DE112020000883T5

DE112020000883T5 - Indoor-Positionierungssystem

Info

Publication number: DE112020000883T5
Application number: DE112020000883.5T
Authority: DE
Inventors: Ronald W. Bessems
Original assignee: Ideal Industries Lighting LLC
Current assignee: Cree Lighting USA LLC
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2020-02-19
Publication date: 2021-11-11
Also published as: US10935621B2; US20200264255A1; WO2020172213A1; US10620290B1

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Indoor-Ortungsdienstsystems beinhaltet das Bereitstellen eines Kalibrierungsbakensignals von einer Kalibrierungsvorrichtung (12) an einer Anzahl von Kalibrierungsstandorten, das Messen einer empfangenen Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen einer Anzahl von Empfängern (14) für jeden einzelnen der Anzahl von Kalibrierungsstandorten, das Messen einer empfangenen Signalstärke eines Bakensignals, das von einer ortbaren Vorrichtung (16) an jedem einzelnen der Empfänger bereitgestellt wird, und das Schätzen eines Standorts der ortbaren Vorrichtung (16) basierend auf der empfangenen Signalstärke des Bakensignals an jedem einzelnen der Empfänger (14), der empfangenen Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen der Empfänger (14) für jeden einzelnen der Kalibrierungsstandorte und einem Standort von jedem einzelnen der Empfänger (14).

Description

Verwandte Anwendungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 16/279,471 , eingereicht am 19. Februar 2019, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung betrifft Systeme und Verfahren zum Bereitstellen von Indoor-Ortungsdiensten.
Hintergrund
Es gibt mehrere Technologien zur Bereitstellung von Ortungsdiensten in einer Außenumgebung. Zu diesen Technologien gehören beispielsweise das Global Positioning System (Globales Positionierungssystem, GPS) und das Global Navigation Satellite System (Globales Satellitengestütztes Navigations-System, GLONASS). Während diese Technologien im Freien sehr effektiv sind, versagen sie oft in Innenraumumgebungen. Es wurden Technologien zum Bereitstellen von Ortungsdiensten in einer Innenraumumgebung angeboten, sie liefern jedoch oft nicht den gewünschten Genauigkeitsgrad, lassen sich nicht in bestehende Verbraucherhardware integrieren oder sind untragbar teuer. Dementsprechend besteht ein Bedarf an verbesserten Systemen und Verfahren zum Bereitstellen von Indoor-Ortungsdiensten.
Kurzdarstellung
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Indoor-Ortungsdienstsystems das Bereitstellen eines Kalibrierungsbakensignals von einer Kalibrierungsvorrichtung an einer Anzahl von Kalibrierungsstandorten, das Messen einer empfangenen Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen von einer Anzahl von Empfängern für jeden einzelnen der Anzahl von Kalibrierungsstandorten, das Messen einer empfangenen Signalstärke eines Bakensignals, das von einer ortbaren Vorrichtung an jedem einzelnen der Empfänger bereitgestellt wird, und das Schätzen eines Standorts der ortbaren Vorrichtung basierend auf der empfangenen Signalstärke des Bakensignals an jedem einzelnen der Empfänger, der empfangenen Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen der Empfänger für jeden einzelnen der Kalibrierungsstandorte und einem Standort von jedem einzelnen der Empfänger. Durch Verwenden der empfangenen Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen der Empfänger für jeden einzelnen der Kalibrierungsstandorte und des Standorts jedes einzelnen der Empfänger, um den Standort der ortbaren Vorrichtung zu schätzen, kann ein genauer Standort der ortbaren Vorrichtung bestimmt werden.
In einer Ausführungsform umfasst ein Indoor-Ortungsdienstsystem ein Indoor-Ortungsdienstmodul, eine Anzahl von Empfängern und eine Kalibrierungsvorrichtung. Jeder einzelne der Empfänger ist dazu konfiguriert, eine empfangene Signalstärke eines Kalibrierungsbakensignals zu messen und empfangene Signalstärkemessungen des Kalibrierungsbakensignals an das Indoor-Ortungsdienstmodul bereitzustellen. Ferner ist jeder einzelne der Empfänger dazu konfiguriert, eine empfangene Signalstärke eines Bakensignals zu messen, das von einer ortbaren Vorrichtung bereitgestellt wird, und empfangene Signalstärkemessungen des Bakensignals an das Indoor-Ortungsdienstmodul bereitzustellen. Die Kalibrierungsvorrichtung ist dazu konfiguriert, das Kalibrierungsbakensignal an einer Anzahl von Kalibrierungsstandorten bereitzustellen und die Kalibrierungsstandorte an das Indoor-Ortungsdienstmodul bereitzustellen. Das Indoor-Ortungsdienstmodul ist dazu konfiguriert, einen Standort der ortbaren Vorrichtung basierend auf den empfangenen Signalstärkemessungen des Bakensignals an jedem einzelnen der Empfänger, die empfangenen Signalstärkemessungen des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen der Empfänger für jeden einzelnen der Kalibrierungsstandorte und einen Standort von jedem einzelnen der Empfänger zu schätzen. Durch Verwenden der empfangenen Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen der Empfänger für jeden einzelnen der Kalibrierungsstandorte und des Standorts jedes einzelnen der Empfänger, um den Standort der ortbaren Vorrichtung zu schätzen, kann ein genauer Standort der ortbaren Vorrichtung bestimmt werden.
Der Fachmann wird den Umfang der vorliegenden Offenbarung erkennen und nach dem Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren zusätzliche Aspekte davon erkennen.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungsfiguren, die in dieser Beschreibung enthalten und Bestandteil davon sind, veranschaulichen mehrere Aspekte der Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Offenbarung zu erläutern.

1 veranschaulicht ein Indoor-Ortungsdienstsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 veranschaulicht ein Verfahren zum Kalibrieren eines Indoor-Ortungsdienstsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 veranschaulicht, wie eine Anzahl von Kalibrierungsmessungen des Indikators für empfangene Signalstärke (Received Signal Strength Indicator, RSSI) in einem Indoor-Ortungsdienstsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erhalten werden kann.
4 veranschaulicht, wie ein Kalibrierungsstandort einer Kalibrierungsvorrichtung in einem Indoor-Ortungsdienstsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erhalten werden kann.
5 veranschaulicht ein Verfahren zum Kalibrieren eines Indoor-Ortungsdienstsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6 veranschaulicht ein Verfahren zum Orten einer ortbaren Vorrichtung in einem Indoor-Ortungsdienstsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
7 veranschaulicht eine Kalibrierungsvorrichtung für ein Indoor-Ortungsdienstsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
8 veranschaulicht eine ortbare Vorrichtung für ein Indoor-Ortungsdienstsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
9 veranschaulicht einen Empfänger für ein Indoor-Ortungsdienstsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
10 veranschaulicht einen Beleuchtungskörper, der einen Empfänger für ein Indoor-Ortungsdienstsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beinhaltet.
11 veranschaulicht einen Kommunikationsfluss zum Kalibrieren eines Indoor-Ortungsdienstsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
12 veranschaulicht ein Ortungsdienstmodul für ein Indoor-Ortungsdienstsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
13 veranschaulicht einen Kommunikationsfluss zum Auffinden einer ortbaren Vorrichtung in einem Indoor-Ortungsdienstsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

