WO2001018765A2 - Ortungssystem und verfahren zur standortbestimmung - Google Patents

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WO2001018765A2
WO2001018765A2 PCT/DE2000/003131 DE0003131W WO0118765A2 WO 2001018765 A2 WO2001018765 A2 WO 2001018765A2 DE 0003131 W DE0003131 W DE 0003131W WO 0118765 A2 WO0118765 A2 WO 0118765A2
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    • G01S2205/001—Transmission of position information to remote stations
    • G01S2205/008—Transmission of position information to remote stations using a mobile telephone network

Definitions

  • the invention relates to a location system and a method for determining the location of movable goods and people using a GSM network.
  • GPS Global System for Mobile Communications
  • DE 38 37 633 AI contains a location and navigation system for mobile radio stations, in which location information is formed from mobile fixed radio stations, which corresponds to the approximate location of the radio mobile stations.
  • the system has the disadvantage that only the individual base station number and possibly also field strength information of the fixed radio stations are used and further processed to determine the position.
  • DE 37 16 320 AI contains a method for determining the approximate location of a mobile radio station for the C network.
  • the base station number of the base station in question is evaluated and stored in the voice network as location information and forwarded to a central evaluation point for evaluation.
  • the method according to DE 37 16 320 AI is not suitable for GSM.
  • DE 196 51 110 AI describes a USSD positioning.
  • a location information display device identifies a cell identifier of a cell within which the mobile station moves in the digital cellular communication network.
  • the mobile station outputs the cell identifier via the device for unstructured additional service data.
  • cell labeling of a cell alone only provides an unsharp position of the mobile station.
  • DE 195 28 616 AI describes a method for radio location of a mobile station and an arrangement for carrying out the method. In this case, a direction finder is set up in each GSM cell in which location is to be carried out, preferably in the vicinity of each base station. For a wide range of applications, this requires an enormous amount of additional technical work and is not relevant in practice.
  • DE 197 21 504 C1 relates to a method and a device for determining position, in which the position of the mobile station is calculated from the distances between the mobile station and the base stations and the information is made available at least at the mobile station for display.
  • the mobile station contains a device for calculating its position from the distances to the base stations and GPS receivers in the base stations for determining the position.
  • the current specification of the location coordinates with GPS is particularly advantageous for location-variable base stations, for example special events. This solution is not required for fixed base stations since the location of the base station is known. The calculation with the parameters mentioned here is too
  • the object of the invention is therefore to provide a method and location system for determining the location of moving goods or people without additional technical effort and using existing GSM standards.
  • the object is achieved by a method using a GSM network, in which a) by means of a GSM mobile radio unit from all stationary, stationary (GSM) radio stations available at the receiving location, whose cell data and the Ta value are determined at least three times
  • the Ta values are compared with one another, checked for repeatability and rejected if a tolerance limit is exceeded,
  • GSM radio and mobile radio telephone systems
  • the digital mobile radio system designated with GSM is particularly suitable for the intended application because it already has its own data channels or standardized protocol data (GSM 03/71) for the transmission of data.
  • the GSM network consists of permanently installed transmitting and receiving stations that communicate with each other using directional radio. These transmitting and receiving stations are called cells in the telecommunications area. Each of these cells covers a geographical area and is characterized by specific cell data, such as cell identification (Ci) and a local code (La).
  • cell identification Ci
  • La local code
  • the cell phone units establish radio communication with the respective accessible cell and establish the telephone connection to the receiver via this network.
  • the timing advance value (Ta) is determined in the base station and transmitted to the mobile station.
  • the method according to the invention uses the cell information of the permanently installed transmitting and receiving stations, the Ta value and an updatable reference database in order to determine the location of a GSM mobile radio unit with high accuracy for an application.
  • the Ta value is determined at least three times from all stationary (GSM) radio stations available at the receiving location.
  • the Ta values of a base station are compared with one another, checked for repeatability and rejected if a tolerance limit is exceeded.
  • the Ta values of the fixed radio stations that are within the tolerance limit are processed further. As a result, a significantly better location determination is achieved in the first step.
  • the values determined in this way are either sent as SMS or as data information in the data transmission channel or via the standardized protocol data channel, e.g. B. LCS standard GSM 03.71 (Location Services) or via WTAI within WAP to an external evaluation unit, e.g. B. LOC server (Location Server) where the application is executed
  • the evaluation and processing device receives the location information data, uses it to update a reference database and / or converts it from updatable location data by means of the reference database
  • the received location information data are used for the update, in that the actual value is corrected to an expected value by plausibility control, preferably on the basis of movement parameters (e.g. direction, speed) and recorded in the database. Fixed measurement errors are thus compensated for.
  • Motorists with a GSM mobile radio unit activated for position determination are tracked over a certain period of time and thus their direction and speed are calculated and correlated with the plausible movement on the reference database and corrected if necessary.
  • Moves z. B. the activated and observed GSM mobile radio unit at a speed of approx. 40 km / h in one direction, it can be assumed that it is a driver or the like that moves on the road.
  • the actual value that is closest to the target value (here the street) can now be defined as a new target value for the reference database, taking into account repetition accuracy, averaging and taking into account distinctive points (curves, street corners, etc.).
  • the location system using a GSM network consists of at least one GSM mobile radio unit and an evaluation and processing device.
  • the GSM mobile radio unit is suitable for reading out the location information data that can be mapped from a radio connection with the GSM network, for selecting them if necessary, and for forwarding them to the evaluation and processing device.
  • the GSM mobile radio unit consists at least of parts of a radio or mobile radio device which enable data transmission.
