EP3391071A1 - Verfahren und system zur analyse einer umgebung eines mobilen endgeräts - Google Patents

Verfahren und system zur analyse einer umgebung eines mobilen endgeräts

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EP3391071A1
EP3391071A1 EP16791602.2A EP16791602A EP3391071A1 EP 3391071 A1 EP3391071 A1 EP 3391071A1 EP 16791602 A EP16791602 A EP 16791602A EP 3391071 A1 EP3391071 A1 EP 3391071A1
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EP
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mobile terminal
data
signal
rssi
environment
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Ceased
Application number
EP16791602.2A
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Inventor
Henry Feil
Florian Wildner
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Osram GmbH
Original Assignee
Osram GmbH
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Filing date
Publication date
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    • G01S5/0264—Hybrid positioning by combining or switching between positions derived from two or more separate positioning systems at least one of the systems being a non-radio wave positioning system
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
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    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
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    • H04B17/318—Received signal strength
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    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
    • H04W64/006—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management with additional information processing, e.g. for direction or speed determination

Definitions

  • the invention relates to a method for analyzing a
  • the invention relates to a system for analyzing an environment of a mobile terminal according to the preamble of patent claim 9.
  • Light-based indoor navigation is based on the transmission of a unique light ID (LID) that can be received and detected using a mobile device.
  • LID unique light ID
  • the LID is in the luminous flux - invisible to the human
  • the LID is again filtered out of the light and demodulated at the receiver.
  • the LID itself can directly contain position information, or it can be determined indirectly via a lookup table. In the lookup table, an assignment of LID and
  • Position information instead.
  • any additional metadata can be linked to the LID.
  • This lookup table can be stored as an integrated part in an application that is on the mobile
  • Terminal is running, or on an external server
  • the lookup table can also be dynamic
  • An illumination device which transmits data to a mobile terminal is known, for example, from WO 2015/148696 A1. This discloses techniques for position-based actions using light-based communication.
  • Light source with the LID consists. Is used as a mobile device, for example, a mobile phone (smartphone) and this after the position query back in the bag
  • the invention is based on a method for analyzing an environment of a mobile terminal by transmission
  • Identification data by means of light-based communication by the illumination device, and determining
  • Lighting device based on stored, with a respective mounting position of the at least one
  • Lighting device correlated spatial coordinates of the Beieuchtungs pain.
  • the invention is based on the finding that, for example, various wireless, radio-based systems such as WLAN or Bluetooth can be used to determine the position in buildings and thus for indoor navigation.
  • the position of the transmitter WLAN access point WAC or iBeacon
  • WAC wireless access point
  • iBeacon iBeacon
  • Signal field strength of the received signal (received signal strength RSSI)
  • RSSI Received signal strength
  • Positioning will be at least three different
  • Transmission sources needed (trilateration).
  • a unique reference measurement of an environment is performed.
  • a so-called “fingerprint” is created, which means that different signal sources in the environment are detected and their signal field strength is determined, resulting in a map that reflects these different signal field lines from different sources in a location-specific manner.
  • Determining the position of the receiver for example in the form of a mobile terminal (smartphone).
  • the mobile terminal can thus be determined very accurately where the mobile terminal is located. This way a can
  • Lighting device is off, can
  • Detection unit especially in the form of a camera, off. In such a case, therefore, only the other signal sources of the environment and the stored fingerprint card for determining the respective location
  • the invention is based on the further realization that the signals of the signal sources in the environment can change over time, for example, change their characteristics over their lifetime, dismantled or reinstalled.
  • a reorganization of the spatial conditions can also be a major influence on the signals. How to change introduced into a room
  • the method is therefore further developed by providing a respective sensor signal by at least one environmental signal sensor, obtaining environmental data from the respective sensor signal, and storing the environmental data as a function of the location coordinates of the mobile
  • the creation of a fingerprint card is not a one-time operation, but is a continuous process, that is, the database is constantly updated with the most up-to-date information from the environment of a known location.
  • the database is constantly updated with the most up-to-date information from the environment of a known location.
  • the respective sensor signal is uniquely identifiable
  • the senor signal identifier for example, via a transmitted with the sensor signal identifier or by a characteristic frequency spectrum.
  • the method comprises, in a further step without availability of the identification data that can be detected via the optical detection unit, determining the location coordinates of the mobile terminal in
  • Environmental signal sensor obtained environmental data.
  • Detection unit and / or disabled Lighting device and / or lack of visual contact with the lighting device a position determination possible.
  • the location coordinates which belong to the environment data determined in this way, can then be displayed on the mobile terminal, it being possible to provide additionally an indication of the deviation from the actual position, in particular an indication of the estimated extent of the deviation,
  • Signal field strength is detected. In this way, on the basis of one or, for a higher reliability, a plurality of performed operations of determining
  • Environment data also such environment data are updated in the memory at the associated location coordinates not immediately an update measurement was made.
  • the method comprises detecting a periodically variable physical environment parameter for providing the sensor signal, wherein the environmental data values relating to at least one frequency and / or an amplitude of the
  • Sensor signal included may be electrical and / or magnetic fields, changes in the
  • Signals can thus also be included alternating signals as unique information.
  • the signal fluctuates around a determinable value, the
  • the alternating signals form special patterns that can help with determining the position.
  • the environmental data are stored as a function of the respective time of day.
  • a recording of the environmental information and the associated evaluation that is to say the acquisition of the environmental data, can thus also include time-dependent fluctuations of the information.
  • it can be detected which signal source is active at which location and at what time and optionally with which signal intensity.
  • the more measurements performed over a day the better the result in the resulting fingerprint card.
  • this dependency can be minimized. This advantageously creates the fingerprint card as a function of the time of day. This can be done in
  • signal sources are considered in the creation of the fingerprint card whose
  • Operating behavior is coupled to a predetermined daily rhythm.
  • the environmental data may be provided that the environmental data depending on a particular
  • Fingerprint card can be used. Alternatively, the
  • the method comprises the steps of checking the environmental data for the presence of a previously known ambient signal signature and displaying one of the ambient signal signature
  • the environment data may be updated when an environment has changed significantly.
  • a new measurement can be triggered, the old reference is not valid until further notice, it can thus be a self-learning
  • Procedures are implemented. Thus, information can be generated as to how many or a few persons have stayed in one place, whether machines or electrical Devices were in use and even what kind of
  • a forklift generates a different environmental signal than, for example, one
  • a user of the mobile terminal for example, an indication of a
  • the mobile terminal has a data connection with a data storage unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, or a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit, in particular a central processing unit,
  • Data storage unit is coupled in the form of a server in a network, which is set up to manage the fingerprint card, the attributes can be transmitted to the correspondingly detected values to the data storage unit. In this way, the determined data can be provided to other mobile terminals or their users.
  • a corresponding update of the fingerprint card in response to a presence of a previously known ambient signal signature can be
  • the method comprises the steps of comparing environment data, in particular radio data-based environment data, with a predeterminable reference, and outputting a warning signal, if one with an intensity of the environment data
  • the automatic Generated fingerprint cards can also be used to detect and report defects or failures in the environment.
  • the signal sources used are often mainly for the mobile communication of data and are used only secondarily as a position information source. However, there are also signal sources which are used exclusively as position information sources, so-called (radio) beacons (example iBeacons). If a transmission source is continuously weaker, for example due to a discharged battery, or fails completely, then this information can be forwarded promptly with the exact location to a maintenance service.
  • the method comprises logging results of determining the location coordinates of the mobile terminal for a
  • the method comprises uniquely identifying the mobile
  • Identity of the mobile terminal with which the Environment data were determined is particularly advantageous when the mobile terminal in a data connection to a central storage unit, such as a
  • Network server is available on which also more mobile
  • Receiving properties of the respective mobile terminal are taken into account and / or that depending on the equipment of the terminal used no corresponding
  • Ambient signal sensor for the respective environmental parameters such as a magnetic field sensor, is present.
  • the system becomes independent through use steadily
  • This method can also be integrated automatically with this method, which would be associated with a manual acquisition with a very high expenditure of time. This concerns in particular also the problem of the
  • the invention is further based on a system for analyzing an environment of a mobile terminal, comprising the mobile terminal and at least one illumination device which is designed for clear identification data assigned to the illumination device by means of light-based
  • the mobile terminal is designed to place coordinates of the mobile terminal in Dependence on the identification data, acquired via an optical detection unit of the mobile terminal, with respect to the illumination device on the basis of
  • Data storage unit stored to determine correlated with a respective installation position of the at least one illumination device location coordinates of the illumination device. According to the invention, the system is characterized
  • the mobile terminal comprises at least one environmental signal sensor for providing a respective sensor signal, wherein the mobile terminal to
  • the system is designed to obtain environmental data from the respective sensor signal, and wherein the system is adapted to store the environment data in dependence on the location coordinates of the mobile terminal and thereby update existing environmental data.
