Title:
Betriebsverfahren für Funksendeempfangseinheiten und System zur Erfassung eines Rahmenbereichs
Kind Code:
A1


Abstract:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Anordnung (1) einer Mehrzahl von Funksendeempfangseinheiten (10-17) zur Erfassung eines Raumbereichs (20) und insbesondere zur Detektion der An- oder Abwesenheit und/oder des Orts einer Person (50) in einem den Raumbereich (20) umfassenden Raum (21), bei welchem ein eine Kalibrierung ausgeführt wird, bei welcher (a) durch eine Person (50) unter deren kontinuierlicher Bewegung im Raumbereich (20) eine Abfolge vordefinierter Positionen (51-56) eingenommen und bestätigt wird und bei welcher (b) von den Funksendeempfangseinheiten (10-17) zu jedem Zeitpunkt oder in unmittelbarer Nähe des Zeitpunkts einer Bestätigung eine Funksignalkarte erfasst wird. embedded image




Inventors:
Beigl, Michael (76133, Karlsruhe, DE)
Oyervides, Gustavo (64560, Riedstadt, DE)
Karatzoglou, Antonios (70191, Stuttgart, DE)
Scholz, Markus (76137, Karlsruhe, DE)
Application Number:
DE102016221755A
Publication Date:
05/09/2018
Filing Date:
11/07/2016
Assignee:
Robert Bosch GmbH, 70469 (DE)
International Classes:



Claims:
Betriebsverfahren für eine Anordnung (1) einer Mehrzahl von Funksendeempfangseinheiten (10-17) zur Erfassung eines Raumbereichs (20) und insbesondere zur Detektion der An- oder Abwesenheit und/oder des Orts einer Person (50) in einem den Raumbereich (20) umfassenden Raum (21), bei welchem:
- von den Funksendeempfangseinheiten (10-17) - insbesondere mehrfach oder wiederholend - eine Funksignalkarte des Raumbereichs (20) erstellt wird, indem jeweils zu einem Zeitpunkt in einem Zeitintervall (65)
(i) jede Funksendeempfangseinheit (10-17) in einem zugeordneten Zeitfenster (60-63) ein Funksendepaket aussendet, während alle anderen Funksendeempfangseinheiten (10-17) nicht senden,
(ii) jede nicht sendende Funksendeempfangseinheit (10-17) außerhalb ihres zugeordneten Zeitfensters (60-63) ein von einer sendenden Funksendeempfangseinheit (10-17) ausgesandtes Funksendepaket empfängt und die Signalstärke des dem Funksendepaket zu Grunde liegenden Funksignals erfasst und
(iii) die zu dem Zeitintervall des Zeitpunkts erfassten Signalstärken in einem Datensatz mit Zuordnung von Signalstärke, sendender und empfangender Funksendeempfangseinheit (10-17) als Funksignalkarte bereitgestellt werden,
- eine Kalibrierung ausgeführt wird, bei welcher
(a) durch eine Person (50) unter deren kontinuierlicher Bewegung im Raumbereich (20) eine Abfolge vordefinierter Positionen (51-56) eingenommen und bestätigt wird und
(b) von den Funksendeempfangseinheiten (10-17) zu jedem Zeitpunkt oder in unmittelbarer Nähe des Zeitpunkts einer Bestätigung eine Funksignalkarte erfasst wird.

Betriebsverfahren nach Anspruch 1, bei welchem beim Aussenden von Funksendepaketen
(c) gleichzeitig oder im Wesentlichen gleichzeitig unterschiedliche Funkkanäle und insbesondere unterschiedliche Trägerfrequenzen verwendet werden und
(d) zu unterschiedlichen Funkkanälen oder Trägerfrequenzen erfasste Signalstärken in separaten Datensätzen und insbesondere in separaten oder als separate Funksignalkarten bereitgestellt werden.

Betriebsverfahren für eine Anordnung (10) einer Mehrzahl von Funksendeempfangseinheiten (10-17) zur Erfassung eines Raumbereichs (20) und insbesondere zur Detektion der An- oder Abwesenheit und/oder des Orts einer Person (50) in einem den Raumbereich (20) umfassenden Raum (21), bei welchem:
- von den Funksendeempfangseinheiten (10-17) - insbesondere mehrfach oder wiederholend - eine Funksignalkarte des Raumbereichs (20) erstellt wird, indem jeweils zu einem Zeitpunkt in einem Zeitintervall (65)
(i) jede Funksendeempfangseinheit (10-17) in einem zugeordneten Zeitfenster (60-63) ein Funksendepaket aussendet, während alle anderen Funksendeempfangseinheiten (10-17) nicht senden,
(ii) jede nicht sendende Funksendeempfangseinheit (10-17) außerhalb ihres zugeordneten Zeitfensters (60-63) ein von einer sendenden Funksendeempfangseinheit (10-17) ausgesandtes Funksendepaket empfängt und die Signalstärke des dem Funksendepaket zu Grunde liegenden Funksignals erfasst und
(iii) die zu dem Zeitintervall des Zeitpunkts erfassten Signalstärken in einem Datensatz mit Zuordnung von Signalstärke, sendender und empfangender Funksendeempfangseinheit (10-17) als Funksignalkarte bereitgestellt werden,
- beim Aussenden von Funksendepaketen
(c) gleichzeitig oder im Wesentlichen gleichzeitig unterschiedliche Funkkanäle und insbesondere unterschiedliche Trägerfrequenzen verwendet werden und
(d) zu unterschiedlichen Funkkanälen oder Trägerfrequenzen erfasste Signalstärken in separaten Datensätzen und insbesondere in separaten oder als separate Funksignalkarten bereitgestellt werden.

Betriebsverfahren nach Anspruch 3, bei welchem eine Kalibrierung ausgeführt wird, bei welcher
(a) durch eine Person (50) unter deren kontinuierlicher Bewegung im Raumbereich (20) eine Abfolge vordefinierter Positionen (51-56) eingenommen und bestätigt wird und
(b) von den Funksendeempfangseinheiten (10-17) zu jedem Zeitpunkt oder in unmittelbarer Nähe des Zeitpunkts einer Bestätigung eine Funksignalkarte erfasst wird.

Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem bei der Kalibrierung die Schritte (a) und (b) mehrfach und insbesondere dreimal durchgeführt werden und dabei separate Funksignalkarten erfasst werden.

Betriebsverfahren nach Anspruch 5, bei welchem bei der Kalibrierung bei mehreren Durchgängen der Schritte (a) und (b) erfasste Funksignalkarten zu einem Funkkanal oder einer Frequenz zur wechselseitigen Lokalisation der vordefinierten Positionen (50-56) die Funksignalkarten einem Maschinenlernverfahren zugeführt werden, insbesondere auf der Grundlage eines künstlichen neuronalen Netzes.

Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem bei der Kalibrierung erfasste Funksignalkarten zu einem Funkkanal oder einer Frequenz in einer Datenbank zusammengefasst werden

Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem bei der Kalibrierung im Schritt (a) die Anfangsposition und/oder die Endposition der Person (50) im Raumbereich (20) durch ein Anfangssignal und ein Endsignal angezeigt werden, wobei die Anfangsposition und die Endposition der Person (50) insbesondere identisch sind.

Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem zum Lokalisieren der Person (50) im Raumbereich (20)
- durch die Funksendeempfangseinheiten (10-17) eine aktuelle Funksignalkarte erstellt wird und
- eine aktuelle Position der Person (50) im Raumbereich (20) ermittelt wird durch Vergleichen der aktuellen Funksignalkarte mit den Daten der Datenbank.

Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem zum Lokalisieren der Person (50) im Raumbereich (20) zum Vergleichen ein Maschinenlernverfahren zu Grunde gelegt wird, welches insbesondere mit dem Kalibrierungsprozess trainiert wurde und/oder welches auf einem künstlichen neuronalen Netz basiert.

Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem beim Kalibrieren und/oder Lokalisieren bei der Verwendung einer Mehrzahl von Kanälen oder Frequenzen eine Auswertung für jeden Kanal oder jede Frequenz einzeln erfolgt und die einzelnen Auswerteergebnisse über einen deterministischen oder statistischen Klassifikator ausgewertet werden, insbesondere über einen Kalmanfilter.

Betriebsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem auf der Grundlage einer ermittelten Position einer Person (50) im Raumbereich (20) die Betätigung einer Aktuator Einheit (40) veranlasst wird, insbesondere die Anzeige der Position der Person (50) im Raumbereich (20) auf einem Anzeigemittel (46) einer Anzeigeeinheit (45).

System (100) zur Erfassung eines Raumbereichs (20) und insbesondere zur Detektion der An- oder Abwesenheit und/oder des Orts einer Person (50) in einem den Raumbereich (20) umfassenden Raum (21), mit:
- einer Anordnung (1) einer Mehrzahl von Funksendeempfangseinheiten (10-17) zur Erfassung des Raumbereichs (20) und insbesondere zur Detektion der An- oder Abwesenheit und/oder des Orts einer Person (50) in dem den Raumbereich (20) umfassenden Raum (21) und
- einer Steuer- und Auswerteeinheit (30) zur Steuerung des Betriebs der Funksendeempfangseinheiten (10-17), wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (30) eingerichtet ist, ein Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.

Description:
Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Anordnung einer Mehrzahl von Funksendeempfangseinheiten und ein System zur Erfassung eines Raumbereichs.

Bei der Erfassung von Raumbereichen zur Überwachung, insbesondere zur Detektion der An- oder Abwesenheit ein oder mehrerer Personen, werden häufig mehrere Funksender und Funkempfänger verwendet, welche den zu überwachenden Raumbereich mit ihrem Funkwellenfeld abdecken, wobei aus der Veränderung der Felder bei Anwesenheit von Personen zum Beispiel auf deren Position geschlossen werden kann.

Problematisch bei herkömmlichen Betriebsverfahren und Anordnungen sind deren Störanfälligkeit und der apparative Aufwand und die Komplexität beim Kalibrieren.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren für eine Anordnung einer Mehrzahl von Funksendeempfangseinheiten mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass mit einem vergleichsweise geringen apparativen und Kalibrationsaufwand Detektionsergebnisse mit gesteigerter Genauigkeit erzielt werden können. Dies wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 dadurch erreicht, dass ein Betriebsverfahren für eine Anordnung einer Mehrzahl von Funksendeempfangseinheiten zur Erfassung eines Raumbereichs und insbesondere zur Detektion der An- oder Abwesenheit und/oder des Orts einer Person in einem den Raumbereich umfassenden Raum geschaffen wird, bei welchem

  1. (i) von den Funksendeempfangseinheiten - insbesondere mehrfach oder wiederholend - eine Funksignalkarte des Raumbereichs erstellt wird, indem jeweils zu einem Zeitpunkt in einem Zeitintervall jede Funksendeempfangseinheit in einem zugeordneten Zeitfenster ein Funksendepaket aussendet, während alle anderen Funksendeempfangseinheiten nicht senden,
  2. (ii) jede nicht sendende Funksendeempfangseinheit außerhalb ihres zugeordneten Zeitfensters ein von einer sendenden Funksendeempfangseinheit ausgesandtes Funksendepaket empfängt und die Signalstärke des dem Funksendepaket zu Grunde liegenden Funksignals erfasst und
  3. (iii) die zu dem Zeitintervall des Zeitpunkts erfassten Signalstärken in einem Datensatz mit Zuordnung von Signalstärke, sendender und empfangender Funksendeempfangseinheit als Funksignalkarte bereitgestellt werden.

Dabei wird erfindungsgemäß eine Kalibrierung ausgeführt, bei welcher

  1. (a) durch eine Person unter deren kontinuierlicher Bewegung im Raumbereich eine Abfolge vordefinierter Positionen eingenommen und bestätigt wird und
  2. (b) von den Funksendeempfangseinheiten zu jedem Zeitpunkt oder in unmittelbarer Nähe des Zeitpunkts einer Bestätigung eine Funksignalkarte erfasst wird.

Gemäß einer alternativen Sichtweise der vorliegenden Erfindung kann es alternativ zu den Schritten (a) und (b) der Kalibrierung erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass beim Aussenden von Funksendepaketen

  • (c) gleichzeitig oder im Wesentlichen gleichzeitig unterschiedliche Funkkanäle und insbesondere unterschiedliche Trägerfrequenzen verwendet werden und
  • (d) zu unterschiedlichen Funkkanälen oder Trägerfrequenzen erfasste Signalstärken in separaten Datensätzen und insbesondere in separaten oder als separate Funksignalkarten bereitgestellt werden.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Die beiden Konzepte gemäß den Schritten (a), (b) der Kalibrierung einerseits und den Schritten (c), (d) der Erfassung der Funksignalkarten andererseits können in vorteilhafter Weise miteinander kombiniert werden.

Voraussetzung ist in diesem Zusammenhang, dass das Zeitintervall als Messzyklus für einen jeweiligen Zeitpunkt so kurz bemessen ist, dass die jeweils erfasste Funksignalkarte, die aus einzelnen Messungen für die verschiedenen Funksendeempfangseinheiten zusammengesetzt ist oder wird, als zu einem Zeitpunkt und also als instantan erfasst gelten kann. Das bedeutet insbesondere, dass das Zeitintervall für den Messzyklus so kurz bemessen ist, dass sich während dessen Verstreichens die Situation im zu erfassenden Raumbereich, insbesondere durch Bewegung der zu detektierenden oder kalibrierenden Person, nicht oder nur gering geändert hat. Die Länge des Messzyklus liegt beispielsweise im Bereich von etwa 1 µs bis etwa 10 µs. Mit diesen Maßen liegt quasi eine gleichzeitige Messung für alle Funksendeempfangseinheiten zu einem festen Zeitpunkt vor.

