DE4423328A1 - Technische Vorrichtung zur "Darstellung von Standortdaten mobiler Körper auf digitalisierten Landkarten und Hervorrufen von Reaktionen beim mobilen Körper" unter Einsparung einer kostenintensiven Zentrale - Google Patents

Technische Vorrichtung zur "Darstellung von Standortdaten mobiler Körper auf digitalisierten Landkarten und Hervorrufen von Reaktionen beim mobilen Körper" unter Einsparung einer kostenintensiven Zentrale

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DE4423328A1 DE19944423328 DE4423328A DE4423328A1 DE 4423328 A1 DE4423328 A1 DE 4423328A1 DE 19944423328 DE19944423328 DE 19944423328 DE 4423328 A DE4423328 A DE 4423328A DE 4423328 A1 DE4423328 A1 DE 4423328A1
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Description

Stand der Technik
Ein Kunde besitzt eine Fahrzeugflotte, dessen Bewegungen (Standort, Zeit) dokumentiert werden sollen.
Es besteht die Notwendigkeit, zu jeder Zeit den aktuellen Standort der einzelnen Fahrzeuge zu ermitteln, die Standortinformationen an eine Zentrale zu übertragen und dort anzuzeigen (Bild I).
Das von der amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA für zivile Zwecke freigegebene Satellitensystem GPS (Global Positioning System) sendet rund um die Uhr Informationen zur Erde, die von einem Empfänger ausgewertet werden, der daraus den aktuellen Standort berechnet.
Die errechnete Standortinformation wird entweder im Fahrzeug ersichtlich oder per Funk über eine vorhandene terrestrische Infrastruktur oder Satellit an die Zentrale des Kunden übertragen und angezeigt (Bild II).
Diese stellt den Standort z. B. durch geographische Koordinaten zur Verfügung oder zeigt den Standort als Punkt auf einer Landkarte graphisch dar.
Die im Fahrzeug installierte Elektronik bestand bisher immer aus in sich abgeschlossenen Komponenten, die als Ganzes eine Funktionseinheit bildeten, z. B. Bündelfunkgerät zur Sprachkommunikation, umgerüstet auf Datenkommunikation, GPS-Empfänger, Bordrechner oder C-Netz/D-Netz Funktelefon, umgerüstet auf Datenkommunikation, GPS-Empfänger, Bordrechner.
Quellen
Offenlegungsschrift:
BMW, DE 41 39 581 A1
Marelli, Rete, EP 05 75 907 A1
Literatur:
Franzis Verlag "Satelliten Mobildienste"
Anwendungsbeispiele:
Bosch; "Travelpilot"
Dantronik; "MODIS
Cardy; "CARDYpro
Jeder Nutzer benötigte bisher neben der Fahrzeugeinheit zur Standortbestimmung und Übertragung eine Zentrale, die oben beschriebene Arbeit verrichtet.
Eine Weiterleitung von Daten per Telefon, Telefax, Modem o. ä. dienten der Information von relevanten Personen.
Problem
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß jeder Anwender, der beschriebenen Informations- und Handlungsbedarf hatte, eine derartige Anlage in Funktion bringen mußte. Der damit verbundene Kostenaufwand ist sehr hoch.
Lösung
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Erreichte Vorteile
Für eine Anlage, die den beschriebenen Ansprüchen gerecht wird, waren bisher ca. folgende Investitionen nötig:
Investition Zentrale
Computerhardware
etwa 20TD
Kommunikationshardware zum Fahrzeug etwa 10TDM
Software zur Datenverarbeitung etwa 30TDM
Digitalisiertes Kartenmaterial (Deutschland) zw. 30 . . . 150TDM
Rechnungsdurchschnitt; 100TDM.
Investition Fahrzeug
GPS-Empfänger
etwa 2TD
Kommunikationshardware etwa 5TDM
Soft-und Hardware zur Datenverarbeitung etwa 3TDM
Rechnungsdurchschnitt: 10TDM.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich die Investition für eine der eigenen Zentrale gleichwertige Anlage beschränkt auf:
Investition Zentrale
Computerhardware etwa|3TD
ISDN-Hard- und Software etwa 2TDM
Software zur Datenverarbeitung etwa 2TDM
Mit etwa 10% des üblichen finanziellen Aufwandes wird derselbe Effekt erzielt.
Gewerbliche Anwendung
Zwei Nutzerkategorien lassen sich einteilen:
  • a) Kunden, die nur über den Standort des mobilen Körpers informiert werden wollen.
    • - Bahn (Waggons)
    • - Rederein (Schiffscontainer)
    • - Containerdienste Land
    • - Logistikzentren etc.
  • b) Kunden, die über den Standort des mobilen Körpers informiert werden wollen um Reaktionen an diesem auszulösen
    • - Transportunternehmen
    • - Behörden
    • - Sicherheitsunternehmen
    • - Fahrzeugvermietungen etc.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung Beispiel
Ein Kunde möchte für seine 3 wichtigsten Kühltransporter (deutschlandweiter Einsatz), im Bedarfsfall augenblicklich, über deren Standtorte komfortabel und einfach informiert werden (Bild III).
Dieser benötigt dazu eine Fahrzeugbaugruppe sowie einen Computer in seinem Büro.
Mit einer monatlichen Gebühr je Fahrzeug an den Dienstleister erwirbt er sich die Möglichkeit, die zur Darstellung notwendigen Daten von einer Mailbox (Bestandteil der Masterzentrale) über ISDN-Leitung abzurufen und diese auf seinem Bildschirm sichtbar zu machen.
Im Normalfall erfährt der Kunde den aktuellen Standort unter Angabe der letzten Erfassungszeit des Standorts sowie für ihn relevante Statusdaten vom Fahrzeug (Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung, Motortemperatur etc.)
Für erweiterte Anforderungen kann der Kunde von seinem Computer über die Masterzentrale Steuerungsaufgaben am Fahrzeug auslösen (Benzinleitung unterbrechen, Fahrzeugalarm einschalten etc.).
Technische Lösung
Die Masterzentrale (Bild III) besteht aus dem Masterrechner, der mit zugehöriger Peripherie die Funkkommunikation zwischen ihm und den Fahrzeugen sowie die drahtgebundene Kommunikation zwischen ihm und dem Kunden steuert.
Nebenbei übernimmt er noch die Verwaltung der Fahrzeuge und ihrer jeweiligen aktuellen Daten, sowie die Zuordnung selbiger zum Kunden.
Über ISDN wird die Drahtkommunikation zum Kunden abgewickelt,
per Bündelfunk (territorial begrenzt auf Wirtschaftsräume) oder
per Modacom (deutschlandweit) oder
per Mobytex (europaweit) oder
per Inmarsat (weltweit) die Funkkommunikation zu den Fahrzeugen.
Dazu teilen sich zwei Hauptrechner die Arbeit (Bild IV).
Rechner 2 verfügt über ein Softwarepaket z. B. Cardy Pro zur Verwaltung aller Fahrzeuge mit allen Straßen und Städten Deutschlands als digitalisierte Landkarte (z. B. auf CD-ROM). Dieser fragt in zyklischem bzw. spontanem Rhythmus die Standort- und Satusdaten der Mobile über das entsprechende Kommunikationsmedium ab und hinterlegt diese Information an vorbestimmter Stelle im Speicher. Dies wird möglich, indem zu jedem Funknetz eine Schnittstelle installiert wird, die die Rechnerdaten bidirektional überträgt. D.h. für Fahrzeuge die über Bündelfunk kommunizieren, erhält Rechner 2 ein Bündelfunkgerät mit Datenmodem, für Mobytex ein Mobytexmodem, für Modacom ein Modacommodem oder ein Datex-P-Zugang.
Die so vom Kundenfahrzeug gesammelten und ihm zugeordneten Daten seiner Fahrzeuge können blitzschnell an ihn übertragen werden. Wünscht er außerdem eine komfortable Darstellung des Standorts am Computerbildschirm, so wird jedem Fahrzeugstandort die passende elektronische Landkarte zugeteilt.
Befindet sich das Fahrzeug z. B. in Berlin, wird der Stadtplan von Leipzig natürlich nicht benötigt. Somit werden die zu verarbeitenden Datenmengen auf ein Minimum begrenzt.
Der Kunde kann jederzeit seine Daten vom Rechner 1 abfragen, die automatisch in vorher festgelegtem Rhythmus durch Kommunikation des Rechner 2 mit den Mobilen aktualisiert werden.
Dazu übergibt Rechner 2 besagte Informationen nach Aktualisierung regelmäßig an Rechner 1.
Rechner 1 stellt den "Mailbox"-rechner dar, übernimmt die Verwaltung der Boxen, deren Anzahl identisch mit der der Kunden ist, und sorgt für einen reibungslosen Datenfluß zum Kunden.
Der Kunde verfügt über einen ISDN-Anschluß, gekoppelt mit seinem Computer mittels einer ISDN-S₀ Karte (Hardwarevoraussetzung) und einer Transfer-oder Routersoftware zum Datentransfer und z. B. dem Cardy Pro Grundpaket (Software, die digitalisierte Landkarten anzeigen kann und Punkte als Darstellung für Fahrzeuge an die korrekte Position projiziert).
Aufgrund des einheitlichen ISDN-Standarts können herstellerunabhängige Hard- & Softwarebaugruppen beim Kunden Verwendung finden.
Damit nicht genausoviel Datenleitungen und Mailboxrechner Verwendung finden müssen, wie Kunden da sind, übernimmt in der Masterzentrale ein Rechner die gleichzeitige Verwaltung von X mal 30 Datenleitungen über X ISDN S2M Anschlüsse. Es greifen also max. 30 Kunden (bei X=1) zeitgleich auf Rechner 1 zu, der somit für jeden Kunden die Ersatzzentrale darstellt, da alle Daten, die von Rechner 2 aufbereitet werden, in einer Form beim Kunden zur Verfügung stehen, als hätte dieser eine eigene Zentrale.
Der Rechner 1 (Bild IV), bestehend aus einem AVM ISDN-Controller T1 (Hardware) und z. B. dem NetWare MultiProtocol Router for ISDN (Software) und ermöglicht das Handling von maximal 30 Teilnehmern gleichzeitig. Ein ISDN S2M Anschluß am Masterrechner stellt 30B-Kanäle mit einer Datenrate von je 64 kb/sec. zur Kommunikation zur Verfügung.
Beispiel 1
Kunde B unterhält 3 LKW′s, die deutschlandweit Frachtgut ausliefern. Diese wurden mit je einem GPS-Empfänger mit Modacom-Anbindung versehen, welche aktuelle Positionsdaten auf Anfrage durch Rechner 2 übertragen.
Der Abfragezyklus zur Datenaktualisierung wird nach Vorgaben vom Kunden wählbar sein, um einen entsprechenden Kompromiß zwischen Gebührenaufkommen und Aktualitätsgrad zu erzielen.
Eine Sofortabfrage der Fahrzeugstandorte, ausgelöst durch den Boxenzugriff des Kunden, ist möglich.
Über seinen ISDN-Anschluß ruft Kunde B (Kunden-Nr.: z. B. 314) von seinem Bürocomputer die Boxnummer (fiktiv): (0331) 967 02-314 und leert diese. Nach erfolgter Übertragung verarbeitet die Kartensoftware (z. B. Cardy Pro) die Daten und stellt alle Fahrzeuge auf dem Bildschirm mit zugehörigem Kartenmaterial dar, z. B. alle 3 auf der Straßenkarte Deutschland im Maßstab 1 : 500.000, Fahrzeug 1 mit Stadtplan München und Fahrzeug 2 mit Stadtplan Leipzig in den Maßstäben 1 : 50.000, Fahrzeug 3 ohne Stadtplan weil auf Autobahn befindlich.
Das zu übertragende Datenvolumen für Kunde B beträgt etwa 3MByte. Dies entspricht einer notwendige on-line Verbindung von etwa 45 sec. Wie bereits erwähnt, können 30 Teilnehmer gleichzeitig on­ line ihre Daten übertragen.
Mit einer aus dem Bündelfunk bekannten Formel
N = Zahl der Teilnehmer des Systems,
A = Verkehrsgüte (in Erlang)
K = Zahl der Datenleitungen, die gleichzeitig übertragen können
H = Durchschnittliche Übertragungsdauer (in sec.)
n = Anzahl des Rechnerzugriffe eines Kunden in der Hauptverkehrsstunde
läßt sich die etwaige Kundenzahl bestimmen, die ein System nach Patentanspruch 1 verwalten kann.
Mit einer Verkehrsgute A=0,9 Erlang, d. h. einer von zehn Verbindungsaufbauten erhält keinen Rechnerzugriff, da alle Datenleitungen besetzt sind, K=30 Datenleitungen, einer durchschnittlichen Datenübertragungsdauer von H=60sec., und n=5 Anfragen pro Kunde in der Hauptbelastungsstunde, ergibt sich N=324 Kunden.
D.h. bei ca. 300 Kunden ist wahrscheinlich, daß während der Höchstbelastung eine von 10 Verbindungsaufbauten wegen besetzter Datenleitung fehlschlägt, wenn der Masterrechner im Gesamtdurchschnitt 1500 mal in der Höchstbelastungsstunde in Anspruch genommen wird.
Ob der Kunde nun 3 oder 50 Fahrzeuge im Einsatz hat, ist unerheblich, solange nicht für jedes Fahrzeug ein extra digitalisierter Stadtplan übertragen werden muß.
Es wird also festgelegt, daß die geographische Standortdarstellung am Kundencomputer nur ein Datenaufkommen zuläßt, welches sich innerhalb von 60 sec. Übertragen läßt, das entspricht z. B. dem Stadtplan von Berlin, Leipzig und der Straßenkarte Deutschland.
Halten sich alle 50 Fahrzeuge an Orten auf, deren Darstellung jeweils mit einer anderen digitalisierten Landkarte verknüpft ist, so kann sich der Kunde aussuchen, welche Fahrzeuge er als erstes geographisch darstellen will. Für die weiteren Fahrzeuge muß er den Masterrechner erneut anwählen.
Beispiel 2
Kunde A hat 10 Fahrzeuge im Einsatz. Diese bewegen sich ausschließlich im Großraum Berlin. Als Kommunikationsmedium bietet sich aus Kostengründen der Einsatz von Bündelfunk an. Rechner 2 fragt über seine Bündelfunkschnittstelle in recht engem Zyklus (z. B. alle 5 Minuten) die Position der Fahrzeuge eigenständig ab. Selbig und die aktuelle Abfragezeit werden im Masterrechner gesichert.
Dem Kunden A ist unter einer Kundennummer im Rechner 1 eine Box zugeteilt, die vom Rechner 2 mit den Positions-Zeiterfassungs-, Status- & Kartendaten in einem Format gefüllt wird, welches z. B. das Cardy Grundpaket (Software) im Kundenrechner problemlos verarbeiten kann.
Unter Berücksichtigung diverser Sicherheitsmechanismen (Paßwort, Auswertung der Kunden-ISDN-Tel.-Nummer) erhält der Nutzer Zugang zu nur seiner "Mailbox", deren Inhalt er über ISDN in seinen Rechner kopiert.
Nähert sich Fahrzeug 6 der polnischen Grenze auf z. B. weniger als 10 km, obwohl die geplante Route Richtung Nordsee verlaufen sollte, kann der Kunde, vorausgesetzt er ist dazu autorisiert, dem Masterrechner den Befehl geben, z. B. "Funktion 1" im Fahrzeug auszulösen.
Der Masterrechner gibt diesen Befehl an das Fahrzeug über Funk weiter und die dort installierte Baugruppe führt "Funktion 1", z. B. Benzinzufuhr abschalten, aus.
Das Prinzip der Fernabfrage von Informationen und der Fernsteuerung bestimmter Reaktionen funktioniert überall dort, wo die Fahrzeugbaugruppe funktechnisch erreichbar ist.
Fahrzeugeinheit KFZ Allgemeiner Aufbau und Funktionsweise
Die Fahrzeugeinheit (FE) besteht aus 3 Komponenten, die sich auf engstem Raum in einem Gehäuse befinden (Bild V). Dies sind der GPS-Empfänger, ein Controller, die Sende/Empfangseinheit. Im Umfeld entsprechender Infrastruktur überträgt die FE selbständig oder durch Aufforderung einer Zentrale an festem Ort Positions- & Statusdaten an diese.
Es existieren grundsätzlich zwei Varianten:
Variante a) FE mit externer Stromversorgung zur Festinstallation in Mobilen,
Variante b) FE mit interner Stromversorgung für den portablen Einsatz.
Systemkomponenten GPS-Empfänger
Der GPS-Empfänger liefert im 1sec-Rhythmus die aktuell empfangenen Positionsdaten (geographische Länge, Breite, Höhe) , Geschwindigkeit und Zeit an den Controller. Seine Antenne ist in akzeptabler Entfernung zu befestigen.
Controller
Er stellt das Herzstück der 3 Komponenten dar. Verantwortlich für die korrekte interne Datenkommunikation veranlaßt der Controller die Weitergabe der verarbeitungsrelevanten Informationen an die S/E-Einheit.
Die ständige Überwachung der Kompaß- & Tachometerschnittstelle zum Fahrzeug ermöglicht aus den Geschwindigkeits- & Richtungsinformationen eine relative Wegänderung in 2 (oder 3, je nach Kompaß) Achsen zeitrelevant zu errechnen. Diese Rechenleistung muß erst dann & solange erbracht werden, wenn durch Abschattung o. ä. äußeren Einwirkungen die Positionsdaten des GPS-Empfängers fehlen.
Der interpolierte Standort steht als Ersatz im Sekundentakt aktualisiert zur Verfügung und wird bei Wiedereinsatz des Datenflusses vom GPS-Empfänger geliefert.
Als Tachometerschnittstelle kommt eine bei Taxametern übliche kontaktlose Impulszählung der Wellenrotation in Frage bzw. die direkte Auswertung des vom entsprechenden Fahrzeugtyp gelieferten & an seinem Tachometer verarbeiteten Analogsignals.
Kompaß: Elektronischer Kompaß z. B. Bosch Travelpilot (2 Achsen), ggf. elektronischer Kreiselkompaß (3 Achsen).
Weiterhin besteht die Aufgabe des Controllers darin, beschaltete Status-Ein- und Ausgänge zu überwachen und vorbestimmt zu reagieren.
Im einfachsten Fall sind die Eingänge z. B. mit Türkontakten des Fahrzeuges verbunden, die Ausgänge erledigen Schaltfunktionen z. B. im Motormanagement.
Abhängig von der Beschaltung bzw. den Signalen an den Statuseingängen führt der Controller programmierte Funktionen aus (Statusmeldung über Funk an Zentrale, bestimmter Pegel an Ausgang).
Alle diesbezüglichen Informationen werden über eine Schnittstelle mittels einem IBM (kompatiblem) PC voreinstell- bzw. abrufbar sein. Dazu gehören auch feste elektron. Seriennummer, Funkgeräte-Rufnummer, andere funkspezifische Daten.
Im Controller ist je nach Anwendungsbereich der Bündelfunkstandart (MAP 27), der deutschlandinterne Modacom-Standard sowie der europaweite Mobytex-Standard implementiert.
S/E-Einheit
Diese Einheit erfüllt die funktechnische Umsetzung zur Übertragung der Informationen standardspezifisch mit allen HF-Parametern, die eine Zulassung des BAPT erfordert.
Grundanforderungen an die FE
Es wird hierbei besonders auf Flexibilität bei der Kommunikation der FE mit seiner direkten Umgebung Wert gelegt, um auf kundenspezifische Anforderungen (z. B. die Übertragung eines analogen Meßwertes) angemessen aufwandsarm reagieren zu können.
Grundanforderungen an die FE Version b), portabel
  • - Verfügbarkeit in allen 3 Standards
  • - ohne Kompaß- & Tachometerschnittstelle
  • - ohne Status-Ein/Ausgänge
  • - Systemdaten extern programmierbar
  • - Lebensdauer mit int. Stromversorgung < 1 Jahr
  • - Positionsbestimmung & Übertragung < 1/Tag
  • - wetterfestes Druckgußgehäuse
  • - GPS-Antenne in Gehäuse eingelassen
  • - geringe Abmessungen
  • - externer Antennenanschluß 70 cm
Grundanforderungen an die BB Version a), KFZ
  • - Verfügbarkeit in allen 3 Standards
  • - externe Antennenanschlüsse
  • - mit Kompaß- & Tachometerschnittstelle
  • - mit Status-Ein/Ausgänge
  • - externe Stromversorgung unempfindlich gegen Verpolung und Störspitzen
  • - interne Pufferung
  • - Systemdaten extern programmierbar
    • - Kompaß/Tachometer in Gebrauch ja/nein
    • - Funkgeräterufnummer, standardspezifische Daten
    • - selbständiger Verbindungsaufbau zur Zentrale ja/nein
    • - Zeitpunkte des Verbindungsaufbaus
    • - Prioritäten des Verbindungsaufbaus
    • - Art der Verbindung (Normal/Notruf)
    • - externe Reaktion auf externe Bedingungen
    • - interne Reaktion (Verbindungsaufbau & Datenübermittlung) auf externe Bedingungen
    • - interne Reaktion auf interne Bedingungen (GPS-Ausfall) Bedingungen sind z. B. Limitüber/unterschreitung (intern) in Abhängigkeit von Zeit, Position, Geschwindigkeit, Zeitpunkt des Ausfalls von GPS-Daten, Dauer des Ausfalls, (extern) Dauer exterzier Signale an den Statuseingängen, Betriebsspannungsausfall & Dauer
  • - Verhalten bei Datenabfrage durch Zentrale
  • - Beeinflussung der Reaktionsbedingungen durch Zentrale
  • - Flexibilität der Schnittstellen (extern)

Claims (2)

1. Zentrale, die Steuerdaten sendet bzw. geographische Standortdaten und Statusdaten mobiler Körper empfängt, auswertet und mittels digitalisierter Landkarten anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß unter Einsatz einer Masterzentrale mehrere Anwender zeitgleich aus der Ferne über das digitale ISDN-Netz die Funktionen einer eigenen Zentrale auslösen bzw. nutzen können, ohne eine eigene Zentrale zu benötigen.
2. Systemteil nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die zur Gesamtfunktion notwendige Fahrzeugeinheit in ihrem unverwechselbaren Aufbau erstellt wird.
DE19944423328 1994-06-22 1994-06-22 Technische Vorrichtung zur "Darstellung von Standortdaten mobiler Körper auf digitalisierten Landkarten und Hervorrufen von Reaktionen beim mobilen Körper" unter Einsparung einer kostenintensiven Zentrale Ceased DE4423328A1 (de)

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