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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Laufzeitprüfgerät
zur Überwachung der Laufzeit von Transportgütern
geringer Abmessungen, insbesondere von Briefen und ähnlichen
Postsendungen, bei denen die Bewegungen einer Sendung zur späteren
Auswertung des Transportverlaufs in dem Laufzeitprüfgerät
registriert und abgespeichert werden, wozu das Laufzeitprüfgerät
mit Sensoren und Speichermedien ausgestattet ist und in seinen Abmessungen
und Eigenschaften weitgehend den zu überwachenden Transportgütern
entspricht.
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Es
ist bekannt, zur Kontrolle der Laufzeit von Postsendungen so geannnte
Laufzeitprüfgeräte einzusetzen, die mit der zu
transportierenden Postsendung aufgegeben werden und Vorrichtungen
enthalten, mit denen der Bewegungsablauf der Postsendungen registriert
wird. Bekannte Vorrichtungen dieser Art beinhalten Bewegungssensoren,
die über die gesamte Versandzeit der Sendung deren Bewegung registrieren.
Beim Transport auftretende Kräfte werden in einem Bewegungs-Zeit-Diagramm
festgehalten; ist die Sendung in Ruhe, d. h. es erfolgt kein Transport,
erfolgt auch keine Aufzeichnung. Das aufgezeichnete Bewegungs-Zeit-Diagramm
kann später an einer zentralen Stelle ausgewertet werden.
Durch einen Soll/Ist-Vergleich ist es möglich, eventuelle Stops
in der Auslieferung oder Versendung zu lokalisieren, da die Transportwege
und Transportzeiten für den Regelfall bekannt sind.
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Bekannt
sind auch Laufzeitüberwachungsgeräte in üblicher
Briefdicke, die einen Speicher zum Erfassen der Messwerte und eine
Auswerteelektronik aufweisen. Diese Laufzeitüberwachungsgeräte sind
so ausgebildet, dass sie in Briefsortierma schinen verarbeitet werden
können und bei der Steifigkeitsmessung in den Briefbearbeitungsmaschinen der
Postämter nicht ausgesondert werden. Mit solchen Vorrichtungen
kann z. B. festgestellt werden, ob die Sendung nach mehrstündigem
Transport mehrere Tage in unzulässiger Weise in völliger
Ruhe gelegen hat.
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Die
bekannten Vorrichtungen weisen den Nachteil auf, dass sie nur eine
Detektion der Zustände der Bewegung und der Ruhe ermöglichen,
jedoch keine genauere Unterscheidung der bei einem Bewegungszustand
tatsächlich auftretenden Bewegungsart oder gar des verwendeten
Transportmittels zulassen.
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Eine
Vorrichtung zur Überwachung der Laufzeit von Transportgütern,
mit der eine Identifizierung der während der Versandzeit
verwendeten Transportmittel, Transportereignisse und Bewegungsarten erfolgen
kann, ist aus der
DE
44 04 195 C1 bekannt. Sie besteht aus einem Beschleunigungssensor,
einem Mikrocontroller mit integriertem Analog/Digital-Wandler und
einem RAM Speicher. Die Vorrichtung ist im Format eines C6-Standardbriefes
derart ausgebildet, dass sie in Briefsortiermaschinen verarbeitet
werden kann und bei der Steifigkeitsmessung in den Briefbearbeitungsmaschinen
in den Postämtern nicht ausgesondert wird. Die Vorrichtung
verhält sich in allen Prozessschritten der Briefbeförderung und
-bearbeitung wie ein normaler Brief aus Papier. Damit ist die Zuverlässigkeit
der gewonnenen Daten im Briefbeförderungs- und -bearbeitungsprozess
sowie eine Erhöhung der Funktionssicherheit und Nutzungsdauer
gewährleistet.
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Ein
Bewegungssensor in einem derart gestalteten „Brief" gibt
ein der Beschleunigung proportionales Sensorsignal aus, das vom
Analog/Digital-Wandler (ADU) digitalisiert wird. In einem Mikrocontroller
erfolgt eine Weiterverarbeitung des Signals zu Frequenzspektren,
die in komprimierter Form im Speicher abgelegt werden. Nach Abschluss
der Messwertaufnahme werden die gespeicherten Spektren ausgelesen
und ausgewertet. Dabei erfolgt eine zeitliche Zuordnung der Frequenzspektren
zum zeitlichen Verlauf der Bewegung der Vorrichtung während
des Transports. Da die verschiedenen Transportmedien, wie zum Beispiel
Kfz, Bahn, Fußtransport oder Flug jeweils charakteristische
Spektrenverläufe zeigen, ist günstigstenfalls
eine Identifizierung des Transportmittels anhand des zeitlichen
Ablaufs des Transportprozesses möglich.
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In
einem weiteren bekannten Verfahren werden ebenfalls sogenannte Qualitätstest-Briefe
(QTL) eingesetzt, in welchen die physikalischen Eigenschaften während
des Transportes über die Zeit aufgezeichnet und danach
ausgelesen und nach den Transportprozessschritten klassifiziert
werden. Dabei werden alle möglichen Solltransportabläufe
jeder versendeten QTL-Sendung mit den gewählten Beförderungsbedingungen
aus definierten Transportregeln zwischen den Knoten des Logistik-Netzes
und aus der Beschreibung der Abläufe in den Knoten und den
Beziehungen der Knoten untereinander automatisch generiert. Die
QTL-Sendungen werden in den Knoten identifiziert und aus den Ort-Zeit-Beziehungen
wird der Ist-Transportablauf ermittelt. Durch Vergleich der Soll-Transportabläufe
und des Ist-Transportablaufes lassen sich Schwachstellen ermitteln.
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Mit
den bekannten Vorrichtungen können jedoch keine exakten
Orts-Informationen gewonnen werden. Zur Ermittlung des aktuellen
Aufenthaltsortes sind im Wesentlichen nur zwei Verfahren bekannt,
die Funkzellenortung und die Ortung mit Hilfe von Satellitensystemen
(z. B. GPS, Galileo oder GLONASS).
