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Die Erfindung betrifft ein Ortungssystem und ein Verfahren zu einer Objektlokalisierung.
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Stand der Technik
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Bekannt sind Methoden zur Ortung von Gegenständen. Die Position von Objekten kann mit globalen Navigationssatellitensystemen GNSS, wie insbesondere GPS, GLONASS, Galileo o.dgl. vorgenommen werden. GNSS ist ein System zur Positionsbestimmung und Navigation auf der Erde und in der Luft durch den Empfang von Signalen von Navigationssatelliten und Pseudolithen. Die Satelliten der GNSS-Satellitenkonstellation teilen über Funkcodes ihre genaue Position und Uhrzeit mit. Zur Positionsbestimmung muss ein Empfänger die Signale von mindestens vier Satelliten gleichzeitig empfangen. In dem Empfangsgerät werden Signallaufzeiten gemessen und daraus die aktuelle Position von Objekten ermittelt.
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Die
DE 11 2008 001 380 T5 offenbart eine „Handhabung von Rasterbild-3D-Objekten“. Das Verfahren wird mit folgenden Schritten durchgeführt: Sammeln von Rasterbilddaten einer Umgebung; Speichern mindestens eines Teils der Rasterbilddaten als Objekt in einer räumlichen Datenbank; und Verknüpfen einer Objektidentifizierung mit dem Objekt, wodurch die Handhabung des Teils der Rasterbilddaten als Datenbankobjekt erleichtert wird.
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Zur Erstellung von Bilddaten wird dabei beispielsweise ein Laserscanner verwendet. Die
DE 10 2015 102 128 A1 offenbart einen „Laserscanner und Verfahren zum Vermessen eines Objektes“, wobei der Laserscanner eine GPS-Signalunabhängige Navigationseinheit aufweist.
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Nachteilig an den bekannten Ortungssystemen ist, dass eine Objektlokalisierung unter Einbeziehung der Z-Koordinate, also der Höhe, nicht oder nur erschwert möglich ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Ortungssystem zur Verfügung zu stellen, das eine Objektlokalisierung innerhalb von Räumen sowie im Außenbereich ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs offenbart, Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der sich an den Hauptanspruch anschließenden weiteren Ansprüche.
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Es wird ein Ortungssystem offenbart, das sowohl im Innen- als auch im Außenbereich von Gebäuden einsetzbar ist. Das Ortungssystem umfasst Ortungsgeräte, die beispielsweise an Säulen, Decken oder Wänden angeordnet werden. Mit diesen Ortungsgeräten werden sowohl die X- und die Y-Koordinaten zu Orten, als auch die Z-Koordinate, also die Höhe, erfasst. Dazu wird eine Bluetooth-Technik verwendet.
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Das Ortungssystem weist zumindest folgende Bestandteile auf:
- - Einen Beacon, der auch als „Bluetooth-Tag“ bezeichnet wird
- - Eine Ortungssoftware
- - Ein Ortungsgerät mit mindestens einer Antenne
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Als Beacons werden insbesondere kleine Bluetooth-Sender, o.dgl. bezeichnet. Ein Beacon kann ein kleiner Sender sein, der auf der Bluetooth-Technik basiert. Er nutzt Bluetooth Low Energy (BLE) oder die Bluetooth Smart Technologie. Die Reichweite des Senders beträgt circa zehn bis dreißig Metern, in guter Qualität und Leistung bis zu 100 Metern. Geräte wie Smartphones sind in der Lage, die Nachrichten der Beacons zu empfangen. Hierfür müssen sie die Technik unterstützen oder eine geeignete App besitzen.
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Sobald sich das Smartphone im Sendebereich des Beacons befindet, sind Daten empfangbar. Dann lassen sich die Beacons auffinden.
