EP3400417A2 - Kalibrierung der position von mobilen objekten in gebäuden - Google Patents

Kalibrierung der position von mobilen objekten in gebäuden

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EP3400417A2
EP3400417A2 EP16804732.2A EP16804732A EP3400417A2 EP 3400417 A2 EP3400417 A2 EP 3400417A2 EP 16804732 A EP16804732 A EP 16804732A EP 3400417 A2 EP3400417 A2 EP 3400417A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mobile object
building
position information
transmitting device
mol
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16804732.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Frey
Oliver Zechlin
Christiane Mann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Schweiz AG
Original Assignee
Siemens Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Schweiz AG filed Critical Siemens Schweiz AG
Publication of EP3400417A2 publication Critical patent/EP3400417A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
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    • H04W4/33—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for indoor environments, e.g. buildings
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    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
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    • G01S5/0244—Accuracy or reliability of position solution or of measurements contributing thereto
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    • G01S2205/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S2205/01—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations specially adapted for specific applications
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    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/02—Services making use of location information
    • H04W4/024—Guidance services

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for calibrating the position of mobile objects in buildings.
  • the object is achieved by a method for calibrating the position of mobile objects in buildings, the method comprising the following steps:
  • the position information of the transmitting device is uniquely assigned, and thus transmits the current location to the mobile object in the building;
  • the mobile objects are portable electronic devices, such as smart phones, smart watches, smart glasses or tablet computers, which have sensors such as accelerometers, magnetometers, gyroscopes , Barometer.
  • Sensors can be used for position determination and / navigation. This sensor has the disadvantage that their measurement results easily “get out of control”. Due to the auto ⁇ -automatic calibration of the position of the measurement error is eliminated. This is done without interaction of the user of this state-bilen devices.
  • a transmission device with its respective eindeu ⁇ If the mobile object is located in a radio emission area of a transmission device, the calibration or recalibration of the mobile objects takes place based on the mobile radio field in the respective radio emission area
  • the transmitting device may be, for example, WLAN, Bluetooth, or Zigbee transmitters or a combination of transmitters (beacons).
  • One concept of the invention is based on the fact that the transmitting device corresponds to a reference beacon which, in the sense of a beacon, emits its position information and this is then used for calibrating or recalibrating the position of a mobile object (mobile device).
  • the object is further achieved by a method for calibrating the position of mobile objects in buildings (GB1, GB2), the method comprising the following steps:
  • the position information of the transmitting device is uniquely assigned, and thus transmits the current location to the mobile object in the building;
  • the mobile object sensor for determining the position of the mobile object, based on the received position information, wherein the transmission of the position information or the reference thereof takes place within a focused, in particular directed, radio emission.
  • portable electronic devices such as Smart Phones, Smart Watches (smart watches), Smart Glasses (intelli ⁇ gent glasses) or tablet computers that up have a sensor such as accelerometers, magnetometers , Gyroscope, barometer. This sensor can be used for position determination
  • a first advantageous embodiment of the invention is as ⁇ rin that the bundled Funkabstrahl Scheme is radiated at an angle of at most 10 degrees about its central axis from the Sendevor ⁇ direction (resulting in a radiation angle of 19 degrees at 3 m distance of the light cone has a diameter of 1 m).
  • the central axis of the main ⁇ beam direction corresponds to the transmission device emits the Funkabstrahl Scheme directed.
  • the bundled (directed) Funkabstrahl Scheme is emitted in the form of a substantially straight circular cone of the transmitting device, wherein the central axis of the circular cone is directed substantially perpendicular to a receiving plane, wherein the Kreiskegel forming ⁇ réelleswin ⁇ is not more than 19 degrees.
  • a light cone or a radio cone at a distance of 3 m gives a diameter of 1 m on a receiving plane opposite the transmitter.
  • a mobile object which is located in the circular cone is obtained by a position Informa ⁇ tion for a calibration of the position of the mobile object in sufficient accuracy.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the bundled radio emission range is radiated in the form of a substantially straight circular cone of the transmitting device in the direction of a receiving plane, the central axis of the circular cone is directed substantially perpendicular to the receiving plane, which form the circular cone de opening angle is chosen so that by the
  • Circular cone formed on the receiving level passage width is not more than 1 m.
  • a light cone or a radio cone results in a diameter of 1 m on one of the transmitting devices lying reception level.
  • a mobile object located in the circular cone thereby obtains position information for a calibration of the position of the mobile object with sufficient accuracy.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the cone is emitted in the vertical direction from top to bottom or vice versa, or in the horizontal direction, such. between two walls of the building. This ensures secure reception of the position information on the mobile device (mobile object).
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the position information and / or the reference thereto are received by the mobile object in a radius of ⁇ 100 cm, in particular ⁇ 50 cm, around the central axis of the radio beam when hitting the mobile object can.
  • the position information and / or the reference thereto can be received by the mobile object only in a radius of ⁇ 100 cm, in particular ⁇ 50 cm, around the central axis of the radio beam when hitting the mobile object.
  • the radio beam is aligned starting from the transmitting device vertically downwards. Then possible errors with regard to the position information received on the mobile device are very small.
  • the emission angle for the radio emission range (essentially a circular cone) is chosen such that the mobile object (eg smartphone) traverses this radio emission range within a radius of ⁇ 100 cm, in particular ⁇ 50 cm.
  • the bundled radio beam is tracked by the transmitting device directed to the mobile object. Targeted tracking can be done, for example, by dynamic antenna setting, ie by adjusting the radio beam to the passing mobile object (eg smartphone, smartwatch, smartglasses, tablet, etc.).
  • the Zielge ⁇ advises receives the transmitted position information, or an ID of each transmission device from which the position of each transmission device can be determined. This can be offline in an app in the mobile object. take place, or online by means of a connection of the mobile object to a server (eg a building automation system).
  • a server eg a building automation system.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the method is used for navigating mobile objects in a building,
  • the received position information of the transmitting device defines a first location as a reference point (or starting point) of the mobile object in the building; starting from the first location of the mobile object using the one integrated in the mobile object
  • Navigation sensor for example, gyroscope, acceleration sensors, barometer, WLAN
  • a further transmitting device for transmitting a further position information, which is associated with the further transmitting device attached
  • the currently determined location is calibrated to the second location of the transmitting device (reference point) when the further position information is received by the mobile object.
  • This can be used not only to determine the position, but also to navigate in a building a correspondingly turned teach ⁇ tes mobile object.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that, based on the calibrated position to be recalibrated or the calibrated sensor, stored in the mobile object digitally tale cards or floor plans of the building Positionsan ⁇ see.
  • the building plans can be provided, for example, by a building automation system.
  • the building plans are part of a BIM (Building infor mation ⁇ Model) or building information model or system.
  • the building plans are beneficial to the mobile object
  • the object is further achieved by an arrangement for calibrating the position of mobile objects in buildings, comprising the arrangement:
  • a transmitting device located in the building for transmitting position information and / or a reference thereto, wherein the position information of the transmitting device is uniquely assigned and thus transmits the current location to the mobile object in the building;
  • a mobile object with integrated sensors for determining the position of the mobile object in a building and a receiving device for receiving the position information and / or the reference thereto;
  • the mobile object is set up, based on the received position information, to calibrate the position indicated on the mobile object for position determination, wherein
  • the transmitting device is set up to emit a bundled, in particular directional, radio beam with the position information and / or the reference thereto.
  • the arrangement can be with anyway already usually in one Realize building components.
  • the beam emitted from the transmission device bundled, especially court ⁇ ended, the radio beam can be, for example, back-shifted by a corresponding From ⁇ screen panel or (by other constructional measures such as placing the transmitter in a blind hole, through its opening exit the beams.
  • the transmitting device (Beacon) can The object is furthermore achieved by an arrangement for calibrating the sensor technology of mobile objects in buildings, the arrangement comprising:
  • a transmitting device located in the building for transmitting position information and / or a reference thereto, wherein the position information of the transmitting device is uniquely assigned and thus transmits the current location to the mobile object in the building;
  • a mobile object with integrated sensors for determining the position of the mobile object in a building and a receiving device for receiving the position information and / or the reference thereto; wherein the mobile object is ⁇ directed is to make based on the received position Informa ⁇ tion, a calibration of the integrated mobile object sensor for determining the position, wherein the transmitter devorraum adapted to be a focused, in particular directional radio beam with the position information and / or of the reference to send out.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the transmitting device is adapted to emit the bundled, advantageously directed, radio beam at an angle of at most 10 degrees about the central axis of the radio ⁇ beam from the transmitting device.
  • Advantage corresponds to the central axis of the main radiation direction in which the transmitting device radiates the radio emission area directed.
  • a mobile object which is located in the radio emission area thereby obtains position information for a calibration of the position of the mobile object with sufficient accuracy.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the transmitting device is set up so that the bundled, in particular directed, radio emission range in the form of a substantially straight circular cone is emitted by the transmitting device in the direction of a receiving plane, wherein the central axis of the circular cone substantially perpendicular the reception plane is directed, wherein the, the circular cone forming opening angle is chosen so that the passage width formed by the circular cone on the receiving plane is at most 1 m.
  • a mobile object which is located in the circular cone is replaced by a positi ⁇ onsinformation for a calibration of the position of the mobile object in sufficient accuracy.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the mobile object is set up, based on the received position information, to carry out a referencing of the digital maps or building plans stored in the mobile object for calibrating the position display on the mobile object or the sensors integrated in the mobile object.
  • the maps may be e.g. of a mobile object building automation system (e.g., Smart Phone, Smart Watch, Smart Glass)
  • Tablet computer For example, by a corresponding download to the mobile object.
  • the mobile object may be used as Navigation device, dedicated to the particular building ver ⁇ be used.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the transmitting device is adapted to directed the trunked radio beam to the mobile object by performing ⁇ .
  • the targeted tracking can be done eg by dynamic antenna setting, ie by the adjustment of the radio beam on the passing mobile object (eg smartphone, smartwatch, smart glasses, tablet, etc.).
  • a further advantageous embodiment of the invention lies in the fact that the transmitting device is mounted in the building in places where conditioned by the construction of the building or by technical facilities in the building, in
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the transmitting device is mounted in particular at one of the following locations in the building: entrance, exit, passageways, access to elevators, beginning and end of escalators, access to toilets. Such places are likely to be visited or entered by people carrying the mobile object.
  • mechanical barriers in the building can be attached to guide Perso ⁇ nen in a Funkabstrahl Scheme (with reference Beacon).
  • the transmitting device is integrated in an infrastructure element of the building, in particular a fire detector or a lighting element.
  • the infrastructure element is part of the usual equipment of a building, eg danger detector, access control, loudspeakers, lamps, camera. This results in only small officersskos ⁇ th.
  • the transmitting devices are mounted hidden in the infrastructure elements.
  • FIG. 1 shows a first exemplary arrangement for calibrating the position of mobile objects in a building
  • FIG. 2 shows a second exemplary arrangement for calibrating the position of mobile objects in a building
  • FIG. 3 shows an example flow chart for a method for calibrating the position of mobile objects in a building
  • Bluetooth is, for example, which is already supported by vie ⁇ len smartphones a technology. It was originally ge ⁇ uses to work with PDAs or mobile phones with each data hinderau ⁇ rule. In the meantime, more and more accessories for mobile phones are coming onto the market, such as headsets that communicate with the device via Bluetooth.