  • the illumination device is designed as an LED light, which in particular comprises an LED illuminant (LED module) and an electronic operating device (ballast) for operating the LED illuminant.
  • LED module an LED illuminant
  • ballast an electronic operating device for operating the LED illuminant.
  • Terminal may preferably be a smartphone, tablet PC, a laptop or a mobile camera-assisted detection unit, in particular for use in mobile robots.
  • the system comprises a central server unit, which comprises the data storage unit and is designed for a bidirectional communication connection with the mobile terminal.
  • the central server unit is not necessarily bound to a physical network component, it can of course be a virtual machine, which is implemented for example in a so-called cloud.
  • the data storage unit is designed as an internal storage unit on the mobile terminal.
  • the obtained environmental data can be stored directly on the mobile terminal.
  • the environment data are also stored on the data storage unit, that is, on the mobile device itself.
  • the data storage unit on the mobile terminal can, of course, from
  • Memory of the mobile terminal and from a plug-in card, such as a micro-SD card.
  • Data storage unit of the mobile terminal can be used. Particularly advantageous may be a local storage on the mobile terminal and a server-based storage
  • the determination of the location coordinates of the mobile terminal can, depending on the specific embodiment of the
  • Data storage unit either as central
  • Terminal already done on the server unit itself or on the mobile device. It is also conceivable here to provide position-determining raw data by a server unit to the mobile terminal, wherein corresponding calculations are carried out on the mobile terminal, which finally result in the determination of the location coordinates of the mobile terminal.
  • the advantage of a solution according to the invention is that, even if no visual connection to a light-based navigation system is available, it is always possible to resort to the latest fingerprint maps and thus the best possible non-light-based position determination
  • Positioning systems transmitted This is always based on the most accurate location system, based on a reference measurement. Other systems, which do not use this exact location system, can thus fall back on the generated reference cards (fingerprint card).
  • Show it: 1 is a simplified schematic representation of a first arrangement of a mobile terminal within the range of action of multiple signal sources,
  • Radio transmitters in which the signal strength of the electric or magnetic field is reciprocal with the distance to the signal have proven to be particularly suitable
  • FIG. 1 An arrangement shown in FIG. 1 comprises a mobile terminal 15, and a first signal source 11, a second signal source 12, a third signal source 13 and a fourth signal source 14.
  • the four signal sources 11, 12, 13, 14 are at the corners of a Rectangle, which is covered with a rectangular coordinate grid.
  • X coordinates are entered with the values XI, X2, X3, X4 to Xn, in
  • Signal source 11 is assigned. In the same way, a corresponding set of second lines results in the same
  • Signal strength curve which is correlated with the second signal source 12, namely RSSI_12_1, RSSI_12_2, RSSI_12_3,
  • a third set of lines with the same signal strength curve results, which is assigned to the third signal source 13, which comprises the lines RSSI_13_1, RSSI_13_2, RSSI_13_3, RSSI_13_4.
  • RSSI_14_1, RSSI_14_2, RSSI_14_3, RSSI_14_4 the assignment to the fourth signal source 14.
  • a mobile terminal 15 is arranged at the coordinates X4 / Y5.
  • the lines are the same
  • Terminal 15 the signal of the first signal source 11 with a signal strength receivable, which in the field of
  • Signal strength independent of the respective signal source 11, 12, 13, 14 each have a same range of the associated Signal field strength, in other words, for example, the second signal source 12 on the second line RSSI_12_2 receive as strong as the fourth signal source 14 on the line RSSI_14_2.
  • Fig. 2 shows the same arrangement of the mobile terminal 15 within the four signal sources 11, 12, 13, 14, wherein in contrast to the illustration in Fig. 1 now a first object 21 and a second object 22 are introduced into the room with corresponding Effects on the propagation of the signals from the respective signal sources 11, 12, 13,
  • the signal radiated by the first signal source 11 is impeded on the way to the mobile terminal 15 neither by the first object 21 nor by the second object 22, so that here furthermore, as already previously shown in the illustration of FIG. 1, that the first signal source 11 is received with a signal strength in the region of the line RSSI_11_5.
  • the reception of the signal radiated from the third signal source 13 at the position X4 / Y5 is in the range of the line
  • the first object 21 is directly between the second signal source 12 and the mobile terminal 15 and thus prevents undisturbed propagation of the signal emitted by the second signal source 12.
  • the first object 21 is directly between the second signal source 12 and the mobile terminal 15 and thus prevents undisturbed propagation of the signal emitted by the second signal source 12.
  • the second signal source 12 For simplicity, therefore, only three lines RSSI_12_1, RSSI_12_2,
  • Item 21 in this case the signal 15 at the coordinates X4 / Y5 completely shielded (No_RSSI_12).
  • the second object 22 stands directly between the fourth signal source 14 and the mobile terminal 15. Although the second object 22 is smaller than the first object 21, it is at a significantly smaller distance from the fourth signal source 14 than the first object 21 to the second signal source 12, and thus prevents more pronounced undisturbed
  • Fig. 3 shows a preferred embodiment of a
  • the system 30 includes a light 31, a smartphone 32 and a central server unit 34.
  • the lamp 31 emits a light ID LID, which can be received by a camera 35 of the smartphone 32.
  • a data connection 33 Between the smartphone 32 and the central server unit 34 there is a data connection 33.
  • the smartphone 32 comprises a radio reception module 36, which is designed to
  • Signal source 12 the third signal source 13 and the fourth signal source 14 to receive in the
  • the smartphone 32 as shown in FIG. 3
  • the radio receiving module 36 is configured to each of the received radio signals one
  • the light ID LID can be transmitted to the central server unit 34, likewise the respective signal strengths RSSI_11, RSSI_12, RSSI_13,
  • RSSI_14 are transmitted to the central server unit 34. In return, one of each determined
  • Position information for example in the form of X-coordinates and Y-coordinates, are transmitted back to the smartphone 32.
  • the smartphone 32 may be a remote one
  • Memory unit 32s in the form of an internal, permanently installed memory module or an external, pluggable
  • Memory modules for example in the form of an SD card, in particular in the form of a micro SD card, be equipped, which instead of the central server unit 34 for the
  • Positioning provides required data. This can be realized, for example, by providing the required data in advance from the central server unit 34 have been downloaded and are now available offline, even without an existing data connection 33.
  • Fig. 4 shows a preferred embodiment of a
  • the execution of the individual method steps is in this case divided into a software SW32, which runs on the smartphone 32, and to a software SW34, which is executed on the central server unit 34.
  • the execution begins at a start SO.
  • Sl takes place from the
  • the central server unit 34 determines therefrom the position of the smartphone 32, which is representative of any mobile terminal, and transmits the associated X-coordinate X and Y-coordinate Y to the
  • Smartphone 32 which receives them in a third step S3 and further processed.
  • step S4 the determination of environmental data.
  • step S5 the determined environmental data in the form of
  • step S6 all available information from the environment is detected (such as the signal field strength of present transmitters in the environment such as mobile networks, WiFi, Bluetooth, ultra-wide band, Magnetic field, geomagnetic field or
  • the continuous recording of the ambient signals creates a constantly updated fingerprint card with up-to-date time, location and signal information.
  • the above-mentioned disadvantage of a merely one-time measurement for creating the fingerprint card is compensated for, that changes in the environment change the signals.
  • the accuracy and reliability of spatial resolution for devices that do not use light-based location improve significantly.
  • Reference source for highly accurate location in buildings can be generated.
  • RSSI_ 12 >> RSSI_ 12
  • RSSI 14 3
  • RSSI 14 Start SO first step Sl second step S2 third step S3 fourth step S4 fifth step S5 sixth step S6

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse einer Umgebung eines mobilen Endgeräts (32) durch Aussendung eindeutiger, einer Beleuchtungseinrichtung zugeordneter Identifikationsdaten (LID) mittels lichtbasierter Kommunikation durch die Beleuchtungseinrichtung (31), und Bestimmen von Ortskoordinaten des mobilen Endgeräts in Abhängigkeit von den über eine optische Erfassungseinheit (35) des mobilen Endgeräts erfassten Identifikationsdaten bezüglich der Beleuchtungseinrichtung auf der Basis von gespeicherten, mit einer jeweiligen Einbauposition der zumindest einen Beleuchtungseinrichtung korrelierten Ortskoordinaten der Beleuchtungseinrichtung. Das Verfahren umfasst weiterhin Bereitstellen eines jeweiligen Sensorsignals durch zumindest einen Umgebungssignalsensor (36), Gewinnen von Umgebungsdaten aus dem jeweiligen Sensorsignal, und Speichern der Umgebungsdaten in Abhängigkeit von den Ortskoordinaten des mobilen Endgeräts, wodurch bereits vorhandene Umgebungsdaten aktualisiert werden. Die Erfindung betrifft weiterhin ein System (30) zur Ausführung eines derartigen Verfahrens.