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Die genannten Beacons können beispielsweise in einem Einkaufswagen oder in bzw. auf einer Palette angeordnet werden, um diese zu orten. Ein Beacon kann einfach ausgebildet sein, so dass er sich beispielsweise finden lässt, oder teilweise intelligent ausgebildet sein, indem er Temperatur-, Helligkeits- oder andere Sensoren, Knöpfe und/oder LEDs aufweist. Der Beacon kann auch intelligent ausgebildet sein, d.h. er lässt sich finden und teilt dem Ortungsgerät mit, welche andere Ortungsgerät er findet.
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Die genannte Ortungssoftware weist zwei Komponenten auf. Diese zwei Komponenten können in einer Anwendung zusammengefasst oder in zwei oder mehrere Anwendungen aufgeteilt werden.
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Der erste Teil der Ortungssoftware ist für die Konfiguration zuständig und ermittelt beispielsweise: Wo befindet sich das jeweilige Ortungsgerät im Raum bzw. in einem Ladengeschäft? Der zweite Teil der Ordnungssoftware ermittelt anhand der Konfiguration, wo genau sich die Beacons befinden.
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Das genannte Ortungsgerät ist die Hauptkomponente des Ortungssystems. Mindestens ein Ortungsgerät wird in der Regel an einer Decke befestigt. Das Ortungsgerät kann aber auch an einer Wand angeordnet werden. Das Ortungsgerät weist mindestens eine Antenne auf, mit der nach den Beacons gesucht wird. Je nach der Ausfertigung bzw. der Modellvariante weist ein Ortungsgerät verschiedene Eigenschaften bzw. Module auf. Dies kann beispielsweise ein Gyroskop sein, um eine Neigung zu erkennen, um das Ortungsgerät dann gerade ausrichten und montieren zu können.
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Zur Funktion des Ortungssystems sind mindestens zwei Antennen notwendig. Entweder es wird ein Ortungsgerät mit zwei verbauten Antennen oder aber zwei Ortungsgeräte mit jeweils einer Antenne verwendet. Im Ortungsgerät ist ein Steuergerät verbaut. Das Steuergerät sucht mit der Hilfe der verbauten Antenne bzw. der Antennen nach Beacons. Die dadurch ermittelten Daten werden an die genannte Ortungssoftware gesandt. Dies erfolgt beispielsweise durch ein LAN-Kabel oder USB. Eine Funkverbindung wäre möglich, umfasst aber ein gewisses Störungspotential. Die Ortungssoftware wertet diese Daten aus und ermittelt die Position via Trigonometrie sowie weiterer Methoden.
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Der Ablauf der Ortung durch das Ortungssystem ist in folgende Schritte unterteilt:
- a) Importieren einer Grundrisszeichnung der Umgebung mit einem Maßstab in eine Ortungssoftware
- b) Entfernen einer „toten Fläche“, d.h. einer Fläche, auf der sich kein Beacon befinden kann, beispielsweise einer Fläche einer Säule oder einer Wand
- c) Hinzufügen von Ortungsgeräten in der Ordnungssoftware
- d) Testen einer simulierten Signalstärke in der Ordnungssoftware
- e) Platzieren und Verkabeln der Ordnungsgeräte in der Umgebung, insbesondere einem Gebäude: die Platzierung wird aus der Ortungssoftware gelesen, wobei die bestmögliche Positionierung der Ortungsgeräte von der Ortungssoftware ermittelt wird
- f) Überschreiben der Position der Ortungsgeräte in der Ortungssoftware mit der realen Position im Raum: die reale Position kann unterschiedlich zur Position in der Ortungssoftware sein, beispielsweise weil ein Kabel nicht lang genug war, weil man an dieser Stelle nicht bohren konnte oder weil sich an der Stelle eine Lampe befindet
- g) Prüfen und ggf. Korrigieren der Neigung bzw. Ausgleichen einer Schieflage der Ortungsgeräte
