Enrico Köppe ist Informatiker an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Berlin. In einem kleinen Seminarraum in Zürich zeigt er einen Laptop und ein kleines Gerät mit einer Stummelantenne - eine Entwicklung, die zukünftig Menschenleben retten soll.
"Also die Standardanwendung, für die es verwendet werden soll, ist gedacht für Feuerwehrleute, um diese in Gebäuden zu lokalisieren. Die Überlegung war: Wenn es einem Feuerwehrmann schlecht geht, weil er während des Einsatzes Probleme bekommt und liegen bleibt, weil es ihm schlecht geht, kann man ihn wieder finden im Gebäude."
"Positionslokalisierung von Personen" nennt sich, ein wenig technokratisch formuliert, diese Entwicklung, die die Bundesanstalt gemeinsam mit der Freien Universität Berlin vorangetrieben hat. Denn die Lokalisierung von verletzten Feuerwehrleuten in geschlossenen Gebäuden, in brennenden zumal, ist gar nicht so einfach: Die regulären Signale der GPS-Satelliten dringen meist nicht durch die dicken Betonmauern. Aus diesem Grund haben sich die Berliner Experten etwas völlig Neues ausgedacht: Spezielle Sensoren, die alle Bewegungsformen erkennen - Schritte nach vorne, Aufzug fahren, Sprünge, Treppensteigen. Wichtig dabei: Die Sensoren erfassen dabei auch die Bewegungsrichtungen, auf Zentimeter genau: Wie viel Treppenstufen steigt der Feuerwehrmann gerade nach oben? Um wie viel Meter ist er seitwärts gesprungen? Von der bekannten Anfangsposition aus lässt sich dann die Endposition errechnen, erklärt Enrico Köppe:
"Wir zeichnen den kompletten Weg des Feuerwehrmanns auf. Und zwar der Weg beginnt bei der Einsatzzentrale. Und ab diesem Moment werden die Daten über Funk übertragen zur Einsatzzentrale. Dort werden sie zwischengespeichert und dem Einsatzleiter auf einer Karte visualisiert. Er sieht sofort: Wer ist wo?"
Wird der Feuerwehrmann verletzt, kann ihm nach diesem Szenario viel schneller als bisher geholfen werden, da die Position bekannt ist - eines von vielen Beispielen für moderne Indoor-Navigationssysteme, wie sie derzeit in Zürich diskutiert werden. Andere Anbieter haben ähnliche Technologien für Fußgänger entwickelt, die sich beispielsweise mit kleinen Navigationssystemen in riesig großen Einkaufszentren bewegen. Auch dort bestimmt ein Mini-Rechner anhand der Ausgangsposition und der Daten der Bewegungssensoren die jeweilige Endposition. Je größer die Distanz zum Startpunkt wird, desto ungenauer fällt allerdings die Positionsbestimmung aus - ein grundsätzliches Problem dieses Verfahrens, so Tagungsleiter Rainer Mautz, wissenschaftlicher Mitarbeiter der ETH Zürich:
"Das Problem ist: Der Sensor driftet weg, umso länger ich dann laufe. Der braucht dann einen Referenzpunkt. Und das muss dann mit einem anderen System stabilisiert werden. Deshalb kann man diese Fußgänger-Navigation nicht nur mit diesem Sensor durchführen."
Weil sich mit zunehmender Distanz des Fußgängers zum Ausgangspunkt kleine Messfehler des Bewegungssensors immer stärker potenzieren, stimmt nach geraumer Zeit die Positionsangabe überhaupt nicht mehr. Über eine äußere Quelle muss das Navigationssystem deshalb seine Position erneut bestimmen - nicht in jeder Minute, aber immer wieder. Das können beispielsweise Hotspots fürs Wireless-LAN-Netze sein. Diese nutzen Indoor-Navigatonssysteme,
"indem sie einfach bei den ganzen W-LAN-Knoten die Signalstärken messen. Das geschieht automatisch in dem Gerät, und sich dann aufgrund der Signalstärken etwa auf die Entfernung schließen auf den nächsten W-LAN-Knoten. Und mann kann dadurch durch das sogenannte Signalstärkeverfahren oder Fingerprinting-Verfahren auf die Position schließen. Das geht allerdings nur auf Metergenauigkeit oder mehrere Meter Genauigkeit."
