Wer über Navigation spricht, denkt vorrangig an Straßenkarten, Routenplanung und Outdoor-Bewegungen. Doch wie steht es um die Navigation innerhalb eines Gebäudes, wenn kein GPS-Signal verfügbar ist? Welche Möglichkeiten gibt es hier und warum ist ein Indoor-Wegweiser für manche Zielgruppen so relevant? Konstantin Klipp vom Fraunhofer-Institut FOKUS spricht über die Entwicklung der everGuide-App und ihre Besonderheiten.

Herr Klipp, Sie haben am Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme FOKUS mit ihrem Team ein Indoor-Navigationssystem entwickelt, das die barrierefreie und exakte Navigation innerhalb von Gebäuden ermöglicht. Für wen und wo ist eine solche Indoor-Navigation besonders hilfreich?

Ursprünglich haben wir die Lösung zusammen mit dem Deutschen Blinden- und Sehbehindertenverband e.V. und dem Allgemeinen Blinden- und Sehbehindertenverein Berlin (ABSV) entwickelt, mit dem wir auch heute noch zusammenarbeiten. Ziel war und ist es, Menschen mit einer Sehbehinderung die rasche und unkomplizierte Orientierung innerhalb von Gebäuden zu ermöglichen, sodass sie ihr Ziel vollkommen autonom erreichen können, ohne auf die Hilfe anderer angewiesen zu sein. Bei der Konzeption war es uns aber auch wichtig, darauf zu achten, dass die Indoor-Navigation everGuide nicht nur eine Zielgruppe unterstützt, wie es zum Beispiel beim Blindenleitstreifen der Fall ist, der wirklich nur einem Blinden hilft, sich zu orientieren. Deshalb haben wir ein Design for All-Konzept umgesetzt, da wir mit unserem Produkt allen einen Mehrwert bieten möchten: Blinden, Sehenden, Rollstuhlfahrern.

EverGuide kann Blinden helfen, sich in Gebäuden zu navigieren. Doch auch für Sehende kann die App hilfreich sein. Bild: bearbeitet von Fraunhofer-Verbund IUK-Technologie, Bild von Fraunhofer FOKUS

Denn auch für andere Zielgruppen kann es schwierig sein, sich in großen, unübersichtlichen Gebäuden zurechtzufinden. Zum Beispiel in unbekannten Bürogebäuden, in denen man ein Vorstellungsgespräch oder einen anderen Termin hat. Auch am Flughafen kann eine solche Navigation sehr hilfreich sein. Einen wichtigen Anwendungsfall sehen wir in Krankenhäusern. Eigentlich kann man sagen: Sobald ein Gebäude mehrere Abteilungen hat und man nicht mehr alle Wege beschildern kann, ist unsere App sehr hilfreich. Einen Blinden unterstützt die App natürlich auch schon in kleinen Gebäuden.

Könnten Sie die Funktion von everGuide etwas genauer erläutern?

Bei everGuide handelt es sich, wie schon erwähnt, um eine App. An dieser Stelle muss angemerkt werden, dass tatsächlich viele Blinde das Smartphone in ihren Alltag integrieren, da es sie in vielen Fällen unterstützen kann. Vorinstallierte Funktionen, wie das Vorlesen von Bildinhalten, ermöglichen einen problemlosen Umgang mit der Technik. Deshalb war es naheliegend, auch die Navigation als App zu entwickeln.

Sie müssen sich die Funktionsweise wie folgt vorstellen: Betritt ein Nutzer ein Gebäude, welches wir mit der Indoor-Navigation ausgestattet haben, lokalisiert sich die everGuide-App automatisch. Sie ist ähnlich aufgebaut wie beispielsweise GoogleMaps. Nach der Zieleingabe wird eine Route berechnet, anschließend beginnt die Zielführung. Auch das Eingeben von Shortcuts mit Befehlen wie »Zur nächsten Toilette« ist möglich. Um den Weg anzuzeigen, gibt die App verschiedene Feedbacks an den Nutzer. Sehende können einfach auf die Karte schauen. Sehbehinderte, die noch eine Restsehkraft besitzen, sehen einen großen, kontrastreichen Pfeil, der ihnen die Richtung weist und für Blinde gibt es akustische Feedbacks wie das Klickergeräusch. Dieses Geräusch wird immer schneller, wenn sich der Nutzer in die falsche Richtung dreht oder bewegt. Wenn er in die richtige Richtung schaut, wird das Klickern entsprechend langsamer. Das ist – so zeigen es aktuelle Nutzertests – die geeignetste Variante und die Navigation ist auf den Grad genau.

