本发明涉及一种根据权利要求1或2的前序部分所述的优选在建筑物的内部空间中对移动设备进行高精度位置确定的方法以及一种根据权利要求9或10的前序部分所述的用于执行该方法的装置。
本发明还涉及一种用于对建筑物的内部空间中的位置固定的设备进行局部化和/或定位的方法。
背景技术：
在US 2015/0119086 A1中描述了开头提及的类型的方法和装置。这种装置包括能够在周围环境内部移动的至少一个移动设备。移动设备包括惯性测量单元和至少一个射频接收器。移动设备通过惯性测量单元采集惯性测量，并且通过至少一个射频接收器采集信号强度的值。这种装置还包括定位模块，其使得能够基于惯性测量在周围环境内部对至少一个移动设备同时进行定位和成像。
为了定期重置移动设备的位置，设置诸如GPS说明、NFC(Near Field Communication，近场通信)标签或者二维条形码的定向点，定向点包含其绝对位置数据并且可以利用传感器，诸如照相机、GPS、NFC芯片或者蓝牙读出。除了对条形码的光学识别之外，在这种已知方法中设置为，不从使用者的口袋中取出移动设备来进行重置。
移动设备的当前位置经由射频接收器来确定，其中，位置确定的精度以处于分米范围内的等级来实现。射频接收器必须在位置确定期间在线运行，因此能量消耗大。
US 2013/0332273 A1涉及一种用于确定移动设备的位置的系统，包括具有无线电网络节点的无线电网络，用于与移动设备进行通信，以测量移动设备的信号强度。无线电网络还包括用于与移动设备进行通信的近场通信节点，其中，近场通信节点至少根据要求向移动设备提供配置信息，以使得移动设备能够与无线电网络节点连接。此外，这种系统包括定位服务器，用于从无线电网络接收信号强度信息，用于确定移动设备的位置，并且用于向移动设备提供其在建筑物平面图内的位置的图形图示。
在这种已知系统中，经由无线电网络确定移动设备的当前位置，从而定位精度是有限的，并且能量消耗大。此外，定位确定易受干扰，因为必须总是在射频接收器和发射器之间存在连接。
EP 2 442 600 Bl涉及一种具有NFC标签的近场通信系统(NFC-Near Field Communication)，通过NFC通信向移动无线设备传输其地理位置。在移动无线设备内部使用该地理位置来进行认证。认证是能够与NFC标签进行其它通信的前提条件。
US 2012/0293330 A1涉及一种用于保护待售商品的系统和方法。商品包括壳体、布置在壳体中的至少一个传感器和布置在壳体中的至少一个输出装置。这种安全系统还包括与传感器和输出装置耦合的、布置在壳体中的控制器。控制器被构造为用于基于传感器的传感器信号确定商品相对于销售陈列的“Home(原始)”位置行进的距离。此外，当商品行进的距离超过阈值距离时，基于该距离激活输出装置。控制器可以结合惯性导航系统和运动处理算法使用至少一个传感器，以确定商品从销售陈列的“Home”位置行进的距离。
Busra Ozdenizci等的文章“NFC Internal:An Indoor Navigation System”,Sensors,2015,15.Jg.Nr.4S.7571-7595涉及一种基于近场通信(NFC)的室内导航系统。通过使用者触摸分布在建筑物中的NFC标签，使用者被导航通过建筑物或者建筑物群。由此，使得能够更新使用者的局部位置，以引导其到达目的地。
