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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein System zur Ortung beweglicher Objekte, welches
neben Identträgern Signalaufnahmevorrichtungen und Kontrollzentralen enthält.
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Stand der Technik
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Zur
Ortung von Objekten, bzw. Personen in einem Gebiet sind verschiedene
Verfahren im Einsatz. Beispielsweise werden Funkbaken eingesetzt, welche
die mit Identträgern ausgestatteten Objekte, bzw. Personen
erfassen und daraus Maßnahmen, wie das Absetzen einer Meldung
an eine Kontrollzentrale, das Gewähren von Zugang zu bestimmten
Orten oder ähnliches, ableiten. Typischerweise werden zu
solchen Zwecken Identträger eingesetzt, welche nach dem
Radio Frequency Identifikation System (RFID) funktionieren. In jedem
Fall ist es erforderlich, in geeignetem Abstand zueinander, Signalaufnahmevorrichtungen
vorzusehen, welche in den meisten Fällen mit einer Kontrollzentrale
verbunden sind. Üblicherweise sind die mit solchen Systemen
erzielbaren Ortsauflösungen grob, beispielsweise lässt
sich erkennen ob ein bestimmter Identträger in einem bestimmten
Gebäude aufhältig ist, aber nicht seine exakte
Position. Wird eine höhere Ortsauflösung gewünscht
(z. B. jeder einzelne Raum) so ist dazu eine wesentlich höhere
Anzahl von Signalaufnahmevorrichtungen erforderlich, welche entsprechend
kleinere Erfassungsbereiche aufweisen müssen um zu verhindern,
das ein bestimmter Identträger in mehreren Erfassungsbereichen
gleichzeitig erkannt wird. Eine hohe Anzahl an Signalaufnahmevorrichtungen
bedingt aber auch einen hohen Aufwand für die Anbindung
jeder einzelnen Signalaufnahmevorrichtung an die Kontrollzentrale,
da üblicherweise die Signalaufnahmevorrichtungen mittels
elektrischer Kabelverbindungen angebunden sind. Solche Kabelverbindungen
sind während der Errichtung eines Gebäudes einfach
zu installieren, bei bestehenden Gebäuden ist die Verlegung
allerdings mit sehr hohem Aufwand verbunden.
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Darstellung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System zur Ortung
beweglicher Objekte anzugeben.
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Die
Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von
abhängigen Ansprüchen.
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Der
Erfindung zufolge werden zur Ortung beweglicher Objekte die zu ortenden
Objekte mit Identträgern ausgestattet, welche von ortsfesten
Signalaufnahmevorrichtungen erkannt werden, wobei diese Signalaufnahmevorrichtungen
mit einer oder mehreren Kontrollzentralen mittels elektrischer Nahfeldkommunikation
verbunden sind.
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Neben
Objekten können mit dem erfindungsgemäßen
System auch Personen geortet werden, indem die zu ortenden Personen
Identträger mit sich führen.
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Bei
der elektrischen Nahfeldkommunikation weist das Nachrichtenübertragungssystem
einen Sender auf, mit dessen Koppelelement im Wesentlichen ein elektrisches
Nahfeld ausgesendet wird. Dieses Feld wird in einen Infrastrukturkörper
eingekoppelt, der meist mehrere elektrisch leitende Elemente aufweist,
in denen dann ein leitungsgebundener Strom auftritt. Die Elemente
sind elektrisch untereinander und mit dem Erdpotential gekoppelt.
Durch geeignete Einkopplung eines Signals wird nun in diesem Infrastrukturkörper über
die leitenden Elemente und die zwischen denselben und dem Erdpotential vorhandenen
Koppelkapazitäten und Koppelwiderstände ein Stromkreis
gebildet. An einem beliebigen Punkt des Infrastrukturkörpers
kann nun mit geeigneten Empfangselementen eine Potenzialdifferenz
gemessen und damit das Signal empfangen werden. Wesentlich ist dabei,
dass Signalfrequenz, Infrastrukturkörper und Sender/Empfänger
so aufeinander abgestimmt sind, dass tatsächlich eine Nahfeldkommunikation
stattfindet, dass also keine Funkverbindung mit vorwiegender Abstrahlung
des Signals über den Innenraum eines Gebäudes
vorliegt, sondern tatsächlich eine vorwiegend kapazitive
Kopplung an Infrastrukturelemente erfolgt, die aber in der Weise
erfolgen muss, dass an einer örtlich entfernten Stelle ein
Signal mit ausreichendem Signalpegel empfangen werden kann.