EverGuide ist ähnlich aufgebaut wie Google Maps: Die App berechnet eine Route zum angegebenen Ziel, zum Beispiel der nächstgelegenen Toilette. Bild: bearbeitet von Fraunhofer-Verbund IUK-Technologie, Bild von Fraunhofer FOKUS

Herkömmliche GPS-Signale dürften in einem Gebäude zu schwach oder für eine exakte Navigation zu ungenau sein. Welche Orientierungsmöglichkeiten nutzt ihr System?

Es stimmt, wenn man ein Gebäude betritt, hat man einen sehr schlechten bis gar keinen GPS-Empfang. Und, wie Sie schon sagten, selbst wenn das Signal stark genug wäre, damit wir es auch innerhalb von Gebäuden nutzen könnten, wäre die Genauigkeit immer noch nicht ausreichend.
Für unsere Lokalisation und Navigation verwenden wir sehr viele Sensoren, die ohnehin schon im Smartphone integriert sind. Wir nutzen die Frontkamera, mit der wir Merkmale an der Decke erkennen, die wir zuvor als optisches Feature angebracht haben. Wir verwenden außerdem Beschleunigungssensoren, um eine relative Lokalisierung vorzunehmen, Drehratensensoren, also das Gyroskop, und das Magnetfeld.
Das Magnetfeld ist jedoch innerhalb von Gebäuden sehr stark abgelenkt, da hier oft viele metallische Strukturen vorhanden sind. Diese Ablenkung können wir aber ausmessen und das Wissen darum zur Lokalisation nutzen. Es handelt sich also um eine Fusion aus verschiedenen Lokalisierungsverfahren.

Sie sagten, die Gebäude werden mit optischen Features ausgestattet. Außerdem müssen die Wege vorab analysiert werden. Bedeutet das, Sie benötigen die jeweiligen Gebäudepläne, um das System zu konfigurieren?

Pläne müssen tatsächlich nicht vorliegen. Es ist zwar hilfreich, welche zu haben, aber unsere Erfahrungen sind, dass diese Pläne eigentlich nie stimmen. Das ist allerdings wenig überraschend. Die verfügbaren Pläne wurden oft noch vor dem Bau von einem Architekten erstellt. Über die Jahre hinweg wurden aber immer wieder Änderungen und Umbauten an den Gebäuden vorgenommen, die im Plan nicht nachgepflegt wurden. Existierende Pläne sind für uns also schlicht zu ungenau oder nicht aktuell genug.
Deswegen haben wir ein Robotersystem entwickelt, um einen aktuellen, detailgetreuen Plan erstellen zu können. Natürlich könnte man dafür auch mit einem Zollstock oder einem Lasermesser arbeiten. Das wäre aber sehr zeitintensiv. Unser Roboter nimmt hingegen autonom eine hochgenaue Karte des Gebäudes auf und registriert auch, wo beispielsweise Wände und Türen sind. So können wir 10000qm in wenigen Stunden vermessen und erhalten unseren Plan.

Wo kommt die Navigation derzeit schon zum Einsatz?

Wir bedienen sowohl den privaten Sektor, also Firmen, als auch den öffentlichen Sektor. So arbeiten bereits das Haus der Gesundheit und Familie in Berlin, das Rathausgebäude in Solingen und die zentrale Ausländerbehörde in Köln mit der Navigation.

Welche Rahmenbedingungen müssen geschaffen werden, um einen flächendeckenden Einsatz zu ermöglichen? Gibt es da noch Hindernisse, welche Kooperationen müssen noch eingegangen werden?