Benjamin Steeb的毕业论文“Ortung und ortsbezogene Anwendung im Museums-Kontext”,2013,http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/3252公开了一种显示关于展品的信息的用于Android的博物馆引导器。借助博物馆中的多个W-Lan接入点，博物馆引导器确定参观者附近的展品，由此简化其寻找。附加地，在每个博物馆展品上安装基于精巧机件(Gadgeteer)的站，参观者可以与其进行交互，以获得关于展览品的信息。开发了三种不同的站：两种手动地结合RFID臂带操作，并且一种直接经由NFC与博物馆引导器进行通信。博物馆内容位于服务器上并且可以由管理员经由网络前端进行管理。
技术实现要素：
由此出发，本发明要解决的技术问题是，进一步提出一种用于对移动设备进行高精度方位确定的方法和装置，使得方位确定的精度得到改善，并且能量消耗以及易受干扰性降低。
根据本发明，上述技术问题通过具有权利要求1或2的特征的方法以及通过具有权利要求8或9的特征的装置来解决。
根据第一方法方面，根据本发明的方法相对于现有技术的特征在于，借助方位固定装置(Lagefixiermittel)将移动设备的至少一个壳体部分相对于校准装置固定在参考位置，并且通过至少一个第一天线和第二天线之间的无线通信向移动设备传输参考位置的位置数据，作为移动设备的壳体部分的当前位置，并且关于当前位置对移动设备的惯性导航单元进行校准。
一个替换的本身具有创造性的方法方面相对于现有技术的特征在于，将移动设备关于第一NFC天线的位置定位在可再现地定义的位置，并且通过至少一个第一NFC天线和第二NFC天线之间的NFC通信，确定第二NFC天线的当前位置并且存储在移动设备的存储器中，并且关于当前位置对惯性导航单元进行校准。
根据一个优选实施方式设置为，至少一个第一NFC天线发出具有不同的信号强度的NFC信号，其中，利用每一个NFC信号传输至少一个位置数据值，所述位置数据值对应于相应的NFC信号的有效距离，和/或其中，在移动设备的控制单元中对由第二NFC天线接收到的NFC信号进行分析，其中，存储具有接收到的最小信号强度的NFC信号的位置数据值，作为第二NFC天线的位置数据值。
通过前面再现的方法特征，可以进行非常准确、没有干扰并且节省能量的位置确定。
优选地，至少一个第一NFC天线发出的NFC信号具有0mm≤RW≤150mm范围内的有效距离，其中，相继的NFC信号的信号强度被控制为，使得相继的信号的有效距离变化(ΔRW)处于0.50mm≤ΔRW≤10mm的范围内，优选ΔRW＝2mm。
通过NFC信号发送的位置数据优选包括第一NFC天线的地理位置值以及对应于所发出的NFC信号的相应的有效距离变化的至少一个移位位置值ΔX,ΔΥ,ΔZ。在此设置为，优选改变发出NFC信号的坐标方向的移位位置数据。
优选地，至少一个第一NFC天线首先发出带有第一NFC天线的固定位置的NFC信号，随后仅发出带有对应于各个NFC信号在传播方向上的有效距离变化的至少一个移位位置数据值的NFC信号。
为了进一步改善位置确定的精度，第一NFC天线以NFC天线阵列的形式布置，其中，处于定义的位置的移动设备通过第二NFC天线向朝向切换为进行接收的天线阵列的NFC天线的方向发送信号，并且其中，接收到具有最大信号强度的信号的NFC天线随后发出具有不同的有效距离的NFC信号，其中，利用每一个NFC信号传输对应于相应的NFC信号的有效距离的至少一个位置数据值，并且其中，存储具有接收到的最小信号强度的NFC信号的位置数据，作为第二NFC天线的RX,RY,RZ位置数据。
此外，本发明涉及一种借助无线通信、优选近场通信(NFC-Near Field Communication)优选在建筑物的内部空间中对移动设备进行高精度位置确定的校准装置，其中，校准装置具有存储器，存储器被配置为用于存储对应于校准装置的参考位置的位置数据，其中，校准装置具有至少一个第一NFC天线，第一NFC天线与存储器耦合并且被配置为用于基于无线通信、优选NFC通信启动业务(Transaktion)，其中，移动设备具有第二NFC天线和与其耦合的控制单元，其中，当第二NFC天线处于第一NFC天线附近时，在第一NFC天线和第二NFC天线之间开始进行无线通信，并且其中，从第一NFC天线向第二NFC天线传输位置数据。
