DE19627736A1 - Verfahren zur Lokalisierung und/oder Verfolgung von mobilen Objekten und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lokalisierung und/oder Verfolgung von mobilen Objekten, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Anordnung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 7.

Aus der DIN ISO 10 374-Norm (Mai 1992) ist ein System zur automatischen Identifizierung von Containern bekannt, bei dem an den zu identifizierenden Containern jeweils ein Transponder angebracht ist, in dessen Speicher den jewei­ ligen Container kennzeichnende Daten per Funk abrufbar abgespeichert sind. Ferner sind in dem System Funk-Sende/Empfangsgeräte (auch "Funk-Lese/Schreibgeräte" bzw. "Funk-Lese/Schreibstationen" genannt) vorgesehen. Wird nun ein Container in das Funkfeld einer solchen Funk-Lese/Schreib­ station gebracht, aktiviert die Funk-Lese/Scheibstation den zugehörigen Transponder und liest die in ihm gespeicherten und den Container kennzeichnenden Daten aus und verarbeitet sie weiter.

Nachteilig bei diesem System wirkt sich aus, daß keine Da­ ten von der Funk-Lese/Schreibstation in den Speicher des Transponders "eingeschrieben" (d. h. übertragen und dort abgespeichert) werden können.

Dies erschwert die Verfolgung des Objekts z. B. auf dem Be­ triebsgelände des Container-Umschlagplatzes, da die Infor­ mationen z. B. über Ort und Zeit der einzelnen Funkkontakte mit dem Transponder nicht im Transponder selbst abgelegt und beim nächsten Funkkontakt wieder ausgelesen werden können, sondern mit entsprechend hohem Datenverwaltungs- und -verarbeitungsaufwand in einer Zentrale gespeichert und verwaltet werden müssen, die an die einzelnen Funk-Lese/Schreibstationen angeschlossen ist.

Ferner ist dieses System nicht multiidentfähig, d. h. es ist nicht möglich, eine Gruppe von Transpondern (z. B. einer Stückgutladung auf einem LKW) gleichzeitig zu aktivieren und zu identifizieren.

Bekannt ist ferner das "Asset Tracking RFID"-System "Seal­ tag" der US-Streitkräfte, das die Multiidentfähigkeit da­ durch gewinnt, daß die Sendesignale der Funk-Lese/Schreib­ station rundum abgestrahlt werden und dadurch alle im wirk­ samen Funkfeld der Funk-Lese/Schreibstation befindlichen Transponder aktiviert werden und in ihren Speichern ge­ speicherte Kenndaten über das ihnen jeweils zugeordnete mobile Objekt aussenden. Da bei diesem System die Aktivie­ rung und Kommunikation auf derselben Betriebsfrequenz er­ folgt, ist eine Verfolgung ausgewählter mobiler Objekte in der Regel nicht möglich, da bei einem Funkkontakt mit den Transpondern der ausgewählten Objekte gegebenenfalls auch die Transponder von anderen in der Nähe befindlichen mobi­ len Objekten aktiviert werden und die in ihnen gespeicher­ ten Daten aussenden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht zum einen darin, ein funkbasiertes Verfahren anzugeben, das mit Hilfe von Trans­ pondern und Funk-Lese/Schreibstationen eine sichere Loka­ lisierung und lückenlose Verfolgung von mobilen Objekten gestattet, die aus einer größeren Menge solcher Objekte ausgewählt worden sind, und zum anderen darin, eine Anord­ nung zur Durchführung des anzugebenden Verfahrens zu schaf­ fen, die möglichst einfach im Aufbau ist.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist in bezug zu den anzugebenden Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 und in bezug auf die zu schaffende Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan­ spruchs 7 wiedergegeben.

Die übrigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Wei­ terbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens (Ansprüche 2 bis 6) sowie der erfindungsgemäßen Anordnung (Ansprüche 8 bis 16) und bevorzugte Anwendungen der Erfindung (Anspruch 17).

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß nunmehr eine EDV-kompatible, automatische und melde­ punktgestützte Verfolgung von mobilen Objekten möglich ist, die aus einer größeren Menge solcher Objekte ausgewählt worden sind. Beispiele hierfür sind die Identifizierung und/oder Verfolgung von:

• - Ladeeinheiten und Transportfahrzeugen an Torein- und Torausfahrten von Fabriken, Distributionszentren und Terminals (Funk-Lese/Schreibstationen stationär am je­ weiligen Tor angebracht),
• - intermodalen Ladeeinheiten (Container, Wechselaufbau­ ten) und Umschlaggeräten beim Umschlag in Ladehöfen und Terminals (Funk-Lese/Schreibstationen auf dem jeweili­ gen Umschlaggerät angebracht),
• - Gitterboxen zum Einschleusen von Zulieferteilen in die Bandfertigung z. B. der Automobilindustrie (Funk-Lese/Schreibstationen auf dem jeweiligen Umschlaggerät ange­ bracht).

