Title:
Vorrichtung und Verfahren zur Anwesenheitserkennung in Gebäuden
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Anordnung sowie ein Verfahren zur Überwachung und/oder Dokumentation der Aufenthaltsorte, Zeitpunkte und/oder Aufenthaltsdauern eines oder mehrerer beweglicher Objekte in einem Gebäude bestehend aus einer Vielzahl von Räumen (101; 202, 203) und einer Vielzahl von die Räume verbindenden Fluren (204), umfassend eine Vielzahl von in den Räumen und Fluren platzierten Sendern (102; 205, 207, 209) und mindestens ein Empfangsgerät konfiguriert zum Empfang von Signalen der Sender vorzugsweise ohne notwendige Kenntnis des Gebäudegrundrisses und der Raumpläne und ohne notwendige Berücksichtigung von Signalstärken. Das Empfangsgerät bestimmt Aufenthaltsorte anhand der empfangenen Signale sowie anhand einer Zuordnungstabelle, die in den Signalen enthaltenen Identifikationen eindeutig jeweils einen Raum oder einen Flur zuordnet. Die bestimmten Aufenthaltsorte werden zur Erstellung eines Bewegungsprofils an eine zentrale Steuereinheit übertragen.





Inventors:
Holtkamp, Bernhard, Dr. (45665, Recklinghausen, DE)
Steinbuß, Sebastian (58456, Witten, DE)
Weißenberg, Norbert (58456, Witten, DE)
Rudolph, Stephan (48249, Dülmen, DE)
Application Number:
DE102016208748A
Publication Date:
11/23/2017
Filing Date:
05/20/2016
Assignee:
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 (DE)
International Classes:
G01S5/02
Foreign References:
9207303
20120290636
Other References:
Cheng, Yuh-Ming. Using zigbee and room-based location technology to constructing an indoor location-based service platform. In: Intelligent Information Hiding and Multimedia Signal Processing, 2009. IIH-MSP'09. Fifth International Conference on. IEEE, 2009. S. 803-806.
Attorney, Agent or Firm:
Pfenning, Meinig & Partner mbB Patentanwälte, 10719, Berlin, DE
Claims:
1. Anordnung zur Überwachung und/oder Dokumentation der Aufenthaltsorte eines oder mehrerer beweglicher Objekte in einem Gebäude bestehend aus einer Vielzahl von Räumen und einer Vielzahl von die Räume verbindenden Fluren, umfassend
– eine Vielzahl von Raum- und Flursendern (102; 205, 207, 209), die innerhalb des Gebäudes angeordnet sind, wobei jeder der Sender konfiguriert ist in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen ein Signal, welches eine eindeutige Identifikation des Senders beinhaltet, auszusenden, wobei jeder der Raumsender (102; 205) innerhalb eines Raumes derart angeordnet ist, dass ein Sendebereich des Raumsenders ausschließlich einen Teil des Raumes, beinhaltend einen Eingangsbereich des Raumes, abdeckt, und wobei jeder der Flursender (207, 209) auf einem Flur derart angeordnet ist, dass der Sendebereich des Flursenders einen Flurabschnitt abdeckt,
– mindestens ein mobiles Empfangsgerät umfassend einen Speicher, wobei jedes der beweglichen Objekte mit mindestens einem der mobilen Empfangsgeräte ausgestattet ist, und jedes der Empfangsgeräte konfiguriert ist, die Signale von Sendern, in deren Sendebereich sich das Empfangsgerät befindet, zu empfangen und die im Signal enthaltene Identifikation zusammen mit einer Empfangszeit im Speicher des Empfangsgerätes abzulegen,
– eine zentrale Steuereinheit in kabelloser Kommunikation mit den mobilen Empfangsgeräten,
– eine im Speicher der mobilen Empfangsgeräte abgelegte Zuordnungstabelle, durch die eine Zuordnung jeder der Identifikationen zu einem Sendebereich des Senders der jeweiligen Identifikation definiert ist; und
– wobei die mobilen Empfangsgeräte insbesondere konfiguriert sind den Aufenthaltsort zu einem bestimmten Zeitpunkt zu bestimmen anhand der gespeicherten Identifikation mit dem bestimmten Zeitpunkt als Empfangszeit unter Berücksichtigung von weiteren gespeicherten Identifikationen mit einer jeweiligen Empfangszeit, die vor oder nach dem bestimmten Zeitpunkt liegt, und die mobilen Empfangsgeräte weiterhin konfiguriert sind die bestimmten Aufenthaltsorte und Zeitpunkte an die zentrale Steuereinheit zu übertragen,
– wobei die zentrale Steuereinheit konfiguriert ist aus den empfangenen bestimmten Aufenthaltsorten und Zeitpunkten ein eine zeitliche Abfolge von Aufenthaltsorten umfassendes Bewegungsprofil des dem jeweiligen Empfangsgerät zugeordneten beweglichen Objektes zu erstellen.

2. Anordnung gemäß Anspruch 1, wobei jeder der Flursender auf dem Flur derart angeordnet ist, dass der Sendebereich des Flursenders den Flurabschnitt sowie möglicherweise einen Teil eines angrenzenden Raumes abdeckt.

3. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Raumsender und die Flursender Beacons und/oder die mobilen Empfangsgeräte Bluetooth fähige Mobiltelefone sind.

4. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mobilen Empfangsgeräte konfiguriert sind die Signale von Raum- und/oder Flursendern ohne Berücksichtigung der Signalstärke zu empfangen und zu speichern.

5. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mobilen Empfangsgeräte weiterhin konfiguriert sind die bestimmten Aufenthaltsorte und Zeitpunkte nach Übertragung an die zentrale Steuereinheit zu löschen.

6. Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mobilen Empfangsgeräte und/oder die zentrale Steuereinheit keine Kenntnis der Gebäudepläne und/oder Raumtopologie der Räume und Flure haben.