根据本发明的第一方面设置为，校准装置与方位固定装置相关联，方位固定装置被构造为用于在无线通信期间将移动设备的壳体部分固定在参考位置，并且校准装置被构造为用于作为当前位置向移动设备发送参考位置，并且控制单元被构造为用于关于当前位置对移动设备的惯性导航单元进行校准。
替换地，本发明涉及一种借助近场通信(NFC-Near Field Communication)对移动设备进行高精度方位确定的校准装置，其中，校准装置具有至少一个第一NFC天线和存储器，其中，存储器被配置为用于存储对应于NFC传感器的位置的位置数据，其中，移动设备具有第二NFC传感器和与其耦合的控制单元，其中，当第二NFC传感器(30,46)处于第一NFC传感器附近时，在第一NFC传感器和第二NFC传感器之间开始进行NFC通信，并且其中，从第一NFC传感器向第二NFC传感器传输位置数据。
根据本身具有创造性的思想设置为，校准装置与方位固定装置相关联，方位固定装置被构造为用于在NFC通信期间将移动设备的壳体部分定位在相对于至少一个第一NFC天线的位置可再现地定义的位置，并且至少一个第一NFC传感器与控制单元耦合，控制单元被构造为用于控制至少一个第一NFC天线和NFC天线之间的NFC通信，以确定第二NFC天线的当前位置数据，并且移动设备的控制单元被构造为用于关于所确定的当前位置数据对惯性导航单元进行校准。
根据一个优选实施方式设置为，与第一NFC天线耦合的控制单元被构造为用于发出具有不同的信号强度的NFC信号，其中，利用每一个NFC信号传输至少一个位置数据值，所述位置数据值对应于NFC信号的有效距离，并且移动设备的控制单元被构造为用于对接收到的NFC信号进行分析，使得存储具有接收到的最小信号强度的NFC信号的位置数据，作为第二NFC天线的位置数据。
根据另一个优选实施方式，固定装置张开参考坐标系，其中，单个NFC天线布置在RX-RY平面中，和/或其中，由NFC天线构成的阵列布置在RX-RY平面中，和/或其中，从不同的方向向第二NFC天线发送NFC信号的一个或多个NFC天线分别布置在RX-RY平面、RX-RZ平面或者RY-RZ平面中。
此外设置为，固定装置具有用于移动设备的至少一个壳体部分的接收件或者RX、RY和/或RZ方向上的机械挡块，和/或固定装置是布置在RY-RY平面上的角，和/或是具有标记的防滑垫。
移动设备优选是智能电话、平板计算机或者笔，其中，优选第二NFC天线集成在笔的尖端中并且与同样集成在笔中的控制单元耦合，其中，控制单元被构造为用于将由第二NFC天线接收到的位置数据存储为自己的位置数据，并且关于接收到的位置数据对惯性导航单元进行校准。
附图说明
本发明的其它细节、优点和特征不仅从权利要求、从权利要求中获得的特征本身和/或其组合中得到，而且从下面对从附图中获得的优选实施例的描述中得到。
附图中：
图la),b)以正视图和侧视图示出了用于对移动设备进行高精度方位确定的校准装置的示意图，
图2示出了移动设备的替换实施方式的示意图，
图3示出了NFC通信的示意图，
图4示出了校准装置的第一实施方式的示意图，
图5示出了校准装置的第二实施方式的示意图，
图6示出了校准装置的第三实施方式的示意图，
图7示出了在房间、开关柜和/或设备中具有校准装置的建筑物的内部空间的示意图，
图8示出了具有校准装置的开关柜的示意图，以及
图9示出了具有校准装置的自动化设备的示意图。
具体实施方式