Description

Beschreibung
VERFAHREN UND SYSTEM ZUR ANALYSE EINER UMGEBUNG EINES MOBILEN
ENDGERÄTS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse einer
Umgebung eines mobilen Endgeräts gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Überdies betrifft die Erfindung ein System zur Analyse einer Umgebung eines mobilen Endgeräts gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
Lichtbasierte Indoor-Navigation beruht auf der Aussendung einer eindeutigen Licht-ID (LID) , die mithilfe eines mobilen Endgeräts empfangen und detektiert werden kann. Die LID wird hierzu in den Lichtstrom - unsichtbar für das menschliche
Auge - aufmoduliert . Um das Signal mit einem mobilen Endgerät zu detektieren, muss eine Sichtverbindung (line-of-sight) zwischen dem Detektor und der modulierten Lichtquelle
bestehen. Die LID wird bei dem Empfänger wieder aus dem Licht herausgefiltert und demoduliert. Die LID selbst kann direkt eine Positionsinformation beinhalten, oder aber indirekt über eine Lookup-Tabelle ermittelt werden. Hierzu findet in der Lookup-Tabelle eine Zuordnung von LID und
Positionsinformationen statt. Neben der Positionsinformation können beliebige weitere Meta-Daten mit der LID verknüpft werden. Diese Lookup-Tabelle kann als integrierter Teil in einer Anwendung hinterlegt sein, welche auf dem mobilen
Endgerät abläuft, oder aber auf einem externen Server
hinterlegt sein, auf welchen das mobile Endgerät zugreift. Umgekehrt kann die Lookup-Tabelle auch dynamische
Informationen aufnehmen, beispielsweise welches mobile
Endgerät welche Positionsinformation abgefragt hat. Somit lässt sich ein dynamisches Bewegungsprofil aufzeichnen
(Tracking) und mit einem Zeitstempel abspeichern (Tracing) . Diese Bewegungsinformationen bilden die Grundlage für
verschiedenste ortsbezogene Dienste und Analysen. Eine Beleuchtungseinrichtung, welche Daten an ein mobiles Endgerät überträgt, ist beispielsweise aus der WO 2015/148696 AI bekannt. Diese offenbart Techniken für positionsbasierte Aktionen mithilfe von lichtbasierter Kommunikation.
Das System funktioniert allerdings nur, wenn eine
Sichtverbindung zwischen dem mobilen Endgerät und der
Lichtquelle mit der LID besteht. Wird als mobiles Endgerät beispielsweise ein Mobiltelefon (Smartphone) benutzt und dieses nach der Positionsabfrage wieder in die Tasche
gesteckt, erhält man zwar eine Positionsinformation, die im System abgespeichert werden kann, allerdings kann im weiteren Verlauf nicht mehr ermittelt werden, wie die Person oder das mobile Endgerät seine Position im Raum weiter verändert hat.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren und ein System bereitzustellen, welches eine detailliertere Analyse einer Umgebung eines mobilen Endgeräts erlaubt .
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9. Vorteilhafte
Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Analyse einer Umgebung eines mobilen Endgeräts durch Aussendung
eindeutiger, einer Beleuchtungseinrichtung zugeordneter
Identifikationsdaten mittels lichtbasierter Kommunikation durch die Beleuchtungseinrichtung, und Bestimmen von
Ortskoordinaten des mobilen Endgeräts in Abhängigkeit von den über eine optische Erfassungseinheit des mobilen Endgeräts erfassten Identifikationsdaten bezüglich der
Beleuchtungseinrichtung auf der Basis von gespeicherten, mit einer jeweiligen Einbauposition der zumindest einen
Beleuchtungseinrichtung korrelierten Ortskoordinaten der Beieuchtungseinrichtung . Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beispielsweise verschiedene drahtlose, funkbasierte Systeme wie WLAN oder Bluetooth zur Positionsbestimmung in Gebäuden und damit für eine Indoor-Navigation verwendet werden können. Hierbei ist zum einen die Position des Senders (WLAN Access Point WAC oder iBeacon) bekannt, und anhand der
Signalfeldstärke des empfangenen Signals (received signal strength RSSI) lässt sich der Abstand zwischen Sender und mobilem Empfänger abschätzen. Für eine eindeutige
Positionsbestimmung werden mindestens drei verschiedene
Sendequellen benötigt (Trilateration) . Um das System weiter zu verbessern, wird eine einmalige Referenzmessung einer Umgebung durchgeführt. Es wird ein sogenannter „Fingerprint" erstellt, das heißt es werden verschiedene Signalquellen in der Umgebung erfasst und deren Signal-Feldstärke ermittelt. Hierdurch ergibt sich eine Karte, die diese verschiedenen Signal-Feldlinien aus unterschiedlichen Quellen ortsgenau widerspiegelt .
Anhand einer solchen Signal-Referenz-Karte können nun
schneller ohne aufwendige Trilaterationsberechnungen
Ortskoordinaten abgeleitet werden, um eine
Positionsbestimmung des Empfängers, beispielsweise in Form eines mobilen Endgeräts (Smartphone) zu ermöglichen.
Gleichzeitig erhöht sich die Abbildungsgenauigkeit, je mehr unterschiedliche statische Signalquellen mit einbezogen werden. Für eine qualitativ hochwertige Erfassung der
Umgebung in einer derartigen Fingerprint-Karte ist es
unverzichtbar, ein genaues Ortsbestimmungssystem bei der Messung zu verwenden, um die gemessenen Signale und
Informationen möglichst genau einem Ort zuordnen zu können. Die Erfinder haben erkannt, dass mittels lichtbasierter
Kommunikation eine sehr genaue Positionsreferenz
bereitstellbar ist. Mittels einer optischen
Erfassungseinheit, beispielsweise einer Kamera, des mobilen Endgeräts kann somit sehr genau ermittelt werden, wo sich das mobile Endgerät befindet. Auf diese Weise kann eine
hochgenaue Ortsreferenz zur Verfügung gestellt werden.
Die lichtbasierte Kommunikation kann jedoch nicht als jederzeit verfügbar vorausgesetzt werden. Wenn die
Beleuchtungseinrichtung ausgeschaltet ist, kann
beispielsweise keine lichtbasierte Kommunikation zur
Verfügung gestellt werden. Überdies ist die
Positionsbestimmung mittels lichtbasierter Kommunikation auf einen Sichtkontakt des mobilen Endgeräts mit der
Beleuchtungseinrichtung angewiesen. Überdies kann auch die Notwendigkeit bestehen, aus Stromspargründen oder aus
Datenschutzgründen (data privacy) die optische
Erfassungseinheit, insbesondere in Form einer Kamera, abzuschalten. In einem solchen Fall kann daher lediglich auf die übrigen Signalquellen der Umgebung und die gespeicherte Fingerprint-Karte zur Ermittlung des jeweiligen Orts
zurückgegriffen werden. Der Erfindung liegt die weitere Erkenntnis zugrunde, dass sich die Signale der Signalquellen in der Umgebung über die Zeit verändern können, beispielsweise ihre Charakteristik über ihre Lebensdauer verändern, abgebaut oder neuinstalliert werden. Insbesondere kann auch über eine Umgestaltung der räumlichen Gegebenheiten ein großer Einfluss auf die Signale gegeben sein. So verändern in einen Raum eingebrachte
Gegenstände - insbesondere aus Metall - die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen. Erfindungsgemäß wird das Verfahren daher weitergebildet durch Bereitstellen eines jeweiligen Sensorsignals durch zumindest einen Umgebungssignalsensor, Gewinnen von Umgebungsdaten aus dem jeweiligen Sensorsignal, und Speichern der Umgebungsdaten in Abhängigkeit von den Ortskoordinaten des mobilen
Endgeräts, wodurch bereits vorhandene Umgebungsdaten
aktualisiert werden. Unter bereits vorhandenen Umgebungsdaten sind hierbei solche Speicherdaten zu verstehen, welche mit den Ortskoordinaten korreliert sind, und zumindest für einen zurückliegenden Zeitraum gültige Umgebungsdaten bildeten. Keinesfalls handelt es sich hierbei um Daten, die lediglich aufgrund einer Vorbelegung und/oder Initialisierung einer entsprechenden Speichereinrichtung mit Grundeinstellungen beispielsweise in Form von vorgebbaren Bitmustern ( 0 Ohex/FFhex) oder basierend auf Zufallswerten vorhanden sind.
