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Indoor-Navigation im Praxistest zeigt Licht und Schatten

04.04.2015 | 10:14 Uhr |

Wie steht es aktuell um Positionsbestimmung und Navigation in Gebäuden? PC-WELT hat verschiedene Systeme ausprobiert und erklärt die Technik dahinter.

Wo im Flughafen ist der Autovermieter, wo im Baumarkt die Regalwand mit Jalousien, wo im Klinikum die Röntgenabteilung und wo im Museum das gesuchte Exponat? Vier Beispiele, die zeigen, wie einfach es im Alltag manchmal wäre, wenn man auch in Gebäuden so navigieren könnte wie draußen.

Denn vom Navi im Auto und dem Routing mit dem Smartphone sind wir verwöhnt. Meist auf ein paar Meter genau sagt uns das Gerät oder die App im wahrsten Sinne, wo es lang geht . Wie schön wäre es doch, wenn man sich in Einkaufszentren, Museen und anderen zum Teil kaum überschaubaren Bauwerken ebenfalls elektronisch orientieren und zum Ziel führen lassen könnte.

Indoor-Navigation steckt teilweise noch in den Kinderschuhen

Die Indoor-Navigation funktioniert ganz anders als die Positionierung draußen über Satelliten, wie sie im Auto und am Handy eingesetzt wird. Dort wird der Standort überwiegend über die Satellitensignale des amerikanischen GPS-Systems abgerufen, wenngleich schon weit über 100 Smartphones auch die russischen Satelliten empfangen können. Schließlich arbeitet das Glonass genannte System bereits seit drei Jahren im Vollbetrieb.

Navigation mit kostenlosen Wanderkarten

Doch anders als die Mobilfunkverbindung benötigt diese Ortung direkten Sichtkontakt zu den Satelliten, innerhalb von Räumen funktionieren GPS und Glonass deshalb nicht. Wenn das Smartphone dort dennoch den Standort korrekt anzeigt, liegt dies an der Lokalisierung über bekannte WLAN-Netzwerke in der Umgebung, die das Telefon zusätzlich zu den Satelliten nutzt, bezeichnet als Assisted GPS (A-GPS).

„Im“ Deutschen Museum in München, die Positionierung von Google Indoor Maps platziert uns allerdings außerhalb des Gebäudes mitten in die Isar.
Vergrößern „Im“ Deutschen Museum in München, die Positionierung von Google Indoor Maps platziert uns allerdings außerhalb des Gebäudes mitten in die Isar.

Traditionelles WLAN ist auch die Technik, die Google seit zwei Jahren bei seinen Indoor Maps einsetzt. Dabei wird ähnlich wie bei der WLAN-Unterstützung beim A-GPS die Signalstärke diverser Hotspots gemessen und daraus durch Trilateration der Standort ermittelt. Sind genügend WLAN-Sender vorhanden, lässt sich die Position in Innenräumen im Prinzip bis auf rund zehn Meter genau bestimmen. Übrigens ohne, dass man sich irgendwo einloggen müsste, schließlich wird ja nur die Signalstärke benötigt.

WLAN zur Standortbestimmung hatte lange Zeit den entscheidenden Vorteil, dass es die einzige Technik war, die in praktisch jedem Smartphone steckte und damit von fast jedem genutzt werden konnte. Doch auch zwei Jahre nach dem Projektstart ist die praktische Umsetzung von Google Indoor Maps in allen von uns getesteten Gebäuden sehr unbefriedigend. Zum einen beschränkt sich die Möglichkeit, die gewöhnliche Google Maps-App für die Innenraumorientierung zu verwenden, auf eine übersichtliche Gebäudezahl : In Deutschland sind es drei Flughäfen, zwei Fußballstadien, ein paar Museen und diverse Shoppingcenter und Einzelhändler, darunter Saturn und Ikea.

Ungenau: Die Positionsunschärfe von Google Indoor Maps ist häufig so groß, dass sie wie hier in einem Münchener Kaufhaus fast die gesamte Etage umfasst.
Vergrößern Ungenau: Die Positionsunschärfe von Google Indoor Maps ist häufig so groß, dass sie wie hier in einem Münchener Kaufhaus fast die gesamte Etage umfasst.

Zum zweiten funktioniert das System nicht so, wie es soll. Denn im Prinzip muss man in einem entsprechend ausgerüsteten Bau auf dem Smartphone nur weit genug in die Maps-App hineinzoomen, dann öffnen sich die bei Google hinterlegten Gebäudepläne und zeigen darauf die per WLAN ermittelte Position – soweit die Theorie. Doch in der Praxis sieht man sich entweder ungenau und häufig genug sogar ganz falsch platziert: Mal ist der eigene Standort vermeintlich irgendwo draußen, mal umfasst die „Genauigkeitsangabe“ das gesamte Stockwerk, mal befindet man sich in der falschen Etage. Das nützt natürlich wenig, wenn man eine bestimmte Abteilung im Kaufhaus oder im Museum sucht.

In der Praxis sehr viel exakter arbeitet das ebenfalls WLAN-gestützte Awiloc-System des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen, das derzeit in fünf deutschen Museen zum Einsatz kommt. Hier erhalten die Besucher ein Tablet mit einer speziellen Guide-App, die unter anderem einen „freien Rundgang“ mit objektbezogenen Informationen oder spezielle Touren bereithält – so auch eine für Kinder.

