WO2013045261A1 - Verfahren zum lokalisieren von beweglichen objekten und zugehöriges system - Google Patents
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- GPS Global Positioning System
- Distance measuring unit AB which is connected to the mobile transceiver SE or integrated into the mobile transceiver SE, as well as from in the local demarcated area LB mounted reflector units REl to RE6 (e.g., radio-reflectors, etc.) with stored
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lokalisieren von beweglichen Objekten (OB), insbesondere Personen, in einem lokal abgegrenzten Bereich (LB) sowie eine zugehöriges System, welches aus einem Funkortungssystem (AW, E1, E2, E3), mit zumindest drei Empfangsstationen (E1, E2, E3) und einer zentrale Auswerteeinheit (AW) sowie aus einer mobilen Sende-/Empfangseinheit (SE) besteht, welche mit einem zu lokalisierenden Objekt (OB) verbunden ist, und eine Abstandsmesseinheit (AB) aufweist. Zusätzlich umfasst das System Reflektoreinheiten (RE1 bis RE6), die im lokal abgegrenzten Bereich (LB) angebracht sind. Zur Lokalisierung eines beweglichen Objekts (OB) im lokal abgegrenzten Bereich (LB) wird zuerst durch das Funkortungssystem (AW, E1, E2, E3) eine grobe Positionsbestimmung des beweglichen Objekts (OB) durchgeführt (1, 2, 3). Dann wird für eine genauere Positionsbestimmung des beweglichen Objekts (OB) von der zentralen Auswerteeinheit (AW) des Funkortungssystems ein Funkbefehl an die mobile Sende-/Empfangseinheit (SE) gesendet und die in der mobilen Sende-/Empfangseinheit (SE) integrierte Abstandsmesseinheit (AB) aktiviert (4). Von der Abstandsmesseinheit (AB) werden dann die im lokal abgegrenzten Bereich (LB) angebrachten Reflektoreinheiten (RE1 bis RE6) erkannt und ein Abstand zwischen einer erkannten Reflektoreinheit (RE4a) und der mobilen Sende-/Empfangseinheit (SE) gemessen (5). Der gemessene Abstand sowie eine Identifikationsinformation der Reflektoreinheit (RE4a) werden dann an das Funkortungssystem (AW, E1, E2, E3) weitergeleitet (6). Damit können auf einfache und kostengünstige Weise bewegliche Objekte (OB), insbesondere Personen, innerhalb von lokal abgegrenzten Bereichen (LB), insbesondere in Gebäuden sehr genau lokalisiert werden.
Description
Beschreibung
Verfahren zum Lokalisieren von beweglichen Objekten und zugehöriges System
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Lokalisieren von beweglichen Objekten, insbesondere Personen, innerhalb eines lokal abgegrenzten Bereichs wie z.B. eines
Firmengeländes, eines Universitätscampus, eines Sicherheits¬ und/oder Gefahrenbereichs oder innerhalb eines Gebäudes (z.B. Behörde, Krankenhaus, etc.). Die Lokalisierung wird dabei mit Hilfe eines Funkortungssystems, welches zumindest drei
Empfangsstationen umfasst, und mit Hilfe von mobilen Sende- /Empfangseinheiten, welche mit den zu lokalisierenden, beweglichen Objekten verbunden sind, durchgeführt. Weiterhin betrifft die gegenständliche Erfindung ein System zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Stand der Technik
Eine eindeutige und genaue Lokalisierung von beweglichen Objekten, insbesondere Personen und/oder beweglichen
Gegenständen wie z.B. Geräten innerhalb einer lokalen
Bereichs wie z.B. einem Gelände einer Firma, Universität, Bereiche mit besonderen Sicherheitsauflagen, etc. und/oder innerhalb von Gebäuden (z.B. Behörden, Krankenhaus, etc.) ist für unterschiedliche Anwendungsfälle von Bedeutung. Derartige Anwendungfälle sind z.B. bei der Kontrolle von sicherheits¬ relevanten Bereichen und/oder Gefahrenbereichen, bei der Kontrolle/Überwachung von Zugangsbeschränkungen und/oder Zutrittberechtigungen, bei der Verwaltung von beweglichen Gütern/Geräten, etc.
Mit Hilfe aktueller Lokalisierungsinformationen kann dabei überwacht werden, wo sich ein bewegtes Objekt - d.h. eine Person und/oder ein Gegenstand - innerhalb eines Bereichs
befindet. Dabei können beispielsweise Zugangsbeschränkungen überwacht werden, bei unerlaubten Zutrittversuchen Alarmmeldungen oder bei einem unerlaubten Entfernen eines
Gegenstands aus einem Bereich eine Diebstahlswarnung
abgesetzt werden. Für eine zuverlässige Kontrolle und
Überwachung der beweglichen Objekte bzw. entsprechende
Alarmierung ist jedoch eine genaue Lokalisierung notwendig, bei welcher eine genaue Bestimmung einer Position bzw. eines Aufenthaltsortes eines beweglichen Objektes, insbesondere einer Person und/oder eines Gegenstands, innerhalb eines Bereichs möglich ist.