- h) Identifizieren der Ortungsgeräte, hier beispielhaft: Das Ortungsgerät in der Ortungssoftware, das an der Ecke neben der Säule oben links steht, ist das Ortungsgerät mit der Nummer 12345; die Ortungssoftware muss wissen, welches Ortungsgerät an welchem Platz steht, um die Position von zu messenden Bacons korrekt zu messen, wobei die Messung entweder manuell oder mit Hilfe eines speziellen Ausrichtungsgeräts erfolgt
- i) Ausrichten der Ortungsgeräte: die Ortungsgeräte müssen „wissen“, in welcher Ausrichtung sie sich befinden, beispielsweise: „Wo ist Norden?“ Dabei ist nicht die Himmelsrichtung entscheidend, sondern ausschließlich die Ausrichtung im Verhältnis zum Grundriss bzw. dem Plan aus der Ortungssoftware. Dies erfolgt entweder manuell oder mit Hilfe eines speziellen Ausrichtungsgeräts
- j) Ermitteln der Position der Beacons
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Der genannte Ablauf kann variieren. Es sind verschiedene Ausführungsbeispiele möglich. Einige der genannten Schritte sind optional. Beispielsweise können unterschiedliche Zonen definiert werden, zum Beispiel Kühlregale in einem Supermarkt oder schwere Metalle in einem Lager.
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Zudem erfolgt eine Hinterlegung der Raumhöhe oder die Montagehöhe der Ortungsgeräte.
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Das Entfernen von toten Flächen ist nicht zwingend notwendig, trägt aber dazu bei, ein genaueres Messergebnis zu erhalten. In den Fällen, in denen keine Grundrisszeichnung vorhanden ist, kann mit Hilfe der Ortungssoftware eine solche Grundrisszeichnung erstellt werden.
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Es ist eine Vorauswahl möglich, welche Beacons gefunden werden sollen und welche ggf. nicht, beispielsweise Schlüsselanhängerbeacons oder ausgemusterte Einkaufswagen sollten nicht gefunden werden.
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Falls in einem weiteren Ausführungsbeispiel ein Gyroskop vorhanden ist, wird eine Schieflage in Schritt g direkt gemeldet. Je nach Modellversion eines Ortungsgeräts ist eine LED beispielsweise zur Statusanzeige vorhanden. Dadurch ist ebenfalls eine Identifizierung möglich.
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In Schritt g handelt es sich bei dem Ortungsgerät, das verbaut wird, mit einem Ordnungsgerät, das zu einem Kalibrierungsgerät umgewandelt oder als Identifizierungsgerät erkannt wurde. In der Ortungssoftware kann ausgewählt werden, welches Ortungsgerät als Ausrichtungsgerät verwendet werden soll. Die Identifizierung erfolgt beispielsweise durch die Auswahl des Ortungsgeräts mit den meisten Antennen. Es erfolgt eine Bewegung hin zum montierten Ortungsgerät. Für das ausgewählte Ortungsgerät wird in der Ortungssoftware ein Ortungsgerät ausgewählt, welches zugeordnet werden soll. Dann wird das als Kalibrierungsgerät ausgebildete Ortungsgerät in Richtung des Ortungsgeräts gehalten, bis es erkannt wird. Dann wird das Ortungsgerät beispielsweise neben einem Notausgang als Ortungsgerät mit der beispielhaften ID 12345 erkannt.
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In Schritt i wird beispielhaft der Vorgang zur Ausrichtung erläutert. Dem Ortungsgerät muss bekannt sein, in welche Richtung es ausgerichtet ist. Beispielsweise kann ein rundes Ortungsgerät einen kleinen Pfeil auf seinem Außengehäuse haben. Die Ortungssoftware muss über die Kenntnis verfügen, wohin dieser Pfeil zeigt. Beispielhaft wird angenommen, die Ortungssoftware verfügt über die Annahme, der Pfeil zeige Richtung Osten, oder z.B. in Richtung eines Fensters. Tatsächlich zeigt der Pfeil jedoch in Richtung Westen oder in die entgegengesetzte Richtung vom Fenster weg. Die gesammelten Daten wären somit falsch. Die korrekte Ausrichtung erfolgt ähnlich wie bei der Identifikation. Bei der Ausrichtung wird die Position des Ausrichtungsgeräts hinterlegt.
