Platsbestämning

Den bestämning av position, positionsbestämning eller lokalisering, även lokalisering , är bestämningen av platsen i förhållande till en definierad fast punkt ( referenssystem ). Positionering i synnerhet är bestämningen av sin egen plats , medan bestämningen av positionen för ett avlägset objekt kallas lokalisering . Enbart bestämningen av närvaron av ett objekt kallas detektering.

En platsbestämning avser vanligtvis platser utomhus. Sådana system är standardiserade enligt ISO 19762-5 för realtidsapplikationer . Ett av de mest kända och mest utbredda systemen är det satellitbaserade Global Positioning System (GPS), vars miniatyrisering möjliggör installation i många smartphones och surfplattor .

Elektroniska system (radiobaserade, optiska eller akustiska) möjliggör också exakt platsbestämning i byggnader . Det finns några speciella funktioner i mätprocessen mellan reflekterande ytor som ska observeras .

geometri

De matematiska metoderna för platsbestämning definieras av den euklidiska geometrin för de plana trianglarna ( trigonometri ) och de sfäriska trianglarna ( sfärisk trigonometri ). Följande matematiska fakta finns för att bestämma platsen:

Platta trianglar definieras tydligt av tre storlekar, varav minst en är längd.
Kul trianglar definieras tydligt av fyra storlekar, varav minst en är längd.
Platser på planet bestäms av två variabler och en referensvariabel samt en orienteringsvariabel (rotationsvinkel).
Platser i rymden bestäms av tre storlekar och en referensstorlek samt en orientering.
Platser på den sfäriska ytan bestäms av två kvantiteter och en referenskvantitet samt en orientering.
Platser i den sfäriska volymen bestäms av tre storlekar och en referensstorlek samt en orientering.

Den (tvetydiga) bestämningen av en plats med en linje som går igenom denna plats och som hänvisar till en annan linje, baslinjen, kallas ett lager . För den entydiga bestämningen av en plats med hjälp av lager behöver du exakt två lager utöver baslinjen känd i riktningen och två punkter och orienteringen i förhållande till denna baslinje. Att ha mer än två lager kan förbättra noggrannheten.

Den (tvetydiga) bestämningen av en plats med en linje som går igenom denna plats och som inkluderar ett mått för avståndet kallas avstånd . För den otvetydiga bestämningen av en plats efter avstånd behöver man exakt två avstånd bortsett från baslinjen känd i riktningen och två punkter och orienteringen mot denna baslinje. Mer än två avstånd kan förbättra noggrannheten.

Plats och plats (orientering)

I rumsliga referenssystem måste man skilja mellan plats (plats i rymden ) och plats ( orientering i rymden). En kropp kan ändra sin rumsliga position genom att vrida den utan att ändra sin plats och tvärtom. Referenssystemet täcker båda aspekterna, så att den fullständiga rumsliga specifikationen för ett objekt kräver dess placering och orientering.

Om platsen för ett objekt utvidgas till att omfatta dess rörelse , måste tidpunkterna då plats- och positionsdata tillämpas också anges.

Användningen av termerna plats (position genom att ange koordinaterna och deras mätvärden ) och position (koordinaternas riktning och positionsvinkel i rymden) är ofta suddig, vilket är fallet med mätbeskrivningar. Ett lager registrerar inte platsen, utan bara en riktning (eller en vinkel) mot målplatsen. En avståndsmätning registrerar inte objektets position i förhållande till referenspunkten, utan bara avståndet till denna plats.

För platsbestämning mäter markbunden navigering huvudsakligen endast positioner i ett referenssystem, medan tröghetsnavigering endast mäter rörelse. De nödvändiga integreringskonstanterna för bestämning av läge och position kan inte bestämmas direkt på ett tröghetssätt utifrån uppmätta accelerationer och vinkelhastigheter . För att göra detta behöver du ytterligare instrument som gyroskop som tittar norrut eller alternativt magnetkompasser och kilometrar eller bestämning av avståndet som täcks från den integrerade hastigheten uppmätt vid vissa punkter över de individuella uppmätta tiderna.

