DE60314514T2

DE60314514T2 - System und verfahren zum inferrieren einer elektronischen wiedergabe einer umgebung

Info

Publication number: DE60314514T2
Application number: DE60314514T
Authority: DE
Inventors: Matthew R. Sunrise Perkins; Robert J. Fort Lauderdale O'Dea; Mark J. Cary Johnson; Neal K. Ann Arbor Patwari
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2003-05-01
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2023-05-02
Also published as: CN100407236C; EP1504430A1; CN1533559A; EP1504430A4; PT1504430E; ES2287471T3; US7064660B2; WO2003098572A1; ATE365357T1; US20030214397A1; DE60314514D1; AU2003225266A1; EP1504430B1

Description

Bezugnahme auf eine zugehörige Anmeldung
Die vorliegende Erfindung nimmt Bezug auf die am 14. Mai 2002 eingereichte US-Patentanmeldung 10/145,253 mit dem Titel "System and Method for Inferring a Set of Characteristics of an Environment with Location-Capable devices" von Johnson et al. (Anwaltsregistrierungsnummer CM05177G), die gemeinsam mit dieser Anmeldung Motorola, Inc. gehört.
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein System und Verfahren zum Ableiten einer elektronischen Wiedergabe einer Umgebung.
Hintergrund der Erfindung
In der Technik gut bekannte Ortungssysteme sind mittlerweile so ausgereift, dass eine akurate Standortabdeckung in Gebäuden und anderen begrenzten Bereichen brauchbar wird. Spread-Spectrum← und Ultra-Breitband ("UWB" – Ultra-Wide-Band)-Technologien haben dramatische Verbesserungen bei der Timing bzw. Zeitsteuerungsgenauigkeit ermöglicht, verteilte Systeme sind entstanden, um Reichweitenprobleme anzugehen, und die machbare Realisierung tragbarer Trägheitsnavigationssysteme ("PINS" – Portable Inertial Navigation Systems) wird entwickelt, die sich an eine Kurzzeitstabilitität und an Abdeckungslöcher richten.
Anwendungsfälle für eine Lokalisierung in Gebäuden werden im Allgemeinen zusammen mit einer vorher installierten Infrastruktur für das Lokalisierungssystem sowie mit detaillierten Gebäudeplänen, die ermöglichen, dass Standortinformationen mit dem Aufbau des Gebäudes oder der Umgebung des Vorfalls in Übereinstimmung gebracht werden, umgesetzt. Es gibt jedoch eine Anzahl von tatsächlichen Fallen, bei denen diese Informationen nicht verfügbar sind. Das Personal der Feuerwehr, Polizei und des Militärs muss beispielsweise oft in Umgebungen arbeiten, die beim ersten Kontakt nicht beschrieben bzw. bekannt sind. Datenbänke, die Gebäudegrundrisse enthalten, werden in manchen Stadtgebieten aufgebaut, aber Grundrisse können sich häufig ändern und viele Vorfälle finden in älteren und verlassenen Bauwerken statt, für die keine Daten verfügbar sind. Für Militäreinsatze auf fremdem Boden ist oftmals der Einsatz in Umgebungen nötig, für den solche Daten nicht bekannt sind oder absichtlich von einem Gegner zurückgehalten werden.
Dieses Thema betrifft insbesondere Noteinsätze, wie Feuerwehreinsätze, da ein Stromausfall, dichter Rauch und andere Umstände die Sichtweite auf wenige Zentimeter reduzieren können. Ein Kennzeichnen der Entwicklung eines Vorfalls, ein Erkennen von Risiken wie beispielsweise gefährlichen Materialien, ein Vorhersagen von Flashover-(schlagartiges Ausbreiten des Brandes) und Backdraft-(Rauchgasexplosion)-Zuständen, Rettungseinsätzen und dem Planen von Fluchtwegen sind alles Notwendigkeiten, die von dem Wissen über die räumliche Struktur und die Umgebungsbeschaffenheit eines Vorfalls sehr profitieren würden. Das vorherige Sammeln von topologischen Informationen, wie beispielsweise Grundrissen, ist oftmals unpraktisch; das vorherige Sammeln von situationsbezogenen Informationen, wie beispielsweise gesperrten oder nicht befahrbaren Strecken, Strukturschäden im Bauwerk, Umgebungstemperaturen, das Vorhandensein eines Gegners, das Vorhandensein von gefährlichen Materialien oder der Einsatz chemischer oder biologischer Kampfstoffe ist definitionsgemäß unmöglich.
