fahrrad jedoch bewegt, so wird das Fahrrad auch von vorne nach hinten um eine Querachse gekippt. Insbesondere bei einem Tragen des Fahrrades erfolgt eine sehr unkorrelierte Bewegung, die an eine zufällige Bewegung angenähert ist.Preferably, when determining whether a movement of interest has occurred, a movement of interest is detected based on the indicator if the indicator indicates a degree of correlation of the movement that is less than a threshold value, and it becomes a movement of little Interest detected when the indicator indicates a degree of correlation of the movement that is greater than a threshold value. A movement of interest is a movement in which the bicycle is moved away from its current location. A movement of low interest is a movement in which the bicycle remains in its current location but is moved locally. If the movement is a correlated movement, it can be assumed that the bicycle has both wheels on the ground and is therefore only tilted at an angle. However, if the vehicle is moved at the same time, for example by being rolled or carried, a further movement will also occur that does not take place around this axis of rotation, since such a movement typically involves a movement around another axis of rotation. When the bicycle comes to a standstill and makes an unwanted movement, it is typically only tilted to the right and left around a longitudinal axis. However, if the bicycle is moved, the bicycle is also tilted from front to back about a transverse axis. In particular, when the bicycle is carried, a very uncorrelated movement occurs, which is close to a random movement.
Es erfolgt beispielsweise ein Einstufen der Bewegung als eine Bewegung von Interesse oder eine Bewegung von geringem Interesse, abhängig von dem berechneten Wert des Indikators. Dabei sind ungerichtete Bewegungen des Fahrrads bevorzugt Bewegungen von geringem Interesse, da diese beispielsweise bei einem Diebstahl typischerweise nicht auftreten. Umgekehrt sind gerichtete Bewegungen des Fahrrads bevorzugt Bewegungen von Interesse, da diese typischerweise bei einem Bewegen des Fahrrades bei einem Diebstahl auftreten. Das bedeutet, dass eine erfasste Bewegung des Fahrrades bevorzugt in zumindest eine von zwei Gruppen eingestuft wird. Die weitere Interpretation der Bewegung im Sinne von „erlaubt“ oder „unerlaubt“ ist dabei grundsätzlich frei wählbar. Im Rahmen einer Diebstahlserkennung ist es jedoch vorteilhaft, wenn ein Signal bereitgestellt wird, wenn die Bewegung von Interesse und somit als unerlaubte Bewegung eingestuft wurde, beispielsweise um einen Alarm oder Hinweis auszulösen. Die Einstufung der Bewegung erfolgt abhängig von dem berechneten Wert des Indikators. Somit wird die Bewegung in unterschiedliche Kategorien eingestuft, abhängig davon, ob die Bewegung eine korrelierte Bewegung oder eine unkorrelierte Bewegung ist. Eine Bewegung von Interesse ist bevorzugt eine unerlaubte Bewegung und ist dabei insbesondere eine solche Bewegung, welche nicht zu einer Fortbewegung des Fahrrades von einem aktuellen Standpunkt führt. Eine Bewegung von geringem Interesse ist bevorzugt eine erlaubte Bewegung und ist dabei insbesondere eine solche Bewegung, bei der das Fahrrad von seinem aktuellen Standpunkt wegbewegt wird. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass es abhängig von der Verwendung des Verfahrens unterschiedliche Definitionen geben kann, welche Bewegungen als erlaubte Bewegung und welche Bewegungen als unerlaubte Bewegung angesehen werden. Das Verfahren wird bevorzugt dann ausgeführt, wenn das Fahrrad abgestellt ist. Dabei ist das Fahrrad insbesondere gesperrt.For example, the movement is classified as a movement of interest or a movement of low interest, depending on the calculated value of the indicator. Non-directional movements of the bicycle are preferably movements of little interest, since these typically do not occur in the event of theft, for example. Conversely, directed movements of the bicycle are preferably movements of interest, since these typically occur when the bicycle is moved in the event of theft. This means that a detected movement of the bicycle is preferably classified into at least one of two groups. The further interpretation of the movement in the sense of “permitted” or “unauthorized” is fundamentally freely selectable. However, in the context of theft detection, it is advantageous if a signal is provided when the movement is of interest and is therefore classified as an unauthorized movement, for example to trigger an alarm or notice. The movement is classified depending on the calculated value of the indicator. Thus, the movement is classified into different categories depending on whether the movement is a correlated movement or an uncorrelated movement. A movement of interest is preferably an unauthorized movement and is in particular a movement which does not lead to the bicycle moving from a current position. A movement of little interest is preferably a permitted movement and is in particular a movement in which the bicycle is moved away from its current position. However, it should be noted that depending on the use of the procedure, there may be different definitions as to which movements are considered as permitted movement and which movements are considered as prohibited movement. The method is preferably carried out when the bicycle is parked. In particular, the bicycle is locked.