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Als
Infrastrukturkörper können alle Körper verwendet
werden, die elektrisch leitende Elemente aufweisen. Vorteilhaft
sind dies elektrisch leitende Infrastrukturelemente wie Heizungsrohre,
elektrische Stromversorgungsleitungen oder elektrisch leitende Folien.
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Das
Prinzip der Nahfeldkommunikation ist in der internationalen Patentanmeldung „SYSTEM
FOR CONTROLLING ELECTRICAL CONSUMERS OF AN ELECTRICAL INSTALLATION"
PCT/EP2005/01206 , veröffentlicht
unter
WO/2006/053677 beschrieben.
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Erfindungsgemäß wird
ein System, bestehend aus ortsfesten Signalaufnahmevorrichtungen und
mindestens einer Kontrollzentrale aufgebaut, wobei die Kommunikation
zwischen den Signalaufnahmevorrichtungen und der mindestens einer
Kontrollzentrale mittels elektrischer Nahfeldkommunikation erfolgt.
Erkennt eine Signalaufnahmevorrichtung in ihrem Empfangsbereich
einen Identträger, so liest sie die in dem Identträger
gespeicherte Information aus und leitet diese ausgelesene Information
und zusätzlich eine die jeweilige Signalaufnahmevorrichtung
kennzeichnende Information mittels des Verfahrens der elektrischen
Nahfeldkommunikation an die mindestens eine Kontrollzentrale weiter.
Dadurch wird der Kontrollzentrale der Aufenthaltsort des Identträgers,
bzw. des mit dem Identträger verbundenen Objekts oder der
einen Identträger mit sich führenden Person bekannt,
da die Orte jeder Signalaufnahmevorrichtung der Kontrollzentrale
bekannt sind.
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Eine
weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, das die
Identträger, im Fall das sich die Identträger
nicht in Empfangsbereich (Streufeld) einer Signalaufnahmevorrichtung
befinden, direkt mit der (mindestens einen) Kontrollzentrale kommunizieren.
Dazu enthält die Kontrollzentrale Mittel um sowohl Nachrichten
der Signalaufnahmevorrichtungen, welche neben der in den Identträgern
gespeicherte Informationen auch eine eindeutige Kennung der Signalaufnahmevorrichtung
enthalten, empfangen zu können, als auch direkt die in
den Identträgern gespeicherte Information auslesen zu können.
Dadurch ist es den Kontrollzentralen ermöglicht eine Grobortung
der Identträger vorzunehmen, beispielsweise kann der Aufenthalt
eines bestimmten Identträgers in einem Gebäude
erkannt werden.
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Der
besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Systems
liegt darin, dass auch die Kommunikation zwischen den Signalaufnahmevorrichtungen
und den einzelnen Identträgern durch elektrische Nahfeldkommunikation
erfolgen kann, dabei sind die Sende- und Empfangseinrichtungen in
den Signalaufnahmevorrichtungen nur ein Mal auszuführen.
Die Signalaufnahmevorrichtungen lassen sich dadurch mit geringem
Bauteilaufwand und geringen Kosten herstellen.
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Es
empfiehlt sich, die in den Identträgern gespeicherte und
auslesbare Information für jeden einzelnen Identträger
unterschiedlich zu gestalten um die Positionsbestimmung einzelner
Identträger durchführen zu können.
