CZ309381B6 - Lokalizační systém pro vyhledávání sněhem zakrytých objektů, zejména lyží, ve volném prostoru - Google Patents

Abstract

Lokalizační systém pro vyhledávání sněhem zakrytých objektů, zejména lyží, ve volném prostoru obsahující zvukové signalizační zařízení umístěné na hledaném objektu obsahující vyhodnocovací jednotku datově propojenou s detekčními prvky, a piezoelektrickou sirénu, vysílač signálu umístěný na hledaném objektu, datově propojený se zvukovým signalizačním zařízením, a vyhledávací zařízení, se kterým je vysílač signálu spárován pomocí technologie Bluetooth, kdevyhledávací zařízení je opatřeno funkcionalitou Angle of Arrival pro lokalizaci vysílače signálu Bluetooth.

Description

Lokalizační systém pro vyhledávání sněhem zakrytých objektů, zejména lyží, ve volném prostoru

Oblast techniky

Vynález se týká lokalizačního systému pro vyhledávání sněhem zakrytých objektů, zejména lyží, ve volném prostoru.

Dosavadní stav techniky

Především u lyžování ve volném terénu dochází při pádu často ke ztrátě lyží, které se v hlubokém sněhu špatně hledají, jelikož pod sněhovou pokrývkou nezanechávají stopy. Vyhledávání je v současnosti řešeno například pomocí technologie radiového signálu v pásmu ISM 2,4 GHz, kdy na lyži je umístěn vysílač spárovaný s vyhledávačem u uživatele, naznačujícím směr hledání. Pokud lyže zůstane po pádu skrytá pod povrchem prachového sněhu, je její nalezení obtížné i s touto technologií.

Spis US 5260689 uvádí zvukové signalizační zařízení pro lyže se sirénou propojenou s vyhodnocovací jednotkou, obsahující detekční prvky, kde vyhodnocovací jednotka je určena pro řízení spuštění sirény na základě hodnot naměřených detekčními prvky. Nevýhodou takového zařízení je, že pokud je lyže daleko, nebo je zasypána hluboko pod sněhem, není možné lyži akustickou metodou najít.

Spis US 5235321 uvádí vyhledávací systém, jež umožňuje vyhledávání lyží zasypaných pod sněhem. Obdobný systém je představen i ve spise DE 202016001579 U, kde dochází ke spuštění sirény v okamžiku, kdy se vysílač signálu umístěný v lyžařské botě odloučí na dostatečně dlouhou dobu od přijímače signálu umístěného na lyži nebo na vázání. Tyto systémy jsou však pouze akustické a v případě větší vzdálenosti od hledající osoby nebo v případě větší vrstvy sněhu, je hledání prakticky nemožné.

Spis WO 2013117879 uvádí zařízení pro vyhledávání lyží, využívající k vyhledávání lyží vysílaný radiový signál. Síla radiového signálu je však závislá na množství překážek stojících mezi vysílačem a přijímačem a v případě zalesněného prostoru nebo hlubokého sněhu je možnost lokalizace minimální.

Možnou variantou pro dálkové vyhledávání je technologie „Angle of Arrival“ používaná například v halách pro lokalizaci skladovaného zboží. Nevýhodou takového řešení je však jeho imobilita, která jej neumožňuje používat v libovolném předem neurčeném venkovním prostoru, například v horách při skialpinismu, jelikož vyžaduje dva a více infrastrukturních bodů, které jsou v prostoru pevné. Ty agregují data do centrály, která pak vyhodnotí pozici bodu v prostoru, tzv. „indoor tracking“. Nevýhodou jsou i vysoké náklady na počet vyhledávacích bodů. Jejich větší počet je potřebný, pokud uvažujeme o hledání v 3D prostoru, tedy, nejen na ploše, ale i ve výšce, což je případ i sněhem zakrytých předmětů.

Cílem tohoto vynálezu je představit takové řešení, které by nedostatky stavu techniky odstranily.

