Webinar Indoor- Lokalisierung. Markus Pichler-Scheder Area Sensors and Communication Seite 1

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1 Webinar Indoor- Lokalisierung Markus Pichler-Scheder Area Sensors and Communication Seite 1

2 Übersicht Was ist Indoor-Lokalisierung? Methoden und Messprinzipien Das perfekte Lokalisierungssystem Anwendungen Herausforderungen Algorithmen und Filtertechniken Seite 2

3 Was ist Indoor-Lokalisierung? Anker Tag Seite 3

4 Methoden und Messprinzipien optisch elektromagnetisch Kamera / LED Ultrawideband (UWB) / 2.4 GHz Time-of-Arrival Time-of-flight- Kamera akustisch Ultraschall- Transducer Lautsprecher/ Mikrophon Smartphone Bluetooth- Low-Energy- Beacon Seite 4

5 Methoden und Messprinzipien Winkel optisch elektromagnetisch Kamera / LED Time-of-flight- Kamera Ultrawideband (UWB) / 2.4 GHz Time-of-Arrival Zeitpunkt akustisch Geschwindigkeit Ultraschall- Transducer Lautsprecher/ Mikrophon Smartphone Bluetooth- Low-Energy- Beacon Abstand Seite 5

6 Das perfekte Lokalisierungssystem... MESSPRINZIP EINSATZZWECK SIGNALVERARBEITUNG GEWICHT BAUGRÖSSE FREIHEITSGRADE (1D/2D/3D) SICHERHEITSERFORDERNISSE ENERGIEVERBRAUCH WARTUNGSAUFWAND KOMMUNIKATIONSAUFWAND KOSTEN MESSRATE GEOMETRISCHE ABDECKUNG REICHWEITE GENAUIGKEIT GESETZLICHE REGULIERUNG ROBUSTHEIT FLEXIBILITÄT STÖREMPFINDLICHKEIT MONTAGESITUATION INSTALLATIONSAUFWAND EINSATZUMGEBUNG LATENZZEIT BANDBREITE RECHENLEISTUNG PATENTSITUATION PRÄZISION ZERTIFIZIERBARKEIT MESSGRÖSSE BEEINFLUSSUNG DER UMGEBUNG Seite 6

7 Das perfekte Lokalisierungssystem... MESSPRINZIP EINSATZZWECK SIGNALVERARBEITUNG SICHERHEITSERFORDERNISSE WARTUNGSAUFWAND KOSTEN KOMMUNIKATIONSAUFWAND MESSRATE GESETZLICHE REGULIERUNG GEWICHT BAUGRÖSSE FREIHEITSGRADE (1D/2D/3D) ENERGIEVERBRAUCH... hängt immer von der Anwendung und GEOMETRISCHE ABDECKUNG den jeweiligen Herausforderungen ab REICHWEITE GENAUIGKEIT ROBUSTHEIT FLEXIBILITÄT STÖREMPFINDLICHKEIT MONTAGESITUATION INSTALLATIONSAUFWAND EINSATZUMGEBUNG LATENZZEIT BANDBREITE RECHENLEISTUNG PATENTSITUATION PRÄZISION ZERTIFIZIERBARKEIT MESSGRÖSSE BEEINFLUSSUNG DER UMGEBUNG Seite 7

8 Herausforderungen am Beispiel Funkwellenausbreitung Dämpfung Laufzeitänderung Feldverzerrungen Mehrwegeausbreitung Fehlmessungen Seite 8

9 Anwendungen Lokalisierung von Nutztieren für Herdenmanagement und Verhaltensanalyse Miniaturisierung Geringer Energieverbrauch Raue Umgebung 2.4 GHz bzw. UWB Lokalisierung im Lebensmittelhandel für bewusstes Konsumverhalten Lokalisierung und Navigation für Kunden Verwendung von Smartphones Geringer Wartungsaufwand Bluetooth-Low-Energy Quellen: beaconblog.de Bernard Bailly / Fotolia.com Seite 9

10 Anwendungen 3D-Lokalisierung von Sensorknoten in Motorprüfständen Geringer Energieverbrauch Hohe Genauigkeit Kontrollierte Umgebung optisch mit Kameras und LEDs Bedienung von Blechbiegepressen mit Magic Shoe Hohe Zuverlässigkeit und Genauigkeit Beschränkte Montagemöglichkeiten Ultraschall und Funktrigger Quelle: Seite 10

11 Anwendungen Sicherheitssystem im Bergbau in der Umgebung von Abbaumaschinen Lokalisierung von Bergleuten in Gefahrenbereichen Hohe Genauigkeit und Reichweite Raue Umgebung akustisch im hörbaren Bereich Lokalisieren von passiven RFID-Tags Drahtlose Energieversorgung Keine Batterie erforderlich Labor: 2D-Messung möglich Ergebnis genau, aber nicht eindeutig Abfrage mit mehreren Antennen Seite 11

12 Indoor-Lokalisierung ermöglicht Echtzeit-Verfolgung innerhalb von Gebäuden... eröffnet damit neue Anwendungen, Services und Märkte... ist deshalb ein boomendes Geschäftsfeld... bringt umgebungsabhängige Herausforderungen mit sich... erlaubt in vielen Bereichen keine Standard-Lösung... erfordert kundenspezifische technische Umsetzung Seite 12

13 Herausforderungen Funkwellenausbreitung Dämpfung, Laufzeitänderung, Feldverzerrungen, Mehrwegeausbreitung Fehlmessungen Seite 13

14 Herausforderungen Individuelle Abstrahlund Empfangscharakteristik Antennen Lautsprecher und Mikrophone Lichtquellen unbekannte Empfangsleistung Verschlechterung der Übertragung Quelle: antenna-theory.com Dopplereffekt bei Bewegung zwischen Sender und Empfänger Verringerte Empfindlichkeit Verschlecherung von Signaleigenschaften Seite 14

15 Algorithmen und Filtertechniken Frühzeitiges Ausscheiden von Fehlmessungen Verwenden von Information über die Raumgeometrie Türen, Wände etc. Sensorfusion Lokalisierungssystem(e) Inertialmesssystem (IMU) Bayessche Trackingfilter für die Zustandsschätzung Kalman-Filter Partikelfilter Gitterbasiertes Filter Trajektorienschätzung und Plausibilisierung Seite 15

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