Damit ist es z. B. möglich:

• - bei einer Tordurchfahrt sowohl die Transponder (häufig auch RFID-Tag genannt (RFID = Radio Frequency IDenti­ fication)) an Motorwagen und Anhänger eines LKW-Gespan­ nes, als auch die Transponder an den geladenen Contai­ nern oder Wechselaufbauten selektiv und sequentiell zu wecken und beim Weckvorgang in jedem der betroffenen Transponder eine Information zu Ort, Zeitpunkt und Be­ triebsmodus der Durchfahrt abzuspeichern. Per EDV las­ sen sich daraus Daten für Ladeeinheiten- und Flotten­ management gewinnen,
• - einzelne Ladeeinheiten wie Container und Wechselaufbau­ ten und in Bündeln einer bestimmten Geometrie zusammen­ gefaßte Ladeeinheiten wie Gitterboxen selektiv anzu­ sprechen,
• - Container, die nur mit einem einzigen Transponder aus­ gestattet sind, aus kurzer Distanz gleichermaßen gut von oben und von der Seite anzusprechen und
• - Gitterboxen innerhalb eines Bündels vorgegebener Geo­ metrie unabhängig von ihrer horizontalen Orientierung anzusprechen.

Die Erfindung ermöglicht eine Absenkung sowohl der Kapital­ bindung wie auch der Betriebskosten durch Optimierung des

• - Einsatzes von Ladeeinheiten und Transportfahrzeugen (Flottenmanagement) und
• - Güterflusses in der Transportkette.

Durch die Einführung von Systemen dieser Art profitieren gleichermaßen vor allem die Transportwirtschaft wie auch die Konsumgüter- und Automobilindustrie.

Wesentliche Merkmale erfindungsgemäßer Systeme sind deren Multiidentfähigkeit und deren Fähigkeit, Daten nicht nur aus den Transponderspeichern auslesen, sondern auch in die Speicher einschreiben zu können, sowie der Fakt, daß die Aktivierung der Transponder ("Wecken") auf einer anderen Frequenz erfolgt als die anschließende Kommunikation ("Le­ sen/Schreiben") mit den aktivierten Transpondern.

Weitere Aspekte bevorzugter Aus- und Weiterbildungen sol­ cher erfindungsgemäßen Systeme und die damit verbundenen Vorteile sind im folgenden erläutert:

• a) Räumliche Trennung der Weckantennen des Wecksenders von der Antenne des eigentlichen Funk-Lese/Schreibgeräts:
  Die Antenne des Wecksenders wird räumlich von der An­ tenne des eigentlichen Funk-Lese/Schreibgeräts ge­ trennt. Damit ist es möglich:
• - mehr als eine Antenne pro Wecksender zu verwenden. In den Greifzangen von Umschlaggeräten für Contai­ ner z. B. werden zwei Weckantennen benötigt, um un­ abhängig von der geometrischen Orientierung der Greifzange beim Aufnehmen eines Containers die Transponder-Empfangsantenne anzusprechen, die sich z. B. an der Oberkante der Containerrückwand befin­ det,
• - die Weckantenne nahe an die Transponder-Empfangsan­ tenne heranzubringen, um damit im Verbund mit einer gebündelten Abstrahlcharakteristik der Weckantenne sicherzustellen, daß das Wecken wirklich selektiv erfolgt und
• - die Kommunikationsantenne der Funk-Schreib-/Lese­ station so anzubringen, daß eine Rundumabstrahlung und eine Datenkommunikation auf eine Distanz von z. B. bis zu 100 m verwirklicht werden können.
• b) Modulation des Wecksignals mit Orts-, Zeit und Be­ triebs-Modussignal:
  Dem Signal, das von der Weckantenne abgestrahlt wird, werden folgende drei Informationen aufmoduliert:
• - eine konstante Information, die Auskunft über Be­ zeichnung oder Standort der Weckinstallation gibt (z. B. "Tor E-Ausfahrt"),
• - eine variable Information über das Datum und die Zeit (kann beispielsweise durch eine Funk-Uhr bereitgestellt werden),
• - eine konstante Information zum Betriebsmodus an der Weckinstallation (nur bestimmte Transponder werden aktiviert ("geweckt"), nur bestimmte Informationen werden ausgelesen oder ein Paßwort wird übergeben).