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Die
Genauigkeit einer Funkzellenortung hängt von der Größe
der Funkzellen ab. Dadurch ist auch die Genauigkeit der Ortsbestimmung
sehr unterschiedlich. Sie liegt je nach den vorhandenen Bedingungen
zwischen 50 m und bis zu 30 km und mehr. Deshalb ist die Funkzellenortung
für Zwecke der Laufzeitüberwachung und Ortsbestimmung
von Postsendungen nicht geeignet.
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Mit
Hilfe der Satellitensysteme ist eine wesentlich genauere Positionsbestimmung
möglich. Bekannte GPS Daten Logger (GPS-Logger im Sinne des
Patents sind alle Geräte die aus Satelli tendaten die aktuelle
geographische Position des Gerätes ermitteln und speichern
können, unabhängig vom genutzten Satellitensystem)
ermitteln ausschließlich Orts-Informationen in Abhängigkeit
von der Zeit. Die heutige Generation von Prozessoren für
GPS-Daten-Logger mit interner Signalverarbeitung zur Berechnung
der aktuellen Geo-Koordinaten verbrauchen jedoch viel Energie, was
bei der Überwachung von Transportmitteln und größeren
Transporteinheiten (wie z. B. Containern und Fahrzeugen) nur eine untergeordnete
Rolle spielt. Der Energiebedarf ist jedoch so hoch, dass kein GPS-Daten-Logger
für eine Laufzeit von mehreren Tagen realisierbar ist,
der in Größe, Dicke, Gewicht und Steifigkeit einer
Standardbriefsendung entspricht und gleichzeitig den enormen Belastungen
in Briefsortiermaschinen standhält.
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Ein
weiterer Nachteil ist, dass GPS-Empfänger immer eine relativ
freie Sicht zu den Satelliten benötigt. Werden die Briefsendungen
zum Beispiel in einem Stahlcontainer befördert, oder befindet
sich die Briefsendung in einem Metallbriefkasten, so ist kein Empfang
der Satellitensignale möglich. Nachdem der GPS-Empfänger
die Satellitensignale wieder empfangen kann, benötigt er
eine relativ lange Zeit, um seine Position wieder bestimmen zu können, da
die aktuelle Position des GPS-Empfängers unbekannt ist.
Dadurch wird über längere Zeit sehr viel Energie
verbraucht. Es sind allerdings GPS-Empfänger bekannt, die
mittels Beschleunigungssensoren Ruhe detektieren, und bei längeren
Ruhephasen die Zykluszeit zur Bestimmung der Geokoordinaten vergrößern.
Dadurch lässt sich Energie einsparen.
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Ausgehend
von den vorstehenden Problemen und Unzulänglichkeiten des
Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Laufzeitprüfgerät
und ein Verfahren zur Überwachung der Laufzeit und des
Transportweges von Transportgütern, insbesondere von Standardbriefen und ähnlichen
Postsendungen zu schaffen, mit dem die eingesetzten Transportmittel
und gleichzeitig die Ortsveränderung der Sendung über
mehrere Tage registriert und aufgezeichnet werden können.
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Zur
Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, dass die Ermittlung
geographischer Positionen der Sendung auf ihrem Transportweg mit
Hilfe satellitengestützter Ortungssysteme (GPS) erfolgt
und die empfangenen Daten mit in dem Laufzeitprüfgerät
gespeicherten und/oder mit während des Transportes auf
die Sendung einwirkenden gemessenen physikalischen Größen
und gespeicherten Daten abgeglichen werden. Die Erfindung ermöglicht
mit Hilfe des satellitengestützten Ortungssystems sowohl
die eingesetzten Transportmittel, als auch die Ortsveränderungen
einer Sendung mit großer Zuverlässigkeit und Genauigkeit
zu überwachen und aufzuzeichnen. Durch den Abgleich der
Ortungsdaten der Sendung mit auf die Sendung einwirkenden physikalischen Größen
wird die Präzision der Erfassung gesteigert und es werden
Ortinformationen über die Sendung während des
gesamten Versandweges, auch über einen längeren
Zeitraum, zur Verfügung gestellt.
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Dadurch,
dass erfindungsgemäß weiterhin vorgeschlagen wird,
zur Senkung des Energiebedarfs des Laufzeitprüfgerätes
den Empfänger für das satellitengestützte
Ortungssystem (GPS) in Abhängigkeit von den sich verändernden
Empfangsbedingungen und der aktuellen Beförderungsart der
Sendung gezielt zu- und abzuschalten, lässt sich der Energiebedarf
für die Überwachung einer Sendung geringer Größe,
beispielsweise einem Gewicht von nicht mehr als 50 g, einer Dicke
kleiner 5 mm und den Abmessungen nicht größer
210 mm × 100 mm derart senken, dass eine Laufzeit des Laufzeitprüfgerätes von
mehreren Tagen problemlos erreicht werden kann.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass die Zykluszeiten, in denen die Ermittlung der geographischen
Position der Sendung erfolgt, an die für die Sendung typischen
postalischen Prozesse angepasst werden. Postsendungen durchlaufen
in der Regel typische Bearbeitungs- und Transportprozesse, die wiederum
gekennzeichnet sind, durch den Einsatz der entsprechenden Transportmittel.
In Kenntnis dieser Prozesse und der Beschaffenheit der verwendeten
Transportmittel, deren Art einen Ein fluss auf den Empfang der Satellitensignale
hat, lassen sich die Zykluszeiten energiesparend einrichten.
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Eine
weitere Möglichkeit zur Einsparung des Energieverbrauches
wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass nach Abbruch der
Satellitenverbindung zum Laufzeitprüfgerät aus
den vorhandenen Daten die aktuelle Position errechnet wird. Durch
reine Rechenoperationen wird eine relativ sichere Prognose der aktuellen
Position möglich, so dass energieintensive Prozeduren des
GPS-Empfängers (z. B. häufige Kaltstarts) vermieden
werden.