NICULESCU D ET AL: "Ad hoc positioning system (APS)" GLOBE-COM'01. 2001 IEEE GLOBAL TELECOMMUNICATIONS CONFERENCE. SAN ANTONIO, TX, NOV. 25-29, 2001, IEEE GLOBAL TELECOMMUNICATIONS CONFERENCE, NEW YORK, NY: IEEE, US, vol. VOL. 5 OF 6, 25 November 2001 (2001-11-25), Seiten 2926-2931, XP010747393 ISBN: 0-7803-7206-9 beschreibt ein Ad-hoc-Positionierungssystem, bei dem Knoten innerhalb eines Netzwerks ihre Entfernung von einem Orientierungspunktknoten basierend auf Signalstärkemessungen, die anhand von empfangenen Signalen von dem Orientierungspunktknoten durchgeführt werden, ermitteln.
Somit besteht ein Bedarf nach einem Verfahren zum dynamischen Aufbau einer elektronischen Wiedergabe eines gegebenen Bereichs, die einem Benutzer ermöglichen wird, ihren Standort in Bezug auf Gegenstände oder andere Benutzer in dem gegebenen Bereich sowie Merkmale/Attribute des gegebenen Bereichs zu ermitteln.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend nur beispielhaft mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine schematische Darstellung eines Bürogebäudes ist, das eine elektronische Wiedergabe seines Außenbereichs gemäß der vorliegenden Erfindung erfährt;
2 eine schematische Darstellung eines Bürogebäudes ist, das von Feuerwehrmännern durchquert wird, die mit drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen ausgestattet sind, die zum Sammeln von Standortinformationen eingesetzt werden, um gemäß der vorliegenden Erfindung eine Wiedergabe aller zurückgelegten Strecken zu erzeugen;
3 ein Grundriss des Innenbereichs eines Bürogebäudes ist, in dem sich eine Anzahl von drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen befindet, die gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Erfassung der physikalischen Merkmale des Gebäudes eingesetzt werden;
4 ein Grundriss des Innenbereichs eines Bürogebäudes ist, in dem sich eine Anzahl von drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen befindet, die gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Erfassung von Umgebungsmerkmalen des Gebäudes eingesetzt werden; und
5 ein Ablaufdiagramm eines Einsatzes des drahtlosen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein System und Verfahren gemäß den anliegenden Ansprüchen bereitgestellt.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Während die Erfindung in vielen verschiedenen Formen ausführbar ist, sind spezifische Ausführungsformen in den Zeichnungen dargestellt und werden auch hier beschrieben werden, wobei klar ist, dass die vorliegende Offenbarung als ein Beispiel des Prinzips der Erfindung angesehen werden soll und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf die dargestellten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen zu beschränken. Des Weiteren sind die hierbei verwendeten Begriffe und Wörter nicht als beschränkend, sondern eher als nur beschreibend anzusehen. In der nachfolgenden Beschreibung werden ähnliche Bezugszeichen verwendet, um die selben, ähnliche oder entsprechende Bauteile in den zahlreichen Ansichten der Zeichnungen zu beschreiben.
Während die Erfindung in einer Anzahl von Bereichen angewendet wird, sind Szenarien für Einsätze an Brandstellen und insbesondere Einsätze an Brandstellen innerhalb von Gebäuden gegenwärtig am weitesten entwickelt. Somit werden diese Szenarien hier bei spielhaft verwendet. Dies wird aus Gründen der Klarheit und Einheitlichkeit vorgenommen und soll gar keine entsprechende Begrenzung bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung andeuten, die auf zahlreiche nicht zugehörige Anwendungen gleichermaßen angewandt werden kann.
In 1, auf die nun Bezug genommen wird, ist ein Verfahren zur Bereitstellung einer aussagekräftigen Grundreferenz für ein Ad-hoc-Lokalisierungssystem dargestellt. Die Referenzstandorte 150, 152, 154 werden um ein Gebäude 110 herum aufgestellt. Diese Referenzstandorte 150, 152, 154 können einen Teil der Infrastruktur eines Lokalisierungssystems aufweisen oder einfach nur als eine Referenz beispielsweise zur Initialisierung von Geschwindigkeitsmodellen tragbarer Trägheitsnavigationssystemvorrichtungen verwendet werden. Während dieses Beispiel drei solche Referenzstandorte darstellt, wird die Anzahl von für den Standort notwendigen Referenzstandorten gemäß der Lokalisierungssystemtechnologie und -architektur variieren. Beim Stand der Technik würde für die Referenzstandorte 150, 152, 154 beispielsweise unter Verwendung von GPS-Lokalisierungsvorrichtungen eine Grundreferenz erzeugt werden (beispielsweise durch Erfassen ihrer geozentrischen Breite und Länge), und diese Grundreferenz würde eine Referenz für schon vorhandene grundbezogene Plane des Gebäudes bereitstellen. In vielen Fällen ist jedoch eine genauer grundbezogener Standort oder ein grundbezogener Plan oder Grundriss des Gebäudes nicht verfügbar.