Gemäß der Erfindung stellt die Erstellung einer Fingerprint- Karte somit keinen einmaligen Vorgang dar, sondern ist ein kontinuierlicher Vorgang, das heißt die Datenbasis wird stetig mit den aktuellsten Informationen aus der Umgebung eines bekannten Ortes aktualisiert. Insbesondere kann
vorgesehen sein, dass bei jedem Bestimmen von Ortskoordinaten des mobilen Endgeräts mittels lichtbasierter Kommunikation jeweils neu gewonnene Umgebungsdaten gespeichert und damit die vorhandenen Umgebungsdaten aktualisiert werden. Durch die Verwendung der lichtbasierten Kommunikation zur
Positionsbestimmung bereits bei der Vermessung und Erstellung einer Fingerprint-Karte wird ein kostengünstiges und
hinreichend genaues System zur Verfügung gestellt, welches eine Ortsinformation bis auf kleiner 10 Zentimeter in allen drei Raumrichtungen zur Verfügung stellt. Bevorzugt ist das jeweilige Sensorsignal eindeutig identifizierbar,
beispielsweise über eine mit dem Sensorsignal übertragene Kennung oder durch ein charakteristisches Frequenzspektrum.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Verfahren in einem weiteren Schritt ohne Verfügbarkeit von den über die optische Erfassungseinheit erfassbaren Identifikationsdaten Bestimmen der Ortskoordinaten des mobilen Endgeräts in
Abhängigkeit von den über den zumindest einen
Umgebungssignalsensor gewonnenen Umgebungsdaten. Somit ist nach einer zumindest einmaligen Ausführung einer Bestimmung von Ortskoordinaten des mobilen Endgeräts mittels
lichtbasierte Kommunikation und dem Abspeichern der
gewonnenen Umgebungsdaten in Abhängigkeit von diesen
Ortskoordinaten auch bei einer abgeschalteten optischen
Erfassungseinheit und/oder abgeschalteten Beleuchtungseinrichtung und/oder fehlendem Sichtkontakt zu der Beleuchtungseinrichtung eine Positionsermittlung möglich.
Für den Fall, dass die Ortskoordinaten, welche dem momentanen Aufenthaltsort des mobilen Endgeräts entsprechen, im
Zusammenhang mit den zugehörigen Umgebungsdaten noch nicht gespeichert wurden, mit anderen Worten keine genaue
Korrelation von Ortskoordinaten mit den gewonnenen
Umgebungsdaten besteht, kann vorgesehen sein, dass zu den aktuell gewonnenen Umgebungsdaten am besten entsprechende gespeicherte Umgebungsdaten mittels eines vorgebbaren
Kriteriums, beispielsweise mittels der Methode der kleinsten Quadrate, ermittelt werden. Die Ortskoordinaten, welche zu den auf diese Weise ermittelten Umgebungsdaten gehören, können dann auf dem mobilen Endgerät angezeigt werden, wobei vorgesehen sein kann, dass zusätzlich ein Hinweis auf die Abweichung von der tatsächlichen Position, insbesondere ein Hinweise auf das abgeschätzte Ausmaß der Abweichung,
angezeigt wird. Durch die wiederholte Aktualisierung der gespeicherten Umgebungsdaten ergibt sich somit im Laufe der Zeit eine zunehmend detailreichere Abbildung der
Signalcharakteristik der Umgebung. Überdies kann vorgesehen sein, dass die gespeicherten Umgebungsdaten, welche zu einer bestimmten Signalquelle korrelierte Werte aufweisen,
koordiniert angepasst werden, wenn eine Änderung der
Signalquelle, beispielsweise ein Absinken der
Signalfeldstärke, detektiert wird. Auf diese Weise können auf der Basis von einem oder - für eine höhere Zuverlässigkeit - mehreren ausgeführten Vorgängen des Bestimmens von
Ortskoordinaten in Abhängigkeit der lichtbasierten
Kommunikation und dem Speichern der zugehörigen
Umgebungsdaten auch solche Umgebungsdaten in dem Speicher aktualisiert werden, an deren zugeordneten Ortskoordinaten nicht unmittelbar eine Aktualisierungsmessung vorgenommen wurde.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren Erfassen eines periodisch veränderlichen physikalischen Umgebungsparameters zur Bereitstellung des Sensorsignals, wobei die Umgebungsdaten Werte betreffend zumindest eine Frequenz und/oder eine Amplitude des
Sensorsignals enthalten. Hierbei kann es sich um elektrische und/oder magnetische Felder, Änderungen in der
Lichtintensität oder Schall handeln. Neben statischen
Signalen können somit auch Wechselsignale als eindeutige Informationen mit einbezogen werden. Bei Wechselsignalen schwankt das Signal um einen bestimmbaren Wert, den
Mittelwert, mit einer bestimmbaren Amplitude und einer bestimmbaren Frequenz. Die Wechselsignale bilden spezielle Muster, die bei einer Positionsbestimmung helfen können.
Diese Muster können auch nur temporär auftreten und in
Wechselwirkung mit anderen Signalen aus der Umgebung treten beziehungsweise diese beeinflussen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des
Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Umgebungsdaten in Abhängigkeit von der jeweiligen Tageszeit gespeichert werden. Eine Aufzeichnung der Umgebungsinformation und die zugehörige Auswertung, das heißt das Gewinnen der Umgebungsdaten, kann somit auch tageszeitabhängige Schwankungen der Informationen beinhalten. Somit kann erfasst werden, welche Signalquelle an welchem Ort und zu welcher Zeit und gegebenenfalls mit welcher Signalintensität aktiv ist. Je mehr Messungen über einen Tag verteilt durchgeführt werden, umso besser ist das Resultat in der daraus erzeugten Fingerprint-Karte . Umgekehrt kann unter Berücksichtigung der Tageszeit bei der Erstellung der Fingerprint-Karte diese Abhängigkeit minimiert werden. Damit wird in vorteilhafter Weise die Fingerprint-Karte als Funktion der Tageszeit erstellt. Dadurch können in
vorteilhafter Weise Signalquellen bei der Erstellung der Fingerprint-Karte berücksichtigt werden, deren
Betriebsverhalten an einen vorbestimmten Tagesrhythmus gekoppelt ist.
Alternativ oder zusätzlich zur Speicherung der Umgebungsdaten in Abhängigkeit von der Tageszeit kann vorgesehen sein, dass die Umgebungsdaten in Abhängigkeit von einem bestimmten
Umgebungsereignis gespeichert werden. Hier kann
beispielsweise durch eine Auswertung des zumindest einen Umgebungssignalsensors erkannt werden, wenn eine U-Bahn in eine Haltestelle einfährt, und eine entsprechende
Fingerprint-Karte verwendet werden. Alternativ kann die
Gültigkeit eines Sensorsignals ausgeblendet werden,
beispielsweise wenn sich infolge eines einfahrenden Zugs in einem Bahnhof für die Dauer der Einfahrt das erfasste
Sensorsignal so stark verändert, dass hier keine verlässliche Aussage getroffen werden kann. In diesem Fall kann ein
Hinweis auf dem mobilen Endgerät vorgesehen sein, dass zur Zeit nur ein Signal basierend auf der störunempfindlichen lichtbasierten Kommunikation zur Verfügung steht - das beispielsweise auf dem Empfang eines Funksignals basierte Sensorsignal wird ignoriert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte Prüfen der Umgebungsdaten auf das Vorhandensein einer vorbekannten Umgebungssignalsignatur und Anzeigen einer der Umgebungssignalsignatur zugeordneten
Einrichtung für einen Benutzer des mobilen Endgeräts. Bei der Auswertung von Umgebungsinformationen kann eine
Mustererkennung ausgeführt werden. Über die Änderung der Signalinformationen können auch umgekehrt Ableitungen über die Umgebung selbst getroffen werden. Sind beispielsweise viele Besucher oder Kunden an einem Ort, so verändern sich die Signalisierungsinformationen signifikant. Dabei sind nicht notwendigerweise weitere Signalquellen in dem
Empfangsbereich angebracht, sondern die zusätzlichen Objekte verändern die Fingerprint-Karte. Darauf basierend können die Umgebungsdaten aktualisiert werden, wenn sich eine Umgebung signifikant verändert hat. Hierbei kann eine neue Messung angestoßen werden, die alte Referenz ist bis auf Weiteres nicht mehr gültig, es kann somit ein selbstlernendes
Verfahren implementiert werden. Somit können Informationen generiert werden, wann sich wie viele oder wenige Personen an einem Ort aufgehalten haben, ob Maschinen oder elektrische Geräte im Einsatz waren und sogar, um welche Art von
Maschinen es sich handelt. So erzeugt ein Gabelstapler ein anderes Umgebungssignal als beispielsweise eine
Kaffeemaschine. Sind diese Signal-Muster bekannt, so lassen sich Rückschlüsse auf die Umgebung ableiten und auch an andere Orte übertragen. So können in Abhängigkeit von der vorhandenen Infrastruktur ganz spezielle Muster auftreten, beispielsweise hat ein Kühlschrank eine signifikante
Abstrahlcharakteristik. Wenn genau ein solches Muster erkannt wird, wird sich mit großer Wahrscheinlichkeit ein weiteres solches Gerät an der jeweiligen Stelle befinden. Somit kann ein entsprechendes Attribut in die Fingerprint-Karte
eingetragen werden, mittels dem auf entsprechende Objekte rückgeschlossen werden kann. Dadurch kann einem Benutzer des mobilen Endgeräts beispielsweise ein Hinweis auf eine
Kühlmöglichkeit angezeigt werden.