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Nach
einem besonders günstigen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen,
dass mit Hilfe von Messungen der auf das Gerät einwirkenden
physikalischen Größen das genutzte Transportmittel,
mit dem die Briefsendung transportiert wird, ermittelt wird. Vorzugsweise
werden aus einer vordefinierten Anzahl periodisch ermittelter und
digitalisierter Messwerte eines in dem Laufzeitprüfgerät
vorgesehenen Beschleunigungssensors die Transportmittel, wie z. B.
LKW, Flugzeug etc., mit denen eine Sendung transportiert wird, erkannt;
denn jedes dieser Transportmittel zeigt ein für sich typisches
Beschleunigungsverhalten.
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So
lassen sich beispielsweise über die Auswertung von Spitzenbeschleunigungen
mit Hilfe der vorgesehenen Beschleunigungssensoren die Start- und/oder
Landephasen von zum Transport der Sendung verwendeten Flugzeugen
ermitteln.
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Nach
einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, dass mit
Hilfe eines in dem Laufzeitprüfgerät vorgesehenen
Luftdrucksensors Flugphasen detektiert werden. Da in den heutigen Flugzeugen
während des Fluges der Luftdruck im Flugzeug signifikant
abgesenkt wird, kann mit Hilfe des Luftdrucksensors die Flugphase
anhand des niedrigen Luftdrucks einfach erkannt werden. Das gilt besonders,
weil in den Frachträumen der Flugzeuge der Luftdruck deutlich
niedriger ist, wenn dort kein Druckausgleich existiert.
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Weiterhin
lässt sich der Einfluss der Beschaffenheit der in der Prozesskette
für eine typische Transportsendung eingesetzten Transportmittel
auf den Empfang der Satellitensignale als Indiz für die Positionsbestimmung
der Sendung verwenden. Die Prozesskette für eine typische
Briefbeförderung enthält in der Regel eine Reihe
von typischen Bearbeitungs- und Transportprozessen, die wiederum
durch den Einsatz entsprechender Transportmittel gekennzeichnet
sind. Die Beschaffenheit dieser Transportmittel hat wiederum Einfluss
auf den Empfang der Satellitensignale.
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So
können sehr hohe, mittels des Beschleunigungssensors gemessene
Querbeschleunigungen zur Erkennung des Aufenthaltes einer Sendung
in einem Brief- oder Sortierzentrum verwendet werden. In den Briefzentren
durchlaufen die Sendungen eine Reihe von maschinellen Sortierschritten.
Die Sendungen werden in den Sortiermaschinen mit einer Geschwindigkeit ≥ 3,6
m/s transportiert. Hierbei entsteht an den Umlenkrollen eine sehr
hohe Querbeschleunigung, die nur in den Sortiermaschinen auftritt.
Auf diese Weise lassen sich Maschinendurchläufe und somit
der Aufenthalt einer Sendung in einem Brief- oder Sortierzentrum
eindeutig ermitteln. Der Zeitpunkt der Briefbearbeitung kann entsprechend
im Gerät gespeichert werden.
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Nach
einen anderen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass bereits
beim Initialisieren des Laufzeitprüfgerätes im
Speicher des Controllers eine Liste von Geokoordinaten sowie weitere
zur Steuerung des Gerätes brauchbarer Daten abgelegt werden.
Für die Postdienste sind die erste und letzte Meile (Kastenleerung
und Zustellung), sowie wann und wo die Sendungen sortiert worden
sind, von besonderem Interesse.
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Erfindungsgemäß werden
beim Initialisieren des Laufzeitprüfgerätes mindestens
einzelne der folgenden Daten im Speicher des Controllers abgelegt:
- – Liste der Geokoordinaten aller Briefzentren
- – Geokoordinaten des Startortes (z. B. Briefkasten)
- – Geokoordinaten des Zielortes (Empfängers)
- – Geokoordinaten des Initialisierungsplatzes
- – Zeitintervall für die durchzuführenden
GPS-Erfassungen in Abhängigkeit des aktuellen Transportprozesses
bzw. des Ortes
- – Voraussichtliche Dauer der Messung (Laufzeitziel
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Da
es oberstes Ziel der Steuerung des GPS-Receivers ist, Energie zu
sparen und z. B. unnötige Kaltstarts zu vermeiden, weil
letztere besonders gute Empfangsbedingungen erfordern und gleichzeitig
am längsten dauern, ist nach einem anderen Merkmal der
Erfindung vorgesehen, dass zur Verhinderung unnötiger Wiederholungen
des Verbindungsaufbaus zu den Satelliten bei schlechten Empfangsbedingungen
beim Initialisieren des Gerätes die aktuellen Almanach-Daten
in den GPS-Receiver geladen werden. Für längere
Laufzeitüberwachungen können auch die notwendigen
Almanachdaten des zu erwartenden Zeitraumes vorausberechnet und
im Speicher des Controllers abgelegt werden. So können
z. B. die notwendigen Almanachdaten der nächsten 2 Wochen
im Arbeitsplatz – PC vorausberechnet und im Speicher abrufbar
abgelegt werden.
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Das
Laufzeitprüfgerät ist in der Lage, Änderungen
der Transportart zu erkennen. Es ist anzunehmen, dass sich mit dem
Wechsel des Transportmittels auch die Empfangsbedingungen ändern
und somit ein neuer Versuch zum Verbindungsaufbau Erfolg versprechend
ist. Erfindungsgemäß ist aber vorgesehen, dass
das GPS-System nach einer festgelegten Anzahl von Versuchen abgeschaltet
wird, wenn sich die Transportart bzw. das Transportmittel nicht ändert
und die Empfangsbedingungen in einem Transportmittel über
längere Zeit gleich bleiben. Auf diese Weis kann erheblich
Energie eingespart werden.