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In
einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden Identträger
zu Gruppen zusammengefasst und diese Gruppen von Identträgern
mit jeweils gleichen gespeicherten und auslesbaren Informationen
versehen. Dies ist in Anwendungsfällen von Vorteil, in
welchen die Ortsbestimmung einzelner individueller Identträger
nicht erforderlich ist, beispielsweise bei der Anwendung des erfindungsgemäßen
Systems für die Zugangskontrolle zu bestimmten Gebäuden
oder Räumlichkeiten wenn die berechtigten Personen gleiche,
nicht unterscheidbare Identträger mit sich führen.
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Dadurch
den Einsatz des erfindungsgemäßen Systems kann
der Installationsaufwand für ein Ortungssystem minimiert
werden, da keine Kabelverbindungen zu jeder einzelnen Signalaufnahmevorrichtung
errichtet werden müssen. Somit ist ein System mit einer
sehr hohen Ortsauflösung der Positionsbestimmung von Identträgern
darstellbar, ohne die Nachteile eines konventionellen Systems, wie hohe
Installationskosten in Kauf nehmen zu müssen.
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Die
Stromversorgung der Signalaufnahmevorrichtungen kann vorteilhafterweise
aus dem elektrischen Stromnetz erfolgen, wobei die elektrische Nahfeldkommunikation
zwischen den Signalaufnahmevorrichtungen und der mindestens einen
Kontrollzentrale dabei diese Elektroinstallationsleitungen als Infrastrukturkörper
benutzt.
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Der
geringe Leistungsbedarf für die elektrische Nahfeldkommunikation
ermöglicht es auch die Signalaufnahmevorrichtungen mittels
einer integrierten Energieversorgung zu betreiben. Typischerweise können
dazu Primärbatterien, Akkumulatoren, aber auch beispielsweise
Solarzellen verwendet werden.
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Die
Signalaufnahmevorrichtungen werden bevorzugterweise so gestaltet
werden, das sie sich dem für sie vorgesehenen Umfeld anpassen,
insbesondere können sie so ausgeführt werden,
das sie unsichtbar installiert werden können, beispielsweise in
elektrische Steckdosen, Schalter, Brandmelder, etc. integriert sind.
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Eine
besondere Ausführungsform der Signalaufnahmevorrichtungen
sieht vor, die Information aus den Identträgern direkt
mittels galvanischer Kopplung auszulesen, dazu sind sowohl in der
Signalaufnahmevorrichtung, als auch in den Identträgern
geeignete Kontaktierungsmöglichkeiten, z. B. Steckkontakte
vorzusehen.
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Die
Energieversorgung der mittels elektrischer Nahfeldkommunikation
arbeitenden Identträger erfolgt typischerweise mittels
einer integrierten Batterie.
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In
Anwendungsfällen, in welchen beispielsweise die Identträger
nicht mittels der elektrischen Nahfeldkommunikation mit den Signalaufnahmevorrichtungen
kommunizieren sollen, können andere Verfahren angewandt
werden. Vorteilhaft ist es auch, die Identträger als RFID
(Radio Frequency Identification) Gerät auszuführen,
da RFID Geräte bereits hohe Verbreitung gefunden haben
und preisgünstig herstellbar sind. Sogenannte passive RFID
Geräte benötigen keine interne Energieversorgung,
da sie die Energie aus dem elektromagnetischen Feld der auf sie
wirkenden Signalaufnahmevorrichtungen entnehmen. Passive RFID Geräte
eignen sich somit besonders als Identträger, da sie einfach
in Objekte integrierbar sind. Wird RFID zur Kommunikation zwischen
den Identträgern und den Signalaufnahmevorrichtungen verwendet,
so kann, da die Betriebsfrequenzen und Datenraten bei RFID und elektrischer Nahfeldkommunikation
sehr nahe beieinander liegen, dieselbe Sende- und Empfangsschaltung
der Signalaufnahmevorrichtung sowohl mittels RFID mit den Identträgern,
als auch mittels elektrischer Nahfeldkommunikation mit den Kontrollzentralen
kommunizieren, was den Bauelementeaufwand in den Signalaufnahmevorrichtungen
reduziert. In diesen Ausführungsformen der Erfindung ist
in den Signalaufnahmevorrichtungen eine Antennenspule für
die RFID Kommunikation zu den Identträgern und eine kapazitive
Koppelfläche für die Kommunikation mit den Kontrollzentralen
erforderlich.
