DE102009010857B4 - Method for electronic article location - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur elektronischen Artikelortung durch Messung der Signallaufzeiten zwischen Messstationen und einem an dem Artikel befestigten Artikel-Tag sowie Bestimmung der Koordinaten des Artikel-Tags in einer endlichen realen Fläche oder in einem endlichen realen Raum durch Triangulation, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche oder der Raum durch eine Matrix von diskreten Punkten auf einem Computer eineindeutig virtuell nachgebildet wird, dass eine Vielzahl von Triangulationen mit unterschiedlichen Kombinationen von Messstationen durchgeführt werden, dass eine einzelne Triangulation für die Bestimmung der Flächenkoordinaten mit jeweils zwei Messstationen, für die Bestimmung der Raumkoordinaten mit jeweils drei Messstationen vorgenommen wird, die Ergebnisse der für die Ortsbestimmung durchgeführten Triangulationen als graduelle Wahrheitswerte den diskreten Punkten der Matrix zugeordnet werden, dass die durch unterschiedliche Triangulationen ermittelten graduellen Wahrheitswerte, die dem gleichen Punkt der Matrix zugeordnet werden können, zu einem Gesamt-Wahrheitswert aufsummiert werden.Method for electronic article location by measuring the signal transit times between measuring stations and an article tag attached to the article and determining the coordinates of the article tag in a finite real area or in a finite real space by triangulation, characterized in that the area or the space by a matrix of discrete points on a computer one-to-one virtual simulation that a plurality of triangulations with different combinations of measuring stations are performed, that a single triangulation for the determination of the area coordinates with two measuring stations, for the determination of the spatial coordinates with three measuring stations is carried out, the results of the triangulation performed for the location are assigned as gradual truth values to the discrete points of the matrix, that the graded truth values determined by different triangulations , which can be assigned to the same point of the matrix, are added up to a total truth value.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektronische Artikelortung für die automatische Inventur von Warenbeständen, das gleichermaßen auch für die Bewirtschaftung von Verkaufsflächen, den Diebstahlschutz in Verkaufseinrichtungen sowie automatischer Datenerfassung am Point-of-Sales geeignet ist.The invention relates to an electronic article location for the automatic inventory of inventories, which is equally suitable for the management of retail space, theft protection in sales facilities and automatic data collection at the point-of-sales.
Bekannt ist die Verwendung von RFID-Tags (radio frequency identification) zur Kennzeichnung von Artikeln. Die Artikel werden zu diesem Zweck mit RFID-Tags versehen, die an Auslesestationen aktiviert werden und eine Warenidentifikationsnummer senden. Sofern es sich um so genannte passive RFID-Tags ohne eigene Stromversorgung handelt, sind diese in der Reichweite auf wenige zehn Zentimeter begrenzt, was für einen automatischen Check-out und Check-in Prozess ausreichend ist, nicht aber für eine Ortung des Artikels in einem Lager- oder Verkaufsraum. Begrenzend wirkt dabei die Reichweite für die Aktivierung des RFID-Tags. Daraus ergeben sich Manipulationsmöglichkeiten, wie sie bei den bekannten Sicherheitsetiketten für die Sicherung von Waren in Verkaufsflächen bekannt geworden sind.The use of RFID tags (radio frequency identification) for the identification of articles is known. For this purpose, the articles are provided with RFID tags which are activated at readout stations and send a product identification number. If they are so-called passive RFID tags without their own power supply, they are within a range of a few tens of centimeters, which is sufficient for an automatic check-out and check-in process, but not for a location of the article in one Storage or sales room. The range for activating the RFID tag has a limiting effect. This results in manipulation options, as they have become known in the known security labels for securing goods in retail space.