  • the GSM mobile radio unit contains all the elements necessary for recording and selecting the location information data.
  • the microprocessor of the GSM mobile radio unit via an interface, for. B. (IRData, V.24 or MasterBus (data bus of the processor) connected to an evaluation and processing device.
  • the GSM mobile radio unit is connected to the person or the movable good whose position is to be determined.
  • the evaluation and processing device is suitable for exchanging data with the GSM mobile radio unit and for data received from the GSM mobile radio unit in connection with movement parameters (ie tracking the position of the GSM mobile radio unit, updating the reference database and / or using the reference database from updatable location data in location coordinates of the Convert GSM mobile unit and bring it to the application.
  • movement parameters ie tracking the position of the GSM mobile radio unit, updating the reference database and / or using the reference database from updatable location data in location coordinates of the Convert GSM mobile unit and bring it to the application.
  • the evaluation and processing unit is separated from the GSM mobile radio unit and, for this purpose, has a GSM reception unit for establishing a radio connection with the GSM mobile radio unit.
  • the evaluation and processing unit is integrated in the GSM network; the LOC server (location server), which according to the GSM standard 03/71 is already used by some, is particularly suitable for this Network operators exist. This has the option of exchanging information with all GSM base stations and has the design of a powerful computer.
  • a mobile radio telephone device a so-called cell phone
  • the location system can advantageously be used for the method according to the invention and the location system.
  • the necessary additions can be integrated into this cell phone.
  • this part can be used with the z.
  • the parts required for voice transmission can be omitted.
  • the microcontroller unit (MCU) of the GSM mobile radio unit is switched so that it can be programmed and configured when it comes into contact with the evaluation and processing device.
  • position determination with an accuracy of up to 2 m is possible within well-developed GSM networks without a satellite. Locating is not only possible outdoors, but everywhere where a GSM network is available, i.e. also in warehouses, parking garages, etc.
  • the position determination can advantageously also be achieved by pure control and is therefore independent of the actuation of the GSM mobile radio unit.
  • the locations of several GSM mobile radio units can be determined by means of the method according to the invention.
  • the respective identification data of the GSM mobile radio unit are used and exchanged with the evaluation and processing unit.
  • the location data can be actively transmitted or transmitted by the GSM mobile radio unit at fixed times or in freely selectable time periods o be called up passively. This also makes it possible to determine the location and location of the mobile radio unit.
  • the GSM mobile radio unit By coupling the GSM mobile radio unit with suitable sensors, other information can also be acquired and transmitted.
  • the GSM mobile unit is switched and programmed in such a way that it can receive and evaluate configuration data from the receiving end.
  • FIG. 1 block diagram GSM mobile radio unit with connected evaluation
  • FIG. 4 block diagram expanded mobile phone
  • Fig. 5 block diagram mobile phone with integrated evaluation
  • FIG. 1 shows a block diagram of a GSM mobile radio unit in the form of a so-called “cell phone” (portable part of the mobile radio telephone device, here a Siemens M20 device) with which communication can take place via GSM.
  • a microcontroller unit consisting of a microcontroller (MCU (AT 89C55, ATMEL)) with assigned fixed program memory (ROM), dynamic memory (RAM (64Kx8, 6424-100)) and real-time clock (RTC (PCF8583, Phillips) ) connected to the microprocessor of the mobile phone and integrated in the housing of the mobile phone.
  • the voltage regulator supplies the circuits with the necessary operating voltage.
  • the microcontroller unit communicates with the microprocessor of the mobile phone and can provide information such as data query a cell and its Ta value of the GSM network.
  • Fig. 2 shows a block diagram of a possible embodiment of an evaluation and processing device, the z. B. is supplied with data via a GSM radio link, or corresponds to the LOC server in a standard GSM network.
  • the evaluation and processing device consists of a GSM receiving unit, a cell phone including SIM card, a navigation computer (PC) and a storage device (DB) with fixed data of the GSM network and the corresponding GSM mobile radio units.
  • An input and output device is assigned to the processing device.
  • the process can also be run in a LOC server.
  • the microcontroller unit When a radio connection is established between the GSM mobile radio unit and the GSM network, the microcontroller unit (MCU) reads the location information data of the cell with which there is radio contact via the microprocessor of the GSM mobile radio unit and stores it until it is transferred to the evaluation and processing device.
  • the Ta values are evaluated either in the MCU or in the evaluation and processing device. H. At least 3 values are determined, checked for repeatability and discarded if tolerance values are exceeded. These values filtered in this way can then be passed on for updating the reference database and for referencing.
  • the GSM receiving unit accepts the evaluated or unrated location information data and forwards them to the navigation computer (PC) or LOC server for processing.
  • the received location information data are used for updating, starting from a reference database, in that the actual value is corrected to an expected value by plausibility control, preferably based on movement parameters (e.g. direction, speed) and recorded in the database.
  • movement parameters e.g. direction, speed
  • the Direction of movement and the speed of the GSM mobile radio unit tracked, compared for plausibility and, if necessary, updated the reference database. Then they can be converted into standard coordinates
  • the location coordinates can be stored temporarily or given immediately to the output device or to the application.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment with a GSM mobile radio unit connected to an interchangeable container for trucks.
  • the GSM mobile radio unit is constructed analogously to FIG. 1.
  • An extension of the control program is stored in the ROM of the microprocessor unit (MCU) in such a way that the GSM mobile radio unit switches on at fixed times and the data exchanged with the cell that can be exchanged when the mobile radio telephone is switched on is temporarily stored or transmitted to the evaluation and processing unit.