Um die Genauigkeit der Kalibrierung und auch des späteren Lokalisierungsvorgangs zu steigern ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens vorgesehen, dass bei der Kalibrierung die Schritte (a) und (b) mehrfach und insbesondere dreimal durchgeführt werden und dabei separate Funksignalkarten erfasst werden.

Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn gemäß einer anderen Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens bei der Kalibrierung bei mehreren Durchgängen der Schritte (a) und (b) jeweils erfasste Funksignalkarten zu einem Funkkanal oder einer Frequenz zur wechselseitigen Lokalisation der vordefinierten Positionen die Funksignalkarten einem Maschinenlernverfahren und/oder eines statistischen Lernverfahrens (machine/statistical learning method) zugeführt werden, beispielsweise auf der Grundlage eines kNN-Schemas, eines Nächste-Nachbarn-Schemas und/oder eines künstlichen neuronalen Netzes.

Bei einer anderen alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens werden bei der Kalibrierung erfasste Funksignalkarten zu einem Funkkanal oder einer Frequenz in einer Datenbank zusammengefasst, die auch als Fingerabdruckdatenbank bezeichnet wird.

Ein besonders hohes Maß an Reproduzierbarkeit bei der Kalibrierung und bei der späteren Lokalisierung ergibt sich, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens bei der Kalibrierung im Schritt (a) die Anfangsposition und/oder die Endposition der Person im Raumbereich durch ein Anfangssignal und ein Endsignal angezeigt werden.

Grundsätzlich gibt es verschiedene Möglichkeiten, den Vorgang des Lokalisierens einer Person in einem Raumbereich in vorteilhafter Weise auszugestalten.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens geschieht dies, indem - gegebenenfalls unter anderem - zum Lokalisieren der Person im Raumbereich durch die Funksendeempfangseinheiten eine aktuelle Funksignalkarte erstellt oder erfasst wird und eine aktuelle Position der Person im Raumbereich ermittelt wird durch Vergleichen der aktuellen Funksignalkarte mit den Daten der Datenbank, insbesondere aus dem Kalibrierungsvorgang im Zusammenhang mit den so genannten Funkfingerabdruckdatenbanken.

Dabei kann zusätzlich oder alternativ zum Lokalisieren der Person im Raumbereich zum Vergleichen ein Maschinenlernverfahren zu Grunde gelegt werden, welches insbesondere mit dem Kalibrierungsprozess trainiert wurde und/oder welches auf einem Maschinen- oder statistischem Lernverfahren und insbesondere auf einem künstlichen neuronalen Netz basiert.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ist es vorgesehen, dass beim Kalibrieren und/oder Lokalisieren bei der Verwendung einer Mehrzahl von Kanälen oder Frequenzen eine Auswertung für jeden Kanal oder jede Frequenz einzeln erfolgt und die einzelnen Auswerteergebnisse über einen deterministischen und/oder statistischen Klassifikator ausgewertet werden, insbesondere über einen Kalmanfilter.

Ein entsprechendes Lokalisierungsergebnis kann auf vielfältige Art und Weise eingesetzt werden, zum Beispiel zum Steuern der Umgebung der Person im Raumbereich.

Dazu ist es gemäß einer anderen Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens vorgesehen, dass auf der Grundlage einer ermittelten Position einer Person im Raumbereich die Betätigung einer Aktuatoreinheit veranlasst wird, insbesondere die Anzeige der Position der Person im Raumbereich auf einem Anzeigemittel einer Anzeigeeinheit.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung auch ein System zur Erfassung eines Raumbereichs und insbesondere zur Detektion der An- oder Abwesenheit und/oder des Orts einer Person in einem den Raumbereich umfassenden Raum.

Das erfindungsgemäße System ist ausgebildet mit einer Anordnung einer Mehrzahl von Funksendeempfangseinheiten zur Erfassung des Raumbereichs und insbesondere zur Detektion der An- oder Abwesenheit und/oder des Orts einer Person in einem den Raumbereich umfassenden Raum und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit zur Steuerung des Betriebs der Funksendeempfangseinheiten.

Die Steuer- und Auswerteeinheit ist eingerichtet und weist Mittel auf, das erfindungsgemäße Betriebsverfahren auszuführen.

Figurenliste

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.

  • 1 ist eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Erfassung eines Raumbereichs.
  • 2 zeigt eine disjunkte Aufteilung eines Messzyklus in einzelne Zeitfenster.
  • 3 ist eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Erfassung eines Raumbereiches.
  • 4 zeigt einen Flussdiagram einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.
  • 5 bis 8 zeigen Ansichten anderer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems zur Erfassung eines Raumbereiches.
  • 9 zeigt einen Graphen zur Registrierung von Empfangssignalen an einer Funksendeempfangseinheit im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren.
  • 10 und 11 zeigen Flussdiagramme im Zusammenhang mit Kalibrierungsprozessen als Komponenten von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.
  • 12 zeigt ein Flussdiagram im Zusammenhang mit einem Lokalisierungsverfahren als Komponente einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 12 Ausführungsbeispiele der Erfindung und der technische Hintergrund im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.

Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.

1 ist eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 100 zur Erfassung eines Raumbereichs 20, der durch einen Raum 21 gegeben ist.

Das System 100 weist eine Anordnung 1 einer Mehrzahl von Funksendeempfangseinheiten 10 bis 17 auf, wobei die Funksendeempfangseinheit 10 als Mastereinheit oder Mastersensor fungiert und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit 30 über eine Steuerleitung 31 verbunden ist oder eine derartige Steuer- und Auswerteeinheit 30 als Komponente enthält.

Der Raumbereich 20 wird von den Funkverbindungen zwischen den Funksendeempfangseinheiten 10 bis 17, die in 1 als gestrichelte Linien dargestellt sind, überdeckt. Auf diese Weise kann aus der Funksignalverteilung im Raumbereich 20 durch Vergleich mit Kalibrierungsdaten, nämlich einer Funkfingerabdruckdatenbank in Bezug auf den Raumbereich 20, auf die Anwesenheit oder Abwesenheit und insbesondere auf die Position einer Person im Raumbereich 20 geschlossen werden.

In Abhängigkeit von einem Lokalisierungsergebnis kann dann zum Beispiel auf eine Anzeigeeinheit 45 auf einem Anzeigemittel 46 der Aufenthaltsort einer erfassten Person zur Anzeige gebracht werden.

