Positionsbestimmung in Gebäuden

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1 Positionsbestimmung in Gebäuden Positionsbestimmung in Gebäuden Proseminar Technische Information Michael Schmidt Januar 2010 Positionsbestimmung in Gebäuden 1

2 Warum Indoor-Positionierung? Anwendungen: Informationsdienste Auffinden von Objekten Umgebungssteuerung Augmented Reality sicherheitskritische Anwendungen [1] [2] Positionsbestimmung in Gebäuden 2

3 Basistechniken der Positionierung Winkel- und Streckenmessung Trilateration (Streckenmessung) Triangulation (Winkelmessung) Szenenanalyse Proximity Positionsbestimmung in Gebäuden 3

4 Streckenmessung Time of Arrival: Messung der Laufzeit der Signale Berechnung der Position mittels Trilateration Spezialfall: Time Difference of Arrival Messung der Zeitdifferenz Positionsbestimmung in Gebäuden 4

5 Winkelmessung Angle of Arrival: Messung des Eingangswinkel der Signale Berechnung der Position mittels Triangulation [3] Positionsbestimmung in Gebäuden 5

6 Szenenanalyse Auswertung der Umgebungseigenschaften mittels Sensoren anschließend Vergleich mit bekannten Mustern Fingerprint-Verfahren: Auswertung von Signalstärken [4] Positionsbestimmung in Gebäuden 6

7 Proximity Proximity (dt. Nachbarschaft), bzw. Access-Point-Monitoring oder Cell of Origin Zellenstruktur der Basisstationen gibt Aufschluss über Position Genauigkeit hängt von der Dichte der Basisstationen ab Positionsbestimmung in Gebäuden 7

8 Realisierung Laser zig Laserpule pro Sekunde werden gesendet (und reflektiert) rotierender Sensor erfasst den Eingangswinkel Vorteil: sehr genaue Positionierung möglich Nachteil: es muss Sichtkontakt bestehen Infrarot Infrarot-Signale werden gesendet und empfangen Nachteil: Anfälligkeit für tote Winkel und Licht Positionsbestimmung in Gebäuden 8

9 igps fächerformige Infrarot-Laser werden ausgestrahlt Sensoren fangen diese auf und bestimmen ihre Position [5] Positionsbestimmung in Gebäuden 9

10 Active Badge Infrarotsender an Personen und Objekten Sensoren im Raum nehmen die Signale auf und leiten sie an einen zentralen Server weiter [6] Positionsbestimmung in Gebäuden 10

11 Realisierung Funk (WLAN / Bluetooth) hochfrequente elektromagnetische Wellen sehr ungenau, deshalb Einsatz von Fingerprint-Verfahren Vorteil: Nutzung bestehender Infrastruktur RFID Transponder wird an zu identifizierendes Objekt angebracht Auswertung der Signalstärke jedoch recht ungenau Vorteil: Anzahl der Transponder nahezu unbegrenzt Positionsbestimmung in Gebäuden 11

12 RADAR Ausnutzung der vorhandenen WLAN-Infrastruktur Auswertung der Signalstärken bei Empfänger durch Abgleich mit vorherigen Referenzmessungen [4] Positionsbestimmung in Gebäuden 12

13 Realisierung Ultraschall Laufzeitmessung von Ultraschallsignalen Auswertung mittels Trilateration Oft in Kombination mit Funksignal zur Zeitdifferenzmessung und Identifikation Reflektion, Dämpfung oder Absorption je nach Stoff möglich Ausbreitungsgeschwindigkeit von Temperatur abhängig Positionsbestimmung in Gebäuden 13

14 Cricket fest installierte Ultraschall- und Funksender Empfänger werten Signale mittels TOA-Verfahren aus [6] Positionsbestimmung in Gebäuden 14

15 Realisierung Ultra Wide Band nicht an Frequenzen gebundene Drahtlostechnologie Datenübertragung mittels kurzer Pulse auf einem breiten Frequenzspektrum gute Durchdringungseigenschaften und wenig anfällig für Multipath-Effekte Positionsbestimmung in Gebäuden 15

16 Ubisense Tags senden UWB-Signale an feste Basisstationen Auswertung mittels TDOA- und AOA-Verfahren Übertragung der Kontrollinformationen mittels 2,4Ghz-Funk [7] Positionsbestimmung in Gebäuden 16

17 Realisierung [8] Positionsbestimmung in Gebäuden 17

18 Positionsbestimmung in Gebäuden DANKE! FRAGEN? Positionsbestimmung in Gebäuden

19 Bildquellen [1] Sonitor Technologies Inc., Januar 2010 [2] [3] J. Blankenbach, A. Norrdine, H. Schlemmer, V. Willert, Indoor-Positionierung auf Basis von Ultra Wide Band, AVN 5/2007 [4] Hendrik Lemelson, In- und Outdoor Positionierungssysteme, Mobile Business Seminar, Universität Mannheim [5] Metris Deutschland Gmbh, [6] Thomas Steinberg, Erstellung eines Frameworks für eine positionsabhängige Auftragsverwaltung in mobilen Netzwerken, Masterarbeit, HAW Hamburg, 2007 [7] Ubisense Ltd., [8] Rainer Mautz, Overview of Current Indoor Positioning Systems, Swiss Federal Institute of Technology, ETH Zurich, Switzerland, September 2008 Positionsbestimmung in Gebäuden