In Brandstellensituationen ist es üblich, dass der Einsatzleiter ("IC" – incident commander) oder anderes Personal den Außenbereich des Gebäudes 110 inspizieren, bevor ein Innenbereichsangriff begonnen wird. In 1 wird angenommen, dass der Einsatzleiter 100 eine Standortvorrichtung trägt, die einen Standort relativ zu den Referenzstandorten 150, 152, 154 bereitstellt. Dies kann unter Verwendung von in der Technik bekannten Verfahren erreicht werden, einschließlich, aber nicht beschränkend auf die Entfernung, den Empfangswinkel, die Zeitdifferenz des Empfangs, die empfangene Signalstärke, Trägheitsnavigation oder Kombinationen davon. Die Vorrichtung kann mit einer manuellen Steuerung ausgestattet sein, die ermöglicht, dass der Einsatzleiter 100 eine Standortsschätzung initiieren oder aufzeichnen kann. Durch Aktivieren dieser Steuerung in der Nähe der Ecken 111, 112, 113, 114, 115, 116 des Gebäudes 110, so dass ein zentralisiertes System diese Standorte aufzeichnet, kann der Einsatzleiter 100 die Zeichnung eines Umrisses 170 des Gebäudes 110 auf einem Display 160 ermöglichen, indem die den Ecken 111, 112, 113, 114, 115, 116 entsprechenden Standortschätzungen 171, 172, 173, 174, 175, 176 verbunden werden. Da der Standort des Einsatzleiters relativ zu den Referenzstandorten 150, 152, 154 bekannt ist, ist der Umriss 170 des Gebäudes 110 relativ zu den Referenzstandorten 150 152, 154 ebenfalls bekannt und kann als Referenz für jeden beliebigen anderen Standort relativ zu den Referenzstandorten 150, 152, 154 verwendet werden. Man sollte anmerken, dass gemäß der vorliegenden Erfindung die Beschreibungsanzeige der Standorte der Referenzstandorte 150, 152, 154 nicht notwendig ist; sie stellen einfach nur eine allgemeine Referenz für andere Standorte bereit.
In 2, auf die nun Bezug genommen wird, ist eine aufwändigere Abbildungslösung dargestellt. Ein erster Benutzer betritt das Gebäude (in der Zeichnung als ein Grundriss des Bereichs 270 dargestellt), indem er den Pfad 240 entlanggeht, findet und betritt das Zimmer 272 durch die Tür 280, entdeckt die Tür 281 auf der gegenüberliegenden Seite und kommt schließlich am Standortpunkt 241 an. Ein zweiter Benutzer betritt das Gebäude, indem er den Pfad 242 entlanggeht, geht zum Zimmer 274 und darum herum und kommt schließlich am Standortpunkt 243 an. Ein dritter Benutzer betritt das Gebäude, indem er den Pfad 244 entlanggeht, biegt unmittelbar nach links ab und kommt so am Standortpunkt 245 an. Ein vierter Benutzer betritt das Gebäude, indem er den Pfad 246 entlanggeht, und versucht den Pfad 240 zurückzuverfolgen, erkennt aber, dass der Gang nicht länger passierbar ist; der den Pfad 246 entlanggehende vierte Benutzer geht um das Zimmer 272 herum, findet die Tür 282 und verlässt das Gebäude, wobei er dadurch schließlich am Standortpunkt 247 ankommt.