Im Zusammenhang mit automatischen Inventursystemen sind Verfahren bekannt, am Artikel befestigte Etiketten in Form von Artikel-Tags z. B. durch Triangulation (Dreiecksbestimmung) zu orten. Verwendet werden aktive RFID-Tags, die eine eigene Stromversorgung besitzen und damit das Reichweitenproblem lösen. Ein solches drahtloses System für die Verkaufsautomatisierung und Werbung wird in der
In der
Das Impulsverfahren zur Triangulation lässt sich in geeigneter Weise mit einer Ultrabreitband-Informationsübertragung (UWB) auf der Basis von abstandsmodulierten Impulsen zum Beispiel im Frequenzbereich von 3,1 bis 9 GHz kombinieren. Ein auf Impulsen beruhendes „Ultra-Wideband Smart Sensor Interface Network and Method” nach
Ein so genanntes LIMIS – System (Location, Identification, Measurement of Movement, Inventory) für die Positionsanalyse von Tags bzw. Artikeln beschreibt die
Innerhalb geschlossener Räume erweist sich die exakte Ortsbestimmung von Artikel-Tags mittels Laufzeitmessung, wie sie z. B. für eine automatische Inventur erforderlich ist, allerdings als schwierig. Auftretende Reflektionen an den Wänden und Einrichtungsgegenständen bedingen nicht eindeutige Ergebnisse der Laufzeitmessung. Es sind zwar Losungen für Empfängerkonzepte bekannt, zwischen direkt empfangenen Signalen (Line-of-Sight LOS) und reflektierten Signalen zu unterscheiden. Eine Totalauslöschung des in direkter Linie vom Sender an den Empfänger ausgestrahlten Signals ist jedoch nicht unwahrscheinlich insbesondere dann, wenn sich Sender und Empfänger in einer bestimmten Distanz befinden.Within closed rooms proves the exact location of article tags by means of transit time measurement, such as z. B. for an automatic inventory is required, however, as difficult. Occurring reflections on the walls and furnishings do not require unequivocal results of the transit time measurement. Although there are known solutions for receiver concepts to distinguish between directly received signals (line-of-sight LOS) and reflected signals. However, total cancellation of the signal transmitted directly to the receiver from the transmitter is not unlikely, especially if the transmitter and receiver are at a certain distance.
Gerade Lager und Verkaufsräume sind durch eine Vielzahl von Einrichtungsgegenständen gekennzeichnet, die eine direkte Sichtverbindung zwischen einer Basisstation und Artikel-Tag verhindern. Ortungssignale erreichen insbesondere bei den verwendeten hohen Frequenzen nicht auf direkten Weg das Artikel-Tag, sondern wenn überhaupt, auf Umwegen. Damit wird eine größere Laufzeit vorgetäuscht als sie der direkten Entfernung entspricht.Especially stores and retail spaces are characterized by a variety of furnishings that prevent a direct line of sight between a base station and article tag. Locating signals, especially at the high frequencies used, do not reach the article tag directly, but, if at all, in a roundabout way. This simulates a longer duration than it corresponds to the direct distance.
Die Schrift
In der Schrift
In der Schrift
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung und ein Verfahren zur elektronischen Artikelortung vorzuschlagen, welche eine manipulationssichere Ortung von am Artikel befestigten Tags auch in geschlossenen Räumen mit mehrfachen Reflektionen und fehlender Sichtverbindung zwischen dem Artikel-Tag und der Messstation gewährleistet.The object of the invention is to propose an arrangement and a method for electronic article location, which ensures a tamper-proof location of tags attached to the article even in confined spaces with multiple reflections and lack of visual connection between the article tag and the measuring station.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrens nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachgeordneten Ansprüche erfasst.The object is solved by the characterizing features of the method according to
Das Wesen der Erfindung besteht darin, das am Artikel ein Tag befestigt wird, dessen Position im Raum durch eine Anzahl der Messstationen bestimmt wird, deren Anzahl insgesamt mindestens um zwei größer ist, als die Anzahl der zu bestimmenden Koordinaten des Artikel-Tags, wobei mindestens eine der Messstationen ortsveränderbar ist. Die Bestimmung der Position des Artikel-Tags erfolgt dabei in zwei Schritten. Zunächst wird durch die stationären Messstationen mit bekannten Raumkoordinaten die Position der mindestens einen ortsveränderbaren Messstation bestimmt. Anschließend erfolgt die Positionsbestimmung des Artikel-Tags unter Nutzung unterschiedlicher Kombinationen von Messstationen. Damit werden mehr Triangulationen durchgeführt, wie sie eigentlich zur eindeutigen Bestimmung der Position eines Artikel-Tags in einem freien Raum oder einer freien Fläche ohne Reflektionen und Absorptionen notwendig wären.The essence of the invention is that a tag is affixed to the article whose position in space is determined by a number of measuring stations whose total number is at least two greater than the number of coordinates of the article tag to be determined, where at least one of the measuring stations can be moved. The determination of the position of the article tag takes place in two steps. First, the position of the at least one portable measuring station is determined by the stationary measuring stations with known spatial coordinates. Subsequently, the position of the article tags is determined using different combinations of measuring stations. Thus, more triangulations are performed, as they would actually be necessary to uniquely determine the position of an article tag in a free space or a free surface without reflections and absorptions.