Abhängig davon, ob der Indikator mit steigender Korrelation ansteigt oder abfällt, kann der Indikator mit einem Schwellenwert verglichen werden, um eine Bewegung von Interesse von einer Bewegung von geringem Interesse zu unterscheiden. So führt beispielsweise eine hohe Korrelation der Bewegung zu einem niedrigen Wert des Indikators und eine vergleichsweise niedrige Korrelation der Bewegung zu einem vergleichsweise höheren Wert des Indikators. Dies führt dazu, dass für den Indikator ein besonders hoher Wert errechnet wird, und die Bewegung als Bewegung von Interesse und somit als nicht erlaubte Bewegung eingestuft werden kann, wenn der Indikator höher als ein Schwellenwert ist. Der Schwellenwert für das Einstufen der Bewegung als Bewegung von Interesse ist insbesondere der selbe Schwellenwert, der für das Einstufen der Bewegung als Bewegung von geringem Interesse verwendet wird. Abhängig davon, ob der Indikator über oder unter dem Schwellenwert liegt, wird eine erlaubte oder eine nicht erlaubte Bewegung erkannt bzw. die Bewegung als solche eingestuft.Depending on whether the indicator is rising or falling with increasing correlation, the indicator can be compared to a threshold to distinguish a move of interest from a move of low interest. For example, a high correlation of the movement leads to a low value of the indicator and a comparatively low correlation of the movement leads to a comparatively higher value of the indicator. This results in a particularly high value being calculated for the indicator and the movement as a movement of interest and therefore can be classified as prohibited movement if the indicator is higher than a threshold value. In particular, the threshold for classifying the motion as a motion of interest is the same threshold used for classifying the motion as a motion of low interest. Depending on whether the indicator is above or below the threshold, a permitted or prohibited movement is detected or the movement is classified as such.
Es gilt bevorzugt der folgende Zusammenhang: Eine niedriger Grad der Korrelation führt zu einem hohen Wert des Indikators und lässt auf eine Bewegung von Interesse schließen. In diesem Falle wird von einer rekursiven Kovarianzmatrix ein vergleichbar großer Raum aufgespannt. Ein hoher Grad der Korrelation führt zu einem niedrigen Wert des Indikators und lässt auf eine Bewegung von geringem Interesse schließen. In diesem Falle wird von einer rekursiven Kovarianzmatrix ein vergleichbar kleiner Raum aufgespannt.The following relationship preferably applies: A low degree of correlation leads to a high value of the indicator and suggests a movement of interest. In this case, a comparably large space is spanned by a recursive covariance matrix. A high degree of correlation leads to a low value of the indicator and suggests a movement of low interest. In this case, a comparably small space is spanned by a recursive covariance matrix.
Bevorzugt wird die Bewegung erst dann als Bewegung von Interesse erkannt, wenn der von dem Indikator angezeigte Grad für die Korrelation der Bewegung für einen vordefinierten Zeitraum den Schwellenwert unterschreitet. Somit führen kurze Peaks in einem Zeitlichen Verlauf des Indikators nicht zu Fehldetektionen.Preferably, the movement is only recognized as a movement of interest when the degree of correlation of the movement indicated by the indicator falls below the threshold value for a predefined period of time. This means that short peaks in the time course of the indicator do not lead to false detections.
