DE102010041548B4

DE102010041548B4 - Ortungssystem und Verfahren zur Bestimmung der Positionen von Gegenständen

Info

Publication number: DE102010041548B4
Application number: DE102010041548.0A
Authority: DE
Inventors: Daniel Evers; Christoph Niedermeier; Rudolf Sollacher; Andrei Szabo; Norbert Vicari; Andreas Bohnenberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2030-09-29
Also published as: DE102010041548A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Positionen von Gegenständen (4) innerhalb eines Ortungsgebietes (1) mittels aktiver Transponder (5, 6), wobei ermittelte Positionen der aktiven Transponder (5, 6) von einer zentralen Steuereinheit (7) gespeichert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Transponder (5, 6) ausgebildet sind, durch Senden und Empfangen elektromagnetischer Signale miteinander zu kommunizieren, und ein Netzwerk bilden, wobei – erste aktive Transponder (5) jeweils an einem der Gegenstände (4) angebracht werden und – zweite aktive Transponder (6) über das Ortungsgebiet verteilt angeordnet werden, – Positionen aktiver Transponder (5, 6) relativ zueinander aus Messdaten zwischen den aktiven Transpondern (5, 6) ausgetauschter elektromagnetischer Signale bestimmt werden, – von jedem aktiven Transponder (5, 6) eine für ihn ermittelte Position und eine ihn eindeutig kennzeichnende Kennung gespeichert wird, – und Positionen aktiver Transponder (5, 6) von den aktiven Transpondern (5, 6) selbst in einem iterativen Verfahren aus den Messdaten bestimmt werden, wobei Anfangswerte von Positionsdaten aktiver Transponder (5, 6) geschätzt oder vorgegeben werden und in mehreren Iterationsschritten die aktiven Transponder (5, 6) ihre jeweiligen Positionsdaten und aus den Messdaten ermittelte Distanzen zu benachbarten aktiven Transpondern (5, 6) an diese übermitteln und die eigenen Positionsdaten anhand der eigenen Positionsdaten und der ihnen von anderen aktiven Transpondern (5, 6) übermittelten Daten iterativ verbessern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ortungssystem und Verfahren zur Bestimmung der Positionen von Gegenständen und zum Auffinden eines der Gegenstände. Die Erfindung betrifft ferner ein Logistiksystem zur Verwaltung eines veränderbaren Warenbestandes.
Durch zunehmend kürzere Abwicklungs- und Montagezeiten sowie die zunehmende Projekt- und Baustellenabwicklung durch Fremdpersonal wird eine genaue Kenntnis des aktuellen Lieferstatus von Materialien und der Situation auf Baustellen von Industrieanlagen wie z. B. Zementwerken immer wichtiger. Durch Falschlieferungen, zu späte Nachbestellung von Verbrauchsmaterial, Verlust und Nichtmehr-Auffinden von gesendetem Material entstehen nicht unerhebliche Kosten.
Auf einem Baustellenlager, das durchaus eine Fläche von einem Quadratkilometer haben kann, kommt dabei dem schnellen Auffinden von Material und der Überwachung des Materialstandorts eine große Bedeutung zu. Typischerweise wird Material auf solchen Baustellenlagern im Freien, unter Dächern und in geschlossenen Hallen gelagert. Ein System zur Materialortung muss auch für Nichtfachleute einfach zu installieren und vor allem zu bedienen sein. Eine permanente Stromversorgung ist nur eingeschränkt an bestimmten Stellen möglich. Neben großen Komponenten wie z. B. Maschinen sind auch kleinere Kisten teils auf engem Raum gelagert; ein Ortungssystem muss in der Lage sein, den Suchprozess so zu unterstützen, dass eine bestimmte Kiste gefunden wird.
Aus der DE 10 2004 027 292 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung von Positionsdaten wenigstens eines Knotens eines Netzwerks bekannt, wobei das Netzwerk eine Mehrzahl von Knoten umfasst, wobei sich die Positionsdaten auf ein internes Koordinatensystem beziehen. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

a) Bereitstellen von Positionsdaten für eine Untermenge von Knoten;
b) Bestimmung von Entfernungsdaten für den wenigstens einen Knoten;
c) Bestimmung oder – bei wiederholtem Durchlaufen des Schrittes c) – Korrektur der Positionsdaten des wenigstens einen Knotens in Abhängigkeit von den im Schritt a) bereitgestellten Positionsdaten, den im Schritt b) bestimmten Entfernungsdaten und Positionsdaten des wenigstens einen Knotens;
d) Wiederholen der Schritte a) bis c), so lange bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist.

US 2010/0177660 A1 offenbart drahtlose Kommunikationsnetzwerke, um drahtlose elektronische Anzeigeeinheiten (wireless electronic-ink display devices) zu verwalten. Derartige Anzeigeeinheiten zeigen beispielsweise Preise von Waren in Warenhäusern oder Speisekarten in Restaurants an. Die in US 2010/0177660 A1 offenbarte Lehre dient beispielsweise dazu, die auf den Anzeigeeinheiten angezeigten Inhalte, z. B. angezeigte Preise von Waren, zu aktualisieren. Dazu werden die Anzeigeeinheiten unter anderem mit Transpondern versehen, die mit RFID-Lesegeräten des Netzwerks kommunizieren können.
WO 01/06401 A1 offenbart ein System und ein Verfahren zur Bestimmung eines Ortes eines Transponders mittels eines mobilen Lesegerätes.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der Positionen von Gegenständen und zum Auffinden eines der Gegenstände sowie ein Ortungssystem zur Bestimmung der Position von Gegenständen gemäß dem Verfahren und zum Auffinden eines der Gegenstände anzugeben. Ferner ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Logistiksystem zur Verwaltung eines veränderbaren Warenbestandes anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Verfahren durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11, hinsichtlich des Ortungssystems durch die Merkmale des Anspruchs 18 und hinsichtlich des Logistiksystems durch die Merkmale des Anspruchs 32 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßes Ortungssystem zur Bestimmung der Positionen von Gegenständen gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 innerhalb eines Ortungsgebietes und zum Auffinden eines der Gegenstände umfasst ein drahtloses Netzwerk aktive Transponder, die ausgebildet sind, durch Senden und Empfangen elektromagnetischer Signale miteinander zu kommunizieren. Dabei sind erste aktive Transponder jeweils an einem der Gegenstände angebracht und zweite aktive Transponder über das Ortungsgebiet verteilt angeordnet. Das Ortungssystem umfasst ferner eine zentrale Steuereinheit, von der ermittelte Positionen der Gegenstände speicherbar sind, und ein mobiles Lesegerät mit einer Funkschnittstelle zur Kommunikation mit den aktiven Transpondern mittels elektromagnetischer Signale.
Unter einem aktiven Transponder wird dabei ein RFID-Transponder (auch als RFID-Tag bekannt; RFID = Radio-Frequency Identification) mit einer eigenen Energieversorgung verstanden.
Die ersten aktiven Transponder dienen dabei als Etiketten für die Gegenstände, mittels derer die Positionen der Gegenstände ermittelt und aufgefunden werden können. Durch die Verwendung aktiver Transponder wird die Funkreichweite der Etiketten gegenüber Ortungssystemen mit passiven Transpondern erhöht und dadurch die Bildung eines Netzwerkes von Transpondern erleichtert. Die zweiten aktiven Transponder dienen als zusätzliche Kommunikations- und Ortungsvorrichtungen zur Errichtung eines Netzwerkes der aktiven Transponder. Die Verteilung der zweiten aktiven Transponder über das Ortungsgebiet ermöglicht dabei eine das gesamte Ortungsgebiet abdeckende Infrastruktur zur Kommunikation und Ortung, auch wenn nur wenige Gegenstände ausgebracht sind oder die Gegenstände in mehreren verstreuten Ansammlungen konzentriert sind. Mittels des mobilen Lesegerätes können Informationen mit den aktiven Transpondern ausgetauscht werden und zum Auffinden eines Gegenstandes genutzt werden. Durch die zentrale Steuereinheit können die ermittelten Positionen gespeichert und verwaltet werden.
Vorzugsweise weist wenigstens ein zweiter aktiver Transponder eine Empfangseinheit zum Empfang von Signalen eines Navigationssatellitensystems auf.
Dadurch kann für wenigstens einen aktiven Transponder mittels des Navigationssatellitensystems eine absolute Position ermittelt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Positionen anderer aktiver Transponder nur relativ zu der mittels des Navigationssatellitensystems ermittelten absoluten Position bestimmt werden müssen.
Ferner weist wenigstens ein zweiter aktiver Transponder vorzugsweise ein Mittel zum Energy Harvesting auf.
Unter einem Mittel zum Energy Harvesting wird hier ein Mittel zum Aufladen der eigenen Energieversorgung des aktiven Transponders, beispielsweise ein Solarkollektor zur Aufnahme von Solarenergie verstanden.
Durch das Mittel zum Energy Harvesting wird vorteilhaft die Gefahr des Ausfalls des betreffenden aktiven Transponders reduziert und damit die Betriebssicherheit des Netzwerkes aktiver Transponder verbessert.
Vorzugsweise wird außerdem wenigstens ein aktiver Transponder mit einer Routingfunktion zur Weiterleitung von Nachrichten innerhalb des drahtlosen Netzwerkes versehen.
Dadurch können innerhalb des Netzwerkes Nachrichten weitergeleitet und das Netzwerk kann somit zu Kommunikationszwecken genutzt werden.
Vorzugsweise ist die zentrale Steuereinheit über ein Gateway an das drahtlose Netzwerk der aktiven Transponder angeschlossen.
Dies ermöglicht vorteilhaft einen direkten und schnellen Datenaustausch zwischen dem drahtlosen Netzwerk und der zentralen Steuereinheit. Insbesondere kann die zentrale Steuereinheit dadurch direkt auf das Netzwerk zugreifen, beispielsweise zu dessen Überwachung, Steuerung oder Wartung.
Jeder aktive Transponder weist vorzugsweise vier Betriebszustände auf, wobei er

– in einem ersten Betriebszustand in regelmäßigen ersten Zeitabständen für jeweils eine erste Wachzeitdauer empfangsbereit und zwischen aufeinander folgenden ersten Wachzeitdauern abgeschaltet ist,
– in einem zweiten Betriebszustand in regelmäßigen zweiten Zeitabständen, die kleiner als die ersten Zeitabstände sind, für jeweils eine zweite Wachzeitdauer betriebsbereit und zwischen aufeinander folgenden zweiten Wachzeitdauern abgeschaltet ist,
– in einem dritten Betriebszustand mit räumlich benachbarten aktiven Transpondern elektromagnetische Signale zur Ermittlung der Positionen der aktiven Transponder austauscht,
– in einem vierten Betriebszustand periodisch eine ihn kennzeichnende Kennung und die eigene Position aussendet.

