Location aware user interface

Zusammenfassung

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Thema "Location Aware User Interface". Unter diesem Begriff wird eine Interaktion zwischen Mensch und Maschine verstanden, mit der es möglich ist, mittels technischer Unterstützung geographischen Daten in Verbindung mit den Daten der Umwelt zu verknüpfen. Abhängig von dem Aufenthaltsort eines Nutzer oder Bediener (Users) ist es oft schwierig situations- und zustands-abhängige Informationen zu bekommen. Geräte, die die aktuelle geographische Position ermitteln können, gewinnen an Bedeutung, da sie es ermöglichen verschiedene Dienste anzubieten. Die daraus resultierenden Möglichkeiten könnten im zivilen, behördlichen und militärischen Umfeld erhebliche Vorteile erzielen. Lage-, Positions- und Situationsdaten müssen jedoch für den User ergonomisch aufbereitet werden, da ein Gleichgewicht zwischen "zu viel" und "zu wenig" Daten erzeugt werden muss. Um die Mensch-Maschine-Interaktion angenehm zu gestalten spielt das User Interface eine grosse Rolle bei der Auswahl relevanter Dienste.

1. Einleitung

Location Aware ist einer der jüngsten Forschungsgebiete die zunehmend an Bedeutung gewonnen hat. Aufgrund der zunehmenden Mobilität wünscht man sich flexiblere Dienste (siehe später), um abhängig vom aktuellen Ort bzw. Position einer Person Auskunft über Objekte in unmittelbare Nähe zu bekommen.

"Die Eigenschaft von Anwendungen, irgendwie geartete Positionsdaten zu berücksichtigen, wird Orts-, Positionsbewusstsein oder im Englischen Location Awareness genannt."[Roth05]

Mit der Möglichkeit Location Awareness in einem tragbarem Gerät, zu erschwinglichen finanziellen Mitteln umzusetzen ist eine Erhöhung der Lebensqualität gesellschaftsübergreifend absehbar und es bietet neue Perspektiven für neue Geschäftsfelder in der Industrie und Wirtschaft.

Man stelle sich vor ein partnersuchender Single geht durch die Stadt und geht an einer partnersuchenden Dame vorbei, ohne zu registrieren, dass es seine Traumfrau seien könnte. Mithilfe der Location awareness würden er und sie erfahren, dass sie einander suchen und können den Startschuss geben für eine Familienplanung, was schließlich auch im Interessenbereich der derzeitigen Familienpolitik liegt.

2. Positionierung und Genauigkeit

Die wichtigste Information für orts- oder positionsbewusste Anwendungen ist die aktuelle Position eines mobilen Users. Für eine genaue Lokalisierung von Personen und Objekten können verschiedenen Positionierungs-Verfahren benutzt werden.

Abhängig von dem Einsatzgebiet: "indoor oder outdoor" kann die Positionierungsgenauigkeit erheblich schwanken. Der Wahrnehmungsbereich eines Menschen ist vom Alter, seiner körperlichen Verfassung und der Fähigkeit seiner Sinne sehr unterschiedlich. Ein gesunder Mensch, ohne auftretende Stressoren und in voller Wahrnehmungsfähigkeit kann innerhalb eines geschlossenen Raumes andere Personen ohne grössere Schwierigkeiten wahrnehmen. Wird dieser Raum jedoch vergrössert reduziert sich die Wahrnehmungsmöglichkeit rasch, sogar exponentiell. Befindet sich diese Person beispielsweise in einer menschenvollen Einkaufspassage, mit Einkaufsstress und überflutet von auftretenden Informationen (Schall, Gerüche, Bilder etc.), kann es passieren, dass er an einer Bekannten, gesuchten Person unmittelbar vorbeigeht, ohne sie zu registrieren oder wahrzunehmen. Mit anderen Worten, wie genau muss eine Position sein und was für Systeme bestehen bereits?