Alternativ oder zusätzlich kann veranlasst werden, dass über eine Steuerleitung 41 eine Aktuatoreinheit 40 eine Anpassung der Umgebung des Raums 21 bewirkt. Dabei kann es sich um das Einschalten oder Ausschalten eines Aggregats, zum Beispiel einer Lichtanlage, einer Belüftung oder dergleichen handeln.

Die einzelnen Funksendeempfangseinheiten 10 bis 17 werden auch mit den Identitätsmarken oder IDs #0 bis #7 bezeichnet.

2 zeigt in schematischer Form eine disjunkte Aufteilung eines Messzyklus 65 in einzelne Zeitfenster 60, ... 63, welche einzelnen Funksendeempfangseinheiten 10 bis 17 zugeordnet sind und dazu dienen, entsprechende Vorverarbeitungsschritte, Kalibrierungsschritte und Schritte einer Lokalisation in zeitlich wohl definiert abgestimmter Weise auszuführen, wie dies unten im Detail beschrieben wird.

3 ist eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 100 zur Erfassung eines Raumbereiches 20.

Dargestellt ist wieder eine Anordnung 1 mit einer Mehrzahl von Funksendeempfangseinheiten 10 bis 13, die in einem zu erfassenden Raumbereich 20 eines Raums 21 angeordnet sind, um miteinander über als gestrichelte Linien dargestellte Funkverbindungen kommunizieren. Über eine Schnittstelle 31, die auch als Steuerleitung ausgebildet sein kann, ist die Funksendeempfangseinheit 10, die auch als Mastermodul bezeichnet werden kann, mit einer Steuer- und Auswerteeinheit 30 verbunden.

Die Steuer- und Auswerteeinheit 30 kann einen Datenprozessor 35 aufweisen oder bilden, insbesondere mit einer Sensorsteuereinheit oder Wandlersteuereinheit 32 und einer Interpretationseinheit oder Erkennungseinheit 33. Die Steuer- und Auswerteeinheit 30 ist zum Beispiel über eine UDP-Anbindung 41 mit einer Aktuatoreinheit 40 oder einer Anzeigeeinheit 45 mit Anzeigemittel 46 verbunden.

4 zeigt ein Flussdiagram eines Ablaufs 70 einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens für ein erfindungsgemäßes System 10 und für eine Anordnung 1 mit einer Mehrzahl Funksendeempfangseinheiten 10 bis 17.

Dabei werden Funkwellen im Schritt generiert und ausgesandt und im Schritt 72 von den Funksendeempfangseinheiten 10 bis 17 empfangen. Im Schritt 73 findet eine Vorverarbeitung statt. In Abhängigkeit vom Verfahrensmodus erfolgt entweder im Schritt 74 eine Kaliberration, gegebenenfalls mit einer Offlinephase, mit Ablage der erzeugten Daten in einer Funkfingerabdruckdatenbank im Schritt 75. Alternativ dazu kann direkt der Lokalisierungsalgorithmus im Schritt 76 gestartet werden, bei welchem ein- oder mehrmals eine Position einer in einem Raum 21 befindlichen Personen 50 ermittelt und im Schritt 77 bereitgestellt wird.

5 bis 8 zeigen Ansichten anderer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems 100 zur Erfassung eines Raumbereiches 20 mittels einer Anordnung 1 einer Mehrzahl von Funksendeempfangseinheiten 10 bis 17, wobei die Funksendeempfangseinheit 10 wieder als Mastereinheit fungiert.

In 6 sind die Personen 50 und die bevorzugten Positionen 51 bis 56 im Raumbereich 20 dargestellt.

9 zeigt einen Graphen 80 zur Registrierung von Empfangssignalen an einer Funksendeempfangseinheit im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren. Dabei sind auf der Abszisse 81 Zeitwerte und auf der Ordinate 82 relative Signalamplituden dargestellt. Die Spur 83 zeigt den Signalverlauf bei Abwesenheit der Person 50 im Raumbereich 20. Die Amplitude verläuft in etwa konstant auf hohem Niveau. Die Spur 84 zeigt dagegen den Signalverlauf in Abhängigkeit einer im Raumbereich 20 anwesenden und sich bewegenden Person 50. Im Vergleich zur Spur 83 ist der Verlauf der Spur 84 gestört, die Amplitude ist abgesenkt und nicht konstant. Aus einer entsprechenden Mustererkennung oder dergleichen kann erfindungsgemäß auf die Bewegung und/oder die jeweilige Position der Person 50 im Raumbereich 20 geschlossen werden.

Die 10 und 11 zeigen Flussdiagramme im Zusammenhang mit Kalibrierungsprozessen als Komponenten von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.

Bei der 10 wird bei der Kalibrierung ein einziger Sende-/Empfangskanal verwendet.

Ausgehend von einem vor Verarbeitungsschritte 91 wird in einem folgenden Schritt 92 eine Iterationsstufe auf den Wert 0 initialisiert. Dann werden im Schritt 93 Funkwellen generiert und ausgesandt und im Schritt 94 empfangen. Nach der Vorverarbeitung im Schritt 95 erfolgt dann im Schritt 96 das Auslesen der sich ergebenden Daten in die Funkfingerabdruckdatenbank. Aufgrund der vorgesehenen Iteration erfolgt dann eine Zwischenverarbeitung über ein Maschinen- oder statistisches Lernverfahren und insbesondere über ein künstliches neuronales Netz im Schritt 97. Im Schritt 98 wird geprüft, ob die maximale Iterationsstufe bereits erreicht ist. Ist dies der Fall, so endet das Verfahren im Schritt 99. Ist die maximale Iterationsstufe nicht erreicht, so wird zum Schritt 92 zurück verzweigt, wobei die Rationsstufe entsprechend erhöht wird.

Der Ablauf 90 der Kalibrierung gemäß 11 ist im Wesentlichen übereinstimmend mit dem Ablauf 90 gemäß 10, wobei hier jedoch die Schritte 96 und 97 des Generierens einer jeweiligen Funkfingerabdruckdatenbank bzw. der Anwendung eines Maschinen- oder statistischen Lernverfahrens und insbesondere eines künstlichen neuronalen Netzes ersetzt sind durch entsprechende Schritte 96-1 bis 96-3 bzw. 97-1 bis 97-3 für eine Mehrzahl von 3 unterschiedlichen Funkkanälen.

Zusätzlich ist wesentlich, dass nach dem Einsatz der Maschinen- oder statistischen Lernverfahren und insbesondere der neuronalen Netze die sich ergebenden Ergebnisse noch in einem zusätzlichen Schritt 120 einer Verarbeitung durch einen Kalmanfilter unterzogen werden.