Weiter bevorzugt wird bei dem Erfassen der Bewegung des Fahrrades in drei Dimensionen die Bewegung in einem dreidimensionalen Bewegungsvektor beschrieben, wobei der dreidimensionale Bewegungsvektor drei angulare Geschwindigkeiten beschreibt. Ein solcher Vektor kann von einer an dem Fahrrad angeordneten Sensoreinheit bereitgestellt werden. Bevorzugt werden in zeitlicher Abfolge dreidimensionale Bewegungsvektoren von der Sensoreinheit bereitgestellt, welche die Bewegung des Fahrrades in einem zeitlichen Verlauf beschreiben. Eine angulare Geschwindigkeit ist dabei eine Drehgeschwindigkeit um eine zugehörige Achse, wobei die drei angularen Geschwindigkeiten bevorzugt um drei orthogonal zueinander stehende Achsen erfasst und in dem dreidimensionalen Bewegungsvektor beschrieben werden.Further preferably, when detecting the movement of the bicycle in three dimensions, the movement is described in a three-dimensional movement vector, the three-dimensional movement vector describing three angular speeds. Such a vector can be provided by a sensor unit arranged on the bicycle. Preferably, three-dimensional motion vectors are provided by the sensor unit in time sequence, which describe the movement of the bicycle over time. An angular speed is a rotational speed about an associated axis, with the three angular speeds preferably being detected about three axes that are orthogonal to one another and described in the three-dimensional movement vector.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Berechnen des Indikators ein Ermitteln einer rekursiven Kovarianzmatrix basierend auf dem dreidimensionalen Bewegungsvektor und ein Berechnen einer Determinante der rekursiven Kovarianzmatrix umfasst, wobei die Determinante als der Indikator verwendet wird. Durch die Kovarianzmatrix kann die Korrelation in der erfassten Bewegung beschrieben werden. So kann insbesondere ermittelt werden, ob die Bewegung in einer Ebene oder in unterschiedlichen Ebenen erfolgt. Somit wird durch die Determinante insbesondere dann ein geringer Wert beschreiben, wenn das Fahrrad stationär ist bzw. nur um eine Rotationsachse bewegt wird. Entsprechend wird durch die Determinante ein vergleichsweise großer Wert beschrieben, wenn das Fahrrad zusätzlich bewegt, beispielsweise geschoben oder getragen wird. Es wird somit ein rechnerischer Weg bereitgestellt, welcher auf eine Korrelation in der Bewegung des Fahrrades schließen lässt und von einer Recheneinheit in Echtzeit ausgeführt werden kann. Mit der Determinante wird die ermittelte Korrelation in einem einzelnen Wert zusammengefasst, der eine Bewertung ermöglicht, ob die Bewegung eine erlaubte oder eine unerlaubte Bewegung des Fahrrades ist. Es wird somit mittels der rekursiven Kovarianzmatrix und der Determinante die von dem Sensor erfasste Bewegung sowohl bewertet als auch in einen einzelnen Wert überführt, der darauf schließen lässt, ob die Bewegung des Fahrrades eine korrelierte Bewegung ist, bzw. zu welchem Grad die erfasste Bewegung des Fahrrades eine korrelierte Bewegung ist. Eine Kovarianzmatrix wird dann als rekursive Kovarianzmatrix bezeichnet, wenn diese aus dem dreidimensionalen Bewegungsvektor ermittelt wird, welcher zu unterschiedlichen Abtastzeitpunkten erfasst wird. Es wird durch die rekursive Kovarianzmatrix somit eine aktuelle Bewegung des Fahrrades als auch eine vergangene Bewegung des Fahrrades berücksichtigt. Mit anderen Worten wird der dreidimensionale Bewegungsvektor zu zumindest zwei unterschiedlichen Abtastzeitpunkten betrachtet, um die rekursive Kovarianzmatrix zu ermitteln. Insbesondere wird zum Generieren der rekursive Kovarianzmatrix in einer Iteration k eine in einer zuvor ausgeführten Iteration k-1 ermittelte Kovarianzmatrix verwendet.It is also advantageous if calculating the indicator includes determining a recursive covariance matrix based on the three-dimensional motion vector and calculating a determinant of the recursive covariance matrix, using the determinant as the indicator. The covariance matrix can be used to describe the correlation in the detected movement. In particular, it can be determined whether the movement takes place in one plane or in different planes. The determinant therefore describes a low value in particular when the bicycle is stationary or is only moved about one axis of rotation. Accordingly, the determinant describes a comparatively large value if the bicycle is additionally moved, for example pushed or carried. A computational path is thus provided which indicates a correlation in the movement of the bicycle and can be carried out in real time by a computing unit. With the determinant, the determined correlation is summarized in a single value, which enables an assessment of whether the movement is a permitted or an illegal movement of the bicycle. Using the recursive covariance matrix and the determinant, the movement detected by the sensor is both evaluated and converted into a single value, which indicates whether the movement of the bicycle is a correlated movement, or to what degree the detected movement of the Bicycle is a correlated movement. A covariance matrix is referred to as a recursive covariance matrix if it is determined from the three-dimensional motion vector that is recorded at different sampling times. The recursive covariance matrix takes into account a current movement of the bicycle as well as a past movement of the bicycle. In other words, the three-dimensional motion vector is considered at at least two different sampling times in order to determine the recursive covariance matrix. In particular, to generate the recursive covariance matrix in an iteration k, a covariance matrix determined in a previously executed iteration k-1 is used.
