WO2024094498A1 - Verfahren und system zur berechnung und zuordnung von nutzungskoordinaten zu ortsfesten funktransceivern eines lokalisierungssystems - Google Patents

Verfahren und system zur berechnung und zuordnung von nutzungskoordinaten zu ortsfesten funktransceivern eines lokalisierungssystems Download PDF

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WO2024094498A1
WO2024094498A1 PCT/EP2023/079655 EP2023079655W WO2024094498A1 WO 2024094498 A1 WO2024094498 A1 WO 2024094498A1 EP 2023079655 W EP2023079655 W EP 2023079655W WO 2024094498 A1 WO2024094498 A1 WO 2024094498A1
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coordinates
usage
plan
radio transceivers
stationary radio
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PCT/EP2023/079655
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Franz Lehmann
Richard Weber
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Trumpf Tracking Technologies Gmbh
Zigpos Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
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    • G01S5/0242—Determining the position of transmitters to be subsequently used in positioning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0269—Inferred or constrained positioning, e.g. employing knowledge of the physical or electromagnetic environment, state of motion or other contextual information to infer or constrain a position
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management
    • H04W64/003—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management locating network equipment

Definitions

  • the invention relates to a method and device for calculating and assigning usage coordinates to stationary radio transceivers of a localization system.
  • the invention further relates to a system for calculating and assigning usage coordinates to stationary radio transceivers of a localization system.
  • Localization systems are based on the calculation of distances and/or angles to spatial points with known coordinates. Spatial points with known coordinates are typically stationary radio transceivers, which are also referred to as anchors. When setting up the localization system, it is therefore necessary to determine the coordinates of the anchors.
  • the object of the invention is to simplify the determination of the coordinates of the anchors.
  • This object is achieved according to the invention by a method for calculating and assigning usage coordinates to stationary radio transceivers of a localization system, wherein the localization system comprises a plurality of stationary radio transceivers, wherein the localization system determines a plurality of first relative location references between the radio transceivers, in particular by means of an ultra-wideband radio technology, wherein additional information is provided, wherein the additional information contains a plurality of plan coordinates, wherein for the stationary radio transceivers by means of the additional information and the first relative location references are used to calculate and assign usage coordinates.
  • the relative first location references can be determined as distances and/or angles.
  • the distance between two stationary radio transmitters can be determined, for example, by measuring the propagation time of radio signals between the stationary radio transmitters. Very precise distance measurements are possible, particularly when using ultra-wideband radio technology. Alternatively or in addition to the distance, reception angles of radio signals can be determined.
  • a stationary radio transmitter with several antennas or an antenna array can determine the angle from which a radio signal is received.
  • a map can be created, for example using trilateration and/or triangulation, which indicates the positions of the fixed radio transmitters in relation to each other.
  • a map created in this way can be unambiguous or ambiguous.
  • Plan coordinates indicate coordinates at which stationary radio transmitters are preferably present. It goes without saying that plan coordinates can remain unoccupied. Likewise, stationary radio transmitters can be present at other coordinates that are not plan coordinates. Preferably, a majority of the stationary radio transmitters are essentially present at one of the plan coordinates.
  • the usage coordinates of the fixed radio transceivers are calculated and the usage coordinates are assigned to the fixed radio transceivers.
  • the usage coordinates are the coordinates assigned to the fixed radio transceivers that are used when using the localization system. Based on the usage coordinates of the fixed radio transceivers, the positions of mobile radio transceivers can be determined.
  • the plan coordinates are taken from a reference map.
  • the reference map shows the planned positions of the stationary radio transmitters. Other objects such as walls can be recorded on the reference map.
  • the plan coordinates are thus directly related to surrounding objects.
  • at least one wall is recorded on the reference map and the wall is extracted from the reference map using image processing, whereby the wall is taken into account when calculating and assigning the usage coordinates. Reflections of the radio signals on the wall can thus be taken into account.
  • a graphical user interface is provided for entering the plan coordinates into the reference map.
  • the positions can be used directly as plan coordinates.
  • plan coordinates are extracted from the reference map using image processing.
  • the plan coordinates can be noted in the reference map in the form of predetermined symbols, for example, so that the predetermined symbols are recognized using image processing and their position in the map is determined. This enables the plan coordinates to be determined very easily from a representation that is understandable to humans.
  • the plan coordinates come from an earlier installation of the localization system.
  • the method checks whether the fixed radio transmitters have remained in the old positions.
  • the installation of the localization system can thus be very easily checked and corrected.
  • a warning is issued if the usage coordinates deviate from the plan coordinates by more than a predetermined threshold value. The warning informs the user that the usage coordinates do not match the plan coordinates and that the installation of the localization system has therefore changed. This can happen, for example, if fixed radio transceivers have been moved.
  • the usage coordinates are calculated in such a way that second relative location references between the usage coordinates essentially correspond to the first relative location references. Essentially means here that the measured first relative location references have measurement uncertainties. It may therefore be impossible to meet all first relative location references perfectly.