  • Bluetooth is a short-range communication ( ⁇ 10 m), with Bluetooth devices transmitting only in the frequency range between 2.402 GHz and 2.480 GHz. However, this makes it quite susceptible to interference for wireless networks, cordless telephones or microwave ovens.
  • a special feature of Bluetooth is the asymmetric data transmission, which means that it can be sent and received at the same time.
  • a sufficiently accurate navigation via Bluetooth beacons can be done by domestic ner Halb a building attached sufficient sensors ⁇ to which its fixed location to tell the device, after this its location calculated Late ration with sufficiently many Sustainer ⁇ requested signals by means of (tri) can.
  • the average indoor transmission range is approximately ten meters, depending on the type and type of implementation, which leads to high investment costs for full coverage in a building.
  • some built-in mobile phones chips only support the connection to a single station, which in turn makes trilateration more difficult. This results in an unnecessary loss of time in the construction and dismantling of compounds, as well as further vulnerability in the navigation itself.
  • the known WLAN networks today work mainly on a frequency of 2.4-2.4835 GHz and have established themselves as a technology for determining the location within buildings.
  • Today's WLAN implementations enable already an accurate determination of signal strength, as a Sen ⁇ destation sends usually ten times a second so-called "Beacon" with the lowest transmit power. This ensures that a stable connection can be made upon receipt of a beacon, which then However, this beacon also allows the signal strength to be measured without connecting to the respective network, which is logged at the receiver as RSS (Received Signal Strength) and normally decreases as the receiver farther from the receiver transmitter is removed.
  • RSS Receiveived Signal Strength
  • the positioning within wireless networks can be done by several Various ⁇ ne ways of implementation. These include the (tri) Late ration and the so-called fingerprinting.
  • Fingerprinting is done in two phases. In the so-called offline phase, a grid is created with points in the area in which you want to use the navigation later. Signal values of surrounding wireless networks at each of these points measured and vomit ⁇ chert - so it is the RSS of the different networks in range, as well as the unique identifier of the networks saved yourself. This identifier is called Basic Service Set Identifier (BSSID) and is described in the IEEE standard as
  • BSSID Basic Service Set Identifier
  • MAC address Medium Access Control
  • This combination of different BSSIDs and their signal strength is usually unique, like a fingerprint. If you have collected enough comparative values, so in Onli ne ⁇ phase the position determination can be made. For this purpose, currently measured values are sent to a server (eg building management system, cloud) if the data was stored externally or processed internally within the mobile device (mobile object).
  • a server eg building management system, cloud
  • wel ⁇ cher differs from process to process, most or best matches the values of the two phases are found and the corresponding point in the grid ER averages.
  • the fingerprinting is a very time-consuming procedural ⁇ ren due to the long prepara ⁇ -up time in the offline phase, but it is the basis for the exact Ortsbe ⁇ mood in stable radio environments as easily in very many existing comparative data entertaining measurement errors or inaccuracies balance out.
  • WiFi has established itself as a technology for indoor Naviga ⁇ tion. Not only inside, but also outside of buildings various techniques were used to achieve a precise position determination.
  • WLAN radios on the Re ⁇ sonanzfrequenz 2.4 GHz of water The biggest Wi-Fi problem is moisture.
  • WLAN radios on the Re ⁇ sonanzfrequenz 2.4 GHz of water Thus, the WLAN is disturbed wherever there is moisture in the masonry (or plasterboard or wooden walls) or, for example, a floor heating system is installed. Reinforced concrete floors and columns dampen the expansion of WLAN signals over several floors.
  • the inventive idea consists in using so-called reference beacons for calibration and thus precisely determining the starting or passing position.
  • beacon electronics are installed in a housing which radiates as bundled as possible by material property (radiation protection / shielding) and / or use of antenna characteristics ('directional antenna').
  • this trunked radio beam can also assume an optimized radiation characteristic, eg 10 °, 20 °, 30 ° beam angle. This can be realized as written by design of housing, antenna or software setting.
  • a trunked radio beam can eg by a corresponding shielding (eg aperture) realized ⁇ who.
  • a further technological realization would be the use of a directional radio beam which automatically adjusts to the whereabouts of the user.
  • the detection of the current location of a human or device is relatively coarse resolved by means of sensors and / or algorithms (e.g., sound, light, or evaluation of radio wave reflection) in the reference beacon or separate hardware. This works almost similar to a motion detector.
  • the reference beacon can then be targeted by e.g. dynamic antenna setting (e.g., mechanical modification, or software solution) radio-beamed its reference beacon ID to the passing mobile object (smartphone, smartwatch,
  • the target device emp ⁇ captures the sent ID and the beam direction of the antenna and can thus determine its position in the building and space. This can be done offline in an app or online via server connection. Thereafter, until the next (reference) beacon is reached, the navigation or position determination is carried out on the basis of the sensors used by the user. When the next reference beacon is reached, the terminal can re-calibrate the deviation caused by the internal sensors.
  • the present invention reduces the investment in the building infrastructure enormously, since only a few reference beacons have to be used on "strategic passages.”
  • the positioning accuracy remains sufficiently accurate, in principle, the position determination in high halls is possible, if at the hall entrances , Toilet entrances and other "narrow passages" the reference beacon are installed.
  • the reference beacons are advantageously so positio- When passing, the position (or the plan of the building) can be calibrated to the nearest meter with the greatest signal strength, down to less than one meter. This reference then serves as a starting point for further position determination via the sensors installed in the smartphone.
  • the exact position data are optionally recorded in the building management system and made available to the user via WLAN or other transmission technology (eg 2G, 3G, 4G, etc. mobile radio, light or sound signal, etc.), for example by means of a server connection or by download to his mobile communication terminal ,
  • the reference beacon is installed in a (at least) partially shielded housing, so that the least possible reflection radiation is produced.
  • the multipath problem is thereby reduced or avoided.
  • Another advantage of the invention is that the receiving of the position information on the part of the owner of the mobile device is passive, by simply traversing the room. The owner or user does not have to become active himself and actively log in to a dedicated point in the room, e.g. by positioning the mobile device at a location in the building provided with an NFC beacon, bar or QR code, and capturing the NFC beacon, bar or QR code by the mobile device.
  • Figure 1 shows a first exemplary arrangement for Kali ⁇ -calibration of the position of mobile objects MOI in a building Coll
  • the arrangement comprises an in building Coll befind ⁇ Liche transmitting device SV1 -. SV7 for transmitting a position information PS1 - PS7 and / or a reference thereon, where the position information PS1 - PS7 of the respective transmitting device SV1 - SV7 is unambiguously assigned (eg as pole position) in a building plan transmitted to the mobile device MO by a building management system GMS) and thus transmit the current location to the mobile object MO in the building GB1.
  • the arrangement furthermore comprises a mobile object MO1 (eg smart phone, smart watch, smart glass, tablet computer).
  • a mobile object MO1 eg smart phone, smart watch, smart glass, tablet computer
  • the mobile object MOI includes a sensor (eg, accelerometer, magnetometer, gyroscope, barometer) for determining the position of the mobile object MOI in the building GBL and ei ⁇ ner receiving device (eg radio antenna for receiving radio signals) for receiving the position information and / or the reference thereto.
  • the radio signal may include the positi ⁇ onsinformation itself thereby, that the Positionsinformati ⁇ one may be (mobile object) Mol be discharged via ⁇ directly to the mobile device or indirectly in the form of a reference (for example, URL) to the respective position information.
  • the mo ⁇ bile object MOI is set up based on the emp ⁇ captured position information PS1 - make PS7, calibration of displayed on the mobile object MOI position for position determination.
  • the transmitting device SV1-SV7 is set up to transmit a bundled, in particular directional, radio beam FS1-FS7 with the position information PS1-PS7 and / or the reference thereto.
  • a user P usually has a mobile device MOI (eg a smart phone) equipped as described above.
  • the transmitting devices SV1 - SV7 are positioned in the building GB1 at those places where visitors P in the building pass anyway, for example at hubs, elevators, toilets, entrances and exits.
  • the building Coll is operated with a building management system ⁇ GMS.
  • building plans can be loaded onto the mobile device MO by the building management system GMS.
  • the mobile device MOl can thus also be used for indoor navigation in the building.
  • FIG. 2 shows a second exemplary arrangement for calibrating the position of mobile objects M02 in a building GB2.
  • the second exemplary arrangement according to FIG. 2 comprises:
  • the position information PS8 the transmission ⁇ device SV8 is uniquely associated with and thus the refreshes ⁇ economic location of the mobile object M02 in the building GB2 via ⁇ averages;
  • a mobile object M02 for example smart phone
  • integrated sensor system for determining the position of the mobile object M02 in the
  • the mobile object M02 is set up, based on the received position information PS8, to perform a calibration of the position indicated on the mobile object M02 for position determination.
  • the transmitting device is adapted for For SV8 it ⁇ send a bundled, especially directional radio beam FS8 sitionsinformation with the Po PS8 and / or of the reference.
  • the transmitting device SV8 is attached to a ceiling or gangway, the radiation of the bundled, in particular special directed, radio beam FS8 with advantage in wesent ⁇ union perpendicular to the opposite floor, as a receiving plane EE.
  • the central axis MA of the radio emission range FS8 is formed by the main radio beam.
  • the Funkabstrahlbe- FS8 is essentially rotationally symmetric or conical around the central axis MA.
  • the bundled (in particular directional) radio emission area FS8 is radiated in the form of a substantially straight circular cone KK from the transmitting device SV8, where ⁇ is directed at the central axis MA of the circular cone substantially perpendicular ⁇ right on a receiving plane EE, wherein, the circular cone KK forming opening angle at most 19 degrees be ⁇ contributes.
  • the bundled (particularly directed) Funkabstrahl Scheme FS8 in the form of a substantially right circular cone KK from the transmission device SV8 in the direction of a receiving plane EE is radiated, wherein the central axis MA of the circular cone KK is directed substantially perpendicular to the Emp ⁇ capturing plane EE, wherein the, the circle cone KK forming opening angle is chosen so that the fürgangssbrei ⁇ te formed by the circular cone on the receiving plane EE is at most 1 m.
  • the position information and / or the reference thereto by the mobile object only within a radius of ⁇ 100 cm, in particular ⁇ 50 cm, about the central axis MA of the radio ⁇ beam FS8 when hitting the mobile object M02 receivable. This ensures that the position allocation takes place in the respective corresponding spatial area in the building.
  • the radio beam is perpendicularly directed downwardly ⁇ , then error is smallest ( ⁇ 50 cm), add description.
  • the angle (emission angle) for the radio emission area FS8 is chosen such that the mobile object M02 (for example a smartphone) traverses this emission area FS8 within a radius RA of ⁇ 100 cm, in particular ⁇ 50 cm.
  • the bundled radio beam is directed through the FS8 Sen ⁇ devorraum SV8 on the mobile object M02 nachge ⁇ leads.
  • the bundling of the radio beam FS8 serves to optimize the accuracy of the reference position PS8.
  • the radiation angle therefore depends on the environmental conditions and can therefore vary.
  • the variables are the installation height H and the passage width B.
  • the arrangements of Figure 1 or Figure 2 can also be used to calibrate the sensor system of mobile objects in buildings, wherein an in-building Sendevor ⁇ direction for transmitting a position information and / or a reference is present thereon, the Positionsin- formation of the transmitting device is uniquely assigned and thus transmits the current location to the mobile object in the building; being a mobile object with integrated
  • Sensors for determining the position of the mobile object in egg nem building is equipped kitchens it ⁇ tet with a receiving means for receiving the position information and / or the reference; wherein the mobile object is set up, based on the received position information, to calibrate the sensors integrated in the mobile object to determine the position, wherein the transmitting device is set up to emit a focused, in particular directional, radio beam with the position information and / or the reference thereto ,
  • the mobile objects are portable electronic devices, such as smart phones, smart watches, smart
  • Glasses smart glasses or tablet computers with sensors such as accelerometers, magnetometers, gyroscopes, barometers, accelerometers.