Aufgrund geringer Sichtweite verlieren diese Benutzer oftmals die Orientierung und sind sich bezüglich ihres relativen und absoluten Standortes nicht im Klaren. Dies führt oftmals dazu, dass eine Evakuierung, wenn diese aufgrund von Beschädigung des Bauwerks, persönlicher Gesundheit oder niedriger Luftzufuhr notwendig ist, fehlschlägt. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird angenommen, dass jeder Benutzer mit einer ähnlichen Lokalisierungsausrüstung wie der beschriebenen und von dem Einsatzleiter 100 verwendeten Lokalisierungsausrüstung ausgestattet ist. Somit können ihre Standorte auf einem Display 160, auf dem ein Gebäudeumriss 170 wie zuvor beschrieben dargestellt sein kann, verfolgt werden. In der gegenwärtigen Lokalisierungssystemtechnik würde der Einsatzleiter 100 erkennen, dass der Standortpunkt 243 des betroffenen Benutzers in der Nähe des Haupteingangs 283 liegt, wo all die Pfade 240, 242, 244, 246 beginnen; es kann jedoch weder dem Einsatzleiter 100 noch dem zweiten Benutzer am Standortpunkt 243 versichert werden, dass ein direkter Ausgangspfad von dem Standort 243 zum Haupteingang 283 existiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Display 160 optional nicht nur die Standortpunkte 241, 243, 245, 247 der Benutzer, sondern auch den die Pfade 240, 242, 244, 246 repräsentierenden Standortverlauf dieser Benutzer angeben. Unter Beachtung, dass der Pfad 244 direkt vom Haupteingang 283 zu einem sehr nah bei dem Standortpunkt 243 des zweiten Benutzers liegenden Punkt verläuft, kann der Einsatzleiter 100 schlussfolgern, dass ein direkter Pfad zwischen dem Standortpunkt 243 und dem Haupteingang 283 existiert. Während 2 aus Gründen der Klarheit versucht, eine Überlappung zwischen den Pfaden zu minimieren, würden in der Realität die Pfade üblicherweise überlappen, wodurch der Einsatzleiter 100 sicherer sein kann, dass zwischen dem Punkt 243 und dem kürzesten Ausgangspfad 244 keine Hindernisse sind.
Diese Verbesserung ist auf dramatischere Art und Weise auf der rechten Seite von 2 dargestellt. In diesem Szenario ist der erste Benutzer am Standortpunkt 241 derjenige, für den eine Evakuierung notwendig ist. In der gegenwärtigen Lokalisierungssystemtechnik würde der Einsatzleiter 100 üblicherweise den ersten Benutzer direkt zum Standortpunkt 241 leiten, um ihn ohne weitere Hilfe durch die Tür 283 zu evakuieren, da nur die Punkte 241, 243, 245 und 247 abgebildet werden würden. Es läge dann am ersten Benutzer, einen Fluchtweg zu finden; wenn dieser Benutzer nicht orientierungslos wäre und sich an seinen Eingangspfad erinnern würde, wäre ein Ausgang durch die Tür 280 und ein Zurückgehen entlang des Eingangspfades die beste Option. Die von der vorliegenden Erfindung erfassten Verlaufsdaten von Pfad 246 geben jedoch an, dass der vierte Benutzer (der sich jetzt am Standortpunkt 247 befindet) versucht hat, diese Passage zu einem späteren Zeitpunkt zu verwenden und diese als nicht passierbar vorgefunden hat; somit wird im Voraus angegeben, dass ein alternativer Fluchtweg verwendet werden muss. Unter Erkennung der Nähe von Pfad 246 zu Pfad 240 in der Nähe der Tür 280 kann der Einsatzleiter 100 den ersten Benutzer am Standortpunkt 241 jetzt nicht nur auf einen alternativen Pfad leiten, sondern das Vorhandensein eines alternativen Ausgangs durch die von einem sich gegenwärtig am Standortpunkt 247 vorhandenen vierten Benutzer verwendete Tür 282 erkennbar schlussfolgern, wobei diese einen noch kürzeren Fluchtweg als die Eingangsroute des betroffenen Benutzers darstellt.
Obwohl die zuvor erwähnten Beispiele aus Gründen der Klarheit zu sehr vereinfacht sind und annehmen, dass der Einsatzleiter 100 die Daten manuell deutet, werden Fachleute in der Technik erkennen, dass eine realistische Situation viel mehr Daten bietet und dass die Korrelation der Pfade und die Schlussfolgerung auf Hindernisse zu einem hohen Maß in Software automatisiert werden kann.
Eine weitere Verbesserung der vorliegenden Erfindung ist die Integration von zusätzlichen Abtastungsmöglichkeiten über den bloßen Standort hinaus. 3 stellt die Verwendung von Abbildungsvorrichtungen wie beispielsweise der in der am 20. April 2001 eingereichten US-Patentanmeldung 09/845,467 mit dem Titel "Intra-Piconet Location Determination and Tomography" von Callaway et al (Anwaltsregistrierungsnummer CM03372J) dar, welche zusammen mit dieser Anmeldung gemeinsam Motorola, Inc. gehört.