  • the calculation of the usage coordinates is carried out in such a way that the deviation is as optimal as possible for the purpose of the application. Deviations are weighted with the measurement uncertainties if necessary, ie a larger deviation is tolerated with a large measurement uncertainty than with a small measurement uncertainty.
  • the usage coordinates are calculated for a majority of the stationary radio transmitters in such a way that differences between the respective usage coordinates and the nearest plan coordinates are minimized.
  • the usage coordinates are calculated in such a way that as many usage coordinates as possible are as close as possible to plan coordinates. The method thus ensures that the usage coordinates correspond as closely as possible to the plan coordinates.
  • the differences between the first and second relative location references and between the respective usage coordinates and the nearest plan coordinates are simultaneously minimized.
  • the calculated usage data then form a compromise between the best possible reproduction of the first relative location references and the approximation of the plan coordinates.
  • the differences between the respective usage coordinates and the nearest plan coordinates and/or the first and second relative location relationships are minimized according to a linear or quadratic metric, in particular the least squares metric.
  • the plan coordinates is assigned to one of the stationary radio transceivers.
  • the assigned plan coordinate is not necessarily the closest plan coordinate.
  • the usage coordinates are visualized in a control map.
  • the control map can be based on the reference map.
  • the visualization enables very simple checking of the calculated and assigned usage coordinates.
  • the plan coordinates are visualized in addition to the usage coordinates. This enables simple checking of the deviation of the usage coordinates from the plan coordinates.
  • At least one of the stationary radio transceivers emits an acoustic or visual signal and the usage coordinates of the stationary radio transceiver emitting the signal are visualized on the control card.
  • a stationary radio transceiver can be selected and triggered to emit a signal using a user interface.
  • a mobile radio transceiver is moved in an environment of the stationary radio transmitters, whereby third relative location references between the stationary radio transmitters and the mobile radio transmitter are determined, whereby the third relative location references are taken into account when calculating the usage coordinates.
  • third relative location references can be used is known from the dissertation "Automated integration of radio-based sensor networks based on simultaneous localization and map creation” by Richard Weber, which can be accessed at https://nbn-resolvinq.Org/urn : nbn :de: bsz: The content of the
  • the invention comprises a system for calculating and assigning usage coordinates to stationary radio transceivers of a localization system, wherein the system comprises a plurality of stationary radio transceivers and a computing unit, wherein the computing unit is communicatively coupled to the stationary radio transceivers, wherein the computing unit has at least one interface for reading in additional information, wherein the computing unit is provided and set up to carry out a method described above.
  • the interface is a user interface, in particular a graphical user interface.
  • plan coordinates can be entered or maps such as a reference map or a control map can be output via the user interface.
  • the interface is connected to a memory, wherein plan coordinates, in particular in the form of a reference map, are stored on the memory.
  • the invention comprises a computer program product, wherein the computer program product can be loaded directly into the internal memory of a digital computer and comprises software sections with which the steps according to a method according to the invention are carried out when the computer program product is executed on the computer.
  • the computer program product is stored on a memory, in particular a non-volatile memory.
  • Fig. la is a schematic representation of fixed radio transceivers and relative first location references between the radio transceivers;
  • Fig. lb is a further schematic representation of stationary radio transceivers and relative first location references between the radio transceivers;
  • Fig. 2 is a schematic representation of a reference map with plan coordinates
  • Fig. 3 is a schematic representation of a control chart
  • Fig. 4 is a schematic representation of the determination of a position of a mobile radio transceiver
  • Fig. 5 is a schematic representation of the use of a mobile radio transmitter to improve the usage coordinates
  • Fig. 6 is a flow chart.
  • FIGS 1a and 1b show a localization system 100 with a plurality of stationary radio transceivers 102.
  • the stationary radio transceivers 102 are designed to send and receive radio signals and to determine distances between the radio transceivers from the propagation time of the radio signals between the radio transceivers 102.
  • reception angles of the radio signals can be determined instead of the distances or in addition to the distances. Angle determination is possible, for example, with several receiving antennas on a radio transceiver or an antenna array. Distances and/or angles are referred to as the first relative location relationship 104.
  • Figures 1a and 1b show two possible relative positions of the stationary radio transceivers 102 with identical first relative spatial relationships 104. Whether clear relative positions of the stationary radio transceivers 102 can be determined from the first relative spatial relationships 104 between the stationary radio transceivers 102 depends on the individual case.
  • Figure 2 shows a reference map 106.
  • the reference map 106 shows walls 107 and plan coordinates 108. For reasons of clarity, not all walls 107 and not all plan coordinates 108 are provided with reference symbols.
  • the plan coordinates 108 indicate where stationary radio transceivers are to be expected relative to the walls 107.
  • the reference map 106 can be in the form of a digital image, e.g. as a pixel representation or as a vector graphic.
  • the coordinates of the plan coordinates 108 and the walls 107 can be extracted from the digital image using image processing.
  • Figure 3 shows a control map 114.
  • the control map 114 shows the usage coordinates 110 of the stationary radio transceivers 102 together with the walls 107 and the plan coordinates 108.
  • second relative location relationships 112 between the usage coordinates 110 are shown.