Fastställandet av en plats kallas platsbestämning eller positionsbestämning.
Bestämningen av placeringen av ett objekt kallas positionering eller lokalisering.
Förändringen av ett objekt på plats kallas förskjutning eller översättning .
Förändringen i ett objekts rumsliga position kallas en rotation eller rotation .
Att ändra ett objekts plats och rumsliga position kallas korrekt positionering .
Bestämningen av ett objekts rörelse genom flera platser kallas ett spår .
Bekräftelsen av en antagen plats genom en ytterligare mätpunkt med hjälp av ett lager kallas en bekräftad plats.

Lokalisering av sin egen plats och avlägsna plats

För att ange termen platsbestämning anger man

bestämning av positionen (platsen) eller banan (spåret) för ett objekt eller en signal som härrör från ett objekt som en extern plats,
bestämningen av sin egen plats som bestämningen av sin egen plats. Till exempel definierar den platsen som skärningspunkten mellan platslinjerna .

Varje platsbestämning utses med hjälp av koordinater i ett koordinatsystem eller betonas med andra beskrivningsmetoder i förhållande till miljön.

Metoder för platsbestämning

Metoderna för platsbestämning är lika olika som ämnesområdena som kräver dem.

Räckvidden går från nanoområdet (fysik) över några centimeter (kartometri), 100 km (navigering), 30 000 km (GPS) till många ljusår i astronomi.
Mätmetoderna är främst bestämning av avstånd, vinklar, riktningar, höjder och transittider.
Koordinaterna är 1D (som i järnvägstransport eller vägmätning ), 2D (polär, geografisk), 3D (rumslig) och även 4D för tidsserier .
Den resulterande positionen kan vara relativ eller absolut.

Geodetisk platsbestämning

Positionsbestämning i teknisk mening av geodesi sätt mäter positionen för enskilda undersökningspunkter och loppet av gränslinjer eller skiktnings linjer på jordytan. Jordens ellipsoid fungerar som den globala beräkningsytan och ett plan (2D) koordinatsystem för lokala uppgifter . Bestämningen av punkter sker huvudsakligen genom avståndet och vinkelmätning , ibland även av speciella bass linjer . Följaktligen bestäms unika mätningar av ytterligare punkter i ett utrymme av dimensionen av åtminstone avstånd . Ytterligare mätningar förbättrar den numeriska noggrannheten. ${\ displaystyle n + 1}$ ${\ displaystyle n}$

Koordinatsystem

Kända koordinatsystem för platsrepresentationer kan omvandlas till varandra. Tidigare förenklingar i projektioner eller idealiseringar ger fel i sådana transformationer.

Planära koordinater (2D)

Det är vanligt att använda plana matematiska koordinatsystem med en enhetlig referenspunkt:

Kartesiska koordinater för plana ytor och härledda, oftast förskjutna, galler
Plan sfäriska koordinater för jordytan och härledda, även projicerade galler

För en punkt i ett tvådimensionellt ( ) koordinatnätverk krävs minst tre ( ) bestämningsekvationer. ${\ displaystyle n = 2}$ ${\ displaystyle n + 1}$

Kubiska koordinater (3D)

En fullständig beskrivning av en punkt i rymden uppnås med en tredimensionell koordinatspecifikation med en radie (eller höjd), latitud ( latitud ) och longitud ( longitud ). För en punkt i ett tredimensionellt ( ) koordinatnätverk krävs minst fyra ( ) bestämmande ekvationer. ${\ displaystyle n = 3}$ ${\ displaystyle n + 1}$

Den tekniska användningen av plana koordinatsystem på oregelbundet böjda ytor är inte vanligt. Sedan används en approximation för ett plan eller en sfär för att förenkla.