  • the swap body has a unique identifier, which is stored in the RAM of the GSM modem and can be called up by the evaluation and processing unit. The swap body can be transported by different trucks.
  • the microprocessor unit When a radio connection is established between the GSM mobile radio unit of the swap body and the GSM network, the microprocessor unit (MCU) reads out the data Ci, La and Ta of the cell with which there is radio contact, evaluates it according to the already described 1st step and saves it in RAM until transmission to an evaluation and processing device, as shown in FIG. 2.
  • the identification number of the swap body When the cell data is transmitted, the identification number of the swap body is also transmitted to the evaluation and processing device. The identification number is recorded on the receiving side and linked to the phone number of the GSM modem.
  • the GSM receiving unit takes over the cell data and the identification number and forwards this data to the navigation computer (PC) for processing.
  • PC navigation computer
  • Reference database updated if necessary and the referencing takes place
  • the location coordinates can be temporarily stored or given to the output device immediately.
  • the link with the identification number enables an exact assignment of the searched object and its tracing or location determination is possible.
  • the evaluation and processing device establishes a radio connection to the GSM mobile radio unit and the GSM mobile radio unit for query and transmission the line and identification data causes.
  • the GSM mobile unit is switched and programmed in such a way that it can receive and evaluate configuration data from the receiving end.
  • the configuration parameters are saved in RAM. If, for example, an hourly location determination is desired, the mobile unit waits 1 hour and then starts the evaluation of the GSM network information. This and any other (temperature, sensors) information is then packed into an SMS message and sent to the control center. The process is then repeated according to the specified time interval. If the GSM mobile radio unit receives the request to report immediately, the information is queried and sent immediately.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment for locating people.
  • One person is equipped with a portable mobile phone.
  • the microprocessor is connected via an interface to another microcontroller unit (MCU) with RAM, ROM and RTC.
  • MCU microcontroller unit
  • a program extension is stored in the RAM of the MCU, which causes the cell data to be recorded and exchanged with the emergency control center when the mobile phone's emergency signal is activated.
  • the emergency control center has an evaluation and processing device according to FIG. 2.
  • the emergency call center is thus able to locate the person making the emergency call.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment for determining the position for a person equipped with a mobile radio telephone.
  • a reference database of coordinates of the GSM network is stored in the ROM and the microprocessor unit of the mobile radio telephone is configured so that the location information data exchanged with the GSM network when the radio is recorded, the Ta value evaluation (1st step of increasing the accuracy) and the update of the Reference database is carried out by a plausibility check and used to reference the location information data in a global coordinate system and determine the location coordinates.
  • the location data can be stored temporarily or output immediately on the LCD.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ortungssystem und ein Verfahren zur Standortbestimmung beweglicher Güter und Personen unter Nutzung eines GSM-Netzes, bei dem a) mittels einer GSM-Mobilfunkeinheit aus allen am Empfangsort verfügbaren stationären, ortsfesten (GSM) Funkstationen, deren Zelldaten und der Ta-Wert mindestens dreimal ermittelt werden, b) die Ta-Werte miteinander verglichen, auf Wiederholgenauigkeit überprüft und bei Überschreiten einer Toleranzgrenze verworfen werden, c) die Ta-Werte, die innerhalb der Toleranzgrenze liegen, und deren Zellwerte als Ortinformationsdaten zur Aktualisierung einer Referenzdatenbank einer Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung zugeführt werden; d) und/oder mittels der Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung der Referenzdatenbank aus aktualisierbaren Standortdaten in Standortkoordinaten der GSM-Mobilfunkeinheit umgewandelt und zur Applikation gebracht werden.

Description

Ortungssystem und Verfahren zur Standortbestimmung
Die Erfindung betrifft ein Ortungssystem und ein Verfahren zur Standortbestimmung beweglicher Güter und Personen unter Nutzung eines GSM-Netzes.
Bekannt sind Ortungssysteme und Verfahren, bei denen mittels GPS die Position eines oder mehrerer Satelliten angepeilt und aus den Daten die Standortposition errechnet wird. Damit ist zwar einerseits eine sehr genaue Standortposition ermittelbar, andererseits erfordert GPS einen relativ hohen Kosten- und Energieaufwand. GSM- Systeme sind ebenfalls bekannt, aber zu ungenau.
DE 38 37 633 AI beinhaltet ein Ortungs- und Navigationssystem für mobile Funkstationen, bei dem aus zwischen mobilen ortsfesten Funkstationen Standortinformationen gebildet werden, die dem ungefähren Aufenthaltsort der Funkmobilstationen entsprechen. Das System hat den Nachteil, daß zur Ermittlung der Position lediglich die individuelle Feststationsnummer und gegebenenfalls auch Feldstärkeinformationen der ortsfesten Funkstationen verwendet und weiterverarbeitet werden.
DE 37 16 320 AI beinhaltet ein Verfahren zum Bestimmen des ungefähren Aufenthaltsortes einer mobilen Funkstation für das C-Netz. Die Feststationsnummer der betreffenden Feststation wird ausgewertet und als Ortsinformation in das Sprachnetz eingelagert und an eine zentrale Auswertestelle zur Auswertung weitergeleitet. Für GSM ist das Verfahren nach DE 37 16 320 AI nicht geeignet.
