WO2001031295A1

WO2001031295A1 - Verfahren zur erfassung der position eines objekts

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Publication number: WO2001031295A1
Application number: PCT/DE2000/001529
Authority: WO
Inventors: Jörg Siewerth; Martin Peter
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2001-05-03
Also published as: CN1498337A; EP1228345A1

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Erfassung der Position eines Objekts. Hierzu werden eine Vielzahl von Positionsdatengebern (1) an verschiedenen Standorten (5, 6, 7) positioniert. Diese Positionsdatengeber (1) senden jeweils in einem räumlich eng begrenzten, separaten Sendebereich ihre Positionsdaten aus. Beim Objekt befindet sich ein mobiler kurzreichweitiger Positionsdatenempfänger (3), welcher bei Eintritt in den Sendebereich (2) eines Positionsdatengebers (1) automatisch die gesendeten Positionsdaten dieses Positionsdatengebers (1) empfängt und weiterverarbeitet und/oder zur Anzeige bringt.

Description

Beschreibung

Verfahren zur Erfassung der Position eines Objekts

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der

Position eines beweglichen Objekts. Sie betrifft weiterhin einen Positionsdatengeber, einen Positionsdatenempfänger sowie das aus den Positionsdatengebern und dem Positionsdatenempfänger bestehende Positionserfassungssystem zur Durchführung des Verfahrens.

Für viele technische Anwendungen, insbesondere für Navigationssysteme oder Sicherheitssysteme, ist es notwendig, die möglichst genaue Position eines beweglichen Objekts, bei- spielsweise einer Person oder eines Fahrzeugs, zu ermitteln.

Für Anwendungen bei Fahrzeugen gibt es inzwischen verschiedene Verfahren und Geräte zur Bestimmung der geografischen Position. Einige der Systeme, wie das sogenannte GPS (Global Positioning System), arbeiten satellitengestützt. Andere

Systeme arbeiten auf der Basis von Telekommunikationsnetzen, beispielsweise dem GSM-Netz. Hierbei wird in der Regel durch ein Anpeilen der zur Verfügung stehenden Sender (Satelliten oder Funksender) von einem Empfangsgerät die Position berechnet. Der Genauigkeit der Positionsbestimmung sind jedoch oftmals technische Grenzen gesetzt. Bei einer Bewegung durch ein Gelände kann es unter Umständen zu Funklöchern kommen, so daß hier kein Netzempfang möglich ist. Das gleiche Problem stellt sich bei der Bewegung innerhalb von Städten, wo es zum Beispiel häufig zu fehlendem Sichtkontakt zu den Satelliten kommt, wenn sich das Objekt in Häuserschluchten bewegt. Darüber hinaus gibt es wirtschaftliche und militärische Grenzen. So veröffentlichen zum Beispiel die US- Satelliten im GPS-Syste nur einen bestimmten Genauigkeitsgrad. Zur Verbesserung der Genauigkeit bei der Positionsbestimmung kann in Automobilen mit GPS-System zwischen den mit Hilfe der Satelliten berechneten Koordinaten und anderen Fahrzeuginformationen, beispielsweise der nach dem Tachostand zurückgelegten Fahrstrecke oder den digitalisierten Daten einer elektronischen Landkarte, ein Abgleich durchgeführt werden.

Für nichtautomobile Anwendungen gibt es inzwischen ebenfalls kleinere GPS-Empfänger, die zum Teil in Uhren oder dergleichen integriert sind. Auch bei diesen GPS-Systemen bleiben aber die Probleme der relativen Ungenauigkeit der Koordinaten und die Gefahr eines fehlenden Empfangs erhalten.

Aufgrund der Unscharfe wird bei diesen genannten satelliten- oder funknetzbasierten Systemen zu keinem Zeitpunkt eine exakte Position übermittelt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Alternative zu diesem Stand der Technik zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem eine Vielzahl von Positionsdatengebern an verschiedenen Standorten positioniert werden und diese Positionsdatengeber jeweils in einem räumlich eng begrenzten, separaten Sendebereich ihre Positionsdaten aussenden. Beim Objekt befindet sich jeweils ein mobiler Positionsdatenempfänger, welcher bei Eintritt in den Sendebereich eines Positionsdatengebers automatisch die gesendeten Positionsdaten dieses Positionsdatengebers empfängt und weiterverarbeitet und/oder zur Anzeige bringt.