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Eine
weitere Möglichkeit der Energieeinsparung wird erfindungsgemäß dadurch
geschaffen, dass der GPS-Empfänger zur Bestimmung der Position
der Sendung entsprechend den Vorgaben und in Kenntnis der einzelnen
Transportarten bzw. -Prozesse nur periodisch, jeweils für
kurze Zeit zugeschaltet wird.
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Durch
die Realisierung unterschiedlicher Zykluszeiten zur Bestimmung des
Ortes der Sendung unter Zugrundelegung der bekannten Prozesse braucht
der Empfänger über lange Zeit nicht zu empfangen,
ohne dass es nach dem Wechsel eines Transportschrittes oder Transportmittels
nachteilig für die spätere Ortung ist.
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Durch
den Controller wird gleichzeitig die aktuelle Position des Gerätes überwacht.
Dadurch ist es möglich festzustellen, ob sich das Gerät
in einem bestimmten Briefzentrum befindet und entsprechende Messregime
gestartet werden sollen. So kann beispielsweise ermittelt werden,
ob sich das Gerät im Eingangsbriefzentrum befindet.
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Nach
der Sortierung im Eingangsbriefzentrum folgt in der Regel die Zustellung.
Dieser Prozess ist für die Qualitätssicherung
von besonderer Bedeutung, so dass hierfür eine entsprechend
kürzere Zykluszeit für die Positionsbestimmung
aktiviert werden kann. Wird durch die Sensoren im definierten Zeitfenster
der Beginn der Zustellung detektiert, wird die vorgesehene Zykluszeit
aktiviert und bei der nächsten längeren Ruhephase
wieder desaktiviert.
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Nach
einem anderen Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass das Laufzeitprüfgerät über
einen Eventgeber bestimmte im Gerät gespeicherte Ereignisse
erkennt und zur Steuerung des Gerätes nutzt. So kann in
einer günstigen Anwendung dieses Vorschlages der Eventgeber
dem Gerät den Einwurf der Sendung in den Briefkasten mitteilt,
was eine sofortige Positionsbestimmung des GPS-Empfängers auslöst.
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Während
sich das Laufzeitprüfgerät im Briefkasten befindet,
wird von den Beschleunigungssensoren Ruhelage detektiert. Die Zykluszeit
zur Positionsbestimmung kann also auf die maximal mögliche Zeit,
die noch eine ausreichende Zeit für die nächste Positionsbestimmung
(Fix) garantiert, erhöht werden. Wenn auch innerhalb des
Briefkastens kein Empfang möglich ist, ist jedoch die genaue
Position des Gerätes bekannt, um nach Ver lassen des Briefkastens
einen energiesparenden Wideraufbau der Verbindung zu den Satelliten
zu ermöglichen.
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Nach
einem anderen Vorschlag der Erfindung wird der GPS-Empfänger
beim Detektieren der Startphase des Transportflugzeuges abgeschaltet und
erst nach detektieren der Landephase wieder aktiviert. Da in Frachträumen
von Flugzeugen von einem schlechten oder gar keinem Empfang ausgegangen
werden muss, wird durch das Abschalten der GPS-Empfänger
nach Erkennen der Startphase und durch das Einschalten erst in der
Landephase der sich immer wiederholende energieverbrauchende Versuch
der Kontaktaufnahme zwischen Sender und Empfänger während
der Flugphase energiesparend unterbunden.
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Es
ist natürlich nach der Erfindung auch möglich,
bei besseren Empfangsbedingungen (z. B. wenn die Sendungen in der
Passierkabine eines Flugzeuges transportiert werden) die Flugphase
zu überwachen.
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Um
nach einem Abbruch der GPS-Verbindung nach einem Flug einen schnelleren
Verbindungsaufbau zu erreichen, kann, wie bei der Positionsbestimmung,
mit der Liste der Briefzentren vorgegangen werden. Zusätzlich
können über eine Matrix die zulässigen
Relationen definiert werden. Dadurch können nicht vorhandene
Verbindungen ausgeschlossen werden; es ist jedoch eine Liste der
Geokoordinaten der für den Transport von Briefsendungen
genutzten Flughäfen erforderlich. Der ist Trigger die erkannte
Landung. Aus der Flugzeit wird die ungefähre Distanz ermittelt,
die das Gerät mit dem Flugzeug zurückgelegt hat.
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Nach
einem GPS-Verbindungsabbruch müssen die Geokoordinaten
des aktuellen Aufenthaltsortes bekannt sein, wenn ein Kaltstart
des GPS-Empfängers vermieden werden soll. Mit den folgenden Methoden
kann eine gute Näherung oder die genaue Position des Datenloggers
ermittelt werden. Erfindungsgemäß wird nach einem
GPS-Verbindungsabbruch geprüft, ob sich die Position des
letzten Fix vor Abbruch der GPS-Verbindung inner halb des Erwartungsraumes
befindet und die seit Abbruch der GPS-Verbindung zurückgelegte
Distanz wird aus der Transportdauer in den einzelnen Transportarten, multipliziert
mit der mittlerer Geschwindigkeit, errechnet.
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Im
Fall eines Abbruches der Verbindung zu den GPS-Satelliten während
des Transportes wird erfindungsgemäß die mittlere
Geschwindigkeit aus den vorangegangenen GPS-Datensätzen
seit Beginn des Transports ermittelt. Es wird geprüft,
ob sich die Position des letzten Fix vor Abbruch der GPS-Verbindung
innerhalb des Erwartungsraumes befindet und die Distanz seit Abbruch
der GPS-Verbindung wird ermittelt. Bei der Ermittlung der mittleren
Geschwindigkeit werden auch kürzere Ruhezeiten, wie Pausen,
Standzeiten beim Tanken an der Tankstelle und ähnliches,
berücksichtigt.
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Unterschreitet
die Distanz seit Abbruch der GPS-Verbindung eine festgelegte Distanz,
kann auf eine Neuberechnung der Position verzichtet werden und die
Initiierung des GPS-Fixes kann mit der Position bei Abbruch der
GPS-Verbindung erfolgen.