DE 196 51 110 AI beschreibt eine USSD-Positionierung. Eine Anzeigevorrichtung für Ortsinformationen identifiziert eine Zellkennzeichnung einer Zelle, innerhalb der sich die Mobilstation in dem digitalen zellularen Kommunikationsnetzwerk bewegt. Die Mobilstation gibt die Zellkennzeichnung über die Vorrichtung für unstrukturierte Zusatzdienstdaten aus. Die Zellkennzeichnung einer Zelle allein liefert aber nur eine unscharfe Ortsposition der Mobilstation. Weiterhin unterstützen nicht alle GSM- Mobilstationen USSD. In DE 195 28 616 AI ist ein Verfahren zur Funkortung einer Mobilstation und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben. Dabei wird in jeder GSM- Zelle, in der eine Ortung durchgeführt werden soll, ein Peilsender, vorzugsweise in der Nähe jeder Basisstation errichtet. Dies erfordert für eine breitgefächerte Anwendung einen enormen technischen Zusatzaufwand und ist nicht praxisrelevant.
DE 197 21 504 Cl betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung, bei der aus den Abständen zwischen der Mobilstation und den Basisstationen die Position der Mobilstation errechnet wird und die Information wenigstens an der Mobilstation zur Anzeige bereitgestellt wird. Die Mobilstation enthält eine Einrichtung zur Berechnung ihrer Position aus den Abständen zu den Basisstationen und in den Basisstationen GPS-Empfänger zur Bestimmung der Position. Die aktuelle Angabe der Ortskoordinaten mit GPS ist nach DE 197 21 504 Cl besonders für ortsvariable Basisstationen, beispielsweise Sonderveranstaltungen von Vorteil. Für ortsfeste Basisstationen ist diese Lösung nicht erforderlich, da der Ort der Basisstation bekannt ist. Die Berechnung mit den hier erwähnten Parametern ist zu
Nach wie vor besteht ein hoher Bedarf an Einrichtungen zur Ermittlung des Standortes beweglicher Güter oder Personen. Es ist keine technische Massenanwendung bekannt, da die Berechnungen entweder zu ungenau, technische Nachrüstungen erforderlich oder die nachträgliche Integration zu aufwendig ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in der Bereitstellung eines Verfahrens und Ortungssystems zur Standortbestimmung beweglicher Güter oder Personen ohne technischen Zusatzaufwand und unter Verwendung bestehender GSM-Standards.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren unter Nutzung eines GSM- Netzes gelöst, bei dem a) mittels einer GSM-Mobilfunkeinheit aus allen am Empfangsort verfügbaren stationären, ortsfesten (GSM) Funkstationen, deren Zelldaten und der Ta-Wert mindestens dreimal ermittelt werden
b) die Ta- Werte miteinander verglichen, auf Wiederholgenauigkeit überprüft und bei Überschreiten einer Toleranzgrenze verworfen werden,
c) die Ta-Werte, die innerhalb der Toleranzgrenze liegen, und deren Zellwerte als Ortinformationsdaten zur Aktualisierung einer Referenzdatenbank einer Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung zugeführt werden
d) und/oder mittels der Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung Referenzdatenbank aus aktualisierbaren Standortdaten in Standortkoordinaten der GSM-Mobilfunkeinheit umgewandelt und zur Applikation gebracht werden.
Das erfindungsgemäße System nutzt die bereits in weiten Bereichen flächendeckend vorhandene Infrastruktur von Funk- und Mobilfunktelefonsystemen, die als GSM (= D/E-Netz)-systeme bekannt sind. Insbesondere das mit GSM bezeichnete digitale Mobilfunktelefonsystem eignet sich für die vorgesehene Anwendung besonders, weil es für die Übertragung von Daten bereits eigene Datenkanäle bzw. standardisierte Protokolldaten (GSM 03/71) aufweist.
Das GSM-Netz besteht aus fest installierten Sende- und Empfangsstationen, welche untereinander mit Richtfunk kommunizieren. Diese Sende- und Empfangsstationen werden im Fernmeldebereich Zellen genannt. Jede dieser Zellen deckt einen geographischen Bereich ab und ist durch spezifische Zelldaten, wie zum Beispiel die Zellidentifikation (Ci) und einen lokalen Code (La) gekennzeichnet. Im Mobilfunkverkehr nehmen die Mobilfunkeinheiten Funkverbindung mit der jeweiligen, erreichbaren Zelle auf und stellen über dieses Netz die Telefonverbindung zum Empfänger her. Hierbei wird in der Basisstation der Timing Advance-Wert (Ta) bestimmt und zur Mobilstation übermittelt. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Zellinformation der fest installierten Sende- und Empfangsstationen, den Ta-Wert und eine aktualisierbare Referenzdatenbank, um den Standort einer GSM-Mobilfunkeinheit mit hoher Genauigkeit für eine Applikation zu bestimmen.
Dazu wird aus allen am Empfangsort verfügbaren stationären ortsfesten (GSM) Funkstationen der Ta-Wert mindestens dreimal ermittelt. Die Ta-Werte einer Feststation werden miteinander verglichen, auf Wiederholgenauigkeit überprüft und bei Überschreiten einer Toleranzgrenze verworfen. Die Ta-Werte der ortsfesten Funkstationen, die innerhalb der Toleranzgrenze liegen, werden weiterverarbeitet. Dadurch wird im ersten Schritt eine erheblich bessere Aufenthaltsortsbestimmung erreicht.