Die Ergebnisse der Triangulation werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren als graduelle Wahrheitswerte in eine zwei- oder dreidimensionale Matrix eingetragen. Die Koordinaten der Elemente der Matrix entsprechen Rasterpunkten mit diskreten Abständen im realen Raum oder in der realen Fläche. Ermittelte Koordinaten des Artikel-Tags werden dem nächstliegenden Rasterpunkt zugeordnet. Eine Position wird als wahr erkannt, wenn der graduelle Wahrheitswert mindestens 50% des maximalen möglichen Wahrheitswertes beträgt. Gegenüber bekannten Systemen der Positionsmessung ergibt sich dadurch eine Resistenz gegenüber Fehlmessungen, die durch Signalauslöschungen bzw. Reflektionen entstehen.The results of the triangulation are entered according to the method of the invention as gradual truth values in a two- or three-dimensional matrix. The coordinates of the elements of the matrix correspond to halftone dots with discrete distances in real space or in the real area. Determined coordinates of the article tag are assigned to the nearest grid point. A position is recognized as true if the gradual truth value is at least 50% of the maximum possible truth value. Compared with known systems of position measurement, this results in a resistance to incorrect measurements caused by signal cancellations or reflections.
Die Einbeziehung von Messstationen mit veränderbarer Position, nachfolgend als ortsveränderbare Messstation bezeichnet, in die Positionsbestimmung von Artikel-Tags sichert zugleich ein hohes Maß an Flexibilität. Ortsveränderbare Messstationen können in unterschiedlicher Zahl überall dort angeordnet werden, wo komplizierte Raumbedingungen eine Ortung auch verdeckter Artikel-Tags erfordern. Die räumliche Anordnung von ortsveränderbaren Messstationen kann dabei sich den sich verändernden Bedingungen in den Lager- oder Verkaufsräumen anpassen. Die Aktualisierung der räumlichen Anordnung kann dabei periodisch oder nach Bedarf ausgelöst werden.The inclusion of variable position measuring stations, hereinafter referred to as portable measuring station, in the positioning of article tags at the same time ensures a high degree of flexibility. Locally variable measuring stations can be arranged in varying numbers wherever complicated room conditions require locating even covered article tags. The spatial arrangement of portable measuring stations can thereby adapt to the changing conditions in the storage or sales rooms. The update of the spatial arrangement can be triggered periodically or as needed.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung signalisiert eine optische oder akustische Signalvorrichtung am Artikel-Tag, dass keine ausreichende Anzahl von Messstationen empfangen werden kann. Durch eine Veränderung der Position der ortsveränderbaren Messstationen kann die Anzahl der durch das Artikel-Tag empfangenen Messstationen auf mindestens fünf für eine dreidimensionale Ortsbestimmung bzw. auf vier für eine zweidimensionale Ortsbestimmung erhöht werden.In a further embodiment of the invention, an optical or acoustic signaling device on the article tag signals that a sufficient number of measuring stations can not be received. By changing the position of the portable measuring stations, the number of measuring stations received by the article tag can be increased to at least five for a three-dimensional localization or four for a two-dimensional localization.
In einer Ausführung der Erfindung besitzen die Artikel-Tags zwei Betriebszustände. In einem Energiesparmodus wird durch eine Watchdog lediglich ein Bewegungssensor mit geringstem Energiebedarf überwacht. Wird eine Bewegung z. B. eine Beschleunigung registriert, wechselt das Artikel-Tag in einen Betriebszustand, der das Empfangen und Senden von Informationen ermöglicht. Dabei wird der Umstand ausgenutzt, dass sich in der überwiegenden Zeit der Artikel in einem Ruhezustand befindet. In dieser Zeit besteht keine Notwendigkeit, die Position des Artikels ständig abzufragen und damit Energie für das Senden und Empfangen von Informationen zu verbrauchen.In one embodiment of the invention, the article tags have two operating states. In an energy-saving mode, only one movement sensor with the lowest energy requirement is monitored by a watchdog. If a movement z. For example, if an acceleration is registered, the article tag changes to an operating state that allows for receiving and sending information. The fact is exploited that is located in the majority of the article in a state of rest. During this time, there is no need to constantly query the position of the article and thus consume energy for sending and receiving information.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung fällt das Artikel-Tag wieder in den Energiesparmodus zurück, wenn der Bewegungssensor für eine bestimmte Zeit keine Bewegung mehr feststellt. In a further embodiment of the invention, the article tag falls back into the energy saving mode when the motion sensor for a certain time no longer detects movement.