Dabei bezeichnet die Kennung eines Transponders die Kennung des Transponders, beispielsweise eine Ziffernfolge.
Dadurch können der Betriebszustand und Energieverbrauch der aktiven Transponder vorteilhaft deren aktuellen Aufgaben angepasst werden. So kann ein aktiver Transponder im energiesparenden ersten Betriebszustand betrieben werden, so lange keine Anforderungen an ihn gestellt werden. Im zweiten Betriebszustand ist er in erhöhter Betriebsbereitschaft, der dritte Betriebszustand dient der Positionsbestimmung aktiver Transponder, der vierte Betriebszustand dient der Kommunikation mit dem mobilen Lesegerät.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das mobile Lesegerät eine Empfangseinheit zum Empfang von Signalen eines Navigationssatellitensystems auf.
Dadurch kann das mobile Lesegerät seine eigene Position bestimmen, so lange es sich an Orten befindet, die den Empfang von Signalen des Navigationssatellitensystems gestatten. Dies vereinfacht wenigstens an solchen Orten die Bestimmung der Position des mobilen Lesegerätes und ermöglicht es, mittels des Lesegerätes die Positionen aktiver Transponder in der Nähe des Lesegerätes zu bestimmen.
Vorzugsweise ist das mobile Lesegerät mit der zentralen Steuereinheit verbindbar.
Dadurch können dem mobilen Lesegerät von der zentralen Steuereinheit Daten übermittelt und auf dem Lesegerät abgelegte Daten aktualisiert werden. Insbesondere können dem Lesegerät von der zentralen Steuereinheit gespeicherte Positionen aktiver Transponder übermittelt werden, die von dem Lesegerät zum Auffinden eines gesuchten Gegenstandes benötigt werden. Außerdem können auch Daten von dem Lesegerät an die zentrale Steuereinheit übermittelt werden, beispielsweise von dem Lesegerät ermittelte Positionen aktiver Transponder.
Dabei ist das mobile Lesegerät beispielsweise über eine Dockingstation mit der zentralen Steuereinheit verbindbar.
Dadurch wird in einfacher Weise ein Datenaustausch zwischen dem Lesegerät und der zentralen Steuereinheit ermöglicht.
Vorzugsweise weist das mobile Lesegerät eine Anzeigeeinheit und einen elektronischen Kompass auf.
Dadurch kann das Lesegerät bei der Suche nach einem Gegenstand als Navigationsgerät verwendet werden, indem eine Richtung zu dem gesuchten Gegenstand auf der Anzeigeeinheit angezeigt wird. Dabei wird die Richtung von dem Lesegerät aus der eigenen Position und der Position des an dem gesuchten Gegenstand angebrachten ersten aktiven Transponders bestimmt und die momentane Orientierung des Lesegerätes mittels des elektronischen Kompasses ermittelt.
Ferner weist das mobile Lesegerät vorzugsweise eine Peilvorrichtung zum Peilen von ersten aktiven Transpondern auf.
Dadurch kann das mobile Lesegerät in einem Nahbereich eines gesuchten Gegenstands zu dessen Auffinden verwendet werden. In Verbindung mit der vorher beschriebenen Navigationsfunktion des mobilen Lesegerätes ist dies insbesondere vorteilhaft, wenn diese Navigationsfunktion in dem Nahbereich des gesuchten Gegenstands zu ungenau ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das mobile Lesegerät außerdem zum Lesen und Beschreiben passiver Transponder ausgebildet.
Dadurch kann das mobile Lesegerät auch verwendet werden, um passive Transponder, die beispielsweise an angelieferten Gegenständen angebracht sind, zu lesen und zu beschreiben. Dies erleichtert vorteilhaft eine Registrierung angelieferter Gegenstände mittels des mobilen Lesegerätes.
Das mobile Lesegerät und/oder wenigstens ein aktiver Transponder weisen vorzugsweise Mittel zur Bestimmung einer Signalstärke elektromagnetischer Signale, die von einem aktiven Transponder ausgesendet werden, und/oder einer Signallaufzeit von elektromagnetischen Signalen zu einem benachbarten aktiven Transponder und/oder einer Richtung, aus der von einem aktiven Transponder ausgesendete elektromagnetische Signale empfangen werden, auf.
Dadurch können von dem mobilen Lesegerät oder einem aktiven Transponder Distanzen und/oder Richtungen zu benachbarten aktiven Transpondern ermittelt und zur Bestimmung der eigenen Position und/oder der Positionen anderer aktiver Transponder verwendet werden. Dies ermöglicht vorteilhaft eine Positionsbestimmung auch in überdachten Bereichen oder geschlossenen Hallen, in denen keine Signale eines Navigationssatellitensystems empfangen werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist jeder der ersten aktiven Transponder einen Signalgeber zur Ausgabe optischer und/oder akustischer Signale auf, wobei die Ausgabe der optischen und/oder akustischen Signale durch von dem mobilen Lesegerät ausgesendete elektromagnetische Signale aktivierbar ist.
Auch dies ermöglicht das Auffinden eines gesuchten Gegenstandes in dessen Nahbereich und kann zu diesem Zweck alternativ oder zusätzlich zur oben erwähnten Peilvorrichtung des mobilen Lesegerätes verwendet werden.
Ein erfindungsgemäßes Logistiksystem zur Verwaltung eines veränderbaren Warenbestandes umfasst ein Materialwirtschaftssystem zur Erfassung und Dokumentation eines aktuellen Warenbestandes und des Eingangs und Ausgangs von Waren sowie ein Ortungssystem gemäß einem der Ansprüche 18 bis 31, wobei das Materialwirtschaftssystem über wenigstens eine Schnittstelle mit der zentralen Steuereinheit des Ortungssystems verbunden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Positionen von Gegenständen innerhalb eines Ortungsgebietes verwendet ein Netzwerk aktiver Transponder, die ausgebildet sind, durch Senden und Empfangen elektromagnetischer Signale miteinander zu kommunizieren. Dabei werden erste aktive Transponder jeweils an einem der Gegenstände angebracht und zweite aktive Transponder über das Ortungsgebiet verteilt angeordnet. Positionen aktiver Transponder relativ zueinander werden aus Messdaten zwischen den Transpondern ausgetauschter elektromagnetischer Signale bestimmt. Von jedem aktiven Transponder werden eine für ihn ermittelte Position und eine ihn eindeutig kennzeichnende Kennung gespeichert und ermittelte Positionen der aktiven Transponder werden von einer zentralen Steuereinheit gespeichert.
Erfindungsgemäß werden daher Positionen von Gegenständen aus Messdaten zwischen den Transpondern ausgetauschter elektromagnetischer Signale bestimmt. Das Verfahren erfordert somit keine speziellen Eigenschaften des Ortungsgebietes. Insbesondere ist es nicht von der Verfügbarkeit eines Navigationssatellitensystems zur Ortsbestimmung abhängig und kann auch in überdachten Bereichen und geschlossenen Hallen eingesetzt werden. Im Übrigen entsprechen die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens denen des erfindungsgemäßen Ortungssystems.
Vorzugsweise werden von aktiven Transpondern als Messdaten Signalstärken und/oder Empfangsrichtungen empfangener elektromagnetischer Signale und/oder Signallaufzeiten zwischen aktiven Transpondern erfasst.
Die Erfassung derartiger Messdaten hat den Vorteil, dass sie keine hohen Anforderungen an die aktiven Transponder stellt und somit einfach und kostengünstig realisierbar ist. Ferner lassen sich aus diesen Messdaten die Positionen von Gegenständen mit hinreichender Genauigkeit ermitteln.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Positionen aktiver Transponder von den aktiven Transpondern selbst in einem iterativen Verfahren aus den Messdaten bestimmt. Dabei werden Anfangswerte von Positionsdaten aktiver Transponder geschätzt oder vorgegeben. In mehreren Iterationsschritten übermitteln die aktiven Transponder ihre jeweiligen Positionsdaten und aus den Messdaten ermittelte Distanzen zu benachbarten aktiven Transpondern an diese benachbarten Transponder und verbessern die eigenen Positionsdaten anhand der eigenen Positionsdaten und der ihnen von anderen Transpondern übermittelten Daten iterativ.
Diese Art der Bestimmung von Positionen (”verteilte Positionsbestimmung”) ist besonders vorteilhaft, wenn die Positionen der aktiven Transponder bereits vorher einmal bestimmt wurden und nur aktualisiert werden sollen. Dann können die vorher ermittelten Positionen als Anfangswerte verwendet werden und das Iterationsverfahren konvergiert schnell, sofern nur relativ wenige aktive Transponder seit der vorigen Positionsbestimmung bewegt wurden.
In einer Ausführungsform werden der zentralen Steuereinheit von den aktiven Transpondern aufgenommene Messdaten und/oder daraus ermittelte Distanzen zu benachbarten aktiven Transpondern übermittelt. Die zentrale Steuereinheit bestimmt aus den ihr übermittelten Daten die Positionen aktiver Transpondern relativ zueinander und übermittelt den aktiven Transpondern die für sie jeweils ermittelten Positionen.
Diese Art der Positionsbestimmung mittels der zentralen Steuereinheit (”zentrale Positionsbestimmung”) ist insbesondere vorteilhaft bei einer initialen Bestimmung der Positionen aller aktiven Transponder. Sie verkürzt die Konvergenzzeit gegenüber einer verteilten initialen Positionsbestimmung und ist robuster bzgl. Uneindeutigkeiten in den Positionen.
Vorzugsweise wird die Position wenigstens eines zweiten aktiven Transponders mittels eines Navigationssatellitensystems ermittelt.
Dadurch kann für wenigstens einen aktiven Transponder eine absolute Position ermittelt werden. Die Positionen anderer aktiver Transponder relativ zu dieser absoluten Position können dann mittels der verteilten oder zentralen Positionsbestimmung ermittelt werden. Werden mehrere Positionen aktiver Transponder mittels des Navigationssatellitensystems bestimmt, so können diese Positionen ferner vorteilhaft als Anfangswerte einer verteilten Positionsbestimmung verwendet werden.