Die so bestimmten Werte (Ortinformationen) werden entweder als SMS oder als Dateninformation im Datenübertragungskanal oder über den standardisierten Protokolldatenkanal, z. B. LCS-Standard GSM 03.71 (Location Services) oder über WTAI innerhalb WAP zu einer externen Auswerteeinheit, z. B. LOC-Server (Location Server) geleitet, wo die Applikation ausgeführt wird
oder direkt im Handy ausgewertet,
oder über eine Schnittstelle, z. B. (IRData, V.24 oder Masterbus (Datenbus des Prozessors) an eine angeschlossene Auswerte- und Verarbeitungseinheit zur Auswertung weitergeleitet.
Die Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung nimmt die Ortinformationsdaten entgegen, benutzt diese zur Aktualisierung einer Referenzdatenbank und/oder wandelt diese mittels der Referenzdatenbank aus aktualisierbaren Standortdaten in
Standortkoordinaten der GSM-Mobilfunkeinheit um und bringt sie gegebenenfalls unter Zwischenspeicherung zur Applikation. Ausgehend von einer Referenzdatenbank werden die empfangenen Ortinformationsdaten zur Aktualisierung genutzt, indem durch PlausibilitätskontroUe, vorzugsweise anhand Bewegungsparameter (z. Bsp. Richtung, Geschwindigkeit) der tatsächliche Wert in einen erwarteten Wert korrigiert und in die Datenbank aufgenommen wird. Damit werden ortsfeste Meßfehler ausgeglichen.
Um eine möglichst hohe Genauigkeit der Position der GSM-Mobilfunkeinheit zu erreichen, ist es erforderlich eine PlausibilitätskontroUe der Daten durchzuführen. Die Ungenauigkeit ergibt sich aus den relativ unscharfen Ta-Wertmessungen am Empfangsort, da durch Reflexion des Sende-Empfangssignals und/oder jittern des Signals durch Funkraum spezifische Störungen die Werte nicht immer eindeutig bzw. stabil sind. Unter Zuhilfenahme einer lernfähigen Software (z. B.: fuzzy logic, neuronales Netzwerk, etc.) kann ausgehend von einer kommerziell erwerbbaren Grundreferenz Datenbank (z. B.: digitaler Stadtplan, u. ä.) eine ständige Korrekturfunktion laufen. Hierzu wird ein z. B. Autofahrer mit einer zur Positionsbestimmung aktivierten GSM-Mobilfunkeinheit über einen gewissen Zeitraum verfolgt und somit seine Richtung und Geschwindigkeit berechnet und mit der plausiblen Bewegung auf der Referenzdatenbank korreliert und gegebenenfalls korrigiert. Bewegt sich z. B. die aktivierte und beobachtete GSM-Mobilfunkeinheit mit einer Geschwindigkeit von ca. 40 km/h in einer Richtung, ist anzunehmen, dass es ein Autofahrer oder Ähnliches ist, was sich auf der Straße bewegt. Der Istwert, der dem Sollwert (hier die Straße) am nächsten liegt, kann nun unter Berücksichtigung von Wiederholgenauigkeit, Mittelung, sowie unter Berücksichtigung von markanten Punkten (Kurven, Straßenecken, etc.) als neuer Sollwert für die Referenzdatenbank definiert werden.
Zusätzlich zu den Ortinformationsdaten können auch Identifikationsdaten der GSM- Mobilfunkeinheit oder Zustandsdaten, wie Batteriekapazität, Temperatur usw. erfaßt und übermittelt werden. Erfindungsgemäß besteht das Ortungssystem unter Nutzung eines GSM-Netzes aus mindestens einer GSM-Mobilfunkeinheit und einer Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung.
Dabei ist die GSM-Mobilfunkeinheit geeignet, die aus einer Funkverbindung mit dem GSM-Netz abmfbaren Ortinformationsdaten auszulesen, gegebenenfalls zu selektieren und an die Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung weiterzuleiten. Die GSM- Mobilfunkeinheit besteht zumindest aus eine Datenübertragung ermöglichenden Teilen eines Funkgerätes oder Mobilfunktelefongerätes. In einer standardisierten Ausführung der Erfindung enthält die GSM-Mobilfunkeinheit alle zur Erfassung und Selektierung der Ortinformationsdaten notwendigen Elemente. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Mikroprozessor der GSM-Mobilfunkeinheit über eine Schnittstelle, z. B. (IRData, V.24 oder MasterBus (Datenbus des Prozessors) mit einer Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung verbunden.
Die GSM-Mobilfunkeinheit ist mit der Person oder dem beweglichen Gut verbunden, deren Position bestimmt werden soll.
Die Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung ist geeignet, mit der GSM- Mobilfunkeinheit Daten auszutauschen und von der GSM-Mobilfunkeinheit empfangene Daten in Verbindung mit Bewegungsparametern (d. h. Positionsverfolgung der GSM-Mobilfunkeinheit die Referenzdatenbank zu aktualisieren und/oder mittels der Referenzdatenbank aus aktualisierbaren Standortdaten in Standortkoordinaten der GSM- Mobilfunkeinheit umzuwandeln und zur Applikation zu bringen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerte- und Verarbeitungseinheit von der GSM-Mobilfunkeinheit getrennt und weist dazu eine GSM-Empfangseinheit zur Herstellung einer Funkverbindung mit der GSM-Mobilfunkeinheit auf.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerte- und Verarbeitungseinheit in dem GSM-Netz integriert, hierzu eignet sich insbesondere der LOC-Server (Location-Server), der nach dem GSM Standard 03/71 bereits bei einigen Netzbetreibern vorhanden ist. Dieser hat die Möglichkeit, Informationen mit allen GSM-Basisstationen auszutauschen und hat die Ausbauform eines leistungsstarken Rechners.