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Häufigkeit der Positionsbestimmung eines Artikel-Tags durch Werte beeinflusst, die durch den Bewegungssensor ermittelt wurden. Eine Positionsbestimmung erfolgt zum Beispiel in sehr kurzen Zeitabständen, wenn sich der Artikel mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt.In a further embodiment of the invention, the frequency of determining the position of an article tag is influenced by values which were determined by the motion sensor. Positioning is done, for example, at very short intervals as the article moves at a high speed.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden Flächen bzw. Räume mit unterschiedlichen Status definiert, die unterschiedliche Zeitabstände der Positionsbestimmung bedingen, also z. B. Umkleidekabinen, Türbereiche.In a further embodiment of the invention, areas or spaces are defined with different status, which require different time intervals of the position determination, ie z. B. changing rooms, door areas.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Änderung des Betriebszustandes durch eine Zeitschaltuhr ausgelöst. Auf diese Weise werden z. B. Inventuren eines Warenbestandes vorbereitet, die während eines bestimmten Zeitraums vorgenommen werden sollen.In a further embodiment of the invention, a change of the operating state is triggered by a timer. In this way, for. B. inventories of inventory to be made during a certain period.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird Ortung und Informationsübertragung mit einem Impuls-basierenden Ultrabreitband-Übertragungsverfahren kombiniert. Durch die Verwendung von Impulsen mit einer Breite von einigen 100 Picosekunden erfolgt die Positionsbestimmung mit Fehlern kleiner als 10 cm. Durch Abstands- oder Phasenmodulation dieser Impulse können diese beispielsweise gleichzeitig Informationen zu Adressen, Identnummern, Signalqualität und Ergebnissen von Zeitmessungen tragen.In a further embodiment of the invention, locating and information transmission is combined with a pulse-based ultrawideband transmission method. By using pulses with a width of several 100 picoseconds, the position is determined with errors less than 10 cm. By distance or phase modulation of these pulses, for example, they can simultaneously carry information on addresses, ID numbers, signal quality and results of time measurements.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die mechanische Befestigung des Artikel-Tag am Artikel in bekannter Weise durch Öffnen eines Verschlusses entfernt. Das Sicherungsetikett kann dann nach Absolvierung eines Ladevorganges des Energiespeichers, mit einer neuen Identnummer versehen, erneut in Umlauf gebracht werden.In a further embodiment of the invention, the mechanical attachment of the article tag on the article is removed in a known manner by opening a closure. The security label can then be re-circulated after completing a charging process of the energy storage device, provided with a new identification number.
Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigenThe invention will be explained with reference to embodiments. Show it
In
Die Bestimmung des Dreieckes aus den Strecken Ib1, Ic1 und Ibc ist mehrdeutig. So genügt in der beispielhaften geometrischen Anordnung der Messstationen BS und CS auch der Punkt S1b, in einer virtuellen Fläche den Streckenbedingungen. Die Mehrdeutigkeit kann ausgeschlossen werden, wenn eine weitere Messstation AS eingeführt wird oder wenn ermittelt werden kann, dass der Punkt S1b in einer virtuellen Fläche liegt. Mit drei Messstationen AS, BS und CS ergeben sich drei Möglichkeiten, durch Triangulation der Dreiecke AS-BSP1, B5-C5-P1, AS-CS-P1 den Punkt P1 zu bestimmen, wobei drei weitere Triangulationen möglich sind, die zusätzliche Punkte liefern, die entweder in der realen oder virtuellen Fläche liegen. In dem beispielhaft ausgeführten Diagramm nach
Das erfindungsgemäße Verfahren soll zunächst für die zweidimensionale Ortung eines Ortspunktes P1 erläutert werden. Zu diesem Zweck auf die realen Fläche
Das Netz von Rasterpunkten wird nun durch einen Computer wiederum auf eine Matrix mit u Spalten und v Zeilen abgebildet. Jeder ermittelte Messpunkt wird unabhängig davon, ob er die richtige Position des Punktes P1 widerspiegelt oder ob er einer Fehlmessung zuzuordnen ist, in die entsprechende Position der Matrix mit einem graduellen Wahrheitsgehalt beispielsweise von „1” eingetragen. Wird bei der Triangulation des Ortspunktes P1 mit Hilfe eines anderen Dreiecks ein Messpunkt mit den gleichen Koordinaten gefunden, erhöht sich der Wahrheitsgehalt um einen weiteren Wert „1”. Die Anzahl der Elemente der Matrix entspricht dabei der Anzahl der möglichen Messpunkte für einen Ortspunkt, der beliebig in der realen Fläche positioniert ist.The mesh of halftone dots is now mapped by a computer to a matrix of u columns and v rows. Each determined measuring point becomes independent of whether it is the right one Position of the point P 1 reflects or whether it is attributable to a faulty measurement, entered in the corresponding position of the matrix with a gradual truth, for example, of "1". If a measuring point with the same coordinates is found in the triangulation of the location point P 1 with the help of another triangle, the truth content increases by a further value "1". The number of elements of the matrix corresponds to the number of possible measurement points for a location point that is arbitrarily positioned in the real area.