Wir arbeiten bereits mit verschiedenen Partnerfirmen zusammen, die uns vor allem bei der Ausstattung von Gebäuden helfen. Mittlerweile haben wir uns ein gutes Partnernetzwerk aufgebaut, mit dem wir im Projekt gut und effektiv zusammenarbeiten können. Aber aktuell ist unser System noch verhältnismäßig unbekannt. Daran müssen wir noch arbeiten, denn niemand kann ein System etablieren wollen, von dessen Existenz er nichts weiß. Generell sind die Rückmeldungen sehr positiv und ein Interesse an everGuide ist definitiv vorhanden. Im Vergleich zu baulichen Maßnahmen ist der Einsatz einer App auch wesentlich kostengünstiger.

Lassen Sie uns einen kleinen thematischen Sprung machen und noch einmal genauer auf die Forschung der Indoor-Navigation eingehen. Das Produkt everGuide ist das Ergebnis sechs Jahre langer Forschung. Während dieser Forschungszeit gab es verschiedene Projekte: m4guide, IndoorAssist und IndoorRobot. Können Sie mir mehr über die einzelnen Ziele der Projekte erzählen? Worin unterscheiden sie sich?

Nun, wir arbeiten ja schon recht lange an diesem Thema, also an der Indoor-Lokalisierung an sich.
Ursprünglich kommt das sogar aus dem Bereich des autonomen Fahrens. Denn auch hier gibt es immer wieder Szenarien, bei denen das GPS-Signal abbricht – zum Beispiel, wenn man in ein Parkhaus hineinfährt. Auch in einem solchen Fall muss mit Sensorwerten weitergearbeitet werden. Basierend auf diesen Grundlagen haben wir am Institut angefangen, uns mit dem Projekt m4Guide zu beschäftigen. Hier ging es nicht mehr um das autonome Fahren, sondern darum, die Navigation innerhalb von Gebäuden allgemein zu ermöglichen, also vor allem Fußgänger zu unterstützen, speziell Blinde. In dem Projekt m4Guide konnten wir sozusagen unsere ersten Grundsteine für everGuide anpassen und nutzen. Das Ergebnis war damals schon sehr gut, ebenso wie das Feedback der Gebäudebetreiber und der Nutzer.

Also haben wir das Folgeprojekt IndoorAssist gestartet. In diesem Forschungsprojekt ging es darum, unser technisches Ergebnis, das sozusagen unter Laborbedingungen getestet wurde, in die reale Umgebung zu bringen und so die Verbreitung zu schaffen. Wir haben also geprüft, inwieweit unsere einzelnen Strukturen skalierbar sind.
Im Projekt IndoorRobot geht es vor allem um den Roboter. Hier wurde die Problematik angegangen, dass eben oft keine oder nur veraltete Gebäudepläne vorhanden sind.
Grundsätzlich ist die Lokalisierung und Navigation von Menschen und Maschinen ein integraler Bestandteil der Arbeiten unserer Abteilung. D. h. wir entwickeln hier auch unabhängig von Projekten viel.

Ist die Forschung abgeschlossen oder läuft eines der Projekte aktuell noch? Wie sehen die zukünftigen Pläne aus?

Es wird auf jeden Fall noch weitergeforscht. Wir sind mit dem aktuellen Stand der App zwar sehr zufrieden, aber natürlich gibt es noch Verbesserungspotenzial. Wir haben in unseren Praxistests sehr viel dazugelernt und auch neue Anforderungen an das System entdeckt.
Ganz aktuell läuft auch noch die Forschung an dem IndoorRobot. Wir wollen effektiver in der Ausstattung werden, die technische Komponente der Lokalisierung verbessern und die Usability stets im Blick behalten.

Wir haben auch Anfragen von Museen erhalten, die am Nutzen der App interessiert sind. Hier gäbe es allerdings ganz neue Anforderungen und entsprechende Anpassungen müssten vorgenommen werden. Die sind dann allerdings meist sehr individuell und rechnen sich dann schnell nicht mehr. Ganz generell kann man sagen, dass everGuide derzeit in der Praxis erprobt und auch weiterentwickelt wird.

Mittelfristig wollen wir den Fokus aber auch gar nicht auf die everGuide-App legen. Stattdessen streben wir eine komplette Lokalisierungsinfrastruktur an, die wir in Gebäuden aufbauen. Die technische Komponente kann dann als Software-Baustein, einem sogenannten Software Development Kit (SDK), in bereits bestehende Navigations-Apps oder Städte-Apps integriert werden können, losgelöst von der everGuide-App.

(cst)

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