Tredimensionell platsinformation

${\ displaystyle x, y, z}$ i ett (rumsligt) koordinatsystem med avseende på en nollpunkt (maskinrum)
${\ displaystyle X, Y, Z}$ i det tredimensionella koordinatsystemet med avseende på jordens centrum ( satellitgeodesi )
Samma för himmelskroppar i solsystemet ( himmelsk mekanik , astronomi )

Polära koordinater

Riktning och avstånd från mätpunkt , kyrka etc.
Kurs och avstånd från / till nästa hamn
Polärt avstånd indikerar bara avståndet till referenspunkten, men indikerar ingen riktning.
Kullager indikerar två riktningar, men inget avstånd. Detta bestäms med hjälp av grundavståndet mellan referenspunkterna.

Geografiska, naturliga koordinater

Geografisk latitud och longitud , baserat på systemet för en nationell undersökning ("geodetiskt datum" och referensellipsoid )
Samma i ett globalt system (med avseende på medeljordellipsoid ), WGS84 eller ITRF
Astronomisk latitud och longitud ( astrogeodesi : mätning av den naturliga vinkelräta riktningen , dvs. med avseende på geoiden )

Mental beslutsamhet

En mental orientering sker ständigt - omedvetet, intuitivt eller uttryckligen, till fots eller i ett fordon.

Position i förhållande till ett känt objekt, till exempel "3 meter till höger om ingångsporten"
Position i förhållande till ett känt objekt, till exempel "mot ingångsporten"
Position i ett rutnät (geometriskt eller mentalt), till exempel "vid 3: e korsningen till vänster, 4: e huset till höger"
Position i rymden, till exempel "100 meter ovanför (uppför) fjällstugan"
Position i rummet, till exempel "ligga på ryggen, gå uppför sluttningen, fötterna pekar mot fjällstugan"
Position mittemot solen (t.ex. "solen bakom dig")
Rörelse bredvid en granne (nivå)
Tidsbestämd som "10 minuter till stranden"

Viktiga mätmetoder för att bestämma platsen

Typen av mätningar i fråga följer automatiskt av det föregående .

Platsinformation i relativa koordinater

Relativa koordinater används på avgränsade områden och i rum. Där väljs en eller flera referenspunkter godtyckligt. Enskilda kända punkter, linjer, områden eller mellanslag beskriver ett referenssystem även utan att specificera de exakta koordinaterna.

Platsbestämning med indexpoäng

Inom transportlogistiken är det ofta tillräckligt att registrera en passage förbi en plats. Då är objektets identitet tillsammans med tidsinformationen för passagen ett giltighetsdatum för den redan kända platsinformationen för indexpunkten. Detta gäller följaktligen för att korsa linjer, köra på ett område eller stanna i ett rum.

Baslinjer som referenssystem och mätmetod

I de flesta system används flera mätmetoder och deras resultat kombineras. Följande omnämnanden beskriver inte fullständiga mätmetoder.

Genom raka linjer ( tvärlager , skärningspunkt mellan två bygglinjer eller gränser, inriktning )
Bakåt skuren
Framåt skära
Genom att korsa två cirklar ( böjd sektion , höjdvinkelmätning, lokal mätning med två eller flera blockerade dimensioner )
Genom att kombinera raka linjer och cirklar (med och utan höjdskillnad ), flygplatsradar
I hyperbolik ( radionavigering , såsom LORAN-C eller två utbredningstidmätningar )
Som sfärisk sektion eller hyperboloider ( GPS och DGPS )

Avstånd, vinkel och höjdmätning

I allmänhet används alla kända modeller av mätteknik. På grund av de stora avstånden och effekten av små vinkelfel, föredras optiska och kvasi-optiska ( radio ) mätmetoder för längder och vinklar samt olika tidsmätningsmetoder för tidsskillnader och transittidsskillnader. Dessutom används barometriska modeller för höjdmätning och dynamiska gravimetriska och magnetiska modeller används för nordlig orientering .