Durch die Verwendung solcher voneinander unabhängiger, kurzreichweitiger Positionsdatengeber, welche voneinander abgegrenzte, d. h. nicht überlappende Sendebereiche aufweisen, zwischen denen sich häufig sogar sendefreie Zwischenräume befinden, kann auf einfache Weise einem in den Sendebereich eintretenden Positionsdatenempfänger der genaue, vorher festgelegte Standort des Senders übermittelt werden. Da es sich um einen kurzreichweitigen Sender handelt, der je nach Sendertyp entweder nur im Radius von einigen Metern oder maximal innerhalb von ca. 100 m zu empfangen ist, befindet sich der Positionsdatene pfanger beim Empfang der Positionsdaten zwangsläufig in direkter Nachbarschaft zum Positionsdatengeber, so daß die empfangenen Positionsdaten bis auf den geringen Abstand des Ob ekts zum

Positionsdatengeber übereinstimmen. Sofern der Sender für das Objekt, beispielsweise eine Person, erkennbar ist und sich das Objekt direkt an den Sender begibt, ist auf diese Weise sogar eine nahezu 100 %ιg genaue Standortbestimmung möglich, die lediglich nur noch die Abweichungen aufweist, die auch bei einer exakten Kartographierung und Landvermessung unvermeidbar sind.

Diese Positionsdaten können dann optisch, beispielsweise mittels eines Displays, oder akustisch, beispielsweise durch eine Ansage, vom Positionsdatenempfanger zur Anzeige gebracht werden. Zudem können die Positionsdaten auch zur Nutzung m anderen Anwendungen, beispielsweise Navigations- oder Sicherheitssystemen, weiterverarbeitet werden. Unter dem Begriff "Weiterverarbeiten" ist hierbei auch ein weiteres Versenden der Daten an einen entfernteren Empfanger zu verstehen. Dies bietet sich beispielsweise bei Sicherheitssystemen an, bei denen durch Fernuber ittlung die genaue Position eines beweglichen Objekts, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, verfolgt werden soll.

Die Positionsdaten können hierbei m verschiedenen Koordinatensystemen ausgesendet werden. Zum einen kann z. B. eine Ausgabe m den geografischen Daten, d. h. m Langen- und Breitengrad, erfolgen. Darüber hinaus ist aber auch die Ausgabe m Form von Planquadraten etc. gemäß einer vorgegebenen Karte möglich. Insbesondere kann die Position unmittelbar innerhalb einer elektronischen Landkarte zugeordnet und m dieser Weise auf einem Display die Position zur Anzeige gebracht werden. Es bietet sich weiterhin an, das erfindungsgemäße Verfahren zusätzlich zu einem weiteren unabhängigen Ortungssystem zu verwenden. Hierbei kann es sich um die bereits eingangs genannten netzbasierten oder satellitengestutzten Ortungs- Systeme handeln. Die von dem zusätzlichen Ortungssystem ermittelten Positionsdaten können immer dann, wenn von einem Positionsdatengeber e n exakter Standort übermittelt wird, mit den entsprechenden Positionsdaten abgeglichen werden. Bei einer Speicherung mehrerer von den Positionsdatengebern erhaltenen, exakten Standorten und den entsprechend über das netz- oder satellitengestutzte Ortungssystem ermittelten Daten lassen sich ggf. auch systematische Fehler korrigieren.

Zur Durchfuhrung des Verfahrens werden mehrere Positions- datengeber mit jeweils einem Positionsdatenspeicher und einem kurzreichwe tigen Sender zum Aussenden der Positionsdaten benotigt. Diese Positionsdatengeber werden zum Aufbau des Positionserfassungssystems entsprechend an verschiedenen Standorten so positioniert, daß sie separate Sendebereiche aufweisen, die sich nicht überlappen sollten. Am Objekt muß sich ein Positionsdatenempfanger mit einem kurzreichweitigen Empfangstell zum Empfangen der Positionsdaten und einer entsprechenden Einrichtung zur Weiterverarbeitung der empfangenen Positionsdaten bzw. einer Anzeigeeinrichtung zur Anzeige dieser Daten befinden.

Bei einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel senden die Positionsdatengeber jeweils zunächst ein Bereitschaftssignal aus. Dieses Bereitschaftssignal signalisiert einem m den Sendebereich eintretenden Positionsdatenempfanger, daß sich hier ein Positionsdatengeber befindet, welcher entsprechende Positionsdaten aussenden kann. Der Positionsdatenempfanger sendet daraufhin ein Abfragesignal aus, welches vom Positionsdatengeber empfangen wird. Erst nach Erhalt dieses Abfragesignals werden die Positionsdaten an den

Positionsdatenempfanger ausgesendet. Dieses Verfahren ermöglicht es insbesondere, daß der Positionsdatenempfanger zur Abfrage der Positionsdaten auch ein Berechtigungssignal aussendet und daß dieses Berechtigungssignal vor Aussenden der Positionsdaten vom Positionsdatengeber geprüft wird. Auf diese Weise kann beispielsweise sichergestellt werden, daß nur autorisierte Positionsdatenempfanger das Signal erhalten. Eine Berechtigung zum Empfang der Positionsdaten kann beispielsweise an die Zahlung einer Gebuhr für die Nutzung des Systems gekoppelt sein.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß die Positionsdaten vom Positionsdatengeber kodiert ausgesendet werden und vom Positionsdatenempfanger mittels eines entsprechenden Schlüssels dekodiert werden, wobei der Besitz eines entsprechenden Schlüssels wiederum von der Bezahlung einer Gebühr abhangig gemacht werden kann.

Sowohl der Positionsdatengeber als auch der Positionsdatenempfanger weisen vorzugsweise eine netzunabhangige Spannungsversorgung auf.

Bei den Positionsdatenempfangern, bei denen es sich um mobile Gerate handelt, ist dies an sich selbstverständlich. Hier wird die Versorgung m der Regel durch Batterien, Akkus oder ggf. Solarzellen sichergestellt. Bei Einbau m einem Fahrzeug kann auch ein Anschluß an das Fahrzeugnetz, d. h. an die Fahrzeugbatterie bzw. Lichtmaschine, erfolgen.

Die Positionsdatengeber können im Prinzip als standortfeste Gerate auch an eine Netzspannung angeschlossen sein. Dies bietet s ch bei der Verwendung solcher Gerate m stadtischen Gebieten an. Insbesondere aber bei der Verwendung solcher Positionsdatengeber m Gelände, beispielsweise an Wanderwegweisern oder dergleichen, ist eine autarke Versorgung unter Verwendung von Solarzellen und Akkumulatoren sinnvoll.

Die Positionsdaten sollten hierbei vorteilhafterweise m einem nichtfluchtigen Speicher hinterlegt sein, um zu ver- hindern, daß bei einem kurzzeitigen Ausfall der Spannungsversorgung die Daten geloscht werden. Zur Aussendung der verschiedenen Positionsdaten m den verschiedenen Koordinatensystemen können entweder die Daten in dem Speicher direkt m verschiedenen Koordinatensystemen hinterlegt sein. Es ist aber auch möglich, daß der Positionsdatengeber die Daten auf Anfrage hin m die verschiedenen Koordinatensysteme umrechnet und an den Positionsdatenempfanger aussendet. Selbstverständlich ist es ebenso möglich, daß die Positions- daten immer m einer vorgegebenen normierten Weise herausgegeben werden und der Positionsdatenempfanger dann entsprechend die Daten m die gewünschte Form umrechnet.

Als Positionsdatenempfanger kann vorzugsweise ein übliches mobiles Endgerat, beispielsweise ein Mobiltelefon, eine Uhr oder ein PDA, verwendet werden, was mit einer entsprechenden Vorrichtung zum Empfang und zur Verarbeitung der Positionsdaten ausgerüstet ist und welches eine kurzreichweitige Funkschnittstelle aufweist.

Als kurzreichweitige Funkschnittstelle bietet sich auf Seiten des Positionsdatenempfangers und auch auf Seiten des Positi- onsdatengebers ein sogenanntes „Bluetooth"' -Modul an, welches m der Lage ist, bidirektional über einen 2,4 Gigahertz-Kanal zu kommunizieren. Bei dieser bidirektionalen Schnittstelle handelt es sich folglich um eine Sende-/Empfangsemheιt, über die die Positionsdaten und alle weiteren Signale, wie beispielsweise das Bereitschaftssignal, das Berechtigungssignal u.s.w. empfangen bzw. gesendet werden können. Je nach Modultyp liegt die Reichweite im Bereich von ca. 10 m oder ca. 100 m. Selbstverständlich kann es sich aber auch um andere kurzreichweitige Schnittstellen, wie beispielsweise Infrarot-Schnittstellen, handeln. Diese Schnittstellen haben jedoch den Nachteil, daß sie vom Benutzer aufeinander ausgerichtet werden müssen. Dies bedeutet, daß der Benutzer zunächst selbst erkennen muß, wo ein entsprechender Sender steht, und daraufhin gezielt seinen Empfänger zur Übernahme der exakten Koordinaten ausrichtet.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Positionsdaten- empfänger automatisch beim Eindringen in den Sendebereich eines Positionsdatengebers dies durch ein akustisches oder optisches Signal, ein Vibrationssignal oder ähnliches anzeigt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß zusammen mit den Positionsdaten vom Positions- datengeber zusätzliche Informationen übermittelt werden, die am jeweiligen Standort relevant sind, beispielsweise lokale Wetterdaten, historische Informationen über ein Bauwerk an einem Standort, Preisinformationen, lokale Verkehrsnachrichten oder Warnhinweise. Diese Zusatzinformationen können prinzipiell auch bereits im Positionsdatenempfanger bzw. einem zugehörigen Speicher vorliegen, wobei die Zusatzinformationen den jeweiligen Standorten zugeordnet sind.

Die Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dargestellten Merkmale können nicht nur in den genannten Kombinationen, sondern auch einzeln oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Positionsdatengebers mit eng begrenztem Sendebereich und einem sich in den Sendebereich bewegenden Positionsdatenempfanger,

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Positionserfassungssystems mit mehreren in einer Stadt an verschiedenen markanten Bauwerken verteilten Positionsdatengebern und einem mobilen Positionsdatenempfanger.

Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Positionsdatengeber 1 einen Positionsdatenspeicher 8 und einem kurzreichweitigen Sender 9 zum Aussenden der Positionsdaten auf. Bei dem Sender 9 handelt es sich um ein sogenanntes „Bluetooth" -Modul. Selbstverständlich kann der Positionsdatengeber 1 noch weitere, hier nicht dargestellte, Komponenten, wie beispielsweise eine Tastatur oder Schnittstelle zur Eingabe der Positionsdaten, einen Akkummulator oder Solarzellen aufweisen. Als Positionsdatenempfanger 3 dient hier ein entsprechend ausgerüstetes Mobiltelefon 3 oder ein Smart-Phone mit einer kurzreichweitigen drahtlosen Schnittstelle 10 ebenfalls in Form eines „Bluetooth^* -Moduls 10. Die empfangenen Positionsdaten werden auf dem üblichen Display 4 des Mobiltelefons 3 dargestellt.

Der Einsatz der Positionsdatengeber 1 und des Positions- datenempfangers 3 wird an einem Ausfuhrungsbeispiel m Figur 2 gezeigt. Hierbei handelt es sich um ein Positionser- fassungssystem für einen elektronischen Stadtplan. Hierzu werden m einer Stadt an allen herausragenden Punkten, beispielsweise an allen Sehenswürdigkeiten 5, 6, 7 , öffentlichen Gebäuden oder größeren Kaufhausern, die

Positionsdatengeber 1 aufgestellt. Über das von einer Person mitgefuhrte, als Positionsdatenempfanger 3 dienende Mobiltelefon werden automatisch beim Eindringen m den Sendebereich 2 des jeweiligen Senders 9 eines Positionsdatengebers 1 die entsprechenden Koordinaten übermittelt. Die Person, beispielsweise ein Tourist, erfahrt so seine aktuelle Position. Diese Position wird entweder m Form von Koordinaten oder m Form eines Planquadrats entsprechend einem dem Tourist vorliegenden Stadtplan ausgegeben. Diese Ausgabe kann auf dem Display 4 oder auch akustisch erfolgen. Darüber hinaus kann das Mobiltelefon 3 aber auch ein entsprechendes Programm aufweisen, mit dem die Daten so weiterverarbeitet werden, daß die Position direkt auf einem in dem Display 4 angezeigten Stadtplan visualisiert wird. Desweiteren ist es auch möglich, daß m dem Gerat 3 ein elektronischer Reiseführer eingespeichert ist, m dem sich zu einigen der Koordinaten auch weitere Informationen befinden. > ω W κ_ P-* P>

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Erfassung der Position eines Objekts , dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Positionsdatengebern (1) an verschiedenen Standorten (5, 6, 7) positioniert werden, und diese Positionsdatengeber (1) jeweils in einem räumlich eng begrenzten, separaten Sendebereich (2) ihre Positionsdaten aussenden, und sich beim Objekt ein mobiler kurzreichweitiger Positionsdatenempfanger (3) befindet, welcher bei Eintritt in den Sendebereich (2) eines Positionsdatengebers (1) automatisch die gesendeten Positionsdaten dieses Positionsdatengebers (1) empfängt und weiterverarbeitet und/oder zur Anzeige bringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn eichnet, daß die Positionsdatengeber (1) jeweils ein

Bereitschaftssignal aussenden und dieses Bereitschaftssignal von dem Positionsdatenempf nger (3) bei Eintritt in den Sendebereich (2) des Positionsdatengebers (1) empfangen wird und der Positionsdatenempfanger (3) daraufhin ein

Abfragesignal aussendet und der Positionsdatengeber (1) nach Empfang dieses Abfragesignals die Positionsdaten an den Positionsdatenempfanger (3) sendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionsdatenempfanger (3) zur Abfrage der Positionsdaten ein Berechtigungssignal aussendet, welches vor Aussendung der Positionsdaten vom Positionsdatengeber (1) geprüft wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsdaten vom Positionsdatengeber (1) kodiert ausgesendet und vom Positionsdatenempfanger (3) mittels eines entsprechenden Schlüssels dekodiert werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsdaten m verschiedenen Koordinatensystemen vom Positionsdatengeber (1) ausgesendet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn eichnet, daß die Position des Objekts zusätzlich mittels eines weiteren unabhängigen Ortungssystems ermittelt wird und die von dem zusatzlichen Ortungssystem ermittelten Positionsdaten mit den von den Positionsdatengebern (1) erhaltenen Positionsdaten abgeglichen werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Positionsdatenempfanger (3) ein mobiles Endgerat mit einer kurzreichweitigen drahtlosen Schnittstelle (10) verwendet wird.

8. Positiondatengeber (1) zur Durchfuhrung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Positionsdatenspeicher (8) und einem kurzreichweitigen Sender (9) zum Aussenden der Positionsdaten.

9. Positiondatengeber nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Mittel zur Aussendung eines Bereitschaftssignals, ein Empfangstell zum Empfang eines Abfragesignals eines

Positionsdatenempfangers (3) und eine Einrichtung, welche bei Empfang eines Abfragesignals die Positionsdaten aussendet.

10. Positiondatengeber nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine Prüfemrichtung, welche vor Aussenden der Positionsdaten ein vom Positionsdatenempfanger (3) ausgesendetes Berechtigungssignal prüft.

11. Positiondatengeber nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennze chnet durch einen Kodierer zum Kodieren der ausgesendeten Positionsdaten.

12. Positiondatengeber nach einem der Ansprüche 8 bis 11, gekennzeichnet durch eine netzunabhängige Spannungsversorgung.

13. Positiondatenempfänger (3) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem kurzreichweitigen Empfangsteil (10) zum Empfangen der Positionsdaten und eine Einrichtung zur Weiterverarbeitung der empfangenen Positionsdaten und/oder einer Anzeigeeinrichtung (4) zur Anzeige der Positionsdaten.

14. Positiondatenempfänger nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Mittel zur Aussendung eines Abfragesignals bei Empfang eines Bereitschaftssignals eines Positionsdatengebers (1) .

15. Positiondatenempfänger nach Anspruch 13 oder 14, ge ennzeichnet durch einen Dekodierer mit einem Schlüssel zum Dekodieren der von einem Positionsdatengeber kodiert gesendeten Positionsdaten.

16. Positiondatenempfänger nach einem der Ansprüche 13 bis

15, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionsdatenempfanger (3) ein mobiles Endgerät mit einer kurzreichweitigen drahtlosen Schnittstelle (10) ist.

17. Positionserfassungssystem zur Durchführung eines Verfahrens zur Erfassung der Position eines Objekts gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einer Vielzahl von an verschiedenen Standorten (5, 6, 7) positionierten

Positionsdatengebern (1) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, welche jeweils in einem räumlich eng begrenzten, separaten Sendebereich (2) ihre Positionsdaten aussenden, und mit einem am Objekt befindlichen kurzreichweitigen Positionsdatenempfanger (3) gemäß einem der Ansprüche 13 bis

16, welcher bei Eintritt in den Sendebereich (2) eines Positionsdatengebers (1) automatisch die gesendeten Positionsdaten dieses Positionsdatengebers (1) empfängt und weiterverarbeitet und/oder zur Anzeige bringt.