Wenn das mobile Endgerät über eine Datenverbindung mit einer Datenspeichereinheit, insbesondere einer zentralen
Datenspeichereinheit in Form eines Servers in einem Netzwerk, welcher zur Verwaltung der Fingerprint-Karte eingerichtet ist, gekoppelt ist, können die Attribute zu den entsprechend detektierten Werten an die Datenspeichereinheit übermittelt werden. Auf diese Weise können die ermittelten Daten an weitere mobile Endgeräte beziehungsweise deren Benutzer bereitgestellt werden. Eine entsprechende Aktualisierung der Fingerprint-Karte in Abhängigkeit von einem Vorhandensein einer vorbekannten Umgebungssignalsignatur kann
selbstverständlich auch autark auf einem mobilen Endgerät implementiert sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Verfahren die Schritte auf Vergleichen von Umgebungsdaten, insbesondere auf Funksignale beruhende Umgebungsdaten, mit einer vorgebbaren Referenz, und Ausgeben eines Warnsignals, wenn ein mit einer Intensität des den Umgebungsdaten
zugrundeliegenden Sensorsignals korrelierter Wert einen vorgebbaren Referenzwert unterschreitet. Die automatisch generierten Fingerprint-Karten können auch dazu verwendet werden, Defekte oder Ausfälle in der Umgebung zu detektieren und zurückzumelden. Die verwendeten Signalquellen dienen oftmals hauptsächlich der Mobilkommunikation von Daten und werden nur in zweiter Linie als Positions-Informationsquelle benutzt. Es gibt aber auch Signalquellen, die ausschließlich als Positionsinformationsquellen benutzt werden, sogenannte (Funk-) Baken (Beispiel iBeacons) . Wird eine Sendequelle kontinuierlich schwächer, beispielsweise infolge entladener Batterie, oder fällt ganz aus, so kann diese Information zeitnah mit der genauen Ortsangabe an einen Wartungsdienst weiterübermittelt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren Protokollieren von Resultaten des Bestimmens der Ortskoordinaten des mobilen Endgeräts für eine
statistische Auswertung. Dadurch kann beispielsweise eine Abdeckung einer Mobilfunk-Infrastruktur ermittelt und für eine Qualitätsverbesserung genutzt werden. Bei der
automatischen Erstellung der Fingerprint-Karten können zwei Informationen ausgewertet werden. Ersten wird die vorhandene Abdeckung existierender Signal-Informations-Quellen
ermittelt. Zweitens wird die tatsächliche Ab- und Nachfrage von Positions-Informationen, mit welcher
Genauigkeitsanforderung und mit welcher Häufigkeit
protokolliert. Hierdurch kann eine optimale Bedarfsanpassung der vor Ort bereitgestellten Infrastruktur basierend auf den lokalen Abfragen erfolgen. Insbesondere kann hierbei
vorgesehen sein, dass die Art der Abfrage, die Häufigkeit der Abfrage und die zugehörige Genauigkeitsanforderung
protokolliert und ausgewertet werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren eindeutiges Identifizieren des mobilen
Endgeräts, wobei das Speichern der Umgebungsdaten in
Abhängigkeit von der Identität des mobilen Endgeräts erfolgt. Die Zuordnung der ermittelten Umgebungsdaten zu einer
Identität des mobilen Endgeräts, mit welchem die Umgebungsdaten ermittelt wurden, ist besonders vorteilhaft, wenn das mobile Endgerät in einer Datenverbindung mit einer zentralen Speichereinheit, beispielsweise einem
Netzwerkserver, steht, auf welchen auch weitere mobile
Endgeräte Zugriff haben. Dadurch können individuelle
Empfangseigenschaften des jeweiligen mobilen Endgeräts berücksichtigt werden und/oder dass je nach Ausstattung des verwendeten Endgeräts kein entsprechender
Umgebungssignalsensor für den jeweiligen Umgebungsparameter, beispielsweise ein Magnetfeldsensor, vorhanden ist. Somit wird das System selbständig durch die Nutzung stetig
aktualisiert und verbessert. Auch neue Informationsquellen, für welche heute noch keine Nutzung vorgesehen ist, oder wofür noch keine Sensoren in dem mobilen Endgerät
(Smartphone) vorhanden sind, können später mit einbezogen werden. Hierzu ist lediglich eine Software (App) auf dem mobilen Endgerät zu aktualisieren.
Weiterhin kann die Einbindung der Orientierung des mobilen Endgeräts bei der Aufzeichnung der Fingerprint-Karte
vorgesehen sein, was eine weitere Verbesserung der Datenbasis darstellt. Diese kann bei dieser Methode auch automatisch mit eingebunden werden, was bei einer manuellen Erfassung mit einem sehr hohen zeitlichen Aufwand verbunden wäre. Dies betrifft insbesondere auch die Problematik der
Körperabschirmung. Bluetooth und Zigbee arbeiten
beispielsweise in einem Frequenzbereich, in dem Wasser eine starke Dämpfungswirkung aufweist; der eigene Körper der
Person, welche das mobile Endgerät trägt, schirmt somit das Signal ab.
Die Erfindung geht weiterhin aus von einem System zur Analyse einer Umgebung eines mobilen Endgeräts, umfassend das mobile Endgerät und zumindest eine Beleuchtungseinrichtung, die ausgelegt ist, eindeutige, der Beleuchtungseinrichtung zugeordnete Identifikationsdaten mittels lichtbasierter
Kommunikation auszusenden. Dabei ist das mobile Endgerät dazu ausgelegt, Ortskoordinaten des mobilen Endgeräts in Abhängigkeit von den über eine optische Erfassungseinheit des mobilen Endgeräts erfassten Identifikationsdaten bezüglich der Beleuchtungseinrichtung auf der Basis von in einer
Datenspeichereinheit gespeicherten, mit einer jeweiligen Einbauposition der zumindest einen Beleuchtungseinrichtung korrelierten Ortskoordinaten der Beleuchtungseinrichtung zu bestimmen. Erfindungsgemäß wird das System dadurch
weitergebildet, dass das mobile Endgerät zumindest einen Umgebungssignalsensor zur Bereitstellung eines jeweiligen Sensorsignals umfasst, wobei das mobile Endgerät dazu
ausgelegt ist, Umgebungsdaten aus dem jeweiligen Sensorsignal zu gewinnen, und wobei das System dazu ausgelegt ist, die Umgebungsdaten in Abhängigkeit von den Ortskoordinaten des mobilen Endgeräts zu speichern und dadurch bereits vorhandene Umgebungsdaten zu aktualisieren.