Im Datenspeicher von frisch aufgeweckten Transpondern wird in einer bevorzugten Ausführungsform jeweils die erste verwertbare Informationskombination abgespei­ chert, die über eine längere (anwendungsabhängige) Zeitdauer unverändert bleibt. Diese kann nach dem näch­ sten Weckvorgang wieder überschrieben werden.

Durch die Auswertung der Orts- und Zeitangaben in Ver­ bindung mit den die mobilen Objekte kennzeichnenden Identnummern der Transponder läßt sich so z. B. ein ge­ naues Bild erstellen, welches LKW-Gespann mit welchen Containern zu welcher Zeit ein Fabrikgelände verlassen hat.

• c) Räumliches Abschirmen von Wecksignalen:
  Durch Abschirmmaßnahmen in der unmittelbaren Umgebung der Weckantenne wird darauf hingewirkt, daß Wecksignale weder direkt noch durch Reflexionen andere Transponder als diejenigen aktivieren, deren Antennen definiert aus nächster Nähe angestrahlt werden.

Dies kommt zum Tragen:

• - an Torein- und Torausfahrten, die z. B. von mit Con­ tainern beladenen LKW-Gespannen passiert werden. Die Abschirmung kann z. B. darin bestehen, daß an beiden Seiten einer Toreinfahrt (bzw. Torausfahrt) und parallel zu ihr in Höhe und gegenüber der Weck­ antenne Preßspanplatten mit einer stark dämpfenden Oberflächenstruktur angebracht werden, so daß weder direkte noch reflektierte Abstrahlungen der Weckan­ tennen diesen Bereich mit einer Feldstärke verlas­ sen, die zum unbeabsichtigten Ansprechen von Trans­ pondern von benachbarten LKW und Ladeeinheiten führt und
• - im Bereich von Ladezonen beim Umschlag von einzel­ nen oder zu Bündeln einer bestimmten Geometrie zu­ sammengefaßten Gitterboxen durch Gabelstapler. Nach der Übernahme eines Gitterboxenbündels von der La­ defläche eines Lieferfahrzeugs wollen die Fahrer von Gabelstaplern wissen, welche Gitterboxen sie auf ihrer Gabel haben, d. h. sie wollen von ihrem Stapler aus nur die Gitterboxen ansprechen, die sie auf ihre Gabel genommen haben. Dies kann z. B. durch den Einsatz eines festen oder mobilen "Wecktunnels" sichergestellt werden, den der Staplerfahrer nach Aufnahme der Last durchfährt. Diese Vorrichtung vereinigt in sich Weckelektronik und Abschirmung und ist innen nach Geometrie und Oberflächenbe­ schaffenheit so gestaltet, daß aus ihr während des Weckvorgangs keine nennenswerte Strahlung nach draußen austritt, die andere Transponder an Gitter­ boxen in der unmittelbaren Nachbarschaft aktivieren würde.
• d) Trennung der Transponder-Antennen vom Transponderge­ häuse:
  Die Antennen werden nicht mehr innerhalb des Transpon­ ders angebracht oder als Teil des Gehäuses gebildet, sondern als separate Teile hergestellt und über Lei­ tungen mit dem Transpondergehäuse verbunden. Dadurch wird es möglich:
• - das Transpondergehäuse robuster zu gestalten und dem Einbauort anzupassen,
• - für den eigentlichen Transponder einen geschützten Einbauort zu wählen und damit die Wahrscheinlich­ keit einer Beschädigung durch Vandalismus oder durch Unachtsamkeit beim Umschlag einer Ladeeinheit zu reduzieren,
• - mehr Raum im Transponder für Batterien vorzusehen,
• - einen Transponder mit mehreren abgesetzten Antennen zu verbinden, die an unterschiedlichen Stellen eines Fahrzeugs oder einer Ladeeinheit montiert sind,
• - die Antennen der Transponder dort an Containern und Wechselaufbauten zu installieren, wo sie den ge­ ringsten Abstand zu den Weckantennen haben, die z. B. an Greifzangen der Umschlagsgeräte und an Tor­ ein- und Torausfahrten angebracht sind und
• - Gitterboxen an mehreren Seiten oder Kanten so mit Antennen auszustatten, daß sie einzeln auch dann noch mit Sicherheit durch ein Funk-Lese/Schreibge­ rät angesprochen werden können, wenn z. B. bis zu vier von ihnen in der horizontalen Ebene geome­ trisch so zu einem Bündel zusammengefaßt werden, daß pro Gitterbox nur noch zwei benachbarte Seiten für die Anstrahlung von außerhalb durch eine Anten­ ne zur Verfügung stehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert: Es zeigen

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsge­ mäßen Transponders mit separaten Empfangsantennen für die Wecksignale und einer Kommunikationsantenne

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsge­ mäßen Wecktunnels in der Draufsicht

Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Anordnung mit Weckantenne, Kommunikationsan­ tenne einer Funk-Lese/Schreibstation und einem mo­ bilen Objekt mit Transponder.