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Wird
jedoch nach einem Abbruch der GPS-Verbindung vom Gerät
ein Maschinendurchlauf registriert, ist davon auszugehen, dass sich
das Gerät in einem Briefzentrum befindet. Hierdurch ist
es möglich, die Position in der Regel eindeutig zu bestimmen,
da das Gerät die Koordinaten der Briefzentren gespeichert
hat.
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Liegt
die Position des letzten Fix vor Abbruch der GPS-Verbindung innerhalb
des Erwartungsbereiches, werden erfindungsgemäß zur
Positionsbestimmung auch nur Briefzentren die im Erwartungsbereich
liegen berücksichtigt. In diesem Fall wird vom Controller
die Distanz seit Abbruch der GPS-Verbindung ermittelt (Dauer der
einzelnen Transportarten x mittlere Geschwindigkeit). Um die Position
des letzten Fix vor Abbruch der GPS-Verbindung wird dann ein Kreis
mit dem Radius der Distanz seit Abbruch der GPS-Verbindung gezogen.
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Danach
wird überprüft ob sich auf diesem Kreis innerhalb
des Erwartungsbereiches die Position eines Briefzentrums befindet.
Es können auch mehrere Positionen als Ergebnis in Frage
kommen. In diesem Fall wird nach einem bestimmten Schema sequentiell
mit den einzelnen Koordinaten versucht eine GPS Verbindung herzustellen.
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Liegt
der letzte Fix vor Abbruch der GPS-Verbindung außerhalb
des Erwartungsraums, so ist nach der Erfindung davon auszugehen,
dass eine Fehlleitung detektiert wurde. Auch hier wird um die Position
des letzten Fix vor Abbruch der GPS-Verbindung ein Kreis mit dem
Radius der Distanz seit Abbruch der GPS Verbindung gezogen. Bei
Auffinden mehrerer Briefzentren werden die Lösungen verworfen
und ein Kaltstart wird initiiert.
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Erfindungsgemäß wird
vom Laufzeitprüfgerät überprüft,
ob die vorkonfigurierte Zykluszeit und der noch vorhandene Energievorrat
zur Versorgung der Komponenten des Laufzeitprüfgerätes
miteinander korrespondieren. Wird festgestellt, dass die noch vorhandene
Energie nicht mehr ausreicht, um die Messung bis zum Zielort zu
garantieren, werden erfindungsgemäß die Zykluszeiten
erhöht und die Aufzeichnungen der Anzahl von Wegpunkten
wird verringert.
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Der
Energievorrat wird nach erstmaliger vollständiger Aufladung
der Akkus (Kapazität ist bekannt), durch die Protokollierung
des Stromverbrauchs der einzelnen Komponenten über die
Zeit und der Messung des Stroms (über die Zeit), der bei weiteren
Ladevorgängen in die Akkus fließt, ermittelt. Der
aktuelle Energievorrat des Laufzeitprüfgerätes durch
den Controller wird erfindungsgemäß periodisch
errechnet.
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Zur
Vermeidung von Datenverlusten und einer Beschädigung der
Energieversorgung durch Tiefenentladung verhindert nach einem anderen
Merkmal der Erfindung der Controller die Absenkung des Energievorrates
unter ein vorgegebenes Maß.
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Das
Laufzeitprüfgerät nach der Erfindung ist gekennzeichnet
durch einen Daten-Logger mit einem GPS-Empfänger, eine
intelligente Stromversorgung mit Überwachung der verfügbaren
Energie, mit Sensoren zur Erkennung verschiedener Transport und Bearbeitungsprozesse,
einen Controller zur Steuerung des Gerätes und einem Eventgeber
zum Starten besonderer Prozeduren des Gerätes. Mittels
der einzelnen Komponenten ist der Controller in der Lage, die verschiedenen
Prozesse zu erkennen und zu überwachen, um festzustellen,
ob ein Transportprozess noch andauert oder schon beendet ist. Der GPS-Empfänger
ermöglicht die direkte Ortung des Laufzeitprüfgerätes,
sobald ein Empfang möglich ist oder vom System ermöglicht
wird. Die in dem Laufzeitprüfgerät enthaltenen
Komponenten sind so miniaturisiert, dass sie in einem Standartbrief
von beispielsweise einem Gewicht von nicht mehr als 50 g, einer
Dicke kleiner 5 mm und den Abmessungen nicht größer
210 mm × 100 mm angeordnet werden können.
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Nach
einem Vorschlag der Erfindung erfolgt die Stromversorgung des Laufzeitprüfgerätes über Lithium
Ionen Polymer Akkus, die in einem schlag- und stoßfesten
Gehäuse mit einem innen liegenden integrierten Kurzschluss-
und Unterspannungsschutz untergebracht sind.
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Zur
besseren Masseverteilung und zur Beibehaltung der Flexibilität
des Laufzeitprüfgerätes sind vorzugsweise mehrere,
parallel geschaltete, schmale Akkus vorgesehen.
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Alle
Komponenten sind zur Vermeidung einer Zerstörung des Laufzeitprüfgerätes
an den Umlenkrollen der Briefsortiermaschinen flexibel ausgebildet,
auch die für die GPS-Antenne benötigte Ground
Plane besteht erfindungsgemäß aus einer flexiblen
Leiterkarte.
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Innerhalb
des Laufzeitprüfgerätes sind die Komponenten des
Gerätes so verteilt, das sich der Schwerpunkt in der Mitte
des Laufzeitprüfgerätes befindet. Vorzugsweise
sind in den Stempelzonen des briefförmigen Laufzeitprüfgerätes
keine elektronischen Bauteile positioniert.
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Die
Leiterkarte mit dem Keramik-Element der GPS-Antenne ist erfindungsgemäß mittig
innerhalb des Laufzeitprüfgerätes positioniert.