  • This sensor can be used for position determination and / navigation.
  • This sensor has the disadvantage that its measurement resulting ⁇ nit slightly "out of hand”. The automatic calibration of the position of the measurement error is eliminated. This is done without interaction of the user of this mobile device.
  • a transmission device with its respective unique associated position information acts For calibration or recalibration like a reference beacon If the mobile object is located in a radio emission area of a transmission device, the calibration or recalibration of the mobile objects takes place based on the respective position information received by the mobile object in the respective radio emission area
  • the transmitting device can be, for example, WLAN, Bluetooth, or Zigbee transmitters or a combination of transmitters (beacons).
  • One concept of the invention is based on the fact that the transmitting device corresponds to a reference beacon which, in the sense of a beacon, emits its positional information and then this for the calibration or recalibration of the position of a mobile object (mobile device) and / or for the ka ⁇ -calibration or re-calibration of the sensor system of a mobile object is used.
  • FIG. 3 shows an exemplary flow chart for a method for calibrating the position of mobile objects in buildings, the method comprising the following steps:
  • VS1 located sending a position information or a reference thereon by a in the building, radio equipment assisted transmission device, wherein the position information of the transmitting device is uniquely associated with and forwarded to the refreshes ⁇ economic location of the mobile object in the building, wherein the transmission of the position information or the reference is made to it within a bundled, in particular directed, radio emission area;
  • VS3 Calibrating the position displayed on the mobile object to determine the position of the mobile object, based on the position information received.
  • the method can be implemented based on infrastructure that is already in the building or on the infrastructure (for example, smart phone) of a user (visitor).
  • FIG. 4 shows an exemplary building plan GP with an exemplary position display.
  • the building plan GP shows an exemplary layout for a floor of a building.
  • the building plan GP can be on a mobile device (eg smartphone, tablet, Smart Glass) ei ⁇ ner person in the building shown, especially with the current position of the mobile device in the building.
  • the current position can be displayed on the GP chart, eg by a flashing dot.
  • a navigation in the building can be displayed on the plan GP and the distance traveled so far in the building.
  • the red line on the chart GP indicates the position or the path traveled without calibration (POK) and the green line indicates the position or the path with calibration (PMK).
  • GP sender devices SV9-SV12 eg beacons
  • the beacons SV9 - SV12 allow the current position of the mobile object (eg smartphone, tablet, smartglass) to be calibrated on the plans (GP) displayed on the mobile object based on the position information received from the mobile object which the beacons SV9 - SV12 send out.
  • a re-calibration at a position on the plan GP is represented by the respective black double arrows.
  • a re-calibration of the position of the mobile object on the plan GP for example, can be effected by a corresponding displacement of the respective position of the mobile object on the plan GP, according to the time from jewei ⁇ Beacon SV9 - emitted SV12 position information.
  • the building plan GP can be downloaded to the mobile object through a download (eg by a corresponding app).
  • the building plan GP or the corresponding can be provided, for example, by a corresponding Internet provider or by a building management system.
  • Method and corresponding arrangement for calibrating the position or the sensor of mobile objects in buildings wherein a position information or a reference thereto is sent out by a radio-based transmitting device located in the building; wherein the position information of the transmission ⁇ device is uniquely assigned, and thus transmits the current location to the mobile object in the building; wherein the position information is received by the mobile object; wherein a calibration of the mobile object (eg smart phone, tablet computer) displayed position or integrated in mobile objects sensors (eg accelerometer, magnetometer, gyroscope, barometer) for determining the position of the mobile object, based on the received Positi ⁇ onsinformation takes place and wherein the transmission of the positi ⁇ onsinformation or the reference afterwards he ⁇ follows within a ge ⁇ pooled, especially directed Funkabstrahl Schemes.
  • a calibration of the mobile object eg smart phone, tablet computer
  • mobile objects sensors eg accelerometer, magnetometer, gyroscope, barometer

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Abstract

Verfahren und entsprechende Anordnung zur Kalibrierung der Position bzw. der Sensorik von mobilen Objekten in Gebäuden, wobei eine Positionsinformation oder ein Verweis darauf durch eine im Gebäude befindliche, funkgestützte Sendevorrichtung, ausgesendet wird; wobei die Positionsinformation der Sendevorrichtung eindeutig zugeordnet ist und damit den aktuellen Standort an das mobile Objekt im Gebäude übermittelt; wobei die Positionsinformation durch das mobile Objekt empfangen wird; wobei eine Kalibrierung von am mobilen Objekt (z.B. Smart Phone, Tablet-Computer) angezeigten Position bzw. der im mobilen Objekte integrierten Sensorik (z.B. Accelerometer, Magnetometer, Gyroskop, Barometer) zur Positionsbestimmung des mobilen Objektes, basierend auf der empfangenen Positionsinformation erfolgt, und wobei das Aussenden der Positionsinformation oder des Verweises darauf innerhalb eines gebündelten, insbesondere gerichteten, Funkabstrahlbereichs erfolgt.

Description

Kalibrierung der Position von mobilen Objekten in Gebäuden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Kalibrierung der Position von mobilen Objekten in Gebäuden.
Die Möglichkeit zur Positionsbestimmung von Personen oder mobilen Objekten (z.B. Smart Phones, Tablet-Computer) innerhalb von Gebäuden oder überbauten Arealen (Indoor) gewinnt zunehmend an Bedeutung. Ein Grund ist, dass man in großen Gebäuden schnell die Orientierung verlieren kann. Ein weiterer Grund dafür sind zahlreiche neue Anwendungen im Indoor-Bereich, die eine Positionierung erforderlich machen. So gibt es zahlreiche Hilfsmittel innerhalb von Gebäuden, die die Menschen da¬ bei unterstützen an schwer auffindbare Ziele zu kommen.
Insbesondere große Gebäudekomplexe, wie beispielsweise Ein¬ kaufszentren, Flughäfen, Krankenhäuser, Museen oder Messegebäude sollen mit Hinweisschildern, Übersichtspläne und Weg¬ weiser einen Überblick bzw. Orientierung bieten. Insbesondere wenn man das Gebäude zum ersten Mal betritt, ist es durch die Vielzahl an verwinkelten Gängen, Fluren, Räumen und Etagen oft sehr schwer und kompliziert sich zu orientieren und sein Ziel zu finden. Globale, satellitengestützte Positionierungs¬ systeme (GPS) scheiden für den Einsatz aufgrund der fehlenden Verfügbarkeit der Satellitensignale innerhalb überbauter Are- ale aus. Denn innerhalb von Räumen lässt die Genauigkeit und Empfangsstärke von satellitengestützte Positionierungssyste¬ men schnell nach, bis hin zum totalen Verbindungsabbruch.
So sind in den letzten Jahren zahlreiche neue Technologien und Verfahren zur Realisierung lokaler Positionierungssysteme erprobt worden. Unterschiedliche Sensoren und Verfahren für eine robuste und möglichst genaue Positionsbestimmung stehen zur Verfügung. Dabei werden insbesondere aktive Systeme eingesetzt, welche elektromagnetische Wellen oder Schallwel¬ len als Informationsträger verwenden, um damit eine Lokalisierung durchzuführen. Pseudolit-GPS (Aussendung von nachgeahmten Satellitensignalen durch terrestrische Sender) bietet unter Laborbedingungen eine sehr genaue Methode zur Ortsbestimmung. Jedoch sind die Investitionskosten für die Einrichtung eines Pseudolit-GPS- Systems sehr hoch, weswegen es aktuell kaum Gebäude gibt, bei denen ein solches System zum Einsatz kommt. Hinzu kommt, dass die Pseudolit-Stationen einzig zum Zweck der Positionsbestimmung installiert werden müssten und keinerlei sonstigen Mehrwert bieten. Auftretende Fehler müssen als solche erkannt und durch entsprechende Korrekturberechnungen eliminiert werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges Verfahren und eine kostengünstige Anordnung zur Kalibrierung der Position von mobilen Objekten in Gebäuden, bzw. der Sensorik von mobilen Objekten bereitzustellen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Kalibrierung der Position von mobilen Objekten in Gebäuden, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte:
- Aussenden einer Positionsinformation oder eines Verweises darauf durch eine im Gebäude befindliche, funkgestützte Sen¬ devorrichtung, wobei die Positionsinformation der Sendevorrichtung eindeutig zugeordnet ist und damit den aktuellen Standort an das mobile Objekt im Gebäude übermittelt;
- Empfangen der Positionsinformation durch das mobile Objekt; und
- Kalibrieren der aktuellen Position d.h. des aktuellen Standorts des mobilen Objekts auf den am mobilen Objekt angezeig¬ ten Plänen zur Positionsbestimmung des mobilen Objektes, basierend auf der empfangenen Positionsinformation, wobei das Aussenden der Positionsinformation oder des Verweises darauf innerhalb eines gebündelten, insbesondere gerich¬ teten, Funkabstrahlbereichs erfolgt. Mit Vorteil handelt es sich bei der Positionsinformation um eine auf den jeweiligen Standort der jeweiligen Sendvorrichtung referenzierte Positi¬ onsinformation. Mit Vorteil wird der Funkabstrahlbereichs durch einen von der Sendevorrichtung gesendeten gerichteten Funkstrahl gebildet. Der Funkstrahl ist dabei mit Vorteil auf eine Empfangsebene oder einen Zielpunkt gerichtet. Mit Vor- teil handelt es sich bei den mobilen Objekten um tragbare elektronische Geräte, wie z.B. Smart Phones, Smart Watches (intelligente Uhren) , Smart Glasses (intelligente Brillen) oder Tablet-Computer, die eine Sensorik aufweisen wie z.B. Accelerometer, Magnetometer, Gyroskop, Barometer. Diese
Sensorik kann zur Positionsbestimmung und/Navigation verwendet werden. Diese Sensorik weist den Nachteil auf, dass ihre Messergebnisse leicht „aus dem Ruder laufen". Durch die auto¬ matische Kalibrierung der Position wird der Messfehler eliminiert. Dies erfolgt ohne Interaktion des Benutzers dieser mo- bilen Geräte. Eine Sendevorrichtung mit ihrer jeweils eindeu¬ tigen zugeordneten Positionsinformation wirkt für die Kalibrierung bzw. Rekalibrierung wie ein wie ein Referenz-Beacon . Wenn sich das mobile Objekt in einem Funkabstrahlbereich einer Sendevorrichtung befindet, erfolgt die Kalibrierung bzw. Re-kalibrierung der mobilen Objekte basierend auf der im jeweiligen Funkabstrahlbereich durch das mobile Objekt jeweils empfangenen Positionsinformation. Bei der Sendevorrichtung kann es sich z.B. um WLAN-, Bluetooth, oder Zigbee-Sender bzw. um eine Kombination von Sendern (Beacons) handeln.