Podstata vynálezu

Výše zmíněné nedostatky odstraňuje do značné míry lokalizační systém pro vyhledávání sněhem zakrytých objektů, zejména lyží, ve volném prostoru obsahující zvukové signalizační zařízení umístěné nahlodaném objektu obsahující vyhodnocovací jednotku datově propojenou s detekčními prvky, a piezoelektrickou sirénu, vysílač signálu umístěný na hledaném objektu, datově propojený

- 1 CZ 309381 B6 se zvukovým signalizačním zařízením, a vyhledávací zařízení, se kterým je vysílač signálu spárován pomoci technologie Bluetooth, jehož podstata spočívá v tom, že vyhledávací zařízení je opatřeno funkcionalitou Angle of Arrival pro lokalizaci vysílače signálu Bluetooth.

Ve výhodném provedení je detekčním prvkem akcelerometr typu MEMS pro měření zrychlení lyží a/nebo zařízení k měření vzájemné vzdálenosti lyží.

V jiném výhodném provedení zařízením k měření vzájemné vzdálenosti lyží zahrnuje indikaci RSSI.

V jiném výhodném provedení je zdrojem elektrické energie výše uvedených elektronických zařízení a prvků interní akumulátor nabíjený prostřednictvím bezdrátové Qi open standard.

V jiném výhodném provedení vyhledávací zařízení zahrnuje nejméně dvě, výhodně tři antény, které jsou geometricky umístěné pro zachycení příchozího signálu Bluetooth v rozdílných časových okamžicích.

Příklad uskutečnění vynálezu

Lokalizační systém pro vyhledávání sněhem zakrytých objektů, zejména lyží, ve volném prostoru podle tohoto vynálezu, obsahuje sirénu propojenou s vyhodnocovací jednotkou obsahující detekční prvky.

Siréna je určena k umístění vzhledem k lyži takovým způsobem, aby po její aktivaci způsobily z ní vycházející zvukové vlny vibraci této lyže, čímž se zvuk rozšíří do okolí.

Výhodně je použita piezoelektrická siréna, což je aktivní aktuátor, který šíří vibrace do vybraného materiálu. Piezoelement se v rytmu budicí frekvence chvěje a energii předává do lyže, čímž ji rozrezonuje a skrz lyži rozšíří zvuk do okolí. Vzhledem k tomu, že je piezoelement spojen s lyží je možné jej i krátkodobě přebudit a získat tak krátkodobě větší výkon. Výhodou tohoto řešení je, že zvukový systém nemá otvor, který by bylo možné ucpat ledem, nebo záměrně rukou při krádeži.

Řídicím prvkem piezo sirény je driver piezo sirény, což je elektronické zapojení součástek, které společně tvoří zvyšovač napětí z 3,6V na 40 až 50V a výkonový spínací obvod typu push-pull, který spíná elektrody piezoelementu. Amplituda a frekvence spínaného výstupu je modulovatelná kontrolérem, tzn. lze nastavit tóny a jejich intenzity.

Spuštění sirény je řízeno vyhodnocovací jednotkou, která na základě hodnot naměřených detekčními prvky sirénu spouštěcím signálem spustí. Stane se tak například tehdy, když dojde k detekci větší než běžné vzájemné vzdálenosti lyží, kdy před tímto jevem došlo k vyhodnocení hodnot z akcelerometru, indikující extrémní pohyb/karambol. Tím je povoleno spuštění alarmu. Lyže pak začíná vibrovat, aby na sebe upozornila.

Detekčním prvkem může být akcelerometr typu MEMS, umožňující měření zrychlení lyží ve třech osách, jakož i gravitační zrychlení a/nebo zařízení k měření vzájemné vzdálenosti lyží. Takto změřené informace umožňují zjistit, zda se nezměnila rychlost lyže, což může značit ztrátu lyže, pád nebo krádež, tak i výrazné zvětšení vzájemné vzdálenosti obou lyží, což může značit pád a/nebo ztrátu lyže.

