Untersuchung und Integration von Methoden zur Beachtung von gebäudestrukturkorrelierenden Materialeinflüssen in der InNavl

Eine verlässliche Positionsbestimmung von Personen und Objekten mit globalen Satellitennavigationssystemen ist in Gebäuden nicht möglich. Es muss deshalb auf fest im Gebäude installierte Nahbereichs-Ortungssysteme zurückgegriffen werden, mit denen auch innerhalb von Gebäuden eine Positionsbestimmung durchgeführt werden kann. Im Bereich der Indoor-Ortung auf Grundlage der Funktechnik, wie z.B. der WLAN- oder RFID-Technologie, wurden in den letzten Jahren eine Vielzahl von Forschungsarbeiten erstellt und kommerzielle Produkte entwickelt. Die Funksignale dieser Ortungstechnologien unterliegen in Gebäuden der Beeinflussung durch die bauliche Struktur. Bei der Interaktion von Funksignalen mit den baulichen Elementen wie z.B. Wänden kommt es zu Ausbreitungseffekten, die für Ungenauigkeiten in der Positionsberechnung sorgen. Neben der Mehrwegausbreitung eines Signals durch Reflexionen spielen hier vor allem die Dämpfung und Laufzeitverzögerung des Signals beim Durchdringen von Hindernissen eine bedeutende Rolle. Eine Verbesserung der Ortungsgenauigkeit für funkbasierte Ortungssysteme innerhalb von Gebäuden ist nur möglich, wenn der Einfluss aus den Ausbreitungseffekten auf die Signale eliminiert werden kann. Die Berücksichtigung der baulichen Struktur in Form eines digitalen Gebäudemodells ist hierfür unabdingbar. Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich deshalb mit der Entwicklung und Umsetzung einer neuen Methode zur Indoor-Positionsbestimmung. Es handelt sich um einen der ersten Forschungsansätze, der die Berechnung der Position unter Berücksichtigung der baulichen Struktur der Ortungsumgebung durchführt. Hierzu werden zunächst die Ausbreitungseffekte und geeignete Modelle zur Abbildung dieser Effekte untersucht. Anschließend werden verschiedene Methoden zur Indoor-Ortung vorgestellt und detailliert Algorithmen zur Positionsbestimmung erläutert. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wird ein Konzept und die Umsetzung der neuen Methode zur Indoor-Positionsbestimmung erarbeitet. Die Methode erweitert die am Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen der TU Darmstadt entwickelten InNavI-Plattform und kann so auf ein digitales Gebäudemodell der Ortungsumgebung zurückgreifen. Die neue Methode führt Positionsberechnungen auf Basis von Messrohdaten des IntelliFINDRTLS-Ortungssystems der Firma Identec Solutions durch. Es werden verschiedene Algorithmen umgesetzt, die die Position eines unbekannten Knotens auf Grundlage von Messwerten zu bekannten Referenzknoten bestimmen können. Um die Qualität der zur Berechnung verwendeten Daten zu erhöhen, werden die Messrohdaten einem Preprocessing unterzogen. Ein Korrektur-Modul eliminiert auf Grundlage von Ausbreitungsmodellen und dem Gebäudemodell den Einfluss der Ausbreitungseffekte auf die Messrohdaten des Ortungssystems. Es wird eine prototypische Anwendung konzipiert und umgesetzt, mit der die Ergebnisse der neuen Methode visualisiert werden können. In einem Anwendungsbeispiel wird die Funktionsweise der Anwendung verdeutlicht. Eine Validierung der neuen Methode zur Positionsbestimmung wird durch Auswertung von Ortungsversuchen und dem Vergleich mit den Berechnungsergebnissen des bestehenden Ortungssystems durchgeführt. Abschließend werden die erarbeiteten Ergebnisse dieser Arbeit zusammengefasst und ein Ausblick in eine mögliche weitere Entwicklung dieser Thematik gegeben