Die vorhandenen Systeme zur Positionsbestimmung strukturieren sich grundsätzlich in drei Technologien. Die erste ist die Satellitennavigation (GPS, DGPS, Glonass, Galileo), die Zweite ist die Positionsbestimmung innerhalb von Gebäuden (Active Badge, Cricket) und die letzte Technologie ist die netzwerkgestützte Positionsbestimmung (GSM, WLAN).[Roth05]

Positionierung sollte angemessen genau, schnell und überall einsetzbar sein. Das Gerät sollte nicht von bestimmten Positionen (Netz-Anschlüsse, Energieversorgung) abhängig machen und sollte autark sein.
Der User eines mobilen Gerätes benötigt hierzu eine drahtlose Internetverbindung. Diese Verbindung kann über GSM oder Funk-LAN erfolgen vorausgesetzt, dass die Geräte die notwendigen Hard- und Software haben. Positionierung in GSM Systemen wird derzeit kommerziell eingesetzt und erfolgt mit nicht angemessen genauen Positionsdaten.

Der einfachste Weg Location Aware Services zu benutzen ist mit Hilfe eines Mobiltelefons. Die Positionierung eines Users ist relativ einfach, da die Informationen über die Position des Users in HLR (Home Location Register), VLR (Visitor Location Register) und LA (Location Area) gespeichert sind. Somit kann die Funkzelle (Cell-ID) identifiziert werden in der sich der User gerade befindet. Bei GSM benötigt man keine zusätzliche Software, aber die Abweichungen erstrecken sich von ca. 50 m in Grossstädten, bis zu 20 km in anderen Gebieten außerhalb von Grossstädten. In einigen Anwendungsbereichen könnte diese Genauigkeit ausreichen.

Mit Hilfe von GSM lässt sich also die Position des Users nur ungefähr ermitteln. Durch Verwendung verschiedener Verfahren wie Triangulation, GPS usw. kann die Position eines Users genauer festgestellt werden.
Für GPS benötigt man spezielle Hardware, was bei vielen handelsüblichen Handys der neuen Generation schon integriert ist. GPS (Global Positioning System) ist ein satellitengestütztes System, welches ein Gerät bis zu einigen Metern lokalisieren kann. Für die meisten Anwendungen und Dienste würde diese Genauigkeit völlig ausreichen.

GPS Daten sind leider nicht ganz exakt und nicht immer verfügbar. GPS ist nur im Freien einsetzbar. In Gebäuden, U-Bahn usw. gibt es kein GPS Signal. Eine Kombination mehrerer Verfahren und Methoden würden einen erfolgversprechenden Service bieten. Eine Erhöhung der Genauigkeit erfolgt durch DGPS (0,01 - 5m). In Gebäuden kommen andere Verfahren zum Einsatz, wie Bluetooth oder Wireless LAN.

Die Positionierung von Personen mit einer Genauigkeit von weniger als 1m ist weniger sinnvoll, da ein Menschen in diesem Umfeld alle seine Sinne nutzen kann. Handelt es sich jedoch um ein Gerät ausserhalb des ummittelbaren Wirkungsbereiches einer Person, z.B. in einer automatisierten-, beispielsweise militärischen- oder wissenschaftlichen Anwendung könnten genauere Positionsdaten und auch die Lage des Gerätes wie Winkel zu einem Bezugsmaß, beispielsweise eine Richtungsanzeige, von Bedeutung sein.
Solche Anwendungen existieren bereits. Schon heute sind Funkgeräte (walky-talky) im Security- Sektor mit einer sogenannten "Todmann-Warnung" ausgestattet, d.h. ist das Gerät nicht in einer aufrechten Lage, z.B. durch die Situation: "Der Security- Mitarbeiter ist in Gefahr und das Gerät liegt am Boden", wird ein Alarm ausgelöst. Eine Anwendung bei flight data recordern ist ebenfalls denkbar. Hier ist die Positionsgenauigkeit eher bedeutend, um im Fall eines Flugunfalls das Gerät zu orten.