Detaillierte Beschreibung
Die nachfolgend dargelegten Ausführungsformen stellen die notwendigen Informationen dar, die es dem Fachmann ermöglichen, die Ausführungsformen zu praktizieren, und veranschaulichen die beste Art und Weise des Praktizierens der Ausführungsformen. Beim Lesen der folgenden Beschreibung angesichts der beigefügten Zeichnungsfiguren werden Fachleute die Konzepte der Offenbarung verstehen und Anwendungen dieser Konzepte erkennen, die hier nicht spezifisch angesprochen werden. Es versteht sich, dass diese Konzepte und Anwendungen in den Umfang der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche fallen.
Es versteht sich, dass die Begriffe „erste/r/s“, „zweite/r/s“ usw. in diesem Schriftstück dazu verwendet werden, verschiedene Elemente zu beschreiben, die aber durch diese Begriffe nicht eingeschränkt werden sollten. Diese Begriffe dienen nur zur Unterscheidung der einzelnen Elemente voneinander. Zum Beispiel könnte ein erstes Element als zweites Element bezeichnet werden, und in ähnlicher Weise könnte ein zweites Element als erstes Element bezeichnet werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Wie hierin verwendet, schließt der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen eines oder mehrerer der zugeordneten aufgelisteten Elemente ein.
Es versteht sich, dass ein Element, wie eine Schicht, ein Bereich oder ein Substrat, wenn es als „auf“ einem anderen Element befindlich oder sich „auf ein solches“ erstreckend bezeichnet wird, es sich direkt auf dem anderen Element befinden oder sich direkt auf dieses erstrecken kann, oder auch dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden, wenn ein Element als „direkt auf“ einem anderen Element befindlich oder sich „direkt auf dieses erstreckend“ bezeichnet wird. Ebenso versteht es sich, dass ein Element, wie eine Schicht, ein Bereich oder ein Substrat, wenn es als „über“ einem anderen Element befindlich oder sich „über ein solches“ erstreckend bezeichnet wird, es sich direkt über dem anderen Element befinden oder sich direkt über dieses erstrecken kann, oder auch dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden, wenn ein Element als „direkt über“ einem anderen Element befindlich oder sich „direkt über dieses erstreckend“ bezeichnet wird. Es versteht sich auch, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu sind, wenn ein Element als mit einem anderen Element „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ bezeichnet wird, keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden.
Relative Begriffe wie „unten“ oder „oben“ oder „obere/r/s“ oder „untere/r/s“ oder „horizontal“ oder „vertikal“ können hier verwendet werden, um eine Beziehung eines Elements, einer Schicht oder eines Bereichs zu einem anderen Element, einer anderen Schicht oder einem anderen Bereich zu beschreiben, wie in den Figuren dargestellt. Es versteht sich, dass diese und die vorstehend erörterten Begriffe dazu gedacht sind, zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung unterschiedliche Ausrichtungen der Vorrichtung einzuschließen.
Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck, bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben und soll die Offenbarung nicht einschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein“, „eine“, „eines“ und „der“, „die“, „das“ auch die Pluralformen einschließen, sofern durch den Kontext nicht eindeutig anderes angegeben ist. Es versteht sich ferner, dass die Begriffe „umfassen“, „umfassend“, „einschließend“ und/oder „einschließlich“, wenn sie hier verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten angeben, nicht aber das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) dieselbe Bedeutung, wie sie von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, allgemein verstanden wird. Es versteht sich ferner, dass hierin verwendete Begriffe so interpretiert werden sollten, dass sie eine Bedeutung haben, die mit ihrer Bedeutung im Kontext dieser Spezifikation und dem einschlägigen Gebiet übereinstimmt, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinne interpretiert werden, sofern dies ist hierin nicht ausdrücklich so definiert ist.
1 ist ein Diagramm, das ein Indoor-Ortungsdienstsystem 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Das Indoor-Ortungsdienstsystem 10 beinhaltet eine Kalibrierungsvorrichtung 12, eine Anzahl von Empfängern 14 und eine ortbare Vorrichtung 16. Jeder einzelne der Empfänger 14 kann wie gezeigt in einen Beleuchtungskörper 18 integriert sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann dies bedeuten, mit dem Beleuchtungskörper 18 verbunden zu sein oder bestimmte Funktionen mit dem Beleuchtungskörper 18 gemeinsam zu nutzen, wie etwa eine Strommanagementschaltung und/oder Verarbeitungsschaltung. Da die Beleuchtungskörper 18 häufig in einer relativ hohen Dichte und in einem regelmäßigen Muster in einer Innenraumumgebung verteilt sind und da die Beleuchtungskörper 18 Zugang zu Strom und anderen Funktionen bieten können, können sie eine optimale Plattform für das Verteilen von Empfängern 14 in einer Innenraumumgebung bieten.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Kalibrieren des Indoor-Ortungsdienstsystems 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Der Prozess beginnt mit drei Eingaben, einschließlich eines Satzes von Kalibrierungsstandorten (Schritt 100), eines Satzes von Kalibrierungsmessungen des Indikators für empfangene Signalstärke (RSSI) (Schritt 102) und eines Satzes von Empfängerstandorten (Schritt 104). Unter Verwendung des Satzes von Kalibrierungsstandorten, des Satzes von RSSI-Kalibrierungsmessungen und des Satzes von Empfängerstandorten wird ein räumlicher RSSI-Fingerabdruck generiert (Schritt 106). Wie nachstehend ausführlich erörtert wird, ist der räumliche RSSI-Fingerabdruck eine Beziehung zwischen dem Satz von Kalibrierungsstandorten, dem Satz von RSSI-Kalibrierungsmessungen und dem Satz von Empfängerstandorten, der dazu verwendet werden kann, den Standort der ortbaren Vorrichtung 16 in einer Innenraumumgebung von einem Bakensignal, das von der ortbaren Vorrichtung 16 bereitgestellt wird, genau abzuschätzen.