Entsprechend dem erfindungsgemäßen Ortungssystem und dessen Vorteilen wird vorzugsweise wenigstens ein zweiter aktiver Transponder mit Mitteln zum Energy Harvesting versehen.
Weiterhin werden vorzugsweise mittels aktiver Transponder Nachrichten innerhalb des drahtlosen Netzwerkes durch ein Routingverfahren weitergeleitet.
Vorzugsweise wird die zentrale Steuereinheit ferner über ein Gateway an das drahtlose Netzwerk der aktiven Transponder angeschlossen.
Jeder aktive Transponder kann vorzugsweise in drei Betriebszuständen betrieben werden, wobei er in einem ersten Betriebszustand in regelmäßigen ersten Zeitabständen für jeweils eine erste Wachzeitdauer empfangsbereit und zwischen aufeinander folgenden ersten Wachzeitdauern abgeschaltet ist, in einem zweiten Betriebszustand in regelmäßigen zweiten Zeitabständen, die kleiner als die ersten Zeitabstände sind, für jeweils eine zweite Wachzeitdauer betriebsbereit und zwischen aufeinander folgenden zweiten Wachzeitdauern abgeschaltet ist, in einem dritten Betriebszustand elektromagnetische Signale zur Erfassung von Messdaten zur Positionsbestimmung aktiver Transponder sendet und/oder empfängt.
Dabei sind der erste und/oder der zweite Betriebszustand vorzugsweise mittels eines mobilen Lesegerätes, das eine Funkschnittstelle zur Kommunikation mit den aktiven Transpondern über elektromagnetische Signale aufweist, aktivierbar und deaktivierbar.
Dadurch können der Betriebszustand und Energieverbrauch der aktiven Transponder vorteilhaft mittels des mobilen Lesegerätes den aktuellen Anforderungen angepasst werden.
Der dritte Betriebszustand wird vorzugsweise zu vorgebbaren Zeiten automatisch aktiviert und/oder er wird aktiviert, wenn in der Umgebung des aktiven Transponders eine Veränderung der Positionen aktiver Transponder festgestellt wird.
Da der dritte Betriebszustand der Positionsbestimmung dient, können dadurch die ermittelten Positionen der aktiven Transponder vorteilhaft aktualisiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Auffinden eines von mehreren Gegenständen baut auf dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung der Positionen der Gegenstände auf. Es wird mittels eines mobilen Lesegerätes durchgeführt, das eine Funkschnittstelle zur Kommunikation mit den aktiven Transpondern mittels elektromagnetischer Signale und eine Anzeigeeinheit aufweist. Von dem mobilen Lesegerät wird seine eigene Position aus Ortungssignalen ermittelt, die von benachbarten aktiven Transpondern gesendet werden. Dem mobilen Lesegerät wird die Position des an dem gesuchten Gegenstand angebrachten ersten aktiven Transponders übermittelt. Aus seiner eigenen Position und der Position des an dem gesuchten Gegenstand angebrachten ersten aktiven Transponders ermittelt das mobile Lesegerät eine Richtung zu dem gesuchten Gegenstand und zeigt diese Richtung auf seiner Anzeigeeinheit an.
Das Netzwerk der aktiven Transponder wird dabei also zur Bestimmung der Richtung zu dem gesuchten Gegenstand genutzt. Das mobile Lesegerät fungiert durch die Anzeige der Richtung vorteilhaft als Navigationsgerät für einen Benutzer.
Die von einem aktiven Transponder gesendeten Ortungssignale umfassen dabei vorzugsweise die Kennung und die Position des Transponders.
Dadurch kann das mobile Lesegerät in einfacher Weise seine Position ermitteln. Eine ungefähre eigene Position wird ihm nämlich bereits durch die Übermittlung der Positionen der benachbarten aktiven Transponder übermittelt. Durch eine Analyse der Signalstärken der von diesen aktiven Transpondern empfangenen Signale kann das mobile Lesegerät ferner die Distanzen zu den aktiven Transpondern abschätzen und dadurch mittels eines Triangulationsverfahrens seine eigene Position noch genauer ermitteln.
Vorzugsweise wird das mobile Lesegerät ferner mit der zentralen Steuereinheit verbunden, um ihm die Position des an dem gesuchten Gegenstand angebrachten ersten aktiven Transponders zu übermitteln. Vorzugsweise wird dazu das mobile Lesegerät über eine Dockingstation mit der zentralen Steuereinheit verbunden.
Dabei wird vorteilhaft ausgenutzt, dass die Positionen der aktiven Transponder von der zentralen Steuereinheit gespeichert werden.
Zur Darstellung der zu dem gesuchten Gegenstand weisenden Richtung wird vorzugsweise ein elektronischer Kompass des mobilen Lesegerätes verwendet.
Mittels des elektronischen Kompasses kann die aktuelle Orientierung des mobilen Lesegerätes ermittelt werden und bei der Anzeige der Richtung zu dem gesuchten Gegenstand berücksichtigt werden.
Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass mittels einer Peilvorrichtung des mobilen Lesegerätes der an dem gesuchten Gegenstand angebrachte erste aktive Transponder gepeilt wird.
Alternativ oder zusätzlich werden von dem mobilen Lesegerät elektromagnetische Signale zur Aktivierung des Aussendens optischer und/oder akustischer Signale durch einen Signalgeber des an dem gesuchten Gegenstand angebrachten ersten aktiven Transponders ausgesendet.
Wie bereits oben ausgeführt wurde, kann dadurch vorteilhaft das Auffinden des Gegenstandes in einem Nahbereich des Gegenstandes erleichtert werden, in dem die Navigation mit dem mobilen Lesegerät zu ungenau ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben.
Dabei zeigen:
1 schematisch ein erfindungsgemäßes Ortungssystem,
2 ein Zustandsdiagramm von Betriebszuständen eines aktiven Transponders,
3 Anwendungsmodule einer Anwendungsebene eines erfindungsgemäßen Ortungssystems,
4 Netzwerkmodule einer Netzwerkebene eines erfindungsgemäßen Ortungssystems, und
5 ein Blockdiagramm eines Logistiksystems zur Verwaltung eines veränderbaren Warenbestandes.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Ortungssystem zur Bestimmung der Positionen von Gegenständen 4 innerhalb eines Ortungsgebietes 1 und zum Auffinden eines der Gegenstände 4.
Beispielsweise ist das Ortungsgebiet 1 ein Baustellenlager und die Gegenstände 4 sind Container, Paletten, Colli oder Regale. In dem dargestellten Beispiel befinden sich in dem Ortungsgebiet 1 eine Lagerhalle 2 und eine Lagerleitung 3.
Das Ortungssystem umfasst aktive Transponder 5, 6, die ausgebildet sind, durch Senden und Empfangen elektromagnetischer Signale miteinander zu kommunizieren. Dazu weisen die aktiven Transponder 5, 6 jeweils einen Mikroprozessor, ein Funkmodul und eine Energieversorgungseinheit, beispielsweise eine Batterie auf. Die aktiven Transponder 5, 6 bilden ein Netzwerk zur Bestimmung der Positionen der Gegenstände 4 in unten näher beschriebener Weise.
Dabei gibt es zwei Typen aktiver Transponder 5, 6: erste aktive Transponder 5, die jeweils an einem der Gegenstände 4 angebracht sind, und zweite aktive Transponder 6, die über das Ortungsgebiet 1 verteilt angeordnet sind.
Die ersten aktiven Transponder 5 dienen als Etiketten für die Gegenstände 4. Sie werden daher im Folgenden auch als Material-Tags 5 bezeichnet. Sie sind in einer bevorzugten Ausführung einfache, billige und Strom sparende aktive Transponder. Die Anzahl der Material-Tags 5 ist durch die Anzahl der zu ortenden Gegenstände 4 vorgegeben und ist normalerweise relativ groß (hunderte bis tausende Material-Tags).
Die zweiten aktiven Transponder 6 dienen als zusätzliche Kommunikations- und Ortungsvorrichtungen innerhalb des Netzwerkes der aktiven Transponder 5, 6. Die zweiten aktiven Transponder 6 werden daher im Folgenden auch als Hilfsknoten 6 des Netzwerkes bezeichnet.
Die Hilfsknoten 6 sind nicht auf an zu ortenden Gegenständen 4 angebracht, sondern stationär angeordnet, wobei der Ort, an dem sie jeweils angeordnet sind, erforderlichenfalls jedoch auch geändert werden kann (in diesem Fall wird ihre Position neu bestimmt). Die Anzahl der benötigten Hilfsknoten 6 ist von der Größe des Ortungsgebietes 1 und der zuverlässig erzielbaren Funkreichweite der Hilfsknoten 6 abhängig. In der Regel ist die Anzahl der Hilfsknoten 6 deutlich kleiner als die Anzahl der Material-Tags 5; beispielsweise gibt es etwa zehnmal so viele Material-Tags 5 wie Hilfsknoten 6.
Die Hilfsknoten 6 weisen vorzugsweise leistungsstärkere Batterien als die Material-Tags 5 auf. Optional weisen einige Hilfsknoten 6 ferner Mittel zu einem so genannten Energy Harvesting auf. Darunter werden hier Mittel zum Aufladen der Batterien dieser Hilfsknoten 6, beispielsweise Solarkollektoren zur Aufnahme von Solarenergie, verstanden.
Optional weisen einige Hilfsknoten 6 ferner jeweils eine Empfangseinheit zum Empfang von Signalen eines Navigationssatellitensystems, beispielsweise des GPS (= Global Positioning System), auf.
Ferner können wenigstens einige Hilfsknoten 6 eine Routingfunktion aufweisen, die es gestattet, Nachrichten im Netzwerk durch ein Routingverfahren weiterzuleiten.
Die Hilfsknoten 6 werden vorzugsweise möglichst gleichmäßig über das Ortungsgebiet 1 verteilt angeordnet, so dass der Abstand benachbarter Hilfsknoten 6 möglichst kleiner als ihre Funkreichweite ist. Damit dieser Abstand möglichst groß und dadurch die Anzahl der Hilfsknoten 6 möglichst klein gewählt werden kann, werden die Hilfsknoten 6 möglichst derart angeordnet, dass zwischen möglichst vielen benachbarten Hilfsknoten 6 eine direkte Sichtverbindung besteht. Dazu kann es vorteilhaft sein, einige oder alle Hilfsknoten 6 in einer ausreichenden Höhe, beispielsweise in einer Höhe zwischen 3 m und 4 m (z. B. an Stangen befestigt) anzuordnen, um eine möglichst ungestörte Funkverbindung zu benachbarten aktiven Transpondern 5, 6 zu ermöglichen.