Bevorzugt ist die Beleuchtungseinrichtung als LED-Leuchte ausgebildet, welche insbesondere ein LED-Leuchtmittel (LED- Modul) und ein elektronisches Betriebsgerät (Vorschaltgerät ) zum Betreiben des LED-Leuchtmittels umfasst. Das mobile
Endgerät kann bevorzugt ein Smartphone, Tablet-PC, ein Laptop oder eine mobile kameraunterstützte Erfassungseinheit, insbesondere für den Einsatz bei mobilen Robotern, sein. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst das System eine zentrale Servereinheit, welche die Datenspeichereinheit umfasst und für eine bidirektionale Kommunikationsverbindung mit dem mobilen Endgerät ausgelegt ist. Dadurch können die gewonnenen Umgebungsdaten zentral gespeichert werden und stehen auch für andere mobile Endgeräte zur Verfügung. Die zentrale Servereinheit ist nicht zwingend an eine physische Netzwerkkomponente gebunden, es kann sich selbstverständlich um eine virtuelle Maschine handeln, die beispielsweise in einer sogenannten Cloud implementiert ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des Systems kann vorgesehen sein, dass die Datenspeichereinheit als interne Speichereinheit auf dem mobilen Endgerät ausgebildet ist. In diesem Fall können die gewonnenen Umgebungsdaten direkt auf dem mobilen Endgerät gespeichert werden. Zweckmäßigerweise werden in diesem Fall die Umgebungsdaten ebenfalls auf die Datenspeichereinheit, das heißt auf dem mobilen Endgerät, selbst gespeichert. Die Datenspeichereinheit auf dem mobilen Endgerät kann hierbei selbstverständlich aus
unterschiedlichen physikalischen Speichereinheiten
zusammengesetzt sein, beispielsweise aus einem internen
Speicher des mobilen Endgeräts sowie aus einer Steckkarte, beispielsweise einer Micro-SD-Karte.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass wahlweise je nach
Verfügbarkeit eine Datenspeichereinheit auf einer
Servereinheit und/oder eine interne/externe
Datenspeichereinheit des mobilen Endgeräts verwendet werden. Besonders vorteilhaft kann eine lokale Speicherung auf dem mobilen Endgerät und eine serverbasierte Speicherung
außerhalb des mobilen Endgeräts vorgesehen sein. Die Bestimmung der Ortskoordinaten des mobilen Endgeräts kann in Abhängigkeit der konkreten Ausgestaltung der
Datenspeichereinheit entweder als zentrale
Datenspeichereinheit auf einer Servereinheit oder als dezentrale Speichereinheit auf dem jeweiligen mobilen
Endgerät bereits auf der Servereinheit selbst oder auf dem mobilen Endgerät erfolgen. Denkbar ist hierbei auch eine Bereitstellung von Positionsbestimmungs-Rohdaten durch eine Servereinheit an das mobile Endgerät, wobei auf dem mobilen Endgerät entsprechende Berechnungen durchgeführt werden, die schließlich in der Bestimmung der Ortskoordinaten des mobilen Endgeräts resultieren.
Der Vorteil einer erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass, auch wenn keine Sichtverbindung zu einem lichtbasierten Navigationssystem zur Verfügung steht, stets auf aktuellste Fingerprint-Karten zurückgegriffen werden kann und somit die bestmögliche nicht-lichtbasierte Positionsbestimmung
ermöglicht wird. Insbesondere wird durch die Methode zur kontinuierlichen Aufzeichnung von Signal- und
Umgebungsinformationen für die Optimierung von
Positionsbestimmungssystemen das System selbständig durch die Nutzung stetig aktualisiert und verbessert. Die beschriebene Methode lässt sich auch auf andere
Positionsbestimmungssysteme übertragen. Hierbei wird stets vom genauesten Ortungssystem ausgegangen, auf dessen Basis eine Referenzmessung erfolgt. Andere Systeme, welche dieses genaue Ortungssystem nicht benutzen, können somit auf die erzeugten Referenz-Karten (Fingerprint-Karte) zurückgreifen.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße System und umgekehrt. Folglich können für Verfahrensmerkmale entsprechende Vorrichtungsmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachstehend in der
Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den
erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter
Berücksichtigung der beigefügten Figuren. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale und
Funktionen .
Es zeigen: Fig. 1 in vereinfachter schematischer Darstellung eine erste Anordnung eines mobilen Endgeräts innerhalb des Einwirkungsbereichs mehrerer Signalquellen,
Fig. 2 in vereinfachter schematischer Darstellung
zweite Anordnung in modifizierter Form,
Fig. 3 in vereinfachter schematischer Darstellung
bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Systems, und
Fig. 4 in vereinfachter schematischer Darstellung
bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Verfahrens .
Die Erstellung einer sogenannten Fingerprint-Karte
(Fingerprint Map) beruht darauf, dass verfügbare
Signalquellen, welche eindeutig identifizierbar sind, hinsichtlich ihrer an einem jeweils bestimmten Ort
vorliegenden Empfangsparameter ausgewertet werden. Als besonders geeignet haben sich hierbei Funksender erwiesen, bei denen die Signalstärke des elektrischen beziehungsweise magnetischen Feldes reziprok mit dem Abstand zu der
Signalquelle beziehungsweise deren Sendeantenne abnimmt.
Eine in der Fig. 1 dargestellte Anordnung umfasst ein mobiles Endgerät 15, sowie eine erste Signalquelle 11, eine zweite Signalquelle 12, eine dritte Signalquelle 13 sowie eine vierte Signalquelle 14. Die vier Signalquellen 11, 12, 13, 14 sind an den Ecken eines Rechtecks angeordnet, das mit einem rechtwinkligen Koordinatengitter überzogen ist. In
waagrechter Richtung von links nach rechts sind X-Koordinaten mit den Werten XI, X2, X3, X4 bis Xn eingetragen, in
senkrechter Richtung von oben nach unten sind Y-Koordinaten mit Werten Yl, Y2, Y3, Y4, Y5 bis Yn eingetragen.
Für jede der vier Signalquellen 11, 12, 13, 14 sind jeweils Linien gleicher Signalstärke („Höhenlinien") eingezeichnet, die Nummerierung beginnt jeweils mit 1 bei der der jeweiligen Signalquelle nächstgelegenen Linie und stellt somit die höchste dargestellte Stufe der Signalstärke dar, welche durch die einzelnen Linien des gleichen Signalstärkeverlaufs repräsentiert werden, mit zunehmender Entfernung von der jeweiligen Signalquelle und damit ansteigender Nummerierung nimmt die entsprechende Signalstärke entsprechend ab.
Somit ergibt sich ein erster Satz von Linien eines
abgestuften Signalstärkenverlaufs RSSI_11_1, RSSI_11_2,
RSSI_11_3, RSSI_11_4, RSSI_11_5, welcher der ersten
Signalquelle 11 zugeordnet ist. In gleicher Weise ergibt sich ein entsprechender Satz von zweiten Linien gleichen
Signalstärkeverlaufs, welcher mit der zweiten Signalquelle 12 korreliert ist, nämlich RSSI_12_1, RSSI_12_2, RSSI_12_3,
RSSI_12_4, RSSI_12_5. Ebenso ergibt sich ein dritter Satz von Linien gleichen Signalstärkeverlaufs, welche der dritten Signalquelle 13 zugeordnet ist, welcher die Linien RSSI_13_1, RSSI_13_2, RSSI_13_3, RSSI_13_4 umfasst. Entsprechend gilt für einen vierten Satz von Linien gleicher Signalstärke
RSSI_14_1, RSSI_14_2, RSSI_14_3, RSSI_14_4 die Zuordnung zu der vierten Signalquelle 14.
In dem rechtwinkligen Raster ist ein mobiles Endgerät 15 bei den Koordinaten X4/Y5 angeordnet. Die Linien gleicher
Signalstärke sind dabei nur insoweit in der Fig. 1
eingezeichnet, wie diese zur Bestimmung des jeweiligen Werts für das mobile Endgerät 15 benötigt werden. Gemäß der
dargestellten Anordnung ist somit am Ort des mobilen
Endgeräts 15 das Signal der ersten Signalquelle 11 mit einer Signalstärke empfangbar, welche im Bereich der
Signalstärkelinie RSSI_11_5, im Bereich der Signalstärkelinie RSSI_12_5, im Bereich der Signalstärkelinie RSSI_13_4 sowie im Bereich der Signalstärkelinie RSSI_14_4 liegt.
Zweckmäßigerweise kennzeichnen die Linien gleicher
Signalstärke unabhängig von der jeweiligen Signalquelle 11, 12, 13, 14 jeweils einen gleichen Bereich der zugehörigen Signalfeldstärke, mit anderen Worten wird also beispielsweise die zweite Signalquelle 12 auf der zweiten Linie RSSI_12_2 genauso stark empfangen wie die vierte Signalquelle 14 auf der Linie RSSI_14_2.
