DE10050321A1 - Mobiles Datenerfassungs- und Übertragungssystem - Google Patents
Mobiles Datenerfassungs- und ÜbertragungssystemInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein mobiles Datenerfassungs- und Übertragungssystem mit integrierter Ortungsmöglichkeit innerhalb eines zellularen Mobilfunksystems, wobei das von einer Person gehaltene tragbare elektronische Datenerfassungsgerät mit den Hauptbaugruppen RFID-Schreib-/Leseköpfe bzw. Barcodeleser, Speichereinheit, Mikrocontroller, GSM-Modem, für Sprache, SMS und Daten mit den Baugruppen eines Funktelefonschaltkreises, einer PC-Schnittstelle, einem Sende-/Empfangsschaltkreis und einem RFID-Schreib-/Lesekopf bzw. einem Barcodeleser zu einem Gerät verbunden sind, wobei die per RFID-Lesekopf und/oder GSM-Modem aufgezeichneten Daten im elektronischen Speicher zwischengespeichert werden und von der GSM-Sende/Empfangseinheit online oder wahlweise zeitverzögert, periodisch oder ereignisgesteuert über ein GSM-Mobilfunknetz (D-Netz, E-Netz) an eine externe Empfangsstation übertragen werden und dort zeitgleich ausgewertet oder mittels Speichereinheiten oder Drucker aufgezeichnet werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein mobiles Datenerfassungs- und Übertragungssystem mit integrierter
Ortungsmöglichkeit innerhalb eines zellularen Mobilfunksystems nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Bei der Erfassung von kennzeichnenden Datenträgern werden heute neben Barcodes auch
zunehmend sogenannte RFID-Transponder in unterschiedlichen Frequenzbereichen eingesetzt.
Transponder sind mobile elektronische Schaltungen, die in erster Linie der Identifizierung von
Personen und Gegenständen dienen und einen kontaktlosen Datenaustausch ermöglichen. Die
RFID-Transponder zeichnen sich durch einen höheren Speicherinhalt, höhere Robustheit und
auch durch eine Schreib-/Lesefähigkeit aus. Diese Transponder sind derzeit vorzugsweise in den
Frequenzbereichen 125 kHz, 13,56 MHz und 2,45 GHz am Markt verfügbar. Für einen
Schreib-/Lesevorgang dieses Transponders benötigt man ein Gerät, welches sich aus einem
Mikrocontroller, einem transponder-spezifischen Schreib-/Lesekopf und einem Datenspeicher
zusammensetzt. Derartige Geräte werden nach dem Einsammeln der Daten in eine sogenannte
Dockingstation gesteckt um diese Daten direkt auf einem PC zu speichern oder auch um über
diese Docking-Station das Gerät mit einer Datentransfereinheit/Modem etwa für Bündelfunk,
GSM-Netz oder Betriebsfunk zu verbinden und dann die Daten drahtlos über die entsprechenden
Funkfrequenzen zu einer Empfangsstation zu senden die dann in der Regel mit einem PC oder
zentralem Datenspeicher- und ggfs. einem nachgeschaltetem Auswertesystem verbunden ist.
Zur Zeit werden zur elektronischen Ortung von Personen oder Gegenständen überwiegend bzw.
ausschließlich sogenannte GPS-Systeme (Global Positioning System) eingesetzt, welche auf
einer satellitengestützten Ortung spezieller Empfangsgeräten basieren und im Frequenzbereich
von ca. 1,5 GHz arbeiten. Dieses GPS-System wurde ursprünglich für militärische Zwecke
entwickelt, steht aber seit geraumer Zeit auch zivilen Anwendungen offen. Als
Hauptanwendungsbeispiel für zivile Anwendungen sind hier die Navigationssysteme für
Straßenfahrzeuge zu nennen. Dieses System ermöglicht in der Regel eine Ortung im Bereich
zwischen 25 und 100 Metern.
Für Notrufsysteme ist es jedoch nur bedingt geeignet, da ein GPS-Ortungssystem nur bei freier
Sichtverbindung zwischen der Empfangsstation und den Satelliten (mind. 4) funktioniert. In
satellitenabgeschatteten Bereichen, z. B. an Häuserwänden, wo sich vorzugsweise Kontrollstellen
befinden, oder unter Bäumen, oder erst recht innerhalb von Gebäuden, ist dieses System nicht
einsetzbar, da die Verbindungsstrecke zwischen GPS-Empfänger und Satelliten nicht aufrecht
erhalten werden kann.