7. Verfahren zur Überwachung und/oder Dokumentation der Aufenthaltsorte eines oder mehrerer beweglicher Objekte in einem Gebäude bestehend aus einer Vielzahl von Räumen und einer Vielzahl von die Räume verbindenden Fluren, umfassend die folgenden Schritte:
– Empfangen, durch ein mobilen Empfangsgerät, eines von einem Raumsender oder Flursender in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen ausgesendeten Signals, wobei das Signal eine eindeutige Identifikation des Senders beinhaltet,
– Speichern, im Speicher des mobilen Empfangsgerätes, der im Signal enthaltenen Identifikation zusammen mit einer Empfangszeit des Signals,
– Bestimmen eines Aufenthaltsorts zu einem bestimmten Zeitpunkt anhand einer im Speicher der mobilen Empfangsgeräte abgelegten Zuordnungstabelle, durch die eine Zuordnung jeder der Identifikationen zu einem Sendebereich des Senders der jeweiligen Identifikation definiert ist, sowie anhand der gespeicherten Identifikation mit dem bestimmten Zeitpunkt als Empfangszeit unter Berücksichtigung von weiteren gespeicherten Identifikationen mit einer jeweiligen Empfangszeit, die vor oder nach dem bestimmten Zeitpunkt liegt,
– Übertragen des bestimmten Aufenthaltsorts und Zeitpunkts an eine zentrale Steuereinheit,
– Erstellen, durch die Steuereinheit, eines eine zeitliche Abfolge von Aufenthaltsorten und Aufenthaltsdauern umfassenden Bewegungsprofils des dem Empfangsgerät zugeordneten beweglichen Objektes.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, weiterhin umfassend, nach dem Übertragen des bestimmten Aufenthaltsortes und Zeitpunkts an die zentrale Steuereinheit, das Löschen des übertragenen Aufenthaltsortes und Zeitpunkts aus dem Speicher des mobilen Empfangsgeräts.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei beim Speichern der im Signal enthaltenen Identifikation zusammen mit der Empfangszeit des Signals keine Signalstärke des Signals gespeichert wird.

10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Aufenthaltsort in einem Raum zu dem bestimmten Zeitpunkt bestimmt wird wenn eine dem Raum zugeordnete Identifikation mit dem bestimmten Zeitpunkt als Empfangszeit gespeichert ist, und der Aufenthaltsort auf einem Flur zu dem bestimmten Zeitpunkt nur unter Berücksichtigung von vor und/oder nach dem bestimmten Zeitpunkt empfangenen Identifikationen bestimmt wird.

Description:

Die vorliegende Schutzrechtsanmeldung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Anwesenheitserkennung in Gebäuden.

Die Erkennung und Dokumentation der Anwesenheit von Personen oder Geräten innerhalb eines Gebäudes kann aus vielen Gründen wünschenswert sein. Zum einen kann so eine betreffende Person oder ein Gerät schneller im Gebäude gefunden werden. Dies kann vor allem bei medizinischen Geräten, die beispielsweise in einem Krankenhaus auf verschiedenen Stationen genutzt werden, wünschenswert sein.

Zum anderen können durch die Dokumentation von Aufenthaltsorten, Zeitpunkten und Aufenthaltsdauern über einen gegebenen Zeitraum die Wege von Personen durch ein Gebäude überwacht werden. Typische Personengruppen sind hierbei Besucher, Sicherheitskräfte, Reinigungskräfte oder Handwerker. Diese Art der Überwachung kann wünschenswert sein, um zu kontrollieren, ob beispielsweise ein Wach- oder Reinigungsdienst alle Räume berücksichtigt hat, und auch um nachzuvollziehen, wer sich wie lange in einem Raum oder Flur aufgehalten hat. Bei einer derartigen Aufgabenstellung ist eine zeitnahe Bestimmung von Aufenthaltsorten weniger wichtig, vielmehr liegt der Fokus hierbei auf Genauigkeit der Erkennung der Aufenthaltsorte und ggf. auf der Erstellung eines Bewegungsprofils zum Nachvollziehen, wann die betreffende Person in welchem Teil des Gebäudes war.

Weiterhin kann die die Anwesenheitserkennung einer Person in einem Raum dazu dienen, der Person dann, beispielsweise über ein Smartphone, Informationen zum aktuellen Aufenthaltsort zur Verfügung zu stellen.

Es sind in der Literatur diverse Anordnungen und Verfahren zur Erkennung und Ortung von Personen in einem Gebäude bekannt. Die bekannten Verfahren basieren allerdings auf Anordnungen, deren Installation große Kosten verursacht, da beispielsweise neue Stromleitungen gelegt werden müssen. Vor allem eine schnelle und/oder temporäre Ausstattung eines Gebäudes mit einer derartigen Anordnung ist somit nur schwierig oder mit unverhältnismäßig hohen Kosten möglich. Weitere Verfahren nutzen die empfangene Signalstärke der Sendeeinheiten oder die Signallaufzeit um den Abstand zu Referenzpunkten zu ermitteln. Insbesondere signalstärkebasierte Verfahren sind stör- und fehleranfällig.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, eine Anordnung und ein Verfahren zur Anwesenheitserkennung in Gebäuden bereitzustellen, was kostengünstig und schnell zu installieren und implementieren ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Anordnung bzw. das Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die Anordnung zur Überwachung und/oder Dokumentation der Aufenthaltsorte eines oder mehrerer beweglicher Objekte, beispielsweise Personen, Tiere oder Roboter, in einem Gebäude bestehend aus einer Vielzahl von Räumen und einer Vielzahl von die Räume verbindenden Fluren, gemäß der vorliegenden Anmeldung, umfasst eine Vielzahl von Raum- und Flursendern, mindestens ein mobiles Empfangsgerät sowie eine zentrale Steuereinheit.