Fig. 2 zeigt dieselbe Anordnung des mobilen Endgeräts 15 innerhalb der vier Signalquellen 11, 12, 13, 14, wobei im Unterschied zu der Darstellung in der Fig. 1 nunmehr ein erster Gegenstand 21 und ein zweiter Gegenstand 22 in den Raum eingebracht sind mit entsprechenden Auswirkungen auf die Ausbreitung der von den jeweiligen Signalquellen 11, 12, 13,
14 abgestrahlten Signale.
Das von der ersten Signalquelle 11 abgestrahlte Signal wird auf dem Weg zu dem mobilen Endgerät 15 weder durch den ersten Gegenstand 21 noch durch den zweiten Gegenstand 22 behindert, sodass hier weiterhin, wie bereits zuvor in der Darstellung der Fig. 1, gilt, dass die erste Signalquelle 11 mit einer Signalstärke im Bereich der Linie RSSI_11_5 empfangen wird. Dasselbe gilt sinngemäß für die dritte Signalquelle 13, auch hier ist die direkte Sichtlinie zwischen dem mobilen Endgerät
15 und der dritten Signalquelle 13 nicht durch einen der beiden Gegenstände 21, 22 verstellt, sodass hier weiterhin eine ungestörte Signalausbreitung möglich ist. Demzufolge ist der Empfang des von der dritten Signalquelle 13 abgestrahlten Signals an der Position X4/Y5 in dem Bereich der Linie
RSSI_13_4 möglich.
Allerdings steht der erste Gegenstand 21 direkt zwischen der zweiten Signalquelle 12 und dem mobilen Endgerät 15 und verhindert damit eine ungestörte Ausbreitung des von der zweiten Signalquelle 12 ausgestrahlten Signals. Vereinfachend sind daher lediglich drei Linien RSSI_12_1, RSSI_12_2,
RSSI_12_3 dargestellt. Aufgrund der Größe des ersten
Gegenstands 21 wird hierbei das Signal 15 bei den Koordinaten X4/Y5 vollständig abgeschirmt (No_RSSI_12) . In vergleichbarer Weise steht der zweite Gegenstand 22 direkt zwischen der vierten Signalquelle 14 und dem mobilen Endgerät 15. Der zweite Gegenstand 22 ist zwar kleiner als der erste Gegenstand 21, steht dafür allerdings in einem wesentlich geringeren Abstand zu der vierten Signalquelle 14 als der erste Gegenstand 21 zu der zweiten Signalquelle 12, und verhindert damit noch ausgeprägter eine ungestörte
Ausbreitung des von der vierten Signalquelle 14
ausgestrahlten Signals. Vereinfachend ist daher lediglich eine Linie RSSI_12_1 dargestellt. Somit ist auch das Signal der vierten Signalquelle 14 an den Koordinaten X4/Y5, an denen sich das mobile Endgerät 15 befindet, nicht mehr empfangbar (No_RSSI_14) . Unter der vereinfachenden Annahme, dass die Nummerierung der Signalfeldstärkelinien reziprok zu der jeweils empfangbaren Signalstärke ist, ergibt sich somit für einen
Signalstärkevektor {RSSI_11/RSSI_12/RSSI_13/RSSI_14 } jeweils an der Position (X4/Y5) in der ersten Anordnung:
{0,2/0,2/0,25/0,25} beziehungsweise in der durch den ersten Gegenstand 1 und den zweiten Gegenstand 2 gestörten Umgebung gemäß der zweiten Anordnung: {0,2/0/0,25/0}.
Somit führen nachträgliche Veränderungen der Umgebung zu einer signifikanten Änderung der Verteilung der jeweiligen Signalstärken, sodass entweder völlig falsche Werte für die X-Koordinaten beziehungsweise Y-Koordinaten ermittelt werden, oder gar keine Koordinaten mehr gefunden werden können, welche mit einer derartigen Wertekombination in Einklang zu bringen sind.
Somit werden zweckmäßigerweise bei jeder sich bietenden
Gelegenheit die jeweiligen Umgebungsdaten ermittelt, also in dem vorliegenden Beispiel Wertepaare der jeweiligen
Signalstärken RSSI_11, RSSI_12, RSSI_13, RSSI_14 abgeglichen.
Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Systems. Das System 30 umfasst eine Leuchte 31, ein Smartphone 32 sowie eine zentrale Servereinheit 34. Die Leuchte 31 sendet eine Licht-ID LID aus, welche von einer Kamera 35 des Smartphones 32 empfangen werden kann. Zwischen dem Smartphone 32 und der zentralen Servereinheit 34 besteht eine Datenverbindung 33. Weiterhin umfasst das Smartphone 32 ein Funkempfangsmodul 36, welches dazu ausgebildet ist,
Funksignale der ersten Signalquelle 11, der zweiten
Signalquelle 12, der dritten Signalquelle 13 sowie der vierten Signalquelle 14 zu empfangen, in deren
Einwirkungsbereich sich das Smartphone 32 befindet.
Das Smartphone 32 gemäß der Darstellung in der Fig. 3
entspricht somit dem Empfänger 15 der Darstellungen in den Fig. 1 und 2. Das Funkempfangsmodul 36 ist dazu ausgebildet, zu jedem der empfangenen Funksignale jeweils eine
Signalstärke zu bestimmen, im Einzelnen eine erste
Signalstärke RSSI_11 der ersten Signalquelle 11, eine zweite Signalstärke RSSI_12 der zweiten Signalquelle 12, eine dritte Signalstärke RSSI_13 der dritten Signalquelle 13 sowie eine vierte Signalstärke RSSI_14 der vierten Signalquelle 14.
Über die Datenverbindung 33 kann die Licht-ID LID an die zentrale Servereinheit 34 übertragen werden, ebenso können die jeweiligen Signalstärken RSSI_11, RSSI_12, RSSI_13,
RSSI_14 an die zentrale Servereinheit 34 übertragen werden. Im Gegenzug kann eine daraus jeweils ermittelte
Positionsangabe, beispielsweise in Form von X-Koordinaten und Y-Koordinaten, an das Smartphone 32 zurückübertragen werden. Optional kann das Smartphone 32 eine dezentrale
Speichereinheit 32s in Form eines internen, fest eingebauten Speicherbausteins oder eines externen, steckbaren
Speicherbausteins, beispielsweise in Form einer SD-Karte, insbesondere in Form einer Micro-SD-Karte, ausgestattet sein, welche anstelle der zentralen Servereinheit 34 die für die
Positionsbestimmung benötigten Daten bereitstellt. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die benötigten Daten vorab von der zentralen Servereinheit 34 heruntergeladen wurden und nunmehr offline zur Verfügung stehen, auch ohne eine bestehende Datenverbindung 33.
Selbstverständlich können die zwischenzeitlich in der dezentralen Speichereinheit 32s aktualisierten Umgebungsdaten bei einer später wieder hergestellten Datenverbindung 33 zu der zentralen Servereinheit 34 mit dieser wieder
synchronisiert werden.
Fig. 4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Ausführung der einzelnen Verfahrensschritte ist hierbei aufgeteilt auf eine Software SW32, welche auf dem Smartphone 32 abläuft, sowie auf eine Software SW34, welche auf der zentralen Servereinheit 34 ausgeführt wird. Die Ausführung beginnt jeweils bei einem Start SO. In einem ersten Schritt Sl erfolgt von dem
Smartphone 32 eine Positionsbestimmungsanfrage auf der Basis von lichtbasierter Kommunikation, wobei die Licht-ID LID an die zentrale Servereinheit 34 übermittelt wird. In einem zweiten Schritt S2 ermittelt die zentrale Servereinheit 34 daraus die Position des Smartphones 32, welches repräsentativ für jedes beliebige mobile Endgerät steht, und überträgt die zugehörigen X-Koordinate X und Y-Koordinate Y an das
Smartphone 32, welches diese in einem dritten Schritt S3 empfängt und weiterverarbeitet.