12 zeigt ein Flussdiagram im Zusammenhang mit einem Lokalisierungsverfahren als Komponente einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.

Der Ablauf 110 des Lokalisierungsverfahrens gemäß 12 erfolgt hier im Zusammenhang mit 3 unterschiedlichen Funkkanälen nach einem vorverarbeitet Schritt 111 erfolgt das Generieren und Aussenden von Funkwellen im Schritt 71 und deren Empfang im Schritt 72, gefolgt von einem vor Verarbeitungsschritte 73. Aufgrund der Verwendung dreier unterschiedlicher Funkkanäle erfolgt eine Weiterverarbeitung unter Einbeziehung der Funkfingerabdruckdatenbanken und der Maschinen- oder statistischen Lernverfahren und insbesondere der künstlichen neuronalen Netze in den Schritten 96-1 bis 97-3 in separater und unabhängiger Weise. Gemäß dem Schritt 12ß erfolgt dann eine Weiterverarbeitung und Zusammenführung mit einem Kalmanfilter. Im finalen Schritt 112 kann die ermittelte Position der Person 50 im Raumbereich 20 ausgegeben werden.

Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:

Es sind Systeme und Verfahren bekannt zum Detektieren der Anwesenheit einer Person und zu deren Lokalisation in einem bestimmten Bereich, zum Beispiel in einem Raum, einem Büro oder dergleichen.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Funksensorsystem mit einer Mehrzahl von Funkfrequenzmodulen, sogenannten Knoten (nodes), und zwar im Sinne so genannter Funksendeempfangseinheiten, welche über dem jeweiligen Bereich oder in diesem verteilt sind. Diese Module oder Einheiten sind dazu ausgebildet, in kontinuierlicher Weise miteinander zu kommunizieren, und zwar in einer bestimmten zeitlichen Reihenfolge mit einem möglichst hohen Durchsatz, sodass über diese Kommunikation ein kontinuierliches Abtasten und Erfassen des Bereichs oder Raumes, der von den Modulen oder Einheiten überspannt wird, erfolgt.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Kalibrierungsverfahren, insbesondere im Zusammenhang mit einem Trainingsvorgang. Das Kalibrierungsverfahren kann zum Beispiel unmittelbar nach der Installation der Module oder Einheiten durchgeführt werden. Bei diesem Vorgang werden die Funk Signalstärken zwischen jeweils einem Paar von Modulen oder Funksendeempfangseinheiten gemessen und aufgezeichnet und mit einem Zustand verglichen, bei welchem der in Rede stehende Raum oder Bereich leer ist oder sich zumindest keine Person darin befindet.

Das Kalibrierungsergebnis dient dann einem dritten Aspekt, welcher ein Erkennungsverfahren zum Erkennen und Detektieren einer Person in einem überwachten Bereich betrifft, als Grundlage (baseline) im Sinne einer Radiokartierung des zu überwachenden Bereichs. Dieses Verfahren kann insbesondere im Zusammenhang mit einem Datenprozessor gesehen werden, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren eingebettet ist. Im Zusammenhang mit diesem Verfahren werden zwischen jedem Paar vorgesehener Funksendeempfangseinheiten ausgesandte und empfangene Funksignale analysiert. Auf der Grundlage der vorab durchgeführten Kalibrierung werden im überwachten Bereich geometrische Änderungen aus dem Vergleich mit den in der Anwendung empfangenen Funksignalen abgeleitet. Diese geometrischen Änderungen werden verwendet, um die Anwesenheit und die Position einer in dem überwachten Bereich befindlichen Person zu ermitteln.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch eine Schnittstelle geschaffen, über welche Detektionsinformation an ein externes System weitergegeben werden kann. Das externe System und/oder die Schnittstelle können dazu eingerichtet sein, auf der Grundlage einer detektierten An- oder Abwesenheit einer Person und/oder eines ermittelten Orts der Person im überwachten Bereich bestimmte Einrichtungen oder Elemente im Raum, zum Beispiel das Licht, Fensterabdunkelungen, Steckdosen, elektrische Geräte, zu steuern, zum Beispiel einzuschalten. Alternativ oder zusätzlich kann daran gedacht werden, die Position einer lokalisierten Person auf einem Gerät virtuell anzuzeigen, zum Beispiel auf einem Tablett oder Smartphone. Diese Aspekte können auch im Zusammenhang stehen mit Sicherheitseinrichtungen für daheim, fürs Büro oder dergleichen.

Grundlegende Aspekte der vorliegenden Erfindung werden gebildet von 5 Einheiten, die ein System gestalten, nämlich den eigentlichen Funksensoreinheiten, einer vor Verarbeitungseinheit, einer Kalibrierungseinheit, einer Anwesenheitsbestimmungs-/Lokalisierungseinheit und einer Auslöseeinheit.

Funksendeempfangseinheiten und Synchronisierung

Die in 1 dargestellte Funksensorkonfiguration besteht aus einer Mehrzahl von Funkmodulen, die im Sinne der Erfindung auch als Funksendeempfangseinheiten oder kurz als Module bezeichnet werden, und die paarweise miteinander kommunizieren können. Diese Module sind in einem zu überwachenden Raum angeordnet. Auf der Grundlage einer vorgegebenen Reihenfolge zum Beispiel einer abfallenden Folge in Bezug auf ihre MAC-Adressen, werden die jeweiligen Module einem Zeitfenster (time slot) zugeordnet, welche der Ausführung eines Zeitmultiplexverfahrens oder TDMA-Verfahrens (TDMA : time divisional multiple access) dienen. Dabei können mehrere Zeitfenster auch einem einzelnen Modul zugeordnet werden, wenn die Funksensoranordnung auf unterschiedlichen Trägerfrequenzen operiert. Unter Verwendung dieser Zeitfenster sendet jedes Modul wiederholt Funksendepakete (broadcast packets) an sämtliche andere Module aus.

Wenn ein Modul ein Funksendepaket empfängt, berechnet es die Signalstärke des Pakets. Die Information über die Signalstärke wird dann in einer Speichereinrichtung gespeichert. Beim nächsten Aussenden eines Funksendepakets durch das Modul wird die Signalstärke sämtlicher empfangener Funksendepakete z.B. im Sinne mehrfacher RSSI-Blöcke in das als nächste auszusendende Funksendepaket integriert.

Nach einem Durchgang hat jedes Modul sämtliche Informationen über die Signalstärken, die bei den anderen Modulen gemessen wurden und die charakteristisch sind für die Verteilung des Feldes im Raum, erhalten, und zwar gemeinsam mit der von dem Modul selbst zusammengestellten Information bezüglich der Signalstärken.

2 beschreibt eine auf diese Art und Weise durchgeführte TDMA-Iteration.