Werden die graduellen Wahrheitswerte der Anordnung nach
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel nach
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel in
Wenn die Strecken Ia1, Ib1 und Ic1 durch Ermittlung von Signallaufzeiten erst ermittelt sind, lassen sich durch trigonometrische Funktionen auch die kartesischen Koordinaten des Punktes P1 ermitteln. Ausgehend von der Ermittlung der Position des Punktes P1 durch das Dreieck BS-CS-P1 ergeben sich die beiden kartesischen Koordinaten des Punktes P1 bzw. des Spiegelpunktes S1 auf der Grundlage der Messwerte für Ib1 und Ic1 mit If the distances I a1 , I b1 and I c1 are determined only by determining signal propagation times, the Cartesian coordinates of the point P 1 can also be determined by trigonometric functions. Starting from the determination of the position of the point P 1 by the triangle B S -C S -P 1 , the two Cartesian coordinates of the point P 1 and the mirror point S1 result on the basis of the measured values for I b1 and I c1
In
Eine eindeutige Identifikation des Punktes P1 ist nicht mehr möglich, da auch die Pseudopunkte P1a und P1b sowie der Spiegelpunkte S1c in der realen Fläche liegen und identische Wahrheitswerte „1” besitzen. Daraus folgt, dass weitere Messstationen erforderlich sind, wobei sich die Anzahl der möglichen Triangulationen N2 aus
In
Sollen die dreidimensionalen Koordinaten eines Punktes P1 eindeutig bestimmt werden, sind mindestens vier Messstationen mit bekannten Koordinaten notwendig, deren Positionen nicht in einer Ebene liegen dürfen. Vorteilhaft ist es, wenn eine Messstation im Koordinatenursprung, die drei anderen in möglichst großen Abstand auf den drei Achsen eines kartesischen Koordinatensystems liegen. Die Triangulation des Punktes P1 mit zwei Messstationen liefert zunächst einen Kreis, bei drei Messstationen werden zwei Punkte ermittelt. If the three-dimensional coordinates of a point P 1 are to be uniquely determined, at least four measuring stations with known coordinates whose positions may not lie in one plane are necessary. It is advantageous if one measuring station in the coordinate origin, the other three in the greatest possible distance on the three axes of a Cartesian coordinate system. The triangulation of the point P 1 with two measuring stations initially supplies a circle, with three measuring stations two points are determined.
In Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dem Raum, in dem eine Ortung erfolgen soll, ein virtuelles Netz von Rasterpunkten mit diskreten Abständen gelegt. Jeweils drei Messstationen in unterschiedlichen Kombinationen führen eine Ortung durch. Die ermittelten Messpunkte werden wiederum als graduelle Wahrheitswerte in eine nunmehr dreidimensionale Matrix mit u Spalten, v Zeilen, w Ebenen eingetragen. Bei vier Messstationen sind insgesamt 8 dreidimensionale Triangulationen möglich, woraus sich 8 Messpunkte ergeben. Der maximale Wahrheitswert und zugleich Mindestwert für eine sichere Ortsbestimmung ist in diesem Fall gleich „4”.In application of the method according to the invention, the space in which a locating is to take place is a virtual network of halftone dots with discrete distances. Three measuring stations each in different combinations carry out a localization. The determined measurement points are in turn entered as gradual truth values in a now three-dimensional matrix with u columns, v rows, w levels. At four measuring stations, a total of 8 three-dimensional triangulations are possible, resulting in 8 measuring points. The maximum truth value and minimum value for a safe location determination in this case is equal to "4".
Die Anzahl der dreidimensionalen Triangulationen N3 in der Kombination von jeweils drei Messstationen ergibt sich allgemein aus der Anzahl der Messstationen k mit
Mit fünf Messstationen ergeben sich bereits 20 mögliche dreidimensionale Triangulationen, der maximale Wahrheitswert erhöht sich auf 10, was bereits eine gute Resistenz gegenüber Absorptionen bzw. Reflektionen ergibt.With five measuring stations, there are already 20 possible three-dimensional triangulations, the maximum truth value increases to 10, which already gives a good resistance to absorptions or reflections.
Die Auswertung von Matrizen mit graduellen Wahrheitswerten lässt sich mit den bekannten Instrumentarium einer auf einem Computer nachgebildeten Fuzzi-Logik effektiv durchführen. Eine Anwendung des Wesens der Erfindung ist auch dann gegeben, wenn Ortungsergebnisse ausgewertet werden, die mit vielen Reflektionen behaftet sind. Dadurch bedingt können Einträge von graduellen Wahrheitswerten in unmittelbarer Nachbarschaft von Matrixelementen auftreten, deren Häufung ebenfalls ausgewertet bzw. gewichtet werden kann.The evaluation of matrices with gradual truth values can be carried out effectively with the known instrumentation of a fuzzy logic modeled on a computer. An application of the essence of the invention is also given when locating results that are subject to many reflections are evaluated. As a result of this, entries of gradual truth values in the immediate vicinity of matrix elements can occur whose accumulation can likewise be evaluated or weighted.