Im weiteren Verlauf führt das Smartphone 32 einen vierten Schritt S4 aus, bei welchem eine Messung zur Ermittlung von Umgebungsdaten angestoßen wird. In einem fünften Schritt S5 werden die ermittelten Umgebungsdaten in Form der
Signalstärken RSSI_11, RSSI_12, RSSI_13, RSSI_14 (erste
Signalstärke, zweite Signalstärke, dritte Signalstärke, vierte Signalstärke) an die zentrale Servereinheit 34 übertragen, wo in einem sechsten Schritt S6 die sogenannte Fingerprint-Karte aktualisiert wird (update) . Dabei werden sowohl die ermittelten Umgebungsdaten als auch die
zugehörigen Positionsdaten, beispielsweise in Form der X- Koordinate X und der Y-Koordinate Y hinterlegt. In einer ersten Ausführungsstufe (erster Schritt Sl, zweiter Schritt S2, dritter Schritt S3) wird das lichtbasierte
Navigationssystem verwendet, um die Position - wie eingangs beschrieben - zu bestimmen. In einer zweiten Stufe (vierter Schritt S4, fünfter Schritt S5, sechster Schritt S6) werden alle verfügbaren Informationen aus der Umgebung erfasst (wie beispielsweise die Signalfeldstärke anwesender Sender in der Umgebung wie zum Beispiel Mobilfunknetze, WiFi, Bluetooth, Ultra-Wide-Band, Magnetfeld, Erdmagnetfeld oder
elektromagnetische Felder durch stromführende Leiter oder Maschinen, Lichtintensität beispielsweise durch Fenster, akustische Signale) und zu einer Datenbank in Form der zentralen Servereinheit 34 übertragen. Dieser Vorgang wird beispielsweise im Hintergrund ausgelöst, wenn ein Nutzer über sein Smartphone 32 eine genaue (lichtbasierte)
Positionsbestimmung ausführt.
Durch die stetige Aufzeichnung der Umgebungssignale entsteht eine stets aktuelle Fingerprint-Karte mit aktuellen Zeit-, Orts- und Signalinformationen. Dadurch wird zum Beispiel auch der oben genannte Nachteil einer lediglich einmaligen Messung zur Erstellung der Fingerprint-Karte ausgeglichen, dass Veränderungen in der Umgebung die Signale verändern. Somit verbessern sich die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit bei der Ortsauflösung für Geräte, die keine lichtbasierte Ortung verwenden, erheblich.
Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend. So kann insbesondere der Ort der Ausführung von Verfahrensschritten von dem Smartphone 32 auf die zentrale Servereinheit 34 verlagert werden und/oder von der zentralen Servereinheit 34 auf das Smartphone 32 verlagert werden, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
Somit wurde voranstehend gezeigt, wie eine
Referenzinformationsquelle für hochgenaue Ortung in Gebäuden erzeugt werden kann. Bezugs zeichenliste erste Signalquelle 11
zweite Signalquelle 12
dritte Signalquelle 13
vierte Signalquelle 14
Empfänger 15
System 30
Leuchte 31
Smartphone 32
dezentrale Speichereinheit 32s
DatenVerbindung 33
zentrale Servereinheit 34
Kamera 35
Funkempfangsmodul 36
Licht-ID LID
erste Signalstärke RSSI_ 11
zweite Signalstärke RSSI_ 12
dritte Signalstärke RSSI_ _13
vierte Signalstärke RSSI_ 14
erster Satz von
Signalstärkelinien RSSI_ 11 _1, RSSI_ 11
RSSI_ 11 >> RSSI_ 11
RSSI_ 11 _5
zweiter Satz von
Signalstärkelinien RSSI_ 12 _1, RSSI_ 12
RSSI_ 12 >> RSSI_ 12
RSSI_ 12 _5
dritter Satz von
Signalstärkelinien RSSI_ _13_ _1, RSSI_ _13
vierter Satz von
Signalstärkelinien RSSI_ 14 _1, RSSI_ 14
RSSI 14 3, RSSI 14 Start SO erster Schritt Sl zweiter Schritt S2 dritter Schritt S3 vierter Schritt S4 fünfter Schritt S5 sechster Schritt S6

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Analyse einer Umgebung eines mobilen
Endgeräts (15, 32) durch
- Aussendung eindeutiger, einer Beleuchtungseinrichtung zugeordneter Identifikationsdaten (LID) mittels
lichtbasierter Kommunikation durch die
Beleuchtungseinrichtung, und
- Bestimmen von Ortskoordinaten (X, Y) des mobilen Endgeräts in Abhängigkeit von den über eine optische Erfassungseinheit
(35) des mobilen Endgeräts erfassten Identifikationsdaten bezüglich der Beleuchtungseinrichtung auf der Basis von gespeicherten, mit einer jeweiligen Einbauposition der zumindest einen Beleuchtungseinrichtung korrelierten
Ortskoordinaten der Beleuchtungseinrichtung,
gekennzeichnet durch:
- Bereitstellen eines jeweiligen Sensorsignals durch
zumindest einen Umgebungssignalsensor (36) ,
- Gewinnen von Umgebungsdaten (RSSI_11, RSSI_12, RSSI_13, RSSI_14) aus dem jeweiligen Sensorsignal, und
- Speichern der Umgebungsdaten in Abhängigkeit von den
Ortskoordinaten des mobilen Endgeräts, wodurch bereits vorhandene Umgebungsdaten aktualisiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
- in einem weiteren Schritt ohne Verfügbarkeit von den über die optische Erfassungseinheit erfassbaren
Identifikationsdaten (LID) Bestimmen der Ortskoordinaten (X4, Y5) des mobilen Endgeräts in Abhängigkeit von den über den zumindest einen Umgebungssignalsensor gewonnenen
Umgebungsdaten (RSSI_11, RSSI_12, RSSI_13, RSSI_14) .
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
- Erfassen eines periodisch veränderlichen physikalischen Umgebungsparameters zur Bereitstellung des Sensorsignals, wobei die Umgebungsdaten Werte betreffend zumindest eine Frequenz und/oder eine Amplitude des Sensorsignals enthalten.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Umgebungsdaten in Abhängigkeit von der jeweiligen
Tageszeit gespeichert werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
- Prüfen der Umgebungsdaten auf das Vorhandensein einer vorbekannten Umgebungssignalsignatur, und
- Anzeigen einer der Umgebungssignalsignatur zugeordneten Einrichtung für einen Benutzer des mobilen Endgeräts.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
- Vergleichen von Umgebungsdaten, insbesondere auf
Funksignalen beruhende Umgebungsdaten, mit einer vorgebbaren Referenz, und
- Ausgeben eines Warnsignals, wenn ein mit einer Intensität des den Umgebungsdaten zugrunde liegenden Sensorsignals korrelierter Wert einen vorgebbaren Referenzwert
unterschreitet .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
- Protokollieren von Resultaten des Bestimmens der
Ortskoordinaten des mobilen Endgeräts für eine statistische Auswertung.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
- eindeutiges Identifizieren des mobilen Endgeräts (15, 32), wobei das Speichern der Umgebungsdaten in Abhängigkeit von der Identität des mobilen Endgeräts erfolgt.
9. System (30) zur Analyse einer Umgebung eines mobilen
Endgeräts, umfassend:
- das mobile Endgerät (15, 32), und
- zumindest eine Beleuchtungseinrichtung (31), die ausgelegt ist, eindeutige, der Beleuchtungseinrichtung zugeordnete
Identifikationsdaten (LID) mittels lichtbasierter
Kommunikation auszusenden, wobei
- das mobile Endgerät dazu ausgelegt ist, Ortskoordinaten des mobilen Endgeräts in Abhängigkeit von den über eine optische Erfassungseinheit (35) des mobilen Endgeräts erfassten
Identifikationsdaten bezüglich der Beleuchtungseinrichtung auf der Basis von in einer Datenspeichereinheit (32s, 34) gespeicherten, mit einer jeweiligen Einbauposition der zumindest einen Beleuchtungseinrichtung korrelierten
Ortskoordinaten der Beleuchtungseinrichtung zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass
- das mobile Endgerät zumindest einen Umgebungssignalsensor (36) zur Bereitstellung eines jeweiligen Sensorsignals umfasst, wobei das mobile Endgerät dazu ausgelegt ist,
- Umgebungsdaten aus dem jeweiligen Sensorsignal zu gewinnen, und wobei das System dazu ausgelegt ist,
- die Umgebungsdaten in Abhängigkeit von den Ortskoordinaten des mobilen Endgeräts zu speichern und dadurch bereits vorhandene Umgebungsdaten zu aktualisieren.
10. System (30) nach Anspruch 9,
gekennzeichnet durch
- eine zentrale Servereinheit (34), welche die
Datenspeichereinheit (32s, 34) umfasst und für eine
bidirektionale Kommunikationsverbindung mit dem mobilen
Endgerät (15, 32) ausgelegt ist.
11. System (30) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Datenspeichereinheit (32s, 34) als interne
Speichereinheit (32s) auf dem mobilen Endgerät (15,
32 ) ausgebildet ist.
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WO2017102178A1 (de) 2017-06-22
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