Vorteilhaft kann für das erfindungsgemäße Verfahren und das Ortungssystem ein Mobilfunktelefongerät, ein sogenanntes Handy genutzt werden. In dieses Handy sind die notwendigen Ergänzungen integrierbar. Des weiteren ist es möglich, diesen Teil mit den z. Bsp. in einem Fahrzeug fest eingebauten Teilen über eine Datenschnittstelle zu verbinden. In den Fahrzeugen selbst können die von den Fahrzeugherstellern für Mobilfunk vorgesehenen Einbauräume und Antennenplätze genutzt werden.
Wird kein Mobilfunktelefon gewünscht, können dessen für die Sprachübertragung benötigte Teile weggelassen werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Microcontrollereinheit (MCU) der GSM- Mobilfunkeinheit so geschalten, daß sie bei Kontakt mit der Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung programmiert und konfiguriert werden kann.
Mittels des erfmdungsgemäßen Verfahrens ist eine Positionsbestimmung mit einer Genauigkeit bis zu 2 m genau innerhalb gut ausgebauter GSM-Netze ohne Satellit möglich. Die Ortung ist nicht nur unter freiem Himmel möglich, sondern überall dort, wo ein GSM-Netz verfügbar ist, das heißt auch in Lagerhallen, Parkhäusern, etc. hinein. Vorteilhaft kann die Positionsbestimmung auch durch reine Ansteuerung erreicht werden und ist damit von der Betätigung der GSM-Mobilfunkeinheit unabhängig.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Standorte mehrerer GSM- Mobilfunkeinheiten bestimmt werden. Dazu werden die jeweiligen Identifikationsdaten der GSM-Mobilfunkeinheit genutzt und mit der Auswerte- und Verarbeitungseinheit ausgetauscht.
Entsprechend Bedarf können die Standortdaten zu festen Zeitpunkten oder in frei wählbaren Zeitabschnitten von der GSM-Mobilfunkeinheit aktiv übermittelt oder o passiv abgerufen werden. Dadurch ist ebenfalls eine Weg- und Aufenthaltsortbestimmung der Mobilfunkeinheit möglich.
Durch Kopplung der GSM-Mobilfunkeinheit mit geeigneten Sensoren können auch andere Informationen erfaßt und übermittelt werden. Dazu ist die GSM-Mobileinheit so geschalten und programmiert, daß sie Konfigurationsdaten der Empfangsseite entgegennehmen und auswerten kann.
Anhand beigefügter Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 Blockschema GSM-Mobilfunkeinheit mit angeschlossener Auswerte- und
Verarbeitungseinheit Fig. 2 Blockschema einer Auswerte- und Verarbeitungseinheit
Fig. 3 Applikation für einen Wechselbehälter
Fig. 4 Blockschaltbild erweitertes Mobilfunktelefon
Fig. 5 Blockschaltbild Mobilfunktelefon mit integrierter Auswerte- und
Verarbeitungseinheit
Fig. 1 zeigt ein Blockschema einer GSM-Mobilfunkeinheit in Gestalt eines sogenannten „Handys" (tragbarer Teil des Mobilfunktelefongerätes, hier ein Siemens M20-Gerät), mit dem per GSM kommuniziert werden kann. Über die Schnittstelle für Daten- und Faxkommunikation (V.24, MAX 232) ist eine Microcontrollereinheit bestehend aus einem Microcontroller (MCU(AT 89C55, ATMEL)) mit zugeordnetem festen Programmspeicher (ROM), dynamischen Speicher (RAM (64Kx8, 6424-100)) und Echtzeituhr (RTC (PCF8583, Phillips)) mit dem Microprozessor des Handys verbunden und im Gehäuse des Handys integriert. Der Spannungsregler versorgt die Schaltungen mit der notwendigen Betriebsspannung. Über die Schnittstelle für Daten- und Faxkommunikation kommuniziert die Microcontrollereinheit (MCU) mit dem Microprozessor des Handys und kann Informationen, wie z.B. Daten einer Zelle und deren Ta-Wert des GSM-Netzes abfragen. Fig. 2 zeigt ein Blockschema einer möglichen Ausfuhrungsart einer Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung, die z. B. über eine GSM-Funkverbindung mit Daten versorgt wird, bzw. den LOC-Server in einem standardmäßigem GSMNetzwerk sinngemäß entspricht. Die Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung besteht aus einer GSM- Empfangseinheit, einem Handy incl. SIM-Karte, einem Navigationsrechner (PC) sowie einer Speichereinrichtung (DB) mit Festdaten des GSM-Netzes und der korrespondierenden GSM-Mobilfunkeinheiten. Der Auswerte- und
Verarbeitungseinrichtung ist eine Ein- und Ausgabeeinrichtung zugeordnet. Sinngemäß ist der Prozess auch in einem LOC-Server lauffähig.
Das Ortungssystem nach Fig. 1 und 2 arbeitet wie folgt:
Bei Aufnahme einer Funkverbindung zwischen GSM-Mobilfunkeinheit und GSM-Netz liest die Microcontrollereinheit (MCU) die Ortinformationsdaten der Zelle, mit der Funkkontakt besteht, über den Mikroprozessor der GSM-Mobilfunkeinheit aus, speichert diese bis zur Übergabe an die Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung. Entweder in der MCU oder in der Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung werden die Ta-Werte bewertet, d. h. mindestens 3 Werte werden ermittelt, auf Wiederholgenauigkeit überprüft und bei Überschreitung von Toleranzgrößen verworfen. Diese so gefilterten Werte können dann zur Aktualisierung der Referenzdatenbank und zur Referenzierung weitergereicht werden.