Um ein zeitlich äquidistantes Erfassen der Funkkanäle und eine Funktionalität des TDMA-Verfahrens zu gewährleisten, muss jedes Modul Pakete im selben Zeitintervall aussenden. Das bedeutet, dass die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Senderereignissen für sämtliche Module identisch sein muss. Für die Implementation eines derartigen Verhaltens muss jedes Modul exakte Kenntnis darüber besitzen, wann ein jeweiliger Sendevorgang auszuführen ist und wann die anderen Module senden und das jeweils betrachteten Modul auf den Empfang wartet.

Dieser Aspekt ist insofern eine Herausforderung, als die verschiedenen Module jeweils eine unterschiedliche individuelle interne Taktgeschwindigkeit besitzen. Aus diesem Grund kann mit einer vorab festgelegten Zeitspanne, zum Beispiel auf der Grundlage einer Mehrzahl vorgegebener Taktzyklen, nicht operiert werden. Um also zu gewährleisten, dass die jeweiligen Module in ihrem jeweils zugeordneten Zeitfenster verbleiben, wurde ein bestimmter Synchronisationsmechanismus entwickelt. Die grundlegende Idee in Bezug auf die Synchronisation besteht darin, dass sämtliche Module ihre Taktgeber auf der Grundlage eines Takt eines Mastermoduls definieren, welchem zum Beispiel die Identifikationsnummer oder ID mit dem Wert #0 zugeordnet ist oder wird.

Das Synchronisieren kann wie folgt ablaufen:

  1. (1) Das Modul mit der Identifikationsnummer #0 sendet ein Sendepaket zum Zeitfenster (0) aus.
  2. (2) Sämtliche anderen Module empfangen das Paket. Die Module zeichnen die lokale Zeit auf, zu welcher das gesendete Paket des Moduls #0 empfangen wurde. Die anderen Module senden Pakete in ihren jeweiligen Zeitfenstern und relativ zum Zeitfenster des Moduls mit der ID mit dem Wert#0 sowie auf der Grundlage ihrer jeweils lokalen Zeiten, und zu diesem Zeitpunkt jeweils ohne Korrektur. Falls mehrere Frequenzen oder Kanäle verwendet werden, besetzen die Module n aufeinanderfolgende Zeitfenster, wobei n die Anzahl der Frequenzen oder Kanäle beschreibt. Dies muss berücksichtigt werden, wenn die einzelnen Module die Position ihrer Zeitfenster bestimmen.
  3. (3) Beim nächsten Durchgang, welcher erneut mit dem Zeitfenster 0 begonnen wird, sendet das Modul mit der ID mit dem Wert #0 das nächste Paket.
  4. (4) Auf den Empfang zweier aufeinanderfolgender Pakete vom Modul #0 auf demselben Kanal oder derselben Frequenz berechnen sämtliche anderen Module die Differenz zwischen dem Zeitintervall in ihren eigenen Zeiten und dem Zeitintervall der Zeit des Moduls #0. Mit dieser Differenz kann jedes Modul seine Eigenzeit entsprechend korrigieren, sodass unabhängig von möglicherweise vorliegenden unterschiedlichen Ganggeschwindigkeiten der Uhren sämtliche Module dieselbe Zeitspanne bestimmen, obwohl die individuelle Zeit der jeweiligen Module aufgrund der Ganggeschwindigkeit der individuellen Uhren unterschiedlich sein kann. Diese Zeitsynchronisation wird solange wiederholt, wie aufeinanderfolgende Pakete des Moduls +0 empfangen werden. Das bedeutet, dass selbst nach 24 Stunden verstrichener Zeit die Zeitfenster erhalten bleiben.

Vorverarbeitung (Preprocessing)

Die Vorverarbeitung umfasst auch das Bereinigen von Daten, zum Beispiel das Entfernen von TDMA-Iterationen im Zusammenhang mit fehlenden Funksensordaten oder das Festlegen derartiger Iterationen, zum Beispiel im Zusammenhang mit der Interpolation fehlender Daten, sowie das Zusammenführen oder Verschmelzen von Messungen aus beiden Verbindungsrichtungen, zum Beispiel durch Summation und/oder Durchschnittsbildung. Für eine Kalibrierung verwendet die die Kalibrierung durchführende Person eine Art Fernsteuerung (remote control), zum Beispiel das eigene Smartphone mit einer entsprechenden Anwendung, um entsprechende Triggersignale zum Bestätigen von Positionen im Erfassungsbereich auszugeben und dadurch die Kalibrierung durchzuführen.

Kalibrierung

Sowohl die Kalibrierung als auch die Erkennung können zum Beispiel auf einem Datenprozessor (DP) durchgeführt werden, welcher mit dem Mastermodul, also mit dem Modul mit der ID #0, verbunden oder in diesem enthalten ist. Aufgrund der Natur des jeweiligen Funksensors benötigt das jeweilige Modul Signalstärkeinformation sämtlicher Verbindungen des Funksensors, wobei insbesondere beide Richtungen einer Verbindung vermessen werden. Diese Information wird jeweils an den Datenprozessor über einen sprechenden Kanal, zum Beispiel eine serielle Leitung, übersandt. In Abhängigkeit von der Konfiguration besitzen ein jeweiliges Modul und insbesondere das Mastermodul #0 auch Information in Bezug auf die Signalstärke für unterschiedliche Trägerfrequenzen oder Kanäle für sämtliche Funkverbindungen des Funksensors.

Vor dem übermitteln der Funksensordaten an die Kalibrierung- und Erkennungsalgorithmen werden die Daten vorverarbeitet und in geeigneter Weise zusammengeführt, insbesondere auf der Grundlage eines bestimmten Sensordatenfusionsvorgangs .

Die Kalibrierung verwendet die Funksensormessungen in einer Anzahl bestimmter Orte oder Positionen, die definiert werden durch den Benutzer. Diese Orte oder Positionen können auch als Bereiche von Interesse oder ZOI (ZOI : zone of interest) bezeichnet werden. Die Kalibrierungsinformation, die auch als Funkkarte oder Funksignalkarte bezeichnet werden kann, wird zum Beispiel im Datenprozessor gespeichert, um für den eigentlichen Erkennungsprozess zur Verfügung zu stehen. Vorangehend und nachfolgend werden die Begriffe Funkkarte und Funksignalkarte synonym verwendet.