Systém podle vynálezu může obsahovat vlastní malou paměť, která ukládá vždy 32 záznamů, ty se periodicky stahuji a vyhodnocují, např. každých 50ms. Záznamy obsahují informace o zrychlení, a to včetně gravitačního. Tyto hodnoty jsou zpracovány algoritmem a vyhodnocují procentuálně zastoupení daného stavu, viz seznam stavů, jako je: lyže ve stojanu, ležící lyže, lyže v pohybu, lyže v extrémním pohybu značící karambol atd. Na základě výstupu z algoritmu pak může dojít ke

-2CZ 309381 B6 spuštění sirény. Musejí být však splněny některé další podmínky, aby nedocházelo k falešnému spuštění alarmu.

Funkčním znakem vyhodnocovací jednotky může být i sběr naměřených dat, což je možno následně využít pro analýzu vedoucí ke zlepšení lyžařské techniky. V režimu sledování používání lyže za účelem stanovení kvality výstupu/sjezdu může běžet akcelerometr kontinuálně s vyšší vzorkovací frekvencí a na základě změřených signálů je možné danou činnost kvalitativně posoudit. Takovou informací může být délka kroku/skluzu, informace o zbytečném zvedání nohou. To je zjišťováno tak, že pomocí první integrace signálu zrychlení je možné určit rychlost a pomocí další integrace zjištěné rychlosti i posunutí. Pro účely ukládání informací o zrychlení, a to včetně gravitačního slouží interní flash paměť.

Zařízení k měření vzájemné vzdálenosti lyží využívá metody RSSI, tj. „Received Signal Strength Indicator“. Jedná se především o to, aby správně proběhla detekce stavu, kdy jsou od sebe lyže na větší než 1,5 až 2m vzdálenost, což značí pravděpodobný pád a ztrátu jedné nebo obou lyží. Vzájemná komunikace může probíhat pomocí bluetooth, nebo formou proprietámího rádia na stejné frekvenci.

Zvukové signalizační zařízení podle vynálezu může být namontováno na lyži, v lyži nebo na lyžařském vázání připevněném k lyži, a to výhodně vždy akustickou částí směrem k lyži či k jejímu jádru tak, aby byla zajištěna výše uvedená akustická funkce.

Termínem „lyže“ je míněn libovolný typ lyže, jakož i snowboard.

Lokalizační systém podle vynálezu dále obsahuje vysílač rádiového signálu napojený na vyhodnocovací jednotku.

Vysílač rádiového signálu výhodně pracuje na technologii Bluetooth s podporou AoA, tj. „Angel of Arrival“, a je spárován s vhodným vyhledávacím zařízením.

Komunikace mezi vyhledávacím zařízením a vysílačem je výhodně obousměrná, umožňující zadáním příkazu na vyhledávacím zařízení lyži „prozvonit“, tedy, zapnout sirénu.

Bezdrátová komunikace mezi vyhledávacím zařízením a vysílačem probíhá standardem bluetooth BLE, tj. „Bluetooth Low Energy“, a to v periodických intervalech kvůli úspoře energie.

Vyhledávacím zařízením může být mobilní telefon s vhodnou aplikací, vyhledávající např. na základě síly signálu, případně metody ToF, tj. „Time of Flight“, nebo samostatné zařízení opatřené anténou a displejem s ukazatelem směru směřujícím k vysílači.

Samostatné vyhledávací zařízení je výhodně kapesního typu, které je vodě odolné obsahující veškerou elektroniku, která zajišťuje napájení, nabíjení, bezdrátovou komunikaci, komunikaci vizuální s obsluhou a vlastní vyhledávací funkci. Zařízení je spárováno s jednotlivými vysílači na lyžích uživatele, které lze vyhledávat. Zařízení obsahuje např. LED displej, který je schopen vykreslovat šipku, která ukazuje směr příchozího signálu z dané lyže a také číselný údaj, který odpovídá vzdálenosti od lyže. Zařízení může být vybaveno i akustickou signalizací. Zařízení podporuje technologii AoA a/nebo ToF. Zařízení je výhodně ovládáno velkými tlačítky, tak aby jej bylo možné ovládat i v rukavicích.

Vyhledávací zařízení může označovat směr hledání pomocí displeje, diodového ciferníku, nebo jiným vhodným způsobem.