3. Dienste

User von Mobilgeräten können nahezu unabhängig von ihrer Position jedoch abhängig vom Netzzugang innerhalb kürzester Zeit Informationen zu dem gewünschten Thema bekommen, vorausgesetzt die relevanten Informationen sind auf einem Datenspeicher abgelegt.
Durch präzise Positionsbestimmungsverfahren, moderne Informationssysteme und mobile Geräte der letzten Generation ist es möglich eine Vielfalt von Anwendungen anzubieten.[Eber03]

Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Diensten, die personenunabhängigen Dienste und die personenabhängigen Dienste.
Im Bereich Security wäre ein schnelles Auffinden von Personen mit dazugehörigen Lagedaten sowie das raschere und zielgerichtete Warnen vor gefährlichen und bedrohlichen Ereignissen vorteilhaft.
Ein Dienst "find a friend" heißt: Treffen von vereinbarten Personen oder Gruppen in der Umwelt mit dazugehörigen relevanten Informationen dieser Personen.
In der Tourismusbranche gäbe ein rasches und zielgerichtetes Finden von Sehenswürdigkeit mit Informationen der Lokalität oder effizientere Verkehrsanbindungen mehr Kundenzufriedenheit.
Bei der Navigation und Fahrerassistenz erhielte man ein effektiveres und effizienteres Ausnutzen der Verkehrslagen oder Warnungen über Verkehrsgefahren.
Im Bereich Business & Advertising hätten zielgerichtete Information; wer, wo, was und in welchem Umfang benötigt, eine marktbereichernde Wirkung.
Private Nutzungen, wie schnelles, genaueres lokalisieren des nächsten Geldautomaten und ist dieser in der Lage die Bedürfnis zu befriedigen, oder welche Apotheken hat Nachtdienst, wo ist diese und befindet sich dort das notwendige Medikament,sowie: wo ist der nächste Parkplatz, ist dieser frei und wie weit ist es von dort anschließend zu Fuss zum eigentlichen Ziel, wo ist das nächste Lebensmittelgeschäft und bekomme ich beispielsweise die Zutaten für das abendliche candle-light-dinner zu Zweit. Location Awareness bietet erste Lösungsansätze der o. a. Dienste.

Bei den personenunabhängigen Diensten wird der User, wenn er sich an einem Ort befindet, oder sich diesem nähert mit Informationen versorgt. Eine Anwendung könnte sich beispielsweise im Bereich Advertising so gestalten: "Ein User bewegt sich in der Nähe eines Discounter und erhält die aktuelle Information über Angebote: Ware, Preis und vorhandene Menge." Bei den personenabhängigen Daten gibt der User ein bestimmtes Profil ein, mit dem er zielgerichtet sucht oder gefunden werden kann. Eine Anwendung könnte sich beispielsweise im Bereich Business so gestalten: "Ein User gibt seine Bewerbungsdaten in ein Handgerät ein und erhält ortsgebunden eine Information, beispielsweise in Nähe einer Firma, die nach einem Berufsprofil Mitarbeiter sucht, was der User möglicherweise erfüllt."

Beide Anwendungen sollten eine Vielfalt von Diensten anbieten dabei an Strukturierung und Übersichtlichkeit nicht verlieren.

4. User Interface

Einer der wichtigsten Kriterien für einen User bei der Entscheidung für einen bestimmten Dienst oder Service ist die Genauigkeit, die Informationsbreite, die Aktualität und die Informationstiefe. Eine Anwendung für den User Tourist würde unter Umständen anders aussehen als eine für User-Unternehmer.
Da es sehr aufwändig oder vielleicht unmöglich ist eine Anwendung für alle möglichen User zu entwickeln, wäre zuerst eine Zielgruppenfestlegung, was jeweils einen anderen Funktionsumfang zur Folge hätte.
Um für einen bestimmten User nach seinen Bedürfnissen die relevanten Diensten nach den o.a. Kriterien bereitzustellen, bzw. nach einem bestimmten Muster zu selektieren, müsste ein location aware user interface eingerichtet werden, um die jeweiligen Dienste selektieren zu können.

