Mit MEMS-Bausteinen lassen sich Personen in Gebäuden exakt orten

Anbieter zum Thema

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Analog Devices

Worauf es bei einem Sensor für Ersthelfer ankommt

Anstatt einer einfachen Genauigkeitsanalyse auf Basis des Sensorrauschens, was für ein Fußgängermodell ausreichen kann, muss ein Sensor für Ersthelfer auch Schlüsselspezifikationen wie Linear-g-Unterdrückung und Cross-Axis-Empfindlichkeit berücksichtigen. Die Tabelle vergleicht ein Industrie- und ein Low-End-MEMS-Bauteil, indem die RSS-Fehlerkombination von drei wichtigen Spezifikationen betrachtet wird. Nicht das Rauschen hat den größeren negativen Einfluss, sondern die Linear-g- und Cross-Axis-Leistungsfähigkeit. Für viele Low-End-Bauteile sind diese Eigenschaften nicht spezifiziert. Obwohl leistungsfähige Inertialsensoren erst vor wenigen Jahren nur mit Konzepten wie Glasfasertechnik realisiert werden konnten, haben industrielle MEMS-Prozesse jetzt klar bewiesen, dass sie sich eignen.

Die Inertial-MEMSs entwickeln sich kontinuierlich weiter: das steigert ihre Qualität und Robustheit. Die Sensorgröße ist umgekehrt proportional zur Leistungsfähigkeit und Robustheit. Auf die Wahl geeigneter Sensoren für eine bestimmte Anwendung folgt eine gründliche Analyse, um ihre Gewichtung (Relevanz) in unterschiedlichen Phasen der Gesamtmission zu verstehen. Im Falle von Fußgänger-Koppelnavigation (Dead Reckoning) ist die Lösung primär durch verfügbares Equipment (Embedded-Sensoren in einem Smartphone) vorgegeben, statt durch ein Design hinsichtlich Leistungsfähigkeit.

Als solches gibt es ein großes Vertrauen in GPS, wobei die anderen verfügbaren Sensoren wie Embedded-Inertial- und Magnetsensoren nur einen kleinen prozentualen Anteil ausmachen, um nützliche Positionsinformationen zu bestimmen. Das mag bei Anwendungen im Freien einigermaßen gut funktionieren. Doch in einer schwierigen städtischen Umgebung oder in Gebäuden ist GPS nicht verfügbar und die Qualität anderer Sensoren ist schlecht. Damit sinkt die Qualität der Positionsinformation. Trotz verbesserter Filter und Algorithmen, mit denen diese Sensoren ohne zusätzliche oder mit qualitativ besseren Sensoren verschmolzen werden, trägt die Software wenig dazu bei, um die Unsicherheitslücke zu schließen.

Die Anforderungen an die Sensorverarbeitung

Im speziellen Fall der Ersthelfer-Versorgung lassen sich die Anforderungen an die Sensorverarbeitung wie folgt unterteilen:1. Ankunft der Rettungskräfte am Unfallort, 2. Einsatz, 3. im Gebäude und 4. Rettung. Es ist vorgesehen, dass das Feuerwehrfahrzeug mit einem hochgenauen GPS/INS-System ausgestattet ist, um die Position des Fahrzeugs bei Ankunft Festpunkt (Geofixing) als bekannten Referenzpunkt festzulegen. Von diesem Punkt ausgehend erfolgen unbestimmte und spontane Bewegungssequenzen, für die das Präzisionsortungs- und Mappingsystem auf eine Ultrabreitband-Implementierung zurückgreift. Betritt die Person das Gebäude, werden die Inertial-Sensoren zum primären Tracking-Sensor mit einer Ortungsgenauigkeit von wenigen Metern. Das System verlässt sich ausschließlich auf inertiale Sensoren.

Es lassen sich auch andere Signale nutzen, wenn diese verfügbar sind: UWB-Signale, Magnetometerkorrekturen und Druckmessung. Die verwendeten Algorithmen erzeugen in Echtzeit eine Wegekarte der Suchmuster. Ein robustes Backhaul-Kommunikationsnetzwerk verbindet Feuerwehrmann, Retter, Einsatzleitung sowie Cloud-gestützte Karten und Koordination wo es möglich und nützlich ist.

* Bob Scannell ist Business Development Manager für die Inertial-MEMS-Produkte bei Analog Devices.

(ID:44398281)