EP4294986A1 - Cyberphysical system for cleaning roads and/or outdoor facilities, and method therefor - Google Patents

Cyberphysical system for cleaning roads and/or outdoor facilities, and method therefor

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Publication number
EP4294986A1
EP4294986A1 EP22722745.1A EP22722745A EP4294986A1 EP 4294986 A1 EP4294986 A1 EP 4294986A1 EP 22722745 A EP22722745 A EP 22722745A EP 4294986 A1 EP4294986 A1 EP 4294986A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
type
module
data
cyber
modules
Prior art date
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Pending
Application number
EP22722745.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Kramer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP4294986A1 publication Critical patent/EP4294986A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01HSTREET CLEANING; CLEANING OF PERMANENT WAYS; CLEANING BEACHES; DISPERSING OR PREVENTING FOG IN GENERAL CLEANING STREET OR RAILWAY FURNITURE OR TUNNEL WALLS
    • E01H1/00Removing undesirable matter from roads or like surfaces, with or without moistening of the surface
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U20/00Constructional aspects of UAVs
    • B64U20/80Arrangement of on-board electronics, e.g. avionics systems or wiring
    • B64U20/87Mounting of imaging devices, e.g. mounting of gimbals
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01HSTREET CLEANING; CLEANING OF PERMANENT WAYS; CLEANING BEACHES; DISPERSING OR PREVENTING FOG IN GENERAL CLEANING STREET OR RAILWAY FURNITURE OR TUNNEL WALLS
    • E01H1/00Removing undesirable matter from roads or like surfaces, with or without moistening of the surface
    • E01H1/003Upkeep of road sides along the pavement, for instance cleaning devices particularly for side strips
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64UUNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U2101/00UAVs specially adapted for particular uses or applications
    • B64U2101/30UAVs specially adapted for particular uses or applications for imaging, photography or videography

Definitions

  • the invention relates to a cyber-physical system -CPS- for the automated detection and removal of disturbing objects in parks, outdoor areas, ditches, etc.
  • the invention also relates to a method for automated cleaning of parks, roadsides, outdoor areas and green areas, especially in inner cities.
  • Cyber-physical systems describe a network of sensory and/or mechanical modules with a data infrastructure that communicate with each other via wired or wireless communication networks, in the form of machine communication and/or with the network - Internet of Things "IoT".
  • IoT Internet of Things
  • IT traffic control and traffic logistics systems are implemented via cyber-physical systems.Such systems usually include several subsystems and are correspondingly complex.
  • the object of the invention is therefore to provide a cyber-physical system that automates or semi-automatically removes rubbish from roadsides and/or green spaces.
  • the subject of the present invention is a cyber-physical system for the automated cleaning of the edge areas of traffic routes and/or green areas, modules of the first and third type, at least one communication network and associated interfaces, with at least
  • a module of the second type receives this data via at least one suitable interface, and the at least one module of the second type comprises at least one processor in a management system, which processes the data and, if necessary, uses artificial intelligence to train neural networks with the data and
  • this causes at least one manipulator which is connected to the third-type module and is suitable for picking up and/or transporting away the disturbing object , to start, where
  • Each module includes at least one data store and one processor and can start an action independently, i.e. decentrally.
  • the subject of the invention is a
  • a module of the third type with a manipulator is activated by the management system directly or by means of at least one processor configured and set up for this purpose and/or by suitable communication without the intermediary of the management system and at least one module of the third type moves to the disturbing object, swims to it and/or or approaches, picks up and/or removes .
  • Modules of the first type which are devices for acquiring, mapping, locating and forwarding the relevant data
  • Modules of the second type which are devices for processing, controlling, regulating, machine learning and/or comparing data, as well as
  • Modules of a third type which are devices with manipulators for picking up, sucking up and/or transporting objects, connects them, for example in such a way that
  • the cyber-physical system includes modules of the third type with manipulators, which, after a message has been received by one or more modules of the first type, about at least one disruptive object - possibly by a management system as part of a module of the second type - the modules of the third type possibly with feedback are selected with IoT and/or AI, these are set in motion and guided to the location of the disturbing object.
  • modules of the third type can include several individual devices which—possibly in cooperation—automatically remotely approach, swim to and/or approach, pick up and/or transport the at least one interfering object.
  • the notification of the disruptive object is either done manually by a user using a smartphone app or automatically via appropriately trained detection systems that are suitable and/or trained to detect disruptive objects from non-disruptive objects in the relevant outdoor area or in outdoor areas in general, such as lawns.
  • Machine communication is an automated exchange of information between devices, such as machines, drones, machines, vehicles, containers with each other and/or with a - preferably central - management system, for example via Bluetooth, Wifi, optically, using ultrasound, sound waves and/or Radio waves, referred to, for example, by means of low-power wireless communications such as LoRa, LoRaWAN, IrDA, ZigBee, XBee, and/or infrasound.
  • devices such as machines, drones, machines, vehicles, containers with each other and/or with a - preferably central - management system, for example via Bluetooth, Wifi, optically, using ultrasound, sound waves and/or Radio waves, referred to, for example, by means of low-power wireless communications such as LoRa, LoRaWAN, IrDA, ZigBee, XBee, and/or infrasound.
  • Machine communication can take place from machine to machine, but also via the Internet of Things, IoT, via mobile networks or other networks.
  • IoT Internet of Things
  • the technology of machine communication combines information and communication technology.
  • ZigBee and/or "XBee” are communication tools specifically for wireless networks and low data volumes, they also communicate, for example, in a mesh network and/or a so-called ad-hoc network.
  • LoRaWAN has a network architecture that is typically arranged in a star topology, in which the gateways establish the connection between the end devices and the central network server.
  • the gateways are connected to the corresponding network server via a standard IP connection, while the end devices use a single-hop connection to one or more gateways.
  • the communication is usually bidirectional. It also supports the operation of multicast address groups to ensure efficient use of the spectrum for e.g. over-the-air updates to ensure "OTA" updates.
  • LoRaWAN is a Low Power Wide Area Network (LPWAN) specification for wireless battery-powered systems in a regional, national or even global network. In particular, it also aims at secure bidirectional communication, localization and mobility of services, end-to-end encryption and the mobility of services.
  • the LoRa WAN specification offers seamless cooperation between different sub-systems and technologies under Smart Things without the need for rigid, local complex installations.
  • LoRa describes the physical layer that enables the "long-range” communication link.
  • edge area refers to an area that can be soiled by all kinds of disturbing objects that have been left lying around and thrown off. It is irrelevant whether this area is otherwise maintained or cleaned by gardeners, foresters or other managers, but it is - at least as long as the cyber-physical system of the park is not has worked long enough for it to be able to make its own decisions - it depends on the user of the green area whether he or she finds an object left there "disturbing" or not , food leftovers, empty, full or partially filled glass packaging, other rubbish, plastic, cloth and/or paper bags, in short everything that the user would like to see in a rubbish bin, but here on the sandy path, the lawn, the forest and/or or lying around in hedges and bushes.
  • target condition refers to the condition of the green area and the peripheral area in which the disturbing object is gone, in particular removed, and the user-unpolluted, desired and/or natural condition of the peripheral area and/or the park and /or the outdoor area and/or the green area is established.
  • the cyber-physical system is set up in such a way that it can be used automatically to clean green spaces.
  • a module of the second type comprises a processor and, for example, at least one further processor which communicates with the first and is suitable for carrying out training for the automated recognition of disruptive objects using data generated by the user.
  • the processor of a module of the second type is advantageously communicatively connected to a data archive, with the data of the modules of the first type, the estimated values and assumptions about the physical and/or chemical nature of the disturbing object being able to be stored in the data archive on the one hand, and on the other hand after appropriate storage Feedback or sending back the data collected from the interfering object by concrete measurement and/or characterization of a module of third type.
  • the module of the second type is also the one that trains the neural networks of the modules of the first and third type and makes them available--for example in the form of updates.
  • An additional processor of such a module can be of the TPU and/or GPU type, for example.
  • the data on the current status which is provided via the message, i.e. the provision of the data by one or more modules of the first type
  • the data that is provided by the module or modules of the third type via the "truth”.
  • Data from the actual measurement and/or characterization results of the same interfering object are provided.By comparing this data, the cyber-physical system can automatically learn a great deal about the detection of the interfering objects.
  • the module of the second type is an advantageous embodiment a learning system, for example in the form of an artificial intelligence - "AI" - provided.
  • All the data in the system can be used to train the cyber-physical system so that the cyber-physical system is constantly improving.
  • the machine learning processor or processors of the modules of the second type make their latest ML models available to the modules of the first and/or third type, for example in the form of updates, preferably automatically.
  • the data collection is carried out partly by people, so-called “user-driven data generated for the detection of disturbing objects", people who, as “users” of the park, specifically photograph rubbish there and thus provide the artificial intelligence with visual or optical or - depending on the detected recording device provide other data of rubbish that was not automatically classified as "interfering object” by the machine, but which, through data classified by the user, serve as the basis for suitable training of the neural networks of a second-type module belonging to the AI.
  • ronal networks can be returned to the modules of the first and third type and then cause such disturbing objects to be classified automatically by the modules of the first and third type and automatically identified as "disrupting the object" by the cyber-physical system become recognizable.
  • the data collection by users at the beginning of the commissioning is also partly advantageous in order to refine the pre-trained generic neural networks more specifically for the area of application.
  • a neural network of an AI which is connected to the module of the second type, is trained.
  • the trained network is then, for example, "deployed" in a drone, which can include both a module of the first type for detection and a module of the third type for elimination, i.e.
  • the drone for example, then develops the network through any amount of training data and/or receives updates from the module of the second type, which usually includes a more powerful, in particular generic, processor than the modules of the first and third types, which are housed in a drone, for example, that trains neural networks and then the trained networks can be fed back to a third-type module, such as the drone.
  • the module of the second type which usually includes a more powerful, in particular generic, processor than the modules of the first and third types, which are housed in a drone, for example, that trains neural networks and then the trained networks can be fed back to a third-type module, such as the drone.
  • a suitably equipped drone with a suitably trained network, or another recording device with a camera automatically recognizes and classifies rubbish with its first-type module, it can do so without any detours via a central management system, which is implemented in particular in a second-type module, picking up and removing the rubbish via a third-type module, also implemented in the drone, such as a suitable manipulator, for example a gripper arm.
  • a central management system which is implemented in particular in a second-type module, picking up and removing the rubbish via a third-type module, also implemented in the drone, such as a suitable manipulator, for example a gripper arm.
  • the cyber-physical system disclosed here can also be referred to as a "decentrally reacting" system, because after an appropriate familiarization phase of the individual modules, they are enabled to carry out cleaning work automatically and self-controlling without a central management system.
  • the user-driven generated data and/or the automatically generated data can be used to train the neural network of the artificial intelligence AI integrated in the cyber-physical system.
  • a module of the third type can optically record it further before it is removed and generate further visual data on it, in particular, for example, with different lighting and/or from a different perspective.
  • the data generated in this way can then be used again for training the system. In this way, the system can be further trained and improved and/or updated with each additional work step.
  • the cyber-physical system can also be used without people, but the person - or the user - is instrumentalized by mobile phones. So that vast amounts of unnecessary or unusable data do not flood the cyber-physical system, there is a collection point on the smartphone, for example, which can be pre-sorted according to "plausibility" via an app.
  • new data is compared with data that is usable and correct and data that is unusable and wrong.
  • Both correct and wrong data can be humanly or machine-identified.
  • a “false positive detection” can be provided by comparisons in the system.
  • a "learning system” is an artificial intelligence that can be trained using data, such as the results of comparisons.
  • all images are uploaded to the data storage system and one or more neural networks are trained from this data storage system, which are then available to the cyber-physical system as AI and to the individual modules that have platforms, on which the neural networks can run can be distributed.
  • the data storage system feeds one or more neural networks that have the same function but run on different platforms.
  • the individual modules are part of devices that are connected, for example, via radio and/or cable support.
  • a process platform could be, for example, on a mobile device and/or part of a robot, a drone and/or a sensor in a drone, part of a sensor and/or another function included in a camera, for example to be trained.
  • Such a function can be a segmentation in an image, for example.
  • the system recognizes something and points it out. "Excising” simplifies the classification of what has been excised.
  • the data storage system is preferably used as a database for training a neural network.
  • Machine and/or user-driven, i.e. human object recognition serves in particular as a preliminary stage to segmentation within the cyber-physical system.
  • the AI and/or the data storage system is used to to create so-called "heat maps" of the area covered by the physical system.
  • the heat maps represent the area on a map in which areas are marked according to the frequency with which disturbing objects and/or rubbish can be found.
  • the AI can identify locations where a lot of rubbish has already been found, and the cyber-physical system learns to search there more intensively.This can result in an enormous increase in the efficiency of the cyber-physical system, because areas in which rubbish is never found are only rarely found
  • the problem is that the cyber-physical system is constantly evolving and can therefore advantageously provide updates to the individual modules from areas where, for example, 95% of the garbage has been found so far became.
  • modules of the first type which serve to record and report and/or detect a disruptive object, are used:
  • Surveillance cameras, stationary and/or mobile, and/or users with smartphones that use a correspondingly programmed app to detect disturbing objects - if necessary and preferably segment and classify them and report them automatically - e.g. via the camera function Rubbish in parks.
  • the surveillance system and/or the smartphone uses an app - which is connected, for example, to an artificial intelligence in such a way that it receives updates - to generate sensor and/or camera data that are automatically made available to a module of the second type.
  • the modules of the first type are particularly advantageously equipped in such a way that they report the type of disturbing object in a classified manner, ie, for example, biowaste, glass waste, plastic waste, lost property, etc..
  • the modules of the first type include, for example, sensors and/or processors with stored visual information Comparative data that compare whether the surface of the detected disturbing object is firm, soft, shiny, matt, porous, liquid, dispersive, i.e. solid components in a liquid, muddy, etc.
  • Other modules of the first type with detectors could record and compare smells, for example.
  • a message classified in this way about the interfering object is forwarded by a first-type module via the corresponding communication interface, preferably with location data, to a second-type module, which, according to an advantageous embodiment, first checks this data for plausibility.
  • the plausibility can include several factors, for example the plausibility can first serve to determine whether the reported disturbing object can be there at all.
  • a message that has been checked for plausibility is then forwarded to a regulation and control system, which has at least one corresponding technical drive unit in the form of a third-type module, i.e. a device that can be remote-controlled and moves to specified coordinates automatically, and this continues via a manipulator as a means for picking up, such as a sucker, a gripping arm, etc., through which the device can pick up and/or transport an object that is in the way.
  • a third-type module i.e. a device that can be remote-controlled and moves to specified coordinates automatically, and this continues via a manipulator as a means for picking up, such as a sucker, a gripping arm, etc., through which the device can pick up and/or transport an object that is in the way.
  • a module of the first type can, for example, be a mobile surveillance camera as part of a drone that is equipped with a camera.
  • a third type of module can be a drone with one or more gripper arms, for example.
  • both modules, the first and the third type are implemented in the same drone.
  • the drone has, for example, a camera on the one hand, a gripper arm on the other and also a data infrastructure and interfaces via which the data from the camera is made available to the gripper arm via a suitable interface.
  • the data infrastructure, means of communication and interfaces can be implemented in a drone, so that everything that is required to provide such an embodiment of the cyber-physical system according to the invention is physically available in which is realized a drone.
  • a “drone” is an unmanned vehicle, in particular an aircraft, which can be operated and navigated independently by a computer via remote control without a crew on board.
  • a drone can also be an unmanned truck and/or a boat or an amphibious vehicle, for example
  • a "drone” may also include a manipulator, such as a gripper arm and/or suction device.
  • a drone within the meaning of the present invention can, for example, have implemented everything in one device, from the message to the controller and finally also the transaction using manipulators.
  • the module of the second type comprises in particular a management system that has or is connected to a geographic information system (GIS).
  • GIS geographic information system
  • the module of the second type can be implemented, for example, in the form of a processor that is part of a data processing unit of a remotely controllable drone.
  • the module of the second type comprises one or more processor(s) which are set up in such a way that they carry out a computer-aided check of the message by the module of the first type for plausibility.
  • a “management system” is basically any type of control that receives and processes from a module of the first type and controls and/or regulates a module of the third type.
  • the management system as at least part of the module
  • the second type can - physically seen - be part of a module of the first and/or third type.
  • any type of modules, interfaces and communication systems according to the present invention can be implemented. Communication with the IoT, just like with a smartphone, can be implemented or not.
  • IoT is the name of the Internet of Things, i.e. a collective term for technologies of a global infrastructure of the information society, which makes it possible to network physical and virtual objects with each other and to let them work together through information and communication technologies.
  • a geographic information system is anchored in the IoT that enables the collection, processing, organization and presentation of spatial data, and in particular the location of a reported disturbing object.
  • a “module” can be understood, for example, as a drone, a remote-controlled vehicle, a robot, an automat, a camera, a sensor, a processor and/or a memory unit for storing program code.
  • the processor is special designed to execute the program code in such a way that the processor executes functions in order to implement or realize the method according to the invention or a step of the method according to the invention.
  • the respective modules can also be designed as separate or independent modules. The corresponding modules can be used for this purpose for example include other elements.
  • These elements are, for example, one or more interfaces (e.g. memory interfaces, database interfaces, communication interfaces—e.g. network interface, WLAN interface) and/or an evaluation unit (e.g. a processor) and/or a memory unit , as a Data storage system that can be used as a basis for training neural networks and/or an artificial intelligence AI.
  • data can be exchanged (eg received, transmitted, sent or provided) by means of the interfaces.
  • the evaluation unit data can be generated, compared, checked, processed, assigned or calculated in a computer-aided and/or automated manner, for example.
  • the storage unit data can be stored, retrieved or made available in a computer-aided and/or automated manner, for example.
  • a module of the first type is any type of sensor and/or recording device that detects and reports a disruptive object, e.g. records reality, the "actual state" and generates data that can be processed using a computer.
  • a module of the first type can a camera function generate visual data, or record and analyze smells via a sensor function, which are then sent and/or transmitted via a module of the second type to a module of the third type.
  • a kind of "module of the first kind” is a smartphone of a visitor to the parking facility, who preferably has an app installed that is connected to the cyber-physical system and with which he can feed the system with "user-driven” data.
  • This visitor then photographs the garbage or rubbish discovered by him/her, preferably via the app, the app carries out a plausibility check and sends this user-driven visual, optical and/or other data to the cyber-physical system, respectively a data storage system of it.
  • another connection to a data storage system of the cyber-physical system could be established.
  • the message is accompanied by a so-called "intelligent blurring", so that the module of the first type initially recognizes, records and reports an interfering object, but at the same time is not prevented, other objects that are, for example, in the immediate vicinity, recognize, record and report disturbing objects.
  • intelligent fuzziness includes, for example, a search method that not only finds the exact character string, but also similar character strings. This technique can also be used to find disturbing objects in outdoor areas.
  • a cyber-physical system configured and set up with intelligent fuzziness recognizes food leftovers, packaging and/or scattered, i.e. diffuse, contamination from confetti etc. and does not fly to the waste bin after every confetti it has collected and unload it , but collects the confetti in an area and removes a number of confetti at once.
  • an embodiment is also possible that can establish communication with the third-type module without a dedicated message as soon as the disturbing object is recognized, which then activates the third-type module without further testing and/or without further order and carries out the removal.
  • the "module of the second type" in the cyber-physical system is, for example, one or more suitable interface(s) and/or the communication between the module of the first type and the module of the third type.
  • the module of the second type receives the data from the module of the first type via a suitable interface and either forwards it directly to a module of the third type or processes it in the management system.
  • the modules of the first, second and third type are not only implemented in a single device, such as a single drone, these are in particular a module or part of a module of the second type that is connected to the IoT and/or to an AI .
  • the second type of module calculates - if necessary via an interface and communication to the IoT or AI - a plausibility, for example, can there be a dog mess in the middle of the river? - before further processing of the data takes place.
  • a connection to the IoT is also preferably provided in the second type of module because of the data archive. This in particular because even with a deployment of modules of the first, second and third type in a drone, this is, for example, a mini-deployment of a module of the second type, in the sense of a temporary representative (proxy) in offline scenarios.
  • the drone would collect training data offline, i.e. without a connection to the IoT, but the training itself is cloud-based and therefore requires a connection to the IoT.
  • the plausibility-checked data from the first type of module or modules is compared with data from a database there.
  • data from a database For example, trash, junk, leftover food, and/or dog poo captured by a camera can be identified and located using the IoT or other data infrastructure that includes a navigation system.
  • the module of the second kind which is connected to the IoT, performs the following processes, for example:
  • a type of module or modules of the third type i.e. a type of removal e.g. drone, suction, sweeping and/or wiping robots and, where appropriate, combinations thereof,
  • the module of the second type triggers a command and/or a controller that activates at least one module of the third type, for example a robot and/or a drone, controls it to the point and controls it there via appropriate drives and tools on the module of the third type Object, e.g. removes the dog poo and/or the rubbish, for example sucks up or picks it up.
  • the controller then leads this module of the third type, together with the charge, to a station for disposal, for example a waste bin or the like.
  • the station for disposal is mobile, for example a moving, optionally also remote-controlled, in particular also automated, remote-controlled loader that picks up the rubbish and drives it to or from the trash can waste processing, such as a recycling station or similar, depending on the type and nature of the disruptive object.
  • a module of the third type always includes a manipulator with an engine and, for example, a gripper arm, a vacuum cleaner or a mop.
  • a module of the third type is a drone or a vacuum robot that specifically picks up the "reported" garbage and takes it to the station for disposal, for example to a truck, warehouse or dumpster.
  • the module of the third type transmits the result of removal via an interface back to the module of the second type, so that the module of the second type has feedback as to whether the solution found, ie the removal of the garbage with the activated actor was successful, less successful or not successful at all.
  • the module of the third type measures the disturbing de object, weighs it, analyzes it physically and/or chemically and can thus provide data to the module of the second type, with which it can use the data from the detection of the disturbing object by visual or other recording by a module of the first type. These data can be stored in the data archive and made available there to an artificial intelligence.
  • the module of the second type includes such a processor, which includes an AI in order to automatically learn, for example, from the results of the respective actions of the modules of the third type, which manipulator is suitable for which rubbish at which location.
  • ML models which result from automatic learning, are then made available to all other modules in the cyber-physical system.
  • the disturbing object comprising rubbish or found objects 100
  • the stationary surveillance system monitors - represented by arrow 106 - the park 101 and finds - see arrow 107 - the disturbing object 100.
  • the CCTV system integrated in the CCTV system reports, segments and classifies the CCTV system shown here thanks to its ML Model 105, if necessary with the help of appropriate sensors (not shown), the disturbing object according to the type of nature, or the type of found item, but at least according to dimensions, surface quality, size, weight, etc.
  • the classification, segmentation will do better or worse.
  • the system shown here is in use due to the feedback 105, 127, 130 with artificial intelligence 118, which constantly trains the classification and/or segmentation that has taken place using data 115, 116, 117 recorded and classified by a camera 104 in the CCTV 103 continuously improved.
  • This meta data 116 on the interfering object, as well as the data 117 with which the interfering object was recorded, for example the visual data from the camera, are sent to a management system M2.
  • a user 108 strolls through the park with his smartphone 109 and photographs--see arrow 1--using a corresponding app 109, the disturbing object 100 with the smartphone 109.
  • the app generates metadata 2 from the photo 111, such as classification, size, suspected weight and the order 110 and is likely to be the disruptive object 100 to segment, locate and describe.
  • the app 110 may have corresponding sensors and/or comparison data for this purpose.
  • the user can also use the app to enter his classification and his metadata 2 for the photo 111 or the disturbing object 100, so that these are also forwarded - e.g. via the IoT - to a management system M2 of the connected module of the second type M2, 115118 .
  • the one or more modules of the first type 103, 110 provide the visual data of the detection of the disturbing object 100, as well as any existing metadata 2 to one or more module (s) of the second type ready, for example, the data are the management system M2, which has a Geographic information system (GIS), as well as planning and control capabilities, provided.
  • GIS Geographic information system
  • the visual, acoustic and other data belonging to the order are processed, in particular they are checked for plausibility and relevance - e.g. a dog pile can be in the middle of the pond or is the disturbing object in an area that is not suitable for cleaning is provided?
  • the use of the cyber-physical system can be detected simply by sending data, the recordings of disturbing objects including location information, to an appropriate communication interface, with the interface tracing the receipt of this data back to the sender and thus the authorization of the sender and/or or the sending device.
  • the modules of the third type such as drones, robots, for example suction and/or sweeping robot, truck, floating load receiver and/or transporter, activated and instructed to pick up and/or transport the disturbing object. Criteria for the selection of the module of the third type by the management system are, for example
  • the module of the third type can charge/collect the disturbing object, e.g. depending on the gripping strategy, the mechanical resilience of the module of the third type and/or the carrying capacity,
  • module of the third type being able to drive, swim and/or fly to the site via remote control, possibly automated remote control.
  • the module of the third type can be a flying, driving and/or swimming drone, which is optionally coupled to one or more other drones, with which it coordinates itself automatically and optionally unloads the load, i.e. the interfering object 100 and/or the load Splits.
  • the module of the second type ie z. B.
  • the management system M2 is automatically activated by the provision and receipt of the data from the module or modules (s) of the first type.
  • the data is stored within the module of the second type in a data archive 115 on the one hand, for example in connection with the "order 1...n” 116 and/or the "actual image” 117, and on the other hand they are used to Intelligence "KI” 118 e.g. to enable the machine learning system for training the "ML" models 119 of a possibly integrated and/or connected AI and/or model archive 118.
  • a module of the second type as in the embodiment shown in the figure, the management system M2 with, for example, a smart control system, comprises at least one processor that is configured so that it can access the data from the received data, as in -
  • the data from the data archive 115 and/or the results from the AI 118 calculates a relevance of the order after the plausibility check.
  • the relevance is present, for example, in the form of a prioritization of the order in which the orders are to be processed.
  • the AI 118 feeds a model archive 135 and/or "AI" and/or artificial intelligence with continuously improved ML models 119.
  • the training is triggered by retrieving the data from the data archive 115.
  • the data archive 115 In the data archive 115, the data from the modules of the first type 117, which represent the "actual state" on the one hand, and the data 116, which are collected through the characterization by the modules of the third type, on the other hand.
  • AI refers to the automation of intelligent behavior and machine learning "machine learning”. Artificial intelligence attempts to emulate certain human decision-making structures using statistical methods and/or neural networks that are somehow modeled on the structures of the brain. For this purpose, e.g. according to an “iterative process", a decision is automatically made by the system again and again, implemented and the result evaluated. If the decision and subsequently the result was expedient, further decisions are made along the path, if not, this is the path Path classified as "wooden path” and avoided in future decisions.
  • Typical types of training for an AI are: a) Supervised learning by comparing the feedback from the learning module with the data that is actually available and b) By collecting data in a data archive, where the training effect is that over time more and more data is available with which the module can compare the data it receives.
  • a “processor” can be, for example, a machine or an electronic circuit can be understood.
  • a processor can in particular be a main processor (Central Processing Unit, CPU), a microprocessor or a microcontroller, a TPU (Tensor Processing Unit) and/or NPU (Neural Processing Unit), which is technically a hybrid ASIC and FPGA and/or DSP are similar.
  • COTS boards for example Google Coral or Intel Movidius ...they are also known as VPUs...KI coprocessors.
  • it can also be an application-specific integrated circuit or a digital signal processor, possibly in combination with a memory unit for storing program instructions, etc.
  • a processor can, for example, also be an IC (integrated circuit), in particular an FPGA (field programmable gate array) or an ASIC (application-specific integrated circuit). Integrated circuit), or a DSP (Digital Signal Processor) or a graphics processor GPU (Graphic Processing Unit).
  • IC integrated circuit
  • FPGA field programmable gate array
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • Integrated circuit or a DSP (Digital Signal Processor) or a graphics processor GPU (Graphic Processing Unit).
  • a processor can also be understood to mean a virtualized processor, a virtual machine or a soft CPU.
  • the processors that can be used in the system are at least application processors, for example Cortex A.
  • processors of higher performance classes are advantageously used, for example those whose number of available cores is between 1 and 8.
  • the number of cores in a processor indicates how many things the processor can lei can do and/or the clock frequency.
  • CPU/TPU/GPU for example, are used as generic processors.
  • microprocessors In contrast to microcontrollers, e.g. K60, microprocessors cannot be used sensibly here because neural networks cannot be run sensibly on them.
  • “computer-aided” or “computer-aided” can be understood, for example, as an implementation of the method in which, in particular, a processor executes at least one method step of the method.
  • “computer-based” or “computer-based” also means “computer-implemented”.
  • providing in particular with regard to data, meta data and/or other information, can be understood in connection with the invention as computer-aided providing.
  • the providing takes place, for example, via an interface (eg a database interface, a network interface, an interface to a storage unit). Via this interface, for example, when providing, corresponding data and/or information can be transmitted and/or sent and/or retrieved and/or received.
  • providing can also include a loading or a saving, for example, a transaction can be understood on with corresponding data.
  • providing can also be understood, for example, as a transmission (or a sending or a transmission) of corresponding data from a node to another node.
  • a recovery strategy for the disturbing object 100 is calculated via the AI, if necessary, and at least one module of the third type 122 and/or 123 - a removal tool, e.g. drone, truck, suction, sweeping and/or wiping robot as well as possibly combination NEN of it needs-oriented - so for example depending on the classification of the disturbing object 100 - commissioned.
  • a removal tool e.g. drone, truck, suction, sweeping and/or wiping robot as well as possibly combination NEN of it needs-oriented - so for example depending on the classification of the disturbing object 100 - commissioned.
  • the modules of the third type 122, 123 are networked with the management system M2 and with one another and can communicate with one another in an automated manner directly and/or via the IoT and/or via the management system M2.
  • the module of the third type 122 is a remote-controllable drone 122, which has a position determination 124, e.g. GPS, a camera 125, e.g. a 360° camera 125, an AI with a machine learning "ML" model 127 and Finally, a manipulator, such as a gripper arm 126 has.
  • the module of the third type 123 is a remote-controllable truck 123, which also has a position determination 128, a camera 129, an AI with a machine learning "ML" model 131 and a manipulator, such as a gripper arm 130 Like the manipulators 130 and 126, the module 122, 123 can be controlled automatically.
  • the commissioned modules of the third type 122 and 123 coordinate each other, find each other at the site and recover and transport the disruptive object 100.
  • the disruptive object 100 is localized, photographed, and recovered.
  • the modules 122 and/or 123 also have means for characterization, for example for weighing and/or measuring the object 100 that is causing the problem.
  • This data is used to train the machine learning system 118 and/or the data archive 115 of a module of the second type provided.
  • the provided data 116 from the real measurement by the modules of the third type can then be provided to the machine learning system 118 and/or the model archive 135 of a module of the second type.
  • the information and data 117, 116 collected in this way, physical and/or chemical characterization of the interfering object 100, are also given to the module of the second type, for example provided in the data archive 115 as data 116 which the machine learning system 118 accesses. This, for example, also with regard to a comparison with the data 117 of the actual state from the presumed and/or estimated data of the modules of the first type 103, 110.
  • a truck 123 is on site that has a larger loading capacity than the interfering object 100 needs, other interfering objects (not shown) or other items are loaded onto it without the truck 123 driving back to the station beforehand.
  • Communication between the modules is designed to always find the simplest solution.
  • the modules of the third type 122 which, for example, still fit on the truck 123 in terms of weight/size, can also be brought back to a base station by the latter.
  • the method for cleaning with a cyber-physical system is characterized in that the modules of the third type 122, 123 provide data for characterizing the disturbing object 100, which they the data archive 115, 116 and / or the provide machine learning system 118 of a module of the second type for training.
  • the cyber-physical system collects training data around its own machine learning ML models 119, 105,
  • the ML models 119 updated in the module of the second type 118 are communicated "into the field" and, for example, by "0- ver-the-Air" OTA update into the third type 122 and/or 123 modules where they are in the form of the ML models 127 and/or 131.
  • the ML models 119 are not digital copies of each other, but are always the result of the respective machine learning process that takes place in the machine learning system 118 and/or is stored in the model archive 118, where the machine learning system looks at the data, for example served from the data archive 115 and the result is provided in the form of the respective ML model 119 tailored to the models of the first or third type.
  • These ML models 119 are advantageously also stored again in the model archive 135 . In this way, transfer learning is also possible.
  • the cyber-physical system especially one in a park where the system has already been trained - learns over time automatically all types of disturbing objects 100 and can automatically detect impurities in monitoring mode via modules 103, 122 and 123 detect, report and rectify.
  • users who report to the cyber-physical system with their smartphone or app can also access the extended capabilities, e.g. in the form of ML models via OTA updates.
  • a single drone 122 as well as a camera 125 located in or on it, can be used both as a module of the first type for detecting and reporting a disruptive object and as a module of the third type for collecting and transporting through the cyber physical system is used.
  • the present invention provides for the first time a possibility for automated cleaning of the green areas, outdoor facilities and/or parks.
  • the invention relates to a cyber-physical system -CPS- for the automated detection and removal of disturbing objects in parks, outdoor areas, ditches, etc.
  • the invention also relates to a method for automated cleaning of parks, roadsides, outdoor areas and green areas, especially in inner cities.
  • Modules of the first, second and third type are communicatively connected via the IoT in such a way that modules of the first type record the current status, and the data generated from this is sent to the modules of the second type via the
  • the modules of the third type which have manipulators, e.g. a gripper arm, a sucker, generally a recording device, etc., collect the disturbing object, can characterize it if necessary and transfer the characterization data to the ML models of the Provide modules of the second type for training before these modules of the third type remove the disturbing object.
  • manipulators e.g. a gripper arm, a sucker, generally a recording device, etc.
  • the cyber-physical system can constantly improve and specialize on the green area in focus.

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Abstract

The invention relates to a cyberphysical system -CPS- for the automated detection and removal of interfering objects in parks, outdoor facilities, roadside ditches, etc. The invention furthermore relates to a method for the automated cleaning of parks, roadsides, outdoor facilities and green spaces, in particular in city centres. In this case, modules of a first, second and third type communicate with one another via the IoT such that modules of the first type adopt the actual state, provide the data generated therefrom to the modules of the second type via the IoT and the modules of the second type then calculate a target state and activate modules of the third type, possibly via the IoT, which collect and remove the interfering object.

Description

Beschreibung description
Cyber-physisches System zur Reinigung von Verkehrswegen und/oder Außenanlagen sowie Verfahren dazu Cyber-physical system for cleaning traffic routes and/or outdoor facilities and methods for this
Die Erfindung betrifft ein Cyber-physisches System -CPS- zur automatisierten Detektion und Entfernung störender Objekte in Parks, Außenanlagen, Straßengräben etc. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur automatisierten Reinigung von Parks, Straßenrändern, Außenanlagen und Grünanlagen, insbe sondere in Innenstädten. The invention relates to a cyber-physical system -CPS- for the automated detection and removal of disturbing objects in parks, outdoor areas, ditches, etc. The invention also relates to a method for automated cleaning of parks, roadsides, outdoor areas and green areas, especially in inner cities.
Straßenreinigung findet automatisiert bislang nur auf geteer ten Straßen statt, wo Reinigungsfahrzeuge, die vorzugsweise manuell gesteuert werden, sich gut bewegen können. So far, automated street cleaning has only taken place on paved roads, where cleaning vehicles, which are preferably controlled manually, can move easily.
Cyber-physische Systeme bezeichnen einen Verbund aus sensori schen und/oder mechanischen Modulen mit einer Dateninfra struktur, die über drahtgebundene oder drahtlose Kommunikati onsnetze untereinander, in Form von Maschinenkommunikation und/oder mit dem Netz - Internet of Things „IoT"- kommunizie ren. Beispielsweise werden IT-Verkehrssteuerungs- und Ver kehrslogistiksysteme über Cyber-physische Systeme realisiert. Solche Systeme umfassen in der Regel mehrere Teil-Systeme und sind entsprechend komplex. Cyber-physical systems describe a network of sensory and/or mechanical modules with a data infrastructure that communicate with each other via wired or wireless communication networks, in the form of machine communication and/or with the network - Internet of Things "IoT". For example, IT traffic control and traffic logistics systems are implemented via cyber-physical systems.Such systems usually include several subsystems and are correspondingly complex.
Mit zunehmender Urbanisierung und „to go" Ernährung erfolgt auch eine zunehmende Verschmutzung der Grünanlagen und der öffentlichen Parks durch Essensreste, Verpackungsmüll und sonstigen Unrat. Hinzu kommen Hunde oder andere Haustiere, die gegebenenfalls ihre Spuren hinterlassen. With increasing urbanization and "to-go" nutrition, green areas and public parks are also becoming increasingly soiled with food leftovers, packaging waste and other rubbish. Dogs and other pets may also leave their mark.
Es besteht daher der Bedarf an einer automatisierten Erfas sung und Reinigung der Straßenränder, Grünanlagen und öffent lichen Parks. There is therefore a need for automated detection and cleaning of roadsides, green areas and public parks.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein cyber physisches System zur Verfügung zu stellen, das automatisiert oder teil-automatisiert Unrat in an Straßenrändern und/oder Grünanlagen entfernt. The object of the invention is therefore to provide a cyber-physical system that automates or semi-automatically removes rubbish from roadsides and/or green spaces.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Er findung, wie er in der Beschreibung, der Figur und den An sprüchen definiert wird, gelöst. This object is achieved by the subject matter of the present invention, as defined in the description, the figure and the claims.
Dementsprechend ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Cyber-physisches System zur automatisierten Reinigung der Randbereiche von Verkehrswegen und/oder Grünanlagen, Module erster und dritter Art, zumindest ein Kommunikationsnetz so wie dazugehörige Schnittstellen umfassend, wobei zumindestAccordingly, the subject of the present invention is a cyber-physical system for the automated cleaning of the edge areas of traffic routes and/or green areas, modules of the first and third type, at least one communication network and associated interfaces, with at least
- ein Modul erster Art, das automatisiert und/oder Nutzer getrieben Daten erzeugt, die einen Ist-Zustand mit einem störenden Objekt wiedergeben, - a module of the first type that automatically and/or user-driven generates data that reflects an actual state with a disruptive object,
- gegebenenfalls ein Modul zweiter Art diese Daten über zumindest eine dafür geeignete Schnittstelle empfängt, und das zumindest eine Modul zweiter Art zumindest einen Prozessor in einem Managementsystem umfasst, der die Da ten verarbeitet und gegebenenfalls über eine Künstliche Intelligenz neuronale Netze mit den Daten trainiert und- if necessary, a module of the second type receives this data via at least one suitable interface, and the at least one module of the second type comprises at least one processor in a management system, which processes the data and, if necessary, uses artificial intelligence to train neural networks with the data and
- das Managementsystem des zweiten Moduls oder eine direk te Kommunikation eines ersten Moduls mit einer geeigne ten Schnittstelle eines Moduls dritter Art dieses veran lasst zumindest einen Manipulator, der mit dem Modul dritter Art verbunden und geeignet ist, das störende Ob jekt aufzunehmen und/oder abzutransportieren, zu star ten, wobei - the management system of the second module or direct communication of a first module with a suitable interface of a third-type module, this causes at least one manipulator which is connected to the third-type module and is suitable for picking up and/or transporting away the disturbing object , to start, where
- jedes Modul zumindest einen Datenspeicher und einen Pro zessor umfasst und selbstständig, also dezentral, eine Aktion starten kann. - Each module includes at least one data store and one processor and can start an action independently, i.e. decentrally.
Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein In addition, the subject of the invention is a
Verfahren zur automatisierten Säuberung von Grünanla gen, mittels eines Cyber-physischen Systems, wie oben beschrieben, bei dem Method for the automated cleaning of green spaces, by means of a cyber-physical system as described above, in which
- ein Ist-Zustand einer Stelle der Grünanlage mit einem störenden Objekt erfasst wird, - wobei die Erfassung der Daten über ein störendes Objekt automatisiert und/oder Nutzergetrieben erfolgt, zumindest die Meldung der Nutzergetrieben erzeugten Da ten mittels Übertragung und Bereitstellung entsprechen der Daten gegebenenfalls an ein Managementsystem in ei nem Modul zweiter Art erfolgt, - an actual state of a part of the green area with a disturbing object is recorded, - whereby the collection of the data on a disruptive object is automated and/or user-driven, at least the reporting of the data generated by the user is carried out by means of transmission and provision of the data, if appropriate to a management system in a module of the second type,
- durch das Managementsystem direkt oder mittels zumindest eines dafür konfigurierten und eingerichteten Prozessors und/oder durch eine geeignete Kommunikation ohne Zwi schenschaltung des Managementsystems ein Modul dritter Art mit einem Manipulator aktiviert wird und zumindest ein Modul dritter Art das störende Objekt an fährt, anschwimmt und/oder anfliegt, aufnimmt und/oder entfernt . - a module of the third type with a manipulator is activated by the management system directly or by means of at least one processor configured and set up for this purpose and/or by suitable communication without the intermediary of the management system and at least one module of the third type moves to the disturbing object, swims to it and/or or approaches, picks up and/or removes .
Allgemeine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass über eine kommunizierende Kombination an sich bekannter Module, die insbesondere General knowledge of the invention is that a communicating combination of known modules, in particular
- Module erster Art, die Geräte zur Erfassung, Abbildung, Ortung und Weiterleitung der entsprechenden Daten sind,- Modules of the first type, which are devices for acquiring, mapping, locating and forwarding the relevant data,
- Module zweiter Art, die Geräte zur Verarbeitung, zur Steuerung, zum Regeln, zum Machine Learning und/oder zum Vergleich von Daten sind, sowie - Modules of the second type, which are devices for processing, controlling, regulating, machine learning and/or comparing data, as well as
- Module dritter Art, die Geräte mit Manipulatoren zum Aufgreifen, Aufsaugen und/oder Transportieren von Objek ten sind, verbindet, beispielsweise derart, dass - Modules of a third type, which are devices with manipulators for picking up, sucking up and/or transporting objects, connects them, for example in such a way that
- ein Navigationssystem mit-verbunden ist und insbesondere mit Hilfe von - a navigation system is connected and in particular with the help of
- künstlicher Intelligenz ein sich ständig verbesserndes und überholendes Cyber physisches System implementierbar ist, das entweder über sich in Parks oder Außenanlagen bewegende Nutzer von Smartphones, aus eigenen Betriebsdaten des Cyber-physischen Systems und/oder über stationäre oder mobile Überwachungssysteme, die Außenanlagen und/oder Parks scannen, dort störende Objekte detektieren, mit den gesammelten Daten aus diesen Quellen das Cyber-physische System trainierbar ist und automatisiert stö rende Objekte entfernen kann. Dazu umfasst das Cyber physische System Module dritter Art mit Manipulatoren, die nach eingegangener Meldung durch ein oder mehrere Module ers ter Art über zumindest ein störendes Objekt - gegebenenfalls durch ein Managementsystem als Teil eines Moduls zweiter Art- wobei die Module dritter Art gegebenenfalls unter Rückkopp lung mit IoT und/oder KI ausgewählt sind, diese in Gang ge setzt und zum Fundort des störenden Objekts geleitet werden. - artificial intelligence, a constantly improving and outdated cyber-physical system can be implemented, either via smartphone users moving in parks or outdoor facilities, from the cyber-physical system's own operating data and/or via stationary or mobile surveillance systems, the outdoor facilities and/or Scan parks, detect disturbing objects there, with the collected data from these sources that Cyber-physical system can be trained and automatically remove interfering objects. For this purpose, the cyber-physical system includes modules of the third type with manipulators, which, after a message has been received by one or more modules of the first type, about at least one disruptive object - possibly by a management system as part of a module of the second type - the modules of the third type possibly with feedback are selected with IoT and/or AI, these are set in motion and guided to the location of the disturbing object.
Diese Module dritter Art können mehrere einzelne Geräte um fassen, die - gegebenenfalls in Zusammenarbeit - das zumin dest eine störende Objekt automatisiert ferngesteuert anfah- ren, anschwimmen und/oder anfliegen, aufnehmen und/oder ab transportieren. Die Meldung über das störende Objekt erfolgt dabei entweder manuell über einen Nutzer mittels einer Smart- phone-App oder automatisiert über entsprechend trainierte De tektionssysteme, die geeignet und/oder trainiert sind, stö rende Objekte von nicht-störenden Objekten in der entspre chenden Außenanlage oder in Außenanlagen generell, wie Rasen flächen, zu unterscheiden. These modules of the third type can include several individual devices which—possibly in cooperation—automatically remotely approach, swim to and/or approach, pick up and/or transport the at least one interfering object. The notification of the disruptive object is either done manually by a user using a smartphone app or automatically via appropriately trained detection systems that are suitable and/or trained to detect disruptive objects from non-disruptive objects in the relevant outdoor area or in outdoor areas in general, such as lawns.
Als „Maschinenkommunikation" wird ein automatisierter Infor mationsaustausch zwischen Geräten, wie Maschinen, Drohnen, Automaten, Fahrzeugen, Containern untereinander und/oder mit einem - bevorzugt zentralen - Managementsystem, beispielswei se via Bluetooth, Wifi, optisch, mittels Ultraschalles, Schallwellen und/oder Radiowellen, bezeichnet, beispielsweise mittels drahtloser Kommunikation mit geringem Stromverbrauch wie LoRa, LoRaWAN, IrDA, ZigBee, XBee und/oder Infraschall. "Machine communication" is an automated exchange of information between devices, such as machines, drones, machines, vehicles, containers with each other and/or with a - preferably central - management system, for example via Bluetooth, Wifi, optically, using ultrasound, sound waves and/or Radio waves, referred to, for example, by means of low-power wireless communications such as LoRa, LoRaWAN, IrDA, ZigBee, XBee, and/or infrasound.
Maschinenkommunikation kann von Maschine zu Maschine, aber auch über Internet of Things, IoT, über Mobilfunknetze, oder sonstige Netze erfolgen. Die Technologie der Maschinenkommu nikation verknüpft dabei Informations- und Kommunikations technik. „ZigBee" und/oder „XBee" sind Kommunikationswerkzeuge spezi ell für drahtlose Netzwerke und geringes Datenaufkommen, sie kommunizieren beispielsweise auch in einem Mesh-Netzwerk und/oder einem so genannten Ad-hoc-Netzwerk. Machine communication can take place from machine to machine, but also via the Internet of Things, IoT, via mobile networks or other networks. The technology of machine communication combines information and communication technology. "ZigBee" and/or "XBee" are communication tools specifically for wireless networks and low data volumes, they also communicate, for example, in a mesh network and/or a so-called ad-hoc network.
„LoRaWAN" hat eine Netzwerkarchitektur, die typischerweise in einer Sterntopologie angeordnet ist, bei der die Gateways die Verbindung zwischen den Endgeräten und dem zentralen Netz werkserver hersteilen. Die Gateways werden über eine Stan- dard-IP-Verbindung mit dem entsprechenden Netzwerkserver ver bunden, während die Endgeräte eine Single-Hop-Verbindung zu einem oder mehreren Gateways verwenden. Die Kommunikation ist in der Regel bidirektional. Sie unterstützt auch den Betrieb von Multicast-Adress-Gruppen, um einen effizienten Gebrauch des Spektrums für z.B. Over-the-Air Updates „OTA''-Updates zu gewährleisten . "LoRaWAN" has a network architecture that is typically arranged in a star topology, in which the gateways establish the connection between the end devices and the central network server. The gateways are connected to the corresponding network server via a standard IP connection, while the end devices use a single-hop connection to one or more gateways. The communication is usually bidirectional. It also supports the operation of multicast address groups to ensure efficient use of the spectrum for e.g. over-the-air updates to ensure "OTA" updates.
LoRaWAN ist eine Low Power Wide Area Network (LPWAN oder Niedrigenergieweitverkehrnetzwerk) Spezifikation für drahtlo se batteriebetriebene Systeme in einem regionalen, nationalen oder auch globalen Netzwerk. Es zielt insbesondere auch eine sichere bidirektionale Kommunikation ab, Lokalisierung und Mobilität von Dienstleistungen, eine Ende-zu-Ende Verschlüs selung und die Mobilität von Dienstleistungen ab. Die LoRa- WAN-Spezifikation bietet dabei eine nahtlose Zusammenarbeit von verschiedenen Teil-Systemen und Techniken unter Smart Things ohne die Notwendigkeit von starren, lokalen komplexen Installationen. „LoRa" beschreibt dabei die physikalische Schicht, welche die „long ränge" Kommunikationsverbindung er möglicht . LoRaWAN is a Low Power Wide Area Network (LPWAN) specification for wireless battery-powered systems in a regional, national or even global network. In particular, it also aims at secure bidirectional communication, localization and mobility of services, end-to-end encryption and the mobility of services. The LoRa WAN specification offers seamless cooperation between different sub-systems and technologies under Smart Things without the need for rigid, local complex installations. "LoRa" describes the physical layer that enables the "long-range" communication link.
Als „Randbereich", „Grünanlage", „Außenanlage", „Park" wird vorliegend ein Bereich bezeichnet, der durch alle Arten lie gengelassener und abgeworfener störender Objekte verschmutzt werden kann. Dabei ist es unerheblich, ob dieser Bereich an sonsten über Gärtner, Förster oder sonstige Bewirtschafter gepflegt oder gereinigt wird, sondern es wird - zumindest so lange das Cyber-physische System der Parkanlage noch nicht lange genug gearbeitet hat, dass es das autark entscheiden kann - auf den Nutzer der Grünanlage abgestellt, ob der ein dort liegengelassenes Objekt als „störend" empfindet oder nicht. „Störend" im einfachsten Fall ist beispielsweise ein Hundehaufen, liegengelassene Verpackung von Fast-Food, Es sensreste, leere, volle oder teilgefüllte Glasverpackungen, sonstiger Müll, Plastik, Stoff- und/oder Papiertüten, kurz gesagt alles, was der Nutzer gerne in einem Abfallbehälter sehen würde, hier aber auf dem Sandweg, der Rasenfläche, dem Forst und/oder in Hecken und Büschen herumliegen sieht. In the present case, the term "edge area", "green area", "outdoor area", "park" refers to an area that can be soiled by all kinds of disturbing objects that have been left lying around and thrown off. It is irrelevant whether this area is otherwise maintained or cleaned by gardeners, foresters or other managers, but it is - at least as long as the cyber-physical system of the park is not has worked long enough for it to be able to make its own decisions - it depends on the user of the green area whether he or she finds an object left there "disturbing" or not , food leftovers, empty, full or partially filled glass packaging, other rubbish, plastic, cloth and/or paper bags, in short everything that the user would like to see in a rubbish bin, but here on the sandy path, the lawn, the forest and/or or lying around in hedges and bushes.
Mit „Sollzustand" wird vorliegend der Zustand der Grünanlage und des Randbereichs bezeichnet, in dem das störende Objekt weg, insbesondere entfernt, ist und der für den Nutzer unver- schmutzte, gewollte und/oder natürliche Zustand des Randbe reichs und/oder des Parks und/oder der Außenanlage und/oder der Grünanlage hergestellt ist. In the present case, "target condition" refers to the condition of the green area and the peripheral area in which the disturbing object is gone, in particular removed, and the user-unpolluted, desired and/or natural condition of the peripheral area and/or the park and /or the outdoor area and/or the green area is established.
Mittels der entsprechenden Kommunikationsinfrastruktur - ge gebenenfalls unter Einbeziehung des IoT und einer künstlichen Intelligenz wird das Cyber-physische System so aufgebaut, das es automatisiert zur Säuberung von Grünanlagen einsetzbar ist. Using the appropriate communication infrastructure - possibly including the IoT and artificial intelligence, the cyber-physical system is set up in such a way that it can be used automatically to clean green spaces.
Ein Modul zweiter Art umfasst einen Prozessor und beispiels weise zumindest einen weiteren Prozessor, der mit dem ersten kommuniziert und geeignet ist, über Nutzergetrieben erzeugte Daten ein Training zur automatisierten Erkennung störender Objekte durchzuführen. Weiterhin ist der Prozessor eines Mo duls zweiter Art vorteilhafterweise mit einem Datenarchiv kommunikativ verbunden, wobei im Datenarchiv einerseits die Daten der Module erster Art, die Schätzwerte und Vermutungen über die physikalischen und/oder chemische Beschaffenheit des störenden Objekts ab-speicherbar sind und andererseits nach entsprechender Rückkopplung oder Rücksendung die Daten, die durch konkrete Vermessung und/oder Charakterisierung eines Moduls dritter Art von dem störenden Objekt erhoben wurden. Das Modul zweiter Art ist auch dasjenige, das den Modulen erster und dritter Art die neuronalen Netze trainiert und - z.B. in Form von Updates - bereitstellt. Ein zusätzlicher Prozessor eines solchen Moduls kann beispielsweise von der Art TPU und/oder GPU sein. A module of the second type comprises a processor and, for example, at least one further processor which communicates with the first and is suitable for carrying out training for the automated recognition of disruptive objects using data generated by the user. Furthermore, the processor of a module of the second type is advantageously communicatively connected to a data archive, with the data of the modules of the first type, the estimated values and assumptions about the physical and/or chemical nature of the disturbing object being able to be stored in the data archive on the one hand, and on the other hand after appropriate storage Feedback or sending back the data collected from the interfering object by concrete measurement and/or characterization of a module of third type. The module of the second type is also the one that trains the neural networks of the modules of the first and third type and makes them available--for example in the form of updates. An additional processor of such a module can be of the TPU and/or GPU type, for example.
Dadurch können die Daten des Ist-Zustands, die über die Mel dung, also Bereitstellung der Daten durch eines oder mehrere Module erster Art bereitgestellt werden, mit den Daten ver glichen werden, die von den oder dem Modul dritter Art über die „Wahrheit" den Daten aus den tatsächlichen Vermessungs - und/oder Charakterisierungsresultaten des gleichen störenden Objekts bereitgestellt werden. Durch den Vergleich dieser Da ten kann das Cyber-physische System viel über die Erfassung der störenden Objekte automatisiert Lernen. Dafür ist im Mo dul zweiter Art nach einer vorteilhaften Ausführungsform ein Lernsystem, beispielsweise in Form einer Künstlichen Intelli genz -„KI" - vorgesehen. As a result, the data on the current status, which is provided via the message, i.e. the provision of the data by one or more modules of the first type, can be compared with the data that is provided by the module or modules of the third type via the "truth". Data from the actual measurement and/or characterization results of the same interfering object are provided.By comparing this data, the cyber-physical system can automatically learn a great deal about the detection of the interfering objects.Therefore, the module of the second type is an advantageous embodiment a learning system, for example in the form of an artificial intelligence - "AI" - provided.
Alle Daten des Systems, nicht nur die aus dem Datenarchiv können zum Training des Cyber-physischen Systems eingesetzt werden, so dass das Cyber-physische System sich laufend ver bessert. Das oder die machine learning Prozessoren der Module zweiter Art stellen dabei ihre neuesten ML-Modelle, bei spielsweise in Form von Updates, bevorzugt automatisch, den Modulen erster und/oder dritter Art zur Verfügung. All the data in the system, not just that from the data archive, can be used to train the cyber-physical system so that the cyber-physical system is constantly improving. The machine learning processor or processors of the modules of the second type make their latest ML models available to the modules of the first and/or third type, for example in the form of updates, preferably automatically.
Vorteilhafterweise erfolgt die Datenerhebung zumindest zu Be ginn teilweise durch Menschen, so genannte „Nutzergetrieben erzeugte Daten zur Erfassung störender Objekte", Menschen die als „Nutzer" des Parks dort gezielt Unrat fotografieren und damit der Künstlichen Intelligenz visuelle oder optische oder - in Abhängigkeit des erfassenden Aufnahmegerätes sonstige Daten von Unrat zur Verfügung stellen, die maschinell viel leicht nicht als „störendes Objekt" klassifiziert wurden, aber durch vom Nutzer klassifizierte Daten Grundlage eines geeigneten Trainings der zur KI gehörenden neuronalen Netz werke eines Moduls zweiter Art dienen. Diese trainierten neu- ronalen Netzwerke können nach einer Trainingsphase an die Mo- dule erster und dritter Art zurückgegeben werden und bewirken dann, dass durch die Module erster und dritter Art automati siert solche störenden Objekte klassifiziert und als „stören des Objekt" durch das Cyber-physische System selbsttätig er kennbar werden. Advantageously, at least at the beginning, the data collection is carried out partly by people, so-called "user-driven data generated for the detection of disturbing objects", people who, as "users" of the park, specifically photograph rubbish there and thus provide the artificial intelligence with visual or optical or - depending on the detected recording device provide other data of rubbish that was not automatically classified as "interfering object" by the machine, but which, through data classified by the user, serve as the basis for suitable training of the neural networks of a second-type module belonging to the AI. After a training phase, ronal networks can be returned to the modules of the first and third type and then cause such disturbing objects to be classified automatically by the modules of the first and third type and automatically identified as "disrupting the object" by the cyber-physical system become recognizable.
Die Datenerhebung durch Nutzer zu Beginn der Inbetriebnahme ist teilweise auch deshalb von Vorteil, um die vortrainierten generischen neuronalen Netze auf den Anwendungsbereich spezi fischer zu verfeinern. The data collection by users at the beginning of the commissioning is also partly advantageous in order to refine the pre-trained generic neural networks more specifically for the area of application.
Durch In-Betriebnahme des Cyber-physischen Systems und Erzeu gung von Daten - maschinell und/oder Nutzer-getrieben - wird ein neuronales Netzwerk einer KI, die mit dem Modul zweiter Art verbunden ist, trainiert. Das trainierte Netzwerk wird dann beispielsweise in eine Drohne, die sowohl ein Modul ers ter Art zur Erfassung als auch ein Modul dritter Art zur Be seitigung umfassen kann,„deployed", also übertragen und ge speichert. Danach ist die so ausgestattete Drohne, der so ausgestattete selbstfahrende Roboter, selbst fähig innerhalb des Gebietes, für das sie trainiert ist, automatisch Unrat als solchen zu klassifizieren, aufgrund der künstlich erhobe nen und/oder der menschlich erhobene Daten und/oder des er folgten Trainings. Die Drohne entwickelt beispielsweise das Netzwerk dann durch beliebig viele Trainingsdaten weiter und/oder erhält Updates aus dem Modul zweiter Art, das in der Regel einen leistungsstärkeren, insbesondere generischen Pro zessor umfasst als die Module erster und dritter Art, die beispielsweise in einer Drohne untergebracht sind, der neuro nale Netzwerke trainiert und dann die trainierten Netzwerke wieder auf ein Modul dritter Art, wie die Drohne, zurückspie len kann. By putting the cyber-physical system into operation and generating data - machine and/or user-driven - a neural network of an AI, which is connected to the module of the second type, is trained. The trained network is then, for example, "deployed" in a drone, which can include both a module of the first type for detection and a module of the third type for elimination, i.e. transmitted and stored equipped self-driving robots, capable of automatically classifying debris as such within the area for which it is trained, based on the artificially collected and/or the humanly collected data and/or the training done The drone, for example, then develops the network through any amount of training data and/or receives updates from the module of the second type, which usually includes a more powerful, in particular generic, processor than the modules of the first and third types, which are housed in a drone, for example, that trains neural networks and then the trained networks can be fed back to a third-type module, such as the drone.
Wenn eine entsprechend ausgestattete und mit entsprechend trainiertem Netzwerk versehene Drohne, oder ein sonstiges Aufnahmegerät mit Kamera, mit ihrem Modul erster Art Unrat automatisiert erkennt und klassifiziert, kann sie ohne Umweg über ein zentrales Managementsystem, das insbesondere in ei nem Modul zweiter Art realisiert ist, den Unrat über ein ebenfalls in der Drohne realisiertes Modul dritter Art, wie einen geeigneten Manipulator, z.B. Greifarm, aufnehmen und entfernen. Deswegen kann das hier offenbarte Cyber-physische System auch als „dezentral reagierendes" System bezeichnet werden, weil nach entsprechender Einarbeitungsphase der ein zelnen Module diese in die Lage versetzt werden, automati siert und selbststeuernd ohne zentrales Managementsystem Rei nigungsarbeiten durchzuführen. If a suitably equipped drone with a suitably trained network, or another recording device with a camera, automatically recognizes and classifies rubbish with its first-type module, it can do so without any detours via a central management system, which is implemented in particular in a second-type module, picking up and removing the rubbish via a third-type module, also implemented in the drone, such as a suitable manipulator, for example a gripper arm. For this reason, the cyber-physical system disclosed here can also be referred to as a "decentrally reacting" system, because after an appropriate familiarization phase of the individual modules, they are enabled to carry out cleaning work automatically and self-controlling without a central management system.
Zum Training des neuronalen Netzwerkes der im Cyber physischen System integrierten Künstlichen Intelligenz KI können wie gesagt die Nutzer-getrieben erzeugten Daten und/oder die automatisiert erzeugten Daten eingesetzt werden. As mentioned, the user-driven generated data and/or the automatically generated data can be used to train the neural network of the artificial intelligence AI integrated in the cyber-physical system.
Beispielsweise kann ein Modul dritter Art nach erfolgter Identifizierung des Unrats, diesen vor Entfernung noch weiter optisch erfassen und weitere visuelle Daten dazu generieren, insbesondere beispielsweise bei anderer Beleuchtung und/oder aus anderem Blickwinkel. Die so erzeugten Daten können dann wieder dem System zum Training dienen. So kann das System durch jeden weiteren Arbeitsgang weiter trainiert und verbes sert und/oder aktualisiert werden. For example, after the refuse has been identified, a module of the third type can optically record it further before it is removed and generate further visual data on it, in particular, for example, with different lighting and/or from a different perspective. The data generated in this way can then be used again for training the system. In this way, the system can be further trained and improved and/or updated with each additional work step.
Von Anfang an ist das Cyber-physische System auch ohne Men schen nutzbar aber der Mensch - respektive der Nutzer - wird mittels Handy instrumentalisiert. Damit nicht Unmengen an un nötigen oder unbrauchbaren Daten das Cyber-physische System überschwemmen gibt es beispielsweise auf dem Smartphone eine Sammelstelle, die über App, nach „Plausibilität" vorsortiert. From the beginning, the cyber-physical system can also be used without people, but the person - or the user - is instrumentalized by mobile phones. So that vast amounts of unnecessary or unusable data do not flood the cyber-physical system, there is a collection point on the smartphone, for example, which can be pre-sorted according to "plausibility" via an app.
Dabei werden neue Daten mit Daten, die brauchbar und richtig sind und Daten die unbrauchbar und falsch sind, verglichen sowohl richtige als auch die falschen Daten können menschlich oder maschinell identifiziert sein. Beispielsweise kann im System eine „Falsch positiv-Erkennung" durch Vergleiche vor gesehen sein. Als „Lernsystem" wird eine künstliche Intelligenz verstanden, die durch Daten, wie beispielsweise die Ergebnisse von Ver gleichen, trainierbar ist. In doing so, new data is compared with data that is usable and correct and data that is unusable and wrong. Both correct and wrong data can be humanly or machine-identified. For example, a “false positive detection” can be provided by comparisons in the system. A "learning system" is an artificial intelligence that can be trained using data, such as the results of comparisons.