Aus DE 198 44 360 ist ein Zugangskontrollsystem bekannt, das einen von einer Person
mitzuführenden mobilen Transponder und wenigstens eine Kontrollstation mit Lesegerät
umfasst. Mit diesem Lesegerät ist der Berechtigungscode des Transponders bei Annäherung an
das Lesegerät berührungslos lesbar. Dieses System ermöglicht weder Ortung noch Notruf.
Aus DE 198 24 528 ist ein Verfahren zum Detektieren eines oder mehrerer Transponder sowie
Anordnung und Verwendung einer solchen Anordnung bekannt. Dargestellt wird eine
Anordnung zum ortsauflösenden Detektieren eines oder mehrerer Transponder in einem durch
zumindest zwei Zellen gegliedertem Detektionsbereich. Dabei ist jeder Zelle eine ortsfeste
Felderzeugungseinrichtung zugeordnet. In DE 199 14 829 wird ein System und ein Verfahren zur
Überwachung und/oder Fernsteuerung von stationären und/oder mobilen Vorrichtungen
beschrieben. Diese eignen sich nicht für eine Ortung der hier beschriebenen Anwendungsform.
Nach DE 198 59 947 wird ein System zur räumlichen Zuordnung wenigstens eines Transponders
zu Zellen eines Detektionsgebietes, Basisstation sowie Transponder. Die Zellen des
Detektionsgebietes unterscheiden sich durch veränderbare oder permanent unterschiedliche
Eigenschaften eines elektromagnetischen Feldes. Mittels des Transponders werden die
Eigenschaften der an seiner Position einzeln, selektiv oder resultierend empfangbaren
elektromagnetischen Felder der Zellen ausgewertet und selbstständig zu den Zellen zugeordnet.
Die integrierte Anwendung eines Notrufsystems ergibt sich hieraus nicht.
Aus DE 199 01 984 ist ein System zur automatischen Identifikation von wenigstens einem
Transponder in einem elektromagnetischen Feld einer Basisstation bekannt, ohne dass hierbei
eine Ortung mit Notrufoption erfolgen kann.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde ein Datenerfassungsgerät mit Speicher und
Funkübertragungsmedium und gleichzeitiger Ortungsmöglichkeit und Notruffunktion zu
schaffen.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das von einer Person gehaltene, mobile elektronische
Datenerfassungsgerät mit den Hauptbaugruppen RFID-Schreib-/Lesekopfe bzw. Barcodeleser,
Speichereinheit, Mikrocontroller, GSM-Modem, für Sprache, SMS und Daten mit den
Baugruppen eines Funktelefonschaltkreises, einer PC-Schnittstelle, einem
Sende-/Empfangsschaltkreises und einem RFID-Schreib-/Lesekopf bzw. einem Barcodelesers zu einem
Gerät verbunden sind, wobei die per RFID-Lesekopf und/oder GSM-Modem aufgezeichneten
Daten im elektronischen Speicher zwischengespeichert werden und von der
GSM-Sende/Empfangseinheit online oder wahlweise zeitverzögert, periodisch oder ereignisgesteuert
über ein GSM-Mobilfunknetz (D-Netz, E-Netz) an eine externe Empfangsstation übertragen
werden und dort zeitgleich ausgewertet oder mittels Speichereinheiten oder Drucker
aufgezeichnet werden.
Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung wird ein integrierendes System zur mobilen
Datenerfassung und Übertragung vorgeschlagen, das die erforderlichen Funktionen der
Datenerfassung mit Speicher und Funkübertragung nebst gleichzeitiger Ortungsmöglichkeit und
Notrufmöglichkeit vorgeschlagen, die eine hohe Robustheit aufweist.