Das Ortungssystem umfasst ferner eine zentrale Steuereinheit 7, die über ein Gateway 8 an das Netzwerk der aktiven Transponder 5, 6 angeschlossen ist. Die zentrale Steuereinheit 7 umfasst eine Netzwerkdatenbank, mittels derer insbesondere die Positionen der Material-Tags 5 gespeichert werden.
Das Ortungssystem umfasst ferner mobile Lesegeräte 9, mit denen Benutzer ausgestattet werden. Im Beispiel, dass das Ortungsgebiet 1 ein Baustellenlager ist, sind derartige Benutzer beispielsweise Lageristen. Die mobilen Lesegeräte 9 können passive Transponder lesen und beschreiben und weisen eine Funkschnittstelle auf, über die sie mit den aktiven Transpondern 5, 6 kommunizieren können. Ferner weisen sie jeweils eine Benutzeroberfläche mit einer Anzeigeeinheit, beispielsweise einem Flüssigkristallbildschirm, die auch zur Navigation innerhalb des Ortungsgebietes 1 benutzt wird, sowie optional einen elektronischen Kompass auf.
Die mobile Lesegeräte 9 können beispielsweise als so genannte PDAs (PDA = Personal Digital Assistant) oder Notebooks mit einer Funkschnittstelle zu den aktiven Transponder 5, 6 ausgebildet sein.
Die Ortung von Hilfsknoten 6, d. h. die Bestimmung ihrer Positionen, erfolgt mittels des Navigationssatellitensystems oder mit einem geeigneten Triangulationsverfahren basierend auf Signalstärkemessungen (RSSI-Messungen; RSSI = Received Signal Strength Indication) oder Signallaufzeitmessungen. Material-Tags 5 werden aus Kosten- und Energiespargründen vorzugsweise nur über das Triangulationsverfahren mit Signalstärkemessungen geortet.
Die Hilfsknoten 6 bestimmen dabei regelmäßig Distanzen zu benachbarten Hilfsknoten 6, Material-Tags 5 und Referenzknoten (RK). Letztere sind Hilfsknoten 6, die sich vorzugsweise an Ecken oder Rändern des Ortungsgebietes 1 befinden und denen eine bekannte Position zugeordnet worden ist, z. B. mittels des Navigationssatellitensystems. Die Distanzmessungen erfolgen über eine Schätzung auf Basis der Empfangsfeldstärke, Laufzeitmessungen von Signalen, Winkel- und/oder Orientierungsmessungen, und/oder einer Bestimmung von Hopdistanzen zu den Referenzknoten 6.
Resultate von Distanzmessungen zu benachbarten Hilfs- und Referenzknoten 6 werden entweder über das Gateway 8 an die zentrale Steuereinheit 7 geschickt, wo daraus die Positionen der Hilfsknoten 6 bestimmt werden und das Ergebnis wieder im Netzwerk verteilt wird, oder die aktiven Transponder 5, 6 schätzen ihre Positionen selbst, indem sie diese und ermittelte Distanzen zu benachbarten aktiven Transpondern 5, 6 iterativ solange mit ihren Nachbarn austauschen und verbessern, bis das Ergebnis hinreichend konvergiert oder eine bestimmte maximale Anzahl von Iterationen überschritten ist. Im Detail kann dabei beispielsweise das aus der DE 10 2004 027 292 A1 bekannte Verfahren verwendet werden. Die Positionsbestimmung wird wiederholt, sobald in der Nachbarschaft eines Hilfsknotens 6 eine signifikante Änderung erkannt wird.
Eine zentrale Positionsbestimmung mittels der zentralen Steuereinheit 7 ist insbesondere vorteilhaft bei einer initialen Bestimmung der Positionen aller aktiven Transponder 5, 6. Dieses verkürzt die Konvergenzzeit und ist robuster bzgl. Uneindeutigkeiten in den Positionen. Insbesondere können Uneindeutigkeiten dadurch gelöst werden, dass Knoten, die einander nicht messen können, weiter von einander positioniert werden. Dieses kann mit einem Bestrafungsterm in einer Ortungskostenfunktion erreicht werden. Der Nachteil der zentralen Berechnung ist der große Kommunikationsaufwand, um alle Messungen der zentralen Steuereinheit 7 zu übermitteln, der vor allem die Hilfsknoten 6 in der Nähe des Gateways 8 trifft.
Eine verteilte Bestimmung von Positionen ist vorteilhaft, wenn nur wenige aktive Transponder 5, 6 bewegt werden. Wird in der zentralen Steuereinheit 7 eine größere Umlagerung aktiver Transponder 5, 6 registriert, dann kann eine automatische zentrale Neubestimmung der Positionen gestartet werden. Bei der lokalen iterativen Positionsbestimmung ist es vorteilhaft, wenn die aktiven Transponder 5, 6 alle lokalen Distanzmessungen und Ortsschätzungen mit ihren Nachbarn austauschen; dies beschleunigt die Konvergenz und verbessert die Genauigkeit. Die Positionsbestimmung kann in so genannten Cliquen vorgenommen werden. Eine Clique ist eine Gruppe aktiver Transponder 5, 6, die direkt miteinander kommunizieren können. Die beteiligten aktiven Transponder 5, 6 bestimmen die Positionen für die Clique, welche dann an die anderen Cliquen kommuniziert werden.
Bei der initialen zentralen Positionsbestimmung kann auch eine Anpassung der Ortungs- und Signalausbreitungsparameter erfolgen, die auf den gesamten Messdaten basiert, vgl. B. Betoni Parodie et al: ”Initialization and Online-Learning of RSS Maps for Indoor/Campus Localization”, PLANS 2006 – 2006 IEEE/ION Position, Location and Navigation Symposium, San Diego, USA, Seiten 164–172, und/oder basierend auf Umgebungskarten und Mapmatching.
Die Material-Tags 5 orten sich über ihre Distanzen zu den benachbarten Hilfsknoten 6 mit Hilfe des Triangulationsverfahrens. Ihre Position schicken sie über das Gateway 8 an die zentrale Steuereinheit 7, die die Netzwerkdatenbank aktualisiert.
Vorzugsweise befinden sich die Material-Tags 5 und Hilfsknoten 6 ab Werk in einem energiesparenden Empfangs-Modus und bekommen vor ihrem Einsatz jeweils eine sie in dem Netzwerk eindeutig kennzeichnende Kennung und eine Netzwerk-Kennung (auch Netzwerk-ID genannt) zugewiesen, beispielsweise mit einem mobilen Lesegerät 9. Danach gehen sie in den aktiven Betrieb und senden gegebenenfalls Signale aus, um die Bildung des Netzwerkes zu initiieren oder einem bestehenden Netzwerk beizutreten. Das Netzwerk erlaubt es, neben einem Datenaustausch mit lokalen Nachbarn auch Daten im Netzwerk zu verteilen.
Die mobilen Lesegeräte 9 bestimmen ihre Positionen mittels des Navigationssatellitensystems, sofern und soweit dieses verfügbar ist, oder benutzen wie die Material-Tags 5 das oben genannte Triangulationsverfahren, um ihre Positionen über ihre Distanzen zu den benachbarten Hilfsknoten 6 zu ermitteln. Dazu senden die Hilfsknoten 6 periodisch Ortungssignale, sobald sie ein mobiles Lesegerät 9 in ihrer Nachbarschaft detektieren, und das mobile Lesegerät 9 ermittelt die Distanzen zu den Hilfsknoten 6 aus diesen Ortungssignalen.
Zum Auffinden eines Gegenstandes 4 bzw. des an ihm angebrachten Material-Tags 5 wird ein mobiles Lesegerät 9 als Navigationsgerät genutzt. Zur Navigation wird dem mobilen Lesegerät 9 von der zentralen Steuereinheit die Position des gesuchten Material-Tags 5 übermittelt, beispielsweise über eine an die zentrale Steuereinheit 7 angeschlossene Dockingstation für das mobile Lesegerät 9. Auf der Anzeigeeinheit des mobilen Lesegerätes 9 wird eine Richtung von der eigenen Position zum gesuchten Material-Tag 5 dargestellt, wobei die Richtung relativ zur Orientierung des mobilen Lesegeräts 9 mit dem elektronischen Kompass oder aus der Bewegungsrichtung bestimmt wird.
Da diese Navigation nur auf mehrere Meter genau ist, was zum Auffinden des gesuchten Material-Tags 5 unter Umständen nicht ausreicht, kann die Navigation im Nahbereich mittels eines geeigneten Nahbereichs-Ortungsverfahrens erfolgen. Im einfachsten Fall werden die Material-Tags 5 jeweils mit einem Signalgeber, beispielsweise einem akustischen Piepser oder einem Blinklicht, ausgestattet. Dieser Signalgeber wird bei Annäherung oder beim direkten Lesen des gesuchten Material-Tags 5 vom mobilen Lesegerät 9 aktiviert und zieht so die Aufmerksamkeit des Benutzers auf sich. Alternativ oder zusätzlich kann das mobile Lesegerät 9 mit einer Peilvorrichtung, beispielsweise einem Mehrantennensystem zum Peilen von Signalquellen, ausgestattet sein.
Detektiert ein Material-Tag 5 oder Hilfsknoten 6 eine signifikant geänderte Nachbarschaft, so meldet er dies über das Gateway 8 an die zentrale Steuereinheit 7. Durch eine geeignete Registrierung und Verwaltung autorisierter Umlagerungen können auf diese Weise vorteilhaft ungeplante Umlagerungen, beispielsweise bei einem Diebstahl, erkannt werden und z. B. eine Diebstahlwarnung generiert werden. Solange sich ein bewegtes Material-Tag 5 noch in Reichweite befindet, kann dessen neue Position bestimmt und in den Datenbestand eingepflegt werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, das Ortungssystem mit einem auf der zentralen Steuereinheit 7 implementierten Lagerverwaltungssystem zu integrieren, um einerseits geplante und ungeplante Änderungen im Lagerbestand korrekt in der Netzwerkdatenbank nachzuführen und andererseits die Datenbestände der mobilen Lesegeräte 9 jeweils auf einem möglichst aktuellen Stand zu halten. Vorzugsweise erfolgt diese Integration direkt über das Gateway 8. Die durch die aktiven Transponder 5, 6 gebildete Kommunikationsinfrastruktur dient dabei als Transportmedium für die Kommunikation zwischen den mobilen Lesegeräten 9 und der Netzwerkdatenbank. Auf diesem Weg können auch von den Benutzern des Ortungssystems (z. B. Lageristen) auszuführende Aufträge direkt an die mobilen Lesegeräte 9 geschickt werden. Für den Fall, dass der Energiebedarf für die dem Datenabgleich dienende Kommunikation zwischen der Netzwerkdatenbank und den mobilen Lesegeräten 9 nicht mit der angestrebten Lebensdauer des Netzwerks verträglich ist, kann die Integration auch auf folgende alternative Weise durchgeführt werden:

• Der Datenabgleich zwischen den mobilen Lesegeräten 9 und der zentralen Datenbank erfolgt über Wireless Local Area Network(WLAN)-Basisstationen, die nur an bestimmten ausgewählten Stellen innerhalb des Ortungsgebietes 1, z. B. in der Umgebung der Lagerleitung 3, zur Verfügung stehen. Die Benutzer führen Abgleiche mit der Netzwerkdatenbank über WLAN jeweils dann durch, wenn sie zur Einholung neuer Aufträge zur Lagerleitung 3 kommen. Dieser Abgleich kann auch in direkter Nachbarschaft des Gateways 8 zum Transponder 5 oder 6 des Lesegeräts 9 erfolgen.
• Dringende Ereignismeldungen (z. B. im Fall einer unautorisierten Entfernung von Gegenständen 4, die auf einen Diebstahl hindeuten könnte) werden hingegen direkt über die aus Hilfsknoten 6 und ggf. Material-Tags 5 bestehende drahtlose Infrastruktur und das Gateway 8 an die zentrale Steuereinheit 7 geschickt, die die Meldungen auswertet und ggf. Maßnahmen einleitet.

Im Folgenden werden beispielhaft drei mögliche Ausführungsformen des Netzwerkes der aktiven Transponder 5, 6 beschrieben.
In einer ersten Ausführungsform weisen weder die Material-Tags 5 noch die Hilfsknoten 6 eine Routingfunktion auf. Die Hilfsknoten 6 werden für eine Kennzeichnung von Lagerorten der Gegenstände 4 und für die Indoor-Navigation aufgestellt. In dieser Ausführungsform wird kein Gateway 8 zur zentralen Steuereinheit 7 benötigt, sondern nur wenigstens eine Docking-Station für mobile Lesegeräte 9 als Schnittstelle zur zentralen Steuereinheit 7. Jedes mobile Lesegerät 9 besitzt eine Funkschnittstelle zu den Material-Tags 5 und Hilfsknoten 6 sowie eine GPS-Empfangseinheit.
Beim Initialisieren werden den Material-Tags 5 und Hilfsknoten 6 nur jeweils eine Kennung aufgeprägt. Beim Einlagern oder nach einem Umlagern von Gegenständen 4 verknüpft ein Benutzer die Material-Tags 5 der ein- oder umgelagerten Gegenstände 4 jeweils mit dem Ort des mobilen Lesegerätes 9, beispielsweise indem er den jeweiligen Material-Tag 5 in einer Liste auswählt und durch z. B. Auswahl einer Funktion ”Ortung” des mobilen Lesegerätes 9 die Kennung des Material-Tags 5 mit den lokalen GPS-Koordinaten des mobilen Lesegerätes 9 verknüpft, wenn sich das mobile Lesegerät 9 in der Nähe des Material-Tags 5 befindet. In überdachten oder geschlossenen Räumen, in denen kein GPS-Empfang möglich ist, übernehmen Hilfsknoten 6 die Rolle von zusätzlichen GPS-Satelliten; zusätzlich zu eventuell verfügbaren GPS-Koordinaten werden die empfangenen Kennungen benachbarter Hilfsknoten 6 und die entsprechenden Signalstärken (RSSI) dem Material-Tag 5 zugeordnet.
Nachdem die mobilen Lesegeräte 9 über die Dockingstation die Daten an die zentrale Steuereinheit 7 übermittelt haben, schätzt dort ein Algorithmus aus den übermittelten Daten die Position von Material-Tags 5, für die keine GPS-Koordinaten gemessen werden konnten.
Die Lokalisierung eines mobilen Lesegerätes 9 erfolgt, wenn möglich, über GPS und andernfalls, z. B. in überdachten oder geschlossenen Räumen, über einen Mustererkennungsalgorithmus basierend auf den RSSI-Werten der von den benachbarten Hilfsknoten 6 empfangenen Ortungssignale und den (geschätzten) Positionen dieser Hilfsknoten 6.
Der Differenzvektor der gesuchten Material-Tag 5-Position und der aktuellen Position des mobilen Lesegerätes 9 liefert einen Richtungsvektor für die Navigation, der von dem mobilen Lesegerät 9 angezeigt wird.
Die Suche im Nahbereich des gesuchten Material-Tags 5 erfolgt wie oben beschrieben mittels einer Peilvorrichtung und/oder durch Aussenden optischer und/oder akustischer Signale durch einen Signalgeber des gesuchten Material-Tags 5, wobei der Material-Tag 5 zum Aussenden dieser Signale von dem mobilen Lesegerät 9 getriggert wird.
In dieser Ausführungsform des Netzwerkes können die Hilfsknoten 6 und Material-Tags 5 kostengünstig und energiesparend ausgelegt werden. Außerdem können sie baugleich ausgeführt sein.
Diebstahl oder unautorisiertes Bewegen von Material werden in dieser Ausführungsform jedoch nicht erkannt. Eine Aktualisierung der ermittelten Positionen in der Netzwerkdatenbank über das Netzwerk ist ebenfalls nicht möglich und erfolgt mit großer Verzögerung, z. B. nur einmal täglich. Außerdem muss ein Benutzer das mobile Lesegerät 9 zum Orten eines Material-Tags 5 in dessen Nähe halten und bei jedem Einlagern z. B. einen Knopf betätigen. Auch eine Erteilung von Aufträgen über das Netzwerk ist nicht möglich.
In einer zweiten Ausführungsform des Netzwerkes haben die Hilfsknoten 6 Routingfunktion, die Material-Tags 5 jedoch nicht. Einige der Hilfsknoten 6, z. B. vier bis sechs von ihnen, haben die Funktion von Referenzknoten; diese sind bevorzugt in den Ecken des Ortungsgebietes 1 platziert und kennen ihre Position. Dazu weisen sie entweder eine GPS-Empfangseinheit auf oder bekommen ihre Position durch das mobile Lesegerät 9 zugewiesen. Dieses hat eine Funkschnittstelle zu den Material-Tags 5 und Hilfsknoten 6 sowie eine GPS-Empfangseinheit. Die zentrale Steuereinheit 7 hat ein Gateway 8 zum Netzwerk der Hilfsknoten 6, das somit eine Kommunikation zwischen den Hilfsknoten 6 und der zentralen Steuereinheit 7 ermöglicht.
Die initiale Konfiguration der Referenzknoten 6 durch das mobile Lesegerät 9 erfolgt beim Aufstellen dieser Knoten durch Übertragen der GPS-Koordinaten vom mobilen Lesegerät 9 auf den Referenzknoten 6, wobei das mobile Lesegerät 9 ausreichend nahe am Referenzknoten 6 gehalten wird. Die Positionen der Referenzknoten 6 bleiben fix. Falls die Referenzknoten 6 mit GPS ausgestattet sind, entfällt diese Prozedur, da die Referenzknoten 6 dann ihre GPS-Koordinaten selbst bestimmen.
Die Referenzknoten 6 übermitteln ihre Positionen im Netzwerk, so dass jeder Hilfsknoten 6 die kürzeste Hop-Distanz oder ein ähnliches Entfernungsmaß zu den Referenzknoten 6 kennt.
Für die Material-Tags 5 sind zwei Ausprägungen möglich:

a) Die Material-Tags 5 verschicken – ggf. auf Anfrage – Pakete mit ihrer Kennung, führen aber selbst keine Ortung aus.
b) Auch die Material-Tags 5 bestimmen Distanzen (z. B. mittels RSSI-Messungen) zu ihren Nachbarn und schicken diese Informationen an die benachbarten Hilfsknoten 6.

Die Positionsbestimmung der Hilfsknoten 6 kann auf zwei mögliche Arten erfolgen:

(i) Die Kennungen und Distanzen zu Nachbarn und Referenzknoten 6, im Fall b) auch die der Material-Tags 5, werden über die Hilfsknoten 6 an die zentrale Steuereinheit 7 geschickt und dort werden zentral die Positionen bestimmt.
(ii) Die Hilfsknoten 6 tauschen ihre Positionsschätzungen und Distanzmessungen mit ihren lokalen Nachbarn aus und bestimmen die Positionen mittels des beschriebenen iterativen Verfahrens (verteilte Positionsbestimmung). Hierbei erfolgt die Positionsbestimmung ausschließlich im Netzwerk der Hilfsknoten 6.

Da die Referenzknoten 6 fixe GPS-Koordinaten haben, bekommen auch die Hilfsknoten 6 und damit die Material-Tags 5 geschätzte GPS-Koordinaten.
Beim Einlagern bzw. Umlagern von Gegenständen 4 wird vom Benutzer, wenn er den Vorgang beendet hat und die neue Position speichern will, über das mobile Lesegerät 9 eine Positionsbestimmung des entsprechenden Material-Tags 5 angestoßen. Wird dies vergessen, kann es über die zentrale Steuereinheit 7 auch nachträglich angestoßen werden, ohne dass ein Benutzer vor Ort ist.
Ein mobiles Lesegerät 9 wird im Freien vorzugsweise über GPS navigiert. In Räumen kann sich das mobile Lesegerät 9 über benachbarte Hilfsknoten 6 oder auch Material-Tags 5 und die gemessenen Distanzen zu diesen orten und damit auch navigieren.
Die finale Suche nach einem Material-Tag 5 in dessen Nahbereich erfolgt wiederum mittels einer Peilvorrichtung und/oder durch Aussenden optischer und/oder akustischer Signale durch einen Signalgeber des gesuchten Material-Tags 5, wobei der Material-Tag 5 zum Aussenden dieser Signale von dem mobilen Lesegerät 9 oder über einen benachbarten Hilfsknoten 6 getriggert wird.
Gegenüber der ersten Ausführungsform des Netzwerkes verbessert diese Ausführungsform die Ortung der Gegenstände 4. Außerdem können Diebstahl oder unautorisiertes Bewegen von Gegenständen erkannt werden, eine Inventur über das Netzwerk ist möglich, Aufträge können über das Netzwerk erteilt werden und Fehler bei der Ortung von Material-Tags 5 können nachträglich automatisch korrigiert werden.
Gegenüber der ersten Ausführungsform verbrauchen die Hilfsknoten 6 jedoch mehr Energie und benötigen deshalb eine leistungsfähigere Batterie und/oder Mittel zum Energie-Harvesting. Dadurch werden die Hilfsknoten 6 insbesondere teurer als bei der ersten Ausführungsform. Für eine ausreichend gute Ortung müssen außerdem genügend viele Hilfsknoten 6 aufgestellt werden.
In einer dritten Ausführungsform des Netzwerkes haben nicht nur die Hilfsknoten 6, sondern auch die Material-Tags 5 Routingfunktion. Dadurch können die Ortung der Gegenstände 4 und die Kommunikation über das Netzwerk gegenüber der zweiten Ausführungsform weiter verbessert werden. Außerdem werden nicht so viele Hilfsknoten 6 wie bei der zweiten Ausführungsform benötigt, da die Material-Tags 5 deren Aufgaben teilweise übernehmen können. Allerdings werden leistungsfähigere und damit teurere Material-Tags 5 benötigt. Insbesondere verbrauchen die Material-Tags 5 mehr Energie und benötigen daher eine leistungsfähigere Batterie als in der zweiten Ausführungsform.
2 zeigt ein Zustandsdiagramm von vier Betriebszuständen 10 bis 13 eines aktiven Transponders 5, 6.
In einem ersten Betriebszustand 10 ist der aktive Transponder 5, 6 in regelmäßigen ersten Zeitabständen, beispielsweise alle 300 s, für jeweils eine erste Wachzeitdauer, beispielsweise für 3 ms, empfangsbereit und zwischen aufeinander folgenden ersten Wachzeitdauern abgeschaltet.
In einem zweiten Betriebszustand 11 ist der aktive Transponder 5, 6 in regelmäßigen zweiten Zeitabständen, die kleiner als die ersten Zeitabstände sind, z. B. alle 5 s, für jeweils eine zweite Wachzeitdauer, beispielsweise 3 ms, empfangsbereit und zwischen aufeinander folgenden zweiten Wachzeitdauern abgeschaltet. In diesem Betriebszustand kann der aktive Transponder 5, 6 empfangene Pakete auch weiterleiten.
In einem dritten Betriebszustand 12 tauscht der aktive Transponder 5, 6 mit räumlich benachbarten aktiven Transpondern 5, 6 elektromagnetische Signale zur Ermittlung der Positionen der aktiven Transponder 5, 6 aus, ermittelt daraus Distanzen zu den benachbarten aktiven Transpondern 5, 6 und übermittelt die Distanzen entweder über das Netzwerk an die zentrale Steuereinheit 7 oder ermittelt in dem erwähnten iterativen Verfahren zur verteilten Positionsbestimmung seine eigene Position neu.
In einem vierten Betriebszustand 13 sendet der aktive Transponder 5, 6 periodisch, beispielsweise alle 5 s, die ihn kennzeichnende Kennung und die eigene Position aus.
Der erste Betriebszustand 10 und der zweite Betriebszustand 11 werden mittels eines mobilen Lesegerätes 9 aktiviert und deaktiviert. Dazu wird das mobile Lesegerät 9 dem aktiven Transponder 5, 6 bis in die Funkreichweite des mobilen Lesegerätes 9 genähert und der Übergang des aktiven Transponders 5, 6 vom ersten Betriebszustand 10 in den zweiten Betriebszustand 11 oder umgekehrt mittels des mobilen Lesegerätes 9 durch Aussenden eines entsprechenden Aktivierungssignals initiiert.
Der erste Betriebszustand 10 dient zum Energiesparen und zur Verlängerung der Lebensdauer der Batterie des aktiven Transponders 5, 6.
Der zweite Betriebszustand 11 ermöglicht einen Übergang in den dritten Betriebszustand 12 oder den vierten Betriebszustand 13 und dient außerdem dem Weiterleiten von Paketen innerhalb des Netzwerkes durch den aktiven Transponder 5, 6, sofern dieser dazu ausgebildet ist. Auch in diesem Betriebszustand dient das zwischenzeitliche Abschalten des aktiven Transponders 5, 6 dem Energiesparen.
Der dritte Betriebszustand 12 wird aus dem zweiten Betriebszustand 11 zu vorgebbaren Zeiten automatisch aktiviert, oder er wird aus dem zweiten Betriebszustand 11 aktiviert, wenn in der Umgebung des aktiven Transponder 5, 6 eine Veränderung der Positionen aktiver Transponder 5, 6 festgestellt wird. Der dritte Betriebszustand 12 dient der Neubestimmung der Positionen der aktiven Transponder 5, 6. Nach Abschluss der Positionsbestimmung geht der aktive Transponder 5, 6 aus dem dritten Betriebszustand 12 wieder in den zweiten Betriebszustand 11 über.
Der vierte Betriebszustand 13 dient dazu, einem mobilen Lesegerät 9 von dessen Navigationsfunktion benötigte Informationen zu übermitteln. Der aktive Transponder 5, 6 geht vom zweiten Betriebszustand 11 in den vierten Betriebszustand 13 über, wenn in der Nähe des aktiven Transponder 5, 6 ein mobiles Lesegerät 9 detektiert wird. Entfernt sich das mobile Lesegerät 9 weit genug von dem aktiven Transponder 5, 6, so dass es sich außerhalb der Funkreichweite befindet, dann geht der aktive Transponder 5, 6 wieder aus dem vierten Betriebszustand 13 in den zweiten Betriebszustand 11 über.
3 zeigt Anwendungsmodule 14 bis 17 einer Anwendungsebene eines erfindungsgemäßen Ortungssystems für den Fall einer zentralen Positionsbestimmung durch die zentrale Steuereinheit 7. Die Anwendungsmodule 14 bis 17 sind Prozesse, die jeweils auf einer Komponente des Ortungssystems (auf einem aktiven Transponder 5, 6, einem mobilen Lesegerät 9 oder der zentralen Steuereinheit 7) ausgeführt werden.
Ein erstes Anwendungsmodul 14 steuert die Aktivierung und Deaktivierung der aktiven Transponder 5, 6. Dieser Prozess läuft auf den mobilen Lesegeräten 9 und erlaubt einem Benutzer, aktive Transponder 5, 6 mittels eines Aktivierungssignals 18 (On/Off-Signal) zu aktivieren oder deaktivieren. Wird ein aktiver Transponder 5, 6 deaktiviert, dann geht er in den energiesparenden ersten Betriebszustand 10 über. Durch die Aktivierung geht er wieder in den zweiten Betriebszustand 11 über. Die Aktivierung und Deaktivierung bestätigt der aktive Transponder 5, 6 jeweils mit einer entsprechenden Nachricht.
Ein zweites Anwendungsmodul 15 läuft auf jedem aktiven Transponder 5, 6 und verwaltet dort die Daten und Statusinformationen. Dieser Prozess speichert die eigene Kennung und Position des aktiven Transponder 5, 6, sammelt die Daten und Signalstärken empfangener Nachrichtenpakete benachbarter aktiver Transponder 5, 6, sendet erforderlichenfalls Informationen an die zentrale Steuereinheit 7, sendet seine Kennung und Position an ein mobiles Lesegerät 9 in der Nachbarschaft und verwaltet den aktuellen Aktivierungsstatus. Dieses Modul wird auf Netzwerkebene realisiert.
Ein drittes Anwendungsmodul 16 läuft auf der zentralen Steuereinheit 7. Dieser Prozess erhält von den aktiven Transpondern 5, 6 Nachrichten 19 mit der eigenen Kennung, der Kennung der Nachbarn, ermittelten Distanzen zu den Nachbarn und/oder (eventuell gefilterten) Messdaten zu Signalstärken und/oder Laufzeiten empfangener Signale. Diese Nachrichten 19 werden auf Anwendungsebene nicht bestätigt. Aus den Daten dieser Nachrichten 19 werden die Positionen der aktiven Transponder 5, 6 bestimmt und an diese wieder durch Positionsnachrichten 20 verteilt. Der Prozess wird vorzugsweise regelmäßig in vorgebbaren Zeitabständen wiederholt. Substantielle Änderungen von Positionen werden mit Warnmeldungen angezeigt.
Ein viertes Anwendungsmodul 17 läuft auf einem mobilen Lesegerät 9 und dient dessen Ortung und der Navigation mittels des mobilen Lesegerätes 9. Dieser Prozess empfängt von benachbarten aktiven Transpondern 5, 6 Pakete 22 mit deren Kennung und Position; gleichzeitig misst er die Signalstärke der Übertragung dieser Pakete 22. Aus diesen Daten bestimmt er eine aktuelle Position des mobilen Lesegerätes 9. Die Positionen der benachbarten aktiven Transponder 5, 6 werden vorzugsweise gespeichert und später an die zentrale Steuereinheit 7 übertragen, beispielsweise über eine Dockingstation. Die eigene Position kann beispielsweise in Textform auf der Anzeigeeinheit des mobilen Lesegerätes 9 angezeigt werden. Der Prozess generiert auch die Richtungsanzeige zu einem gesuchten Material-Tag 5.
4 zeigt Netzwerkmodule 23 bis 25 einer Netzwerkebene eines erfindungsgemäßen Ortungssystems. Die Netzwerkebene unterteilt sich in ein Funkmodul 23 zur Kommunikation über das Funknetz der aktiven Transponder 5, 6, und Module 24, 25 zur (seriellen) Kommunikation mit den mobilen Lesegeräten 9 oder der zentralen Steuereinheit 7.
Von dem Funkmodul 23 werden insbesondere folgende Kommunikationsabläufe gesteuert:

• Beaconing: es werden regelmäßig so genannte Beacons geschickt. Neben Informationen zum Aufbau des Pfades zur zentralen Steuereinheit 7 enthält ein Beacon Informationen über die eigene Identität und Position eines aktiven Transponders 5, 6. Beacons werden von der zentralen Steuereinheit 7 sowie von Material-Tags 5 und Hilfsknoten 6 gesendet.
• Datensammlung (Collection): die gesammelten Nachbarschaftsdaten (Kennung, Signalstärke) eines aktiven Transponders 5, 6 werden an die zentrale Steuereinheit 7 übertragen.
• Verteilung von Positionsdaten (Distribution): die von der zentralen Steuereinheit 7 ermittelten Positionsdaten werden an alle aktiven Transponder 5, 6 verteilt.
• Konfiguration aktiver Transponder 5, 6 durch ein mobiles Lesegerät 9 (Direct Communication): ein mobiles Lesegerät 9 sendet Konfigurationsdaten zum Setzen oder Lesen einer Kennung oder Aktivieren oder Deaktivieren eines aktiven Transponders 5, 6.

Neben diesen Kommunikationsaufgaben verwaltet das Funkmodul 23 eine Liste mit Nachbarschaftsinformationen. Insbesondere enthält diese Liste Messdaten der Signalstärken (RSSI) von Signalen, die zwischen benachbarten aktiven Transpondern 5, 6 ausgetauscht werden.
Von den Modulen 24, 25 zur seriellen Kommunikation mit den mobilen Lesegeräten 9 oder der zentralen Steuereinheit 7 wird insbesondere die Übertragung folgender Informationen zwischen aktiven Transpondern 5, 6 und der zentralen Steuereinheit 7 oder dem mobilen Lesegerät 9 gesteuert:

• zur zentralen Steuereinheit 7: Nachbarschaftsdaten aktiver Transponder 5, 6
• von der zentralen Steuereinheit 7: ermittelte Positionsdaten aktiver Transponder 5, 6
• zu einem mobilen Lesegerät 9: aktuelle Kennung, Positionen und Signalstärken benachbarter aktiver Transponder 5, 6
• zu einem mobilen Lesegerät 9: eigene Kennung und Position
• von einem mobilen Lesegerät 9: Konfigurationsdaten
• zu einem mobilen Lesegerät 9: Bestätigung bzw. Antwort auf Konfigurationsdaten