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Vorzugsweise
ist beim Einsatz eines externen Datenträgers, z. B. einer
Micro Secure Digital Karte, der Schacht senkrecht zur Brieflaufrichtung
in den Sortiermaschinen angeordnet, um zu verhindern, dass die Karte
durch die zu erwartenden Beschleunigungen und Vibrationen in der
Sortiermaschine aus dem Schacht rutscht.
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Schließlich
wird vorgeschlagen, dass bei separat ausgeführtem GPS-Receiver
die einzelnen Baugruppen des Gerätes durch eine Kombination von
starren und flexiblen Leiterkarten miteinander verbunden sind.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
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In
dem Blockschaltbild der 1 ist der prinzipielle Aufbau
des GPS basierter Daten Logger der Erfindung, nachfolgend als Laufzeitprüfgerät
L bezeichnet, schematisch dargestellt. Er dient zur Laufzeitüberwachung
von Briefsendungen und ist in Abmessung und Gewicht einem Standardbrief
von unter 50 g Gewicht, einer Dicke von kleiner 5 mm und einen Breite
zu Höhe Verhältnis von 210 mm × 100 mm entsprechend
gestaltet. Der Logger ist äußerlich nicht als
Laufzeitprüfgerät L zu erkennen.
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Das
Laufzeitprüfgerät L beinhaltet den GPS-Empfänger 1 mit
der Antenne 1a, dessen Basiskomponenten der GPS-Receiver 2 und
die GPS-Signalverarbeitung 3 sind, sowie einer intelligenten Stromversorgung 4 mit Überwachung 5 der
verfügbaren Energie, Sensoren 6, 6a, 6b, 6c...
zur Erkennung verschiedener Transport und Bearbeitungsprozesse, einem
Controller 7 mit dem Mikrocontroller 7a und dem
Speicher 7b zur Steuerung des Laufzeitprüfgerätes
sowie dem Eventgeber 8 zum Starten besonderer Prozeduren
des Laufzeitprüfgerätes L.
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Mittels
der Prozesserkennungsbaugruppe 9 ist der Mikro-Controller 7a in
der Lage, verschiedene Prozesse zu erkennen und zu überwachen,
ob ein Transportprozess noch andauert oder schon beendet ist, was
durch den Ruhezustand des Laufzeitprüfgerätes
L oder den Übergang in eine andere Transportart detektierbar
ist. Wie später noch erläutert wird, lassen sich
mit dem Laufzeitprüfgerät L sowohl die Zeit als
auch Weg einer Postsendung nach verfolgen und über mehrere
Tage aufzeichnen.
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Postsendungen
durchlaufen in der Regel eine Reihe typischer Bearbeitungs- und
Transportprozesse, die in 2 in einem
Ablaufdiagramm dargestellt und beschrieben sind. Die Transportprozesse beginnen
mit der Übergabe der Sendung in den Briefkasten und enden
mit der Zustellung an den Empfänger; sie sind gekennzeichnet
durch den Einsatz verschiedener Transportmittel, beispielsweise
Kraftfahrzeug, Flugzeug, aber auch z. B. die Sortiermaschinen. Die
Beschaffenheit der Transportmittel hat einen Einfluss auf den Empfang
der Satellitensignale. In den Briefzentren durchlaufen die Sendungen
eine Reihe von maschinellen Sortierschritten, wo die Sendungen mit
hoher Geschwindigkeit transportiert werden, wodurch an den Umlenkrollen
sehr hohe Querbeschleunigungen entstehen, die mittels der Beschleunigungssensoren
messbar sind. Da derartige Querbeschleunigungen nur in den Sortiermaschinen auftreten,
lassen sich die Maschinendurchläufe und somit der Aufenthalt
einer Sendung in einem Brief- oder Sortierzentrum eindeutig ermitteln
und speichern. Für die Postdienste sind die erste und letzte Meile
(Kastenleerung und Zustellung), sowie wann und wo die Sendungen
sortiert worden sind, von besonderem Interesse.
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Vor
dem Start wird das Laufzeitprüfgerät L initialisiert.
Zu diesem Zweck werden im Speicher des Controllers 7 eine
Liste der Geokoordinaten aller vom jeweiligen Postdienst genutzten
Briefzentren sowie die Geokoordinaten des Start und Zielortes sowie weitere
Daten zur Steuerung des Laufzeitprüfgerätes L
abgelegt. Um energieträchtige und lange dauernde Kaltstarts
zu vermeiden, werden beim Initialisieren des Laufzeitprüfgerätes
L auch die aktuellen Almanach-Daten in den GPS-Receiver 2 geladen.
Für längere Messungen (größer
eine Woche) werden sogar die notwendigen Almanachdaten der nächsten
2 Wochen im Arbeitsplatzrechner vorausberechnet und im Speicher
des Controllers 7 abgelegt.
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Das
Laufzeitprüfgerät L ist in der Lage, Änderungen
der Transportart zu erkennen. Es wird angenommen, dass sich mit
dem Wechsel des Transportmittels auch die Empfangsbedingungen ändern und
somit ein neuer Versuch zum Verbindungsaufbau Erfolg versprechend
ist. Hingegen wird angenommen, dass, wenn sich die Sendung in einem Transportmittel
befindet, sich die Empfangsbedingungen über längere
Zeit nicht ändern. Deshalb wird nach einer festgelegten
Anzahl von Fehlversuchen der GPS-Sender abgeschaltet solange die
Transportart bzw. sich das Transportmittel nicht ändert.
Die Erkennung verschiedener Transportarten bzw. Transportprozesse
gestattet die Realisierung unterschiedlicher Zykluszeiten zur Bestimmung
des Ortes durch den GPS. Der GPS-Empfänger 2 wird
in diesem Fall nur periodisch, entsprechend den Vorgaben für
die einzelnen Transportarten, jeweils für kurze Zeit zugeschaltet,
was eine deutliche Reduzierung des Energieverbrauches bedeutet.