Jede einzelne des Satzes von RSSI-Kalibrierungsmessungen ist eine Messung von RSSI eines Kalibrierungsbakensignals, die durch einen der Empfänger 14 vorgenommen wurde, wobei das Kalibrierungsbakensignal von der Kalibrierungsvorrichtung 12 an einem bestimmten Kalibrierungsstandort der Kalibrierungsvorrichtung 12 bereitgestellt wird. 3 ist ein Diagramm, das veranschaulicht, wie der Satz von RSSI-Kalibrierungsmessungen in dem Indoor-Ortungsdienstsystem 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erhalten wird. An einem gegebenen Kalibrierungsstandort der Kalibrierungsvorrichtung 12 sendet die Kalibrierungsvorrichtung 12 ein Kalibrierungsbakensignal aus. Ein RSSI des Kalibrierungsbakensignals wird von jedem einzelnen der Empfänger 14 gemessen. Der RSSI des Kalibrierungsbakensignals wird für jeden einzelnen der Empfänger 14 unterschiedlich sein, basierend auf einer Entfernung der Kalibrierungsvorrichtung 12 von einem der Empfänger 14 und anderen Faktoren wie der Umgebung, Signalreflexion und Interferenz, und dergleichen. Der RSSI des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen der Empfänger 14 ist eine der RSSI-Kalibrierungsmessungen in dem Satz von RSSI-Kalibrierungsmessungen. Insbesondere wird der vorstehende Prozess für eine Anzahl von Kalibrierungsstellen der Kalibrierungsvorrichtung 12 wiederholt, um den Satz von RSSI-Kalibrierungsmessungen zu bilden.
Die Kalibrierungsvorrichtung 12 kann eine beliebige geeignete Vorrichtung sein, wie etwa ein Smartphone, ein Tablet oder eine andere mobile elektronische Vorrichtung. Das Bakensignal kann ein beliebiges geeignetes Signal sein, wie beispielsweise ein Bluetooth-Low-Energy-(BLE)-Bakensignal, für das der RSSI mit ausreichender Genauigkeit leicht gemessen werden kann. Die ortbare Vorrichtung 16 kann auch eine beliebige geeignete Vorrichtung sein. In einigen Ausführungsformen kann die ortbare Vorrichtung 16 ein Smartphone, ein Tablet oder eine andere mobile elektronische Vorrichtung sein. In anderen Ausführungsformen kann die ortbare Vorrichtung 16 ein Etikett oder eine kleine elektronische Vorrichtung sein, die an einem Objekt platziert wird, um das Orten des Objekts zu ermöglichen.
Jeder einzelne der Kalibrierungsstandorte in dem Satz von Kalibrierungsstandorten ist ein Standort der Kalibrierungsvorrichtung 12 zu dem Zeitpunkt, zu dem das Kalibrierungsbakensignal ausgesendet wird. Ein Kalibrierungsstandort kann eine x-y-Koordinate der Kalibrierungsvorrichtung 12 in der Innenraumumgebung sein, in der sich das Indoor-Ortungsdienstsystem 10 befindet, oder kann weitere räumliche Informationen beinhalten, wie etwa eine z-Koordinate und/oder Ausrichtung der Kalibrierungsvorrichtung 12. Jedes geeignete Verfahren zum Erhalten des Standorts der Kalibrierungsvorrichtung 12 in einer Innenraumumgebung kann dazu verwendet werden, den Satz von Kalibrierungsstandorten zu erhalten.
4 ist ein Diagramm, das veranschaulicht, wie der Satz von Kalibrierungsstandorten in einer Innenraumumgebung erhalten wird, in der sich das Innenraumortungsdienstsystem 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung befindet. Wie gezeigt, ist eine Anzahl von Kalibrierungsstandort-Transceivern 20 an oder in der Nähe der Grenzen einer Innenraumumgebung 22 bereitgestellt, die durch das Innenraumortungsdienstsystem 10 bedient wird. Zum Beispiel sind die Kalibrierungsstandort-Transceiver 20 in den Ecken der Innenraumumgebung 22 bereitgestellt. Die Kalibrierungsstandort-Transceiver 20 stellen der Kalibrierungsvorrichtung 12 Signale bereit, die es der Kalibrierungsvorrichtung 12 ermöglichen, ihren Standort innerhalb der Innenraumumgebung 22 zu bestimmen. In einem Ausführungsbeispiel sind die Kalibrierungsstandort-Transceiver 20 Transceiver, die dazu konfiguriert sind, ein Time of Flight (TOF) und/oder ein Time Delay of Flight (TDOA) zwischen der Kalibrierungsvorrichtung 12 und den Kalibrierungsstandort-Transceivern 20 zu ermöglichen, um den Standort der Kalibrierungsvorrichtung 12 zu bestimmen. Zum Beispiel können die Kalibrierungsstandort-Transceiver 20 Ultrabreitband-(Ultra Wideband, UWB)-Echtzeitortungssystem-(Real-Time Location Systems, RTLS)-Transceiver sein, die von Decawave Limited, Dublin, Irland, angeboten werden. Im Allgemeinen können die Kalibrierungsstandortsender 20 Sender sein, die proprietär und/oder nicht mit Verbraucherhardware kompatibel sind. Dementsprechend kann die Kalibrierungsvorrichtung 12 einen speziellen Transceiver zum Interagieren mit den Kalibrierungsstandort-Transceivern 20 beinhalten.
Unter Verwendung der genauen Entfernungsinformationen, die von den Kalibrierungsstandort-Transceivern 20 bereitgestellt werden, kann ein Standort der Kalibrierungsvorrichtung 12 erhalten werden. Der Standort der Kalibrierungsvorrichtung 12 kann jedoch nicht über einfache Geometrie erhalten werden, da die Messungen von den Kalibrierungsstandort-Transceivern 20 möglicherweise nicht an einem einzigen Standort konvergieren. Stattdessen kann ein Optimierungsansatz verwendet werden, bei dem ein Standort der Kalibrierungsvorrichtung 12 gefunden wird, der eine Fehlerfunktion minimiert. Eine beispielhafte Fehlerfunktion ist in Gleichung (1) dargestellt: $f (x) = \sum_{n}^{T_{t c v}} \frac{{(\sqrt{\sum_{i}^{T_{d i m}} {(X_{i} - A_{i n})}^{2}} - D_{n})}^{2}}{n}$
wobei T_tcv die Gesamtzahl der Kalibrierungsstandort-Transceiver 20 ist, T_dim die Gesamtzahl der für die Ortung der Kalibrierungsvorrichtung 12 verwendeten Dimensionen ist, X_i die geschätzte Position der Kalibrierungsvorrichtung 12 ist, An die Position des n-ten der Kalibrierungsstandort-Transceiver 20 ist, und D_n der Abstand zwischen der Kalibrierungsvorrichtung 12 und dem n-ten der Kalibrierungsstandort-Transceiver 20 ist. Durch Erstellen einer ersten Ableitung von f(x) aus Gleichung (1) gemäß Gleichung (2): $g (x) = \frac{\partial ƒ (x)}{\partial X_{i}}$
und graphischer Darstellung einer zweidimensionalen Lösung von g(x) mit einem, zwei und drei Kalibrierungsstandort-Transceivern 20 gibt ein Minimum des Graphen, der drei Kalibrierungsstandort-Transceiver 20 enthält, eine eindeutige Lösung an. Eine vollständige Lösung bis zum Minimum (d. h. wenn Gleichung (2) gleich Null ist) könnte ziemlich rechenaufwändig sein, so dass eine Optimierung (z. B. Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno oder BFGS) verwendet werden kann. Konkret kann der Standort der Kalibrierungsvorrichtung 12 dann unter Verwendung der Ableitung f(x) wie in Gleichung (3) gefunden werden: $\frac{\partial ƒ (x)}{\partial X_{α}} = \sum_{n}^{T_{t c v}} - \frac{2 (X_{α} - A_{α n}) {(D_{n} - \sqrt{\sum_{i}^{T_{d i m}} {(X_{i} - A_{i n})}^{2}})}^{2}}{\sqrt{\sum_{i}^{T_{d i m}} {(X_{i} - A_{i n})}^{2}}}$