Exempel på mätmetoder som används är för

Avståndsmätning : linjal, mäthjul , måttband , optisk avståndsmätning ( saxteleskop , lutningsmätares skala , avståndstrådar i teodolit ), EDM (laser, infraröd) och tid för flygmätning
Vinkelmätning : gradskiva (transportör) eller triangeln (3: 4: 5 = 30 ° / 90 °), sextant , målskiva och diopter, cartometry , mätning bord , teodolit och totalstation
Riktningsmätning : Kompass eller gyrokompass , med radiolager , med avseende på solens position (uppgång, solnedgång , solur ) eller Pole Star , med orienterad teodolit ("riktningsvinkel", azimut för astronomisk orientering )
Höjdmätning : barometrisk ( höjdmätare , kokande termometer), utjämning (horisontell observation), trigonometrisk höjdmätning (avstånd och höjdvinkel ), i flygradiohöjdmätare och Doppler radar , satellit höjdmätning
Rotationshastighetsmätning : pendel , stämgaffel , gyroinstrument

Astronomisk positionering, radio- och satellitpositionering

Astronavigation med sextanter (som solens middagstid , positionslinjer med par stjärnor)
Astronomisk längd- och latitudbestämning eller skillnader i längd och lodlinjeavvikelser genom att mäta vinklar mot himmellegemer
- med bärbara instrument: med teodolit ( Sterneck eller Embacher-metoden ), med Ni2 och andra små astrolabber eller med zenitkameror → se även astrogeodesi
- med fasta instrument: universal , meridian eller passage instrument , zenit teleskop eller PZT , radioteleskop → se Astrometry och VLBI
Visual navigering - genom visuell inspektion eller med kartor - terräng jämförelse visuell flygning
Död räkning
Markbunden navigering - genom att mäta fasta punkter, landmärken , etc.
Radionavigering (radiofyr NDB , VOR eller HiFix , fjärrnavigering med LORAN , Decca , Omega etc.) → se radiofyr och hyperbolnavigering
Satellitpositionering / satellitnavigering : GPS ( Global Positioning System ) och ryska GLONASS , framtida Galileo- system, SLR (satellitlaser), satellithöjdmätning , satellit triangulering .

Platsbestämning i naturlig hörsel och stereohörning

Bestämningen av riktningen för ett hört objekt kallas lokalisering i specialistkretsar . Vi lokaliserar ljudkällan genom naturlig hörsel och när reproducera högtalar stereophony vi lokalisera den fantomljudkällan , som kallas riktad lokalisering . Denna hörda lokalisering är inte en lokalisering i den vanliga terminologin.

Geodetiska mätmetoder

Lateration registreras målobjektets avstånd genom optisk mätning över en körtid och distansnätverk ( trilateration )
Vinkling: Målobjektets position ges av vinkeln på minst två fasta punkter till objektet och mätnätverk ( triangulering )
Polär metod (upp till cirka 500 m)
Polygonbana (ca 100 m per mätpunkt)
Metod för fri stationering (med identiska, 2 till 3 gånger uppmätta punkter)

Andra förfaranden

Markbunden navigering , nautiska procedurer: hastighetsmätning ( loggning ) och dödräkning (tillägg av avstånd), ljud (djupmätning) nära kusten, kontrollerad navigering i farleden (med fyrar , bojar, fyrar ), körning i mil (testvägar) , som ligger på däck framför portingången
Väg- och flygnavigering (se där), plats längs luftvägar och flygvägar , vägmätare och digitala vägkartor , DGPS, radar och tröghetsnavigering
Uppskattning : Även utan instrument är det möjligt att bestämma relativa placeringar på 1–10 procent av det sträcka som är täckt: vinklar med tummen eller handspännet, avståndet genom stimulering eller fot (skostorlek), uppskattning av intervall , uppskattning av gångtid etc. Höjdberäkningen
kräver dock ytterligare hjälpmätningar (huskant, horisont eller vattenflaska, lodlinje, vägskattning etc.).
Meteorologisk navigering
Ekolokalisering
I geofysik: bergutseende , bergets placering i motsats till platsen, bergets enhet

Kompakta lösningar

För industriella behov och serviceprocesser krävs kompakta lösningar som ger tillräckliga resultat även under visuella begränsningar. Detta inkluderar system som

radiofrekvensen identifiering (RFID) vid indexpunkter,
radiofrekvensbestämning av platsen inom synhåll.