Das User Interface enthält nur Basisfunktionalität und unterstützt den Anwender durch zielgerechte Auskünfte. Das User Interface ist von der Einsatzbestimmung und der Leistungsfähigkeit des Gerätes abhängig (PDA, Mobiltelefon). Es sollte benutzerfreundlich und leicht zu bedienen sein, auch ohne bestimmte Vorkenntnisse.[Fkvn00] Eine browserähnliche Oberfläche hätte den Vorteil einer bekannten und vertrauten Bedienung für User, da die meisten Menschen schon mit Web-Services arbeiten und diese bereits kennen. Wenn mehrere User dasselbe Mobilgerät benutzen, wäre zudem eine Administration der Zugangsrechte beim Systemeinstieg mit einer Authentifizierung sinnvoll.

Anforderungen an ein User Interface könnte zum Beispiel sein: Performance, Stabilität, Adaptierung, Visualisierung, Auflösung und die Skalierbarkeit.
Eine Methode den User nicht mit der Menge an Informationen zu überfordern könnte mittels einer Matrix gelöst werden. Bei dieser Matrix wäre in der ersten Dimension die Breite, oder auch das Spektrum aller Dienste (Themen) angegeben. Gruppenbildung ist denkbar, bedarf aber einer genaueren Beurteilung.
Die zweite Dimension enthält die Tiefe der Information. Hält sich ein User in einem Thema, z.B. Verkehrsanbindungen auf, so kann er zu einer tiefern Stufe wechseln und sich entscheiden, ob er Taxi, Bus, Bahn, andere Verkehrsmittel oder ob er das Schnellste oder Preiswerteste wählen möchte.

Ein User Interface sollte eine Reihe von Aufgaben und Funktionen erfüllen, um anwendbar zu sein und von einem User akzeptiert zu werden. Eine gute Strukturierung des Menüs erleichtert das Erlernen und die Bedienung. Kann ein User interaktiv mitwirken und sind Abfragen von Informationen zulässig, fühlt er sich eingebunden. So könnte ein interaktives System, wenn der Nutzer z.B. nach einer Haltestelle in der Nähe fragt, das System fragen, ob er auch die Adresse der nächsten Fahrkartenverkaufsstelle benötigt.
Das Interface sollte die Möglichkeit bieten die bevorzugte Sprache, Alter, bestimmte Interesse auszuwählen (standortbewusste Dienste kombiniert mit kontextabhängigen Dienste bieten personalisierte Dienste und mehr Flexibilität). "Auswählen statt Eingeben" beugt Missverständnisse vor. Es kann passieren, dass das System eine Eingabe nicht oder falsch interpretiert. Da sich der Benutzer bewegt, muss das Interface dynamisch sein und die angebotenen Informationen den Diensten fallweise anpassen.
Eventuelle Bewertungen nach Qualitätskriterien von Restaurants, Hotels, Einzelhandel oder sonstige Dienstleistungen würden den Markt beleben. Anschließend wären Empfehlungen an andere User möglich, vorausgesetzt er kann unmittelbar mit anderen Usern über eine Bewertungsplattform in Verbindung treten.
Im Bereich der Navigation sähe es beispielsweise so aus, dass ein User einen Stau, wenn er ihn nicht schon mithilfe des Systems umfahren hat, an andere melden kann. Ein Vorschlag für eine Routenänderung, ob mit dem Auto, öffentlichen Verkehrsmitteln oder auch zu Fuss gäbe der Reise mehr Effizienz und Zeitersparnis. Wie die Informationen dann an andere gehen, ob mit Bildern oder rein textlich, Bedarf einer genaueren Betrachtung und einer speziellen Analyse.