Insbesondere ist die Verwendung von Kalibrierungsstandort-Transceivern 20 zum Bestimmen des Standortes der Kalibrierungsvorrichtung 12 und somit des Satzes von Kalibrierungsstandorten lediglich beispielhaft. Jedes geeignete Verfahren zum Bestimmen des Standortes der Kalibrierungsvorrichtung 12 kann verwendet werden, ohne von den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Unter Bezugnahme auf die vorstehend erörterten 1-4 kann das Indoor-Ortungsdienstsystem 10 kalibriert werden, indem ein Kalibrierungsbakensignal von der Kalibrierungsvorrichtung 12 an einer Anzahl von Kalibrierungsstandorten innerhalb der Innenraumumgebung 22 bereitgestellt wird, die durch das Indoor-Ortungsdienstsystem 10 bedient werden. Jedes Mal, wenn ein Kalibrierungsbakensignal von der Kalibrierungsvorrichtung 12 bereitgestellt wird, wird von jedem einzelnen der Empfänger 14 eine RSSI-Kalibrierungsmessung vorgenommen. Dann kann eine genaue Beziehung zwischen dem Standort der Kalibrierungsvorrichtung 12 und dem RSSI des dadurch an jedem einzelnen der Empfänger 14 bereitgestellten Kalibrierungsbakensignals erhalten werden, und wird hier als ein räumlicher RSSI-Fingerabdruck bezeichnet. Dieser räumliche RSSI-Fingerabdruck kann verwendet werden, um den Standort der ortbaren Vorrichtung 16 basierend auf einem Bakensignal zu bestimmen, das von der ortbaren Vorrichtung 16 bereitgestellt wird. In verschiedenen Ausführungsformen kann der räumliche RSSI-Fingerabdruck ein Satz von Trainingseingaben für ein neuronales Netzwerk sein, einschließlich des Satzes von Kalibrierungsstandorten, des Satzes von RSSI-Kalibrierungsmessungen und des Satzes von Empfängerstandorten. Ferner kann der räumliche RSSI-Fingerabdruck ein Satz von Trainingseingaben für ein neuronales Netzwerk sein, einschließlich nur eines Anteils des Satzes von Kalibrierungsstandorten, des Satzes von RSSI-Kalibrierungsmessungen und der Empfängerstandorte. Die verbleibenden Anteile des Satzes von Kalibrierungsstellen und des Satzes von RSSI-Kalibrierungsmessungen können als Verifizierungseingaben für das neuronale Netz verwendet werden.
Der Satz von Empfängerstandorten kann im Voraus bekannt sein (d. h. dem Indoor-Ortungsdienstsystem 10 bereitgestellt werden) oder basierend auf dem Satz von Kalibrierungsstandorten und dem Satz von RSSI-Kalibrierungsmessungen bestimmt werden. Dementsprechend ist 5 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Kalibrieren des Indoor-Ortungsdienstsystems 10 gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht, bei dem der Satz von Empfängerstandorten basierend auf dem Satz von Kalibrierungsstandorten und dem Satz von RSSI-Kalibrierungsmessungen bestimmt wird. Der Prozess beginnt erneut mit einem Satz von Kalibrierungsstandorten (Schritt 200) und einem Satz von RSSI-Kalibrierungsmessungen (202), die wie vorstehend erörtert erhalten werden können. Ein Standort von jedem einzelnen der Empfänger 14 wird dann aus dem Satz von Kalibrierungsstandorten und dem Satz von RSSI-Kalibrierungsmessungen geschätzt (Schritt 204). Diese Schätzung kann unter Bezugnahme auf den Freiraumpfadverlust des Kalibrierungsbakensignals an mehreren Kalibrierungsstandorten in Bezug auf einen bestimmten Empfänger 14 erfolgen. Der Freiraum pfadverlust eines Signals wird nach den Gleichungen (4) bis (6) definiert: $R S S I = - 10 * n * l o g_{10} (d) + C + N o i s e$
$d = \sqrt{{(x_{r c v} - x_{c l b})}^{2} + {(y_{r c v} - y_{c l b})}^{2} + {(z_{r c v} - z_{c l b})}^{2}}$
$N o i s e = N (μ, σ^{2})$
wobei n der Ausbreitungsfaktor des Kalibrierungsbakensignals ist, C eine Kalibrierungskonstante gleich einem RSSI des Kalibrierungsbakensignals in einer Entfernung von einem Meter ist (~60 dB in einer Ausführungsform), x_rcv, y_rcv, z_rcv die Koordinaten der Position des Empfängers 14 sind, X_clb, y_clb, z_clb die Koordinaten der Position der Kalibriervorrichtung 12 sind, µ = 0, und σ die Standardabweichung ist.
Der Wert von n, C, Rauschen, und X_clb, y_clb, z_clb sind bekannt. Während z_rcv auf einen bestimmten Wert fixiert ist (z. B. 1,5 m oder ungefähr die Höhe, auf der die Kalibrierungsvorrichtung 12 während der Kalibrierung gehalten wird), können Werte für x_rcv und y_rcv mit einer Kurvenanpassung gefunden werden. Die Werte für x_rcv und y_rcv sind die geschätzte Position des Empfängers 14.
Der geschätzte Standort jedes Empfängers 14 kann dann basierend auf einer Benutzereingabe (Schritt 208) und/oder einem Satz von Empfängerstandorten (Schritt 210) verfeinert werden (Schritt 206). In einem Ausführungsbeispiel wird einem Benutzer eine graphische Benutzeroberfläche präsentiert, die einen geschätzten Standort jedes einzelnen der Empfänger 14 zeigt. Ein Benutzer kann dann einen Standort jedes einzelnen der Empfänger 14 so verfeinern, dass dessen tatsächlicher Standort genau wiedergegeben wird. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird dem Indoor-Ortungsdienstsystem 10 ein Satz von Empfängerstandorten bereitgestellt. Der Satz von Empfängerstandorten kann beispielsweise aus Bauplänen oder dergleichen erhalten werden. Der Satz von Empfängerstandorten kann einen Standort angeben, an dem erwartet wird, dass sich ein Empfänger 14 befindet. Dies kann von einer Position von Beleuchtungskörpern 18 abgeleitet werden, in die, wie vorstehend erörtert, die Empfänger 14 integriert sein können. Mit Kenntnis darüber, wo sich die Empfänger 14 in einem Raum befinden sollten, kann der geschätzte Standort jedes Empfängers 14 verfeinert werden.
In einer Ausführungsform, bei der Orte, an denen die Empfänger 14 im Voraus bekannt sind, aber der tatsächliche Standort eines der Empfänger 14 nicht bekannt ist, wird der Satz bekannter Empfängerstandorte G gemäß Gleichung (7) ausgedrückt: $G = {G_{1}, G_{2}, \dots, G_{n}}$
eine Reihe von geschätzten, vorstehend erhaltenen Empfängerstandorten L wird gemäß Gleichung (8) ausgedrückt: $F = {F_{1}, F_{2}, \dots, F_{m}}$
Jeder der Empfängerstandorte G_i, und jeder einzelne des Satzes der geschätzten Empfängerstandorte L_j sind dreidimensionale Koordinaten, wie in Gleichung (9) ausgedrückt: $\begin{array}{l} G_{i} = {[x, y, z]}_{i} \\ F_{j} = {[x, y, z]}_{j} \end{array}$
Eine Kostenfunktion ist definiert als der euklidische Abstand der L2-Norm wie in
Gleichung (10): $D_{m n} = \sqrt{\sum_{i = x, y, z} {(G_{m i} - F_{n i})}^{2}}$
Für jede Permutation von G_i in F_j wird die Kostenfunktion berechnet und werden die niedrigsten Kosten für das gesamte System ermittelt. Dies erfordert das Testen von P(n, m) * m Entfernungskosten, wobei P(n, m) nach Gleichung (11) definiert ist: $P (n, m) = \frac{n!}{(n - m)!}$
Ein solcher Ansatz divergiert schnell und ist unter Umständen mit normaler Rechenleistung nicht erreichbar.
Eine Optimierung des obigen Ansatzes kann wie folgt bereitgestellt werden. Zunächst wird eine vollständige Kostenmatrix für jede Kombination aus Empfängerstandort G_i und geschätztem Empfängerstandort F_j berechnet. Wenn zum Beispiel G_i bereitgestellt wird als:

I x y z

1 5,00 5,00 3,00

2 5,00 10,00 3,00

3 10,00 5,00 3,00

4 10,00 10,00 3,00

5 15,00 5,00 3,00

und F_j bereitgestellt wird als:

j x[m] y[m] z[m]

1 4,00 4,00 3,00

2 6,00 6,00 3,00

3 9,00 4,00 3,00

4 11,00 9,00 3,00

kann eine vollständige Kostenmatrix unter Verwendung der Gleichung (1) für jede Zelle wie folgt berechnet werden:

j=1 j=2 j=3 j=4

i=1 1,41 1,41 4.12 7,21

i=2 6,08 4,12 7,21 6,08

i=3 6,08 4,12 1,41 4,12

i=4 8,49 5,66 6,08 1,41

i=5 11,05 9,06 6,08 5,66
Für jede Spalte in der vollständigen Kostenmatrix wird die unterste Zeile ausgewählt. Dadurch wird effektiv für jeden der nächstgelegene Empfängerstandort G_i für jeden geschätzten Empfängerstandort F_j. Die Ergebnisse hierfür sind [1,1,3,4], was bedeutet, dass nur geschätzte Empfängerstandorte F₃ und F₄ eindeutig den Empfängerstandorten G₃, bzw. G₄ entsprechen. Beide geschätzten Empfängerstandorte F₁ und F₂ entsprechen dem Empfängerstandort G₁. Alle geschätzten Empfängerstandorte F_j, für die der vorstehend genannte Prozess denselben korrelierten Empfängerstandort G_i bereitstellt, werden gruppiert. Zum Beispiel werden die geschätzten Empfängerstandorte F₁ und F₂ zu einer Gruppe mit Empfängerstandort G₁, hinzugefügt, um die Gruppe RG₁ = (F₁, F₂, G₁) bereitzustellen.
Der nächstgelegene Empfängerstandort G_i für jeden geschätzten Empfängerstandort F_j in der Gruppe wird dann zur Gruppe hinzugefügt. Zum Beispiel ist der zu den beiden Empfängerstandorten F₁ und F₂ nächstgelegene Empfängerstandort G_i der Empfängerstandort G₂, so dass der Empfängerstandort G₂ zur Gruppe RG₁ = (F₁, F₂, G₁, G₂) hinzugefügt wird. Nun wird die Kostenmatrix für alle Permutationen von RG₁ berechnet. In Anlehnung an das aktuelle Beispiel berechnet sich die Kostenmatrix wie folgt:

(F₁, G₁) (F₂, G₂) (F₁, G₂) (F₂, G₁)