  • plan coordinates 108 and usage coordinates 110 are provided with reference symbols. It can be seen that the usage coordinates 110 do not match the plan coordinates 108.
  • the usage coordinates 110 were calculated in such a way that the differences of as many usage coordinates 110 as possible to each plan coordinate 108 are minimized and at the same time the difference of the second relative location relationships 112 to the first relative location relationships 104 is minimized. In a perfect case, all differences would disappear. In most cases, as in this example, the differences will have to be minimized according to a suitable metric, here the least squares metric.
  • the calculation of the usage coordinates 110 from the first relative location relationships 104 and the plan coordinates 108 is carried out by a computing unit 116.
  • the computing unit 116 receives the first relative location relationships 104 and the plan coordinates 108, for example in the form of the reference map 106 from Fig. 2, and calculates the usage coordinates 110 of the stationary radio transceiver 102.
  • the usage coordinates 110 are output by the computing unit 116 via an output device 118, for example in the form of a control map 114. It is understood that the usage coordinates 110 can also be output to another computing unit. Alternatively or additionally, the usage coordinates 110 can be stored in a memory and used later by the computing unit 116, for example when executing an application that requires the usage coordinates.
  • the output device 118 in this example is a touchscreen, via which the computing unit 116 can display a graphical user interface and inputs can receive.
  • a user can enter or change plan coordinates, for example.
  • the user can use the user interface to select stationary radio transceivers 102 that are to emit an acoustic or visual signal.
  • the usage coordinates 110 of the stationary radio transceiver that has emitted a signal are then visualized via the output device 118.
  • a specific plan coordinate 108a is assigned to a specific stationary radio transceiver 102a. For this radio transceiver 102a, the difference between the usage coordinate 110 and the assigned plan coordinate 108a is minimized and no further plan coordinate is taken into account.
  • the difference between the usage coordinates 110 and the nearest plan coordinates 108 is minimized for six of seven stationary radio transceivers 102.
  • the usage coordinate 110 of a stationary radio transceiver 102b is so far away from all plan coordinates that the difference in the coordinates is not minimized. Instead, it is assumed that this stationary radio transceiver 102b was installed deviating from the plan coordinates.
  • a plan coordinate 108b is so far away from the usage coordinates 110 of the fixed radio transceivers 102 that it is assumed that no radio transceiver is present at this plan coordinate 108b.
  • plan coordinates 108 and usage coordinates 110 are identical in this example is coincidental. In general, there may be more or fewer plan coordinates 108 than usage coordinates 110.
  • Fig. 4 shows how the position of a mobile radio transceiver 120 is determined based on the usage coordinates 110 of the stationary radio transceiver 102.
  • the stationary radio transceiver 102 and the mobile radio transceiver 120 exchange radio signals, here ultra-broadband pulses, and measure the propagation times of the radio signals. From the propagation times of the radio signals, third relative location references 122 between the stationary radio transceiver 102 and the mobile radio transceiver 120 are determined. From the The position of the mobile radio transceiver 120 is determined using the usage coordinates 110 of the fixed radio transceiver 102 and the third relative location coordinates 122.
  • a mobile radio transceiver 120 is moved along a trajectory 124.
  • third relative location references 122 between the mobile radio transceiver 120 and the stationary radio transceivers are determined several times.
  • the third relative location references thus obtained are offset against the first relative location references 104 and thus enable the calculation of the usage coordinates 110 to be improved.
  • a flow chart 200 is shown in Fig. 6.
  • first relative location references 104 between the stationary radio transceivers 102 are determined.
  • additional information is provided. The additional information contains at least several plan coordinates.
  • third relative location references 122 between the stationary radio transceivers 102 and a mobile radio transceiver 120 are determined.
  • usage coordinates 110 are determined for the stationary radio transceivers 102 and assigned to them.
  • the usage coordinates 110 are output.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung und Zuordnung von Nutzungskoordinaten zu ortsfesten Funktransceivern eines Lokalisierungssystems, wobei das Lokalisierungssystem eine Vielzahl ortsfester Funktransceiver umfasst, wobei das Lokalisierungssystem mehrere erste relative Ortsbezüge zwischen den Funktransceivern, insbesondere mittels einer Ultrabreitband Funktechnologie, bestimmt, wobei zusätzliche Informationen bereitgestellt werden, wobei die zusätzlichen Informationen mehrere Plankoordinaten enthalten, wobei für die ortsfesten Funktransceiver mittels der zusätzlichen Informationen und der ersten relativen Ortsbezüge jeweils Nutzungskoordinaten berechnet und zugeordnet werden.

Description

Verfahren und System zur Berechnung und Zuordnung von Nutzungskoordinaten zu ortsfesten Funktransceivern eines Lokalisierungssystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zur Berechnung und Zuordnung von Nutzungskoordinaten zu ortsfesten Funktransceivern eines Lokalisierungssystems.
Weiter betrifft die Erfindung ein System zur Berechnung und Zuordnung von Nutzungskoordinaten zu ortsfesten Funktransceivern eines Lokalisierungssystems.