Zur Positionsbestimmung von Personen ist es beispielsweise möglich, innerhalb eines lokalen Bereichs (z.B. Firmen- gelände, Universitätscampus, staatliche Einrichtung, Kranken¬ haus, etc.) bestimmte Bereiche wie z.B. sicherheitsrelevante Bereiche oder Gefahrenbereiche, etc. durch bauliche Maßnahmen abzugrenzen. Zusätzlich können dann kontrollierte Zugänge eingesetzt werden, bei welchen beispielsweise Zugangs- kontrollen durchgeführt werden bzw. auch geprüft werden kann, welche Gegenstände (z.B. Computer, medizinische Geräte, etc.) in den Bereich gebracht werden oder diesen verlassen. Die Zugangskontrollen können dabei manuell und/oder automatisiert überwacht werden. Allerdings sind derartige bauliche
Abgrenzungen und Zugangskontrollen - insbesondere bei vielen unterschiedlichen Bereichen mit unterschiedlichen
Sicherheits- und Berechtigungsklassen - aufwendig und
kostenintensiv in der Realisierung sowie im Betrieb. Eine weitere Methode zur Überwachung von beweglichen
Objekten, insbesondere von Personen und/oder bewegliche
Gegenstände, ist beispielsweise eine so genannte Echtzeit- Lokalisierung mit Hilfe von Funksystemen bzw. Funktechnologien. Dabei werden z.B. Satelliten-Ortung - das so genannte Global Positioning System (GPS) mit und ohne
Kombination mit anderen Funktechnologien wie z.B. GSM, UMTS, RFID, etc., Mobilfunkortung auf Basis von GSM, UMTS,
WirelessLAN, etc. oder eine so genannte radiofrequente
Bestimmung von Positionen eingesetzt.
Global Positioning System (GPS) wird allerdings in großen und weitläufigen Bereichen, insbesondere Outdoor-Bereichen bzw. zur Positionsbestimmung von Objekten (z.B. Flugzeugen,
Schiffen, etc.) in der See- und Luftfahrt, bei Navigations¬ systemen im Auto, etc. eingesetzt. Zur Überwachung von beweglichen Objekten ist GPS alleine allerdings nicht
geeignet, da ein GPS-Gerät nur Signale empfangen kann. Damit kann die Position des GPS-Geräts nicht lokalisiert werden. Es ist damit nur für eine Navigation einsetzbar.
Aus Mobilfunktechnologien wie z.B. GSM, UMTS, etc. können für eine Ortsbestimmung eines bewegten Objekts, insbesondere von Personen, genutzt werden. Dabei wird vor allem das Einbuchen eines Mobiltelefons in eine so genannte Basisstation eines Mobilfunknetzes genutzt, um eine Ortung durchzuführen. Eine Ortung mittels Mobilfunk weist allerdings den Nachteil auf, dass die Positionsbestimmung relativ ungenau ist und
beispielsweise Fehler von bis +/-30 Metern aufweisen kann.
Eine funkbasierte Methode zur Überwachung von Personen, bei welcher ebenfalls Funktechnologie, insbesondere Mobilfunk, eingesetzt wird, ist beispielweise die so genannte
elektronische Fußfessel, welche im Bereich der Justiz angewendet wird. Die elektronische Fußfessel ist dabei ein Gerät zur Überwachung, das am Fußgelenk eines zu überwachenden Menschen angebracht wird, und welches mit einem Sender ausgestattet ist. Dieser Sender ist dann mit einem stationären Empfänger z.B. per Telefonnetz (z.B. Festnetz oder Mobilfunk) mit der zuständigen, überwachenden Behörde verbunden. Allerdings ist die Lokalisierung bei Anwendungen wie z.B. der elektronischen Fußfessel einerseits an sehr kleine, lokale Bereich gebunden - beispielsweise bei
Anbindung an das Festnetz, andererseits kann die
Lokalisierung wie bei einer Anbindung an Mobilfunk sehr ungenau sein.
Zur Ortung von beweglichen Objekten, insbesondere Personen, kann allerdings auch das so genannte Wireless Local Area Network oder WirelessLAN verwendet werden. Dabei wird beispielsweise die Ortung basierend auf Pegelmessungen durch- geführt. Diese Methode ist allerdings vor allem für eine
Überwachung von größere Gelände- und/oder Freiflächen, aber auch Gebäuden nur bedingt anwendbar, da aufgrund einer geringen Reichweite der Zugangspunkt des WirelessLAN eine große Anzahl von Zugangspunkten notwendig ist, um eine genaue Lokalisierung von beweglichen Objekten durchzuführen.