Die GSM-Empfangseinheit übernimmt die bewerteten oder unbewerteten Ortinformationsdaten und reicht diese an den Navigationsrechner (PC) bzw. LOC- Server zur Verarbeitung weiter. Mittels diesem werden ausgehend von einer Referenzdatenbank die empfangenen Ortinformationsdaten zur Aktualisierung genutzt, indem durch PlausibilitätskontroUe, vorzugsweise anhand Bewegungsparameter (z. Bsp. Richtung, Geschwindigkeit) der tatsächliche Wert in einen erwarteten Wert korrigiert und in die Datenbank aufgenommen wird. Anschließend wird die Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit der GSM-Mobilfunkeinheit verfolgt, auf Plausibilität verglichen und gegebenenfalls die Referenzdatenbank aktualisiert. Danach können diese in Standardkoordinaten umgewandelt werden
Die Standortkoordinaten können zwischengespeichert oder sofort an die Ausgabeeinrichtung bzw. zur Applikation abgegeben werden.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer mit einem Wechselbehälter für LKW verbundenen GSM-Mobilfunkeinheit. Die GSM-Mobilfunkeinheit ist analog Fig. 1 aufgebaut. Im ROM der Microprozessoreinheit (MCU) ist eine Erweiterung des Steuerprogramms so abgelegt, daß die GSM-Mobilfunkeinheit zu festgelegten Zeiten einschaltet und die bei Einschalten des Mobilfunktelefons mit der nächsterreichbaren Zelle ausgetauschten Daten zwischengespeichert oder an die Auswerte- und Verarbeitungseinheit übermittelt. Der Wechselbehälter besitzt eine eindeutige Kennzeichnung, die im RAM des GSM-Modem gespeichert ist und von der Auswerte- und Verarbeitungseinheit abgerufen werden kann. Der Wechselbehälter kann von verschiedenen LKW transportiert werden.
Bei Aufnahme einer Funkverbindung zwischen GSM-Mobilfunkeinheit des Wechselbehälters und dem GSM-Netz liest die Microprozessoreinheit (MCU) die Daten Ci, La und Ta der Zelle, mit der Funkkontakt besteht, aus, bewertet diese nach dem bereits beschriebenen 1. Schritt und speichert diese im RAM bis zur Übermittlung an eine Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung, wie in Fig. 2 dargestellt. Bei Übermittlung der Zelldaten wird ebenfalls die Identifikationsnummer des Wechselbehälters an die Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung, übermittelt. Die Identifikationsnummer wird auf der Empfangsseite erfaßt und mit der Rufnummer der des GSM-Modems verknüpft. Die GSM-Empfangseinheit übernimmt die Zelldaten und die Identifikationsnummer und reicht diese Daten an den Navigationsrechner (PC) zur Verarbeitung weiter. Mittels Navigationsrechner (PC) werden die
Referenzdatenbank gegebenenfalls aktualisiert und es erfolgt die Referenzierung der Ortinformationsdaten in ein globales Koordinatensystem und die Bestimmung der Standortkoordinaten. Die Standortkoordinaten können zwischengespeichert oder sofort an die Ausgabeeinrichtung abgegeben werden. Durch die Verknüpfung mit der Identifikationsnummer ist eine genaue Zuordnung des gesuchten Objektes und deren Wegverfolgung bzw. Aufenthaltsortbestimmung möglich.
Sollte es zu einem bestimmten Zeitpunkt erwünscht sein, zu wissen, wo sich der Wechselbehälter im Moment (unabhängig von der zeitlichen Meldung) aufhält, wird von der Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung eine Funkverbindung zur GSM- Mobilfunkeinheit hergestellt und die GSM-Mobilfunkeinheit zur Abfrage und Übermittlung der Zeil- und Identifikationsdaten veranlaßt.
Durch Kopplung der GSM-Mobilfunkeinheit mit geeigneten Sensoren können auch andere Informationen erfaßt und übermittelt werden, z. B.