5,537 7,50
Da Spalte 1 die niedrigsten Kosten bereitstellt, bedeutet dies, dass der geschätzte Empfängerstandort F₁ mit dem Empfängerstandort G₁ korreliert und der geschätzte Empfängerstandort F₂ mit dem Standort des Empfängers G₂ korreliert. Auf diese Weise können die geschätzten Empfängerstandorte F_j mit einem Satz bekannter Empfängerstandorte G_i verfeinert werden.
Schließlich kann ein räumlicher RSSI-Fingerabdruck unter Verwendung der Kalibrierungsstandorte, der RSSI-Kalibrierungsmessungen und der Empfängerstandorte generiert werden (Schritt 212). Dies kann erreicht werden wie vorstehend erörtert. Ein neuronales Netzwerk kann unter Verwendung des räumlichen RSSI-Fingerabdrucks einschließlich der Kalibrierungsstandorte, der RSSI-Kalibrierungsmessungen und der wie vorstehend erörtert erhaltenen Empfängerstandorte trainiert werden, so dass das neuronale Netzwerk in der Lage ist, einen Standort der ortbaren Vorrichtung 16 basierend auf einem RSSI eines Bakensignals, das von der ortbaren Vorrichtung 16 bereitgestellt wird, gemessen an jedem einzelnen der Empfänger 14, genau zu schätzen. In einer Ausführungsform kann das neuronale Netzwerk unter Verwendung von virtualisierten Daten, die gemäß der vorstehenden Gleichung (4) erhalten wurden, vorab trainiert werden. Der Wert von n, C, und Rauschen sind bekannt. Weiterhin sind der Standort jedes Empfängers 14 und damit deren Koordinaten x_rcv, y_rcv, z_rcv bekannt. Unter Verwendung eines virtualisierten Kalibrierungsstandorts mit den Koordinaten X_clb, y_clb, z_clb kann ein virtualisierter RSSI-Wert berechnet werden. Dieser Schätzwert für den RSSI an einem bestimmten Kalibrierungsstandort X_clb, V_clb, z_clb kann dazu verwendet werden, das neuronale Netz vorzutrainieren. Obwohl diese Daten nicht so genau sind wie die, die durch den vorstehend erörterten Kalibrierungsprozess erhalten werden, können sie dennoch die Menge der Trainingsdaten für das neuronale Netz und somit dessen Genauigkeit erheblich erhöhen.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen eines Standorts der ortbaren Vorrichtung 16 in dem Indoor-Ortungsdienstsystem 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Der Prozess beginnt mit einer oder mehreren RSSI-Messungen (Schritt 300) eines Bakensignals, das von der ortbaren Vorrichtung 16 bereitgestellt wird. Die eine oder die mehreren RSSI-Messungen werden an jedem einzelnen der Empfänger 14 vorgenommen. Basierend auf der einen oder den mehreren RSSI-Messungen und dem vorstehend erörterten räumlichen RSSI-Fingerabdruck kann ein Standort der ortbaren Vorrichtung 16 geschätzt werden (Schritt 302). Wie vorstehend erörtert, kann dies das Bereitstellen der einen oder mehreren RSSI-Messungen an ein neuronales Netzwerk beinhalten, das unter Verwendung des räumlichen RSSI-Fingerabdrucks trainiert wurde oder unter Verwendung eines Anteils des RSSI-Fingerabdrucks trainiert und unter Verwendung eines verbleibenden Anteils des RSSI-Fingerabdrucks verifiziert wurde. Schließlich kann der geschätzte Standort an die ortbare Vorrichtung 16 zurück bereitgestellt werden (Schritt 304). Dies kann bestimmte Anwendungen auf der ortbaren Vorrichtung 16 ermöglichen, wie beispielsweise Indoor-Navigationsanwendungen.
7 ist ein Diagramm, das Details der Kalibrierungsvorrichtung 12 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Die Kalibrierungsvorrichtung 12 beinhaltet einen Speicher 24, eine Verarbeitungsschaltung 26, eine Bakensignalübertragungsschaltung 28, eine Standorterfassungsschaltung 30 und eine Kommunikationsschaltung 32. Die Verarbeitungsschaltung 26 ist an den Speicher 24, die Bakensignalübertragungsschaltung 28, die Standorterfassungsschaltung 30 und die Kommunikationsschaltung 32 gekoppelt. Der Speicher 24 speichert Anweisungen, die, wenn sie durch die Verarbeitungsschaltung 26 ausgeführt werden, bewirken, dass die Kalibrierungsvorrichtung 12 die vorstehend erörterte Funktionalität ausführt, um das Indoor-Ortungsdienstsystem 10 zu kalibrieren. Die Bakensignalübertragungsschaltung 28 ist dazu konfiguriert, als Reaktion auf Anweisungen von der Verarbeitungsschaltung 26 ein Konfigurations-Bakensignal zu übertragen. Die Standorterfassungsschaltung 30 ist dazu konfiguriert, einen Standort der Kalibrierungsvorrichtung 12 als Reaktion auf Anweisungen von der Verarbeitungsschaltung 26 zu bestimmen. Die Kommunikationsschaltung 32 ermöglicht es der Kalibrierungsvorrichtung 12, mit einer oder mehreren anderen Vorrichtungen zu kommunizieren.
8 ist ein Diagramm, das Details der ortbaren Vorrichtung 16 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Die ortbare Vorrichtung 16 beinhaltet einen Speicher 34, eine Verarbeitungsschaltung 36, eine Bakensignalübertragungsschaltung 38 und eine Kommunikationsschaltung 40. Die Verarbeitungsschaltung 36 ist mit dem Speicher 34, der Bakenübertragungsschaltung 38 und der Kommunikationsschaltung 40 gekoppelt. Der Speicher 34 speichert Anweisungen, die, wenn sie durch die Verarbeitungsschaltung 36 ausgeführt werden, bewirken, dass die ortbare Vorrichtung 16 die vorstehend erörterte Funktionalität ausführt, um die ortbare Vorrichtung 16 in dem Indoor-Ortungsdienstsystem 10 zu orten. Die Bakenübertragungsschaltung 38 ist dazu konfiguriert, ein Bakensignal als Reaktion auf Anweisungen von der Verarbeitungsschaltung 36 zu übertragen. Die Kommunikationsschaltung 40 ermöglicht es der ortbaren Vorrichtung 16, mit einem oder mehreren anderen Vorrichtungen zu kommunizieren.
9 ist ein Diagramm, das Details eines Empfängers 14 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Der Empfänger 14 beinhaltet einen Speicher 42, eine Verarbeitungsschaltung 44, eine RSSI-Erfassungsschaltung 46 und eine Kommunikationsschaltung 48. Die Verarbeitungsschaltung 44 ist an den Speicher 42, die RSSI-Erfassungsschaltung 46 und die Kommunikationsschaltung 48 gekoppelt. Der Speicher 42 beinhaltet Anweisungen, die, wenn sie durch die Verarbeitungsschaltung 44 ausgeführt werden, bewirken, dass der Empfänger 14 die vorstehend beschriebene Funktionalität ausführt, um das Indoor-Ortungsdienstsystem 10 zu kalibrieren und die ortbare Vorrichtung 16 im Indoor-Ortungsdienstsystem 10 zu orten. Die RSSI-Erfassungsschaltung 46 ist dazu konfiguriert, einen RSSI eines Bakensignals als Reaktion auf Anweisungen von der Verarbeitungsschaltung 44 zu messen. Die Kommunikationsschaltung 46 ermöglicht dem Empfänger 14, mit einem oder mehreren anderen Vorrichtungen zu kommunizieren.
Wie vorstehend erörtert, kann der Empfänger 14 in einen Beleuchtungskörper 18 integriert sein. 10 ist ein Diagramm, das Details eines Beleuchtungskörpers 18 zeigt, der einen Empfänger 14 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält. Der Beleuchtungskörper 18 beinhaltet einen Speicher 50, eine Verarbeitungsschaltung 52, eine Sensorschaltung 54, eine RSSI-Erfassungsschaltung 56, eine Kommunikationsschaltung 58, eine Treiberschaltung 60 und eine Lichtquelle 62. Die Verarbeitungsschaltung 52 ist an den Speicher 50, die Sensorschaltung 54, die RSSI-Erfassungsschaltung 56, die Kommunikationsschaltung 58 und die Treiberschaltung 60 gekoppelt. Die Treiberschaltung 60 ist an die Lichtquelle 62 gekoppelt. Der Speicher 50 speichert Anweisungen, die, wenn sie durch die Verarbeitungsschaltung 52 ausgeführt werden, bewirken, dass der Beleuchtungskörper 18 Licht bereitstellt, das für die allgemeine Beleuchtung von der Lichtquelle 62 geeignet ist, und einen oder mehrere Lichtausgabeparameter des von der Lichtquelle 62 bereitgestellten Lichts auf der Grundlage von Benutzeranweisungen, die über die Kommunikationsschaltung 58 und/oder Sensordaten von der Sensorschaltung 54 empfangen werden, einstellt. Ferner enthält der Speicher 50 Anweisungen, die, wenn sie durch die Verarbeitungsschaltung 52 ausgeführt werden, bewirken, dass der Beleuchtungskörper 18 die vorstehend beschriebene Funktionalität ausführt, um das Indoor-Ortungsdienstsystem 10 zu kalibrieren und die ortbare Vorrichtung 16 in dem Indoor-Ortungsdienstsystem 10 zu orten. Die Sensorschaltung 54 ist dazu konfiguriert, eine oder mehrere Umgebungsbedingungen zu messen und Sensordaten an die Verarbeitungsschaltung 52 bereitzustellen. Die RSSI-Erfassungsschaltung 56 ist dazu konfiguriert, einen RSSI eines Bakensignals als Reaktion auf Anweisungen von der Verarbeitungsschaltung 52 zu messen. Die Kommunikationsschaltung 58 ermöglicht es dem Beleuchtungskörper 18, mit einem oder mehreren anderen Vorrichtungen zu kommunizieren. Die Treiberschaltung 60 stellt Signale bereit, die geeignet sind, eine gewünschte Lichtausgabe von der Lichtquelle 62 auf Grundlage von Anweisungen von der Verarbeitungsschaltung 52 zu erzeugen.