Der Transponder in Fig. 1 besteht aus einem Transponderge­ häuse 4, in dem die eigentliche Transponderschaltung und der Transponderspeicher untergebracht sind, sowie aus einer Kommunikationsantenne 41 und zwei Empfangsantennen 42, 43. Die Empfangsantennen 42, 43 sind für den Empfang der Wecksi­ gnale eines (nicht gezeigten) Wecksenders vorgesehen, mit denen der Transponder aktiviert wird. Die Kommunikations­ antenne 41 ist für den Datenaustausch mit einem (nicht ge­ zeigten) Funk-Lese/Schreibgerät vorgesehen, sofern der Transponder 4 zuvor durch über die Empfangsantennen 42, 43 empfangene Wecksignale eines Wecksenders aktiviert worden ist. Die Antennen 41-43 sind über Drahtverbindungen an den Transponder 4 angeschlossen.

Der Wecktunnel in Fig. 2 zeigt zwei in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnete Wände aus HF-absorbierendem Material. In beiden (oder alternativ nur in einer von bei­ den) Wänden ist eine Weckantenne 3 des Wecksenders instal­ liert. Die Weckantenne 3 strahlt die Wecksignale in Rich­ tung der jeweils gegenüberliegenden Wand. Dort wird die Strahlung zum überwiegenden Teil absorbiert, so daß ein wirksames Funkfeld nur im Raum zwischen den beiden Wänden entsteht. Fährt nun - wie in der Fig. 2 gezeigt - ein Gabelstapler 7 mit einem Container 1 in dieses Funkfeld, so wird der an dem Container 1 befestigte (und in der Figur nicht gezeigte) Transponder durch die Wecksignale des Weck­ senders aktiviert. Ferner werden vom Wecksender Informatio­ nen über den Standort bzw. den Wecksender sowie über Datum und Weckzeit und den Betriebsmodus in den Speicher des ak­ tivierten Transponders geschrieben (d. h. übertragen und dort abgespeichert).

In Fig. 3 ist das Gesamtszenario gezeigt.

Zunächst wird der Transponder 4, der an dem Container 1 be­ festigt ist, durch Wecksignale 2 aktiviert, die von der Weckantenne 3 ausgesendet werden. Anschließend findet ein Datenaustausch 5 zwischen Transponder 4 und dem (nicht ge­ zeigten) Funk-Lese/Schreibgerät über dessen Kommunikations­ antenne 6 statt. Die Kommunikationsantenne 6 des Funk-Lese/Schreibgeräts hat eine Rundum-Strahlcharakteristik. Weck­ signal 2 einerseits und Datenaustausch 5 andererseits er­ folgen auf unterschiedlichen Frequenzen.

Es versteht sich von selbst, daß die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, son­ dern vielmehr auch auf weitere übertragbar ist.

So ist es z. B. möglich, den Abstand der beiden Seitenwände des Wecktunnels in Fig. 2 variabel zu gestalten, um den Tunnel an mobile Objekte mit unterschiedlichen räumlichen Abmessungen anpassen zu können (d. h. bei kleineren Objekten rücken die beiden Wände enger zusammen und bei größeren Ob­ jekten weiter auseinander).

Claims (17)