Ein lernbares System, das sich das Verhalten des Nutzers merkt und selbstständig Vorschläge macht kann sich auf einen User einstellen und seine Bedürfnisse besser erfüllen. Vielleicht möchte der eine User lieber ohne Begrüssung, der andere Users lieber mit einem "Gute-Laune-Spruch" begrüßt werden.
Bei der Suche nach einem Parkplatz wäre es wünschenswert, wenn nicht nur die Adresse sondern auch eine Wegbeschreibung, Strassenkarte oder Routenplan angegeben wird. Auf der Basis von User Profil könnte die gezielte Werbung besser angepasst werden. Es sollte dem User aber auch die Möglichkeit anbieten, bestimmte Dienste/Angebote auszuschliessen, wie z.B. unerwünschte Werbung (Spamfilter).
Nicht die Überflutung mit Information, sondern die gezielte Benachrichtigung, wenn in der Nähe Dienste angeboten werden, die für den User eventuell von Interessen wären, werden ohne Belästigung empfunden. Besser wäre, wenn der User aktiv nach Werbung für Sonderangeboten sucht. Persönliche Notizen sollten möglich sein, wie z.B. Geldautomat in der Nähe" mit automatischer Erinnerung. Eine Suche nach einem bestimmten Dienst, beispielsweise (Kino) oder eine Tour für einen Tag (in der Altstadt) organisieren bzw. vorschlagen geben Planungssicherheit. Speicherung bestimmter Profile, wie bei Favoriten, z.B. wenn ein User ab und zu in einer selben Stadt ist, können die Lieblingsrestaurants, Cafes, Hotels usw., automatisch oder auf Wunsch anzeigen. Ein beliebtes Beispiel für eine Location Aware Anwendung ist der Tour Guide. Dieser ist eine Kombination von Navigations- und Informationssystem, der dem Benutzer die Möglichkeit bietet sich eine individuelle Tour zusammenstellen zu lassen oder festgelegte Touren zu verfolgen. Dabei ist es wichtig nicht nur Informationen über die Attraktionen in der Umgebung aufzulisten. Es sollte z.B. in der Lage sein über verkürzte Öffnungszeiten zu berichten. Eine regelmässige Aktualisierung der Informationen ist deswegen wünschenswert. Eventuelle Vorschläge, abhängig vom Wetter; bei schlechtem Wetter indoors, bei schönem outdoors Aktivitäten runden das Bild ab. Werden weitere Information benötigt kann noch mehr Informationen über ein bestimmtes Objekt oder Vorhaben aus den Datenbanken ausgelesen und angezeigt werden. Wünschenswert wäre es, wenn sich das System merkt welche Sehenswürdigkeiten schon besucht wurden.

Darüber hinaus gäbe das Mobilgerät zusätzlich die Option, ob Audioeingang- und Ausgang mit Spracherkennung oder mithilfe er manuellen textlichen Eingabe bedient und genutzt werden kann. Somit könnte der Tourist die Stadt erforschen und nicht ständig den Bildschirm verfolgen. Gerade wenn er Auto fährt, würde das von Vorteil sein. Für den Sprach-Modus ist ein kleines Mikrofon ausreichend. Ein Headset ersetzt das Eingeben per Hand und Auslesung per Visualisierung. Im Sprach-Modus sollte das System den User hinweisen können langsamer oder lauter zu sprechen, oder eine Frage erneut zu stellen. Nähern sich Gefahren hätte die akustische Warnung die erfolgversprechenderen Hinweise um sich der Gefahr entziehen zu können. Da es im Freien viele Störungsmöglichkeiten gibt, könnte das System Schwierigkeiten haben, eine akustische Anfrage exakt auszuwerten. Deswegen sollte diese Technik ausgereift sein, um den User nicht mit Wiederholungsanfragen und Korrekturen zu belästigen. Eine Videoübergabe wäre ebenfalls denkbar. Wird nach einem Kino gesucht, sollte auch die Möglichkeit sich eventuell den Trailer anzuschauen nicht ausgeschlossen sein.

Es ist absehbar, obwohl sich Location Aware in einer jungen Forschungs- und Entwicklungsphase befindet, dass durch die Kombination und Integration verschiedener Technologien neue unzählige Möglichkeiten und eine vielfalt von Anwendungen ergeben werden.

Literaturverzeichnis:

[Roth05] Jörg Roth, Mobile Computing, dpunkt.verlag, 2.Auflage,2005

[Eber03] Prof. Dr. Jörg Eberspächer, Mobile Datendienste für unterwegs-eine neue Dimension der Kommunikation, in Mobil mit digitalen Diensten, Hüthig Telekommunikation, 2003

[Fkvn00] Fritsch, Dieter; Klinec, Darko; Volz, Steffen: Nexus - Positioning and Data Management Concepts for Location Aware Applications. In: Proceedings of the 2nd International Symposium on Telegeoprocessing, 2000