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In einem Ausführungsbeispiel befindet sich in der Nähe des Ortungsgeräts eine Säule und auf der anderen Seite eine Wand. Beides ist auch in der Grundrisszeichnung hinterlegt. In der Ordnungssoftware wird die Information hinterlegt: „ich befinde mich nun bei der Säule“. Das Ortungsgerät findet in jeder Richtung das Ausrichtungsgerät mit dem Informationsgehalt „Ich befinde mich nun bei der Wand“. Auch hier findet das Ortungsgerät das Ausrichtungsgerät. Je öfter dieser Schritt durchgeführt wird, um so genauer ist die Ausrichtung hinterlegt.
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Um eine genauere Ortung zu ermöglichen, kann beispielsweise auch ein proprietärer bzw. separater oder anderer Bluetooth-Kanal ausgewählt werden, um Störquellen wie Kopfhörer, Smartwatches, Mobiltelefone usw. zu verringern. Zur Positionsbestimmung wird die Entfernung zwischen zwei Bluetooth-Geräten in Dezibel (db) gemessen. Es handelt sich dabei vorliegend nicht um eine Schallwelle wie in der Musik oder bei Geräuschen, sondern um Funkwellen. Der Wert 0 db, ein praktisch unerreichbarer und daher nur hypothetischer Wert, bedeutet, dass die Geräte überhaupt keinen Abstand zueinander haben, während -100 db (minus Hundert Dezibel) bedeuten, dass der Abstand sehr groß ist.
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Für eine Positionsbestimmung sind mindestens zwei Antennen notwendig. Dies kann ein Ortungsgerät mit zwei Antennen oder zwei Ortungsgeräte mit jeweils einer Antenne sein. Durch die Konfiguration ist der Ortungssoftware bekannt, wo, d.h. an welcher Stelle, sich welches Ortungsgerät im Raum befindet. In einem Ausführungsbeispiel handelt es sich beispielsweise um eine 2D-Ortung der X- und der Y-Koordinate mit einer konstanten Höhe, wie dies beispielsweise bei der Ortung von Einkaufswagen durchgeführt wird.
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Wenn zwei Ortungsgeräte fest verbaut sind, finden sich diese zwei Ortungsgeräte gegenseitig. Selbst wenn sich überhaupt keine anderen technischen Geräte im Raum befinden, ist die Signalstärke sprunghaft:
- Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel haben das Ortungsgerät A und das Ortungsgerät B einen Abstand von drei Metern. Die vom Ortungsgerät B gemessenen Werte bei einer Messung von einem Wert pro Sekunde in db: -65, -66, -63, - 58, -60,.... Derartige Sprünge sind vollkommen normal. Sie haben jedoch auch eine größere bzw. „globale“ Funktion und werden daher als Referenzwert benutzt. Wenn ein anderes Gerät gefunden wird, beispielsweise ein Beacon, der dieselbe Signalstärke aufweist, hat es denselben Abstand, in diesem Fall von drei Metern. Wenn die Signalstärke hingegen näher zu 0 zeigt, ist das Ortungsgerät näher als drei Meter, oder weiter weg von 0. Beim Abstand weiter zu -100 ist das Ortungsgerät weiter weg als drei Meter. Mittels Trigonometrie und der Anwendung des Satzes des Pythagoras kann eine genaue Position bestimmt werden. Je nach Leistung und Qualität der Beacons haben diese eine Reichweite von bis zu 100 Metern.
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Das Ortungssystem kann beispielsweise in einem Supermarkt oder einer Lagerhalle zur Navigation eingesetzt werden. In einem Supermarkt kann das Ortungssystem auch für die Kundenanalyse verwendet werden.