Bevorzugt umfasst das Berechnen des Indikators ein Ermitteln eines auf einen Zielwert angepassten Bewegungsvektors aus dem dreidimensionalen Bewegungsvektor, wobei das Ermitteln der rekursiven Kovarianzmatrix basierend auf dem angepassten Bewegungsvektor erfolgt. Das bedeutet, dass ein Betrag des Bewegungsvektors auf den Zielwert angepasst wird. Der Betrag wird an den Zielwert angepasst, indem dieser dem Zielwert angenähert und auf diesen Begrenzt wird. Dies führt dazu, dass der Bewegungsvektor innerhalb einer vorgegebenen Weite limitiert wird. Somit werden Bewegungsvektoren mit einem besonders hohen Betrag in ihrem Betrag derart verringert, dass diese keinen zu großen Einfluss auf den Indikator haben. Es haben somit stärkere Bewegungen eine geringere Wichtung als vergleichsweise schwächere Bewegungen, um falsche Bewegungsdetektionen zu vermeiden. So wird beispielsweise erreicht, dass ein heftiges Anstoßen des Fahrrades nicht als unkorrelierte Bewegung betrachtet wird, obwohl dies eine Bewegung um die Rotationsachse ist. Gleichzeitig wird erreicht, dass ein vorsichtiges Tragen oder Schieben des Fahrrades dennoch als unkorrelierte Bewegung erkannt wird, da beispielsweise erfasste Bewegungen um die Querachse verstärkt werden.Calculating the indicator preferably includes determining a motion vector adapted to a target value from the three-dimensional motion vector, with the recursive covariance matrix being determined based on the adapted motion vector. This means that an amount of the motion vector is adjusted to the target value. The amount is adjusted to the target value by bringing it closer to the target value and limiting it to this. This means that the movement vector is limited within a given width. This means that motion vectors with a particularly high magnitude are reduced in magnitude so that they do not have too much of an influence on the indicator. Stronger movements therefore have a lower weighting than comparatively weaker movements in order to avoid false movement detections. This ensures, for example, that a violent collision of the bicycle is not viewed as an uncorrelated movement, even though it is a movement around the axis of rotation. At the same time, careful carrying or pushing is achieved of the bicycle is still recognized as an uncorrelated movement, since, for example, detected movements around the transverse axis are amplified.
Es wird somit ein sogenanntes Clamping für den Bewegungsvektor ausgeführt. Es wird ein Einfluss des Betrags der Bewegungsvektoren reduziert und ein Einfluss der Ausrichtung des Bewegungsvektors bzw. von dem Verlauf der durch den Bewegungsvektor beschriebenen Bewegung vergrößert.A so-called clamping is therefore carried out for the motion vector. An influence of the magnitude of the motion vectors is reduced and an influence of the orientation of the motion vector or of the course of the movement described by the motion vector is increased.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der angepasste Bewegungsvektor basierend auf der folgenden Formel aus dem dreidimensionalen Bewegungsvektor berechnet wird:
Auch ist es vorteilhaft, wenn die rekursive Kovarianzmatrix basierend auf der folgenden Formel berechnet wird:
Sowohl der für den Zielwert konfigurierbare Wert b als auch der für die Filterkonstante konfigurierbare Wert a ermöglichen eine Anpassung der Berechnung an ein individuelles System.Both the value b, which can be configured for the target value, and the value a, which can be configured for the filter constant, enable the calculation to be adapted to an individual system.