In der bevorzugten Ausführungsform werden eine große Anzahl von Vorrichtungen (in 3 als schwarze Punkte dargestellt) verwendet. Die Vielzahl von Vorrichtungen kann mit Hilfe einer der folgenden Verfahren in die Umgebung eingebracht werden: Schießen der Vorrichtungen in die Umgebung mit einer Projektilvorrichtung, Sprühen der Vorrichtungen in die Umgebung mit einem Schlauch, Fallen lassen der Vorrichtungen in die Umgebung, wenn der jeweilige Abschnitt durchquert wird, Fallen lassen der Vorrichtungen in die Umgebung von oben. Zusätzlich zur Kenntniss des Standortes sind diese Vorrichtungen in der Lage, eine Ausbreitungsumgebung zu beschreiben. Diejenigen mit durchschnittlichen Kenntnissen in der Technik werden erkennen, dass diese Liste von Anwendungsverfahren nicht vollständig ist. Obwohl eine einzelne Vorrichtung theoretisch die lokale Ausbreitungsumgebung durch Erfassen von Abbildern ihres eigenen Signals beschreiben kann, misst die bevorzugte Ausführungsform Ausbreitungsmerkmale zwischen einer sendenden Vorrichtung und einer empfangenden Vorrichtung. Die oben erwähnte US-Patentanmeldung 09/845,467 beschreibt, wie die beiden Vorrichtungen einen Bereich zwischen ihnen schätzen und ein Modell der erfassten Hindernisse relativ zu den Vorrichtungen basierend auf deren Entfernung und den gemessenen Ausbreitungseffekten erzeugen; die vorliegende Erfindung ermöglicht jedoch des Weiteren der Gerätekombination von zwei oder mehr in die Ausbreitungsmessungen involvierten Vorrichtungen, ihre Ergebnisse an ein zentralisiertes oder verteiltes Modell der Umgebung hinsichtlich ihres Standorts relativ zu Referenzvorrichtungen zu übertragen. Man kann beispielsweise erkennen, dass die Gruppe von Vorrichtungen 345 die dunkleren Hindernisse 344 kennzeichen kann, bei denen es sich um Segmente der Wände des Raumes 274 und die Außenwände des Gebäudes han delt. Gleichermaßen kann die Gruppe von Vorrichtungen 341 die dunkleren Hindernisse 342 kennzeichnen, bei denen es sich um Abschnitte der Wände der Räume 272, 276 handelt. Während diese Informationen für die Benutzer von Vorrichtungen in diesen Gruppen von gewissem Nutzen sein können, ermöglicht die vorliegende Erfindung eine große Verbesserung in ihrem Wert für andere Benutzer, indem ermöglicht wird, dass die relativen Standorte der Vorrichtungen auf eine übliche Referenz abgebildet werden. Fachleute in der Technik können klar erkennen, dass mit den tomografischen Ergebnissen von den Vorrichtungen 345, 341 in Verbindung mit all den kleinen Vorrichtungen, die dies möglich machen, Darstellungen 372, 374, 276 der Räume 272, 274 276 relativ zum hergestellten Gebäudeumriss konstruiert und als solches in eine einheitliche Karte der auf dem Display 160 dargestellten Umgebung integriert werden können. Dies könnte verwendet werden, um Zusammenstöße mit Hindernissen in der Nähe zu verhindern.
Fachleute in der Technik werden erkennen, dass die Funktion der Vielzahl von zuvor beschriebenen Ausbreitungserkennungsvorrichtungen entweder mit einer einzelnen Vorrichtung, die die reflektierten Abbilder ihres eigenen Signals erfasst, oder durch mindestens zwei Vorrichtungen, die die Abbilder von ihren gegenseitigen Signalen erfassen, durchgeführt werden kann, vorausgesetzt, dass die Vorrichtungen eine statistisch signifikante Anzahl von Standorten im Zielgebiet während eines Intervalls, während dessen sich die Eigenschaften des Zielbereichs nicht wesentlich ändern, in Anspruch nehmen.