Radiomärken (RFID)

I samband med användning av passiv RFID- teknik skrivs ofta möjligheten att den är lämplig för platsbestämning eller lokalisering (se sökmotorresultat för ordkombinationen "RFID + platsbestämning"). I denna utsträckning skulle varje läsanordning möjliggöra lokalisering av RFID- transpondrar . I grund och botten är det - som namnet Radiofrekvensidentifiering antyder - bara ett sätt att identifiera med radiosignaler. Lokalisering kan därför endast ske indirekt genom den aktuella platsen för en RFID-läsare, och även där bara i närheten av några meter.

Detta ligger inom kort tekniskt intervall för signalen och tillräcklig selektivitet för en bulkavläsning av RFID-taggar som en flaskhalslokalisering (Engl. Eller i-point localization choke point lokalisering ), respektive. Utan detta korta sammanfall av läsare och RFID-tagg (identifiering), skulle exakta uttalanden om identitet, tid och plats inte vara möjliga.

Dynamiska lösningar (RTLS)

Med den fortsatta utvecklingen av RFID-tekniken till RTLS -lokaliseringssystemet i realtid skulle ungefärliga lokaliseringar vara möjliga om avståndet mellan sändaren och mottagaren kan beräknas. Metoder för nivåmätning, felbedömning eller runtime- mätning ifrågasätts . Den tekniska användbarheten är emellertid kraftigt begränsad av störningsnivån hos andra sändare, flervägsutbredning, multipla reflektioner och dämpningen vid passering genom dielektriska massor. Operativa applikationer har hittills bara hittats sporadiskt, andra intresseområden är fortfarande få.

System för spårning av personer

Det finns aktiva RFID- transpondrar (sändarsystem, som oftast bärs i kläder eller sys in) för människor. I samband med infrastrukturen för ett personuppföljningssystem tjänar de till att skydda människor i riskzonen eller förbättra processer som utförs av människor.

En tillfällig tilldelning av ett markerat objekt till en person lokaliserar ännu inte denna person på grund av bristen på identifiering av personen. Motsatta beskrivningar hör till kategorierna leka falska uttalanden eller avsiktlig misstolkning. Att bara skapa en koppling mellan termerna RFID och platsbestämning förändrar inte de tekniska möjligheter som bestäms av fysik. Å andra sidan anses RFID-tekniken vara explosiv, vilket inte motiveras av enbart den tekniska prestandan.

Aktiva radiofrekventa sändare, till exempel, utlöser en signal när den vårdande personen lämnar vårdinrättningarna. Det är inte möjligt med alla övervakningstekniker att installera sändare under huden, eftersom överföringssignalen delvis försvagas av hudens vatteninnehåll. Passiv personlig övervakning med subkutant implanterade RFID- chips är dock möjlig.

tillåtlighet

Alla lösningar av detta slag kräver samtycke från de inblandade eller berörda eller deras juridiska ombud. Tillåtligheten att hitta personer som är under kurativ eller juridisk tillsyn är kontroversiell . Att balansera skydd och kontrollintressen mot rätten till informativt självbestämmande är lättast att säkra genom frivilligt samtycke från transportören. I alla andra fall bör ett neutralt eller auktoriserat organ fatta lämpliga beslut.