Ein weites und wichtiges Einsatzgebiet für das erfindungsgemäße Gerät sind der Sicherheits- und
der Logistikbereich. Im Sicherheitsbereich (Wach-/Revierdienst) müssen die Wächter entweder
auf großen Industrie-Arealen oder im Revierdienst von Objekt zu Objekt fahren und dort die
Kontrolle des jeweiligen Objektes durch das Einlesen der RFID-Kontroll-Tags belegen. Diese
mit Transpondern/Tags versehenen Kontrollstellen sind zumeist an mehreren räumlich
voneinander entfernten sicherheitsrelevanten Orten (Eingängen, Fenstern, Laderampen)
angebracht. Bei dieser Einlesung wird der jeweils nur einmalig vorhandene Code des
Transponders zusammen mit einem Zeitstempel in dem Gerät abgespeichert. Diese Daten stehen
dann zu einer Übertragung mit dem im Gerät integrierten Funkmodem (Betriebsfunk, DECT,
GSM) zur Verfügung. Erfindungsgemäß kann bei dem vorgeschlagenen Gerät die
Datenübertragung einstellbar auf 3 verschiedenen Wegen erfolgen.
Der interne Interimsdatenspeicher (Flash-Speicher oder RAM) ist so ausgelegt, dass er bis zu 20
Kontrollstellen nebst Zeitstempel als Datenstring komprimiert als sogenannte SMS (Short
Message Service) in einem auf 160-Zeichen begrenzten Datenübertragungsformat im GSM-Netz
kostengünstig übertragen werden kann. Das Gerät sendet den Interimsdatenspeicherinhalt
entweder nach Erreichen der Maximalspeicherkapazität von 20 Datensätzen oder aber
(konfigurierbar) periodisch und unabhängig von der gespeicherten Datenmenge, z. B. alle 30
Minuten. Durch diese periodische Übertragung wird speziell den Sicherheitsanforderungen von
Einzelarbeitsplätzen sowohl im Sicherheits- als auch im Logistikbereich Rechnung getragen, da
dort vorgeschrieben wird, dass sich diese Personen auf Einzelarbeitsplätzen alle 30 Minuten mit
Ihrer Einsatzzentrale typischerweise telefonisch in Verbindung setzen, um so ihre Unversehrtheit
zu dokumentieren. Dies stößt naturgemäß bei einem Unternehmen, welches u. U. in der Nacht
mehrere Personen im Sicherheits- und Revierdienst beschäftigt auf erhebliche
Übertragungsprobleme.
Erfindungsgemäß kann diese periodische Datenübertragung per SMS an die Gegenstelle
(Einsatzzentrale) übermittelt werden, die einen PC mit einer GSM-Datenmodem und eine
Kommunikationssoftware umfasst. Die Kommunikationssoftware kann auch automatisch die
Einhaltung dieser einstellbaren Meldezyklen für jeden Reviermitarbeiter überprüfen und im Falle
von der Übermittlung eines leeren Datenstrings unmittelbar einen Rufkontakt zu der betreffenden
Revierdienstperson herstellen. Dadurch kann dann mündlich verifiziert werden, ob der
betreffende Wachmann noch unversehrt ist oder einem Überfall ausgesetzt war oder ggf. z. B.
eingeschlafen ist.
Die vorgeschlagen Erfindung umfasst erfindungsgemäß auch eine Ortungsfunktion. Diese
Ortungsfunktion mit in der Genauigkeit abgestufter Ortung basiert auf den Standortdaten des
zellularen GSM-Mobilfunknetzes. Zur Zeit werden zur elektronischen Ortung von Personen oder
Gegenständen überwiegend bzw. ausschließlich sogenannte GPS-Systeme (Global Positioning
System) eingesetzt. Diese bekannten Systeme ermöglicht in der Regel eine Ortung im Bereich
zwischen 25 und 100 Metern. Für Notrufsysteme ist es jedoch nur bedingt geeignet, da ein
GPS-Ortungssystem nur bei freier Sichtverbindung zwischen der Empfangsstation und den Satelliten
(mind. 4) funktioniert. In satellitenabgeschatteten Bereichen sind diese bekannten System nicht
einsetzbar, da die Verbindungsstrecke zwischen GPS-Empfänger und Satelliten nicht aufrecht
erhalten werden kann. Hingegen kann jedoch in allen Gebieten, wo ein GSM-Funktelefonnetz
existiert, z. B. auch innerhalb von Gebäuden, problemlos telefoniert werden. Da das
Mobilfunknetz zellular aufgebaut ist, das D1-Netz umfasst beispielsweise ca. 10.000
Funkstationen (= Zellen) die über ganz Deutschland verteilt sind, ergibt sich bereits aufgrund der
Zuordnung der jeweils eingebuchten Zelle (Serving-Cell) eine grobe Ortungsmöglichkeit im
Bereich zwischen 500 und max. 30 km, abhängig von der Abdeckung dieser Funkzelle. Dieses
Ortungsergebnis kann aber erfindungsgemäss erheblich verbessert werden, wenn neben der
Information über den Standort der Zelle auch die sogenannte Antenneninformation der
Sektorantennen (0/120/240/3600C) und auch die Identifikationsmerkmale der umliegenden
sogenannten non-Serving-Cells mit berücksichtigt werden.