Die Vielzahl der Raum- und Flursender sind jeweils konfiguriert in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen ein Signal, welches eine eindeutige Identifikation, wie beispielsweise eine Identifikation, des Senders beinhaltet, auszusenden. Die Raumsender sind innerhalb des Gebäudes so angeordnet, dass jeder der Raumsender innerhalb eines Raumes derartig platziert ist, dass ein Sendebereich des Raumsenders ausschließlich einen Teil des Raumes abdeckt, wobei der Teil des Raumes einen Eingangsbereich des Raumes umfasst. Mehrere Raumsender pro Raum sind möglich, z. B. um mehrere Eingangsbereiche auszuleuchten. Die Flursender sind weiterhin so angeordnet, dass der Sendebereich des Flursenders einen Flurabschnitt abdeckt. Die Sender sind vorzugsweise mit einer langlebigen Batterie ausgestattet und benötigen somit keine eigene Stromleitung.

Die mobilen Empfangsgeräte sind jeweils einem der beweglichen Objekte zugeordnet, und werden beispielsweise von den beweglichen Objekten getragen oder sind an diesen befestigt. Die mobilen Empfangsgeräte umfassen jeweils einen Speicher und sind konfiguriert die Signale von Sendern (auch mehreren), in deren Sendebereich sich das mobile Empfangsgerät gerade befindet, zu empfangen und die im Signal enthaltene Identifikation zusammen mit einer Empfangszeit im Speicher des Empfangsgerätes abzulegen.

Da die Signale von den Sendern nur mit gewissen, beispielsweise vorgegebenen, Abständen ausgesendet werden, besteht das Risiko, dass ein mobiles Empfangsgerät einen Sendebereich des Senders so schnell durchquert, dass kein Signal empfangen wird. Um dieses Risiko zu minimieren, werden die Abstände, in denen die Signale von den Sendern ausgesendet werden sind beispielsweise vorzugsweise kurz gewählt, beispielsweise werden pro Minute bis zu 600 Signale ausgesendet. Wenn die zu überwachenden Objekte sich nur langsam bewegen, so sind auch weniger Signale pro Minute, beispielsweise zwischen 1 und 100 Signale pro Minute möglich. Auch ist es möglich festzulegen, dass die Sender nur zu vorgegebenen Tageszeiten Signale aussenden. Dadurch kann der Energieverbrauch reduziert werden.

Die zentrale Steuereinheit ist in kabelloser Kommunikation mit den mobilen Empfangsgeräten verbunden, wobei die kabellose Kommunikation beispielsweise durch eine Mobilfunkverbindung oder WLAN realisiert ist. Es ist hierbei möglich, dass die Kommunikation zeitweilig unterbrochen ist, beispielsweise weil ein mobiles Empfangsgerät temporär nicht erreichbar ist. In diesem Fall wird die Kommunikation zwischen der zentralen Steuereinheit und dem mobilen Empfangsgerät wiederhergestellt, wenn das mobile Empfangsgerät wieder erreichbar ist.

Im Speicher der mobilen Empfangsgeräte ist unter anderem eine Zuordnungstabelle abgelegt, durch die eine Zuordnung jeder der Identifikationen zu einem Sendebereich des Senders mit der jeweiligen Identifikation definiert ist. Der Sendebereich des Senders kann in der Tabelle beispielsweise durch eine Angabe des jeweiligen Raums oder Flurs in dem sich der Sender befindet identifiziert sein.

Eine ein-eindeutige Zuordnung von Sendern und Identifikationen ist wichtig, da es nur so möglich ist den tatsächlichen Aufenthaltsort eines mobilen Empfangsgerätes aus der empfangenen Identifikation zu rekonstruieren.

Die mobilen Empfangsgeräte sind insbesondere konfiguriert, den Aufenthaltsort zu einem bestimmten Zeitpunkt anhand der gespeicherten Identifikation mit dem bestimmten Zeitpunkt als Empfangszeit zu bestimmen. Da es durch überlappende Sendebereiche teilweise nicht möglich ist, aus einem einzigen empfangenen Signal eindeutig einen Aufenthaltsort zu bestimmen, wird der Aufenthaltsort unter Berücksichtigung von weiteren Informationen im Speicher des mobilen Empfangsgerätes bestimmt. Hierbei werden vor allem die weiteren gespeicherten Identifikationen mit einer jeweiligen Empfangszeit die vor oder nach dem bestimmten Zeitpunkt liegt berücksichtigt.

Vorzugsweise werden dabei nur die weiteren gespeicherten Identifikationen berücksichtigt, die innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls vor oder nach dem bestimmten Zeitpunkt liegen, beispielsweise, je nach Anwendungsszenario, Identifikationen die innerhalb von 2 Minuten, 5 Minuten oder 10 Minuten vor oder nach dem bestimmten Zeitpunkt empfangen wurden. Alternativ ist es auch möglich nur die weiteren Identifikationen zu berücksichtigen, die direkt vor oder direkt nach der zu dem bestimmten Zeitpunkt empfangenen Identifikation empfangen wurden, wobei mehrfach nacheinander empfangenen identische Identifikationen beispielsweise nur der erste und/oder letzte Empfang dieser Identifikation, berücksichtigt wird.

Die mobilen Endgeräte sind weiterhin konfiguriert, die bestimmten Aufenthaltsorte und Zeitpunkte an die zentrale Steuereinheit zu übertragen.

Die zentrale Steuereinheit ist wiederum konfiguriert, aus den empfangenen bestimmten Aufenthaltsorten und Zeitpunkten ein Bewegungsprofil des dem jeweiligen mobilen Empfangsgeräts zugeordneten beweglichen Objekts zu erstellen. Das Bewegungsprofil besteht dabei aus einer zeitlichen Abfolge von Aufenthaltsorten, beispielsweise in Form einer Liste oder Tabelle.