Při použití technologie AoA v sobě vyhledávací zařízení obsahuje alespoň dvě antény, výhodně tři, které jsou geometricky přesně rozmístěny tak, aby zachycovaly příchozí signál. Přijatý signál na anténách má vlivem rozdílné doby letu mírně posunutou fázi. Z tohoto posunu je možné vypočítat úhel, ze kterého signál přichází.

Technologie ToF dokáže vzdálenost vysílajícího objektu určovat s relativně velmi dobrou přesností. Princip fiinkce je závislý na měření délky putování rádiového signálu mezi dvěma body. Tato technika je mnohonásobně přesnější než forma určování ze síly signálu RSSI, která je zcela závislá na okolním prostředí a vzdálenost se odhaduje. Technika ToF je na okolním prostředí méně závislá a exaktně dokáže určit vzdálenost ztraceného vysílače.

Siréna je v takovém případě určena k jemnému dohledání lyže, a umožní svému uživateli lyži najít, i pokud mu při pádu vypne a ztratí se v prachovém sněhu.

Lokalizační systém podle vynálezu může rovněž sloužit jako bezpečnostní zařízení reagující na nežádoucí pohyb lyží, což je další podstatou vynálezu.

V takovém případě je vysílač rádiového signálu spárován řídicím prvkem opatřeným vhodným softwarem, kterým může být mobilní telefon nebo samostatné zařízení. Pomocí takového řídicího prvku je vydáván pokyn pro zapnutí a vypnutí kontroly pohybu lyží, a pro přijímání dat z vyhodnocovací jednotky.

V případě že bude lyže ukradena, detekční prvky spustí sirénu a bezdrátově zašlou alarm do řídicího prvku. Vysílač rádiového signálu bude možné vyhledat pomocí vyhledávacího zařízení a aplikace, která ukáže např. intenzitu signálu RSSI, a umožní se tak k lyži přiblížit.

Zdrojem elektrické energie libovolných výše uvedených elektronických zařízení je interní akumulátor nabíjený skrz bezdrátový Qi open standard. Kapacita akumulátoru je stanovena minimálně najeden týden provozu.

Výše uvedený lokalizační systém podle tohoto vynálezu může dále obsahovat světelnou signalizaci například v podobě diod, sloužící k signalizaci nabíjení, zamknutí/odemknutí zámku atd.

Výhodným místem pro umístění všech nebo jen některých výše uvedených prvků systému podle tohoto vynálezu je na lyžařském vybavení v oblasti vázání, tj. mezi jeho patou a špičkou.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Lokalizační systém pro vyhledávání sněhem zakrytých objektů, zejména lyží, ve volném prostoru obsahující:

   - zvukové signalizační zařízení umístěné na hledaném objektu obsahující

   - vyhodnocovací jednotku datově propojenou s

   - detekčními prvky, a

   - piezoelektrickou sirénu,

   - vysílač signálu umístěný na hledaném objektu, datově propojený se zvukovým signalizačním zařízením, a

   - vyhledávací zařízení, se kterým je vysílač signálu spárován pomoci technologie Bluetooth, vyznačující se tím, že vyhledávací zařízení je opatřeno funkcionalitou Angle of Arrival pro lokalizaci vysílače signálu Bluetooth.
2. 2. Lokalizační systém podle nároku 1, vyznačující se tím, že detekčním prvkem je akcelerometr typu MEMS pro měření zrychlení lyží a/nebo zařízení k měření vzájemné vzdálenosti lyží.
3. 3. Lokalizační systém podle nároku 2, vyznačující se tím, že zařízení k měření vzájemné vzdálenosti lyží zahrnuje indikaci RSSI.
4. 4. Lokalizační systém podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že zdrojem elektrické energie výše uvedených elektronických zařízení a prvků je interní akumulátor nabíjený prostřednictvím bezdrátové Qi open standard.
5. 5. Lokalizační systém podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že vyhledávací zařízení zahrnuje nejméně dvě, výhodně tři antény, které jsou geometricky umístěné pro zachycení příchozího signálu Bluetooth v rozdílných časových okamžicích.