Die Ortungsmöglichkeit wird erfindungsgemäß dadurch gewährleistet, dass neben der Kennung
des Transponders/RFID-Tags, dem Zeitstempel auch die im GSM-Teil per AT-Befehl abrufbaren
Informationen über die eingebuchte Zelle nebst Parametern wie Antennensektor, Time-Advance
(Abstand vom Zellmittelpunkt) und Abstrahlstärke (RSSI-Value) und die
Identifikationsmerkmale (Zellen_ID, BCCH, RX-Level) der umliegenden "sichtbaren"
Nachbarzellen gesammelt, komprimiert und den Datenstring eingefügt werden. Die Aufgabe des
Ortungsrechners besteht darin, den eingehenden Datenstring mit den Zelleninformationsdaten zu
zerlegen und mit einer Datenbank abzugleichen, in der alle Informationen über die Basisstation
des betreffenden GSM-Netzes/Netzbetreibers abgespeichert sind, und dann mit Hilfe geeigneter
Optimierungsverfahren und Algorithmen eine Schätzposition des Aufenthaltes des Gerätes bzw.
der sich in Not befindenden Person zu übermitteln.
Erfindungsgemäß kann die vorgeschlagene Vorrichtung ferner über eine Notruftaste verfügen,
bei deren Betätigung automatisch ein Wählvorgang ausgelöst und ein Sprachruf zur der im Gerät
abgespeicherten Zentralennummer aufgebaut wird, ohne dass zuvor ein umständlicher
Wählvorgang per numerischer Tastatur getätigt werden muss. Ereignisgesteuert wird also
automatisch der Sprachruf zum Einsatzleiter aufgebaut und zugleich parallel die oben
beschriebenen Informationen über die eingebuchte Zelle- und die Informationen über
Nachbarzellen aus dem GSM-Teil angefordert und per SMS ebenfalls zur Einsatzzentrale bzw.
einem zwischengeschaltetem Ortungsrechner übermittelt.
Bei einem Einsatz dieses Gerätes im Logistikbereich ergeben sich dadurch zahlreiche
Möglichkeiten und Vorteile. So können Wartungsarbeiten oder Auslieferungen von Gütern oder
Containern automatisch durch Einlesen des Tags in Echtzeit bestätigt bzw. quittiert werden und
anhand der zusätzlichen GSM-Zellinformationen eine späterer Oberprüfung etwa des Tätigkeits-
oder Ablade-/Lieferortes von Gütern eindeutig festgestellt und zugeordnet werden.
Eine zweckmässige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der RFID-/Transponderlesekopf
auswechselbar für die unterschiedlichen gängigen Frequenzbereiche wie 125 kHz, 13,56 MHz
oder 2,45 GHz ist.
Es ist von besonderem Vorteil, wenn das Gerät über eine Notruftaste verfügt, bei deren Auslösen
automatisch ein Sprachruf zur vorprogrammierten Rufnummer einer Einsatzzentrale aufgebaut
wird und die GSM-Netzdaten der Geräteumgebung komprimiert und per SMS zur
Einsatzzentrale bzw. einem vorgeschalteten Ortungsrechner übermittelt werden.
Eine weitere Ausbildung des Gegenstandes der Erfindung sieht vor, dass das Gerät über
Bedientasten, LED'S, und ein Display verfügt.
Gemäss einer besonderen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist der Inhalt des RAM
oder Flashspeichers des Datenerfassungs- und Speicherteils extern von der Empfangsstation über
den Funktelefonschaltkreis des Gerätes per DTMF-Code, per SMS oder per GSM-Datenruf
abrufbar und/oder löschbar ist.