1. Verfahren zur Lokalisierung und/oder Verfolgung von mo­ bilen Objekten, die aus einer größeren Menge von mobilen Objekten ausgewählt worden sind, wobei an den einzelnen mo­ bilen Objekten jeweils ein oder mehrere Transponder ange­ bracht sind, in deren Speicher das jeweilige mobile Objekt kennzeichnende erste Daten per Funk abrufbar abgespeichert sind, und wobei ein oder mehrere Funk-Lese/Schreibstatio­ nen vorhanden sind, die mit den Transpondern der ausgewähl­ ten mobilen Objekte per Funk austauschen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - ein oder mehrere ausgewählte mobile Objekte (1) werden in das Funkfeld eines Wecksignale (2) aussendenden Wecksenders gebracht;
• - mittels der ausgesendeten Wecksignale (2) werden a) der oder die Transponder (4) aller oder eines Teils der im Funkfeld befindlichen ausgewählten mobilen Objekte (1) aktiviert und b) zweite Daten über den Wecksender und/oder den Wecksender-Standort und/oder die Weckzeit und/oder den Betriebsmodus der aktivierten Transponder (4) vom Wecksender zu dem oder den aktivierten Transpon­ der(n) (4) übertragen und dort abgespeichert;
• - das oder die Funk-Lese/Schreibstation tauschen an­ schließend per Funk mit den aktivierten Transpondern (4) oder mit einem Teil der aktivierten Transponder (4) die kennzeichnenden ersten und/oder die zweiten Daten und/oder weitere Daten aus;
• - die Sendefrequenz(en) der Sendesignale (5) der Funk-Lese/Schreibstation(en) und der aktivierten Transponder (4) ist (sind) verschieden von der(den) Sendefre­ quenz(en) der Wecksignale (2) des Wecksenders.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendefrequenz(en) der Sendesignale (5) der Funk-Lese/Schreibstation(en) verschieden ist(sind) von der (den) Sen­ defrequenz(en) der Sendesignale (5) der aktivierten Trans­ ponder (4).

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendefrequenzen der Sendesignale (5) der Funk-Lese/Schreibstationen verschieden voneinander sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Wecksender die Wecksignale (2) gerichtet in ein vorgegebenes Raumwinkelsegment ab­ strahlt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Funkfeld des Wecksenders durch Abschirmmaßnahmen auf einen vorgegebenen räumlichen Bereich beschränkt ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Funk-Lese/Schreibstationen ihre Funksignale in der Azimutebene rundum abstrahlen.

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem oder mehreren an mobilen Objekten angebrachten Transpondern, in deren Spei­ cher das jeweilige mobile Objekt kennzeichnende erste Daten per Funk abrufbar abgespeichert sind, und mit einem oder mehreren Funk-Lese/Schreibstationen, die mit den Transpon­ dern ausgewählter mobiler Objekte per Funk Daten austau­ schen, wobei die Funk-Lese/Schreibstationen und die Trans­ ponder mit Antennen für den Funkverkehr ausgerüstet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aktivierung der Transponder (4) von ausgewählten mobilen Objekten (1) mindestens ein separater Wecksender mit Weckantenne (3) vorgesehen ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendefrequenz(en) der Wecksignale (2) des Wecksenders verschieden ist (sind) von der (den) Sendefrequenz(en) der Sendesignale (5) der Funk-Lese/Schreibstationen und der ak­ tivierten Transponder (4).

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendefrequenzen der Sendesignale (5) der Funk-Lese/Schreibstationen verschieden voneinander sind.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wecksender die Wecksignale (2) ge­ richtet in ein vorgegebenes Raumwinkelsegment abstrahlt.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Weckantenne (3) des Wecksenders in zwei sich in einem vorgegebenen Abstand gegenüberstehende und als HF-Abschir­ mung für das Funkfeld des Wecksenders dienende Wände inte­ griert ist und so ausgerichtet ist, daß das von ihr erzeug­ te Funkfeld im wesentlichen nur zwischen den beiden Wänden ausgebildet ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Wänden veränderbar ist.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne(n) (6) der Funk-Lese/Schreibstation(en) als Rundum-Strahler ausgebildet ist (sind).

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Transponder (4) (jeweils) mindestens eine Kommunikationsantenne (41) für den Funkver­ kehr mit der (den) Funk-Lese/Schreibstation(en) sowie min­ destens eine Empfangsantenne (42, 43) zum Empfang der Weck­ singale (2) des Wecksenders aufweist.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Transponder (4) (jeweils) zwei Empfangsan­ tennen (42, 43) aufweist (aufweisen).

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Kommunikationsan­ tenne (41) und/oder die mindestens eine Empfangsantenne (42, 43) vom jeweiligen Transponder (4) räumlich getrennt an dem zugehörigen mobilen Objekt angebracht sind und über Drahtverbindungen an den Transponder (4) angeschlossen sind.

17. Verfahren und/oder Anordnung nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung in Systemen zur Lokalisierung und/oder Verfolgung von

• - Ladeeinheiten und Transportfahrzeugen an Ein- und Aus­ fahrten sowie auf dem Betriebsgelände von Fabriken, Distributionszentren und Frachtterminals,
• - intermodalen Ladeeinheiten, insbesondere Containern oder LKW-Wechselaufbauten, und Umschlaggeräten beim Umschlag in Ladehöfen und Frachtterminals,
• - Behältnissen, insbesondere Gitterboxen, zum Einschleu­ sen von Zulieferteilen in die Fließbandfertigung.