图la)和b)纯示意性地以正视图和侧视图示出了借助近场通信(NFC-Near Field Communication)对移动设备12进行高精度方位确定的校准装置10。
校准装置10包括至少一个NFC天线14，其与控制单元16、例如收发器耦合，控制单元与存储器17相关联。控制单元16被配置为用于基于NFC信号(18.1...18.k)启动业务。存储器17被配置为用于存储对应于NFC天线14的位置或者方位固定装置20的参考位置的使用者定义的坐标或者地理位置数据形式的位置数据，方位固定装置与校准装置10相关联。
移动设备12包括至少一个处理器22、具有至少一个加速度传感器26以及至少一个磁场传感器28的惯性导航单元24、至少一个NFC天线30以及存储器32。导航单元24、NFC天线30以及存储器32与处理器22连接。
此外，移动设备12例如可以具有智能电话、导航模块34以及高频收发器36，用于根据WiFi、4G-LTE或者蓝牙标准进行通信。
此外，移动设备12包括显示单元38，在显示单元上例如可以显示建筑物的内部空间的平面图、移动设备12的当前位置以及到目标点的导航路径。
图2示出了以笔的形式的移动设备40的替换实施方式，其具有壳体尖端42和与其连接的壳体44。具有控制单元47、例如收发器的NFC天线46布置在壳体44的尖端42中，用于当笔40被携带到NFC天线14附近、特别是方位固定装置20的坐标原点处时，启动与校准装置10的NFC天线14的NFC通信。
此外，移动设备40包括具有至少一个加速度传感器50以及至少一个磁体传感器52的惯性导航单元48。收发器47以及惯性导航单元48与处理器54连接。此外，设置发送/接收单元54，其经由无线电标准、例如WiFi或者蓝牙与外部设备、例如智能电话、膝上型计算机或者平板计算机或者无线电网络进行通信，用于在显示单元上显示移动设备40在周围环境、例如建筑物的内部空间中的当前位置或朝向。
本发明基于如下思想：基于近场通信确定移动设备12,40的精确到毫米的位置，随后将所确定的位置传输到移动设备12,40，其中，移动设备12,40的处理器22,54被构造为相对于移动设备12,40的当前位置对惯性导航单元24,48进行校准。
基于移动设备12,40的高精度的精确到毫米的方位确定，其可以用于室内导航、用于位置固定的物体的局部化和/或定位。
在本发明的第一优选实施方式中，移动设备12,40定位在校准装置10的方位固定装置20中。方位固定装置20例如可以构造为角元件(Winkelelement)，其中，第一边58沿着笛卡尔参考坐标系RX-RY-RZ的RX轴延伸，边60沿着RY轴延伸。在所示出的实施例中，RY-RZ平面形成绘图平面，其中，RX轴与绘图平面垂直地示出。移动设备12以后壁61紧靠RX-RY平面，同时上边缘62沿着RX轴在边58上延伸，并且侧边缘64沿着RY轴在边60上延伸的方式固定在方位固定装置20中。因此，移动设备12的角65位于坐标原点RX0,RY0,RZ0。
一旦移动设备12被定位在方位固定装置20中，则激活NFC天线14和NFC天线30之间的NFC通信，其中，将位置数据从NFC天线14传输到NFC天线30。
为了确定移动设备12内的NFC天线30的精确到毫米的位置，设置为，NFC天线14依次发出具有不同的信号强度、由此具有不同的有效距离的信号18.1...18.k。信号强度的设置由控制单元16进行。利用每一个信号18.1...18.k发送不同的位置坐标，其中，至少一个RZ坐标与信号的有效距离成比例或对应于信号的有效距离。
图3示出了信号18.1...18.k和其相对于参考坐标系RX-RY-RZ的RZ轴的相应的有效距离。在此，假设NFC天线14平面地位于RX-RY平面中，如在图1中所示的那样。