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Bei der Angabe des Einsatzes wird der Begriff „Raum“ verwendet. Dies kann ein Gebäude, ein bestimmter Ort im Gebäude wie ein Lager oder Ladenraum o.dgl. sein oder auch für einen Außenbereich gelten.
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Das erfindungsgemäße Ortungssystem sowie das damit durchgeführte Verfahren haben dabei den Vorteil, dass durch die Kombination mindestens eines Ortungsgeräts mit mindestens einer Antenne, einer Ortungssoftware sowie mindestens einem Beacon eine Ortung von Objekten sowohl innerhalb als auch außerhalb von Gebäuden vereinfacht bzw. erst ermöglicht wird.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Figurenbeschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren werden schematisch dargestellt. Es zeigen:
- 1 zeigt ein einzelnes Ortungsgerät mit zwei Beacons in einer Draufsicht,
- 2 zeigt zwei Ortungsgeräte mit zwei Beacons in einer Draufsicht,
- 3 zeigt das Innere eines Ortungsgeräts in einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 4 stellt das Innere eines Ortungsgeräts in einem zweiten Ausführungsbeispiel dar,
- 5 zeigt das Innere eines Ortungsgeräts in einem dritten Ausführungsbeispiel,
- 6 zeigt den Querschnitt einer Schiene,
- 7 stellt ein verbautes Ortungssystem in einer Seitenansicht dar, und
- 8 zeigt eine Grafik aus einer Ortungssoftware.
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In 1 zeigt ein Ortungsgerät 13 mit einem Beacon A 11 sowie einem Beacon B. Des Weiteren ist eine Funkwelle 10 dargestellt, die zur Auffindung des Beacon B dient. Eine Funkwelle 12 dient dem Auffinden von Beacon A 12. Hierbei kann eine ungefähre Entfernung gemessen werden, jedoch nicht die genaue Position.
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2 stellt zwei Ortungsgeräte A 23 sowie Ortungsgerät B 26 dar. Mit 20 ist die Funkwelle vom Ortungsgerät A 23 bezeichnet, um den Beacon B 24 aufzufinden. Mit der Funkwelle 22 vom Ortungsgerät A 23 kann der Beacon A 21 aufgefunden werden. Eine Funkwelle 25 vom Ortungsgerät B 26 dient dem Auffinden von Beacon A 21 und eine Funkwelle 27 vom Ortungsgerät B 26 dem Auffinden des Beacons B 24. Hierbei kann die Entfernung und die Position gemessen werden. Dies erfolgt dadurch, dass die genaue Position der Ortungsgeräte A 23 sowie B 26 bekannt ist. Durch die Schnittpunkte kann die Position bestimmt werden.
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In der 3 ist das Innere eines Ortungsgerätes dargestellt. Es ist eine Antenne A 30, eine Antenne C 31, eine erste Steuereinheit 32, ein erster Motor 33, eine erste Schiene 34 sowie eine Antenne B 35 verbaut. In diesem Ausführungsbeispiel bewegt der Motor 33 die erste Schiene 34, um die Positionen aller Antennen A 30, B 35 und C 31 zu verändern.
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4 zeigt das Innere eines Ortungsgerätes in einem anderen Ausführungsbeispiel. Es ist eine Antenne A 40, eine Antenne C 41, eine zweite Steuereinheit 42, ein zweiter Motor 43, eine zweite Schiene 44 sowie eine Antenne B 45 verbaut. In diesem Ausführungsbeispiel bewegt der zweite Motor 43 die zweite Schiene 44, um die Position aller Antennen A 40, Antenne B 45 sowie Antenne C 41 zu verändern. Dabei hat der zweite Motor 43 die zweite Schiene 44 bewegt. Die Positionen der Antennen A 40, B 45 und C 41 haben sich verändert.