Insbesondere sind die vorstehend beschriebene Kalibrierungsvorrichtung 12, der Empfänger 14, die ortbare Vorrichtung 16 und die Beleuchtungsvorrichtung 18 lediglich beispielhaft. Der Fachmann wird verstehen, dass die Funktionalität dieser hierin beschriebenen Vorrichtungen unter Verwendung unzähliger Hardwareelemente erreicht werden kann, die hier alle in Betracht gezogen werden.
11 ist ein Anrufflussdiagramm, das einen Kommunikationsfluss zum Kalibrieren des Indoor-Ortungsdienstsystems 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Zuerst erhält die Kalibrierungsvorrichtung 12 einen eigenen Kalibrierungsstandort (Schritt 400). Wie vorstehend erörtert, kann dies die Verwendung von speziellen Konfigurationsstandort-Transceivern 20 beinhalten oder kann auf eine andere geeignete Weise erreicht werden. Der Kalibrierungsstandort der Kalibrierungsvorrichtung 12 wird dann an ein Ortungsdienstmodul 64 gesendet (Schritt 402). In einer Ausführungsform kann das Ortungsdienstmodul 64 eine diskrete Vorrichtung sein, wie beispielsweise ein Server oder ein Computersystem, das von den anderen Vorrichtungen in dem vorstehend erörterten Indoor-Ortungsdienstsystem 10 getrennt ist. In anderen Ausführungsformen kann die Funktionalität des Ortungsdienstmoduls 64 ganz oder teilweise in der Kalibrierungsvorrichtung 12, einem oder mehreren Empfängern 14, der ortbaren Vorrichtung 16 oder einem oder mehreren Beleuchtungskörpern 18 bereitgestellt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Funktionalität des Ortungsdienstmoduls 64 über verteiltes Rechnen durch mehrere der vorstehend genannten Vorrichtungen in dem Indoor-Ortungsdienstsystem 10 bereitgestellt werden.
Als nächstes wird ein Kalibrierungsbakensignal von der Kalibrierungsvorrichtung 10 übertragen (Schritt 404). Das Kalibrierungsbakensignal wird an jedem einzelnen der Empfänger 14 in unterschiedlichem Ausmaß empfangen. An jedem einzelnen der Empfänger 14 wird ein RSSI des Kalibrierungsbakensignals gemessen (Schritt 406). Der gemessene RSSI von jedem einzelnen der Empfänger 14 wird dann an das Ortungsdienstmodul 64 gesendet (Schritt 408). Insbesondere wird die Kalibrierungsvorrichtung 12 zu mehreren verschiedenen Kalibrierungsstandorten bewegt und die Schritte 400 bis 408 werden mehrmals wiederholt, so dass das Ortungsdienstmodul 64 RSSI-Messungen des Kalibrierungsbakensignals an mehreren Kalibrierungsstandorten hat. Das Kalibrieren des Indoor-Ortungsdienstsystems 10 unter Verwendung einer großen Anzahl von RSSI-Messungen des Kalibrierungsbakensignals an einer großen Anzahl von Kalibrierungsstandorten kann ein hohes Maß an Genauigkeit bereitstellen. Schließlich generiert das Ortungsdienstmodul 64 den räumlichen RSSI-Fingerabdruck, wie vorstehend erörtert (Schritt 410). Mit nochmaliger Bezugnahme auf das Vorstehende, dies kann das Trainieren eines neuronalen Netzes unter Verwendung der RSSI-Messungen des Kalibrierungsbakensignals, der Kalibrierungsstandorte und der Standorte der Empfänger umfassen, die unter Umständen dem Ortungsdienstmodul 64 bekannt sind oder durch das Ortungsdienstmodul 64 aus den RSSI-Messungen des Kalibrierungsbakensignals und der Kalibrierungsstandorte bestimmt werden, wie vorstehend erörtert.
Insbesondere ist der in 11 veranschaulichte Kommunikationsfluss lediglich beispielhaft. Es gibt nahezu endlose Möglichkeiten, die Funktionalität des vorstehend erörterten Indoor-Ortungsdienstsystems 10 zu erreichen, die hier alle in Betracht gezogen werden.
12 ist ein Diagramm, das Details des Ortungsdienstmoduls 64 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Das Ortungsdienstmodul 64 beinhaltet einen Speicher 66, eine Verarbeitungsschaltung 68, eine RSSI-Fingerabdruck-Schaltung 70 und eine Kommunikationsschaltung 72. Die Verarbeitungsschaltung ist mit dem Speicher 66, der RSSI-Fingerabdruck-Schaltung 70 und der Kommunikationsschaltung 72 gekoppelt. Der Speicher 66 speichert Anweisungen, die, wenn sie durch die Verarbeitungsschaltung 68 ausgeführt werden, bewirken, dass das Ortungsdienstmodul 64 die vorstehend erörterte Funktionalität ausführt, um das Indoor-Ortungsdienstsystem 10 zu kalibrieren und die ortbare Vorrichtung 16 in dem Indoor-Ortungsdienstsystem 10 zu orten. Die RSSI-Fingerabdruck-Schaltung 70 ist dazu konfiguriert, den räumlichen RSSI-Fingerabdruck wie oben erörtert als Reaktion auf Anweisungen von der Verarbeitungsschaltung 68 zu erzeugen. Die Kommunikationsschaltung 72 ermöglicht es dem Ortungsdienstmodul 64, mit einem oder mehreren anderen Vorrichtungen zu kommunizieren.
13 ist ein Anrufflussdiagramm, das einen Kommunikationsfluss zum Orten der ortbaren Vorrichtung 16 in dem Indoor-Ortungsdienstsystem 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Der folgende Prozess geht davon aus, dass das Indoor-Ortungsdienstsystem 10 bereits wie vorstehend erörtert kalibriert wurde. Zuerst stellt die ortbare Vorrichtung 16 ein Bakensignal bereit (Schritt 500). Das Bakensignal wird von jedem einzelnen der Empfänger 14 in unterschiedlichem Ausmaß empfangen. An jedem einzelnen der Empfänger 14 wird ein RSSI des Bakensignals gemessen (Schritt 502). Der gemessene RSSI von jedem einzelnen der Empfänger 14 wird dann an das Ortungsdienstmodul 64 gesendet (Schritt 504). Insbesondere kann jeder einzelne der Empfänger 14 mehrere Messungen des RSSI des Bakensignals von der ortbaren Vorrichtung 16 vornehmen, die alle dem Ortungsdienstmodul 64 bereitgestellt werden können. Das Ortungsdienstmodul 64 verwendet den RSSI des Bakensignals, der an jedem einzelnen der Empfänger 14 gemessen wird, zusammen mit dem vorstehend erörterten räumlichen RSSI-Fingerabdruck, um einen Standort der ortbaren Vorrichtung 16 zu schätzen (Schritt 506). Der geschätzte Standort der ortbaren Vorrichtung 16 kann in einigen Ausführungsformen an die ortbare Vorrichtung 16 zurück übertragen werden (Schritt 508).
Zuerst das Kalibrieren des Indoor-Ortungsdienstsystems 10, um den räumlichen RSSI-Fingerabdruck zu erhalten, und dann das Verwenden des räumlichen RSSI-Fingerabdrucks, um die ortbare Vorrichtung 16 zu orten, ermöglicht es dem Indoor-Ortungsdienstsystem 10, einen hochgenauen Standort der ortbaren Vorrichtung 16 zu erhalten. Dies kann in verschiedenen Anwendungen nützlich sein, z. B. bei der Verfolgung von Vermögenswerten (bei der die ortbare Vorrichtung 16 an einem Objekt angebracht ist, das verfolgt werden soll), bei der Verfolgung von Personen (bei der sich die ortbare Vorrichtung 16 in einem Ausweis befindet oder in eine mobile elektronische Vorrichtung integriert ist, die von der Person getragen wird) oder für Innenraumnavigation. Da die hier erörterten Bakensignale BLE-Bakensignale sein können, die von einer sehr großen Anzahl von Verbrauchervorrichtungen bereitgestellt werden können, kann das Indoor-Ortungsdienstsystem 10 mit einer großen Anzahl von existierenden Vorrichtungen kompatibel und somit leicht adaptierbar sein.
Die hierin erörterten Verfahren zum Erhalten des Standorts der ortbaren Vorrichtung 16 können mittels eines nichtflüchtigen computerlesbaren Mediums ausgeführt werden, das Anweisungen enthält, die, wenn sie durch einen Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, die vorstehend erörterten Schritte auszuführen. Insbesondere kann ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium Anweisungen enthalten, die, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, die Kalibrierungsvorrichtung 12 anzuweisen, ein Kalibrierungssignal an der Vielzahl von Kalibrierungsstandorten bereitzustellen, die Vielzahl von Empfängern 14 anzuweisen, eine empfangene Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals für jeden einzelnen der Vielzahl von Kalibrierungsstandorten zu messen, die Vielzahl von Empfängern 14 anzuweisen, eine empfangene Signalstärke eines von der ortbaren Vorrichtung 16 bereitgestellten Bakensignals zu messen, und einen Standort der ortbaren Vorrichtung 16 basierend auf der empfangenen Signalstärke des Bakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern, der empfangenen Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern für jeden einzelnen der Vielzahl von Kalibrierungsstandorten, und einem Standort von jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern zu schätzen. Weitere Einzelheiten der vorstehend erörterten Verfahren können auf dieselbe Weise erreicht werden.
Fachleute werden Verbesserungen und Modifikationen der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erkennen. Alle diese Verbesserungen und Modifikationen werden als innerhalb des Schutzumfangs der hierin offenbarten Konzepte und der folgenden Ansprüche liegend betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 16279471 [0001]