Vorzugsweise werden die Sender an einer Wand oder der Decke platziert. Raumsender werden vorzugsweise an der Decke platziert. Im Falle der Flursender, die zwecks Kostenersparnis einen größeren Bereich abdecken sollen, ist es möglich, dass der Sendebereich des Flursenders nicht nur einen Flurabschnitt sondern auch einen Teil mindestens eines angrenzenden Raumes abdeckt. Daher ist es vorteilhaft, beim Empfang der Identifikation eines Flursenders ebenfalls zu betrachten, ob auch zeitnah eine weitere Identifikation eines Raumsenders empfangen wurde. In diesem Fall muss die Entscheidung über die Bestimmung des Aufenthaltsortes unter Umständen zurückgestellt werden bis genug Informationen für eine eindeutige Bestimmung des Aufenthaltsortes vorliegen.

Es kann vorteilhaft im Sinne der vorliegenden Anmeldung sein, wenn die Raum- und Flursender Beacons und/oder die mobilen Empfangsgeräte Bluetooth-fähige Mobiltelefone sind. Beacons sind kleine Funkfeuer, die über den Standard Bluetooth Low Energy (BLE), siehe https://www.bluetooth.com, standardisierte Signale aussenden. Beacons sind besonders klein (wenige Zentimeter groß und wenige Gramm schwer), kostengünstig und leicht zu installieren da sie häufig vom Hersteller bereits mit einem selbstklebenden Rücken versehen sind. Außerdem sind Beacons konfigurierbar bezüglich Kennung, Sendeintervall und Reichweite. Die Konfiguration kann über Apps vorgenommen werden, die von Beacon-Herstellern bereitgestellt werden. Für die Parametrisierung der Sendestärke lassen sich Richtwerte für Raumgrößen und Bauweisen (Massivbau oder Trockenbau) angeben. Eine aufwendige Kartierung ist somit nicht notwendig. Weiterhin entsteht durch Beacons nur eine geringe Signalstörung anderer Funknetze wie WLAN und Beacons verbrauchen wenig Energie, wodurch sie ohne Verkabelung und ohne Wartung autonom betreibbar sind über Monate bis Jahre hinweg.

Smarte, Bluetooth-fähige Geräte erkennen Beacons automatisch. Da viele Personen bereits ein Bluetooth-fähiges Mobiltelefon mitführen, müssen somit keine zusätzlichen Empfangsgeräte verwendet werden. Alternativ zu Mobiltelefonen, beispielsweise Smartphones, können auch Batterie- bzw. Akkubetriebene eingebettete Systeme auf der Basis von Mikrorechnern verwendet werden.

Insbesondere können die mobilen Empfangsgeräte konfiguriert sein, die Signale von Raum und/oder Flursendern ohne Berücksichtigung der Signalstärke zu empfangen und zu speichern. Es werden also vorzugsweise alle Signale, deren Signalstärke oberhalb einer gewissen Schwelle liegt, als Anwesenheit im Sendebereich des jeweiligen Senders interpretiert. Eine weitere und genauere Bestimmung des Aufenthaltsortes, beispielsweise durch Triangulierung, wird nicht benötigt.

Somit ist die beschriebene Anordnung robust gegen Änderungen der Möblierung, da nur zwischen Empfang und Nicht-Empfang von Beacon-Signalen unterschieden wird. Andere im Stand der Technik bekannte Anordnungen müssen bereits bei kleiner Änderung der Möblierung eines Raumes neu kalibriert werden.

Zur Speicheroptimierung und zum Datenschutz kann es weiterhin sinnvoll sein, die bestimmten Aufenthaltsorte und Zeitpunkte nach Übertragung an die Steuereinrichtung aus dem Speicher des jeweiligen mobilen Empfangsgerätes zu löschen.

Bei der beschriebenen Anordnung ist es weiterhin beispielsweise nicht erforderlich, dass die mobilen Empfangsgeräte und/oder die zentrale Steuereinheit Kenntnis der Gebäudepläne und/oder der Raumtopologie der Räume und Flure haben. Somit ist es möglich, ein neues Gebäude schnell mit Sendern auszustatten und es kann, zwecks Erstellung des Bewegungsprofils, lediglich eine Liste oder Tabelle mit den vorhandenen Räumen und Fluren sowie den zugeordneten Sendern erstellt werden.

Die vorliegende Schutzrechtsanmeldung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Überwachung und/oder Dokumentation der Aufenthaltsorte (und Aufenthaltsdauern) eines oder mehrerer beweglicher Objekte, beispielsweise Personen, Tiere oder Roboter, mit den nachfolgend beschriebenen Schritten.

Zuerst wird ein von einem Raumsender oder Flursender empfangenes Signal durch ein mobiles Empfangsgerät empfangen, wobei das Signal durch den jeweiligen Sender in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen ausgesendet wird und eine eindeutige Identifikation des Senders beinhaltet.

Danach wird im Speicher des mobilen Empfangsgeräts die im Signal enthaltene Identifikation zusammen mit einer Empfangszeit des Signals gespeichert.

Anhand einer im Speicher der mobilen Empfangsgeräte abgelegten Zuordnungstabelle, durch die eine Zuordnung jeder der Identifikationen zu einem Sendebereich des Senders mit der Identifikation festgelegt ist, wird dann ein Aufenthaltsort zu einem bestimmten Zeitpunkt bestimmt. Dabei wird zum einen die gespeicherte Identifikation mit dem bestimmten Zeitpunkt als Empfangszeit berücksichtigt, zu anderen werden aber auch weitere gespeicherte Identifikationen mit einer jeweiligen Empfangszeit berücksichtigt, die vor oder nach dem bestimmten Zeitpunkt liegt.

Danach wird der bestimmte Aufenthaltsort und Zeitpunkt an eine zentrale Steuereinheit übertragen, die aus den empfangenen Daten ein Bewegungsprofil des dem jeweiligen Empfangsgerät zugeordneten beweglichen Objektes erstellt, wobei das Bewegungsprofil eine zeitliche Abfolge von Aufenthaltsorten umfasst. Das Bewegungsprofil kann dann beispielsweise verwendet werden um zu überprüfen ob alle Räume einer gegebenen Liste innerhalb eines Zeitraums betreten wurden.