Eine Vorrichtung zum Bewerten einer Bewegung des Fahrrades, welche dazu eingerichtet ist das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, weist alle Vorteile des Verfahrens auf.A device for evaluating a movement of the bicycle, which is set up to carry out the method according to the invention, has all the advantages of the method.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bewerten einer Bewegung eines Fahrrades, -
2 eine schematische Darstellung eines Fahrrades mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bewerten einer Bewegung eines Fahrrades, -
3 ein Diagramm, welches einen Grad einer Korrelation einer Bewegung des Fahrrades für unterschiedliche Szenarien darstellt, und -
4a einen von einer rekursiven Kovarianzmatrix aufgespannten Raum bei einer korrelierten Bewegung des Fahrrades, und -
4b einen von einer rekursiven Kovarianzmatrix aufgespannten Raum bei einer nicht korrelierten Bewegung des Fahrrades.
-
1 a flowchart of a method according to the invention for evaluating a movement of a bicycle, -
2 a schematic representation of a bicycle with a device according to the invention for evaluating a movement of a bicycle, -
3 a diagram depicting a degree of correlation of movement of the bicycle for different scenarios, and -
4a a space spanned by a recursive covariance matrix with a correlated movement of the bicycle, and -
4b a space spanned by a recursive covariance matrix when the bicycle moves in an uncorrelated manner.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Wird das Verfahren 100 angestoßen, so wird zunächst ein erster Schritt 101 ausgeführt. In dem ersten Schritt 101 erfolgt ein Erfassen einer Bewegung des Fahrrades 1 in drei Dimensionen. Um die Bewegung des Fahrrades 1 in drei Dimensionen zu erfassen, ist an dem Fahrrad 1 ein gyroskopischer Sensor angeordnet, beispielsweise ein MEMS-Sensor.If the
Bei dem Erfassen der Bewegung des Fahrrades in drei Dimensionen in dem ersten Schritt 101 wird die Bewegung des Fahrrades in einem dreidimensionalen Bewegungsvektor
Wurde die Bewegung des Fahrrades 1 in den drei Dimensionen erfasst, so erfolgt in einem zweite Schritt 102 des Verfahrens ein Berechnen eines Indikators, dessen Wert abhängig davon ist, zu welchem Grad die erfasste Bewegung des Fahrrades 1 eine korrelierte Bewegung ist. Der zweite Schritt 102 ist hier beispielhaft in mehrere Unterschritte 102a bis 102c unterteilt. So wird zunächst ein erster Unterschritt 102a, dann ein zweiter Unterschritt 102b und dann ein dritter Unterschritt 102c ausgeführt.If the movement of the bicycle 1 was recorded in three dimensions, it takes place in a second one
In dem ersten Unterschritt 102a erfolgt ein Ermitteln eines auf einen Zielwert angepassten Bewegungsvektors aus dem dreidimensionalen Bewegungsvektor
Dabei ist
Wurde der angepasste Bewegungsvektor
Dabei ist covk die rekursive Kovarianzmatrix für eine k-te Iteration. Der Wert k ist somit ein Index der jeweils ausgeführten Iteration. Dabei wird in jeder Iteration der dreidimensionale Bewegungsvektor und der angepasste Bewegungsvektor neu ermittelt. Dabei wird die rekursive Kovarianzmatrix ferner basierend auf der in einer vorausgegangenen Iteration ermittelten rekursive Kovarianzmatrix ermittelt, weshalb diese als rekursiv bezeichnet ist.Here cov k is the recursive covariance matrix for a kth iteration. The value k is therefore an index of the iteration carried out. The three-dimensional motion vector and the adjusted motion vector are re-determined in each iteration. The recursive covariance matrix is also determined based on the recursive covariance matrix determined in a previous iteration, which is why it is referred to as recursive.