In 4, auf die nun Bezug genommen wird, ist eine weitere Erweiterung des Systems dargestellt, in welchem andere Umgebungsparameter in die Systemdatenbank integriert werden. Der Einfachheit halber wird die Temperatur aufgrund ihrer Einfachheit und der einfachen Darstellung als Beispiel für einen relevanten Umgebungsparameter verwendet. 4 stellt dasselbe oben beschriebene Angriffsszenario dar, allerdings mit periodischen Temperaturauslesungen, die durch Balken wie jene in der 490-Serie gekennzeichneten dargestellt sind. Die Temperaturauslesun gen werden mit den Standorten der Sensoren zum Zeitpunkt der Auslesungen in Bezug gebracht und können Ergebnisse von unterschiedlichen Sensoren oder von demselben Sensor zu unterschiedlichen Zeiten repräsentieren. Längere Balken repräsentieren höhere Temperaturen.
Entlang der nordöstlichen Wand des Raums 274 kann erkannt werden, dass die den Standortschätzungen 452, 454, 458 entsprechenden Ausleseergebnisse höhere Temperaturauslesungen 492, 494, 498 als die von anderen Vorrichtungen im Bereich 270 angeben, die angeben würden, dass eine Hitzequelle näher an der nordöstlichen Ecke des Raums 274 vorhanden ist, wie durch die Abbildung 374 auf dem Display 160 repräsentiert wird. Weitere Unterstützung für diese Schätzung ergibt sich aus der Temperaturauslesung 491 von der Vorrichtung am Standort 451, die sich innerhalb des Raums 374 befindet und die höchsten Temperaturen jeglicher Abtastungsvorrichtung im Bereich 270 anzeigt. Basierend auf den korrelierten Standortdaten und Abbildungsdaten kann halbwegs schlussgefolgert werden, dass die Hitzequelle innerhalb des Raums 274 in der Nähe der nordöstlichen Ecke liegt. Des Weiteren wurden die Temperaturlesungen 497, 498, 499 zu einem wesentlich späteren Zeitpunkt als die Temperaturauslesungen 492 bzw. 495 erhalten, welche wiederum im Wesentlichen an denselben Standorten, aber zu einem wesentlich früheren Zeitpunkt erhalten wurden. Der Unterschied zwischen den früheren Temperaturausleseergebnissen 492, 495 bzw. den späteren Temperaturausleseergebnissen 497, 498, 499 kann verwendet werden, um die Geschwindigkeit und Richtung der Entwicklung des Feuers schlusszufolgern.
Obwohl dieses Beispiel aus Gründen der Klarheit die vorliegende Erfindung und insbesondere die Auslegung der Ergebnisse in Form eines heuristischen und manuellen Vorgangs beschreibt, werden Fachleute in der Technik erkennen, dass jede beliebige Anzahl von numerischen und algorithmischen in der Technik bekannten Verfahren angewandt werden kann, um die Interpretation teilweise oder vollständig zu automatisieren, ohne sich von der vorliegenden Erfindung zu entfernen. Des Weiteren sind die Messungen, die von den hier beschriebenen Standortkorrelationsverfahren profitieren, hinsichtlich der zuvor beschriebenen Abbildungs- und Temperaturdaten kaum einschränkend, sondern können folgende Daten umfassen: Erfassung von gefährlichen Materialien, Sprengstoffen, flüchtigen Stoffen, Markierungschemikalien oder anderen chemischen Daten; Messung von Feuchtigkeit, Luftdruck, Menge an Sauerstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Radon und anderen atmosphärischen Daten; Menge an Sauerstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Radon und anderen Gasen in der Luft; Erfassung von spezifischen Werkstoffen (z.B. Eisen, Metall, Schießpulver usw.); Messung von mechanischer Vibration, seismischen Störungen, Daten von aktiv initiierten Sondierungsaktivitäten und anderen Bewegungen; Erfassung von fremden Vitalzeichen, die das Vorhandensein eines Opfers oder Gegners angeben; Erfassung oder Interpretation von elektromagnetischen und akustischen Signalen; Auslesen von Vitalzeichen eines betroffenen Benutzers und des Ausrüstungszustands (z.B. zur Korrelation der verbleibenden Überlebenszeit mit bekannten Fluchtwegen oder zur Identifizierung von Gebieten von stresshervorrufenden Auswirkungen, die von anderen Vorrichtungen nicht entdeckt wurden); und andere, bei denen es sich um viel zu viele handelt, um sie hier alle aufzuzählen.