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Die
Ausführung der Identträger kann auf verschiedene
Arten erfolgen, beispielsweise können die Identträger
als eigenständige Geräte ausgebildet sein oder
in andere Geräte integriert sein.
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Ein
besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems
ist es, die Signalaufnahmevorrichtungen an Orten anbringen zu können,
an welchen eine konventionelle Installation mittels Kabelverbindung schwierig
oder unmöglich ist. Beispielsweise eignen sich Stahlbetonsäulen
durch den hohen Anteil an elektrisch leitendem Stahl ganz besonders
für die Übertragung mittels elektrischer Nahfeldkommunikation,
wohingegen das Verlegen von Kabeln in solchen Bauteilen aus statischen
Gründen untersagt ist.
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Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems
ist es, ein Ortungssystem temporär aufbauen zu können,
da keine Installationsarbeiten erforderlich sind und der Abbau eines
temporären Systems ohne Beeinträchtigung der baulichen
Gegebenheiten erfolgen kann.
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Die
Kontrollzentrale ist mittels elektrischer Nahfeldkommunikation mit
den Signalaufnahmevorrichtungen verbunden. Dazu wird die Kontrollzentrale an
einen geeigneten Teil des Infrastrukturkörpers, welcher
günstige Empfangseigenschaften aufweist angebracht. Die
konkrete Ausführung der Kontrollzentrale ist von den jeweiligen
Aufgaben der Kontrollzentrale bestimmt, beispielsweise kann die
Kontrollzentrale als Erweiterung eines PC (Personal Computers) ausgebildet
sein, wobei eine Sende/Empfangseinheit, welche über eine
der an Personal Computern üblichen Schnittstellen (z. B.
Universal Serial Bus (USB), serielle oder parallele Schnittstellen)
die Anbindung an die Signalaufnahmevorrichtungen vornimmt und die
Verarbeitung der empfangenen Nachrichten, welche von den Signalaufnahmevorrichtungen
an die Kontrollzentrale gesandt werden zweckmäßigerweise
von dem Personal Computer vorgenommen werden. Ein besonderer Vorteil
dieser Ausbildung der Kontrollzentrale ist die hohe Speicherkapazität
eines typischen Personal Computers, dadurch ist es möglich,
die Wege jedes einzelnen Identträgers im Überwachungsbereich
zu speichern.
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Eine
andere bevorzugte Ausführungsform der Kontrollzentrale
ist die Ausbildung der Kontrollzentrale als Teil eines Zutrittskontrollsystems.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen beispielhaft:
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1 Ortungssystem
mit 3 Signalaufnahmevorrichtungen, einem Identträger und
einer Kontrollzentrale bei Anwesenheit des Identträgers
im Streufeld einer ersten Signalaufnahmevorrichtung.
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2 Ortungssystem
mit 3 Signalaufnahmevorrichtungen, einem Identträger und
einer Kontrollzentrale bei Anwesenheit des Identträgers
im Streufeld einer zweiten Signalaufnahmevorrichtung.
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3 Ortungssystem
mit 3 Signalaufnahmevorrichtungen, einem Identträger und
einer Kontrollzentrale im Fall der Grobortung durch die Kontrollzentrale.
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Ausführung der Erfindung
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1 zeigt
beispielhaft und schematisch die Darstellung eines Ortungssystems
bestehend aus 3 Signalaufnahmevorrichtungen S1, S2, S3, einer Kontrollzentrale
K und einem Identträger IT bei Einsatz elektrischer Nahfeldkommunikation
zwischen den Signalaufnahmevorrichtungen S1, S2, S3 und dem Identträger
IT. Die 3 Signalaufnahmevorrichtungen S1, S2, S3 und die Kontrollzentrale
K sind jeweils in unmittelbarer Nähe des Infrastrukturkörpers
IK so angebracht, dass deren jeweiliges Streufeld SF1, SF2, SF3,
SFK in den Infrastrukturkörper IK einkoppelt, so dass elektrische
Nahfeldkommunikation zwischen jeder Signalaufnahmevorrichtung S1,
S2, S3 und der Kontrollzentrale K stattfindet. Der Infrastrukturkörper IK
enthält dazu elektrisch leitende Einbauten (z. B. elektrische
Vorsorgungsleitungen, Stahlarmierungen, Leitungsrohre, oder ähnliches).