Die rekursiven Kovarianzmatrix wird mit jedem Erfassen der Bewegung des Fahrrades 1 in drei Dimensionen und somit mit jedem dreidimensionalen Bewegungsvektor neu ermittelt. Ein aktuelles Ermitteln der rekursiven Kovarianzmatrix ist dabei die k-te Iteration. Die (k-1)-te Iteration ist eine vorangegangene Iteration. Somit beschreibt covk-1 die rekursive Kovarianzmatrix für die vorangegangene (k-1)-te Iteration. Der angepasste Bewegungsvektor
Der Wert a ist eine konfigurierbare Filterkonstante. Um basierend aus dem angepassten Bewegungsvektor
In dem dritten Unterschritt 102c wird eine Determinante der rekursiven Kovarianzmatrix errechnet. Es wird somit ein einzelner skalarer Wert ermittelt. Die Determinante wird als Indikator verwendet und zeigt den Grad einer Korrelation der erfassten Bewegung des Fahrrades an.In the
Durch die rekursiven Kovarianzmatrix wird eine Verteilung von auftretenden Bewegungskomponenten in den unterschiedlichen Dimensionen des angepassten Bewegungsvektors
Der von der rekursiven Kovarianzmatrix aufgespannte Raum 41 ist in
Die Bewegung ist insbesondere dann eine korrelierte Bewegung, wenn diese eine Bewegung um eine Rotationsachse des Fahrrades 1 ist. Solche Bewegungen um eine Rotationsachse treten insbesondere dann auf, wenn das Fahrrad 1 nicht von der Stelle bewegt wird und lediglich über die beiden Kontaktpunkte der Reifen mit dem Boden gekippt wird. Dies wird hier als ungerichtete Bewegung bezeichnet. Dies tritt beispielsweise dann auf, wenn das Fahrrad 1 geschüttelt oder gekippt wird oder jemand versehentlich gegen das Fahrrad stößt. Die Rotationsachse könnte alternativ auch durch einen Aufhängepunkt des Fahrrades an einem Fahrradständer gegeben sein. Wird das Fahrrad 1 jedoch gerichtet bewegt, also von seinem Standort weg bewegt, so erfolgt die Bewegung nicht ausschließlich um die Rotationsachse sondern es kommt auch zu einem Vorwärts-Rückwärts-Kippen des Fahrrades 1, also zu einer Drehung des Fahrrades 1 um seine Querachse und seine Hochachse. Daraus resultiert wiederum, dass durch die rekursiven Kovarianzmatrix kein längliches Ellipsoid sondern, wegen der zusätzlichen Bewegung um die Querachse und die Hochachse, ein Raum aufgespannt wird. Solche Bewegungen werden beispielsweise bei einem Rollen des Fahrrades 1 oder einem Tragen des Fahrrades 1 verursacht.The movement is in particular a correlated movement if it is a movement about a rotation axis of the bicycle 1. Such movements about an axis of rotation occur in particular when the bicycle 1 is not moved from the spot and is merely tilted over the two contact points of the tires with the ground. This is referred to here as non-directional movement. This occurs, for example, when the bicycle 1 is shaken or tilted or someone accidentally bumps into the bicycle. The axis of rotation could alternatively also be provided by a suspension point of the bicycle on a bicycle stand. However, if the bicycle 1 is moved in a direction, i.e. moved away from its location, the movement does not only take place around the axis of rotation, but the bicycle 1 also tilts forwards and backwards, i.e. the bicycle 1 rotates around its transverse axis and its vertical axis. This in turn results in the fact that the recursive covariance matrix does not create an elongated ellipsoid but rather a space due to the additional movement around the transverse axis and the vertical axis. Such movements are caused, for example, when the bicycle 1 rolls or the bicycle 1 is carried.
Es ist also ersichtlich, dass die ein Schütteln oder Kippen und ein versehentliches Anstoßen des Fahrrades 1 gegenüber einem Rollen, eines Fahrens, eines Anhebens oder eines Tragens des Fahrrades 1 zu unterschiedlichen Werten der Determinante der rekursiven Kovarianzmatrix führen. Es kann somit auch aus der Determinante erkannt werden, welche Bewegung durch das Fahrrad 1 ausgeführt wird. Somit wird es ermöglicht, basierend auf dem berechneten Wert des Indikators zu ermitteln, ob eine Bewegung des Fahrrades erfolgt ist und auch diese Bewegung des Fahrrades 1 einzustufen. Dies erfolgt in einem dritten Schritt 103.It can therefore be seen that shaking or tilting and accidentally hitting the bicycle 1 compared to rolling, driving, lifting or carrying the bicycle 1 lead to different values of the determinant of the recursive covariance matrix. It can therefore also be recognized from the determinant which movement is carried out by the bicycle 1. This makes it possible to determine, based on the calculated value of the indicator, whether a movement of the bicycle has occurred and also to classify this movement of the bicycle 1. This is done in a
In dem dritten Schritt 103 erfolgt das Ermitteln, ob eine Bewegung des Fahrrades erfolgt ist basierend auf dem berechneten Wert des Indikators. Dabei erfolgt zudem das Einstufen der Bewegung als eine Bewegung von Interesse oder eine Bewegung von geringem Interesse, abhängig von dem berechneten Wert des Indikators, also abhängig von dem berechneten Wert der Determinante der rekursiven Kovarianzmatrix.In the
Die Bewegung als eine ungerichtete oder erlaubte Bewegung eingestuft, wenn der Indikator einen Grad der Korrelation der Bewegung anzeigt, der größer als ein Schwellenwert ist. Dies ist bei einer Verwendung der Determinante als Indikator dann der Fall, wenn der Indikator kleiner als ein Schwellenwert ist. Die ungerichtete oder erlaubte Bewegung ist eine Bewegung von geringem Interesse, da in diesem Falle keine Aktionen bezüglich eines Diebstahlschutzes notwendig sind. Die Bewegung wird als eine gerichtete oder unerlaubte Bewegung eingestuft, wenn der Indikator einen Grad der Korrelation der Bewegung anzeigt, der kleiner als der Schwellenwert ist. Dies ist bei einer Verwendung der Determinante als Indikator dann der Fall, wenn der Indikator größer als ein Schwellenwert ist. Die gerichtete oder unerlaubte Bewegung ist eine Bewegung von Interesse, da in diesem Falle eine Bewegung des Fahrrades 1 von dessen Standplatz weg erfolgt und somit möglicherweise Aktionen bezüglich eines Diebstahlschutzes notwendig sind.The movement is classified as an undirected or permitted movement if the indicator shows a degree of correlation of the movement that is greater than a threshold value. This is the case when using the determinant as an indicator if the indicator is smaller than a threshold value. The undirected or permitted movement is a movement of little interest, since in this case no anti-theft actions are necessary. The movement is classified as a directed or illicit movement if the indicator shows a degree of correlation of the movement that is less than the threshold value. This is the case when using the determinant as an indicator if the indicator is greater than a threshold value. The directed or unauthorized movement is a movement of interest, since in this case the bicycle 1 moves away from its standing position and therefore anti-theft measures may be necessary.
Es wird darauf hingewiesen, dass ein hoher Wert der Determinante eine geringe Korrelation der Bewegung anzeigt und ein niedriger Wert der Determinante eine hohe Korrelation der Bewegung anzeigt. Wird die Determinante als Indikator genutzt, so zeigt ein hoher Wert des Indikators eine geringe Korrelation der Bewegung an und ein niedriger Wert des Indikators zeigt eine hohe Korrelation der Bewegung an. Der Schwellenwert kann dabei rechnerisch oder durch eine Versuchsanordnung ermittelt werden.It is noted that a high value of the determinant indicates a low correlation of movement and a low value of the determinant indicates a high correlation of movement. If the determinant is used as an indicator, a high value of the indicator indicates a low correlation of the movement and a low value of the indicator indicates a high correlation of the movement. The threshold value can be determined mathematically or through an experimental setup.
Es ist ersichtlich, dass insbesondere in der dem vierten Szenario 34 zugehörigen Kurve für den Verlauf der Determinante vergleichsweise hohe Werte gegenüber den anderen Szenarien 31-33 auftreten. Auch ist ersichtlich, dass für das dritte Szenario 33 vergleichsweise höhere Werte auftreten als für das erste und das zweite Szenario 31, 32. Der Schwellenwert könnte somit beispielsweise so gelegt werden, dass dieser zwischen den für das erste und zweite Szenario 31, 32 gezeigten Kurven und den für das dritte und vierte Szenario 33, 34 gezeigten Kurven liegt, wenn dieser mit dem Wert der Determinante verglichen wird. Es ist dabei auch erkenntlich, dass es vorteilhaft ist, wenn der Indikator für einen vordefinierten Zeitraum den Schwellenwert über- bzw. unterschreitet, bevor die Bewegung als erlaubte oder unerlaubte Bewegung eingestuft wird. Somit können einzelne Spitzen in den Kurven nicht zu Fehlentscheidungen führen.It can be seen that, particularly in the curve for the course of the determinant associated with the
Das Verfahren 100 basiert somit auf einem Algorithmus, durch welchen insbesondere drei axiale Geschwindigkeiten oder Beschleunigungen gemessen werden, welche entweder entlang aufeinander orthogonal stehenden Achsen oder als Winkelbeschleunigung oder Geschwindigkeit um die orthogonal zueinander stehenden Achsen gemessen werden. Dies erfolgt beispielsweise durch den gyroskopischen Sensor, beispielsweise ein MEMS-Gyroskop. Der gyroskopische Sensor wird dabei beispielsweise mit einer typischen Frequenz von 50 Hz abgetastet, wobei jeder Abtastvorgang als Iteration betrachtet werden kann. Die Frequenz von 50 Hz ist dabei lediglich beispielhaft gewählt und es wird darauf hingewiesen, dass insbesondere auch Abtastfrequenzen zwischen 10 bis 1000 Hz vorteilhaft sind. Die von dem gyroskopischen Sensor bereitgestellten Bewegungsdaten oder Sensordaten werden in dem Verfahren 100 kontinuierlich in Echtzeit verarbeitet.The
Es wird dem Verfahren 100 die Tatsache zugrunde gelegt, dass jedes Fahrrad 1 zwei Hauptstandpunkte aufweist, über welchen dieses auf dem Boden steht. Jede Bewegung, bei der diese Punkte nicht verändert werden, können als normale Bewegung für ein abgestelltes Fahrrad angesehen werden und somit als erlaubte Bewegung eingestuft werden. Bewegungen, welche auf diese zwei Standpunkte begrenzt sind, definieren somit eine Bewegung um eine Rotationsachse.The
Es wird eine rekursiven Kovarianzmatrix errechnet. Daraus wird eine Feature Response ermittelt, indem eine Determinante der berechneten rekursiven Kovarianzmatrix ermittelt wird, welche zu einem Volumen der Kovarianzmatrix korreliert. Mit der Determinante wird erreicht, dass vergleichsweise geringe Werte als Indikator ausgegeben werden, wenn das Fahrrad stationär ist und/oder sich um eine einzelne Rotationsachse dreht. In einem dreidimensionalen Bewegungsraum wird durch eine solche Rotation um eine einzelne Achse, wie dies beispielsweise bei einem Schütteln des Fahrrades auftritt, eine dünne Ellipse aufgespannt. Im Gegensatz dazu wird bei einer unkorrelierten Bewegung, wie beispielsweise bei einem Rollen oder Tragen des Fahrrades 1, ein vergleichsweise hoher Wert durch die Determinante beschrieben. So führt eine unkorrelierte Rotation in dem Bewegungsraum zu einer dreidimensionalen Figur, welche als Kugel beschrieben werden könnte. Daher ist die Determinante weniger empfindlich hinsichtlich eines Schüttelns des Fahrrades als gegenüber eines Fortbewegens des Fahrrades. Dies liegt u.a. auch daran, dass eine Länge der Ellipse deutlich größer sein kann als ein Durchmesser der Kugel in dem Bewegungsraum und dabei dennoch zu einem geringeren Volumen führt.A recursive covariance matrix is calculated. From this, a feature response is determined by determining a determinant of the calculated recursive covariance matrix, which correlates to a volume of the covariance matrix. The determinant ensures that comparatively low values are output as an indicator when the bicycle is stationary and/or rotates around a single axis of rotation. In a three-dimensional movement space, a thin ellipse is created by such a rotation around a single axis, as occurs, for example, when a bicycle is shaken. In contrast, in the case of an uncorrelated movement, such as rolling or carrying the bicycle 1, a comparatively high value is described by the determinant. An uncorrelated rotation in the movement space leads to a three-dimensional figure, which could be described as a sphere. Therefore, the determinant is less sensitive to shaking the bicycle than to moving the bicycle. This is due, among other things, to the fact that a length of the ellipse can be significantly larger than a diameter of the sphere in the movement space and still lead to a smaller volume.
Nebst obenstehender Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der
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