Aus der DE102018110145A ist ein Innenraumortungssystem mit räumlich fest installierten Sende-Empfangseinheiten und mobilen Sende-Empfangseinheiten bekannt.
Lokalisierungssysteme basieren auf der Berechnung von Abständen und oder Winkeln zu Raumpunkten mit bekannten Koordinaten. Als Raumpunkte mit bekannten Koordinaten dienen typischerweise ortsfeste Funktransceiver, die auch als Anker bezeichnet werden. Bei der Einrichtung des Lokalisierungssystems ist es daher notwendig die Koordinaten der Anker zu bestimmen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Bestimmung der Koordinaten der Anker zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Berechnung und Zuordnung von Nutzungskoordinaten zu ortsfesten Funktransceivern eines Lokalisierungssystems, wobei das Lokalisierungssystem eine Vielzahl ortsfester Funktransceiver umfasst, wobei das Lokalisierungssystem mehrere erste relative Ortsbezüge zwischen den Funktransceivern, insbesondere mittels einer Ultrabreitband Funktechnologie, bestimmt, wobei zusätzliche Informationen bereitgestellt werden, wobei die zusätzlichen Informationen mehrere Plankoordinaten enthalten, wobei für die ortsfesten Funktransceiver mittels der zusätzlichen Inform und der ersten relativen Ortsbezüge jeweils Nutzungskoordinaten berechnet und zugeordnet werden.
Die relativen ersten Ortsbezüge können als Entfernungen und/oder Winkel bestimmt werden. Die Entfernung zwischen zwei ortsfesten Funktransmittern kann bspw. über eine Laufzeitmessung von Funksignalen zwischen den ortsfesten Funktransmittern bestimmt werden. Insbesondere bei Nutzung einer Ultrabreitband-Funktechnologie ist eine sehr genaue Entfernungsmessung möglich. Alternativ oder zusätzlich zur Entfernung können Empfangswinkel von Funksignalen bestimmt werden. Ein ortsfester Funktransmitter mit mehreren Antennen oder einem Antennenarray kann den Winkel bestimmen, aus dem ein Funksignal empfangen wird.
Aus den ersten relativen Ortsbezügen kann, bspw. mittels Trilateration und/oder Triangulation, eine Karte erstellt werden, welche die Positionen der ortsfesten Funktransmitter zueinander angibt. Eine so erstellte Karte kann eindeutig oder auch mehrdeutig sein.
Plankoordinaten geben Koordinaten an, an denen ortsfeste Funktransmitter bevorzugt vorhanden sind. Es versteht sich, dass Plankoordinaten unbesetzt bleiben können. Ebenso können ortsfeste Funktransmitter an anderen Koordinaten, welche keine Plankoordinaten sind, vorhanden sein. Bevorzugt ist eine Mehrzahl der ortsfesten Funktransmitter im Wesentlichen jeweils an einer der Plankoordinaten vorhanden.
Ausgehend von den Plankoordinaten werden die Nutzungskoordinaten der ortsfesten Funktransceiver berechnet und die Nutzungskoordinaten den ortsfesten Funktransceivern zugeordnet.
Die Nutzungskoordinaten sind die den ortsfesten Funktransceivern zugeordneten Koordinaten, welche bei der Nutzung des Lokalisierungssystems genutzt werden. Basierend auf den Nutzungskoordinaten der ortsfesten Funktransceiver können Positionen von mobilen Funktransceivern bestimmt werden. Bevorzugt werden die Plankoordinaten aus einer Referenz karte entnommen. In der Referenzkarte sind die geplanten Positionen der ortsfesten Funktransmitter angegeben. In der Referenzkarte können weitere Objekte wie bspw. Wände verzeichnet sein. Die Plankoordinaten stehen so direkt in einer Relation zu Umgebungsobjekten. Bevorzugt ist in der Referenzkarte zumindest eine Wand verzeichnet und die Wand wird mittels der Bildverarbeitung aus der Referenzkarte extrahiert, wobei die Wand bei der Berechnung und Zuordnung der Nutzungskoordinaten berücksichtigt wird. Reflexionen der Funksignale an der Wand können so berücksichtigt werden.
In einer Ausgestaltung wird eine grafische Benutzerschnittstelle zur Eingabe der Plankoordinaten in die Referenzkarte bereitgestellt. Bei einer Eintragung in eine digitale Karte können die Positionen direkt als Plankoordinaten genutzt werden.
In einer alternativen Ausgestaltung werden die Plankoordinaten mittels einer Bildverarbeitung aus der Referenzkarte extrahiert. Die Plankoordinaten können bspw. in Form von vorbestimmten Symbolen in der Referenzkarte vermerkt sein, sodass die vorbestimmten Symbole mittels einer Bildverarbeitung erkannt und deren Position in der Karte bestimmt wird. Dies ermöglicht eine sehr einfache Bestimmung der Plankoordinaten aus einer für Menschen verständlichen Darstellung.