Insbesondere im Logistikbereich z.B. zum so genannten
Tracking von Gegenständen, Produkten, Geräten, etc. werden Lokalisierungssysteme verwendet, von welchen z.B. in einem 2,4 GHz-Bereich mit geringer Datenrate gearbeitet wird und von denen auf Basis von Funkverbindungen kurzer Reichweite Positionsdaten übermittelt werden. Üblicherweise werden bei derartigen Systemen Sender wie z.B. so genannte Radio- Frequency Identification-Tags (RFID) an den zu überwachenden Objekten angebracht. Von diesen Sendern werden dann Funksignale ausgesendet und mittels eines Empfangssystems mit zumindest drei funktechnischen Empfangseinheiten aus den jeweils empfangenen Funksignalen eine Position des Senders bzw. der RFID-Tags ermittelt. Allerdings ist die Lokal- isierung von Objekten basierend auf Sendern bzw. RFID insbesondere in Gebäuden für eine genaue Positionsbestimmung eines Objekts oder einer Person zu ungenau. Vor allem lässt sich keine eindeutige Raumzuordnung durchführen. Zusätzlich wäre eine Kombination mit einer genauen Nahfeldortung (z.B. mittels Schranken oder bei Türen) mit relativ hohem Montage- und Installationsaufwand verbunden, da beispielsweise eine größere Anzahl von funktechnischen Empfangseinheiten miteinander synchronisiert werden müssen. Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein zugehöriges System zum Lokalisieren von beweglichen
Objekten innerhalb eines lokal abgegrenzten Bereichs
anzugeben, durch welche einfach und kostengünstig eine genaue Positionsbestimmung der beweglichen Objekte ermöglicht wird. Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch eine Verfahren der eingangs angeführten Art, welches die in
Anspruch 1 beschriebenen Merkmale aufweist, sowie ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren eingerichtetes System gemäß Anspruch 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. des Systems sind in den abhängigen Ansprüchen angeführt .
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass zuerst durch ein Funkortungssystem eine grobe Lokalisierung eines beweglichen Objekts, insbesondere einer Person, durchgeführt wird. Dann wird für eine genauere Positionsbestimmung des beweglichen Objekts von einer zentralen Auswerteeinheit des Funkortungs¬ systems ein Funkbefehl an die mobile Sende-/Empfangseinheit , welche mit dem beweglichen Objekt verbunden ist bzw. an diesem angebracht ist, gesendet. Durch den Funkbefehl wird eine mit der mobilen Send-/Empfangseinheit verbundene bzw. in die Sende-/Empfangseinheit integrierte Abstandsmesseinheit aktiviert. Von der Abstandmesseinheit können dann im lokal abgegrenzten Bereich angebrachte Reflektoreinheiten erkannt werden. Wird eine Reflektoreinheit erkannt, so wird von der Abstandsmesseinheit ein Abstand zwischen der erkannten
Reflektoreinheit und der Sende-/Empfangseinheit gemessen und eine Identifikationsinformation der Reflektoreinheit festgestellt. Der gemessene Abstand sowie die Identifikations¬ information der Reflektoreinheit werden dann von der mobilen Sende-/Empfangseinheit an das Funkortungssystem gesendet.
Der Hauptaspekt der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass sehr einfach und mit geringen
Installationsaufwand - wie z.B. einem Anbringen von
elektronischen Reflektoreinheiten im jeweiligen lokal abgegrenzten Bereich, in welchem eine Überwachung von
beweglichen Objekten (z.B. Personen, Geräten, etc.) erfolgen
soll - ein sehr genaue Lokalisierung der beweglichen Objekte ermöglicht wird. Insbesondere bei Bereichen mit unter¬ schiedlichen Unterbereichen und/oder Berechtigungsklassen wie z.B. Firmengeländen mit Gebäuden, Behörden, etc. kann relativ rasch eine Position beispielsweise bis auf einen Raumebene eines beweglichen Objekts bestimmt werden. Mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren kann damit eine sehr genaue
Lokalisierung von beweglichen Objekten - insbesondere in Gebäuden durchgeführt werden. Zusätzlich kann z.B. bei einer Veränderung und/oder Vergrößerung des Bereichs sehr einfach aufgrund eines flexiblen Systemaufbaus eine Anpassung bzw. Erweiterung vorgenommen werden.