Kalibrierungsverfahren

Das Kalibrierungsverfahren kann zum Beispiel wie folgt durchgeführt werden:

  1. (1) Der Benutzer befindet sich anfangs zum Beispiel an einer Kante oder Seite des Erfassungsbereichs, also des Raums von Interesse. Dies kann zum Beispiel eine Türschwelle in einem Wohnzimmer sein.
  2. (2) Der Benutzer initialisiert ferngesteuert den Kalibrierungsvorgang.
  3. (3) Dann beginnt der Benutzer damit, kontinuierlich durch den Raum zu laufen, insbesondere ohne anzuhalten, d.h. ohne Zwischenstopps. Dabei werden auch die Punkte, Orte oder Positionen von Interesse, also die ZOIs angesteuert und durchmessen. Dies sind die Punkte oder Orte, an welchen das System die Person später lokalisieren soll und die für die Person wichtig sind, zum Beispiel durch eine erhöhte Aufenthaltswahrscheinlichkeit. Es kann sich dabei zum Beispiel um eine Position in der Nähe eines Sofas, um eine Position am Fenster, in der Ecke des Raumes oder dergleichen handeln. Diese Positionen können im Zusammenhang stehen mit Diensten oder Aktionen die für die jeweilige positionsspezifisch sind, zum Beispiel eine Beleuchtung, eine Belüftung oder Klimatisierung oder dergleichen.
  4. (4) Während der Bewegung wird bei jedem Durchmessen einer Position von Interesse, also einer ZOI, durch den Benutzer ein entsprechendes Triggersignal über die jeweils verwendete Fernsteuerschnittstelle aktuell ausgegeben. Die Fernsteuerschnittstelle kann eine Anwendung auf dem Smartphone sein. Die ausgesandten Triggersignale veranlassen jeweils mindestens einen Messdurchgang über alle Module. Auf Grund der hohen Mess- und Zyklusgeschwindigkeit für einen Durchgang über alle Module kann in kurzer Zeit mit hoher Genauigkeit die auf Grund der Anwesenheit der Person in der ZOI veränderte Funksignalkarte erfasst, bewertet und gespeichert werden.
  5. (5) Nach Abschluss des Rundgangs und der Rückkehr zur Anfangsposition beendet der Benutzer die die Kalibrierungsrunde. Es können mehrere Kalibrierungsrunden durchgeführt werden, um die Kalibrierungsgenauigkeit zu steigern, gegebenenfalls im Zusammenhang mit einem Maschinenlernprozess.

Ein Kalibrierungsdurchgang benötigt einige Sekunden, die Länge hängt natürlich von der Größe des zu erfassenden Raums ab. Die Kalibrierungsrunde kann zum Beispiel 14 Sekunden benötigen bei einem Raum der Größe 8,5 m mal 5,5 m. So benötigt ein Kalibrierungsvorgang mit 3 Durchgängen etwa 42 Sekunden.

Die in jedem Durchgang erfassten Daten können auch als Funkfingerabdruck oder kurz als Fingerabdruck bezeichnet werden und werden in einer entsprechenden Datenbank, der Fingerabdruckdatenbank, gespeichert. Die Daten können dann zum Trainieren von Einrichtungen verwendet werden, welche den jeweiligen Ort oder die Position einer Person ermitteln, zum Beispiel aufgrund statistischer Erwägungen und/oder unter Verwendung eines Maschinenlernvorgangs. Die Einrichtungen basieren dabei zum Beispiel auf Klassifizierern (classifier) oder Klassifikatoren, zum Beispiel Bayes-Klassifikatoren, künstlichen neuronalen Netzen (kNN) und dergleichen. Es können verschiedene Merkmale verwendet werden, um die Klassifizierer oder Klassifikatoren zu trainieren: Rohdaten (raw data), Mittelwerte, Standardabweichung, gleitenden Mittelwert (rolling mean value), gleitende Standardabweichung (rolling standard deviation) und dergleichen.

In dem Fall, dass das System mit einer Mehrzahl von Frequenzkanälen gleichzeitig arbeitet, werden die erfassten Daten für jeden Kanal separat in einer eigenen Fingerabdruckdatenbank gespeichert. Ein separater Klassifikator wird dann auf jeden Datensatz angewandt. Die Klassifikationsergebnisse, d.h. die ermittelten Positionen, werden dann zusammengeführt oder fusioniert. Um das Zusammenführen der Daten (data fusion) durchzuführen, können verschiedene Verfahren angewandt werden. Diese können deterministischer oder stochastischer Natur sein und zum Beispiel Kalmanfilter umfassen.

Der Vorteil bei der Verwendung mehrerer Kalibrierungsrunden besteht darin, dass die erfassten Datensätze statistisch unabhängig voneinander sind und ein realistischeres Bild der Messsituation liefern. Die statistische Unabhängigkeit ermöglicht auch ein so genanntes Repeated-hold-out-Verfahren.

Während dieses Vorgangs trainiert das System an einem Datensatz und testet die Möglichkeiten und die Lokalisationsgenauigkeit anhand verbleibender Datensätze. Dann erfolgt das Training an einem zweiten Datensatz mit einem Testen an den jetzt verbleibenden Datensätzen. Dieser Vorgang durchläuft sämtliche bei der Kalibrierung für jeden einzelnen Durchgang erfassten Datensätze. Die Gesamtgenauigkeit des Systems wird dann ermittelt durch berechnen des Mittelwerts. Die Ortsbestimmung und mithin die Klassifikation während dieses Schritts kann offline erfolgen, also ohne Echtzeitdaten.

Dieses Verfahren stellt ein Bewertungsverfahren für Klassifikatoren dar. Es wird hier verwendet, um optimale Parameter für einen Kalmanfilter, d.h. die Kovarianzmatrizen für das System und den Messfehler Q und R, zu bestimmen welche unter anderem die Unsicherheiten des Systems und der verwendeten Klassifikatoren beschreiben, zum Beispiel einen optimalen Wert k für einen kNN-Klassifikator. Auch wird das Verfahren verwendet, um die Klassifikatoren selbst zu trainieren. Dies liefert ein besseres Trainingsergebnis als herkömmliche Kalibrierungsverfahren.

Lokalisierung

Nach der Kalibrierung des Systems kann die Anwendung online erfolgen. In diesem Modus tasten die Module, also die Funksendeempfangseinheiten, den Raum kontinuierlich ab und erfassen und verarbeiten die Daten in Echtzeit. Ähnlich wie in der Kalibrierungsphase werden die Echtzeitdaten auch vorverarbeitet, und zwar in derselben Art und Weise, und werden dann dem eigentlichen Vorgang zum Bestimmen der Positionen zugeführt.

Dann werden die Daten mit zuvor aufgezeichneten Daten verglichen, die in der Fingerabdruckdatenbank während des Kalibrierungsvorgangs abgelegt wurden. Der Vergleich erfolgt für jede Frequenz oder jeden Kanal separat durch entsprechendes Anwenden separater Klassifikatoren. Die separate Ortsbestimmung wird dann auf intelligente Art und Weise zusammengeführt, zum Beispiel unter Verwendung deterministische und/oder stochastischer Verfahren, zum Beispiel unter Einsatz eines Kalmanfilters. Auf diese Art und Weise wird letztlich die aktuelle Position einer Person im Raum ermittelt.