Förmyndardomstolarnas syn på tillåtligheten och behovet av godkännande som en åtgärd som berövar friheten (§ 1906 BGB) är annorlunda. Denna fråga besvarades jakande av AG Hannover, BtPrax 1992, 113; AG Bielefeld, BtPrax 1996, 232; AG Stuttgart-Bad Cannstatt FamRZ 1997, 704. I ett nytt beslut talar den högre regionala domstolen i Brandenburg mot kravet på godkännande av sändarchipet som sådant: Det är föremål för godkännande om det är klart att åtgärder som faktiskt begränsar friheten är tas i anläggningen (OLG Brandenburg FamRZ 2006, 1481).

Den öppna politiska diskussionen om detta ämne i Tyskland ligger långt efter den sociala diskursen i grannländerna. I Österrike är det vanligt att använda små transpondrar i alla hissar. I USA märks varje patient på sjukhuset i allt högre grad med en transponder. Säkerhetsfördelarna för drift, behandling och räddning är många.

Enhetsplaceringssystem

Det finns transpondrar (sändare, mest dolda) för enheter. Dessa fungerar tillsammans med infrastrukturen i ett enhetsspårningssystem för stöldskydd .

Sändarna utlöser en signal om till exempel enheter tas bort från det tillåtna användningsområdet genom felaktig transport (stöld, obehörigt lån, obetalt köp, orelaterad leverans). Det är omöjligt att installera sändare under metallytor, eftersom överföringssignalen försvagas av metallskiktet.

Positioneringsalgoritmer

Närhetsavkänning: Metoden bygger på den enkla idén om flera distribuerade mottagare vars positioner är kända. Positionen för objektet som ska placeras är då ungefär samma som koordinaterna för den närmaste mottagande antennen. Denna procedur utgör grunden för positioneringen av alla cellbaserade system som erbjuder platsbaserade tjänster , t.ex. B. Cellular , GSM och UMTS .
(Cirkulär / hyperbolisk) trilateration : tillnärmning av koordinaterna för målobjektet genom att jämföra signaltransittiderna i slutet anordningen, ges flera sändare. I 2D-utrymme behöver du tre signalsändare för att bestämma den exakta positionen. I 3D-utrymme krävs minst fyra sändare för att kunna beräkna positionen exakt. Denna metod används av satellitnavigeringssystem som GPS och Galileo .
Dead Reckoning ( dead reckoning ): Är de ursprungliga koordinaterna för det egna fordonet (fartyg, flyg) kända, med hastighet och riktning ( kurs ) bestäms positionen när som helst. Användning i system med mobila enheter som permanent ändrar sin position ( flygkontroll , OBU2 , GIS mäter fordon)
Komplex geodetisk programvara:
- Nätverksjustering , felutbredning, utsättning, GIS-moduler
- Analytisk fotogrammetri , justering av buntblock
- Överbestämning och kombination av ovanstående metoder tillåter uttalanden om noggrannhet och tillförlitlighet (se även nätverk (geodesi) )

Se även

Individuella bevis

↑ Informationsteknik - AIDC-tekniker för automatisk identifiering och datainsamling - Harmoniserat ordförråd - Del 5: Lokaliseringssystem.
↑ Metod för att skapa självorganiserande processer i autonoma mekanismer och organismer. (PDF; 2,0 MB).
↑ Page 1 RFID, identifiering av radiofrekvens. (PDF; 2,7 MB), Forum Dataforskare för fred och socialt ansvar e. V., s. 6.2
↑ Riktlinjer för dataskydd för införandet av RFID-teknik. ( Memento från 15 augusti 2009 i Internetarkivet ).

[1] Informationsteknik - AIDC-tekniker för automatisk identifiering och datainsamling - Harmoniserat ordförråd - Del 5: Lokaliseringssystem.

[2] Metod för att skapa självorganiserande processer i autonoma mekanismer och organismer. (PDF; 2,0 MB).

[3] Page 1 RFID, identifiering av radiofrekvens. (PDF; 2,7 MB), Forum Dataforskare för fred och socialt ansvar e. V., s. 6.2

[4] Riktlinjer för dataskydd för införandet av RFID-teknik. ( Memento från 15 augusti 2009 i Internetarkivet ).

Languages