In einer weiteren Ausgestaltung stammen die Plankoordinaten aus einer früheren Einrichtung des Lokalisierungssystems. Das Verfahren überprüft dann, ob die ortsfesten Funktransmittern an den alten Positionen verblieben sind. Die Einrichtung des Lokalisierungssystems kann so sehr leicht überprüft und korrigiert werden. Bevorzugt wird eine Warnung ausgegeben, wenn die Nutzungskoordinaten von den Plankoordinaten um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert abweichen. Durch die Warnung wird der Nutzer darauf hingewiesen, dass die Nutzungskoordinaten nicht mit den Plankoordinaten übereinstimmen und sich folglich die Einrichtung des Lokalisierungssystems geändert hat. Dies kann bspw. vorkommen, wenn ortsfeste Funktransceiver versetzt wurden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Nutzungskoordinaten so berechnet, dass zweite relative Ortsbezüge zwischen den Nutzungskoordinaten im Wesentlichen den ersten relativen Ortsbezügen entsprechen. Im Wesentlichen bedeutet hier, dass die gemessenen ersten relativen Ortsbezüge Messunsicherheiten aufweisen. Es kann daher ggf. unmöglich sein, alle ersten relativen Ortsbezüge perfekt zu erfüllen. In dem Fall erfolgt die Berechnung der Nutzungskoordinaten so, dass die Abweichung im Sinne der Anwendung möglichst optimal wird. Dabei werden Abweichungen ggf. mit den Messunsicherheiten gewichtet, d.h. bei großer Messunsicherheit wird eine größere Abweichung toleriert als bei einer kleinen Messunsicherheit.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung werden für eine Mehrzahl der ortsfesten Funktransmitter die Nutzungskoordinaten so berechnet, dass Differenzen zwischen den jeweiligen Nutzungskoordinaten und den jeweils nächstliegenden Plankoordinaten minimiert werden. Mit anderen Worten werden die Nutzungskoordinaten so berechnet, dass möglichst viele Nutzungskoordinaten möglichst nah an Plankoordinaten liegen. Das Verfahren sorgt so dafür, dass die Nutzungskoordinaten möglichst gut den Plankoordinaten entsprechen.
Besonders bevorzugt werden die Differenzen zwischen den ersten und zweiten relativen Ortsbezügen und zwischen den jeweiligen Nutzungskoordinaten und den jeweils nächstliegenden Plankoordinaten gleichzeitig minimiert. Die berechneten Nutzungsdaten bilden dann einen Kompromiss aus möglichst guter Nachbildung der ersten relativen Ortsbezüge und der Annäherung an die Plankoordinaten.
Bevorzugt werden die Differenzen zwischen den jeweiligen Nutzungskoordinaten und den jeweils nächstliegenden Plankoordinaten und/oder den ersten und zweiten relativen Ortsbeziehungen nach einer linearen oder quadratischen Metrik, insbesondere der Metrik der kleinsten Fehlerquadrate, minimiert.
Bevorzugt ist zumindest eine der Plankoordinaten einem der ortsfesten Funktransceiver zugeordnet. Für diesen ortsfesten Funktransceiver wird die Differenz der Nutzungskoordinaten zu den zugeordneten Plankoordinaten minimiert. Die zugeordnete Plankoordinaten ist dabei nicht zwangsweise die nächstliegende Plankoordinate. In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Nutzungskoordinaten in einer Kontrollkarte visualisiert. Die Kontrollkarte kann dabei auf der Referenz karte basieren. Die Visualisierung ermöglicht eine sehr einfache Kontrolle der berechneten und zugeordneten Nutzungskoordinaten. Besonders bevorzugt werden zusätzlich zu den Nutzungskoordinaten die Plankoordinaten visualisiert. Dies ermöglicht eine einfache Kontrolle der Abweichung der Nutzungskoordinaten von den Plankoordinaten.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung gibt zumindest einer der ortsfesten Funktransceiver ein akustisches oder visuelles Signal aus und die Nutzungskoordinaten des signalausgebenden ortsfesten Funktransceivers werden auf der Kontrollkarte visualisiert. Bevorzugt kann mittels einer Benutzerschnittstelle ein ortsfester Funktransceiver ausgewählt und zur Signalausgabe angeregt werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein mobiler Funktransceiver in einer Umgebung der ortsfesten Funktransmitter bewegt, wobei dritte relative Ortsbezüge zwischen den ortsfesten Funktransmittern und dem mobilen Funktransmitter bestimmt werden, wobei die dritten relativen Ortsbezüge bei der Berechnung der Nutzungskoordinaten berücksichtigt werden. Wie die dritten relativen Ortsbezüge genutzt werden können, ist aus der Dissertation „Automatisierte Integration von funkbasierten Sensornetzen auf Basis simultaner Lokalisierung und Kartenerstellung" von Richard Weber bekannt, abzurufen unter https://nbn-resolvinq.Org/urn : nbn :de: bsz: Der Inhalt der
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Dissertation wird hiermit per Referenz vollumfänglich aufgenommen.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein System zur Berechnung und Zuordnung von Nutzungskoordinaten zu Ortsfesten Funktransceivern eines Lokalisierungssystems, wobei das System eine Vielzahl von ortsfesten Funktransceivern und eine Recheneinheit umfasst, wobei die Recheneinheit kommunikativ mit den ortsfesten Funktransceivern gekoppelt ist, wobei die Recheneinheit zumindest eine Schnittstelle zum Einlesen von zusätzlichen Informationen aufweist, wobei die Recheneinheit dazu vorgesehen und eingerichtet ist, ein vorstehend beschriebenes Verfahren durchzuführen. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schnittstelle eine Benutzerschnittstelle, insbesondere eine grafische Benutzerschnittstelle. Über die Benutzerschnittstelle können bspw. Plankoordinaten eingegeben werden oder Karten wie eine Referenz karte oder eine Kontrollkarte ausgegeben werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schnittstelle mit einem Speicher verbunden, wobei auf dem Speicher Plankoordinaten, insbesondere in Form einer Referenz karte, abgelegt sind.