Optional ist es weiterhin möglich, zum Datenschutz und zwecks Speichereffizienz nach dem Übertragen des bestimmten Aufenthaltsortes und Zeitpunkts durch das mobile Empfangsgerät an die zentrale Steuereinheit die bereits übertragenen Daten aus dem Speicher des mobilen Empfangsgeräts zu löschen.

Insbesondere ist es auch möglich, dass beim Speichern der im Signal enthaltenen Information, wie beispielsweise der im Signal enthaltenen Identifikation insbesondere keine Signalstärke des empfangenen Signals gespeichert wird und somit jede empfangene Identifikation als Anwesenheit im Sendebereich des jeweiligen Senders zum Empfangszeitpunkt interpretiert wird.

Weiterhin ist es möglich bei der Bestimmung der Aufenthaltsorte durch das mobile Empfangsgerät zwischen Räumen und Fluren zu unterscheiden. Insbesondere kann bei Empfang einer Raum-Identifikation zu einem bestimmten Zeitpunkt direkt auf einen Aufenthalt in dem jeweiligen Raum zu dem bestimmten Zeitpunkt geschlossen werden, da die Raumsender so platziert und konfiguriert sind, dass ihr Signal nur innerhalb des Raumes empfangen werden kann. Bei Empfang der Identifikation eines Flursenders kann jedoch nicht direkt auf einen Aufenthaltsort in dem zugeordneten Flursegment geschlossen werden, da die Signale der Flursender unter Umständen auch in den angrenzenden Räumen empfangen werden können. Daher müssen zur Bestimmung des Aufenthaltsorts in einem Flur auch Identifikationen die vor oder nach der jeweiligen Identifikation des Flursegments empfangen wurden berücksichtigt werden.

Das Verfahren lässt sich in gängigen Programmiersprachen implementieren und auf handelsüblichen Endgeräten, die Bluetooth Smart empfangen können, ausführen.

Es ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung auch möglich, Merkmale, die für die beschriebene Anordnung als vorteilhaft genannt wurden, ebenfalls als vorteilhaft für das Verfahren gemäß dieser Anmeldung zu betrachten und umgekehrt.

Weitere Aspekte des beschriebenen Verfahrens bzw. der beschriebenen Anordnung sind nachfolgend anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

1 schematische Darstellung der Anordnung zur Anwesenheitserkennung,

2a einen Grundriss eines Raumes mit darin platziertem Raum-Beacon,

2b einen Gebäudegrundriss mit mehreren darin platzierten Raum-Beacons sowie Flur-Beacons,

3 eine schematische Darstellung der Softwarekomponenten eines mobilen Empfängers,

4 eine schematische Darstellung der Hardwarekomponenten eines mobilen Empfängers,

5 eine schematische Darstellung einer Implementierung des mobilen Empfängers.

1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Anordnung zur Anwesenheitserkennung in Gebäuden gemäß der vorliegenden Anmeldung. Ein Empfangsgerät 1 empfängt Signale von Raum-Beacons 3, 4 sowie der Flur-Beacons 5, 6. Das Empfangsgerät 1 bestimmt auf Grundlage der empfangenen Signale den Aufenthaltsort zu einem bestimmten Zeitpunkt, wie nachfolgend im Detail beschrieben wird, und übersendet die Daten bezüglich des bestimmten Aufenthaltsortes und Zeitpunkts an einen Server 2, der aus den empfangenen Daten ein Bewegungsprofil des Empfangsgerätes bzw. der dem Empfangsgerät zugeordneten Person oder Gerät, erstellt.

Grundlage eines Systems bzw. eines Verfahrens zur Anwesenheitserkennung auto-identifizierbarer Personen oder Objekte in Gebäuden sind einfach zu installierende und zu konfigurierende Beacons sowie mobile Empfangsgeräte als Empfänger, die in der Lage sind, die über Bluetooth Low Energy (BLE; auch Bluetooth Smart genannt) ausgestrahlten Beacon-Signale zu empfangen.

Smarte, Bluetooth-fähige Empfangsgeräte 1 erkennen Beacons 3, 4, 5, 6 automatisch. Mobile Empfangsgeräte können somit Smartphones sein, aber auch Batterie- bzw. Akku-betriebene „Eingebettete Systeme” auf der Basis von Mikrorechnern wie Intel Edison, Raspberry Pi oder Arduino. Jedes Empfangsgerät verfügt über eine automatisch erkennbare, eindeutige Identifikationsnummer. Eine Person oder ein Objekt führen das Empfangsgerät mit. Das Empfangsgerät ist dem Träger eindeutig zugeordnet, somit ist der Träger darüber eindeutig identifizierbar.

Es kann unter Umständen vorteilhaft sein, separate mobile Empfangsgeräte zu verwenden, anstatt die Funktionalität in ein bereits vorhandenes Smartphone zu integrieren. Separate mobile Empfangsgeräte sind leichter und auch sicherer gegen Bedienfehler (im Vergleich z. B. zu einem Smartphone), da im einfachsten Fall keine Interaktionselemente (z. B. Tastatur, Tasten, Bedienknöpfe, Touchscreen) vorhanden sind. Außerdem kann ein mobiles Empfangsgerät kostengünstig realisierbar und einfach in ein Software Lifecycle Management integrierbar sein.

Das Verfahren zielt auf die Anwendung in Gebäuden und deren Räume. Ein Raum entspricht dabei einer Nutzungsfläche gemäß den in der DIN 277 definierten Nutzungsgruppen. Das entwickelte Verfahren nutzt die Kurzzeithistorie empfangener Beacon-Signale, um die Position eines mobilen Empfängers in einem Gebäude zu bestimmen. Das Grundverständnis eines Gebäudes besteht darin, dass ein solches aus einem oder mehreren Stockwerken mit Räumen besteht, die über einen Flur (oder anderen Raum) betreten werden. Die Materialien der Wände und Decken sind weitgehend beliebig. Räume und Flure sind jeweils mit Beacon(s) ausgestattet, die nach diesen beiden Kategorien unterschieden werden, so dass Raum-Beacons und Flur-Beacons getrennt betrachtet werden.