In 5, auf die nun Bezug genommen wird, stellt ein Ablaufdiagramm den Betrieb der vorliegenden Erfindung innerhalb eines in Schritt 500 erzeugten Netzwerks dar, wobei das Netzwerk Vorrichtungen wie beispielsweise die Standort-/Abtastvorrichtungen, die von dem Einsatzleiter 100 und den anderen, die Pfade 240, 242, 244, 246 entlanggehenden Benutzern und jeglichen anderen vor Ort vorhanden Menschen getragen werden, sowie die mit dem Display 160 verbundene Einheit, eine zentralisierte Datenbank und eine mit dieser Datenbank verbundene zentrale Verarbeitungseinheit umfasst. Diese Funktionen können verteilt oder auf einer einzelnen Vorrichtung kombiniert sein.
In der bevorzugten Ausführungsform kann, sobald die drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen ihre Standorte relativ zu den Referenzstandorten 150, 152, 154 bestimmt 502 haben, ein Satz von Umgebungsmerkmalen, wie beispielsweise das Vorhandensein und/oder der Standort von Objekten oder Hindernissen in der Umgebung bestimmt 504 werden. Sobald Objekte relativ zur tragbaren Vorrichtung identifiziert sind und die Position der tragbaren Vorrichtung bekannt ist, erzeugt ein zentraler Prozessor eine Abbildung (d.h., einen Entwurf, einen Plan usw.) der Objekte in der Umgebung; da die sendende und empfangende Vorrichtung und die Entfernung, in der das Objekt Signale reflektiert, bekannt sind, kann die Position des Objekts geschätzt werden. Der Klarheit halber ist die Darstellung hier als eine graphische Anzeige der Ergebnisse beschrieben; die tatsächliche Darstellung umfasst die Zuordnung von Objekten oder Umgebungszuständen in der Umgebung mit geschätzten Standorten der Objekte oder Umgebungszustände. Die Darstellung kann in einer Vielzahl von Formen ausgedrückt werden, solange sie Informationen über die Umgebung enthält, die mit den Standortschätzungen in Verbindung gebracht wird.
Gleichermaßen bestimmen die drahtlosen Vorrichtungen einen Satz von Parametern der Umgebung, in der sie verwendet 506 werden. Vorzugweise ist jede drahtlosen Kommunikationsvorrichtung mit mindestens einem Sensor ausgestattet. Die Art des Sensors hängt von der gegebenen Anwendung ab. In der Brandstellenumgebung kann der Sensor beispielsweise Temperatur, Feuchtigkeit, Giftstoffe, Luftfeuchtigkeit, Bewegung oder dergleichen messen. Sobald der Sensor seine Daten aus der Umgebung sammelt (z.B. den Standort von "heißen" Punkten/Gefahrbereichen oder dergleichen), überträgt er die Daten direkt oder indirekt an eine zentralisierte Datenbank.
Eine zentrale Verarbeitungseinheit mit Zugriff auf die zentralisierte Datenbank sammelt die unterschiedlichen Arten von von der Vielzahl von Vorrichtungen 508 empfangenen Informationen (beispielsweise Standorte der Vorrichtungen 502, Merkmale der Umgebung 504 und die Eigenschaften der Umgebung 506). Die zentrale Verarbeitungseinheit wendet relative Standort/Entfernungsverfahren und Abbildungsalgorithmen an, wie sie in der Technik bekannt sind, und erzeugt eine Abbildung 510 der Umgebung auf dem Display 160 mit den unterschiedlichen Arten von Informationen, die auf der Abbildung gezeichnet werden. Sobald die unterschiedlichen Arten von Informationen kombiniert werden, kann die Abbildung der Umgebung mit den unterschiedlichen Arten von auf dem Display 160, welches einen Monitor, ein Head-up-Display, einen persönlichen digitalen Assistenten oder dergleichen umfasst, gezeichneten Informationen dargestellt.
Die zentrale Verarbeitungseinheit fährt mit dem Sammeln der zahlreichen Arten von Informationen von den anderen Vorrichtungen und dem entsprechenden Aktualisieren 512 des Abbildens der Umgebung fort, bis der Einsatz beendet ist.
Während die Erfindung im Zusammenhang mit spezifischen Ausführungsformen davon beschrieben ist, werden Fachleuten in der Technik zusätzliche Vorteile und Modifikationen bewusst werden. Die Erfindung ist daher in ihren breiteren Aspekten nicht auf die spezifischen Details, die entsprechende Vorrichtung und dargestellte und beschriebene Beispiele beschränkt. Zahlreiche Änderungen, Modifikationen und Variationen werden Fachleuten in der Technik im Hinblick auf die vorstehende Beschreibung klar sein. Somit sollte verstanden werden, dass die Erfindung durch die vorstehende Beschreibung nicht beschränkt sein soll, sondern alle solchen Änderungen, Modifikationen und Variationen gemäß dem Schutzumfang der anliegenden Ansprüche umfassen soll.