Batteriekapazität
Öffnen der Ladebordwand / der Tore
Temperatur innen und außen
Helligkeit innen und außen die relative Luftfeuchtigkeit
Volumenauslastung
Dazu ist die GSM-Mobileinheit so geschalten und programmiert, daß sie Konfigurationsdaten der Empfangsseite entgegennehmen und auswerten kann. Die Konfigurationsparameter werden im RAM gespeichert. Wird zum Beispiel eine stündliche Ortsermittlung gewünscht, wartet die Mobileinheit 1 Stunde und startet dann die Auswertung der GSM-Netz-Informationen. Anschließend werden diese und evtl. andere (Temperatur, Sensorik) Informationen in eine SMS-Nachricht verpackt und zur Zentrale geschickt. Der Vorgang wiederholt sich dann entsprechend des festgelegten Zeitintervalls. Empfängt die GSM-Mobilfunkeinheit die Aufforderung, sich sofort zu melden, dann werden die Informationen sofort abgefragt und versandt.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Personenortung. Eine Person ist mit einem tragbaren Mobilfunktelephon ausgestattet. Der Microprozessor ist über eine Schnittstelle mit einer weiteren Microcontrollereinheit (MCU) mit RAM, ROM und RTC verbunden. Im RAM der MCU ist eine Programmerweiterung abgespeichert, die bei Betätigung des Notnifsignals des Handys, die Erfassung der Zelldaten und deren Austausch mit der Notnifleitstelle veranlaßt. Die Notnifleitstelle weist dazu eine Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung entsprechend Fig. 2 auf. Der Notrufleitstelle ist es somit möglich, die notrufende Person zu orten.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausfühningsbeipiel zur Positionsbestimmung für eine mit einem Mobilfunktelefon ausgerüsteten Person. Dazu ist im ROM eine Referenzdatenbank von Koordinaten des GSM-Netzes abgelegt und die Mikroprozessoreinheit des Mobilfunktelefones so konfiguriert, daß die bei Funkaufnahme mit dem GSM-Netz ausgetauschten Ortinformationsdaten ausgelesen, die Ta-Wert Bewertung (1. Schritt der Genauigkeitserhöhung) und die Aktualisierung der Referenzdatenbank durch PlausibilitätskontroUe ausgeführt wird und zur Referenzierung der Ortinformationsdaten in ein globales Koordinatensystem und Bestimmung der Standortkoordinaten übernommen werden. Die Standortdaten können zwischengespeichert oder sofort über die LCD ausgegeben werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Standortbestimmung beweglicher Güter oder Personen unter Nutzung eines GSM-Netzes, bei dem
a) mittels einer GSM-Mobilfunkeinheit aus allen am Empfangsort verfügbaren stationären, ortsfesten (GSM) Funkstationen, deren Zelldaten und der Ta-Wert mindestens dreimal ermittelt wird
b) die Ta-Werte miteinander verglichen, auf Wiederholgenauigkeit überprüft und bei Überschreiten einer Toleranzgrenze verworfen werden,
c) die Ta-Werte, die innerhalb der Toleranzgrenze liegen, und deren Zellwerte als Ortinformationsdaten zur Aktualisierung einer Referenzdatenbank einer Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung zugeführt werden
d) und/oder mittels der Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung der Referenzdatenbank aus aktualisierbaren Standortdaten in Standortkoordinaten der GSM-Mobilfunkeinheit umgewandelt und zur Applikation gebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten Ci, La und Ta bestimmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach Verfahrenschritt a bestimmten Daten direkt von der GSM-Mobilfunkeinheit ausgewertet oder über eine Schnittstelle, z. B. (IRData, V.24 oder Masterbus) an eine angeschlossene Auswerte- und Verarbeitungseinheit weitergeleitet werden.
4. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nach Verfahrensschritt a) ermittelten Daten oder die Ortinformationsdaten an eine externe Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung per drahtloser oder drahtbehafteter Datenübertragung oder an eine interne Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung in der GSM-Mobilfunkeinheit gegebenenfalls unter Zwischenspeicherung übermittelt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nach Verfahrensscliritt a) ermittelten Daten oder die Ortinformationsdaten entweder als SMS oder als Dateninformation im Datenübertragungskanal oder über einen standardisierten Protokolldatenkanal, vorzugsweise LCS-Standard GSM 03.71 (Location Services)) oder über WTAI innerhalb WAP zu einer externen Auswerte- und Verarbeitungseinheit, vorzugsweise LOC-Server (Location Server) geleitet werden, wo die Applikation ausgeführt wird.
6. Verfahren nach jeweils einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den nach Verfahrensschritt a) ermittelten Daten oder den Ortinformationsdaten auch Identifikationsdaten der GSM-Mobilfunkeinheit oder Zustandsdaten erfaßt und übermittelt werden.
7. Ortungssystem zur Standortbestimmung beweglicher Güter oder Personen unter Nutzung eines GSM-Netzes bestehend aus
aus mindestens einer GSM-Mobilfunkeinheit und einer Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung mit einem Navigationsrechner (PC) oder LOC-Server mit Speichereinrichtung für GSM-Netzdaten (DB), mindestens einer GSM- Mobilfunkeinheit und mindestens einer Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung,
wobei die GSM-Mobilfunkeinheit geeignet ist, die aus einer Funkverbindung mit dem GSM-Netz abrufbaren Ortinformationsdaten auszulesen, gegebenenfalls zu selektieren und an die Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung weiterzuleiten, und wobei die Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung geeignet ist, mit der GSM-Mobilfunkeinheit Daten auszutauschen und von der GSM- Mobilfunkeinheit empfangene Daten in Verbindung mit Bewegungsparametern die Datenreferenzbank zu aktualisieren und/oder mittels der Datenreferenzbank aus aktualisierbaren Standortdaten in Standortkoordinaten der GSM- Mobilfunkeinheit umzuwandeln und zur Applikation zu bringen.
8. Ortungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die GSM- Mobilfunkeinheit aus einer Datenübertragung ermöglichenden Teilen eines Funkgerätes oder Mobilfunktelefongerätes besteht und mit der Person oder dem beweglichen Gut verbunden ist, deren Position bestimmt werden soll.
9. Ortungssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor der GSM-Mobilfunkeinheit über eine Schnittstelle für Fax- und Datenkommunikation (z. B.: V.24) oder einer anderen Schnittstelle (z. B.: IRData oder MasterBus, der dem Datenbus des Mikroprozessors entspricht) mit einer weiteren Mikrocontrollereinheit (MCU) verbunden ist.
10. Ortungssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor der GSM-Mobilfunkeinheit oder die weitere Mikrocontrollereinheit (MCU) so geschalten sind, daß die GSM- Mobilfunkeinheit bei Funkkontakt mit der Auswerte- und Verarbeitungseinrichtung programmier- und konfigurierbar ist.
11. Ortungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte- und Verarbeitungseinheit von der GSM-Mobilfunkeinheit getrennt ist und eine GSM-Empfangseinheit zur Herstellung einer Funkverbindung mit der GSM- Mobilfunkeinheit aufweist.
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