Beacons senden in definierten Intervallen ein Signal in einer definierten Sendestärke auf dem ISM-Band im Bereich von 2.402–2.480 GHz aus. Zentraler Bestandteil des Signals ist die Identität des Beacons. Durch die eindeutige Zuordnung eines Beacons zu einem Raum oder der Lokalität in einem Raum wird eine Verknüpfung zwischen dem Beacon-Signal und einer Lokalität im Gebäude hergestellt.

Das Sendeintervall und die Sendestärke sind typischerweise konfigurierbar. Der für das Senden eines Signals benötigte Strom wird in der Regel von einer Batterie bereitgestellt. Die Anbieter von Beacons geben in der Regel die Betriebsdauer eines Beacons für eine mittlere Sendeleistung und ein Sendeintervall von etwa einer Sekunde an. Abweichende Konfigurationen können erheblichen Einfluss auf die Betriebsdauer haben, sowohl im positiven wie auch im negativen Sinn. Die Zielsetzung besteht üblicherweise darin, die Betriebsdauer möglichst hoch zu halten.

Der Empfang des Beacon-Signals durch einen mobilen Empfänger stellt ein Ereignis dar. Ein solches Ereignis triggert eine regelbasierte Überprüfung der aktuell geltenden Bedingungen, um zu entscheiden, welche Aktionen ausgeführt werden müssen. Mögliche Aktionen sind z. B. das temporäre Speichern des Ereignisses in einer Warteschlange im Speicher des mobilen Empfängers, falls die Position des Empfängers nicht eindeutig bestimmt werden kann, oder die Erzeugung eines Eintrags über das Betreten und Verlassen von Räumen und Fluren in einer Log-Datei im Speicher des mobilen Empfängers oder im Speicher eines zentralen Servers, der Daten von den mobilen Empfängern empfängt.

Die grundlegende Idee des Verfahrens besteht darin, dass im Falle einer momentanen Nicht-Entscheidbarkeit der Position eines Empfängers die empfangenen Signale solange aufgezeichnet werden, bis eine rückwärts gerichtete Betrachtung eine Entscheidung ermöglicht.

Ein Raum-Beacon ist genau einem eindeutig identifizierbaren Raum eines Gebäudes zugeordnet. Der Einfachheit halber wird vorausgesetzt, dass ein Raum einer der in DIN 277 definierten Nutzungsgruppen 1 bis 7 und insbesondere nicht der Untergruppe 9.1 (Flure) zugeordnet ist.

2a zeigt einen Raum 101 mit einem Raum-Beacon 102, welches im Raum 101 platziert ist und ein Signal ausstrahlt. Es wird dabei angenommen, dass das Beacon-Signal nicht durch eine Geschoßdecke dringt und somit nur in dem Stockwerk eines Gebäudes empfangen wird, in dem es platziert ist. Weiterhin werden Raum-Beacons so platziert und konfiguriert, dass das Signal eines Raum-Beacons 102 nicht auf dem Flur und auch nicht in anderen Räumen empfangen werden kann.

Der Sendebereich 103 des Raum-Beacons 102 bildet im Raum 101 eine sogenannte „heiße Zone”. Die heiße Zone muss nicht den gesamten Raum 101 abdecken, sie muss allerdings den Eingang 104 abdecken (ohne in den Flur zu strahlen).

In größeren Räumen, Räumen mit mehreren Eingängen oder bei Räumen mit einer nicht-rechteckigen Geometrie können mehrere Raum-Beacons platziert werden.

2b zeigt einen Gebäudegrundriss 201 mit mehreren Räumen (exemplarisch 202 und 203), sowie einen Flur 204. Ein Flur ist hierbei ein Verkehrsweg in einem Gebäude und stellt in der DIN 277 die Untergruppe TF 9.1 der Gruppe 9 der technischen Funktionsflächen dar.

In manchen der Räume sind Raum-Beacons (exemplarisch 205) platziert, die jeweils einen Sendebereich (exemplarisch 206) definieren, in denen das Beacon-Signal von einem Empfangsgerät empfangen werden kann. Der Sendebereich der Raum-Beacons ist jeweils auf den zugeordneten Raum begrenzt und umfasst den jeweiligen Eingangsbereich. Da der Raum 203 zwei Eingangsbereiche hat, werden in ihm zwei Raum-Beacons platziert. Im Raum 202 hingegen ist kein Raum-Beacon platziert, so dass dieser Raum nicht überwacht werden kann.

Die Flur-Beacons 207, 209 werden so konfiguriert, dass ihre „heiße Zone”, bzw. ihr Sendebereich 208, 210 den Flur 204 oder einen Teil des Flures abdeckt. Bei längeren Fluren werden mehrere Flur-Beacons so platziert, dass ihre heißen Zonen den gesamten Flur abdecken. Flur-Beacons können auch in Räumen empfangen werden, wenn die Signale von den Wänden nicht genügend stark gedämpft werden.

Das Grundprinzip der mobilen Empfangsgeräte, wie beispielsweise einem Smartphone, besteht darin, dass jedes der mobilen Empfangsgeräte Beacon-Signale empfängt, filtert, die resultierenden Signale vorverarbeitet, in strukturierte Informationen transformiert und an ein Backend, wie einen Server, kommuniziert. Dementsprechend besteht die Vorrichtung aus einem Softwareteil und einem Hardwareteil.

3 zeigt die Softwarekomponenten 301 des mobilen Empfangsgeräts, bestehend aus einem Beacon-Scanner 302, einer Anwesenheitserkennung 303 und einer Kommunikationskomponente 304.