Die Anordnung weiterer stationärer Messstationen, deren Koordinaten bekannt sein müssen, erscheint unflexibel und erfordert einen hohen Installationsaufwand, zumal sich die Einrichtung eines Verkaufs- bzw. Lagerraum ständig ändern kann und auch eine Vielzahl von Reflektoren und Absorbern vorstellbar sind. Erfindungsgemäß werden zur Erreichung einer hohen Flexibilität sowohl stationäre Messstationen und als auch ortsveränderliche Messstationen verwendet, deren kennzeichnendes Merkmal es ist, dass ihre Positionen in vergleichsweise kurzen Abständen erst auf Anforderung oder im Rahmen einer zyklischen Initialisierung ermittelt werden. Die Dichte ortsveränderlicher Messstationen wird dabei insbesondere dort erhöht, wo eine Vielzahl von Reflektoren und Absorbern zu erwarten sind, um auf diese Weise hohe graduelle Wahrheitswerte zu erzielen.The arrangement of other stationary measuring stations whose coordinates must be known, appears inflexible and requires a high installation cost, especially since the establishment of a sales or storage space can change constantly and a variety of reflectors and absorbers are conceivable. According to the invention, to achieve a high level of flexibility, both stationary measuring stations and mobile measuring stations are used, whose characteristic feature is that their positions are determined at comparatively short intervals only on request or in the context of a cyclical initialization. The density of portable measuring stations is thereby increased, in particular, where a large number of reflectors and absorbers are to be expected, in order to achieve high gradual truth values in this way.
Die Initialisierung eines aus vier Ebenen bestehenden Artikelortungssystems mit Hilfe stationärer und ortsveränderbarer Messstationen soll anhand des beispielhaften Schemas in
Die stationären Messstationen
Bei einer zweidimensionalen Positionsbestimmung führen die stationären Messstationen
Im zweiten Schritt der Initialisierung wird die ortsveränderbare Messstation
Für den unwahrscheinlichen Fall, dass im zweiten Initialisierungsschritt nicht alle ortsveränderbaren Messstationen durch Erreichen eines Wahrheitswertes von mindestens „3” zweidimensional geortet wurden, sind weitere Initialisierungsschritte denkbar. Diese Herangehensweise lässt sich beliebig fortsetzen, bis die Fläche, in der eine Positionsbestimmung durchgeführt werden soll, mit hinreichen vielen ortsveränderbaren, in ihrer Position bekannten Messstationen besetzt ist.In the unlikely event that not all spatially variable measuring stations were located two-dimensionally by reaching a truth value of at least "3" in the second initialization step, further initialization steps are conceivable. This approach can be continued arbitrarily until the area in which a position determination is to be carried out is occupied by a sufficient number of spatially variable measuring stations known in their position.
Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es allerdings vorteilhaft, wenn die Anzahl der möglichen Triangulationen unter Anwendung optimaler Strategien möglichst klein bleibt. Beispielsweise erscheint es zweckmäßig, die Anzahl der Triangulation in jedem Initialisierungsschritt in etwa konstant zu halten.For the application of the method according to the invention, however, it is advantageous if the number of possible triangulations using optimal strategies remains as small as possible. For example, it seems appropriate to keep the number of triangulations in each initialization step approximately constant.
Angenommen in einer Fläche befinden sich, wie in
Werden auch im zweiten Initialisierungsschritt wiederum zwei ortsveränderbare Messstationen nicht ermittelt, so werden in einem dritten Initialisierungsschritt wiederum die drei stationären Messstationen und drei ortsveränderbare Messstationen mit verifizierter Position verwendet. Die drei ortsveränderbaren Messstationen sollten dabei zweckmäßig nicht die gleichen sein, wie die im zweiten Initialisierungsschritt verwendeten und eine möglichst große Distanz zu den stationären Messstationen besitzen. Damit werden weitere 60 Triangulationen durchgeführt, um die zweidimensionale Position der noch unbekannten zwei ortsveränderbaren Messstationen zu ermitteln. Danach ist es sinnvoll, den Prozess abzubrechen, da davon auszugehen ist, dass die Position der bis dahin noch nicht georteten ortsveränderbaren Messstationen so ungünstig ist, dass ihre Ortsveränderung zweckmäßig ist.If, in turn, two spatially variable measuring stations are not determined in the second initialization step, in a third initialization step, in turn, the three stationary measuring stations and three mobile measuring stations with a verified position are used. The three portable measuring stations should expediently not be the same as those used in the second initialization step and have the greatest possible distance to the stationary measuring stations. Thus, another 60 triangulations are performed to determine the two-dimensional position of the still unknown two portable measuring stations. Thereafter, it makes sense to abort the process, since it can be assumed that the position of the previously unlocated portable measuring stations is so unfavorable that their change in location is appropriate.
