Innenraumortung per Echo

GPS arbeitet bekanntlich nur im Freien zuverlässig. Ein von der Fledermaus abgeschautes Ortungssystem könnte Abhilfe schaffen.

Das satellitengestützte Global Positioning System, kurz GPS, revolutionierte, wie Fahrzeuge (und Menschen) navigieren. Doch die Technik hat ernsthafte Schwächen. So funktioniert sie nahezu nicht in Innenräumen. Aus diesem Grund arbeiten Forscher und Ingenieure schon seit längerem an Ersatzmethoden, die einspringen können, wenn GPS nicht zur Verfügung steht.

Das ist leichter gesagt als getan. Navigationssysteme, die allein auf WLAN-Signalen aufbauen, verfügen nur über eine eingeschränkte Genauigkeit, weil sich die Signalstärke in einem Gebäude stark unterscheiden kann. Wiederholbare Messungen mit ausreichender Aussagekraft sind so kaum möglich. Ansätze mit kleinen Funksendern (Beacons) basierend auf der Nahbereichsfunktechnik Bluetooth Low Energy sind wiederum nicht ganz billig, schließlich müssen die Beacons erst einmal aufgebaut werden.

Ruoxi Jia von der University of California in Berkeley hat deshalb zusammen mit einem Forscherteam nun einen neuartigen Navigationsmechanismus vorgestellt – basierend auf Ansätzen aus der Bionik. Er soll einfach und billig sein und auch einzelne Räume unterscheiden können. Einziger Nachteil: Es müssen bereits vorab Daten zur Umgebung erfasst worden sein.

Das neue System ist im Grunde eine Form der Echoortung. Es wird zuerst ein Geräusch ausgesendet und anhand der Veränderung des Rückläufersignals ermittelt, wie groß ein Raum ist und welche Form er hat. Selbst Materialien in Wänden und Böden sollen sich so erkennen lassen, zudem, ob sich Möbel oder Menschen im Raum befinden.

Das Problem bei der Echoortung ist normalerweise, dass sie Spezialausrüstung benötigt, darunter ein Mikrofon, das Klangfelder genau genug messen kann. Zudem können Umgebungsgeräusche Störeinflüsse verursachen. Jia und Team umgehen dies, indem sie das Signal so bearbeiten, dass Hintergrundklänge ausgefiltert werden. Das macht es möglich, Mikrofone und Lautsprecher ordinärer Laptops zu verwenden.

Getestet wurde das "SoundLoc" genannte System bereits in zehn verschiedenen Räumen auf dem Berkeley-Campus. Der Testrechner produzierte hierbei Klänge auf mehreren Frequenzen und hörte dann das Echo ab. Pro Ort wurden 50 Probeaufnahmen gemacht, wobei auch Hintergrundgeräusche wie Schritte, Gespräche und Lärm von Heiz- und Klimageräten aufgezeichnet wurden. Anschließend wurden die Daten maschinell verarbeitet, um für jeden Raum einen aussagekräftigen "Fingerabdruck" zu erhalten. Das Ergebnis: Den Forschern zufolge war es möglich, individuelle Räume mit einer Genauigkeit von 97,8 Prozent zu bestimmen.

Dies eröffnet neben der reinen Ortung eine Anzahl verschiedener weiterer Anwendungsfelder. Jia und Team sind beispielsweise auch daran interessiert, mit dem Verfahren Energie in Wohn- und Geschäftsgebäuden sparen zu helfen. Rund 40 Prozent des Gesamtenergieverbrauchs der USA liegt hier. Sind diese Gebäude leer, wird viel Energie verschwendet. Mit "SoundLoc" könnte man feststellen, ob sich jemand in einem Raum befindet. Dazu könnten auch einfache Büro-PCs verwendet werden. ()