Ein Konzept der Erfindung beruht darauf, dass die Sendevor¬ richtung einem Referenzbeacon entspricht, der, im Sinne eines Leuchtfeuers seine Positionsinformation ausstrahlt und diese dann für die Kalibrierung bzw. Re-kalibrierung der Position eines mobilen Objektes (mobilen Gerätes) verwendet wird. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Kalibrierung der Position von mobilen Objekten in Gebäuden (GBl, GB2), das Verfahren umfassend die folgenden Schritte:
- Aussenden einer Positionsinformation oder eines Verweises darauf durch eine im Gebäude befindliche, funkgestützte Sen¬ devorrichtung, wobei die Positionsinformation der Sendevorrichtung eindeutig zugeordnet ist und damit den aktuellen Standort an das mobile Objekt im Gebäude übermittelt;
- Empfangen der Positionsinformation durch das mobile Objekt; und
- Kalibrieren von im mobilen Objekt integrierter Sensorik zur Positionsbestimmung des mobilen Objektes, basierend auf der empfangenen Positionsinformation, wobei das Aussenden der Positionsinformation oder des Verweises darauf innerhalb eines gebündelten, insbesondere gerichteten, Funkabstrahlbereichs erfolgt. Mit Vorteil handelt es sich bei den mobilen Objekten um tragbare elektronische Geräte, wie z.B. Smart Phones, Smart Watches (intelligente Uhren) , Smart Glasses (intelli¬ gente Brillen) oder Tablet-Computer, die eine Sensorik auf- weisen wie z.B. Accelerometer, Magnetometer, Gyroskop, Barometer. Diese Sensorik kann zur Positionsbestimmung
und/Navigation verwendet werden. Diese Sensorik weist den Nachteil auf, dass ihre Messergebnisse leicht „aus dem Ruder laufen". Durch die automatische Kalibrierung dieser Sensorik wird der Messfehler eliminiert. Dies erfolgt ohne Interaktion des Benutzers dieser mobilen Geräte. Eine Sendevorrichtung mit ihrer jeweils eindeutigen zugeordneten Positionsinformation wirkt für die Kalibrierung bzw. Rekalibrierung wie ein wie ein Referenz-Beacon . Wenn sich das mobile Objekt in einem Funkabstrahlbereich einer Sendevorrichtung befindet, erfolgt die Kalibrierung bzw. Rekalibrierung der mobilen Objekte basierend auf der im jeweiligen Funkabstrahlbereich durch das mobile Objekt jeweils empfangenen Positionsinformation. Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt da¬ rin, dass der gebündelte Funkabstrahlbereich in einem Winkel von höchstens 10 Grad um seine Mittelachse von der Sendevor¬ richtung abgestrahlt wird, (bei einem Abstrahlwinkel von 19 Grad ergibt bei 3 m Abstand der Lichtkegel einen Durchmesser von 1 m) . Mit Vorteil entspricht die Mittelachse der Haupt¬ strahlrichtung in die die Sendevorrichtung den Funkabstrahlbereich gerichtet abstrahlt. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der gebündelte (gerichtete) Funkabstrahlbereich in Form eines im Wesentlichen geraden Kreiskegels von der Sendevorrichtung abgestrahlt wird, wobei die Mittelachse des Kreiskegels im Wesentlichen senkrecht auf eine Empfangsebene gerichtet ist, wobei der den Kreiskegel bildende Öffnungswin¬ kel höchstens 19 Grad beträgt. Bei einem Abstrahlwinkel von 19 Grad ergibt bei 3 m Abstand ein Licht- oder ein Funkkegel einen Durchmesser von 1 m auf einer der Sendevorrichtung gegenüber liegender Empfangsebene. Ein mobiles Objekt, das sich im Kreiskegel befindet erhält dadurch eine Positionsinforma¬ tion für eine Kalibrierung der Position des mobilen Objektes in ausreichender Genauigkeit.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der gebündelte Funkabstrahlbereich in Form eines im Wesentlichen geraden Kreiskegels von der Sendevorrichtung in Richtung einer Empfangsebene abgestrahlt wird, wobei die Mittelachse des Kreiskegels im Wesentlichen senkrecht auf die Empfangsebene gerichtet ist, wobei der den Kreiskegel bilden- de Öffnungswinkel so gewählt wird, dass die durch den
Kreiskegel auf der Empfangsebene gebildete Durchgangsbreite höchstens 1 m beträgt. Bei einem Abstrahlwinkel von 19 Grad ergibt bei 3 m Abstand ein Licht- oder ein Funkkegel einen Durchmesser von 1 m auf einer der Sendevorrichtung gegenüber liegender Empfangsebene. Ein mobiles Objekt, das sich im Kreiskegel befindet erhält dadurch eine Positionsinformation für eine Kalibrierung der Position des mobilen Objektes in ausreichender Genauigkeit.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der Kegel in vertikaler Richtung von oben nach unten oder umgekehrt, oder in horizontaler Richtung ausgesendet wird, wie z.B. zwischen zwei Wänden des Gebäudes. Dadurch ist ein sicheres Empfangen der Positionsinformation auf dem mobilen Gerät (mobilen Objekt) gewährleistet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Positionsinformation und/oder der Verweis da- rauf durch das mobile Objekt in einem Radius von ±100 cm, insbesondere ±50 cm, um die Mittelachse des Funkstrahls beim Auftreffen auf das mobile Objekt empfangen werden kann. Mit Vorteil kann die Positionsinformation und/oder der Verweises darauf durch das mobile Objekt nur in einem Radius von ±100 cm, insbesondere ±50 cm, um die Mittelachse des Funkstrahls beim Auftreffen auf das mobile Objekt empfangen werden. Mit Vorteil ist der Funkstrahl von der Sendevorrichtung ausgehend senkrecht nach unten ausgerichtet. Dann sind mögliche Fehler bezüglich der am mobilen Gerät empfangenen Positionsinforma- tion sehr gering. Mit Vorteil ist der Abstrahlwinkel für den Funkabstrahlbereich (im Wesentlichen ein Kreiskegel) so gewählt ist, dass das mobile Objekt (z.B. Smartphone) diesen Funkabstrahlbereich in einem Radius von ±100 cm, insbesondere ±50 cm, durchquert. Ein mobiles Objekt, das sich im Kreiske- gel befindet erhält dadurch eine Positionsinformation für eine Kalibrierung der Position des mobilen Objektes in ausreichender Genauigkeit. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass der gebündelte Funkstrahl durch die Sendevorrichtung auf das mobile Objekt gerichtet nachgeführt wird. Die zielgerichtete Nachführung kann z.B. durch dynamische Anten- neneinstellung, d.h. durch die Einstellung des Funkstrahl auf das sich vorbeibewegende mobile Objekt (z.B. Smartphone, Smartwatch, Smartglasses , tablet, etc.) erfolgen. Das Zielge¬ rät empfängt die gesendete Positionsinformation oder eine ID der jeweiligen Sendevorrichtung, aus der die Position der je- weiligen Sendevorrichtung ermittelt werden kann. Dies kann im mobilen Objekt offline in einer App. erfolgen, oder online mittels einer Verbindung des mobilen Objektes zu einem Server (z.B. einem Gebäudeautomatisierungssystem). Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das Verfahren zur Navigation von mobilen Objekten in einem Gebäude verwendet wird,
wobei durch die empfangene Positionsinformation der Sendevorrichtung ein erster Standort als Referenzpunkt (bzw. als Startpunkt) des mobilen Objektes im Gebäude festgelegt wird; wobei ausgehend vom ersten Standort des mobilen Objektes unter Verwendung der im mobilen Objekt integrierten
Navigationssensorik (z.B. Gyroskop, Beschleunigungssensoren, Barometer, WLAN) fortlaufend ein aktueller Standort des mobi- len Objektes ermittelt wird, wobei an einem zweiten Standort eine weitere Sendevorrichtung zum Aussenden einer weiteren Positionsinformation, die der weiteren Sendevorrichtung zugeordnet ist, angebracht ist, und
wobei der aktuell ermittelte Standort auf den zweiten Standort der Sendevorrichtung (Referenzpunkt) kalibriert wird, wenn vom mobilen Objekt die weitere Positionsinformati¬ on empfangen wird. Dadurch kann ein entsprechend eingerichte¬ tes mobiles Objekt nicht nur zur Positionsbestimmung, sondern auch zur Navigation in einem Gebäude verwendet werden. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass, basierend auf der kalibrierten Position oder der kalibrierten Sensorik, im mobilen Objekt gespeicherten digi- tale Karten oder Gebäudepläne des Gebäudes zur Positionsan¬ zeige rekalibriert werden. Die Gebäudepläne können z.B. durch ein Gebäudeautomatisierungssystem bereitgestellt werden. Mit Vorteil sind die Gebäudepläne Teil eines BIM (Building Infor¬ mation Model) bzw. Gebäudeinformationsmodells oder -Systems. Die Gebäudepläne werden mit Vorteil auf das mobile Objekt
(z.B. Smartphone, Tablet-Computer) durch ein Download vom Gebäudeautomatisierungssystem, mit Vorteil durch einen Webserver geladen. Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Anordnung zur Kalibrierung der Position von mobilen Objekten in Gebäuden, die Anordnung umfassend:
eine im Gebäude befindliche Sendevorrichtung zum Aussenden einer Positionsinformation und/oder eines Verweises da- rauf, wobei die Positionsinformation der Sendevorrichtung eindeutig zugeordnet ist und damit den aktuellen Standort an das mobile Objekt im Gebäude übermittelt;
ein mobiles Objekt mit integrierter Sensorik zur Positionsbestimmung des mobilen Objektes in einem Gebäude und einer Empfangseinrichtung zum Empfangen der Positionsinformation und/oder des Verweises darauf;
wobei das mobile Objekt eingerichtet ist, basierend auf der empfangenen Positionsinformation, eine Kalibrierung der am mobilen Objekt angezeigten Position zur Positionsbestim- mung vorzunehmen, wobei
die Sendevorrichtung dazu eingerichtet ist einen gebündelten, insbesondere gerichteten, Funkstrahl mit der Positionsinformation und/oder des Verweises darauf auszusenden. Die Anordnung lässt sich mit sowieso schon üblicherweise in einem Gebäude befindlichen Komponenten realisieren. Der von der Sendevorrichtung ausgesandte gebündelte, insbesondere gerich¬ tete, Funkstrahl lässt sich z.B. durch eine entsprechende Ab¬ schirmblende oder durch andere bautechnische Massnahmen (z.B. rückversetztes Anbringen des Senders in einem Sackloch, durch dessen Öffnung die Funkstrahlen austreten. Die Sendevorrichtung (Beacon) kann z.B. auf WLAN, Bluetooth oder ZigBee basieren . Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Anordnung zur Kalibrierung der Sensorik von mobilen Objekten in Gebäuden, die Anordnung umfassend:
- eine im Gebäude befindliche Sendevorrichtung zum Aussenden einer Positionsinformation und/oder eines Verweises darauf, wobei die Positionsinformation der Sendevorrichtung eindeutig zugeordnet ist und damit den aktuellen Standort an das mobile Objekt im Gebäude übermittelt;
- ein mobiles Objekt mit integrierter Sensorik zur Positionsbestimmung des mobilen Objektes in einem Gebäude und einer Empfangseinrichtung zum Empfangen der Positionsinformation und/oder des Verweises darauf; wobei das mobile Objekt einge¬ richtet ist, basierend auf der empfangenen Positionsinforma¬ tion, eine Kalibrierung der im mobilen Objekt integrierten Sensorik zur Positionsbestimmung vorzunehmen, wobei die Sen- devorrichtung dazu eingerichtet ist einen gebündelten, insbesondere gerichteten, Funkstrahl mit der Positionsinformation und/oder des Verweises darauf auszusenden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Sendevorrichtung dazu eingerichtet ist, den gebündelten, mit Vorteil gerichteten, Funkstrahl in einem Winkel von höchstens 10 Grad um die Mittelachse des Funk¬ strahls von der Sendevorrichtung abzustrahlen. Mit Vorteil entspricht die Mittelachse der Hauptstrahlrichtung in die die Sendevorrichtung den Funkabstrahlbereich gerichtet abstrahlt. Ein mobiles Objekt, das sich im Funkabstrahlbereich befindet erhält dadurch eine Positionsinformation für eine Kalibrie- rung der Position des mobilen Objektes in ausreichender Genauigkeit .
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Sendevorrichtung dazu eingerichtet ist, dass der gebündelte, insbesondere gerichtete, Funkabstrahlbereich in Form eines im Wesentlichen geraden Kreiskegels von der Sendevorrichtung in Richtung einer Empfangsebene abgestrahlt wird, wobei die Mittelachse des Kreiskegels im Wesentlichen senkrecht auf die Empfangsebene gerichtet ist, wobei der, den Kreiskegel bildende Öffnungswinkel so gewählt wird, dass die durch den Kreiskegel auf der Empfangsebene gebildete Durchgangsbreite höchstens 1 m beträgt. Ein mobiles Objekt, das sich im Kreiskegel befindet erhält dadurch eine Positi¬ onsinformation für eine Kalibrierung der Position des mobilen Objektes in ausreichender Genauigkeit.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass das mobile Objekt eingerichtet ist, basierend auf der empfangenen Positionsinformation, eine Referenzierung der im mobilen Objekt gespeicherten digitalen Karten oder Gebäudepläne zur Kalibrierung der Positionsanzeige auf dem mobilen Objekt oder der im mobilen Objekt integrierten Sensorik vorzunehmen. Die Karten bzw. Gebäudepläne können z.B. von einem Gebäudeautomatisierungssystem für das mobile Objekt (z.B. Smart Phone, Smart Watch, Smart Glass (intelligente Brille)
Tablet-Computer) bereitgestellt werden. Z.B. durch einen entsprechenden Download auf das mobile Objekt. Mit den entspre¬ chenden Karten bzw. Gebäudeplänen kann das mobile Objekt als Navigationsgerät, dediziert für das jeweilige Gebäude, ver¬ wendet werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Sendevorrichtung dazu eingerichtet ist, den gebündelten Funkstrahl auf das mobile Objekt gerichtet nach¬ zuführen. Die zielgerichtete Nachführung kann z.B. durch dynamische Antenneneinstellung, d.h. durch die Einstellung des Funkstrahl auf das sich vorbeibewegende mobile Objekt (z.B. Smartphone, Smartwatch, Smartglasses , tablet, etc.) erfolgen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Sendevorrichtung im Gebäude an Orten angebracht ist, an denen bedingt durch die Bauweise des Gebäudes oder durch technische Einrichtungen im Gebäude bedingt, im
Gebäude befindliche mobilen Objekte beispielweise in der Hand einer Person mit einer hohen Wahrscheinlichkeit durch den Funkstrahl der Sendevorrichtung erfasst werden. Dadurch sind die Investitionen in die Gebäudeinfrastruktur zur Installati- on der erfindungsgemässen Anordnung sehr gering, z.B. bei Zugängen mit Drehkreuzen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Sendevorrichtung insbesondere an einem der folgenden Orten im Gebäude angebracht ist: Ein-, Ausgang, Durchgänge, Zugang zu Aufzügen, Anfang bzw. Ende von Rolltreppen, Zugang zu Toiletten. Solche Orte werden mit einer hohen Wahrscheinlichkeit von Personen besucht bzw. betreten die das mobile Objekt mit sich führen. Optional können auch mechanische Barrieren im Gebäude angebracht werden, um Perso¬ nen in einen Funkabstrahlbereich (mit Referenzbeacon) zu leiten . Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Sendevorrichtung in einem Infrastrukturelement des Gebäudes, insbesondere einem Brandmelder oder einem Beleuchtungselement, integriert ist. Mit Vorteil gehört das Infrastrukturelement zur üblichen Ausstattung eines Gebäudes, z.B. Gefahrenmelder, Zutrittskontrolle, Lautsprecher, Lampen, Kamera. Dadurch entstehen lediglich geringe Investitionskos¬ ten. Weiterhin sind die Sendevorrichtungen in den Infrastrukturelementen versteckt angebracht.
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden am Beispiel der nachfolgenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
FIG 1 eine erste beispielhafte Anordnung zur Kalibrierung der Position von mobilen Objekten in einem Gebäude,
FIG 2 zweite beispielhafte Anordnung zur Kalibrie rung der Position von mobilen Objekten in einem Ge- bäude,
FIG 3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Kalibrierung der Position von mobilen Objekten in einem Gebäude, und
FIG 4 einen beispielhaften Gebäudeplan mit beispielhafter
Positionsanzeige.
Heutzutage sind Technologien verfügbar, die prinzipiell für Indoor-Positioning (Bestimmung der Position in Gebäuden oder Überbauungen) bzw. Indoor-Navigation einsetzbar sind. Bluetooth ist z.B. eine Technologie, welche bereits von vie¬ len Smartphones unterstützt wird. Ursprünglich wurde es ge¬ nutzt um mit PDAs oder Handys untereinander Daten auszutau¬ schen. Mittlerweile kommen immer mehr Zubehörgeräte für Han- dys auf den Markt, wie zum Beispiel Headsets, welche mittels Bluetooth mit dem Gerät kommunizieren. Bei Bluetooth handelt es sich um eine Kurzstreckenkommunikation (<10 m) , wobei Bluetoothgeräte ausschliesslich im Frequenzbereich zwischen 2,402 GHz und 2,480GHz senden. Hierdurch ist es allerdings recht störungsanfällig für WLAN Netze, Schnurlostelefone oder Mikrowellenherde. Eine Besonderheit von Bluetooth ist die asymmetrische Datenübertragung, das heisst, dass gleichzeitig gesendet und empfangen werden kann. Eine ausreichend genaue Navigation mittels Bluetooth-Beacons kann erfolgen, indem in- nerhalb eines Gebäudes ausreichend Sensoren angebracht wer¬ den, welche ihren festen Standort dem Gerät mitteilen, woraufhin dieses seinen Standort bei ausreichend vielen erhal¬ tenen Signalen mittels (Tri-) Lateration errechnen können. Die durchschnittlichen Sendereichweite Indoor liegt bei ca. zehn Meter je nach Art und Typ der Implementierung, was bei ganzflächiger Abdeckung in einem Gebäude zu hohen Investitionskosten führt. Hinzu kommt, dass nicht bei jedem Bluetooth-Typ eine Abfrage der Sendestärke möglich ist, ohne mit dem Sender konkret verbunden zu sein. Ausserdem unterstützen einige in Mobiltelefonen eingebauten Chips lediglich die Verbindung zu einer einzelnen Station, was wiederum eine Trilateration zusätzlich erschwert. Hierdurch entsteht ein unnötiger Zeitverlust beim Auf- und Abbau von Verbindungen, sowie weitere Anfälligkeit bei der Navigation selbst.
Die bekannten WLAN Netze arbeiten heutzutage hauptsächlich auf einer Frequenz von 2,4-2,4835 GHz und haben sich als Technologie zur Ortsbestimmung innerhalb von Gebäuden etablieren können. Heutige WLAN-Implementierungen ermöglicht be- reits eine genaue Bestimmung der Signalstärke, denn eine Sen¬ destation schickt in der Regel zehnmal pro Sekunde ein so genanntes „Beacon" mit der niedrigsten Sendeleistung. So wird sichergestellt, dass bei Erhalt eines Beacons auch eine stabile Verbindung hergestellt werden kann, welche dann mit entsprechend höherer Sendeleistung gehalten würde. Anhand dieses Beacons kann jedoch ausserdem, ohne sich mit dem jeweiligen Netzwerk zu verbinden, die Signalstärke gemessen werden. Diese wird beim Empfänger als RSS (Received Signal Strength) protokolliert und nimmt im Normalfall ab, je weiter der Empfänger vom Sender entfernt ist. Die Positionsbestimmung innerhalb von WLAN-Netzen kann durch mehrere verschiede¬ ne Arten der Implementierung geschehen. Dazu gehören die (Tri- ) Lateration und das sogenannte Fingerprinting . Heutzuta- ge findet man häufig eine Kombination der beiden Möglichkei¬ ten vor. Bei der Lateration wird die Entfernung von Access Point (Sender) und Client (Empfänger) berechnet. Der Standort der einzelnen Accesspoints muss hierfür bekannt sein und es müssen mindestens drei Access Points erfasst werden, sodass anhand der errechneten Entfernungs-Radien ein Schnittpunkt gefunden werden kann, welcher die aktuelle Aufenthaltspositi¬ on eindeutig markiert. Dieses Verfahren ist sehr anfällig für das sogenannte Multipath-Problem und ebenso für andere Sig¬ nalstörungen. Speziell wenn lediglich die Mindestanzahl an Access Points verfügbar ist, kommt es schnell zu grossen Un- genauigkeiten .
Das sogenannte Fingerprinting wird innerhalb von zwei Phasen durchgeführt. In der sogenannten Offline-Phase wird ein Ras- ter erstellt, mit Punkten in dem Areal, in welchem man später die Navigation nutzen möchte. An jedem dieser Punkte werden Signalwerte der umliegenden WLAN-Netze gemessen und gespei¬ chert - es wird also die RSS der unterschiedlichen Netzwerke in Reichweite, sowie die eindeutige Kennung der Netzwerke selbst gespeichert. Diese Kennung wird Basic Service Set Identifier (BSSID) genannt und in dem IEEE-Standard als
MAC-Adresse (Medium Access Control) einer Station definiert. Diese Kombination aus verschiedenen BSSIDs und ihrer Signal- stärke ist in der Regel einmalig, wie ein Fingerabdruck. Hat man genügend Vergleichswerte gesammelt, so kann in der Onli¬ ne-Phase die Positionsbestimmung erfolgen. Hierzu werden aktuell gemessene Werte an einen Server (z.B. Gebäudemanage- ment-system, Cloud) geschickt, sofern die Daten extern ge- speichert wurden, oder innerhalb des mobilen Gerätes (mobilen Objektes) selbst verarbeitet. Durch einen Algorithmus, wel¬ cher sich von Verfahren zu Verfahren unterscheidet, werden die meisten oder besten Übereinstimmungen der Werte aus den zwei Phasen gefunden und der dazugehörige Punkt im Raster er- mittelt. Das Fingerprinting ist aufgrund der langen Vorberei¬ tungszeit in der Offline-Phase ein sehr aufwändiges Verfah¬ ren, dennoch bildet es die Grundlage für die genaue Ortsbe¬ stimmung bei stabilen Funk-Bedingungen, da sich bei sehr vielen vorhandenen Vergleichsdaten kurzweilige Messfehler oder Ungenauigkeiten leicht ausgleichen lassen.
WLAN hat sich mittlerweile als Technologie zur Indoor Naviga¬ tion etabliert. Nicht nur innerhalb, sondern auch ausserhalb von Gebäuden wurden verschiedenste Techniken angewandt, um eine präzise Positionsbestimmung zu erreichen. Ein WLAN-
System ist zudem verhältnismässig günstig. Dennoch bleibt die Störanfälligkeit der der WLAN Reichweite / Einrichtung. Das grösste WLAN-Problem ist Feuchtigkeit. WLAN funkt auf der Re¬ sonanzfrequenz 2,4 GHz von Wasser. So wird das WLAN überall dort gestört, wo Feuchtigkeit im Mauerwerk (oder Rigips oder Holzwänden) vorhanden oder z.B. eine Fussbodenheizung verbaut ist. Stahlbetondecken und Säulen dämpfen die Ausweitung von WLAN-Signalen über mehrere Stockwerke. Auch das Vorhandensein grosser Pflanzen im Raum kann die WLAN-Sendeleistung etwas beeinträchtigen; das liegt an dem hohen Wassergehalt der Pflanzen. Die Anwesenheit von Menschen ist somit auch ein Problem, da diese die WLAN-Signale dynamisch verändern und somit die Genauigkeit variiert.
Durch die rasante Weiterentwicklung der mobilen IT in den letzten Jahren, verfügen heutige Smartphones oder andere mo¬ bile Kommunikationsendgeräte über zahlreiche Sensoren, die auch für die Positionsbestimmung des Nutzers verwendet werden können. Dazu zählen low-cost Sensoren wie z.B. Accelerometer, Magnetometer, Gyroskop, Barometer. Anhand von diesen Sensordaten kann der zurückgelegte Weg eines Nutzers ermitteln. Um hieraus eine Navigation bzw. den aktuellen Standort abzulei¬ ten müsste zunächst jedoch der Startpunkt bekannt sein.
Die erfinderische Idee besteht nun darin, sogenannte Refe- renz-Beacons zur Kalibrierung zu verwenden und damit die Start- bzw. Durchgangsposition genau zu bestimmen. Die
Beacon-Elektronik wird hierzu in ein Gehäuse verbaut welches durch Materialeigenschaft (Abstrahlschutz / Schirmung) und/oder Nutzung von Antennencharakteristik ('Richtantenne') möglichst gebündelt abstrahlt.
Bei einer Montage an der Raumdecke sollte vorteilhafterweise ein senkrecht nach unten ausgerichteter 'Funkstrahl' von der Sendevorrichtung zum Smartphone ausgesendet werden. Beim Verbau in einer Wand oder in einem Bodenmodul entsprechend im richtigen Winkel (mit Vorteil im rechten Winkel) zum Empfänger (Smartphone, Smartwatch, Smartglasses , etc.). Dadurch wird das Multipath-Problem stark reduziert. Je nach Raumbe- schaffenheit und Nutzung kann dieser Bündelfunkstrahl auch eine dafür optimierte Abstrahlcharakteristik einnehmen, z.B. 10°, 20°, 30° Abstrahlwinkel. Dies kann wie geschrieben durch Auslegung des Gehäuses, der Antenne oder Softwareeinstellung realisiert werden. Ein Bündelfunkstrahl kann z.B. durch ein entsprechendes Abschirmelement (z.B. Blende) realisiert wer¬ den .
Eine weiterführende technologische Ausführung wäre die Nut- zung von sich automatisch auf den Aufenthaltsort des Nutzer einstellenden Richtfunkstrahls. Die Erkennung des aktuellen Aufenthaltsorts eines Menschen oder Gerätes findet relativ grob aufgelöst mittels Sensorik und/oder Algorithmen (z.B. Schall, Licht, oder Auswertung von Funkwellenreflexion) im Referenzbeacon oder separater Hardware statt. Dieser arbeitet quasi ähnlich wie ein Bewegungsmelder. Daraufhin kann der Referenzbeacon zielgerichtet durch z.B. dynamische Antenneneinstellung (z.B. mechanische Veränderung, oder Software- Lösung) per Funkstrahl seine Referenzbeacon-ID an das sich vorbeibewegende mobile Objekt (Smartphone, Smartwatch,
Smartglasses , Tablet, etc.) übermitteln. Das Zielgerät emp¬ fängt die gesendete ID, sowie die Strahlrichtung der Antenne und kann damit seine Position im Gebäude und Raum bestimmen. Dies kann offline in einer App, oder online mittels Server- Verbindung erfolgen. Danach wird bis zum Erreichen des nächsten (Referenz- ) Beacon die Navigation bzw. Positionsbestimmung anhand des vom Nutzer genutzten Gerätes verbauten Sensoren durchgeführt. Beim Erreichen des nächsten Referenz-Beacons kann das Endgerät die durch die internen Sensoren verursachte Abweichung re-kalibrieren .
Die vorliegende Erfindung reduziert die Investition in die Gebäudeinfrastruktur enorm, da nur wenige Referenz-Beacons an „strategischen Durchgängen" eingesetzt werden müssen. Die Po- sitionsgenauigkeit bleibt dabei ausreichend genau. Auch ist prinzipiell die Positionsbestimmung in hohen Hallen damit möglich, wenn an den Halleneingängen, Toiletteneingängen und sonstigen „schmalen Durchgängen" die Referenz-Beacon installiert sind. Die Referenz-Beacons sind mit Vorteil so positio- niert, dass beim Passieren die Position (bzw. der Gebäudeplan) bei grösster Signalstärke bis auf weniger als ein Meter genau kalibriet werden kann. Diese Referenz dient dann z.B. als Startpunkt zur weiteren Positionsbestimmung über die im Smartphone verbauten Sensoren. Die exakten Positionsdaten werden optional im Gebäudemanagementsystem erfasst und dem Nutzer über WLAN oder anderer Übertragungstechnologie (z.B. 2G, 3G, 4G, etc. Mobilfunk; Licht- oder Tonsignal; etc.) z.B. mittels Serververbindung oder z.B. per Download auf sein mo- biles Kommunikationsendgerät bereitgestellt.
Mit Vorteil ist der Referenz-Beacon dazu in ein (wenigstens) teilweise abgeschirmtes Gehäuse verbaut, so dass möglichst wenig Reflektionsstrahlung entsteht. Das Multipath-Problem wird dadurch reduziert bzw. vermieden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass das Empfangen der Positionsinformation auf Seiten des Besitzers des mobilen Gerätes passiv erfolgt, durch einfaches Durchschrei- ten des Raumes. Der Besitzer bzw. Anwender muss nicht selbst aktiv werden und sich aktiv an einem dedizierten Punkt im Raum einloggen, z.B. durch Positionieren des mobilen Gerätes an einem mit einem NFC-Beacon, Bar- oder QR-Code versehenen Ortes im Gebäude und Aufnehmen des NFC-Beacon, Bar- oder QR- Codes durch das mobile Gerät.
Figur 1 zeigt eine erste beispielhafte Anordnung zur Kali¬ brierung der Position von mobilen Objekten MOl in einem Gebäude GBl. Die Anordnung umfasst eine im Gebäude GBl befind¬ liche Sendevorrichtung SV1 - SV7 zum Aussenden einer Positionsinformation PS1 - PS7 und/oder eines Verweises darauf, wo bei die Positionsinformation PS1 - PS7 der jeweiligen Sendevorrichtung SV1 - SV7 eindeutig zugeordnet ist (z.B. als Po- sition in einem von einem Gebäudemanagementsystem GMS auf das mobile Gerät MOl übermittelten Gebäudeplan) und damit den aktuellen Standort an das mobile Objekt MOl im Gebäude GBl übermittelt. Die Anordnung umfasst weiterhin ein mobiles Ob- jekt MOl (z.B. Smart Phone, Smart Watch, Smart Glass, Tablet- Computer) . Das mobile Objekt MOl umfasst eine Sensorik (z.B. Accelerometer, Magnetometer, Gyroskop, Barometer) zur Positionsbestimmung des mobilen Objektes MOl im Gebäude GBl und ei¬ ner Empfangseinrichtung (z.B. Funkantenne zum Empfangen von Funksignalen) zum Empfangen der Positionsinformation und/oder des Verweises darauf. Das Funksignal kann dabei die Positi¬ onsinformation selbst enthalten, d.h. die Positionsinformati¬ on kann direkt auf das mobile Gerät (mobile Objekt) MOl über¬ tragen werden oder indirekt in Form eines Verweises (z.B. URL-Adresse) auf die jeweilige Positionsinformation. Das mo¬ bile Objekt MOl ist dazu eingerichtet, basierend auf der emp¬ fangenen Positionsinformation PS1 - PS7 , eine Kalibrierung der am mobilen Objekt MOl angezeigten Position zur Positionsbestimmung vorzunehmen.
Die Sendevorrichtung SV1 - SV7 ist dazu eingerichtet einen gebündelten, insbesondere gerichteten, Funkstrahl FS1 - FS 7 mit der Positionsinformation PS1 - PS7 und/oder des Verweises darauf auszusenden.
Heutzutage besitzt ein Benutzer bzw. Anwender P üblicherweise ein wie oben beschrieben ausgestattetes mobiles Gerät MOl (z.B. ein Smart Phone) . Mit Vorteil sind die Sendevorrichtungen SV1 - SV7 im Gebäude GBl an solchen Stellen positioniert, an denen Besucher P im Gebäude sowieso vorbeikommen, z.B. bei Drehkreuzen, Aufzügen, Toiletten, Ein- und Ausgängen. Mit Vorteil wird das Gebäude GBl mit einem Gebäudemanagement¬ system GMS betrieben. Vom Gebäudemanagementsystem GMS können z.B. Gebäudepläne auf das mobile Gerät MOl geladen werden. Das mobile Gerät MOl kann somit auch zur Indoor-Navigation im Gebäude verwendet werden.
Figur 2 zeigt eine zweite beispielhafte Anordnung zur Kali brierung der Position von mobilen Objekten M02 in einem Ge bäude GB2.
Die zweite beispielhafte Anordnung gemäss Figur 2 umfasst:
- eine im Gebäude GB2 befindliche Sendevorrichtung SV8 zum Aussenden einer Positionsinformation PS8 und/oder eines Ver- weises darauf, wobei die Positionsinformation PS8 der Sende¬ vorrichtung SV8 eindeutig zugeordnet ist und damit den aktu¬ ellen Standort an das mobile Objekt M02 im Gebäude GB2 über¬ mittelt;
- ein mobiles Objekt M02 (z.B. Smart Phone) mit integrierter Sensorik zur Positionsbestimmung des mobilen Objektes M02 im
Gebäude GB2 und einer Empfangseinrichtung zum Empfangen der Positionsinformation PS8 und/oder des Verweises darauf. Das mobile Objekt M02 ist dabei eingerichtet, basierend auf der empfangenen Positionsinformation PS8, eine Kalibrierung der am mobilen Objekt M02 angezeigten Position zur Positionsbestimmung vorzunehmen.
Die Sendevorrichtung SV8 ist dazu eingerichtet einen gebündelten, insbesondere gerichteten, Funkstrahl FS8 mit der Po sitionsinformation PS8 und/oder des Verweises darauf auszu¬ senden .
Ist die Sendevorrichtung SV8 an einer Raumdecke oder Gangdecke angebracht, erfolgt die Abstrahlung des gebündelten, ins- besondere gerichteten, Funkstrahls FS8 mit Vorteil im Wesent¬ lichen senkrecht zum gegenüberliegenden Fussboden, als Empfangsebene EE . Mit Vorteil wird der gebündelte (insbesondere gerichtete)
Funkabstrahlbereich FS8 in einem Winkel von höchstens 10 Grad um seine Mittelachse von der Sendevorrichtung SV8 abge¬ strahlt. Die Mittelachse MA des Funkabstrahlbereichs FS8 wird dabei durch den Hauptfunkstrahl gebildet. Der Funkabstrahlbe- reich FS8 ist dabei im Wesentlichen rotationssymmetrisch bzw. kegelförmig um die Mittelachse MA.
Mit Vorteil wird der gebündelte (insbesondere gerichtete) Funkabstrahlbereich FS8 in Form eines im Wesentlichen geraden Kreiskegels KK von der Sendevorrichtung SV8 abgestrahlt, wo¬ bei die Mittelachse MA des Kreiskegels im Wesentlichen senk¬ recht auf eine Empfangsebene EE gerichtet ist, wobei der, den Kreiskegel KK bildende Öffnungswinkel höchstens 19 Grad be¬ trägt .
Mit Vorteil wird der gebündelte (insbesondere gerichtete) Funkabstrahlbereich FS8 in Form eines im Wesentlichen geraden Kreiskegels KK von der Sendevorrichtung SV8 in Richtung einer Empfangsebene EE abgestrahlt wird, wobei die Mittelachse MA des Kreiskegels KK im Wesentlichen senkrecht auf die Emp¬ fangsebene EE gerichtet ist, wobei der, den Kreiskegel KK bildende Öffnungswinkel so gewählt wird, dass die durch den Kreiskegel auf der Empfangsebene EE gebildete Durchgangsbrei¬ te B höchstens 1 m beträgt.
Mit Vorteil ist die Positionsinformation und/oder der Verweises darauf durch das mobile Objekt nur in einem Radius von ±100 cm, insbesondere ±50 cm, um die Mittelachse MA des Funk¬ strahls FS8 beim Auftreffen auf das mobile Objekt M02 empfangbar. Dadurch ist sichergestellt, dass die Positions¬ zuordnung dediziert im jeweiligen entsprechenden Raumbereich im Gebäude erfolgt. Mit Vorteil ist der Funkstrahl senkrecht nach unten ausge¬ richtet, dann ist Fehler am kleinsten (±50 cm) , in Beschreibung aufnehmen.
Mit Vorteil ist der Winkel (Abstrahlwinkel) für den Funkab- Strahlbereich FS8 so gewählt ist, dass das mobile Objekt M02 (z.B. Smartphone) diesen Abstrahlbereich FS8 in einem Radius RA von ±100 cm, insbesondere ±50 cm, durchquert.
Mit Vorteil wird der gebündelte Funkstrahl FS8 durch die Sen¬ devorrichtung SV8 auf das mobile Objekt M02 gerichtet nachge¬ führt. Somit wird die Zuverlässigkeit der Übertragung der Po¬ sitionsinformation PS8 erhöht. Die Bündelung des Funkstrahls FS8 dient dazu, die Genauigkeit der Referenzposition PS8 zu optimieren. Der Abstrahlwinkel hängt daher von den baulichen Umgebungsbedingungen ab und kann deswegen variieren. Die Variablen sind dabei die Einbauhöhe H und die Durchgangsbreite B.
Mit Vorteil wird der Abstrahlwinkel so gewählt, dass bei Anwendung der Formel tan = 1/2B / H in einem Bereich von höchstens 1 m liegt. Die Anordnungen gemäss Figur 1 oder Figur 2 können auch zur Kalibrierung der Sensorik von mobilen Objekten in Gebäuden verwendet werden, wobei eine im Gebäude befindliche Sendevor¬ richtung zum Aussenden einer Positionsinformation und/oder eines Verweises darauf vorhanden ist, wobei die Positionsin- formation der Sendevorrichtung eindeutig zugeordnet ist und damit den aktuellen Standort an das mobile Objekt im Gebäude übermittelt; wobei ein mobiles Objekt mit integrierter
Sensorik zur Positionsbestimmung des mobilen Objektes in ei- nem Gebäude mit einer Empfangseinrichtung zum Empfangen der Positionsinformation und/oder des Verweises darauf ausgestat¬ tet ist; wobei das mobile Objekt eingerichtet ist, basierend auf der empfangenen Positionsinformation, eine Kalibrierung der im mobilen Objekt integrierten Sensorik zur Positionsbe- Stimmung vorzunehmen, wobei die Sendevorrichtung dazu eingerichtet ist einen gebündelten, insbesondere gerichteten, Funkstrahl mit der Positionsinformation und/oder des Verweises darauf auszusenden. Mit Vorteil handelt es sich bei den mobilen Objekten um tragbare elektronische Geräte, wie z.B. Smart Phones, Smart Watches (intelligente Uhren) , Smart
Glasses (intelligente Brillen) oder Tablet-Computer, die eine Sensorik aufweisen wie z.B. Accelerometer, Magnetometer, Gyroskop, Barometer, Beschleunigungssensoren. Diese Sensorik kann zur Positionsbestimmung und/Navigation verwendet werden. Diese Sensorik weist den Nachteil auf, dass ihre Messergeb¬ nisse leicht „aus dem Ruder laufen". Durch die automatische Kalibrierung der Position wird der Messfehler eliminiert. Dies erfolgt ohne Interaktion des Benutzers dieser mobilen Geräte. Eine Sendevorrichtung mit ihrer jeweils eindeutigen zugeordneten Positionsinformation wirkt für die Kalibrierung bzw. Rekalibrierung wie ein wie ein Referenz-Beacon . Wenn sich das mobile Objekt in einem Funkabstrahlbereich einer Sendevorrichtung befindet, erfolgt die Kalibrierung bzw. Rekalibrierung der mobilen Objekte basierend auf der im jewei- ligen Funkabstrahlbereich durch das mobile Objekt jeweils empfangenen Positionsinformation. Bei der Sendevorrichtung kann es sich z.B. um WLAN-, Bluetooth, oder Zigbee-Sender bzw. um eine Kombination von Sendern (Beacons) handeln. Ein Konzept der Erfindung beruht darauf, dass die Sendevor¬ richtung einem Referenzbeacon entspricht, der, im Sinne eines Leuchtfeuers seine Positionsinformation ausstrahlt und diese dann für die Kalibrierung bzw. Re-kalibrierung der Position eines mobilen Objektes (mobilen Gerätes) und/oder für die Ka¬ librierung bzw. Re-kalibrierung der Sensorik eines mobilen Objektes verwendet wird.
Figur 3 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Kalibrierung der Position von mobilen Objekten in Gebäuden, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte:
(VS1) Aussenden einer Positionsinformation oder eines Verweises darauf durch eine im Gebäude befindliche, funkge- stützte Sendevorrichtung, wobei die Positionsinformation der Sendevorrichtung eindeutig zugeordnet ist und damit den aktu¬ ellen Standort an das mobile Objekt im Gebäude übermittelt, wobei das Aussenden der Positionsinformation oder des Verweises darauf innerhalb eines gebündelten, insbesondere gerich- teten, Funkabstrahlbereichs erfolgt;
(VS2) Empfangen der Positionsinformation durch das mobile Objekt; und
(VS3) Kalibrieren von am mobilen Objekt angezeigten Position zur Positionsbestimmung des mobilen Objektes, basie- rend auf der empfangenen Positionsinformation. Das Verfahren kann basierend auf sowieso schon im Gebäude befindlicher Infrastruktur bzw. basierend auf Infrastruktur (z.B. Smart Pho- ne) eines Benutzers (Besuchers) realisiert werden.
Figur 4 zeigt einen beispielhaften Gebäudeplan GP mit beispielhafter Positionsanzeige. Der Gebäudeplan GP zeigt ein beispielhaftes Layout für ein Stockwerk eines Gebäudes. In der Darstellung gemäss Figur 4 für das dritte Obergeschoss im Gebäude 10 II (Geb. 10 II 3.0G) . Der Gebäudeplan GP kann auf einem mobilen Gerät (z.B. Smartphone, Tablet, Smartglass) ei¬ ner im Gebäude befindlichen Person dargestellt werden, insbesondere mit der aktuellen Position des mobilen Gerätes im Ge- bäude . Die aktuelle Position kann auf dem Plan GP z.B. durch einen blinkenden Punkt dargestellt werden. Insbesondere für eine Navigation im Gebäude kann auf dem Plan GP auch der bisher im Gebäude zurückgelegte Weg angezeigt werden. In der Darstellung gemäss Figur 4 zeigt die rote Linie auf dem Plan GP die Position bzw. den zurückgelegten Weg ohne Kalibrierung (POK) an und die grüne Linie zeigt die Position bzw. den Weg mit Kalibrierung (PMK) an. Beispielhafterweise sind auf dem Gebäudeplan GP Sendevorrichtungen SV9 - SV12 (z.B. Beacons) zur Re-kalibrierung der Positionsanzeige auf dem Plan GP dar- gestellt. Die Beacons SV9 - SV12 ermöglichen ein Kalibrieren der aktuellen Position des mobilen Objektes (z.B. Smartphone, Tablet, Smartglass) auf den am mobilen Objekt angezeigten Plänen (GP) basierend auf der vom mobilen Objekt empfangenen Positionsinformation, die die Beacons SV9 - SV12 aussenden. In der Darstellung gemäss Figur 4 ist eine Re-Kalibrierung an einer Position auf dem Plan GP durch die jeweiligen schwarzen Doppelpfeile dargestellt. Eine Re-Kalibrierung der Position des mobilen Objektes auf dem Plan GP kann z.B. durch eine entsprechende Verschiebung der jeweiligen Position des mobi- len Objektes auf dem Plan GP erfolgen, gemäss der vom jewei¬ ligen Beacon SV9 - SV12 ausgesendeten Positionsinformation. Der Gebäudeplan GP kann z.B. durch ein Download (z.B. durch eine entsprechende App) auf das mobile Objekt geladen werden. Der Gebäudeplan GP bzw. die entsprechende können z.B. durch einen entsprechenden Internet-Provider oder durch ein Gebäudemanagementsystem bereitgestellt werden. Verfahren und entsprechende Anordnung zur Kalibrierung der Position bzw. der Sensorik von mobilen Objekten in Gebäuden, wobei eine Positionsinformation oder ein Verweis darauf durch eine im Gebäude befindliche, funkgestützte Sendevorrichtung, ausgesendet wird; wobei die Positionsinformation der Sende¬ vorrichtung eindeutig zugeordnet ist und damit den aktuellen Standort an das mobile Objekt im Gebäude übermittelt; wobei die Positionsinformation durch das mobile Objekt empfangen wird; wobei eine Kalibrierung von am mobilen Objekt (z.B. Smart Phone, Tablet-Computer) angezeigten Position bzw. der im mobilen Objekte integrierten Sensorik (z.B. Accelerometer, Magnetometer, Gyroskop, Barometer) zur Positionsbestimmung des mobilen Objektes, basierend auf der empfangenen Positi¬ onsinformation erfolgt, und wobei das Aussenden der Positi¬ onsinformation oder des Verweises darauf innerhalb eines ge¬ bündelten, insbesondere gerichteten, Funkabstrahlbereichs er¬ folgt .