Weiterhin umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwareabschnitte umfasst, mit denen die Schritte gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem Computer ausgeführt wird.
Bevorzugt ist das Computerprogrammprodukt auf einem Speicher, insbesondere einem nichtflüchtigen Speicher, gespeichert.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
Fig. la eine schematische Darstellung ortsfester Funktransceiver und relativer erster Ortsbezüge zwischen den Funktransceivern;
Fig. lb eine weitere schematische Darstellung ortsfester Funktransceiver und relativer erster Ortsbezüge zwischen den Funktransceivern;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Referenzkarte mit Plankoordinaten;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Kontrollkarte; Fig. 4 eine schematische Darstellung der Bestimmung einer Position eines mobilen Funktransceiver;
Fig. 5 eine schematische Darstellung der Nutzung eines mobilen Funktransmitters zur Verbesserung der Nutzungskoordinaten; und
Fig. 6 ein Ablaufplan.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
In den Figuren la und lb ist ein Lokalisierungssystem 100 mit einer Vielzahl von ortsfesten Funktransceivern 102 dargestellt. Die ortsfesten Funktransceiver 102 sind dazu eingerichtet, Funksignale zu versenden und zu empfangen und aus der Laufzeit der Funksignale zwischen den Funktransceivern 102 Entfernungen zwischen den Funktransceivern zu bestimmen. In einer nicht dargestellten Varianten können anstelle der Entfernungen oder zusätzlich zu den Entfernungen Empfangswinkel der Funksignale bestimmt werden. Eine Winkelbestimmung ist bspw. mit mehreren Empfangsantennen an einem Funktransceiver oder einem Antennenarray möglich. Entfernungen und/oder Winkel werden als erste relative Ortsbeziehung 104 bezeichnet.
Basierend auf den ersten relativen Ortsbeziehungen 104 zwischen den ortsfesten Funktransceivern 102 können die relativen Positionen der ortsfesten Funktransceiver zueinander bestimmt werden. In den Figuren la und lb sind zwei mögliche relative Positionen der ortsfesten Funktransceiver 102 mit identischen ersten relativen Ortsbeziehungen 104 dargestellt. Ob sich aus den ersten relativen Ortsbeziehungen 104 zwischen den ortsfesten Funktransceivern 102 eindeutige relative Positionen der ortsfesten Funktransceiver 102 bestimmen lassen, hängt vom Einzelfall ab.
In Figur 2 ist eine Referenz karte 106 dargestellt. In der Referenzkarte 106 sind Wände 107 und Plankoordinaten 108 dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nicht alle Wände 107 und nicht alle Plankoordinaten 108 mit Bezugszeichen versehen. Die Plankoordinaten 108 geben an, wo ortsfeste Funktransceiver relativ zu den Wänden 107 zu erwarten sind. Die Referenzkarte 106 kann als digitales Bild, bspw. als Pixel-Darstellung oder als Vektorgrafik, vorliegen. Mittels Bildverarbeitung können aus dem digitalen Bild die Koordinaten der Plankoordinaten 108 und der Wände 107 extrahiert werden.
In Figur 3 ist eine Kontrollkarte 114 dargestellt. In der Kontrollkarte 114 werden die Nutzungskoordinaten 110 der ortsfesten Funktransceiver 102 zusammen mit den Wänden 107 und den Plankoordinaten 108 dargestellt. Zusätzlich sind zweite relative Ortsbeziehungen 112 zwischen den Nutzungskoordinaten 110 dargestellt. Aus Gründen der Übersicht sind nicht alle zweiten relativen Ortsbeziehungen 112, Plankoordinaten 108 und Nutzungskoordinaten 110 mit Bezugszeichen versehen. Es ist erkennbar, dass die Nutzungskoordinaten 110 nicht mit den Plankoordinaten 108 übereinstimmen. Die Nutzungskoordinaten 110 wurden so berechnet, dass die Differenzen möglichst vieler Nutzungskoordinaten 110 zu jeweils einer Plankoordinate 108 minimiert werden und gleichzeitig die Differenz der zweiten relativen Ortsbeziehungen 112 zu den ersten relativen Ortsbeziehungen 104 minimiert wird. In einem perfekten Fall würden alle Differenzen verschwinden. In den meisten Fällen werden wie in diesem Beispiel die Differenzen nach einer geeigneten Metrik, hier der Metrik der kleinsten Fehlerquadrate, minimiert werden müssen.