Die Komponente Beacon-Scanner 302 empfängt Beacon-Signale, transformiert sie in eine Informationsstruktur (z. B. JSON-Objekt oder XML) und fügt den Zeitpunkt des Signalempfangs als Zeitstempel hinzu. Im Beacon-Scanner 302 kann auch hinterlegt sein, welche Beacon-Signale erfasst werden sollen. Dies kann z. B. in Form einer Liste von Beacon-IDs oder als definierte Bereiche zulässiger Major- und Minor-Werte, gemäß der Beacon-ID im iBeacon-Protokoll von Apple, erfolgen.

Die Komponente Anwesenheitserkennung 303 implementiert das beschriebene Verfahren zur Bestimmung von Aufenthaltsorten auf Grundlage der empfangenen Signale. Die erkannten Ereignisse (ENTER- und EXIT-Events für Räume bzw. Flure) werden an die Kommunikationskomponente 304 übergeben.

Die Kommunikationskomponente 304 überträgt die erkannten Ereignisse über Kommunikationskanäle (z. B. WLAN, UMTS) zur Weiterverarbeitung an ein Backend, beispielsweise an einen Server.

4 zeigt die Hardwarekomponenten 401 des mobilen Empfangsgeräts, bestehend aus Bluetooth-Empfänger 402, Rechner 403 und einer drahtlosen Kommunikationskomponente 404.

Der Bluetooth Empfänger 402 empfängt die über die Bluetooth-Frequenzen übertragenen Funksignale von Beacons. Die Signale werden digitalisiert und an den Rechner 403 übergeben.

Der Rechner 403 führt die oben beschriebenen Softwarekomponenten 301 aus.

Die von der Softwarekomponente Kommunikation 304 erzeugten Nachrichten werden von der drahtlosen Kommunikationskomponente 404 über ein drahtloses Kommunikationsnetz (z. B. WLAN, UMTS) an ein Backend übertragen.

5 zeigt eine mögliche Softwareimplementierung 501 des mobilen Empfangsgeräts. Die in 5 abgebildete Beispielimplementierung umfasst neben den bereits mit Bezug auf 3 beschriebenen Anwendungskomponenten 502 noch das Betriebssystem Yocto Linux 504 mit dem Bluetooth-Protokollstack, realisiert durch BlueZ.org 506 und ein HCl Socket 507, und die Kommunikationsmodule, implementiert durch eine Komponente zum Networking 508, einen WPA Client 509, hostapd 510, PPP 511 und iptables 512, sowie eine Bibliothekenkomponente 503, in diesem Fall die Programmbibliothek noble 505, die zur Ausführung der in node.js implementierten Anwendungsmodule benötigt wird.

Das mobile Empfangsgerät in der Beispielimplementierung umfasst weiterhin als Hardwarekomponenten einen Intel Edison mit Breakoutboard sowie einen Akku zur Stromversorgung (hier: Samsung Akku ICR 18650 3.7 V 2600).

Nachfolgend werden die verschiedenen Komponenten des Verfahrens beispielhaft spezifiziert:
C001. Eine Menge von Beacons B. Ein Beacon b ∊ B sendet ein Signal s, das dieses Beacon eindeutig identifiziert. Der Einfachheit halber nehmen wir an, dass das Signal der Beacon-ID entspricht; in der Praxis enthält das Signal neben der Beacon-ID noch weitere Informationen, die sind aber hier nicht von Belang. Eine Funktion beacon(s) liefert als Ergebnis die Beacon-ID des Beacons b.
C002. Eine Menge von Indoor-Lokationen L, bestehend aus der Menge der Räume R und der Menge der Flure C (L = R ⋃ C). Eine Lokation gehört entweder zu R oder zu C (R ⋂ C =
C003. Eine Funktion map_loc(b, l) ordnet einem Beacon b eine Lokation l ∊ L eindeutig zu. Für alle Lokationen existiert eine solche Zuordnung.
C004. Mehrere Beacons können einer Lokation zugeordnet sein.
C005. Eine Funktion map_to(b) liefert als Ergebnis die Lokation I, der das Beacon b zuvor über die Funktion map_loc(b. l) zugeordnet wurde.
C006. Ein Raum-Beacon br ist darüber einem Raum r ∊ R zugeordnet.
C007. Ein Flur-Beacon bc ist darüber einem Flur c ∊ C zugeordnet.
C008. Eine Signal-Warteschlange SQ speichert Tupel (s, t), wobei s ein empfangenes Signal bezeichnet und t einen Zeitstempel repräsentiert, der vom Empfänger direkt beim Empfangen des Signals s generiert wird. sqi bezeichnet den i-ten Eintrag in SQ. sqi.s bezeichnet das im i-ten Eintrag gespeicherte Signal s und sqi.t bezeichnet den entsprechenden Zeitstempel.
Die Funktion SQlength liefert als Ergebnis die Anzahl der Einträge in SQ zum Zeitpunkt des Aufrufs.
Die Funktion SQappend(s, t) fügt das Tupel (s, t) an das Ende von SQ als neues letztes Element an.
Die Funktion SQclear löscht alle Einträge in SQ.
Die Boolesche Funktion SQempty liefert den Wert TRUE zurück falls SQ keine Einträge hat und den Wert FALSE sonst.
C009. Ein Beacon-Signal s wird von einem mobilen Empfänger empfangen, der das Signal zusammen mit einem Zeitstempel in SQ speichert. Der Zeitstempel gibt das Datum und die Uhrzeit (millisekundengenau) des Empfangs von s an.
C0010. Ein Event-Log EL enthält eine Folge von Ereignissen, die das Betreten (ENTER) und Verlassen (EXIT) eines Raumes oder eines Flures repräsentieren. Ein Log-Eintrag ist ein Tripel (e, s, t). e ∊ EventType ist ein Aufzählungstyp, der die möglichen Werte ENTER oder EXIT annehmen kann. Die Parameter s und t repräsentieren ein empfangenes Beacon-Signal bzw. einen Zeitstempel.
Die Funktion ELappend(e, s, t) fügt das Tripel (e, s, t) als letzten Eintrag an das Event-Log an.