Wie die separaten Ortsbestimmungseinrichtungen oder Klassifikatoren, so verwenden auch das Datenfusionsverfahren und die entsprechenden Filter die optimalen Parameter, die während des Kalibrierungsvorgangs ermittelt wurden.

Dienste/Anwendungen

Die ermittelte Information kann dann an einen Betriebsmechanismus oder Aktuator Mechanismus weitergeleitet werden, um zum Beispiel die Umgebung des Benutzers im Raum und insbesondere an dem ermittelten Ort zu beeinflussen. So kann zum Beispiel der Datenprozessor veranlassen, dass über eine Verbindung - drahtgebunden oder drahtlos - ein anderes System veranlasst wird, zu entscheiden, wie auf die ermittelte Position und/oder Aktivität in dem Raum reagiert werden kann, zum Beispiel durch Betätigung der Beleuchtung, der Raumverdunklung am Fenster, der Klimaanlage, der Heizung, der Lüftung oder dergleichen.

1 zeigt in schematischer Art und Weise den Aufbau einer Funksensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Eine Mehrzahl von Funksendeempfangseinheiten, aufgefasst als Module, sind an den Wänden eines Raums, den es zu überwachen gilt, angebracht. Idealerweise werden die Module so platziert, dass die durch gestrichelte Linien dargestellten Verbindungen den gesamten Raum überdecken und die gegenseitigen Abstände der als Knoten aufgefasst Module eine bestimmte Höchstdistanz nicht überschreiten, zum Beispiel 4 m.

2 illustriert das Zeitschema für einen Funksensorabtastmechanismus mit einem entsprechenden Zeitschema. Sämtliche Module #0 bis #N senden ihre Pakete nacheinander in einem vorab definierten Zeitfenster. Die Anzahl der verwendet Module, hier N, kann beliebig gewählt sein, wird jedoch im Allgemeinen von der Sendegeschwindigkeit der einzelnen Module abhängen, weil dadurch die maximale Abtastfrequenz der gesamten Anordnung im Raum begrenzt wird. Sämtliche Zeitfenster können dieselbe Länge haben. Zwischen den Zeitfenstern kann die Trägerfrequenz, also der Funk Kanal, gewechselt werden. Das Zeitfenster #0 wird von einem Mastermodul belegt, welches auch die Referenzzeit für die anderen Module liefert. Dies ist notwendig, um eine Drift oder Abweichung der Uhren der anderen Module relativ zum Modul #0 zu kompensieren und um dadurch zu gewährleisten, dass jedes Zeitfenster dieselbe Länge aufweist und sämtliche Module ihren Sendebetrieb zu einer fest definierten Zeit relativ zu den anderen Modulen aufnehmen.

3 zeigt in schematischer Art und Weise den Aufbau eines möglichen Funksensorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem entsprechenden Datenflussplan. Eine der Funksendeempfangseinheiten ist über eine Schnittstelle mit einem Datenprozessor gekoppelt, welcher auf diese Weise die Messwerte sämtlicher Module in Bezug auf die Funksignalstärke erhält. Die Signale werden interpretiert und verglichen auf der Grundlage der durch den Datenprozessor zuvor ermittelten und kalibrierten Orte oder Positionen, nämlich aufgrund der in der Datenbank abgelegten Werte. Nach der Erkennung werden die Erkennungsergebnisse gegebenenfalls an einen extern angeordneten Aktuator übermittelt, um entsprechende Dienste vorzubereiten und anzubieten. Bei der in 3 dargestellten Anordnung besteht dieser Dienst in einem Anzeigevorgang. Das Weiterleiten erfolgt zum Beispiel über ein UDP- oder ein TCP-Netzwerkprotokoll. Es können auch andere Netzwerkprotokolle verwendet werden.

4 zeigt nach Art eines Blockdiagramms den Prozessfluss mit einer Offlinephase. Die Kalibrierung ist auf der linken Seite der Figur dargestellt und erfolgt zum Teil online mit einer gegebenenfalls offline stattfindenden Bewertung, wogegen die Lokalisierung auf der rechten Seite dargestellt ist und online erfolgt.

Die 5 und 6 zeigen in perspektivischer Ansicht sowie in Draufsicht die Anordnung einer Mehrzahl von Funksendeempfangseinheiten in einem zu überwachenden Bereich eines Raums in deren Installation, zum Beispiel nach Art eines Konferenzraums mit einer Größe von 8,8 m mal 5,5 m. Dargestellt sind die jeweiligen Funkmodule und die Zonen in denen er Benutzer zu lokalisieren ist. Zur Kalibrierung des Systems in diesem Raum läuft die Person einfach dreimal um den Tisch herum, jeweils beginnend an der Tür und endet an der Tür, wobei währenddessen und ohne Unterbrechung der Bewegung jeweils beim Erreichen einer Position, gegebenenfalls unter Trennung des Smartphones oder einer anderen Fernsteuereinrichtung, ein Triggerimpuls abgegeben wird, welcher den Zeitpunkt des Erreichens einer jeweiligen Position definiert.

Die 7 und 8 zeigen in schematischer Art und Weise andere Anordnungen einer Mehrzahl erfindungsgemäß verwendeter Funksendeempfangseinheiten in einem zu überwachenden Raum.

9 zeigt exemplarisch ein Funk Sensorsignal für eine einzelne Verbindung für den Fall, dass ein Mensch sich an unterschiedlichen Orten in einem Raum befindet, zum Beispiel an den Positionen 1 und 4 gemäß 6.

10 zeigt ein Flussdiagram für einen Kalibrierungsprozess. In diesem Fall wird ein einziger Kanal, also eine einzelne Trägerfrequenz verwendet. Es wird ein kNN-Klassifikator für den Vorgang der Lokalisierung verwendet.

11 zeigt ein Flussdiagram eines anderen Kalibrierungsvorgangs, und zwar in dem Fall der gleichzeitigen Verwendung von drei Frequenzen oder Kanälen unter Einsatz dreier separater kNN-Klassifikatoren für die Lokalisierung. Die Lokalisierung wird dann durch einen nachgeschalteten Kalmanfilter durchgeführt, welcher die Abschätzungen der drei Klassifikatoren mit deren Unsicherheiten zusammenführt.

12 ist ein Flussdiagram für den Onlinemodus. Die Anwesenheitsdetektion und der Lokalisierungsvorgang erfolgen hier durch simultane Verwendung einer Mehrzahl von drei Kanälen oder Frequenzen.

Anwendung findet die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit dem Begriff Internet der Dinge und der Dienste (Internet of things and services : loTS), Smart-Home, Smart-Building, Smart-Plug und dergleichen.