Es ist vorteilhaft, wenn für die grobe Lokalisierung von der mobilen Sende-/Empfangseinheit ein Signal ausgesendet wird. Dann von jenen Empfangsstationen des Funkortungssystems, von welchen das Signal empfangen wird, jeweils eine Phasen¬ verschiebung des Signals ermittelt und daraus ein Einfalls¬ winkel des Signals errechnet wird. Aus den errechneten
Einfallswinkeln wird dann von der zentralen Auswerteeinheit des Funkortungssystems eine Position der mobilen Sende- /Empfangseinheit abgeschätzt bzw. eine ungefähre Position berechnet. Eine grobe Lokalisierung kann idealer Weise für eine rasche Positionsbestimmung eines beweglichen Objekts verwendet werden bzw. ist insbesondere für eine Lokalisierung in Outdoor- bzw. Freiflächenbereichen z.B. bei Firmengeländen, auf einem Universitätscampus, etc. sinnvoll ein¬ setzbar. Dadurch kann auf rasche und einfache Weise fest¬ gestellt werden, dass sich ein bewegliches Objekt, ins- besondere ein Person, beispielsweise auf einem Freigelände, etc. befindet oder in welchem Gebäude das bewegliche Objekt zu finden ist. Für eine genauere Positionsbestimmung - insbesondere innerhalb von Gebäuden - kann dann die Abstands- messeinheit aktiviert werden.
Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens sieht vor, dass die mobile Sende-/Empfangseinheit mit Hilfe eines elektronischen Siegels an dem beweglichen
Objekt angebracht wird. Durch das elektronische Siegel kann auf einfache Weise ein Missbrauch (z.B. widerrechtliches Entfernen der Sende-/Empfangseinheit , etc.) festgestellt werden. Ein elektronisches Siegel wird beispielsweise in der Logistik zum Versiegeln von Transportbehältern verwendet. Es verbindet dabei die Vorteile mechanischer Bolzenversiegelung und elektronischer Technologie (z.B. RFID, etc.) . Es ist aber auch denkbar, das elektronische Siegel beispielweise als Band mit integrierten Widerstandsdrähten auszuführen. Ist das Band geschlossen so kann z.B. mittels Impedanzmessung auf einfache Weise geprüft werden, ob das elektronische Siegel intakt ist - d.h. ob keine Unterbrechung und/oder Überbrückung vorliegt. Wird eine Unterbrechung und/oder Überbrückung festgestellt, so kann z.B. von der mobilen Sende-/Empfangseinheit ein Alarm an das Funkortungssystem gesendet oder direkt ausgelöst werden. Im Falle einer Personenüberwachung könnte die mobile Sende-/Empfangseinheit in Form einer Einheit (z.B. Uhr, etc.) aufgeführt sein, welche am Armgelenk getragen wird. Das Band zum Fixieren der Einheit am Handgelenk könnte beispielsweise das elektronische Siegel bilden.
Es ist auch günstig, wenn in der mobilen Sende-/Empfangs¬ einheit ein Bewegungssensor integriert wird. Durch einen Bewegungssensor kann auf einfache Weise ein Energieverbrauch der mobilen Sende-/Empfangseinheit optimiert werden. Wird beispielsweise über den Bewegungssensor festgestellt, dass das bewegliche Objekt bzw. die überwachte Person keine
Bewegung vornimmt bzw. sich in Ruhe befindet, dann kann z.B. eine Elektronik für die Ortung der Sende-/Empfangseinheit abgeschaltet werden. Es bleibt dann z.B. nur eine Über¬ wachungselektronik der Sende-/Empfangseinheit aktiviert. Wird vom Bewegungssensor eine Bewegung des beweglichen Objekts festgestellt, so kann sehr rasch und einfach die Elektronik für die Ortung der Sende-/Empfangseinheit wieder ein- geschaltet werden.
Des Weiteren empfiehlt sich, wenn lokal abgegrenzte Bereich durch eine Anzahl der Empfangsstationen des Funkortungs-
Systems vorgegeben wird. Dadurch kann auf einfache und flexible Weise - z.B. durch Ergänzen weiterer Empfangsstationen der lokal abgegrenzte Bereich für eine
Lokalisierung bzw. Überwachung von beweglichen Objekten vergrößert bzw. angepasst werden. Je nach Form des lokal abgegrenzten bzw. zu überwachenden Bereichs können die
Empfangsstationen positioniert werden, wobei eine Empfangs¬ station je eine Antennengruppe mit geeigneter Anordnung (z.B. linear, zirkulär, etc.) beinhalten kann, um eine ent- sprechende Abdeckung insbesondere für die grobe Lokalisierung des Bereichs zu gewährleisten.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe erfolgt auch durch eine System der eingangs angegebenen Art, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Das erfindungsgemäße System umfasst dazu ein Funkortungs¬ system mit zumindest drei Empfangsstationen und einer
zentralen Auswerteeinheit für eine Berechnung einer
Lokalisierungsinformation und zur Steuerung einer
Kommunikation sowie zumindest einer mobile Sende-/Empfangs- einheit, welche mit einem zu lokalisierenden, beweglichen Objekt verbindbar bzw. fixierbar ist. Weiterhin besteht das erfindungsgemäße System aus einer Abstandsmesseinheit für eine Messung kurzer Distanzen, welche in der mobilen Sende- /Empfangseinheit integriert ist und/oder mit dieser
verbindbar ist, sowie im lokal abgegrenzten Bereich
angebrachte Reflektoreinheiten mit gespeicherter
Identifikationsinformation . Der Hauptaspekte des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Systems besteht darin, dass mit dem erfindungsgemäßen System auf einfache Weise das erfindungsgemäße Verfahren zum Lokalisieren von beweglichen Objekten rasch und kostengünstig durchführbar ist. Mit dem erfindungsgemäßen System können Positionen von beweglichen Objekten mit großer Genauigkeit - z.B. bis auf Raumebenen - innerhalb eines lokal abgegrenzten Bereichs (z.B. Firmengelände, Universitätscampus, Behörde, Sicher- heits- und/oder Gefahrenbereiche, etc.) angegeben werden.