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Durch
den Controller 7 wird die aktuelle Position des Laufzeitprüfgerätes
L überwacht. Dadurch ist es möglich, festzustellen,
ob sich das Laufzeitprüfgerät L in einem bestimmten
Briefzentrum befindet und entsprechende Messregime gestartet werden sollen.
So kann beispielsweise ermittelt werden, ob sich das Laufzeitprüfgerät
L im Eingangsbriefzentrum befindet.
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Nach
der Sortierung im Eingangsbriefzentrum folgt in der Regel die Zustellung.
Der Prozess der Zustellung ist für die Qualitätssicherung
deshalb von besonderer Bedeutung, weil hierfür eine entsprechend
kürzere Zykluszeit für die Positionsbestimmung
aktiviert werden kann. Wird durch die Sensoren 6 der Prozesserkennung 9 im
zuvor definierten Zeitfenster der Beginn der Zustellung detektiert,
wird die vorgesehene Zykluszeit aktiviert und bei der nächsten
längeren Ruhephase wieder desaktiviert.
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Über
den Eventgeber 8 ist es möglich, im Laufzeitprüfgerät
L bestimmte Ereignisse zu speichern, die wiederum zur Steuerung
des Laufzeitprüfgerätes L genutzt werden. Als
Bespiel sei der Einwurf in den Briefkasten genannt. In 3 ist
ein Ablaufdiagramm für diesen Fall dargestellt. Mittels
des Eventgebers 8 (1) wird
dem Laufzeitprüfgerät L mitgeteilt, dass die Sendung
in den Briefkasten geworfen wurde. Dieses Event löst eine
sofortige Positionsbestimmung des GPS-Empfängers 2 aus.
Solange sich das Laufzeitprüfgerät L im Briefkasten
befindet, wird von den Beschleunigungssensoren 6a Ruhelage
detektiert. Die Zykluszeit zur Positionsbestimmung kann also erhöht
werden. Sollte innerhalb des Briefkastens kein Empfang möglich
sein, ist jedoch die genaue Position des Briefkastens und damit
des Laufzeitprüfgerätes L bekannt, so dass ein
energiesparender Wideraufbau der Verbindung zu den Satelliten nach
Verlassen des Briefkastens möglich ist.
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Da ähnliche
Verhältnisse in Frachträumen von Flugzeugen herrschen,
wird der GPS-Empfänger beim Detektieren der Startphase
abgeschaltet und erst nach dem Detektieren der Landephase wieder aktiviert.
Allerdings ist es auch möglich, bei besseren Empfangsbedingungen,
z. B. wenn die Sendungen in der Passierkabine eines Flugzeuges transportiert werden,
die Flugphase selbst zu überwachen. Eine typische Steuerung
einer Flugphasen-Überwachung ist in dem Ablaufdiagramm
der 4 dargestellt.
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Um
auch nach einem Flug einen schnelleren Verbindungsaufbau zu erreichen,
kann, wie bei der Positionsbestimmung, mit der Liste der Briefzentren vorgegangen
werden. Zusätzlich können über eine Matrix
die zulässigen Relationen definiert werden und nicht vorhandene
Verbindungen ausgeschlossen werden, sofern eine Liste der Geokoordinaten
der für den Transport von Briefsendungen genutzten Flughäfen
gespeichert wurde. Der Auslöser ist die erkannte Landung.
Aus der Flugzeit wird dann die ungefähre Distanz ermittelt,
die das Laufzeitprüfgerät L mit dem Flugzeug zurückgelegt
hat.
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Da,
um einen Kaltstart des GPS-Empfängers zu vermeiden, nach
einem GPS-Verbindungsabbruch die Geokoordinaten des aktuellen Aufenthaltsortes
zum Aufbau der Verbindung verwendet werden kann mit den nachfolgenden
Methoden hinreichend genau die Position des Laufzeitprüfgerätes
L ermittelt werden. Hat ein Wechsel des Transportmittels stattgefunden,
wird davon ausgegangen, dass sich auch die Empfangsbedingungen geändert
haben. Nachdem geprüft wurde, ob sich die Position der
letzten Positionsbestimmung vor Abbruch der GPS-Verbindung innerhalb
des Erwartungsraumes befand, wird die Distanz des Laufzeitprüfgerätes
L seit Abbruch der GPS-Verbindung aus der Dauer der einzelnen Transportarten
x mittlerer Geschwindigkeit ermittelt, wie in 5 vereinfacht
dargestellt ist.
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Ist
die Verbindung zu den GPS-Satelliten erst während des Transportes
abgebrochen (z. B. nach Umladung), kann die mittlere Geschwindigkeit
aus den vorangegangenen GPS-Datensätzen seit Beginn des
Transports ermittelt werden. Hierbei werden auch kürzere
Ruhezeiten (z. B. Standzeiten beim Tanken an der Tankstelle und ähnliches)
berücksichtigt. Unterschreitet die Distanz seit Abbruch
der GPS-Verbindung eine festgelegte Distanz, kann auf eine Neuberechnung
der Position verzichtet werden und die Initiierung des GPS-Fixes
mit der Position bei Abbruch der GPS-Verbindung erfolgen.
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Wird
jedoch nach einem Abbruch der GPS-Verbindung vom Laufzeitprüfgerät
ein Maschinendurchlauf registriert, befindet sich das Laufzeitprüfgerät
in einem Briefzentrum. Hier ist es möglich die Position
eindeutig zu bestimmen, da das Laufzeitprüfgerät
die Koordinaten der Briefzentren gespeichert hat.
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Liegt
die Position der letzten Positionsbestimmung vor Abbruch der GPS-Verbindung
innerhalb des Erwartungsbereiches, werden zur Positionsbestimmung
nur Briefzentren, die im Erwartungsbereich liegen, berücksichtigt.
Vom Controller wird die Distanz seit Abbruch der GPS-Verbindung
ermittelt (Dauer der einzelnen Transportarten X mittlerer Geschwindigkeit).