Claims

Verfahren, umfassend: • Bereitstellen eines Kalibrierungsbakensignals von einer Kalibrierungsvorrichtung; • Messen einer Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen einer Vielzahl von Empfängern; • Messen einer Signalstärke eines Bakensignals, das von einer Vorrichtung an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern bereitgestellt wird; und • Schätzen eines Standorts der Vorrichtung basierend auf der Signalstärke des Bakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern und der Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Schätzen eines Standorts jedes einzelnen der Vielzahl von Empfängern basierend auf der Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner das Verfeinern des geschätzten Standorts jedes einzelnen der Vielzahl von Empfängern basierend auf einem Satz bekannter Empfängerstandorte umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner das Verfeinern des geschätzten Standorts jedes einzelnen der Vielzahl von Empfängern basierend auf einer Benutzereingabe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner das Verfeinern des geschätzten Standorts jedes einzelnen der Vielzahl von Empfängern basierend auf einer Benutzereingabe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kalibrierungsbakensignal und das Bakensignal Bluetooth-Low-Energy-(BLE)-Signale sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: • das Bereitstellen des Kalibrierungsbakensignals das Bereitstellen des Kalibrierungsbakensignals von der Kalibrierungsvorrichtung an einer Vielzahl von Kalibrierungsstandorten umfasst; und • das Messen der Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals das Messen der Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern für jeden einzelnen der Vielzahl von Kalibrierungsstandorten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Schätzen des Standorts der Vorrichtung umfasst: • Trainieren eines neuronalen Netzes unter Verwendung der Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern für jeden einzelnen der Vielzahl von Kalibrierungsstandorten; und • Bereitstellen der Signalstärke des Bakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern an das neuronale Netz, um einen geschätzten Standort der Vorrichtung zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner das Schätzen eines Standorts jedes einzelnen der Vielzahl von Empfängern basierend auf der Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern für jeden einzelnen der Vielzahl von Kalibrierungsstandorten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner das Erhalten der Vielzahl von Kalibrierstandorten an der Kalibrierungsvorrichtung umfasst.
Indoor-Ortungsdienstsystem, umfassend: • eine Vielzahl von Empfängern, die jeweils dazu konfiguriert sind, • eine Signalstärke eines Kalibrierungsbakensignals zu messen und Signalstärkemessungen des Kalibrierungsbakensignals bereitzustellen; und • eine Signalstärke eines Bakensignals zu messen, das von einer Vorrichtung bereitgestellt wird, und Signalstärkemessungen des Bakensignals bereitzustellen; • eine Kalibrierungsvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, das Kalibrierungsbakensignal bereitzustellen; und • ein Indoor-Ortungsdienstmodul, das dazu konfiguriert ist, einen Standort der Vorrichtung basierend auf den Signalstärkemessungen des Bakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern und den Signalstärkemessungen des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern zu schätzen.
Indoor-Ortungsdienstsystem nach Anspruch 11, wobei das Indoor-Ortungsdienstmodul ferner dazu konfiguriert ist, einen Standort jedes Empfängers basierend auf den Signalstärkemessungen des Kalibrierungsbakensignals an jedem Empfänger zu schätzen.
Indoor-Ortungsdienstsystem nach Anspruch 12, wobei das Indoor-Ortungsdienstmodul ferner konfiguriert ist, um den geschätzten Ort jedes Empfängers basierend auf einem Satz bekannter Empfängerorte zu verfeinern.
Indoor-Ortungsdienstsystem nach Anspruch 13, wobei das Indoor-Ortungsdienstmodul ferner dazu konfiguriert ist, den geschätzten Standort jedes Empfängers basierend auf einer Benutzereingabe zu verfeinern.
Indoor-Ortungsdienstsystem nach Anspruch 12, wobei das Indoor-Ortungsdienstmodul ferner dazu konfiguriert ist, den geschätzten Standort jedes Empfängers basierend auf einer Benutzereingabe zu verfeinern.
Indoor-Ortungsdienstsystem nach Anspruch 11, wobei das Kalibrierungsbakensignal und das Bakensignal Bluetooth-Low-Energy-(BLE)-Signale sind.
Indoor-Ortungsdienstsystem nach Anspruch 11, wobei die Kalibrierungsvorrichtung dazu konfiguriert ist, das Kalibrierungsbakensignal an einer Vielzahl von Kalibrierungsstandorten bereitzustellen und die Vielzahl von Kalibrierungsstandorten an das Indoor-Ortungsdienstmodul bereitzustellen.
Indoor-Ortungsdienstsystem nach Anspruch 11, das ferner eine Vielzahl von Beleuchtungskörpern umfasst, wobei jeder einzelne der Vielzahl von Empfängern in einen anderen der Vielzahl von Beleuchtungskörpern integriert ist und das Indoor-Ortungsdienstmodul ein verteiltes System in jedem einzelnen der Vielzahl von Beleuchtungskörpern ist.
Indoor-Ortungsdienstsystem nach Anspruch 11, wobei das Schätzen des Standorts der Vorrichtung umfasst: • Trainieren eines neuronalen Netzes unter Verwendung der Signalstärkemessungen des Kalibrierungsbakensignals an jedem Empfänger und einem Standort jedes Empfängers; und • Bereitstellen der Signalstärkemessungen des Bakensignals an jedem Empfänger an das neuronale Netzwerk, um einen geschätzten Standort der Vorrichtung zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend das Schätzen des Standorts jedes Empfängers basierend auf den Signalstärkemessungen des Kalibrierungsbakensignals an jedem Empfänger für jeden einzelnen einer Vielzahl von Kalibrierungsstandorten.
Verfahren, umfassend: • Bereitstellen eines Kalibrierungsbakensignals von einer Kalibrierungsvorrichtung an einer Vielzahl von Kalibrierungsstandorten; • Messen einer empfangenen Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen einer Vielzahl von Empfängern für jeden einzelnen der Vielzahl von Kalibrierungsstandorten; • Messen einer empfangenen Signalstärke eines Bakensignals, das von einer ortbaren Vorrichtung an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern bereitgestellt wird; und • Schätzen eines Standorts der ortbaren Vorrichtung basierend auf der empfangenen Signalstärke des Bakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern, der empfangenen Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern für jeden einzelnen der Vielzahl von einzelnen Kalibrierungsstandorten und einen Standort von jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern, wobei jeder einzelne der Vielzahl von Empfängern in einen anderen von einer Vielzahl von Beleuchtungskörpern integriert ist.
Verfahren nach Anspruch 21, das ferner das Schätzen des Standorts jedes einzelnen der Vielzahl von Empfängern basierend auf der empfangenen Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern für jeden einzelnen der Vielzahl von Kalibrierungsstandorten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, das ferner das Verfeinern des geschätzten Standorts jedes einzelnen der Vielzahl von Empfängern basierend auf einem Satz bekannter Empfängerstandorte umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23, das ferner das Verfeinern des geschätzten Standorts jedes einzelnen der Vielzahl von Empfängern basierend auf einer Benutzereingabe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, das ferner das Verfeinern des geschätzten Standorts jedes einzelnen der Vielzahl von Empfängern basierend auf einer Benutzereingabe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Kalibrierungsbakensignal und das Bakensignal Bluetooth-Low-Energy-(BLE)-Signale sind.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Schätzen des Standorts der ortbaren Vorrichtung umfasst: • Trainieren eines neuronalen Netzes unter Verwendung der empfangenen Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern für jeden einzelnen der Vielzahl von Kalibrierungsstandorten und den Standort jedes einzelnen der Vielzahl von Empfängern; und • Bereitstellen der empfangenen Signalstärke des Bakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern an das neuronale Netz, um einen geschätzten Standort der Vorrichtung zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 27, das ferner das Schätzen des Standorts jedes einzelnen der Vielzahl von Empfängern basierend auf der empfangenen Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern für jeden einzelnen der Vielzahl von Kalibrierungsstandorten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 21, das ferner das Erhalten der Vielzahl von Kalibrierstandorten an der Kalibrierungsvorrichtung umfasst.
Indoor-Ortungsdienstsystem, umfassend: • ein Indoor-Ortungsdienstmodul; • eine Vielzahl von Beleuchtungskörpern, die jeweils einen Empfänger umfassen, wobei der Empfänger konfiguriert ist, um: • eine empfangene Signalstärke eines Kalibrierungsbakensignals zu messen und empfangene Signalstärkemessungen des Kalibrierungsbakensignals an das Indoor-Ortungsdienstmodul bereitzustellen; und • eine empfangene Signalstärke eines Bakensignals zu messen, das von einer ortbaren Vorrichtung bereitgestellt wird, und empfangene Signalstärkemessungen des Bakensignals an das Indoor-Ortungsdienstmodul bereitzustellen; und • eine Kalibrierungsvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, das Kalibrierungsbakensignal an einer Vielzahl von Kalibrierungsstandorten bereitzustellen und die Vielzahl von Kalibrierungsstandorten dem Indoor-Ortungsdienstmodul bereitzustellen, wobei das Indoor-Ortungsdienstmodul dazu konfiguriert ist, einen Standort der ortbaren Vorrichtung basierend auf den empfangenen Signalstärkemessungen des Bakensignals an jedem Empfänger, den empfangenen Signalstärkemessungen des Kalibrierungsbakensignals an jedem Empfänger für jeden einzelnen der Vielzahl von Kalibrierungsstandorten, und einen Standort von jedem einzelnen der Empfänger zu schätzen.
Indoor-Ortungsdienstsystem nach Anspruch 30, wobei das Indoor-Ortungsdienstmodul ferner dazu konfiguriert ist, einen Standort jedes Empfängers basierend auf den empfangenen Signalstärkemessungen des Kalibrierungsbakensignals an jedem Empfänger für jedes einzelne der Kalibrierungsbakensignale zu schätzen.
Indoor-Ortungsdienstsystem nach Anspruch 31, wobei das Indoor-Ortungsdienstmodul ferner dazu konfiguriert ist, den geschätzten Standort jedes Empfängers basierend auf einem Satz bekannter Empfängerstandorte zu verfeinern.
Indoor-Ortungsdienstsystem nach Anspruch 32, wobei das Indoor-Ortungsdienstmodul ferner dazu konfiguriert ist, den geschätzten Standort jedes Empfängers basierend auf einer Benutzereingabe zu verfeinern.
Indoor-Ortungsdienstsystem nach Anspruch 31, wobei das Indoor-Ortungsdienstmodul ferner dazu konfiguriert ist, den geschätzten Standort jedes Empfängers basierend auf einer Benutzereingabe zu verfeinern.
Indoor-Ortungsdienstsystem nach Anspruch 30, wobei das Kalibrierungsbakensignal und das Bakensignal Bluetooth-Low-Energy-(BLE)-Signale sind.
Indoor-Ortungsdienstsystem nach Anspruch 30, wobei das Indoor-Ortungsdienstmodul ein verteiltes System in jedem einzelnen der Vielzahl von Beleuchtungskörpern ist.
Indoor-Ortungsdienstsystem nach Anspruch 30, wobei das Schätzen des Standorts der ortbaren Vorrichtung umfasst: • Trainieren eines neuronalen Netzes unter Verwendung der empfangenen Signalstärkemessungen des Kalibrierungsbakensignals an jedem Empfänger für jeden einzelnen der Vielzahl von Kalibrierungsstandorten und den Standort jedes Empfängers; und • Bereitstellen der empfangenen Signalstärkemessungen des Bakensignals an jedem Empfänger an das neuronale Netzwerk, um einen geschätzten Standort der Vorrichtung zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 37, ferner umfassend das Schätzen des Standorts jedes Empfängers basierend auf den empfangenen Signalstärkemessungen des Kalibrierungsbakensignals an jedem Empfänger für jeden einzelnen der Vielzahl von Kalibrierungsstandorten.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Kalibrierungsvorrichtung ferner dazu konfiguriert ist, die Vielzahl von Kalibrierungsstandorten zu erhalten.
Nichtflüchtiges computerlesbares Medium, das Anweisungen enthält, die, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, • eine Kalibrierungsvorrichtung anzuweisen, ein Kalibrierungssignal an einer Vielzahl von Kalibrierungsstandorten bereitzustellen; • eine Vielzahl von Empfängern anzuweisen, eine empfangene Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals für jeden einzelnen der Vielzahl von Kalibrierungsstandorten zu messen; • die Vielzahl von Empfängern anzuweisen, eine empfangene Signalstärke eines Bakensignals, das von einer ortbaren Vorrichtung bereitgestellt wird, zu messen; und • einen Standort der ortbaren Vorrichtung basierend auf der empfangenen Signalstärke des Bakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern, der empfangenen Signalstärke des Kalibrierungsbakensignals an jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern für jeden einzelnen der Vielzahl von Kalibrierungsstandorten, und einen Standort von jedem einzelnen der Vielzahl von Empfängern zu schätzen, wobei jeder einzelne der Vielzahl von Empfängern in einen anderen von einer Vielzahl von Beleuchtungskörpern integriert ist.