Vorzugsweise wird von den Modulen 24, 25 zur seriellen Kommunikation auch die Weitergabe derartiger Informationen an das Funkmodul 23 gesteuert, soweit diese benötigt wird.
5 zeigt ein Blockdiagramm eines Logistiksystems 30 zur Verwaltung eines veränderbaren Warenbestandes. Das Logistiksystem 30 umfasst ein Materialwirtschaftssystem 31 zur Erfassung und Dokumentation eines aktuellen Warenbestandes und des Eingangs und Ausgangs von Waren sowie ein erfindungsgemäßes Ortungssystem mit aktiven Transpondern 5, 6, einer zentralen Steuereinheit 7 und mobilen Lesegeräten 9 gemäß der obigen Beschreibung.
Die zentrale Steuereinheit 7 ist über das Gateway 8 mit dem Netzwerk der aktiven Transponder 5, 6 verbunden. Das Gateway 8 kann die Nachrichtenformate der zentralen Steuereinheit 7 und des Netzwerks interpretieren. Entsprechend können Nachrichten in beide Richtungen empfangen, interpretiert, in das Zielformat kodiert, und verschickt werden. Nachrichten, die ins Netzwerk geschickt werden, werden ”disseminiert”. Das bedeutet, dass entweder alle Teilnehmer oder eine größere Gruppe von Teilnehmern im Funknetz die Nachricht erhalten. Dies ist z. B. sinnvoll, wenn bestimmte globale Konfigurationsparameter (z. B. für die Netzwerkkonfiguration) an alle aktiven Transponder 5, 6 geschickt werden sollen oder wenn die mobilen Lesegeräte 9 Entnahmeaufträge oder Updates des Lagerzustandes erhalten sollen.
Die mobilen Lesegeräte 9 haben die Aufgabe, das Auffinden von Gegenständen 4 sowie Einlagerungs- und Entnahmevorgänge zu unterstützen. Sie können über eine Docking-Station 31.6 mit dem Datenbestand des Materialwirtschaftssystems 31 synchronisiert werden. Dabei werden insbesondere Informationen zur Verknüpfung aktiver Transponder 5, 6 und nicht dargestellter passiver Transponder, mit denen eingehende Waren gekennzeichnet sind, auf die mobilen Lesegeräte 9 übertragen. Zur Durchführung der Kommunikation mit den aktiven Transpondern 5, 6 ist das mobile Lesegerät 9 mit einer ersten Subkomponente ”Aktive Ortung” 9.1 ausgestattet. Das Lesen passiver Tags erfolgt mittels einer zweiten Subkomponente ”Passiver Leser” 9.2. Beide Subkomponenten 9.1 und 9.2 liefern Informationen zur Unterstützung von Einlagerungs- und Entnahmeprozessen. Die Ergebnisse dieser Vorgänge führen im Zuge der Synchronisation über die Docking-Station 31.6 zu einem Update einer Materialdatenbank 31.4 des Materialwirtschaftssystems 31.
Die Zentrale Steuereinheit 7 umfasst eine Netzwerksteuerung 7.1, die Netzwerkdatenbank 7.2 zur Speicherung von Daten für die Steuerung des Netzwerks und eine Netzwerk-Management-Konsole 7.3, über die auf die Netzwerksteuerung 7.1 zugegriffen werden kann. Die Netzwerkdatenbank 7.2 und die Netzwerk-Management-Konsole 7.3 sind jeweils über zugehörige Schnittstellen 7.4 und 7.5 mit der Netzwerksteuerung 7.1 verbunden.
Die Netzwerksteuerung 7.1 bildet das Herz der zentralen Steuereinheit 7. Ihre Aufgabe besteht in der Verwaltung des Netzwerks der aktiven Transponder 5, 6, der Bereitstellung von Schnittstellen für die Wartung des Netzwerks, z. B. vor Ort auf der Baustelle über die Netzwerk-Management-Konsole 7.3 oder via Fernzugriff über eine webbasierte Netzwerk-Management-Schnittstelle, und der Bereitstellung von Schnittstellen 32.1 bis 32.3 für das Materialwirtschaftsystem. Die Netzwerksteuerung 7.1 ist die einzige Komponente der zentralen Steuereinheit 7, die über das Gateway 8 eine Verbindung zum Netzwerk der aktiven Transponder 5, 6 hat. Dadurch kann die Netzwerksteuerung 7.1 die Einspeisung von Nachrichten (z. B. Entnahmeaufträge oder Updates für die mobilen Lesegeräte 9) ins Netzwerk steuern und ggf. auch begrenzen. Aus dem Netzwerk eingehende Nachrichten werden analysiert und Informationen, die für Betrieb und Verwaltung des Netzwerks relevant sind, werden in der Netzwerkdatenbank 7.2 gespeichert und über die Netzwerk-Management-Konsole 7.3 in verständlicher Form präsentiert.
Die Netzwerkdatenbank 7.2 speichert alle Informationen, die für Betrieb und Verwaltung des Netzwerks relevant sind. Dazu zählen Informationen über die Topologie des Netzwerks, zu Identität und Betriebszuständen der aktiven Transponder 5, 6 im Netzwerk, zu Störungen im Funkverkehr sowie Positionsdaten der aktiven Transponder 5, 6 und der mobilen Lesegeräte 9.
Die Netzwerk-Management-Konsole 7.3 ermöglicht es, in Interaktion mit der Netzwerksteuerung 7.1 zu treten. Hauptzweck der Netzwerk-Management-Konsole 7.3 ist die Unterstützung von Benutzern, die keine Netzwerkexperten sind, z. B. bei notwendigen Wartungsarbeiten am Netzwerk. Insbesondere bietet sie eine verständliche Darstellung relevanter Informationen aus der Netzwerkdatenbank 7.2 sowie die Anzeige von kritischen Ereignissen wie Ausfällen aktiver Transponder 5, 6, schlechter Energieversorgung, und Störungen im Funkverkehr. Neben einer lokal innerhalb des Ortungsgebietes 1 vorhandenen Netzwerk-Management-Konsole 7.3 kann auch ein Fernzugriff über ein Web-Interface vorgesehen sein.
Die zentrale Steuereinheit 7 dient neben der Konfiguration und Verwaltung des Netzwerks auch zu dessen Ankopplung an das Materialwirtschaftssystem 31. Für die Ausgestaltung dieser Ankopplung ist das Materialwirtschaftssystem 31 über die Schnittstellen 32.1 bis 32.3 mit der Netzwerksteuerung 7.1 verbunden. Diese Schnittstellen 32.1 bis 32.3 sind:

• eine Management-Schnittstelle 32.1, die die Überprüfung des Betriebszustandes des Netzwerks sowie die Identifikation kritischer Zustände des Netzwerks oder einzelner aktiver Transponder 5, 6 ermöglicht. Erforderlichenfalls können Parameter des Netzwerks über die Management-Schnittstelle 32.1 konfiguriert werden. Über einen Callback-Mechanismus können Informationen über kritische Ereignisse zeitnah an das Materialwirtschaftsystem 31 übermittelt werden.
• Eine Ortungsschnittstelle 32.2, über die das Materialwirtschaftssystem 31 die aktuellen Positionen der aktiven Transponder 5, 6 erfragen kann. Über einen Callback-Mechanismus können Informationen über Positionsänderungen von Material-Tags 5 zeitnah an das Materialwirtschaftsystem 31 übermittelt werden.
• Eine Auftragsschnittstelle 32.3, mittels derer Informationen über Entnahmeaufträge oder Updates des Lagerbestandes über das Netzwerk an mobile Lesegeräte 9 im Ortungsgebiet 1 gesendet werden können. Da die Verteilung von Nachrichten über das gesamte Netzwerk jedoch mit einem erhöhten Energieverbrauch einhergeht, wird eine derartige Nachrichtenverteilung vorzugsweise nur in begrenztem Maße eingesetzt.