Um die Position der letzten Positionsbestimmung vor Abbruch der
GPS-Verbindung wird ein Kreis mit dem Radius der Distanz seit Abbruch
der GPS-Verbindung gezogen (6). Danach
wird überprüft ob sich auf diesem Kreis innerhalb
des Erwartungsbereiches die Position eines Briefzentrums befindet.
Es können auch mehrere Positionen als Ergebnis in Frage
kommen, in diesem Fall wird nach einem bestimmten Schema sequentiell mit
den einzelnen Koordinaten versucht eine GPS-Verbindung herzustellen.
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Liegt
die letzte Positionsbestimmung vor Abbruch der GPS-Verbindung außerhalb
des Erwartungsraums ist davon auszugehen, dass eine Fehlleitung
vorliegt (7). Auch hier wird um die Position des
letzten Fix vor Abbruch der GPS-Verbindung ein Kreis mit dem Radius
der Distanz seit Abbruch der GPS-Verbindung gezogen. Bei Auffinden
mehrerer Briefzentren werden die Lösungen verworfen und
ein Kaltstart initiiert.
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Schlagen
während des Andauern einer Transportart (und damit dem
Verweilen des Laufzeitprüfgerätes im gleichen
Transportmittel) mehrere Versuche, eine GPS-Positionsbestimmung
zu erhalten fehl, wird der GPS-Empfänger erst wieder aktiviert,
wenn sich die Transportart (das Transportmittel) ändert
oder eine längere Pause erkannt wird. Der Ablauf der Steuerung
ist aus dem Flussdiagramm 8a und 8b ersichtlich.
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Das
Laufzeitprüfgerät ist in der Lage Maschinendurchläufe
in Briefsortiermaschinen zu erkennen. Sollte der GPS-Empfänger
ausgeschaltet sein, wird dieser für eine Ortsbestimmung
aktiviert. Der Controller überprüft, ob die vorkonfigurierte
Zykluszeit und der noch vorhandene Energievorrat miteinander korrespondieren.
Sollte die noch vorhandene Energie nicht mehr ausreichen um die
Messung bis zum Zielort zu garantieren, wird die Zykluszeit soweit
erhöht, das eine Aufzeichnung des vollständigen
Weges möglich ist, jedoch mit einer geringeren Anzahl von
Wegpunkten.
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Für
die einzelnen Transportarten und erkennbaren logistischen Prozesse
lassen sich unterschiedliche Zykluszeiten für die Aktivierung
des Laufzeitprüfgerätes konfigurieren. Befindet
sich das Laufzeitprüfgerät in Ruhe, wird nach
einer erfolgreichen Positionsbestimmung der GPS-Empfänger
erst aktiviert, wenn die maximal mögliche Zeit abgelaufen
ist, ohne das eine längere Prozedur zur Positionsbestimmung
notwendig wird, oder wenn das Laufzeitprüfgerät
wieder bewegt wurde.
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Die
Energieversorgung des Laufzeitprüfgerätes erfolgt über
Lithium Ionen Polymer Akkus. Periodisch wird der aktuelle Energievorrat
durch den Controller errechnet. Der Controller verhindert die Absenkung
unter ein vorgegebenes Maß, damit es zu keinem Datenverlust
und nicht zu einer Tiefenentladung der Akkus kommen kann.
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Ein
Laufzeitprüfgerät L nach der Erfindung in Standartbriefform
ist in den 9 und 10 schematisch
dargestellt. Die beiden Layouts zeigen mögliche Anordnungen
der Komponenten des Laufzeitprüfgerätes L. Lithium
Ionen Polymer Akkus 10 sind, um die Akkus vor Beschädigung
und versehentlichen Kurzschlüssen zu schützen,
in schlag- und stoßfesten Gehäusen mit innen liegenden
integriertem Kurzschluss- und Unterspannungsschutz untergebracht. Es
können jedoch auch andere Energieträger mit entsprechenden
Eigenschaften zum Einsatz kommen. Zur besseren Masseverteilung und
zur Beibehaltung der Flexibilität der Sendung kommen mehrere,
parallel geschaltete, schmale Akkus zum Einsatz. Die Flexibilität
ist erforderlich, um eine Zerstörung des Laufzeitprüfgerätes
an den Umlenkrollen der Briefsortiermaschinen zu verhindern. Die
für die GPS-Antenne 15 benötigte Ground
Plane wird mittels einer flexiblen Leiterkarte 11 realisiert.
Die Komponenten sind so ver teilt, das sich der Schwerpunkt in der
Mitte des Laufzeitprüfgerätes L befindet, und
eine Briefsendung, die dieses Laufzeitprüfgerät
L enthält, sich nicht in Briefsortiermaschinen aufrichten
und zerstört werden kann.
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In
den Stempelzonen 12 werden keine elektronischen Bauteile
positioniert. Wie in den 9 und 10 zu
sehen ist, wechseln sich die flexiblen und starren Zonen ab, um
eine ausreichende Flexibilität des Laufzeitprüfgerätes
L an den Umlenkrollen der Briefsortiermaschinen zu gewährleisten.
Die Zwischenräume zwischen den Komponenten sind gepolstert 13.
Die starre Leiterkarte 14 für den Controller und
den GPS-Receiver 2 (1) ist mittig
positioniert, um die mechanische Belastung so gering wie möglich
zu halten und eine Zerstörung des Keramik-Elements der
GPS-Antenne 15 zu verhindern. Bei Einsatz eines Externen
Datenträgers, z. B. einer Micro Secure Digital Karte 16,
ist der Schacht senkrecht (nach oben) zur Brieflaufrichtung durch
die Sortiermaschinen anzuordnen, damit die Karte 16 durch die
zu erwartenden Beschleunigungen und Vibrationen nicht aus dem Schacht
rutscht. Wird der GPS-Receiver separat ausgeführt werden
die einzelnen Baugruppen des Laufzeitprüfgerätes
L durch eine Kombination von starren und flexiblen Leiterkarten über
flexible Leiterbahnen 17 miteinander verbunden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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