Dabei kann das erfindungsgemäße System auf einfache und kostengünstige Weise installiert werden. Aufgrund des
flexiblen Systemaufbaus kann das System auch einfach - z.B. durch entsprechende Ergänzung von Empfangsstationen und/oder Reflektoreinheiten erweitert bzw. an einen lokal abgegrenzten Bereich angepasst werden.
Es ist auch vorteilhaft, wenn die Empfangsstationen des
Funkortungssystems weiterhin Recheneinheiten zur Berechnung eines jeweiligen Einfallwinkels aus einer Phasenverschiebung eines empfangenen Signals aufweisen. Die ermittelten Einfallwinkel werden dann zur zentralen Auswerteeinheit des Funkortungssystems weitergeleitet und damit rasch eine grobe Positionsbestimmung eines beweglichen Objekts vorgenommen werden. Ist diese Positionsbestimmung für eine Lokalisierung des beweglichen Objekts - z.B. aufgrund der Ausgestaltung eines lokal abgegrenzten Bereichs mit z.B. vielen
verschiedenen Gebäuden und/oder Unterbereichen zu ungenau, so kann von der zentralen Auswerteeinheit die Abstandsmess- einheit der mobilen Sende-/Empfangseinheit des beweglichen Objekts aktiviert werden. D.h. es kann sehr rasch einen ungefähre Position eines Objekts festgestellt werden, welche durch eine genaue Lokalisierung ergänzt wird. Eine zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems sieht auch vor, dass ein elektronisches Siegel vorgesehen ist, durch welches die mobile Sende-/Empfangseinheit an einem beweglichen Objekt fixierbar ist, und dass die mobile Sende- /Empfangseinheit einen Bewegungssensor für eine Optimierung eines Energieverbrauchs aufweist. Durch das elektronische Siegel wird sichergestellt, dass z.B. die mobile Sende- /Empfangseinheit nicht unberechtigt bzw. widerrechtlich entfernt wird. Durch z.B. Impedanzmessung kann geprüft werden, ob das elektronische Siegel intakt ist. Ein
Unterbrechung und/oder Überbrückung kann z.B. ein Auslösen eines Alarms zur Folge haben. Durch den Bewegungssensor kann bei der mobilen Sende-/Empfangseinheit beispielsweise Energie gespart werden. Wird vom integrierten Bewegungssensor keine
Bewegung der mobilen Sende-/Empfangseinheit und damit vom beweglichen Objekt festgestellt, so können Teil der mobilen Sende-/Empfangseinheit - insbesondere die Elektronik zur Ortung - deaktiviert oder z.B. in einen so genannten Standby- Modus geschaltet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand der beigefügten Figur 1 erläutert. Es zeigt Figur 1 beispiel¬ haft und schematisch einen Ablauf des erfindungsgemäßen
Verfahren zum Lokalisieren von beweglichen Objekten sowie einen beispielhaften Aufbaus des zugehörigen Systems. Ausführung der Erfindung
Figur 1 zeigt in schematischer Weise einen beispielhaften lokal abgegrenzten Bereich LB wie z.B. ein Firmengelände, einen Universitätscampus, einen Sicherheits- und/oder
Gefahrenbereich, einen Bereich einer staatlichen Behörde oder eines Krankenhauses, etc., in welchem bewegliche Objekte OB (z.B. Personen, Geräte, Güter, etc.) überwacht werden sollen. Dieser lokal abgegrenzte Bereich LB besteht beispielsweise aus einer Freifläche und schematisch dargestellten Gebäuden GBl, GB2, GB3, wobei zur vereinfachten Darstellung der Figur 1 nur in einem ersten Gebäude GBl eine beispielhafte
Raumunterteilung eingezeichnet ist. Die Gebäude GBl, GB2, GB3 können z.B. mehrere Stockwerke und/oder Räume Rl bis R6 aufweisen .