Das mag dem Passanten im Einkaufszentrum genügen, einem Industrieroboter in einer automatisierten Montagehalle reicht das längst nicht aus. Hier müssen millimetergenau Schweißpunkte gesetzt oder winzige Schrauben angezogen werden. Auch dafür gibt es Indoor-Navigationssysteme. Ein solches ist der sogenannte "Laser-Igel", den Rainer Mautz mit entwickelt hat.
" Das funktioniert so, dass man einen Laser-Igel, also ein Gerät mit ganz vielen Laserpointern in verschiedenen Raumrichtungen ausgerichtet, aufstellt. Diese Laserpunkte werden dann auf die Decke projiziert und dann mit einer Kamera aufgenommen." "
Diese Kamera ist das Herzstück des Navigationsgerätes beispielsweise auf einem Industrieroboter. Die Kamera erfasst die einzelnen Laserpunkte und ihre Anordnung zueinander. Gleichzeitig kennt das Gerät die Position des Senders, des Laser-Igels. Aus beiden Datensätzen kann das Gerät die aktuelle Position berechnen - und zwar blitzschnell und hochpräzise.
"Es ist hochgenau. Es hat das Potenzial, Submillimeter-Genauigkeiten zu erreichen, ist also von den ganzen Systemen, die wir hier zeigen, eines der hoch genauen."
Solche Techniken spielen selbst in der modernen Landwirtschaft eine Rolle, so Professor Hilmar Ingensand vom Institut für Geodäsie und Photogrammetrie an der ETH Zürich: Dem Schwein mit dem Indoor-Navi am Halsband gehört die Zukunft.
"Man möchte also Bewegungsprofile erstellen in Ställen, wie sich die Tiere zum Beispiel in den Ställen bewegen. Schweine haben zum Beispiel einen großen Spieltrieb. Und man will dann sehen, wie sie sich dort gruppieren und so weiter. Das dient Forschungszwecken, aber auch der Optimierung der Lebensmittelproduktion."
"Also die Standardanwendung, für die es verwendet werden soll, ist gedacht für Feuerwehrleute, um diese in Gebäuden zu lokalisieren. Die Überlegung war: Wenn es einem Feuerwehrmann schlecht geht, weil er während des Einsatzes Probleme bekommt und liegen bleibt, weil es ihm schlecht geht, kann man ihn wieder finden im Gebäude."
"Positionslokalisierung von Personen" nennt sich, ein wenig technokratisch formuliert, diese Entwicklung, die die Bundesanstalt gemeinsam mit der Freien Universität Berlin vorangetrieben hat. Denn die Lokalisierung von verletzten Feuerwehrleuten in geschlossenen Gebäuden, in brennenden zumal, ist gar nicht so einfach: Die regulären Signale der GPS-Satelliten dringen meist nicht durch die dicken Betonmauern. Aus diesem Grund haben sich die Berliner Experten etwas völlig Neues ausgedacht: Spezielle Sensoren, die alle Bewegungsformen erkennen - Schritte nach vorne, Aufzug fahren, Sprünge, Treppensteigen. Wichtig dabei: Die Sensoren erfassen dabei auch die Bewegungsrichtungen, auf Zentimeter genau: Wie viel Treppenstufen steigt der Feuerwehrmann gerade nach oben? Um wie viel Meter ist er seitwärts gesprungen? Von der bekannten Anfangsposition aus lässt sich dann die Endposition errechnen, erklärt Enrico Köppe:
"Wir zeichnen den kompletten Weg des Feuerwehrmanns auf. Und zwar der Weg beginnt bei der Einsatzzentrale. Und ab diesem Moment werden die Daten über Funk übertragen zur Einsatzzentrale. Dort werden sie zwischengespeichert und dem Einsatzleiter auf einer Karte visualisiert. Er sieht sofort: Wer ist wo?"