可以对具有自己的芯片组的每个轴设置轴值。如果例如在Z轴上仅存在一个芯片组，则不发送具有移位的X-Y值，而仅发送具有恒定值的X-Y值。
利用每一个信号，发送恒定的RXl-RZl坐标作为NFC天线14的RX-RY坐标以及关于RX-RY-RZ坐标系对应于相应的信号的有效距离的可变的RZ1坐标。在所示出的实施例中，信号强度被控制为，使得发送信号有效距离差ΔRW为2mm的信号。在将移动设备12固定在方位固定装置20中之后，NFC天线30仅能够接收其有效距离至少对应于NFC天线14和NFC天线30之间的距离的信号，在所示出的示例中为信号18.3...18.5。
因此，在确定NFC天线30的位置时，不使用信号18.1和18.2，其由于其有效距离小而不到达NFC天线30。在处理器22中对NFC天线30接收到的信号18.3,18.4,18.5进行分析，其中，从接收到的信号中选择具有最小信号强度的信号。该信号的RZ坐标对应于NFC天线30的DZ坐标。
因此，接收到的坐标对应于NFC天线的RX和RY位置以及所发送的具有移位值的NFC天线14的RZ坐标，该移位值对应于作为发送方的NFC天线14和作为接收方的NFC天线30之间的距离。由此确定NFC天线30的当前位置，因此也确定移动设备12的当前位置。将如此确定的坐标存储在移动设备12中。
随后，关于接收到的移动设备12的当前位置，对至少一个加速度传感器26以及至少一个磁场传感器28进行校准。
还存在如下可能性：在控制单元16的存储器17中作为参考位置存储参考坐标系的坐标原点的坐标RX0,RY0,RZ0。可以经由NFC天线14向定位在方位固定装置20中的移动设备12传输这些坐标。基于所定义的参考坐标系中的位置，可以使用原点坐标作为参考位置来对惯性导航单元24进行校准，其中，校准到位于参考坐标系的坐标原点RX0,RY0,RZ0的移动设备12的壳体尖端65。
以这种方式也可以实现本发明的基本思想，即，向移动设备12传输对应于其准确位置的其当前位置坐标。
图4示出了校准装置10的一个实施方式，其中，NFC天线14构造为平面天线，具有明显大于移动设备12,40的NFC天线30,46的平面尺寸的平面延伸。由此确保由NFC天线14发出的信号18.1...18.k在近距离内尽可能具有与RX-RY平面平行地运行的波的形式，其结果是，不准确性由于信号18.1...18.k的球形传播而可以忽略。
图5示出了校准装置66的第二实施方式。在该实施方式中设置为，在RX-RY平面中布置由NFC天线14.1...14.n构成的矩阵形的阵列，其中，每个单独的NFC天线14.1...14.n与参考坐标系的对应的RX-RY坐标相关联。NFC天线14.1...14.n和移动设备的NFC天线30之间的NFC通信按照与在图1和图3中所描述的相同的原理进行。然而，利用以矩阵形式的NFC天线14.1...14.n的布置，在确定NFC天线30的RZ以及RX和RY坐标时，可以实现更高的精度。
在根据图5的校准装置66的实施方式中，还存在如下可能性：在将移动设备12,40固定在方位固定装置20中之后，首先，作为NFC发送方连接NFC天线30，并且作为NFC接收方连接NFC天线14.1...14.n。然后，选择接收到最强的信号、由此与NFC天线30具有最小的距离的NFC天线14.1...14.n，在当前情况下为NFC天线14.2。随后，可以根据对应于图3的NFC通信作为发送方连接NFC天线14.2，以确定距离、即NFC天线30的RZ坐标。
通过这种方法，可以向移动设备12传输移动设备12内的NFC天线30的精确到毫米的位置。
图6示出了校准装置68的第三实施方式，其中，在RX-RY平面、RX-RZ平面以及RY-RZ平面中分别布置一个或多个NFC天线14.1...14.N。在该实施方式中，可以从不同的方向向NFC天线30发送信号，以便可以例如根据三角测量法进行准确的位置确定。