Auf dem lokal abgegrenzten Bereich LB ist ebenfalls das erfindungsgemäße System angebracht. Das System besteht aus einem Funkortungssystem, welches eine zentrale Auswerte¬ einheit AW sowie zumindest drei Empfangsstationen El, E2, E3 aufweist. Die zentrale Auswerteeinheit AW, durch welche eine Berechnung einer Lokalisierungsinformation von beweglichen Objekten OB sowie eine Steuerung einer Kommunikation mit mobilen Sende-/Empfangseinheiten SE des erfindungsgemäßen
Systems durchgeführt wird, ist über eine Datenleitung DL mit den zumindest drei Empfangsstationen El, E2, E3 verbunden. Die Empfangsstationen El, E2, E3 sind beispielsweise auf oder in Gebäuden GBl, GB2, GB3 (z.B. Dach, etc.) und/oder im Frei- gelände angebracht. Durch eine Anzahl sowie eine Ausrichtung der Empfangsstationen El, E2, E3, wird der lokal abgegrenzte Bereich für eine Lokalisierung von beweglichen Objekten OB vorgegeben. Eine Empfangsstation El, E2, E3 des Funkortungssystems beinhaltet dabei zumindest eine Antennengruppe mit geeigneter Anordnung der Einzelantennen (z.B. linear, zirkulär, etc.) - je nach Form des zu überwachenden lokal abgegrenzten Bereichs LB, je Einzelantenne einen Funkempfänger und eine Recheneinheit, mit welcher ein Einfalls¬ winkel eines empfangenen Signals aus einer Phasenverschiebung dieses Signals berechnet werden kann.
Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße System zumindest eine mobile Sende-/Empfangseinheit SE, welche an einem zu
überwachenden beweglichen Objekt OB angebracht werden kann. Eine Anbringung der mobilen Sende-/Empfangseinheit SE am zu überwachenden Objekt erfolgt mit Hilfe eines so genannten elektronischen Siegels, welches beispielsweise durch ein Band mit integrierten Widerstandsdrähten realisiert werden kann. Wird das elektronische Siegel bzw. Band beim Anbringen an einem Objekt OB geschlossen, so kann beispielsweise mittels
Impedanzmessung überwacht werden, ob das elektronische Siegel intakt ist bzw. bleibt. Wird eine Überbrückung und/oder
Unterbrechung des elektronischen Siegels erkannt, so kann z.B. ein Alarm ausgelöst werden. Im Falle einer Überwachung bzw. Lokalisierung von Personen kann die mobile Sende-
/Empfangseinheit SE in Form einer Uhr ausgestaltet sein und das elektronische Siegel wie ein Uhrband für eine Befestigung der mobilen Sende-/Empfangseinheit SE z.B. am Handgelenk einer Person ausgeführt sein.
Die mobile Sende-/Empfangseinheit SE umfasst weiterhin eine Energiequelle (z.B. Batterie, etc.) für eine Energie¬ versorgung, ein Sende-/Empfangsmodul sowie einen Bewegungs-
sensor. Vom Sende-/Empfangsmodul der mobilen Sende-/Empfangs- einheit SE werden mit ausreichender Reichweite, vor allem um den lokal abgegrenzten Bereich abzudecken, Signale für eine grobe Lokalisierung ausgesendet. So kann beispielsweise mit einem Sende-/Empfangsmodul im niedrigen Frequenzbereich (z.B. mit 27 MHz) eine Abdeckung von ca. 1 bis 2 km erzielt werden. Der Bewegungssensor der mobilen Sende-/Empfangseinheit SE kann zur Optimierung eines Energieverbrauchs eingesetzt werden. D.h. es können beispielsweise Komponenten für eine Ortung wie z.B. das Sende-/Empfangsmodul abgeschaltet werden, wenn keine Bewegung des Objekts OB festgestellt wird. Eine Überwachung z.B. des elektronischen Siegels bleibt aber weiterhin aktiv. Das erfindungsgemäße System besteht weiterhin aus einem
Abstandsmesseinheit AB, welche mit der mobilen Sende- /Empfangseinheit SE verbunden oder in die mobile Sende- /Empfangseinheit SE integriert ist, sowie aus im lokal abgegrenzten Bereich LB angebrachten Reflektoreinheiten REl bis RE6 (z.B. Funk-Reflektoren, etc.) mit gespeicherter
Identifikationsinformation (z.B. eigner Nummer, Raumkennung, etc.) . Dabei sind die Reflektoreinheiten REl bis RE6, welche in einem Gehäuse beispielsweise eine Recheneinheit (z.B.
Mikrokontroller, etc.), ein Sende-/Empfangsmodul insbesondere im GHz-Bereich sowie eine Energieversorgung umfassen, insbesondere in Unterbereichen des lokal abgegrenzten Bereichs LB wie z.B. innerhalb von Gebäuden GBl, GB2, GB3 angebracht, in welchen eine genauere örtliche Auflösung für eine
Lokalisierung einen beweglichen Objektes OB notwendig ist.