Es ist vorteilhaft, daß im Speicher des Gerätes GSM-Netz bezogene Positionsdateninformationen
abgelegt sind, bei deren Überschreiten bzw. Eindringen in den betreffenden Bereich automatisch
eine vorbereitete SMS abgesetzt wird und/oder ein Sprachruf aufgebaut wird.
Nach einer Ausführungsform wird per Tastendruck auch eine aktive Auslösung der
Datenübertragung ausgelöst.
In einer Ausbildung des Erfindungsgegenstandes wird eine integrierte Schallwandlereinheit zum
Senden und Empfangen sprachlicher Signale angeordnet.
Schliesslich wird erfindungsgemäss ferner vorgeschlagen, dass weitere Sensoren mit
auswertbarem bzw. speicherbarem Ausgangssignal, beispielsweise zur Messung von
Umgebungstemperaturen, Luftfeuchtigkeit, Funkwellen, oder radioaktiver Strahlung im oder am
Gerät angeordnet sind.
Claims (9)
1. Vorrichtung zur Aufzeichnung und Übertragung von digitalisierten Informationen, wie
denen von Barcode-Labeln, RFID-Tags (Transpondern), sowie Kenndaten des
GSM-Netzes wie eingebuchte Zelle, Timing-Advanced-Werten, Sendestärken, sowie der
umliegende Funkzellen mit Identifikation- und Betriebsparametern, dadurch
gekennzeichnet, daß das von einer Person gehaltene tragbare elektronische
Datenerfassungsgerät mit den Hauptbaugruppen RFID-Schreib-/Lesekopfe bzw.
Barcodeleser, Speichereinheit, Mikrocontroller, GSM-Modem, für Sprache, SMS und
Daten mit den Baugruppen eines Funktelefonschaltkreises, einer PC-Schnittstelle, einem
Sende-/Empfangsschaltkreises und einem RFID-Schreib-/Lesekopf bzw. einem
Barcodelesers zu einem Gerät verbunden sind, wobei die per RFID-Lesekopf und/oder
GSM-Modem aufgezeichneten Daten im elektronischen Speicher zwischengespeichert
werden und von der GSM-Sende/Empfangseinheit online oder wahlweise zeitverzögert,
periodisch oder ereignisgesteuert über ein GSM-Mobilfunknetz (D-Netz, E-Netz) an eine
externe Empfangsstation übertragen werden und dort zeitgleich ausgewertet oder mittels
Speichereinheiten oder Drucker aufgezeichnet werden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
RFID-/Transponderlesekopf auswechselbar für die unterschiedlichen Frequenzbereiche, wie 125 kHz,
13,56 MHz oder 2,45 GHz, ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät über eine
Notruftaste verfügt, bei deren Auslösen automatisch ein Sprachruf zur vorprogrammierten
Rufnummer einer Einsatzzentrale aufgebaut wird und die GSM-Netzdaten der
Geräteumgebung komprimiert und per SMS zur Einsatzzentrale bzw. einem
vorgeschalteten Ortungsrechner übermittelt werden.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gerät über Bedientasten, LED'S, und ein Display verfügt.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Inhalt des RAM oder Flashspeichers des Datenerfassungs- und Speicherteils
extern von der Empfangsstation über den Funktelefonschaltkreis des Gerätes per
DTMF-Code, per SMS oder per GSM-Datenruf abrufbar und löschbar ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß im Speicher des Gerätes GSM-Netz bezogene Positionsdateninformationen abgelegt
sind, bei deren Überschreiten bzw. Eindringen in den betreffenden Bereich automatisch
eine vorbereitete SMS abgesetzt wird und/oder ein Sprachruf aufgebaut wird.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß per Tastendruck auch eine aktive Auslösung der Datenübertragung ausgelöst wird.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß eine integrierte Schallwandlereinheit zum Senden und Empfangen sprachlicher
Signale angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß weitere Sensoren mit auswertbarem bzw. speicherbarem Ausgangssignal,
beispielsweise zur Messung von Umgebungstemperaturen, Luftfeuchtigkeit, Funkwellen,
oder radioaktiver Strahlung im oder am Gerät angeordnet sind.
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