图7示出了建筑物74的内部空间72的平面图70，其中，用于对移动设备12进行精确到毫米的高精度位置确定的校准装置10分布式地布置在内部空间中。
在进入内部空间72时，使用者首先启动移动设备12上的用于进行内部空间导航的移动应用。为了校准移动应用，使用者将移动设备12定位在例如入口76附近的校准装置10的方位固定装置20中，从而开始用于确定并且向移动设备12传输当前位置(参考位置)的NFC通信。随后，在位置方面对应用进行校准，因此“知道”移动设备12的起始位置。
在校准装置10向移动设备12传输其准确位置之后，可以在没有外部装置的情况下在建筑物72内部的内部空间70中对移动设备12进行导航。在此，仅基于惯性导航单元24结合定位模块32进行导航，通过定位模块在移动设备12的显示器38上与移动设备12的实际位置一起显示内部空间70的平面图74。
随后，可以局部化目标物体78,80，诸如房间、开关柜、开关柜中的部件、设备或者内部空间70中的其它物体，其坐标可以在移动导航应用本地或者在移动设备外部的外部数据库中使用。
可以将物体78,80的准确位置经由校准装置10和移动设备12之间的近场通信传输到存储器32。还存在如下可能性：物体78,80的坐标已经存储在存储器32中或者经由发送-接收装置36从无线电网络加载到移动设备12中。
优选在校准装置10中存储NFC天线14或者参考位置的3D坐标，其中，坐标可以是对应于参考坐标系RX,RY,RZ的GPS兼容地理坐标或者特定于使用者的坐标。在当前实施例中，使用特定于使用者的参考坐标系RX＝0,RY＝0以及RZ＝0。
图8作为目标物体78示出了例如具有校准装置10和多个部件80,诸如开关、I/0单元、控制器等的开关柜。为了局部化特定部件80，可以针对与开关柜78连接的校准装置10对移动设备12进行校准或者也可以进行重新校准，以提高精度。随后，可以借助惯性导航单元24通过精确到毫米来局部化部件80，将部件80的准确坐标存储在存储器32中。
图9示出了定位例如建筑物72的内部空间70中或者开关柜78中的预先给定的位置处的设备82的可能性。为此设置为，设备82包括具有控制单元的NFC天线84以及方位固定装置86。将知道设备82的准确目标位置的移动设备12固定在方位固定装置86中，并且一直与设备86一起移动，直到在移动设备12的显示器上显示的实际位置对应于目标位置为止。
随后，可以基于NFC天线84从移动设备12向设备82的存储器传输当前位置。可以将位置数据存储在数据库中，使得存在随后局部化设备82的可能性。
因为设备82知道其当前位置，因此该设备又可以用作校准装置。这意味着，当在系统中使用利用NFC技术的设备时，可以使用这些设备中的每一个作为校准装置。在此设置为，由设备预先给定的NFC流包括设备的原始NFC流和对应于设备的坐标的扩展。
根据本发明的校准装置相对于现有技术的特征在于处于毫米范围内的特别高的精度。通过使用校准装置10，存在在任何时间都能够向移动设备12通知准确位置的可能性。
移动设备在真实世界中的位置在同步时间期间在任何时候都是相同的。使用由校准装置设置到移动设备中的坐标，例如移动设备的左上角的坐标。Z坐标由发送和接收天线之间的距离得到。两个或多个NFC芯片适合进行接收。移动设备发出信号，而校准装置可以具有多个接收器，其可以经由三角测量计算发送方的位置。
因为在内部空间中的导航仅基于惯性导航单元24，因此这种移动设备12中的方法相对于根据现有技术的解决方案消耗少得多的能量，因为在这些解决方案中使用的无线电系统，诸如WiFi、蓝牙或者4G-LTE一直是活动的，并且因此具有高的能量消耗，这对于移动设备通常是不利的。