In Figur 1 sind beispielhaft die Reflektoreinheiten REl bis RE6 in einem ersten Gebäude GBl dargestellt. Dabei ist z.B. in jedem Raum Rl bis R6 zumindest eine Reflektoreinheit REl bis RE6 angebracht. Für lange Korridore und/oder größere Räume wie z.B. eine langen Raum R4 in Figur 1 können mehrere Reflektoreinheiten RE4a, RE4b verwendet werden, um beispiels¬ weise eine Genauigkeit bei der Lokalisierung von ca. +/-10 Metern zu erzielen.
Soll nun beispielsweise ein bewegliches Objekt OB, welches sich innerhalb des lokal abgegrenzten Bereichs LB befindet, überwacht und lokalisiert werden, so kann dieses Objekt OB z.B. bei einem Eingang bzw. Eintreten in den Bereich LB mit einer mobilen Sende-/Empfangseinheit SE versehen werden. Von der mobilen Sende-/Empfangseinheit SE wird in einem ersten Verfahrensschritt 1 ein Signal in einem niedrigen Frequenzbereich - z.B. mit 27 MHz ausgesendet, während das bewegliche Objekt OB innerhalb des lokal abgegrenzten Bereich LB in Bewegung ist bzw. sich die zu lokalisierende Person OB innerhalb des lokal abgegrenzten Bereich bewegt. Das Signal wird von den Empfangsstationen El, E2, E3 des Funkortungssystems empfangen, sofern diese in Reichweite der Sende-/Empfangs- empfangseinheit SE sind. Für eine grobe Lokalisierung des Objekts OB ist ein Empfang des ausgesendeten Signals durch zumindest drei Empfangsstationen El, E2, E3 notwendig.
In einem zweiten Verfahrensschritt 2 wird von jenen Empfangs¬ stationen El, E2, E3, von welchen das von der Sende- /Empfangseinheit SE ausgesendete Signal empfangen worden ist, eine Phasenverschiebung des Signals ermittelt. Dann wird in der jeweiligen Recheneinheit der jeweiligen Empfangsstation El, E2, E3 aus der Phasenverschiebung ein Einfallswinkel des Signals der Sende-/Empfangseinheit SE berechnet. In einem dritten Verfahrensschritt 3 werden die von den Empfangs¬ stationen El, E2, E3 berechneten Einfallwinkel des Signals über die Datenleitung DL an die zentrale Auswerteeinheit AW des Funkortungssystems übertragen. Von der zentralen Auswerteeinheit AW wird dann eine grobe Position des beweglichen Objekts OB - z.B. mit einer Genauigkeit von ca. +/-30 bis +/- 50 Meter - aus den von den Empfangsstationen El, E2, E3 berechneten Einfallwinkeln ermittelt.
Wird von der zentralen Auswerteeinheit AW bzw. z.B. über eine Visualisierungssoftware erkannt, dass die grobe Positions¬ bestimmung zu ungenau ist, das sich das bewegliche Objekt OB beispielsweise in einem Gebäude GBl - wie in Figur 1
beispielhaft dargestellt - oder aus anderen Gründen (z.B.
sicherheitsrelevante Bereich, etc.) zu ungenau ist, so wird in einem vierten Verfahrensschritt 4 eine Funkbefehl an die mobile Sende-/Empfangseinheit SE gesendet. Durch den
Funkbefehl wird die mit der mobilen Sende-Empfangseinheit SE verbundenen bzw. in diese integrierte Abstandsmesseinheit AB aktiviert. Von der Abstandsmesseinheit AB wird dann in einem fünften Verfahrensschritt 5 eine nächstgelegene Reflektor¬ einheit RE4a erkannt und über z.B. ein Signal im Hoch¬ frequenz-Bereich z.B. im Giga-Hertz-Bereich ein Abstand zwischen der Sende-/Empfangseinheit SE und der nächst¬ gelegenen Reflektoreinheit RE4a gemessen. Beim fünften
Verfahrensschritt 5 wird zusätzlich eine Identifikations¬ information (z.B. Nummer, Raumnummer, etc.) der erkannten Reflektoreinheit RE4a an die Sende-/Empfangseinheit SE übertragen bzw. von dieser ausgelesen.
In einem sechsten Verfahrensschritt 6 wird dann der über die Abstandmesseinheit AB ermittelte Abstand zur erkannten
Reflektoreinheit RE4a sowie die Identifikationsinformation der erkannten Reflektoreinheit RE4a von der Sende-/Empfangs¬ einheit SE beispielsweise über ein Funksignal mit niedriger Frequenz an die zentrale Auswerteeinheit AW des Funkortungs¬ systems übertragen. Vom Funkortungssystem kann nun die
Position des beweglichen Objekts OB genauer und mit
geringerer Abweichung ermittelt werden. Die ermittelte
Position des Objekts OB kann dann beispielsweise mittels Visualisierungssoftware angezeigt werden. Durch eine
Kombination von grober Lokalisierung mittels zumindest drei Empfangsstationen El, E2, E3 des Funkortungssystems und der Bestimmung des Abstands zu einer eindeutige identifizierbaren Reflektoreinheit RE1 bis RE6 kann ein bewegliches Objekt mit guter Genauigkeit innerhalb eines lokal abgegrenzten Bereichs LB - insbesondere innerhalb von Gebäuden GBl, GB2, GB3 - lokalisiert werden.