In alternativen Ausführungen des Logistiksystems 30 sind statt aller drei Schnittstellen 32.1 bis 32.3 nur die Management-Schnittstelle 32.1 oder nur die Management-Schnittstelle 32.1 und die Ortungsschnittstelle 32.2 vorgesehen.
Das Materialwirtschaftssystem 31 umfasst eine Materialverwaltung 31.1, eine Materialausgabe 31.2, eine Material- oder Warenannahme 31.3, die Materialdatenbank 31.4, einen Ereignismonitor 31.5 sowie die Docking-Station 31.6. Dabei sind Materialausgabe 31.2, Materialannahme 31.3, Materialdatenbank 31.4, Ereignismonitor 31.5 und Docking-Station 31.6 jeweils über eine entsprechende Schnittstellen 31.7 bis 31.11 mit der Materialverwaltung 31.1 verbunden, welche wiederum über die Schnittstellen 32.1 bis 32.3 mit der Netzwerksteuerung 7.1 der zentralen Steuereinheit 7 verbunden ist.
Die Materialannahme 31.3 umfasst verschiedene Mechanismen, die es erlauben, gelieferte Ware anzunehmen und im Materialwirtschaftssystem 31 zu registrieren. Die Daten der ankommenden Ware werden eingegeben (z. B. über ein RFID-Lesegerät) und interpretiert. Aus dieser Information wird ein Datensatz generiert, der in der Materialdatenbank 31.4 gespeichert wird. Falls eine Ware mit einem Material-Tag 5 versehen werden soll, wird das hier bewerkstelligt; die Daten des betreffenden Material-Tags 5 werden ebenfalls hier in das System eingegeben.
Die Materialausgabe 31.2 dient der Erstellung von Aufträgen zur Entnahme von Material an die Benutzer (z. B. Lageristen). Dabei kann vorgesehen sein, Aufträge über das Netzwerk an die mobilen Lesegeräte 9 im Ortungsgebiet 1 zu übermitteln. Alternativ können Aufträge entweder mündlich erteilt oder im Zuge der Synchronisation der mobilen Lesegeräten 9 mit der Materialdatenbank 31.4 überspielt werden.
In der Materialdatenbank 31.4 werden alle Daten gespeichert und bereit gestellt, die für den Betrieb des Materiallagers relevant sind. Neben materialbezogenen Informationen werden in der Materialdatenbank 31.4 auch Informationen zu Identitäten und Positionen von aktiven und passiven Transpondern, der Zuordnung von passiven zu aktiven Transpondern sowie der Zuordnung von Transpondern zu gelagertem Material gespeichert.
Diese Informationen werden über die Materialannahme 31.3 und Materialausgabe 31.2, die Synchronisation mit den mobilen Lesegeräten 9 sowie über die zentrale Steuereinheit 7 erzeugt oder aktualisiert.
Der Ereignismonitor 31.5 empfängt Ereignisse (wie zum Beispiel Meldungen über nicht-autorisierte Bewegungen von Gegenständen 4 im Ortungsgebiet 1) und stellt sie dar (beispielsweise visualisiert), so dass Benutzer über den Zustand des Systems informiert werden. Der Ereignismonitor 31.5 kann das System nicht steuern, er bearbeitet lediglich Ereignismeldungen.
Die Materialverwaltung 31.1 umfasst alle Verfahren und Mechanismen für den Abgleich von Informationen in der Materialdatenbank 31.4 mit Informationen, die von der Materialannahme 31.3, Materialausgabe 31.2, den mobilen Lesegeräten 9 oder der zentralen Steuereinheit 7 geliefert werden. Dazu gehören auch Plausibilitätschecks und Konsistenzanalysen. Beispielsweise werden hier eingehende Meldungen hinsichtlich unautorisierter Bewegungen von Gegenständen 4 von einer Diebstahlserkennung analysiert, um zwischen unautorisiertem Umräumen innerhalb des Ortungsgebietes 1 und einer unbeauftragten Entnahme (z. B. einem Diebstahl) unterscheiden und dann über den Ereignismonitor 31.5 eine entsprechende Meldung liefern zu können.
Über die Docking-Station 31.6 wird der Datenbestand mobiler Lesegeräte 9 aktualisiert. Sie kann in verschiedener Weise realisiert sein, beispielsweise als ein Gerät, an dem die mobilen Lesegeräte 9 ”eingedockt” werden, oder als eine Hardwarekomponente, die über ein Funkprotokoll, z. B. Wireless LAN bzw. RFID Transponder, mit den mobilen Lesegeräten 9 kommuniziert. Eine Wireless LAN basierte Realisierung kann sich auf ein räumliches Gebiet konzentrieren, im dem sich die Benutzer im Zuge ihrer Tätigkeit, z. B. zur Materialannahme oder Auftragsvergabe, regelmäßig einfinden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Positionen von Gegenständen (4) innerhalb eines Ortungsgebietes (1) mittels aktiver Transponder (5, 6), wobei ermittelte Positionen der aktiven Transponder (5, 6) von einer zentralen Steuereinheit (7) gespeichert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Transponder (5, 6) ausgebildet sind, durch Senden und Empfangen elektromagnetischer Signale miteinander zu kommunizieren, und ein Netzwerk bilden, wobei – erste aktive Transponder (5) jeweils an einem der Gegenstände (4) angebracht werden und – zweite aktive Transponder (6) über das Ortungsgebiet verteilt angeordnet werden, – Positionen aktiver Transponder (5, 6) relativ zueinander aus Messdaten zwischen den aktiven Transpondern (5, 6) ausgetauschter elektromagnetischer Signale bestimmt werden, – von jedem aktiven Transponder (5, 6) eine für ihn ermittelte Position und eine ihn eindeutig kennzeichnende Kennung gespeichert wird, – und Positionen aktiver Transponder (5, 6) von den aktiven Transpondern (5, 6) selbst in einem iterativen Verfahren aus den Messdaten bestimmt werden, wobei Anfangswerte von Positionsdaten aktiver Transponder (5, 6) geschätzt oder vorgegeben werden und in mehreren Iterationsschritten die aktiven Transponder (5, 6) ihre jeweiligen Positionsdaten und aus den Messdaten ermittelte Distanzen zu benachbarten aktiven Transpondern (5, 6) an diese übermitteln und die eigenen Positionsdaten anhand der eigenen Positionsdaten und der ihnen von anderen aktiven Transpondern (5, 6) übermittelten Daten iterativ verbessern.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von aktiven Transpondern (5, 6) als Messdaten Signalstärken und/oder Empfangsrichtungen empfangener elektromagnetischer Signale und/oder Signallaufzeiten zwischen aktiven Transpondern (5, 6) erfasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zentralen Steuereinheit (7) von den aktiven Transpondern (5, 6) aufgenommene Messdaten und/oder daraus ermittelte Distanzen zu benachbarten aktiven Transpondern (5, 6) übermittelt, von der zentralen Steuereinheit (7) aus den ihr übermittelten Daten Positionen aktiver Transponder (5, 6) relativ zueinander bestimmt und den aktiven Transpondern (5, 6) die für sie jeweils ermittelten Positionen übermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Position wenigstens eines zweiten aktiven Transponders (6) mittels eines Navigationssatellitensystems ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweiter aktiver Transponder (6) mit Mitteln zum Energy Harvesting versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels aktiver Transponder (5, 6) Nachrichten innerhalb des drahtlosen Netzwerkes durch ein Routingverfahren weitergeleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (7) über ein Gateway (8) an das drahtlose Netzwerk der aktiven Transponder (5, 6) angeschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder aktive Transponder (5, 6) in drei Betriebszuständen betrieben werden kann, wobei er – in einem ersten Betriebszustand in regelmäßigen ersten Zeitabständen für jeweils eine erste Wachzeitdauer empfangsbereit und zwischen aufeinander folgenden ersten Wachzeitdauern abgeschaltet ist, – in einem zweiten Betriebszustand in regelmäßigen zweiten Zeitabständen, die kleiner als die ersten Zeitabstände sind, für jeweils eine zweite Wachzeitdauer empfangsbereit und zwischen aufeinander folgenden zweiten Wachzeitdauern abgeschaltet ist, – in diesem zweiten Betriebszustand empfangene Pakete weiterleitet, sofern der Transponder (5, 6) dazu aufgerüstet ist, – in einem dritten Betriebszustand elektromagnetische Signale zur Erfassung von Messdaten zur Positionsbestimmung aktiver Transponder (5, 6) sendet und/oder empfängt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Betriebszustand mittels eines mobilen Lesegerätes (9), das eine Funkschnittstelle zur Kommunikation mit den aktiven Transpondern (5, 6) über elektromagnetische Signale aufweist, aktivierbar und deaktivierbar sind.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Betriebszustand zu vorgebbaren Zeiten automatisch aktiviert wird, und/oder dass der dritte Betriebszustand aktiviert wird, wenn in der Umgebung des aktiven Transponders (5, 6) eine Veränderung der Positionen aktiver Transponder (5, 6) festgestellt wird.
Verfahren zum Auffinden eines von mehreren Gegenständen (4), deren Positionen mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 bestimmt worden sind, mittels eines mobilen Lesegerätes (9) mit einer Funkschnittstelle zur Kommunikation mit den aktiven Transpondern (5, 6) mittels elektromagnetischer Signale und mit einer Anzeigeeinheit, – wobei von dem mobilen Lesegerät (9) seine eigene Position aus Ortungssignalen ermittelt wird, die von benachbarten aktiven Transpondern (5, 6) gesendet werden, – dem mobilen Lesegerät (9) die Position des an dem gesuchten Gegenstand (4) angebrachten ersten aktiven Transponders (5) übermittelt wird, und – von dem mobilen Lesegerät (9) aus seiner eigenen Position und der Position des an dem gesuchten Gegenstand (4) angebrachten ersten aktiven Transponders (5) eine Richtung zu dem gesuchten Gegenstand (4) ermittelt und auf seiner Anzeigeeinheit angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem aktiven Transponder (5, 6) gesendeten Ortungssignale die Kennung und die Position des Transponders (5, 6) umfassen.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Lesegerät (9) mit der zentralen Steuereinheit (7) verbunden wird, um ihm die Position des an dem gesuchten Gegenstand (4) angebrachten ersten aktiven Transponders (5) zu übermitteln.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Lesegerät (9) über eine Dockingstation mit der zentralen Steuereinheit (7) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Darstellung der zu dem gesuchten Gegenstand (4) weisenden Richtung ein elektronischer Kompass des mobilen Lesegerätes (9) verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Peilvorrichtung des mobilen Lesegerätes (9) der an dem gesuchten Gegenstand (4) angebrachte erste aktive Transponder (5) gepeilt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass von dem mobilen Lesegerät (9) elektromagnetische Signale zur Aktivierung des Aussendens optischer und/oder akustischer Signale durch einen Signalgeber des an dem gesuchten Gegenstand (4) angebrachten ersten aktiven Transponders (5) ausgesendet werden.
Ortungssystem zur Bestimmung der Positionen von Gegenständen (4) gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 innerhalb eines Ortungsgebietes (1) und zum Auffinden eines der Gegenstände (4), umfassend aktive Transponder (5, 6), ein mobiles Lesegerät (9) mit einer Funkschnittstelle zur Kommunikation mit den aktiven Transpondern (5, 6) mittels elektromagnetischer Signale und eine zentrale Steuereinheit (7), von der ermittelte Positionen der Gegenstände (4) speicherbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Transponder (5, 6) ausgebildet sind, durch Senden und Empfangen elektromagnetischer Signale miteinander zu kommunizieren, und ein drahtloses Netzwerk bilden, wobei erste aktive Transponder (5) jeweils an einem der Gegenstände (4) angebracht sind und zweite aktive Transponder (6) über das Ortungsgebiet (1) verteilt angeordnet sind.
Ortungssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweiter aktiver Transponder (6) eine Empfangseinheit zum Empfang von Signalen eines Navigationssatellitensystems aufweist.
Ortungssystem nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweiter aktiver Transponder (6) ein Mittel zum Energy Harvesting aufweist.
Ortungssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein aktiver Transponder (5, 6) mit einer Routingfunktion zur Weiterleitung von Nachrichten innerhalb des drahtlosen Netzwerkes versehen ist.
Ortungssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (7) über ein Gateway (8) an das drahtlose Netzwerk der aktiven Transponder (5, 6) angeschlossen ist.
Ortungssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass jeder aktive Transponder (5, 6) vier Betriebszustände aufweist, wobei er – in einem ersten Betriebszustand in regelmäßigen ersten Zeitabständen für jeweils eine erste Wachzeitdauer empfangsbereit und zwischen aufeinander folgenden ersten Wachzeitdauern abgeschaltet ist, – in einem zweiten Betriebszustand in regelmäßigen zweiten Zeitabständen, die kleiner als die ersten Zeitabstände sind, für jeweils eine zweite Wachzeitdauer empfangsbereit und zwischen aufeinander folgenden zweiten Wachzeitdauern abgeschaltet ist, – in diesem zweiten Betriebszustand empfangene Pakete weiterleitet, sofern der Transponder (5, 6) dazu aufgerüstet ist, – in einem dritten Betriebszustand mit räumlich benachbarten aktiven Transpondern (5, 6) elektromagnetische Signale zur Ermittlung der Positionen der aktiven Transponder (5, 6) austauscht, – in einem vierten Betriebszustand periodisch eine ihn kennzeichnende Kennung und die eigene Position aussendet.
Ortungssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Lesegerät (9) eine Empfangseinheit zum Empfang von Signalen eines Navigationssatellitensystems aufweist.
Ortungssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Lesegerät (9) mit der zentralen Steuereinheit (7) verbindbar ist.
Ortungssystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Lesegerät (9) über eine Dockingstation mit der zentralen Steuereinheit (7) verbindbar ist.
Ortungssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Lesegerät (9) eine Anzeigeeinheit und einen elektronischen Kompass aufweist.
Ortungssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Lesegerät (9) eine Peilvorrichtung zum Peilen von ersten aktiven Transpondern (5) aufweist.
Ortungssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Lesegerät (9) zum Lesen und Beschreiben passiver Transponder ausgebildet ist.
Ortungssystem einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das mobile Lesegerät (9) und/oder wenigstens ein aktiver Transponder (5, 6) Mittel zur Bestimmung einer Signalstärke elektromagnetischer Signale, die von einem aktiven Transponder (5, 6) ausgesendet werden, und/oder einer Signallaufzeit von elektromagnetischen Signalen zu einem benachbarten aktiven Transponder (5, 6) und/oder einer Richtung, aus der von einem aktiven Transponder (5, 6) ausgesendete elektromagnetische Signale empfangen werden, aufweist.
Ortungssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der ersten aktiven Transponder (5) einen Signalgeber zur Ausgabe optischer und/oder akustischer Signale aufweist, wobei die Ausgabe der optischen und/oder akustischen Signale durch von dem mobilen Lesegerät (9) ausgesendete elektromagnetische Signale aktivierbar ist.
Logistiksystem (30) zur Verwaltung eines veränderbaren Warenbestandes, umfassend ein Materialwirtschaftssystem (31) zur Erfassung und Dokumentation eines aktuellen Warenbestandes und des Eingangs und Ausgangs von Waren sowie ein Ortungssystem gemäß einem der Ansprüche 18 bis 31, wobei das Materialwirtschaftssystem (31) über wenigstens eine Schnittstelle (32.1 bis 32.3) mit der zentralen Steuereinheit (7) des Ortungssystems verbunden ist.