Die Berechnung der Nutzungskoordinaten 110 aus den ersten relativen Ortsbeziehungen 104 und den Plankoordinaten 108 wird durch eine Recheneinheit 116 durchgeführt. Die Recheneinheit 116 erhält die ersten relativen Ortsbeziehungen 104 und die Plankoordinaten 108, bspw. in Form der Referenzkarte 106 aus Fig. 2, und berechnet die Nutzungskoordinaten 110 der der ortsfesten Funktransceiver 102. Die Nutzungskoordinaten 110 werden von der Recheneinheit 116 über eine Ausgabevorrichtung 118 ausgegeben, bspw. in Form einer Kontrollkarte 114. Es versteht sich, dass die Nutzungskoordinaten 110 auch an eine andere Recheneinheit ausgegeben werden können. Alternativ oder zusätzlich können die Nutzungskoordinaten 110 auf einem Speicher abgelegt und von der Recheneinheit 116 später genutzt werden, bspw. bei der Ausführung einer Anwendung, welche die Nutzungskoordinaten benötigt.
Die Ausgabevorrichtung 118 ist in diesem Beispiel ein Touchscreen, über den die Recheneinheit 116 eine grafische Benutzerschnittstelle darstellen und Eingaben entgegennehmen kann. Mittels der grafischen Benutzerschnittstelle kann ein Nutzer bspw. Plankoordinaten eingeben oder ändern. Alternativ oder zusätzlich kann der Nutzer über die Benutzerschnittstelle ortsfeste Funktransceiver 102 auswählen, die ein akustisches oder visuelles Signal ausgeben sollen. Die Nutzungskoordinaten 110 des ortsfesten Funktransceivers, welcher ein Signal ausgegeben hat, werden dann über die Ausgabevorrichtung 118 visualisiert.
Eine spezifische Plankoordinate 108a ist einem spezifischen ortsfesten Funktransceiver 102a zugeordnet. Für diesen Funktransceiver 102a wird die Differenz der Nutzungskoordinate 110 zu der zugeordneten Plankoordinate 108a minimiert und keine weitere Plankoordinate beachtet.
In diesem Beispiel wird für sechs von sieben ortsfesten Funktransceivern 102 die Differenz der Nutzungskoordinaten 110 zu den jeweils nächstliegenden Plankoordinaten 108 minimiert. Die Nutzungskoordinate 110 eines ortsfesten Funktransceivers 102b liegt so weit weg von allen Plankoordinaten, dass die Differenz der Koordinaten nicht minimiert wird. Stattdessen wird angenommen, dass dieser ortsfeste Funktransceiver 102b abweichend von den Plankoordinaten angebracht wurde.
In diesem Beispiel liegt eine Plankoordinate 108b so weit weg von den Nutzungskoordinaten 110 der ortsfesten Funktransceiver 102, dass angenommen wird, dass kein Funktransceiver an dieser Plankoordinate 108b vorhanden ist.
Dass die Anzahl der Plankoordinaten 108 und der Nutzungskoordinaten 110 in diesem Beispiel identisch ist, ist zufällig. Im Allgemeinen kann es mehr oder weniger Plankoordinaten 108 als Nutzungskoordinaten 110 geben.
In Fig. 4 ist gezeigt, wie basierend auf den Nutzungskoordinaten 110 der ortsfesten Funktransceiver 102 die Position eines mobilen Funktransceivers 120 bestimmt wird. Die ortsfesten Funktransceiver 102 und der mobile Funktransceiver 120 tauschen Funksignale, hier ultrabreitbandige Impulse, aus und messen die Laufzeiten der Funksignale. Aus den Laufzeiten der Funksignale werden dritte relative Ortsbezüge 122 zwischen den ortsfesten Funktransceivern 102 und dem mobilen Funktransceiver 120 bestimmt. Aus den Nutzungskoordinaten 110 der ortsfesten Funktransceiver 102 und den dritten relativen Ortszügen 122 wird die Position des mobilen Funktransceivers 120 bestimmt.
In Fig. 5 ist gezeigt, dass ein mobiler Funktransceiver 120 entlang einer Trajektorie 124 bewegt wird. Während der Bewegung des mobilen Funktransceivers 120 werden mehrfach dritte relative Ortsbezüge 122 zwischen dem mobilen Funktransceiver 120 und den ortsfesten Funktransceivern bestimmt. Die so gewonnenen dritten relativen Ortsbezüge werden mit den ersten relativen Ortsbezügen 104 verrechnet und ermöglichen so die Berechnung der Nutzungskoordinaten 110 zu verbessern.