Claims
1. Verfahren zum Lokalisieren von beweglichen Objekten (OB), insbesondere Personen, innerhalb eines lokal abgrenzten Bereichs (LB) mit Hilfe eines Funkortungssystems (AW, El,
E2, E3) , welches zumindest drei Empfangsstationen (El, E2, E3) sowie eine zentrale Auswerteeinheit (AW)
aufweist, und zumindest einer mobilen Sende-/Empfangs- einheit (SE) , welche mit einem zu lokalisierenden
beweglichen Objekt (OB) verbunden ist, dadurch
gekennzeichnet, dass zuerst durch das Funkortungs¬ system (AW, El, E2, E3) einen grobe Lokalisierung des beweglichen Objekts (OB) durchgeführt wird (1,2,3), dass dann für eine genauere Positionsbestimmung des beweglichen Objekts (OB) von der zentralen Auswerteeinheit (AW) des Funkortungssystems ein Funkbefehl an die mobile Sende-/Empfangseinheit (SE) gesendet wird (4), dass dann eine mit der mobilen Sende-/Empfangseinheit (SE) verbundene Abstandsmesseinheit (AB) aktiviert wird (4),
dass vom der Abstandsmesseinheit (AB) im lokalen, ab¬ gegrenzten Bereich (LB) angebrachte Reflektoreinheiten (RE1 bis RE6) erkannt werden und ein Abstand zwischen einer erkannten Reflektoreinheit (RE4a) und der mobilen Sende-/Empfangseinheit (SE) gemessen wird (5) ,
und dass dann der gemessene Abstand sowie eine
Identifikationsinformation der erkannten Reflektoreinheit (RE4a) von der mobilen Sende-/Empfangseinheit (SE) an das Funkortungssystem (AW, El, E2, E3) gesendet werden (6) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die grobe Lokalisierung von der mobilen Sende- /Empfangseinheit (SE) ein Signal ausgesendet wird (1), dass von jenen Empfangsstationen (El, E2, E3) des
Funkortungssystems, von welche das Signal empfangen wird, jeweils eine Phasenverschiebung des Signals ermittelt und daraus ein Einfallswinkel des Signals errechnet wird (2), und dass dann von der zentralen Auswerteeinheit (AW) des Funkortungssystems anhand der in den Empfangsstationen (El, E2, E3) ermittelten Einfallswinkel eine grobe
Position der mobilen Sende-/Empfangseinheit (SE)
berechnet wird (3) .
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die mobile Sende-
/Empfangseinheit (SE) mit Hilfe eines elektronischen Siegels an dem beweglichen Objekt (OB) angebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Siegel insbesondere mittels
Impedanzmessung überwacht wird, und dass bei einer
Unterbrechung und/oder Überbrückung des elektronischen Siegels ein Alarm ausgelöst wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch
gekennzeichnet, dass das elektronische Siegel als Band mit integrierten Widerstandsdrähten ausgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass in der mobilen Sende- /Empfangseinheit (SE) ein Bewegungssensor integriert wird .
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass der lokal abgegrenzte Bereich (LB) durch eine Anzahl der Empfangsstationen (El, E2, E3) des Funkortungssystems vorgegeben wird.
8. System, welches zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7 eingerichtet ist, dadurch
gekennzeichnet, dass vorgesehen sind:
- ein Funkortungssystem (AW, El, E2, E3) mit zumindest drei Empfangsstationen (El, E2, E3) und einer zentralen Auswerteeinheit (AW) für eine Berechnung einer Lokalisierungsinformation und zur Steuerung einer Kommunikation, zumindest eine mobile Sende-/Empfangseinheit (SE) , welche mit einem zu lokalisierenden, beweglichen Objekt (OB) verbindbar ist,
- eine Abstandsmesseinheit (AB) für eine Messung
kurzer Distanzen, welche in der Sende-
/Empfangseinheit (SE) integriert ist,
- und im lokal abgegrenzten Bereich (LB) angebrachte Reflektoreinheiten (RE1 bis RE6) mit gespeicherter Identifikationsinformation .
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, da ss die Empfangsstationen (El, E2, E3) des
Funkortungssystems weiterhin Recheneinheiten zur
Berechnung eines jeweiligen Einfallwinkels aus einer Phasenverschiebung eines empfangenen Signals aufweisen.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronisches Siegel vorgesehen ist, durch welches die mobile Sende- /Empfangseinheit (SE) an einem beweglichen Objekt (OB) fixierbar ist, und dass die mobile Sende-/Empfangseinheit (SE) einen Bewegungssensor für eine Optimierung eines Energieverbrauchs aufweist.
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