Bei dem geschilderten Beispiel werden für die Positionsbestimmung von acht ortsveränderbaren Messstationen bei einer zweidimensionalen Betrachtung insgesamt 212 Triangulationen benötigt. Die Anzahl der notwendigen Triangulationen erhöht sich, wenn viele ortsveränderbare Messstationen dreidimensional geortet werden müssen. Beispielsweise werden bei ähnlicher Strategie, wie für die zweidimensionale Ortung von acht ortsveränderbaren Messstationen beschrieben, für die dreidimensionale Ortung von 100 ortsveränderbaren Messstationen ca. 2000 Triangulationen benötigt. Wenn nach dem heutigen Stand der Elektronik abzuschätzen ist, dass für einen bidirektionalen Verbindungsaufbau im GHz-Bereich ca. 1 ms benötigt werden, erfordert eine Ortsbestimmung von 100 ortsveränderbaren Messstationen also mehrere Sekunden bis Minuten.In the example described, a total of 212 triangulations are required for determining the position of eight portable measuring stations in a two-dimensional view. The number of necessary triangulations increases when many portable measuring stations have to be located three-dimensionally. For example, with a similar strategy, as described for the two-dimensional location of eight portable measuring stations, the 2000-degree location of 100 portable measuring stations requires approximately 2000 triangulations. If, according to the current state of electronics, it is estimated that approx. 1 ms are required for bidirectional connection setup in the GHz range, then a localization of 100 portable measuring stations requires several seconds to minutes.
Nach Abschluss sämtlicher notwendiger Triangulationen während des Initialisierungsvorganges liegt in der Basisstation
Die Funktionsbaugruppen der ortsveränderbaren Messstationen sind in
Die Elektronik der ortsveränderbaren Messstation lässt sich mit einer geeigneten Technologie auf ein oder zwei Chips unterbringen. Insgesamt ergibt sich damit eine kompakte Bauform, die einen einfachen Ortswechsel und eine einfache Befestigung an Einrichtungsgegenständen des verkaufs- oder Lagerraums ermöglicht.The electronics of the portable measuring station can be accommodated with one suitable technology on one or two chips. Overall, this results in a compact design that allows easy change of location and easy attachment to furnishings of the sales or storage space.
Die gleichzeitige Nutzung der ortsveränderbaren Messstationen als Tags für eine Artikelortung oder eine automatische Inventur ist möglich, allerdings aus energetischen Gründen nicht optimal. Die Nutzung der ortsveränderbaren Messstationen auch für die Triangulation anderer ortsveränderbarer Messstationen erfordert eine ständige Betriebsbereitschaft mit permanentem Funkverkehr zur Weiterleitung von Ortungsdaten. Die für eine UWB – Funkverbindung benötigte elektrische Leistung von beispielsweise 100 mW erfordert relativ große Energiespeicher, die in kurzen Zyklen aufgeladen bzw. ausgewechselt werden müssen, bzw. sogar eine externe Stromversorgung.The simultaneous use of the portable measuring stations as tags for an article location or an automatic inventory is possible, but not optimal for energetic reasons. The use of the portable measuring stations also for the triangulation of other portable measuring stations requires a constant operational readiness with permanent radio traffic for the transmission of location data. The electrical power of, for example, 100 mW required for a UWB radio connection requires relatively large energy stores which have to be charged or exchanged in short cycles, or even an external power supply.
Zudem ist die direkte Nutzung der ortsveränderbare Messstationen für Ortung von Artikeln bzw. Waren relativ langsam. Wenn noch angenommen werden kann, dass sich die Position der ortsveränderbaren Messstationen in Stundenabständen verändern kann, sind die dynamischen Anforderungen für die Ortung von Tags, die an Artikel befestigt werden, wesentlich höher. Wird ein Artikel z. B. unberechtigt bewegt, so ist unter Umständen eine Reaktion innerhalb einer Sekunde erforderlich. Die Durchführung von mehreren Tausend Triangulationen in einem derartig engen Zeitintervall ist mit den verfügbaren technologischen Möglichkeiten nur mit sehr hohem Aufwand denkbar. In addition, the direct use of the portable measuring stations for locating articles or goods is relatively slow. If it can be assumed that the position of the portable measuring stations can change at hourly intervals, the dynamic requirements for the location of tags which are attached to articles are much higher. If an article z. B. unauthorized moves, it may require a reaction within one second. The implementation of several thousand triangulations in such a narrow time interval is possible with the available technological possibilities only with very high effort.
Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass unter Umständen für eine Warensicherung in einem Verkaufsraum bzw. für die automatische Inventur in einem Lager 104 bis 105 Tags geortet werden müssen, was mit dem geschilderten Verfahren zur Triangulation zunächst nicht möglich erscheint.Furthermore, it has to be taken into account that, under certain circumstances, 10 4 to 10 5 tags must be located for a goods security in a sales room or for the automatic inventory in a warehouse, which initially does not seem possible with the described method for triangulation.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird entsprechend
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung besteht in der Verwendung einer Watchdog
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verfügt das Artikel-Tag, wie in
Der Betriebszustand S ist durch Minimierung der Energieaufnahme des Artikel-Tags gekennzeichnet. Der Controller
Stellt der Bewegungssensor
Bei zweidimensionaler Positionsbestimmung des Artikel-Tags wird eine Position als wahr definiert, wenn der graduelle Wahrheitswert mindestens den Wert von „3” erreicht. Die dreidimensionale Position des Artikel-Tags kann als ”wahr” betrachtet werden, wenn der graduelle Wahrheitswert mindestens den Wert von ”4” besitzt.In two-dimensional position determination of the article tag, a position is defined as true if the gradual truth value reaches at least the value of "3". The three-dimensional position of the article tag may be considered "true" if the gradual truth value has at least the value of "4".
Allerdings ist eine Umkehrung des Verfahrens vorteilhaft, um den verfügbaren Übertragungskanal nicht mit zum großen Teil überflüssigen Trinangulationen zu überschwemmen. In diesem Fall sammelt das Artikel-Tag in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach seiner Aktivierung zunächst Informationen, die zu seiner Positionsbestimmung dienen können und setzt diese Informationen zum geeigneten Zeitpunkt an eine Messstation ab.However, a reversal of the method is advantageous in order not to flood the available transmission channel with largely unnecessary trinangulations. In this case, the article tag in a further embodiment of the invention, after its activation, first collects information which can serve to determine its position and sends this information to a measuring station at the appropriate time.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erhalten die Messstationen zum Abschluss des Initialisierungsvorgangs nacheinander durch die Basisstation
Damit wird, wie in
Nach Verarbeitung der Information in der ortsveränderbaren Messstation
Wird in einem Ausführungsbeispiel nach
Würde sich das Artikel-Tag
Eine Positionsbestimmung auf der Grundlage der von den Messstationen
Beispielsweise befinden sich zwischen den Zeitintervallen t4–t1 oder t12–t9, in denen ein Austausch von Zeitinformationen zwischen der Basisstation und den Messstationen vorgesehen ist, Zeitintervalle t8–t5, die für die Kommunikation zwischen den Artikel-Tags
Bei der Verteilung der Zeitschlitze ist zu beachten, dass das Artikel-Tag bedingt durch die dem Artikel-Tag unbekannten Signallaufzeiten nicht über die exakte Systemzeit verfügt. Zwischen den nutzbaren Zeitschlitzen sind also Sicherheitsabstände einzufügen, die den maximalen Signallaufzeiten entsprechen.When distributing the time slots, it should be noted that the item tag does not have the exact system time due to the signal run times unknown to the item tag. Between the usable time slots so safety distances must be inserted, which correspond to the maximum signal propagation times.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren sind für eine räumliche Ortung mindestens vier Messstationen, zur Vermeidung von Mehrdeutigkeiten mehr als fünf Messstationen zu empfangen. Werden beispielsweise mehr als fünf Messstationen empfangen, kann eine Auswahl auf Grund der Signalqualität getroffen werden.According to the method according to the invention, at least four measuring stations are to be received for a spatial location, and more than five measuring stations to avoid ambiguities. If, for example, more than five measuring stations are received, a selection can be made on the basis of the signal quality.
Die Auswertung des Blocks
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- reale Flächereal area
- 22
- virtuelle Flächevirtual area
- 33
- Reflektorreflector
- 44
- Absorberabsorber
- 55
- Rasterpunktedots
- 1010
- Basisstationbase station
- 1111
- Fest installierte MessstationenPermanently installed measuring stations
- 1212
- Ortsveränderbare MessstationPortable measuring station
- 1313
- Artikel-TagArticle tag
- 2020
- UWB Receiver des Artikel-TagsUWB receiver of the article tag
- 2121
- Watchdog des Artikel-TagsWatchdog of the article tag
- 2222
- Power-ManagementPower Management
- 2323
- Power-SupplyPower Supply
- 2424
- Controller des Artikel-TagsController of the article tag
- 2525
- Speicher des Artikel-TagsMemory of the article tag
- 2626
- Systemuhr des Artikel-TagsSystem clock of the article tag
- 2727
- Antenneantenna
- 3030
- Bewegungssensormotion sensor
- 3131
- Zeitschaltuhrtimer
- 4040
- UWB Receiver der ortsveränderbaren MessstationUWB receiver of the portable measuring station
- 4444
- Controller der ortsveränderbaren MessstationController of the portable measuring station
- 4545
- Speicher der ortsveränderbaren MessstationMemory of the portable measuring station
- 4646
- Systemuhr der ortsveränderbaren MessstationSystem clock of the portable measuring station
Claims (14)
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R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
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Effective date: 20130921 |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |