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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Höhe eines bewegbaren Geräts.
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Die Erfindung betrifft weiter ein bewegbares Gerät.
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Obwohl allgemein auf beliebige bewegbare Geräte anwendbar wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf tragbare Geräte wie Mobilfunkgeräte oder dergleichen erläutert.
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Obwohl allgemein beliebige Anwendungen denkbar sind, wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf eine Anwendung zur Stockwerkserkennung erläutert.
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Offenbarung der Erfindung
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Zur Abschätzung des Stockwerks eines Gebäudes, in dem sich ein Nutzer mit seinem Mobilgerät befindet, ist es bekannt geworden, einen Referenzsensor in Form eines Drucksensors im Gebäude zu nutzen und Messwerte desselben mit Messwerten eines Drucksensors in einem Mobilgerät zu vergleichen und daraus das Stockwerk, in dem sich der Nutzer mit seinem Mobilfunkgerät befindet, zu ermitteln.
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In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln einer Höhe eines bewegbaren Geräts bereit, umfassend die Schritte
- - Bereitstellen des bewegbaren, insbesondere tragbaren, Geräts mit einem ersten Drucksensor zum Ermitteln eines Luftdrucks der Umgebung des Geräts,
- - Bereitstellen eines stationären zweiten Drucksensors in einer Umgebung des Geräts, insbesondere an einer Wand oder dergleichen
- - Bereitstellen eines Bewegungssensors, insbesondere in Form eines Beschleunigungssensors in dem Gerät,
- - Ermitteln eines Bewegungszustands des Geräts anhand von Messwerten des Bewegungssensors,
- - Messen eines ersten Luftdrucks und eines zweiten Luftdrucks mittels des ersten Drucksensors, wenn als Bewegungszustand ein Stillstand des Geräts ermittelt wurde, wobei zwischen den beiden Messungen eine Bewegung des Geräts ermittelt wurde, und
- - Ermitteln einer relativen und/oder absoluten Höhe zumindest basierend auf einer Differenz der gemessenen Luftdrücke.
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In einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein System zum Ermitteln einer Höhe eines bewegbaren Geräts bereit, umfassend ein bewegbares, insbesondere tragbares Gerät, umfassend
- - Einen ersten Drucksensor zum Ermitteln eines Luftdrucks der Umgebung des Geräts
- - einen Bewegungssensor, insbesondere in Form eines Beschleunigungssensors,
- - eine Ermittlungseinrichtung ausgebildet zum Ermitteln eines Bewegungszustands des Geräts anhand von Messwerten des Bewegungssensors,
- - eine Messeinrichtung ausgebildet zum Messen eines ersten Luftdrucks und eines zweiten Luftdrucks mittels des ersten Drucksensors, wenn als Bewegungszustand ein Stillstand des Geräts mittels der Ermittlungseinrichtung ermittelt wurde, wobei zwischen den beiden Messungen eine Bewegung des Geräts ermittelt wurde und
- - eine Höhenermittlungseinrichtung ausgebildet zum Ermitteln einer Höhe basierend auf einer Differenz der gemessenen Luftdrücke
und einen stationären zweiten Drucksensor in einer Umgebung des Geräts, wobei der zweite Drucksensor zumindest zeitweise mit dem bewegbaren Gerät verbunden ist.
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Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass eine hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit beim Ermitteln der relativen und absoluten Höhe bereitgestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist eine einfache Implementierung.
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Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Messwerte des ersten und zweiten Drucksensors auf einer gemeinsamen Höhe abgeglichen zum Ermitteln einer absoluten Höhe. Damit kann besonders genau die absolute Höhe ermittelt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden Messwerte des Bewegungssensors und/oder des ersten und/oder des zweiten Drucksensors vor dem Ermitteln der Höhe aufbereitet, insbesondere gefiltert. Vorteil ist, dass die Genauigkeit bei der Ermittlung der Höhe verbessert werden kann, da beispielsweise Ausreißer etc. bei der Berechnung der Höhe nicht berücksichtigt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Filtern mittels eines Filters mit endlicher Impulsantwort, FIR-Filter, insbesondere eines Gauss FIR-Filters durchgeführt. Mittels einer FIR-Filterung kann die Varianz reduziert bzw. das Rauschen in den Messwerten von erstem und/oder zweitem Drucksensor vermindert bzw. entfernt werden. Die Filterung kann dabei sowohl bei einer Kalibrierung der beiden Drucksensoren als auch während des normalen Betriebs verwendet werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Filtern mittels eines Filters mit unendlicher Impulsantwort, IIR-Filter durchgeführt, insbesondere mit einem IIR-Filter erster Ordnung. Vorteile einer IIR-Filterung sind eine Reduktion der Varianz bei der Schätzung einer Kalibrierkonstante.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Filtern der Messwerte der Drucksensoren mittels des FIR-Filters durchgeführt und anschließend werden die gefilterten Messwerte mittels des IIR-Filters gefiltert. Vorteil hiervon ist, dass eine besonders genaue Schätzung einer Kalibrierkonstante erreicht werden kann. Insbesondere wird eine IIR-Filterung nur während der Kalibrierung der beiden Drucksensoren verwendet wohingegen eine FIR-Filterung sowohl im laufenden Betrieb also auch bei der Kalibrierung verwendet wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung detektiert zum Ermitteln des Bewegungszustands der Bewegungssensor eine Bewegung des Geräts in z-Richtung, vertikale Richtung. Vorteil hiervon ist, dass lediglich in einer Raumrichtung im Wesentlichen gemessen wird, was die Berechnung und Ermittlung des Bewegungszustands vereinfacht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Ermitteln des Bewegungszustands durch Vergleich der Messwerte des Bewegungssensors mit einem Schwellwert. Die stellt bei ausreichender Genauigkeit eine schnelle und einfache Ermittlung des Bewegungszustands sicher.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der zweite Drucksensor zur Übermittlung von Messwerten drahtlos mit dem bewegbaren Gerät verbunden, insbesondere via Mobilfunk, WLAN, Bluetooth oder dergleichen. Vorteil hiervon ist, dass geänderte Messwerte für die Referenz zur Höhenberechnung einfach übermittelt werden können, was insgesamt die Genauigkeit bei der Bestimmung der Höhe des bewegbaren Geräts verbessert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die absolute Höhe basierend der ermittelten Höhe und der Höhe des zweiten Drucksensors ermittelt. Dies ermöglicht eine einfache und schnelle sowie ausreichend genaue absolute Höhenermittlung des bewegbaren Geräts.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der dazugehörigen Figurenbeschreibung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Dabei zeigt in schematischer Form
- 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ein Bewegungsschema eines bewegbaren Geräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3 Messwerte der Drucksensoren gemäß dem Bewegungsschema der 2
- 4 die ermittelte relative Höhendifferenz des bewegbaren Geräts für das Bewegungsschema der 2;
- 5 die ermittelte absolute Höhe des bewegbaren Geräts für das Bewegungsschema der 2;
- 6 ein Ablaufdiagramm eines Kalibrierverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Messverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 8 ein System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 1 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Ermittlung eines Stockwerks schematisch gezeigt.
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Grundlage für das Ablaufdiagramm bildet ein Gebäude mit mehreren Stockwerken, in dem ein Nutzer ein bewegbares Gerät in Form eines Mobilfunkgeräts mit sich führt, wie dies beispielsweise in 8 dargestellt ist.
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Um das aktuelle Stockwerk, in dem sich der Nutzer mit seinem Mobilfunkgerät befindet zu ermitteln werden zunächst Messwerte eines Beschleunigungssensors eines bewegbaren Geräts (Schritt S1), eines Drucksensors des bewegbaren Geräts (Schritt T1) sowie eines stationär in dem Gebäude angeordneten Drucksensors (Schritt V1) ausgelesen. Die jeweiligen Messwerte werden aufbereitet, insbesondere gefiltert (Schritte S2, T2, V2).
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Anhand der gefilterten Messwerte der beiden Drucksensoren wird eine Höhe berechnet (Schritt TV3).
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Ebenfalls wird anhand der gefilterten Messwerte des Beschleunigungssensors eine Bewegung des Mobilfunkgeräts berechnet (Schritt S3). Anschließend wird der ermittelte Wert für die Bewegung mit einem Schwellwert verglichen (Schritt S4). Liegt dieser über einem Schwellwert (Schritt S5) wird erneut Schritt S4 durchgeführt. Liegt dieser unter einem Schwellwert, liegt also ein Stillstand des Mobilfunkgeräts vor, wird anhand der ermittelten Höhe (Schritt TV3) das Stockwerk ermittelt, in dem sich das Mobilfunkgerät befindet.
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Insbesondere kann bei der Bewegung lediglich auf eine Bewegung in z-Richtung, d.h. in vertikaler Richtung abgestellt werden, da eine Bewegung des Mobilfunkgeräts in einer Ebene, sprich im gleichen Stockwerk, keine Änderung des Stockwerks ermöglicht. Hinsichtlich des Beschleunigungssensors kann dieser in allen drei Raumrichtungen eine Beschleunigung des Mobilfunkgeräts messen. In jeder Raumrichtung kann ein Schwellwert vorgegebenen werden, ab dem dann eine Bewegung des Mobilfunkgeräts „erkannt“ wird oder nicht.
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2 zeigt ein Bewegungsschema eines bewegbaren Geräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 2 ist eine beispielhafte Vertikalbewegung VB eines Mobilfunkgeräts M über verschiedene parallele Ebenen E1-E4 (Bezugszeichen 202) über die Zeit 201 gezeigt. Das Mobilfunkgerät umfasst hier einen Drucksensor und einen dreidimensional messenden Beschleunigungssensor. Die Ebenen E1-E4 sind hier äquidistant mit einem Abstand von 20 cm gewählt. Es ist jedoch auch jeder andere beliebige Abstand denkbar.
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Das Bewegungsschema des Mobilfunkgeräts M gemäß
2 durchläuft die Ebenen E1-E4 in folgenden Sequenzen, wobei in einer jeweiligen Ebene E1-E4 eine Horizontalbewegung des Mobilfunkgeräts stattfindet.
und weiter
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In den folgenden 3-5 wird lediglich die erste Sequenz näher betrachtet (links der vertikalen unterbrochenen Linie). Hierbei zeigt 3 Messwerte der Drucksensoren gemäß dem Bewegungsschema der 2, 4 eine ermittelte relative Höhendifferenz des bewegbaren Geräts für das Bewegungsschema der 2 und 5 die ermittelte absolute Höhe des bewegbaren Geräts für das Bewegungsschema der 2.
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In 3 sind die bereits gefilterten Messwerte 302 des Drucksensors in der Einheit hPa im bewegbaren Gerät - Kurve M1 - und die Messwerte des stationären Drucksensors - Kurve M2 über die Zeit 301 - hier als „Sample-Nr.“ - gezeigt. In 4 sind die aus den gefilterten Messwerten berechneten relativen Höhen 402 in der Einheit Meter über die Zeit 401 - hier als „Sample-Nr.“ - dargestellt. Hierbei stellen die vertikalen Flanken Vertikalbewegungen VB des Mobilfunkgeräts dar, die horizontalen Verläufe Horizontalbewegungen HB. In 5 sind die aus den gefilterten Messwerten berechneten absoluten Höhen 502 in der Einheit Meter über die Zeit 501 - hier als „Sample-Nr.“ - dargestellt. Die vertikalen Flanken stellen Vertikalbewegungen VB des Mobilfunkgeräts dar, die horizontalen Verläufe Horizontalbewegungen HB. Hierbei sind die verschiedenen Ebenen E1-E4 den jeweiligen Horizontalbewegungen HB zuordenbar, wo keine Bewegung in vertikaler Richtung erfolgt.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Kalibrierverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 6 ist ein Kalibrierverfahren zum Abgleich der Messwerte der beiden Drucksensoren gezeigt. Hierbei sind beide Drucksensoren auf der gleichen Höhe angeordnet.
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Zur Durchführung des Kalibrierverfahrens werden zunächst die jeweiligen Messwerte der Drucksensoren ausgelesen (Schritte A1, B1) und anschließend gefiltert, beispielsweise mit einem FIR-Filter. Anschließend wird die Differenz der gefilterten Werte gebildet (Schritt AB3) und mit einem IIR-Filter, insbesondere ein IIR-Filter erster Ordnung mit Filterkonstante α gefiltert (Schritt AB4) und eine Kalibierkonstante C bestimmt (Schritt AB5).
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Diese Kalibierkonstante C dient zur Bestimmung der absoluten Höhe. Wird lediglich eine relative Höhe bestimmt, kann das Kalibrierverfahren entfallen und die Konstante C=0 gesetzt werden. Das Kalibrierverfahren wird insbesondere nur für wenige Sekunden durchgeführt, bis eine über die Zeit stabile Kalibrierkonstante vorliegt. Die Variable „x“ bestimmt hier allgemein den Ort oder die Position.
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7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer Höhe gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Zur Durchführung des Verfahrens werden zunächst die jeweiligen Messwerte der Drucksensoren ausgelesen (Schritte A1, B1) und anschließend gefiltert, beispielsweise mit einem FIR-Filter. Anschließend wird die Differenz der gefilterten Werte unter Berücksichtigung der ermittelten Konstante aus dem Kalibrierverfahren gemäß 6 gebildet (Schritt A3). Parallel hierzu wird anhand von Messwerten des Beschleunigungssensors des Mobilfunkgeräts ermittelt, ob eine Bewegung vorliegt (Schritt C1) oder nicht. Liegt keine Bewegung vor (Schritt A4), wird anhand der Differenz und eines Faktors (Schritt A5) eine Höhe ermittelt und ausgegeben (Schritt A6)
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8 zeigt ein System gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 8 ist ein Gebäude H mit fünf Stückwerken E1-E5 gezeigt. In dem Gebäude H ist im Erdgeschoss E1 ein stationär angeordneter Drucksensor D1 vorgesehen. Darüber hinaus kann sich ein Nutzer N mittels eines Fahrstuhls A zwischen den Stockwerken E1-E5 bewegen. Der Nutzer N führt dabei ein Mobilfunkgerät M mit sich, welches einen Drucksensor D2 und einen Beschleunigungssensor aufweist. Das Mobilfunkgerät weist weiter eine Recheneinrichtung wie einen Prozessor und einen Speicher auf, die die folgenden Einheiten umfassen
- - eine Ermittlungseinrichtung 10 ausgebildet zum Ermitteln eines Bewegungszustands des Geräts anhand von Messwerten des Bewegungssensors,
- - eine Messeinrichtung 11 ausgebildet zum Messen eines ersten Luftdrucks und eines zweiten Luftdrucks mittels des ersten Drucksensors, wenn als Bewegungszustand ein Stillstand des Geräts mittels der Ermittlungseinrichtung ermittelt wurde, und
- - eine Höhenermittlungseinrichtung 12 ausgebildet zum Ermitteln einer Höhe basierend auf einer Differenz der gemessenen Luftdrücke.
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Zusammenfassend kann zumindest eine der Ausführungsformen der Erfindung zumindest einen der folgenden Vorteile bereitstellen und/oder die folgenden Merkmale aufweisen:
- - genaue Höhenschätzung bzw.- berechnung
- - effizientes Filtern von Messwerten zur Höhenberechnung
- - hohe Genauigkeit, insbesondere im cm-Bereich bei der Höhenbestimmung
- - Anwendbar in vielen unterschiedlichen Bereichen wie beispielsweise im Fitnessbereich, für Spielecontroller oder zur Stockwerkserkennung