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5 stellt das Innere eines weiteren Ortungsgerätes dar. Hierbei sind die Antenne A 50, eine dritte Steuereinheit 51, eine Antenne B 52 sowie eine dritte Schiene 53 ausgebildet. Es ist kein Motor wie in den anderen Ausführungsbeispielen angeordnet. Die Antennen A 50 und B 52 haben die Möglichkeit, ihre Position unabhängig von den anderen Antennen zu verändern.
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6 zeigt Querschnitte einer vierten Schiene 61, einer fünften Schiene 63 und einer sechsten Schiene 65. Die Position einer der vierten Schiene 61 zugeordnete Antenne 60, eine der fünften Schiene 65 zugeordnete Antenne 62 sowie eine der sechsten Schiene 65 zugeordnete Antenne 64 kann jeweils horizontal verändert werden. Es kann auch eine vertikale Änderung der Position erfolgen.
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7 stellt ein verbautes Ortungssystem dar. Die obere Linie stellt die Decke eines Raumes dar. Eine Funkwelle 70 vom Ortungsgerät A 73 dient dazu, den Beacon A 71 aufzufinden. Eine Funkwelle 74 vom Ortungsgerät B 75 dient dazu, um den Beacon A 71 aufzufinden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Beacon A 71 in einem Einkaufswagen verbaut. Dadurch ist die Höhe in der Z-Achse bekannt. Durch eine Triangulation, die Anwendung des Satzes des Pythagoras sowie weiterer möglicher mathematischer Formeln und Funktionen kann die Position berechnet werden.
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8 zeigt eine Grafik aus der Ortungssoftware, hier für ein Modul einer Raumgestaltung. Ein Anwender hat eine Grafik importiert. Die Software hat Vorschläge gemacht, um Ortungsgeräte 80 zu positionieren. Es sind ebenfalls beispielhaft potentielle Punkte 82 bezeichnet, um später eine Ausrichtung in der Software zu hinterlegen. Mit 81 sind nicht eingezeichnete Türen bezeichnet.
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Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den Zeichnungen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Funkwelle zum Auffinden eines Beacon B 14
- 11
- Beacon A
- 12
- Funkwelle zum Auffinden von Beacon A
- 13
- Ortungsgerät
- 14
- Beacon B
- 20
- Funkwelle vom Ortungsgerät A zum Auffinden von Beacon B
- 21
- Beacon A
- 22
- Funkwelle vom Ortungsgerät zum Auffinden von Beacon A
- 23
- Ortungsgerät A
- 24
- Beacon B
- 25
- Funkwelle von Ortungsgerät B zum Auffinden von Beacon A
- 26
- Ortungsgerät B
- 27
- Funkwelle vom Ortungsgerät B zum Auffinden von Beacon B
- 30
- Antenne A
- 31
- Antenne C
- 32
- erste Steuereinheit
- 33
- erster Motor
- 34
- erste Schiene
- 35
- Antenne B
- 40
- Antenne A
- 41
- Antenne C
- 42
- zweite Steuereinheit
- 43
- zweiter Motor
- 44
- zweite Schiene
- 45
- Antenne B
- 50
- Antenne A
- 51
- dritte Steuereinheit
- 52
- Antenne B
- 53
- dritte Schiene
- 60
- Antenne verschoben
- 61
- vierte Schiene
- 62
- Antenne gerade Position
- 63
- fünfte Schiene
- 64
- Antenne verschoben
- 65
- sechste Schiene
- 70
- Funkwelle vom Ortungsgerät A zum Auffinden von Beacon A
- 71
- Beacon A
- 72
- Virtuelles Dreieck
- 74
- Funkwelle von Ortungsgerät B zum Auffinden von Beacon A
- 75
- Ortungsgerät B
- 80
- Ortungsgerät
- 81
- Türen
- 82
- beispielhaft ausgewählte Türen zur Durchführung einer Ausrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112008001380 T5 [0003]
- DE 102015102128 A1 [0004]