Wir haben das System im Museum Ägyptischer Kunst in München ausprobiert. Es positionierte uns stets korrekt im Gebäude, in den großen Ausstellungsräumen auch an der richtigen Stelle im Raum. Als etwas mühsam erwiesen sich Bedienung und Benutzerführung der fest auf den Samsung-Tablets des Museums installierten App, weniger technikaffine Personen dürften hier ihre Schwierigkeiten haben. Die Standortbestimmung und damit die Trilateration aber funktionierten gut, die WLAN-Ortung muss also nur mit ausreichend vielen Funksendern umgesetzt sein.

Spezieller Audioguide: Statt Nummern zu drücken weiß die Museumsguide-App auf dem Tablet automatisch, wo man sich befindet. Im Bild das Museum Ägyptischer Kunst in München.
Vergrößern Spezieller Audioguide: Statt Nummern zu drücken weiß die Museumsguide-App auf dem Tablet automatisch, wo man sich befindet. Im Bild das Museum Ägyptischer Kunst in München.
© Smaek

Bluetooth 4.0: Beacons als Alternative zur WLAN-Ortung

Neben WLAN unterstützen immer mehr Mobilgeräte Bluetooth 4.0 (Bluetooth Low Energy, BLE). Apple rüstete bereits schon sein iPhone 4S im Jahr 2011 damit aus, Software-seitig wurde BLE dann zwei Jahre später mit iOS 7 und der iBeacon-Technik unterstützt. Googles Betriebssystem kann mit Bluetooth 4.0 ab Android 4.3 umgehen, zusätzlich muss das Smartphone oder Tablet BLE unterstützen. Die Lokalisierungstechnik funktioniert hier ähnlich wie bei WLAN, nämlich durch die Messung der Signalstärken von im Gebäude verteilten Bluetooth-Sender (Beacons).

Inzwischen nutzen diverse Geschäfte die Beacon-Unterstützung in ihren Apps, darunter Apple in seinen US-Stores. Damit können die Händler ihren Kunden ortsbezogen Push-Nachrichten senden, beispielsweise vor dem Weinregal ein Sonderangebot oder eine persönliche Empfehlung anzeigen. Wie dies in der Praxis funktioniert, zeigt ein kurzes Video der Warenhauskette Macy’s.

Ausprobiert haben wird die Beacon-Technik mit der App von Easyjet. Die Airline bietet seit kurzem an drei europäischen Flughäfen die Orientierung per Bluetooth und App (derzeit nur iOS). Dort sollen die Passagiere unter anderem zum Gate gelotst und ortsbezogen z.B. an das Öffnen der Bordkarte erinnert werden – am Londoner Flughafen Gatwick war das System in unserem Test jedoch offenbar nicht aktiv.

Um ihren Passagieren die Orientierung zu erleichtern, hat Easyjet an drei Flughäfen Bluetooth-Sender zur Navigation per App angebracht, so auch in London Gatwick.
Vergrößern Um ihren Passagieren die Orientierung zu erleichtern, hat Easyjet an drei Flughäfen Bluetooth-Sender zur Navigation per App angebracht, so auch in London Gatwick.
© Gatwick Airport

Das ist der status quo. Richtig komfortabel könnte die Indoor-Ortung werden, wenn sie innerhalb der Gebäude eine Navigation wie im Auto bietet, also „den Gang geradeaus, hier rechts, beim Aufzug in den dritten Stock …“. Darüber hinaus existieren schon Pilotprojekte, bei denen Wegpfeile und -hinweise per Augmented Reality auf dem Handy-Display über das Kamerabild gelegt werden.

Die Techniken für die Indoor-Positionsbestimmung

Zum Schluss erläutern wir noch die verschiedenen Technologien, die zur Indoor-Positionierung und Navigation eingesetzt werden.

Satellitenempfang und Mobilfunk : Moderne Smartphones setzen bei der Ortsbestimmung auf die Kombination von GPS (und dem russischen Glonass-Pendant), den Funkzellen des Mobilfunknetzes und der Identifizierung ortsbekannter WLAN-Netze. Innerhalb von Gebäuden aber funktioniert die GPS-Ortung nicht, weil dazu Sichtkontakt zu den Satelliten erforderlich ist. Mobilfunk wiederum ist viel zu ungenau, weil die Funkzellen zu groß sind.

WLAN: Bei der Positionierung per WLAN misst der Empfänger (Smartphone, Tablet) die Signalstärke einer Vielzahl von im Gebäude positionierten Hotspots. Durch Trilateration wird daraus die Position ermittelt.

Bluetooth Low Energy: Im Prinzip genauso funktioniert die Lokalisierung per Bluetooth 4.0, die Sender (Beacons) haben eine Reichweite von rund 30 Metern. Die Positionsgenauigkeit lässt sich mit verschiedenen Korrekturmaßnahmen bis auf ca. fünf Meter senken.

Andere Systeme: Ganz ohne Funkverbindung arbeiten trägheitsgestützte Systeme, welche Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung von einem definierten Punkt weg messen. Nach diesem Prinzip arbeitet der Kreiselkompass, ein Meilenstein der Navigation auf See. Daneben testet Philips sein „Visible Light Communications“ (VLC): ein Beleuchtungssystem, das neben gewöhnlichem Licht ortsspezifische Lichtimpulse erzeugt. Diese werden von der Smartphone-Kamera erfasst und ausgewertet, eine App zeigt in einem entsprechend ausgestatteten Gebäude den Standort. Ein Barometer hilft über die Luftdruckmessung in mehrstöckigen Gebäuden bei der Anzeige der Etage. Schließlich lässt sich die Raumortung per Echo nutzen, wie sie auch von Fledermäusen eingesetzt wird.

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