Ein Identträger IT befindet sich im Streufeld SF1 der ersten
Signalaufnahmevorrichtung S1, das von diesem Identträger IT
ausgesandte elektrische Streufeld SFT erreicht die erste Signalaufnahmevorrichtung
S1, wodurch die Signalaufnahmevorrichtung S1 veranlasst wird in
einem ersten Schritt die im Identträger IT gespeicherte Information
auszulesen. Die Signalaufnahmevorrichtung S1 sendet nach dem Auslesen
der im Identträger IT gespeicherten Information in einem
zweiten Schritt eine Meldung N1, bestehend aus der im Identträger
IT gespeicherte Information und einer Kennung der Signalaufnahmevorrichtung
S1 mittels elektrischer Nahfeldkommunikation über den Infrastrukturkörper
IK an die Kontrollzentrale K. Die Kontrollzentrale K kann nach Empfang
der Nachricht N1 erkennen, dass der Identträger IT im Empfangsbereich einer
bestimmten Signalaufnahmevorrichtung S1 aufhältig ist.
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2 zeigt
das Ortungssystem aus 1, wobei der Identträger
IT seinen Ort, gegenüber dem in 1 dargestellten,
verändert hat. Der Identträger IT befindet sich
im Streufeld SF2 der zweiten Signalaufnahmevorrichtung S2. Das von
diesem Identträger IT ausgesandte elektrische Streufeld
SET erreicht die zweite Signalaufnahmevorrichtung S2, wodurch die
Signalaufnahmevorrichtung S2 veranlasst wird in einem ersten Schritt
die im Identträger IT gespeicherte Information auszulesen.
Die Signalaufnahmevorrichtung S2 sendet nach dem Auslesen der im
Identträger IT gespeicherten Information in einem zweiten
Schritt eine Meldung N2, bestehend aus der im Identträger
IT gespeicherte Information und einer Kennung der Signalaufnahmevorrichtung
S2 mittels elektrischer Nahfeldkommunikation über den Infrastrukturkörper
IK an die Kontrollzentrale K. Die Kontrollzentrale K kann nach Empfang
der Nachricht N2 erkennen, dass der Identträger IT im Empfangsbereich
einer bestimmten Signalaufnahmevorrichtung S2 aufhältig
ist.
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3 zeigt
das Ortungssystem aus 1 und 2, wobei
der Identträger IT nicht im Streufeld einer der Signalaufnahmevorrichtungen
S1, S2, S3 aufhältig ist. Das von diesem Identträger
IT ausgesandte elektrische Streufeld SET erreicht die Kontrollzentrale
K mittels elektrischer Nahfeldkommunikation über den Infrastrukturkörper
IK, wodurch die Kontrollzentrale K veranlasst wird die im Identträger IT
gespeicherte Information auszulesen. Nach Empfang dieser Nachricht
N3 kann die Kontrollzentrale K erkennen, dass der Identträger
IT im Empfangsbereich des Infrastrukturkörpers IK aufhältig
ist (Grobortung).
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- S,
S1, S2, S2
- Signalaufnahmevorrichtung(en)
- IT
- Identträger
- K
- Kontrollzentrale
- IK
- Infrastrukturkörper
- N1
- Nachricht
der ersten Signalaufnahmevorrichtung (S1)
- N2
- Nachricht
der zweiten Signalaufnahmevorrichtung (S2)
- SF1,
SF2, SF3
- Streufelder
der Signalaufnahmevorrichtungen (S1, S2, S3)
- SFT
- Streufeld
des Identträgers (IT)
- SFK
- Streufeld
der Kontrollzentrale (K)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 2005/01206 [0009]
- - WO 2006/053677 [0009]