Bezugs zeichen
GBl, GB2 Gebäude
SV1 - SV12 Sende orrichtung
PS1 - PS 8 PositionsInformation
FS1 - FS 8 Funkstrahl
M01, M02 Mobiles Objekt
PI, P2 Person
GMS Gebäudemanagementsystem
Abstrahlwinkel
H Einbauhöhe
B Durchgangsbreite
MA Mittelachse
RA Radius
KK Kreiskegel
EE Empfangsebene
VS1 - VS3 Verfahrensschritt
GP Gebäudeplan
POK Position ohne Kalibrierung
PMK Position mit Kalibrierung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kalibrierung der Position von mobilen Objek- ten (MOl, M02) in Gebäuden (GBl, GB2), das Verfahren umfassend die folgenden Schritte:
Aussenden einer referenzierten Positionsinformation (PS1 - PS8) oder eines Verweises darauf durch eine im Gebäude be¬ findliche, funkgestützte Sendevorrichtung (SV1 - SV12), wobei die Positionsinformation der Sendevorrichtung (SV1 - SV12) eindeutig zugeordnet ist und damit den aktuellen Standort an das mobile Objekt (MOl, M02) im Gebäude (GBl, GB2) übermit¬ telt;
Empfangen der Positionsinformation (PS1 - PS8) durch das mobile Objekt (MOl, M02); und
Kalibrieren der aktuellen Position auf den am mobilen Objekt angezeigten Plänen (GP) zur Positionsbestimmung des mobilen Objektes (MOl, M02), basierend auf der empfangenen Positionsinformation (PS1 - PS8),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Aussenden der Positionsinformation (PS1 - PS8) oder des Verweises darauf innerhalb eines gebündelten, insbesonde¬ re gerichteten, Funkabstrahlbereichs (FS1 - FS8) erfolgt.
2. Verfahren zur Kalibrierung der Position von mobilen Objekten (MOl, M02) in Gebäuden (GBl, GB2), das Verfahren umfassend die folgenden Schritte:
Aussenden einer Positionsinformation (PS1 - PS8) oder eines Verweises darauf durch eine im Gebäude befindliche, funkgestützte Sendevorrichtung (SV1 - SV12), wobei die Posi¬ tionsinformation der Sendevorrichtung (SV1 - SV12) eindeutig zugeordnet ist und damit den aktuellen Standort an das mobile Objekt (MOl, M02) im Gebäude (GBl, GB2) übermittelt; Empfangen der Positionsinformation (PS1 - PS8) durch das mobile Objekt (MOl, M02); und
Kalibrieren von im mobilen Objekt integrierter Sensorik zur Positionsbestimmung des mobilen Objektes (MOl, M02), ba- sierend auf der empfangenen Positionsinformation (PS1 - PS8), dadurch gekennzeichnet, dass
das Aussenden der Positionsinformation (PS1 - PS8) oder des Verweises darauf innerhalb eines gebündelten, insbesonde¬ re gerichteten, Funkabstrahlbereichs (FS1 - FS8) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der gebündelte Funkabstrahlbereich (FS1 - FS8) in einem Winkel von höchstens 10 Grad um seine Mittelachse (MA) von der Sendevorrichtung (SV1 - SV12) abgestrahlt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der gebündelte Funkabstrahlbereich (FS1 - FS8) in Form eines im Wesentlichen geraden Kreiskegels (KK) von der Sendevorrichtung (SV1 - SV12) abgestrahlt wird, wobei die Mittelachse (MA) des Kreis- kegels (KK) im Wesentlichen senkrecht auf eine Empfangsebene (EE) gerichtet ist, wobei der den Kreiskegel (KK) bildende Öffnungswinkel höchstens 19 Grad beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der gebündelte Funkabstrahlbereich (FS1 - FS8) in Form eines im Wesentlichen geraden Kreiskegels von der Sendevorrichtung (SV1 - SV12) in Richtung einer Empfangsebene (EE) abgestrahlt wird, wobei die Mittelachse (MA) des Kreiskegels (KK) im Wesentlichen senkrecht auf die Empfangsebene (EE) gerichtet ist, wobei der den Kreiskegel (KK) bildende Öffnungswinkel so gewählt wird, dass die durch den Kreiskegel (KK) auf der Empfangsebene (EE) gebildete Durchgangsbreite (B) höchstens 1 m beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Ke¬ gel in vertikaler Richtung von oben nach unten oder umgekehrt, oder in horizontaler Richtung ausgesendet wird, wie z.B. zwischen zwei Wänden des Gebäudes.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Positionsinformation (PS1 - PS8) und/oder der Verweis darauf durch das mobile Objekt in einem Radius (RA) von ±100 cm, insbesondere ±50 cm, um die Mittelachse (MA) des Funkstrahls (FS1 - FS 8 ) beim Auftreffen auf das mobile Objekt (MOl, M02) empfangen werden kann.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der gebündelte Funkstrahl durch die Sendevorrichtung (SV1 - SV12) auf das mobile Objekt (MOl, M02) gerichtet nachgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren zur Navigation von mobilen Objekten (MOl, M02) in einem Gebäude (GBl, GB2) verwendet wird,
wobei durch die empfangene Positionsinformation (PS1 -
PS8) der Sendevorrichtung (SV1 - SV12) ein erster Standort als Referenzpunkt des mobilen Objektes im Gebäude (GBl, GB2) festgelegt wird;
wobei ausgehend vom ersten Standort des mobilen Objektes (MOl, M02) unter Verwendung der im mobilen Objekt (MOl, M02) integrierten Navigationssensorik fortlaufend ein aktueller Standort des mobilen Objektes (MOl, M02) ermittelt wird, wo¬ bei an einem zweiten Standort eine weitere Sendevorrichtung (SV1 - SV12) zum Aussenden einer weiteren Positionsinformati- on (PS1 - PS8), die der weiteren Sendevorrichtung (SV1 - SV12) zugeordnet ist, angebracht ist, und
wobei der aktuell ermittelte Standort auf den zweiten Standort der Sendevorrichtung kalibriert wird, wenn vom mobi- len Objekt (MOl, M02) die weitere Positionsinformation (PS1 - PS8) empfangen wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, basierend auf der kalibrierten Position oder der kalibrierten Sensorik, im mobilen Objekt (MOl, M02) gespeicherten digitale Karten oder Gebäudepläne (GP) des Gebäudes (GBl, BG2) zur Po¬ sitionsanzeige rekalibriert werden.
11. Anordnung zur Kalibrierung der Position von mobilen Objekten (MOl, M02) in Gebäuden (GBl, GB2), die Anordnung umfassend :
eine im Gebäude (GBl, GB2) befindliche Sendevorrichtung (SV1 - SV12) zum Aussenden einer Positionsinformation (PS1 - PS8) und/oder eines Verweises darauf, wobei die Positionsin¬ formation (PS1 - PS8) der Sendevorrichtung (SV1 - SV12) eindeutig zugeordnet ist und damit den aktuellen Standort an das mobile Objekt im Gebäude (GBl, GB2) übermittelt;
ein mobiles Objekt (MOl, M02) mit integrierter Sensorik zur Positionsbestimmung des mobilen Objektes (MOl, M02) in einem Gebäude (GBl, GB2) und einer Empfangseinrichtung zum Empfangen der Positionsinformation (PS1 - PS8) und/oder des Verweises darauf;
wobei das mobile Objekt (MOl, M02) eingerichtet ist, ba- sierend auf der empfangenen Positionsinformation (PS1 - PS8), eine Kalibrierung der am mobilen Objekt angezeigten Position zur Positionsbestimmung vorzunehmen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sendevorrichtung (SV1 - SV12) dazu eingerichtet ist einen gebündelten, insbesondere gerichteten, Funkstrahl (FS1 - FS8) mit der Positionsinformation (PS1 - PS8) und/oder des Verweises darauf auszusenden.
12. Anordnung zur Kalibrierung der Sensorik von mobilen Objekten (MOl, M02) in Gebäuden (GBl, GB2), die Anordnung umfassend :
eine im Gebäude (GBl, GB2) befindliche Sendevorrichtung (SV1 - SV12) zum Aussenden einer Positionsinformation (PS1 - PS8) und/oder eines Verweises darauf, wobei die Positionsin¬ formation (PS1 - PS8) der Sendevorrichtung (SV1 - SV12) eindeutig zugeordnet ist und damit den aktuellen Standort an das mobile Objekt im Gebäude (GBl, GB2) übermittelt;
ein mobiles Objekt (MOl, M02) mit integrierter Sensorik zur Positionsbestimmung des mobilen Objektes (MOl, M02) in einem Gebäude (GBl, GB2) und einer Empfangseinrichtung zum Empfangen der Positionsinformation (PS1 - PS8) und/oder des Verweises darauf;
wobei das mobile Objekt (MOl, M02) eingerichtet ist, ba¬ sierend auf der empfangenen Positionsinformation (PS1 - PS8), eine Kalibrierung der im mobilen Objekt (MOl, M02) integrierten Sensorik zur Positionsbestimmung vorzunehmen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sendevorrichtung (SV1 - SV12) dazu eingerichtet ist einen gebündelten, insbesondere gerichteten, Funkstrahl (FS1 - FS8) mit der Positionsinformation (PS1 - PS8) und/oder des Verweises darauf auszusenden.
13. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Sendevorrichtung (SV1 - SV12) dazu eingerichtet ist, den gebündelten Funkstrahl (FS1 - FS8) in einem Winkel von höchstens 10 Grad um die Mittelachse (MA) des Funkstrahls von der Sendevorrich¬ tung (SV1 - SV12) abzustrahlen.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Sendevorrichtung (SV1 - SV12) dazu eingerichtet ist, dass der gebündelte Funkabstrahlbereich (FS1 - FS8) in Form eines im Wesentlichen geraden Kreiskegels (KK) von der Sendevorrich- tung (SV1 - SV12) in Richtung einer Empfangsebene (EE) abgestrahlt wird, wobei die Mittelachse (MA) des Kreiskegels (KK) im Wesentlichen senkrecht auf die Empfangsebene (EE) gerich¬ tet ist, wobei der, den Kreiskegel (KK) bildende Öffnungswin- kel so gewählt wird, dass die durch den Kreiskegel (KK) auf der Empfangsebene (EE) gebildete Durchgangsbreite (B) höchs¬ tens 1 m beträgt.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das mobile Objekt eingerichtet ist, basierend auf der empfangenen
Positionsinformation (PS1 - PS8), eine Referenzierung der im mobilen Objekt gespeicherten digitalen Karten oder Gebäudepläne (GP) zur Kalibrierung der Positionsanzeige auf dem mo¬ bilen Objekt (MOl, M02) oder der im mobilen Objekt (MOl, M02) integrierten Sensorik vorzunehmen.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Sendevorrichtung (SV1 - SV12) dazu eingerichtet ist, den gebündelten Funkstrahl (FS1 - FS 8 ) auf das mobile Objekt (MOl, M02) gerichtet nachzuführen.
17. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Sendevorrichtung (SV1 - SV12) im Gebäude (GBl, GB2) an Orten angebracht ist, an denen bedingt durch die Bauweise des Ge- bäudes (GBl, GB2) oder durch technische Einrichtungen im Gebäude (GBl, GB2) bedingt, im Gebäude (GBl, GB2) befindliche Personen (PI, P2) mit einer hohen Wahrscheinlichkeit durch den Funkstrahl (FS1 - FS 8 ) der Sendevorrichtung (SV1 - SV12) erfasst werden.
18. Anordnung nach Anspruch 17, wobei die Sendevorrichtung (SV1 - SV12) insbesondere an einem der folgenden Orten im Gebäude (GBl, GB2) angebracht ist: Ein-, Ausgang, Durchgänge, Zugang zu Aufzügen, Anfang bzw. Ende von Rolltreppen, Zugang zu Toiletten.
19. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei die Sendevorrichtung (SV1 - SV12) in einem Infrastrukturelement des Gebäudes (GBl, GB2), insbesondere einem Brandmelder oder einem Beleuchtungselement, integriert ist.
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