Diese Voraussetzungen gelten für das beschriebene Verfahren:
P001. Ein Empfänger befindet sich entweder in einem Raum oder auf/in einem Flur.
P002. Das Signal eines Raum-Beacons wird nur in dem Raum empfangen, dem es zugeordnet ist.
P003. Das Signal eines Flur-Beacons kann auf dem Flur und möglicherweise auch in Räumen empfangen werden.
P004. Verschiedene Beacons senden ihr jeweiliges Signal unkoordiniert.
P005. Ein Empfänger kann Signale von Beacons verpassen.
P006. Falls ein Empfänger über einen längeren Zeitraum, der das Sendeintervall eines Beacons deutlich übersteigt (z. B. liegt das Sendeintervall eines Beacons im Sekundenbereich und ein Empfänger empfängt minutenlang kein Signal), wird dies als Timeout-Ereignis interpretiert. Der Empfänger hat den mit Beacons ausgeleuchteten Bereich verlassen.

Für die Erkennung der Anwesenheit eines Empfängers an einer Lokation und die Speicherung der Historie EL werden die folgenden Regeln (ECA Rules: Event – Condition – Action Rules) genutzt:
R001./* ein Flur-Beacon-Signal wird empfangen; da das Signal im Flur und in einem Raum empfangen werden kann, wird die Entscheidung über die Lokation des Empfängers zurückgestellt */ R002./* ein Raum-Beacon-Signal wird empfangen, d. h. der Empfänger befindet sich in dem zugeordneten Raum; da SQ keine Einträge enthält, muss der Raum gerade betreten worden sein oder der Empfänger hat sich solange in dem Raum aufgehalten, das sein Timeout-Ereignis eingetreten ist */ R003./* ein Raum-Beacon-Signal wird empfangen, nachdem zuvor ausschließlich Flur-Beacon-Signale empfangen wurden, d. h. der Empfänger hat den Flur verlassen und den dem zugehörigen Signal zugehörigen Raum betreten */ R004./* ein Raum-Beacon-Signal wird empfangen, nachdem zuvor Raum-Beacon-Signale nur des gleichen Raumes sowie Flur-Beacon-Signale empfangen wurden, d. h. der Empfänger befindet sich noch in dem dem Signal zugehörigen Raum */ R005./* der Empfänger hat sich in einen anderen Raum begeben, ohne dass zuvor Signale von Flur-Beacon empfangen wurden (d. h. direkt verbundene Räume oder Signalverlust) */ R006./* der Empfänger empfängt ein Signal von einem anderen Raum-Beacon als zuvor, nachdem zuletzt Flur-Beacon-Signale empfangen wurden (d. h. der Empfänger hat sich aus einem Raum über den Flur in einen anderen Raum begeben) */

Gemäß der Spezifikation speichert das mobile Empfangsgerät die empfangenen Signale aller empfangenen Sender (Identifikationsnummer und Empfangszeit) nur solange, bis der Aufenthaltsort rückblickend entscheidbar ist.

Zum Beispiel führt die Signalfolge „Flursignal F1, Flursignal F1, Raumsignal R1”, wobei beispielsweise ”Flursignal F1” so zu verstehen ist, dass ein Signal empfangen wurde, dessen Identifikationsnummer in einer Zuordnungstabelle dem Flursegment F1 zugeordnet ist, zu folgendem Bewegungsprofil auf dem Backend bzw. Server: „Flur betreten”, „Flur verlassen”, „Raum R1 betreten”, da das Raumsignal nur im Raum empfangen werden kann, lässt sich daraus schließen, dass das Objekt den Flur verlassen und den Raum R1 betreten hat. Die einzelnen Ereignisse des Bewegungsprofils werden jeweils zusammen mit ihren Empfangszeiten gespeichert.

Bei weiteren Signalen ”Flursignal F1, Raumsignal R1, Flursignal F1, Raumsignal R2” kann zunächst nicht entschieden werden wo sich das Objekt befindet, da das Flursignal zumindest theoretisch auch im Raum R1 empfangen werden könnte. Die beiden zuerst empfangenen Flursignale werden nun nicht mehr betrachtet (ggf. aus der Liste der empfangenen Signale gelöscht). Die beschriebenen Einträge ins Bewegungsprofil werden (mit ihrem zugehörigen Zeitstempel) vorgenommen. Erst mit dem Empfang des Raumsignals R2 lässt sich schließen, dass das Objekt nach dem zweiten Signal von R1 diesen Raum verlassen und R2 betreten hat. Das Flursignal F1 zwischen dem zweiten Raumsignal R1 und dem Raumsignal R2 wird als Aufenthalt auf dem Flur interpretiert. Entsprechend werden folgende Einträge im Bewegungsprofil erzeugt: „R1 verlassen”, „Flur betreten”, „Flur verlassen”, „R2 betreten”. Alle vor dem Signal von R2 empfangenen Signale können nun verworfen werden.

Das zuvor beschriebene Verfahren nutzt getypte Beacons zur Anwesenheitserkennung. Im speziellen, beschriebenen Fall werden die zwei Typen Raum-Beacon und Flur-Beacon unterschieden. Das Verfahren lässt sich erweitern, so dass mehr als zwei Typen unterschieden werden. So könnten spezielle Raumklassen wie beispielsweise Operationssäle oder Lager, unterschieden werden, oder Flure können weiter unterschieden werden. Hier wären, abhängig vom Anwendungsfall, horizontale Flure und Treppenhäuser oder Fahrstühle weiter unterscheidbar.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Nicht-Patentliteratur

  • DIN 277 [0047]
  • DIN 277 [0052]
  • DIN 277 [0056]