Wird der Feuerwehrmann verletzt, kann ihm nach diesem Szenario viel schneller als bisher geholfen werden, da die Position bekannt ist - eines von vielen Beispielen für moderne Indoor-Navigationssysteme, wie sie derzeit in Zürich diskutiert werden. Andere Anbieter haben ähnliche Technologien für Fußgänger entwickelt, die sich beispielsweise mit kleinen Navigationssystemen in riesig großen Einkaufszentren bewegen. Auch dort bestimmt ein Mini-Rechner anhand der Ausgangsposition und der Daten der Bewegungssensoren die jeweilige Endposition. Je größer die Distanz zum Startpunkt wird, desto ungenauer fällt allerdings die Positionsbestimmung aus - ein grundsätzliches Problem dieses Verfahrens, so Tagungsleiter Rainer Mautz, wissenschaftlicher Mitarbeiter der ETH Zürich:
"Das Problem ist: Der Sensor driftet weg, umso länger ich dann laufe. Der braucht dann einen Referenzpunkt. Und das muss dann mit einem anderen System stabilisiert werden. Deshalb kann man diese Fußgänger-Navigation nicht nur mit diesem Sensor durchführen."
Weil sich mit zunehmender Distanz des Fußgängers zum Ausgangspunkt kleine Messfehler des Bewegungssensors immer stärker potenzieren, stimmt nach geraumer Zeit die Positionsangabe überhaupt nicht mehr. Über eine äußere Quelle muss das Navigationssystem deshalb seine Position erneut bestimmen - nicht in jeder Minute, aber immer wieder. Das können beispielsweise Hotspots fürs Wireless-LAN-Netze sein. Diese nutzen Indoor-Navigatonssysteme,
"indem sie einfach bei den ganzen W-LAN-Knoten die Signalstärken messen. Das geschieht automatisch in dem Gerät, und sich dann aufgrund der Signalstärken etwa auf die Entfernung schließen auf den nächsten W-LAN-Knoten. Und mann kann dadurch durch das sogenannte Signalstärkeverfahren oder Fingerprinting-Verfahren auf die Position schließen. Das geht allerdings nur auf Metergenauigkeit oder mehrere Meter Genauigkeit."
Das mag dem Passanten im Einkaufszentrum genügen, einem Industrieroboter in einer automatisierten Montagehalle reicht das längst nicht aus. Hier müssen millimetergenau Schweißpunkte gesetzt oder winzige Schrauben angezogen werden. Auch dafür gibt es Indoor-Navigationssysteme. Ein solches ist der sogenannte "Laser-Igel", den Rainer Mautz mit entwickelt hat.
" Das funktioniert so, dass man einen Laser-Igel, also ein Gerät mit ganz vielen Laserpointern in verschiedenen Raumrichtungen ausgerichtet, aufstellt. Diese Laserpunkte werden dann auf die Decke projiziert und dann mit einer Kamera aufgenommen." "
Diese Kamera ist das Herzstück des Navigationsgerätes beispielsweise auf einem Industrieroboter. Die Kamera erfasst die einzelnen Laserpunkte und ihre Anordnung zueinander. Gleichzeitig kennt das Gerät die Position des Senders, des Laser-Igels. Aus beiden Datensätzen kann das Gerät die aktuelle Position berechnen - und zwar blitzschnell und hochpräzise.
"Es ist hochgenau. Es hat das Potenzial, Submillimeter-Genauigkeiten zu erreichen, ist also von den ganzen Systemen, die wir hier zeigen, eines der hoch genauen."
Solche Techniken spielen selbst in der modernen Landwirtschaft eine Rolle, so Professor Hilmar Ingensand vom Institut für Geodäsie und Photogrammetrie an der ETH Zürich: Dem Schwein mit dem Indoor-Navi am Halsband gehört die Zukunft.
"Man möchte also Bewegungsprofile erstellen in Ställen, wie sich die Tiere zum Beispiel in den Ställen bewegen. Schweine haben zum Beispiel einen großen Spieltrieb. Und man will dann sehen, wie sie sich dort gruppieren und so weiter. Das dient Forschungszwecken, aber auch der Optimierung der Lebensmittelproduktion."