Claims

System zur Ableitung einer elektronischen Wiedergabe einer Umgebung, welches Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Vorrichtungen (341, 345), deren Standorte abgeschätzt werden, und wobei jede Vorrichtung (341, 345) in der Lage ist, mindestens eins des Folgenden auszuführen: Bestimmen eines Umgebungsparameters der Umgebung und Bestimmen des Standorts eines Objekts (342, 344) in der Umgebung, bei dem es sich nicht um die Vielzahl von Vorrichtungen handelt, wobei der Standort durch mindestens eine aus der Vielzahl von Vorrichtungen (341, 345) bezüglich des Standorts von mindestens einer aus der Vielzahl von Vorrichtungen (341, 345) durch Festelegen einer Ausbreitungsumgebung bestimmt wird; und eine Verarbeitungsvorrichtung, wobei die Verarbeitungsvorrichtung von der Vielzahl von Vorrichtungen (341, 345) festgestellte Informationen erfassst, wobei die Informationen den festgestellten Standort von mindestens einem Objekt in der Umgebung einschließen, und die elektronische Wiedergabe der Umgebung basierend auf den erfassten Informationen ableitet.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungsvorrichtung die elektronische Wiedergabe auf mindestens einer der folgenden Anzeigen (160) abbildet: ein Head-up-display, ein Monitor, ein persönlicher digitaler Assistent und ein Handgerät.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebungsparameter der Umgebung auf mindestens einem des Folgenden basiert: Temperatur, Feuchtigkeit, Gas, Feuer, Kohlenwasserstoff, Luftfeuchtigkeit, Viren und Bewegung.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei aus der Vielzahl von Vorrichtungen (341, 345) mindestens ein Netzwerk bilden.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Teilmenge aus der Vielzahl von Vorrichtungen (341, 345) mit Hilfe einer der folgenden Techniken in der Umgebung angewendet wird: Schießen der Vorrichtungen (341, 345) mit einer Projektilvorrichtung in die Umgebung, Sprühen der Vorrichtungen (341, 345) mit einem Schlauch in die Umgebung, Fallen lassen der Vorrichtungen (341, 345) in die Umgebung, wenn der gegebene Bereich durchlaufen wird, und Fallen lassen der Vorrichtungen (341, 345) von oben in die Umgebung.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Vorrichtung (341, 345) die Entfernung zwischen sich selbst und mindestens einer benachbarten Vorrichtung periodisch bestimmt, und mindestens eins des Folgenden periodisch bestimmt: den Umgebungsparameter der Umgebung und den Standort eines Objekts in der Umgebung.
Verfahren zur Ableitung einer elektronischen Wiedergabe einer Umgebung, welches die folgenden Schritte aufweist: Einsetzen einer Vielzahl von Vorrichtungen (341, 345) in die Umgebung, wobei mindestens einige der Vorrichtungen (341, 345) in der Lage sind, eine Entfernung zu einer benachbarten Vorrichtung (341, 345) zu bestimmen, und wobei jede Vorrichtung (341, 345) in der Lage ist, mindestens eine der folgenden Funktionen auszuführen: Bestimmen eines Umgebungsparameters der Umgebung und Bestimmen des Standorts eines Objekts (342, 344) in der Umgebung, bei dem es sich nicht um die Vielzahl von Vorrichtungen handelt, wobei der Standort durch die mindestens eine aus der Vielzahl von Vorrichtungen (341, 345) bezüglich des Standorts von mindestens einer aus der Vielzahl von Vorrichtungen (341, 345) durch Beschreiben einer Ausbreitungsumgebung bestimmt wird; und Ableiten der elektronischen Wiedergabe der Umgebung basierend auf mindestens einem des Folgenden: mindestens ein Umgebungsparameter der Umgebung und mindestens ein Standort eines Objekts (342, 344) in der Umgebung.
Verfahren nach Anspruch 7, welches des Weiteren den Schritt der Ableitung einer Reihe von Eigenschaften der Umgebung baserend auf mindestens einem des Folgenden aufweist: mindestens ein Umgebungsparameter der Umgebung und mindestens ein Standort eines Objekts (342, 344) in der Umgebung.