In Fig. 6 ist eine Ablaufplan 200 dargestellt. In einem ersten Schritt 202 werden erste relative Ortsbezüge 104 zwischen den ortsfesten Funktransceivern 102 bestimmt. In einem zweiten Schritt 204 werden zusätzliche Informationen bereitgestellt. Die zusätzlichen Informationen enthalten zumindest mehrere Plankoordinaten. In einem optionalen dritten Schritt 206 werden dritte relative Ortsbezüge 122 zwischen den ortsfesten Funktransceivern 102 und einem mobilen Funktransceiver 120 bestimmt. In einem vierten Schritt 208 werden Nutzungskoordinaten 110 für die ortsfesten Funktransceiver 102 bestimmt und diesen zugeordnet. In einem optionalen fünften Schritt 210 werden die Nutzungskoordinaten 110 ausgegeben.
Bezugszeichenliste
Lokalisierungssystem ortsfeste Funktransceiver erste relative Ortsbezüge Referenz karte Plankoordinaten Nutzungskoordinaten zweite relative Ortsbezüge Kontrollkarte Recheneinheit Ausgabevorrichtung mobiler Funktransceiver dritte relative Ortsbezüge Trajektorie Ablaufplan erster Schritt zweiter Schritt dritter Schritt vierter Schritt fünfter Schritt

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Berechnung und Zuordnung von Nutzungskoordinaten (110) zu ortsfesten Funktransceivern (102) eines Lokalisierungssystems (100), wobei das Lokalisierungssystem (100) eine Vielzahl ortsfester Funktransceiver (102) umfasst, wobei das Lokalisierungssystem (100) mehrere erste relative Ortsbezüge (104) zwischen den Funktransceivern (102), insbesondere mittels einer Ultrabreitband Funktechnologie, bestimmt (202), wobei zusätzliche Informationen bereitgestellt werden (204), wobei die zusätzlichen Informationen mehrere Plankoordinaten (108) enthalten, wobei für die ortsfesten Funktransceiver (102) mittels der zusätzlichen Informationen und der ersten relativen Ortsbezüge (104) jeweils Nutzungskoordinaten (102) berechnet und zugeordnet werden (208). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Plankoordinaten (108) aus einer Referenz karte (106) entnommen werden. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine grafische Benutzerschnittstelle zur Eingabe der Plankoordinaten (108) in die Referenzkarte (106) bereitgestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Plankoordinaten (108) mittels einer Bildverarbeitung aus der Referenzkarte (106) extrahiert werden. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Referenzkarte zumindest eine Wand (107) verzeichnet ist und die Wand (107) mittels der Bildverarbeitung aus der Referenzkarte (106) extrahiert wird, wobei die Wand (107) bei der Berechnung und Zuordnung der Nutzungskoordinaten (102) berücksichtigt wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plankoordinaten (108) aus einer früheren Einrichtung des Lokalisierungssystems (100) stammen. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Warnung ausgegeben wird, wenn die Nutzungskoordinaten (102) von den Plankoordinaten (108) um mehr als einen vorgegebenen Schwellwert abweichen. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzungskoordinaten (110) so berechnet werden, dass zweite relative Ortsbezüge (112) zwischen den Nutzungskoordinaten (110) im Wesentlichen den ersten relativen Ortsbezügen (104) entsprechen. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Mehrzahl der ortsfesten Funktransmitter (102) die Nutzungskoordinaten (110) so berechnet werden, dass Differenzen zwischen den jeweiligen Nutzungskoordinaten (110) und den jeweils nächstliegenden Plankoordinaten (108) minimiert werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzen zwischen den jeweiligen Nutzungskoordinaten (110) und den jeweils nächstliegenden Plankoordinaten (108) und/oder den ersten (104) und zweiten (112) relativen Ortsbeziehungen nach einer linearen oder quadratischen Metrik, insbesondere der Metrik der kleinsten Fehlerquadrate, minimiert werden. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Plankoordinaten (108) einem der ortsfesten Funktransceiver (102) zugeordnet ist. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzungskoordinaten (110) in einer Kontrollkarte (114) visualisiert werden. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der ortsfesten Funktransceiver (102) ein akustisches oder visuelles Signal ausgibt und die Nutzungskoordinaten (110) des signalausgebenden ortsfesten Funktransceivers (102) auf der Kontrollkarte (114) visualisiert werden. System zur Berechnung und Zuordnung von Nutzungskoordinaten (110) zu ortsfesten Funktransceivern (102) eines Lokalisierungssystems (100), wobei das System eine Vielzahl von ortsfesten Funktransceivern (102) und eine Recheneinheit (116) umfasst, wobei die Recheneinheit (116) kommunikativ mit den ortsfesten Funktransceivern (102) gekoppelt ist, wobei die Recheneinheit (116) zumindest eine Schnittstelle zum Einlesen von zusätzlichen Informationen aufweist, wobei die Recheneinheit (116) dazu vorgesehen und eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle eine Benutzerschnittstelle (118), insbesondere eine grafische Benutzerschnittstelle umfasst. System nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle mit einem Speicher verbunden ist, wobei auf dem Speicher Plankoordinaten (108), insbesondere in Form einer Referenzkarte (106), abgelegt sind. Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers (116) geladen werden kann und Softwareabschnitte umfasst, mit denen die Schritte gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem Computer (116) ausgeführt wird
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