Während des Betriebs werden alle Bilder in das Daten- Speichersystem hochgeladen und aus diesem Daten- Speichersystem wird ein oder werden mehrere neuronale Netze trainiert, die dem Cyber-physischen System dann als KI zur Verfügung stehen und auf die einzelnen Module, die über Plattformen verfügen, auf denen die neuronalen Netze laufen können, verteilt werden können. Alternativ oder ergänzend speist das Daten-Speichersystem ein oder mehrere neuronale Netze, die zwar die gleiche Funktion habe, aber auf verschie denen Plattformen laufen. Die einzelnen Module sind Teil von Geräten die beispielsweise über Funk und/oder Kabelgestützt verbunden sind. During operation, all images are uploaded to the data storage system and one or more neural networks are trained from this data storage system, which are then available to the cyber-physical system as AI and to the individual modules that have platforms, on which the neural networks can run can be distributed. Alternatively or in addition, the data storage system feeds one or more neural networks that have the same function but run on different platforms. The individual modules are part of devices that are connected, for example, via radio and/or cable support.
Eine Ablauf-Plattform könnte beispielsweise auf einem Mobil gerät und/oder Teil eines Roboters, einer Drohne und/oder in einer Drohne ein Sensor, Teil eines Sensors und/oder eine an dere in einer Kamera umfasste, beispielsweise zu trainierende Funktion, sein. A process platform could be, for example, on a mobile device and/or part of a robot, a drone and/or a sensor in a drone, part of a sensor and/or another function included in a camera, for example to be trained.
Eine derartige Funktion kann beispielsweise eine Segmentie rung in einem Bild sein. Das System erkennt etwas und stellt es heraus. Durch das „Herausschneiden" vereinfacht sich die Klassifizierung dessen, was herausgeschnitten wurde. Such a function can be a segmentation in an image, for example. The system recognizes something and points it out. "Excising" simplifies the classification of what has been excised.
Das Daten-Speichersystem dient vorzugsweise als Datenbasis für das Training eines neuronalen Netzes. The data storage system is preferably used as a database for training a neural network.
Maschinelle und/oder die Nutzer-getriebene, also menschliche Objekterkennung dient insbesondere als Vorstufe zur Segmen tierung innerhalb des Cyber-physischen Systems. Machine and/or user-driven, i.e. human object recognition serves in particular as a preliminary stage to segmentation within the cyber-physical system.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird die KI und/oder das Daten-Speichersystem genutzt, um innerhalb des vom Cyber- physischen System erfassten Gebietes so genannte „Heatmaps" zu erstellen. Die Heatmaps bilden das Gebiet auf einer Karte wieder, in der Bereiche nach der Häufigkeit dort störende Ob jekte und/oder Unrat zu finden, gekennzeichnet sind. So kön nen über die KI Stellen identifiziert werden, wo viel Müll schon gefunden wurde, und das Cyber-physische System lernt, dort verstärkt zu suchen. Dabei kann eine enorme Effizienz steigerung des Cyber-physischen Systems stattfinden, weil Be reiche, in denen nie Müll gefunden wird, nur noch wenig er fasst werden, hingegen die neuralgischen Punkte verstärkt kontrolliert werden. Dabei ist auch wieder von Vorteil, dass das Cyber-physische System sich ständig weiterentwickelt und so den einzelnen Modulen vorteilhafterweise Updates zur Ver fügung stellen kann, von Bereichen wo z.B. 95 % des Mülls bisher gefunden wurde. According to an advantageous embodiment, the AI and/or the data storage system is used to to create so-called "heat maps" of the area covered by the physical system. The heat maps represent the area on a map in which areas are marked according to the frequency with which disturbing objects and/or rubbish can be found. In this way, the AI can identify locations where a lot of rubbish has already been found, and the cyber-physical system learns to search there more intensively.This can result in an enormous increase in the efficiency of the cyber-physical system, because areas in which rubbish is never found are only rarely found The problem is that the cyber-physical system is constantly evolving and can therefore advantageously provide updates to the individual modules from areas where, for example, 95% of the garbage has been found so far became.
Es werden insbesondere folgende Module erster Art, die der Aufnahme und Meldung und/oder Detektion eines störenden Ob jekts dienen, eingesetzt: In particular, the following modules of the first type, which serve to record and report and/or detect a disruptive object, are used:
Überwachungskameras, stationäre und/oder mobile, und/oder Nutzer mit Smartphones, die mit einer entsprechend program mierten App störende Objekte detektieren- gegebenenfalls und bevorzugt segmentieren und klassifizieren und automatisiert melden - z.B. über die Kamera-Funktion Unrat in Parkanlagen. Dabei erzeugt das Überwachungssystem und/oder das Smartphone mittels App - die beispielsweise mit einer Künstlichen Intel ligenz so verbunden ist, dass sie Updates erhält - , Senso rik und/oder Kamera Daten, die automatisch einem Modul zwei ter Art bereitgestellt werden. Die Module erster Art sind insbesondere vorteilhafterweise so ausgestattet, dass sie die Art des störenden Objekts klassifiziert melden, also z.B. Bi oabfall, Glasabfall, Plastikabfall, Fundsache etc...dazu um fassen die Module erster Art beispielsweise Sensoren und/oder Prozessoren mit gespeicherten visuellen Vergleichsdaten, die abgleichen, ob die Oberfläche des detektierten störenden Ob jekts fest, weich, glänzend, matt, porös, flüssig, dispersiv, also feste Bestandteile in einer Flüssigkeit, Schlammig etc sind. Weitere Module erster Art mit Detektoren könnten z.B. Gerüche aufnehmen und vergleichen. Surveillance cameras, stationary and/or mobile, and/or users with smartphones that use a correspondingly programmed app to detect disturbing objects - if necessary and preferably segment and classify them and report them automatically - e.g. via the camera function Rubbish in parks. The surveillance system and/or the smartphone uses an app - which is connected, for example, to an artificial intelligence in such a way that it receives updates - to generate sensor and/or camera data that are automatically made available to a module of the second type. The modules of the first type are particularly advantageously equipped in such a way that they report the type of disturbing object in a classified manner, ie, for example, biowaste, glass waste, plastic waste, lost property, etc.. The modules of the first type include, for example, sensors and/or processors with stored visual information Comparative data that compare whether the surface of the detected disturbing object is firm, soft, shiny, matt, porous, liquid, dispersive, i.e. solid components in a liquid, muddy, etc. Other modules of the first type with detectors could record and compare smells, for example.
Beispielsweise wird eine so klassifizierte Meldung über das störende Objekt durch ein Modul erster Art über die entspre chende Kommunikationsschnittstelle, vorzugsweise mit Daten zur Ortung, an ein Modul zweiter Art weitergeleitet, das die se Daten nach einer vorteilhaften Ausführungsform zunächst auf Plausibilität prüft. For example, a message classified in this way about the interfering object is forwarded by a first-type module via the corresponding communication interface, preferably with location data, to a second-type module, which, according to an advantageous embodiment, first checks this data for plausibility.
Die Plausibilität kann mehrere Faktoren einbeziehen, bei spielsweise kann die Plausibilität zunächst dazu dienen, festzustellen, ob das gemeldete störende Objekt dort über haupt sein kann. The plausibility can include several factors, for example the plausibility can first serve to determine whether the reported disturbing object can be there at all.
Eine auf Plausibilität geprüfte Meldung wird dann an ein Re gel- und Steuersystem weitergeleitet, das zumindest eine ent sprechende Antriebstechnische Einheit in Form eines Moduls dritter Art, also eines Gerätes, das ferngesteuert sich bewe gen kann und vorgegebene Koordinaten automatisiert anfährt und das weiterhin über Manipulator als Mittel zur Aufnahme, wie beispielsweise einen Sauger, einen Greifarm etc. verfügt, durch das das Gerät ein störendes Objekt aufnehmen und/oder transportieren kann, aktiviert. A message that has been checked for plausibility is then forwarded to a regulation and control system, which has at least one corresponding technical drive unit in the form of a third-type module, i.e. a device that can be remote-controlled and moves to specified coordinates automatically, and this continues via a manipulator as a means for picking up, such as a sucker, a gripping arm, etc., through which the device can pick up and/or transport an object that is in the way.
Ein Modul erster Art kann beispielsweise eine mobile Überwa chungskamera als Teil einer Drohne, die mit einer Kamera aus gestattet ist, sein. Ein Modul dritter Art kann beispielswei se eine Drohne mit einem oder mehreren Greifarmen sein. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform sind beispielsweise beide Module, die der ersten und die der dritten Art, in der glei chen Drohne realisiert. Dabei hat die Drohne beispielsweise einerseits eine Kamera, andererseits einen Greifarm und au ßerdem eine Dateninfrastruktur und Schnittstellen, über die die Daten der Kamera über eine geeignete Schnittstelle dem Greifarm bereitgestellt werden. A module of the first type can, for example, be a mobile surveillance camera as part of a drone that is equipped with a camera. A third type of module can be a drone with one or more gripper arms, for example. According to an advantageous embodiment, for example, both modules, the first and the third type, are implemented in the same drone. The drone has, for example, a camera on the one hand, a gripper arm on the other and also a data infrastructure and interfaces via which the data from the camera is made available to the gripper arm via a suitable interface.
Insbesondere vorteilhaft ist dabei, dass Dateninfrastruktur, Kommunikationsmittel und Schnittstellen, genau wie Kamera und Greifarm, in einer Drohne realisiert sein können, so dass physisch alles, was zur Bereitstellung einer derartigen Aus führungsform des Cyber-physischen-Systems nach der Erfindung erforderlich ist, in der einen Drohne realisiert ist. It is particularly advantageous that the data infrastructure, means of communication and interfaces, just like the camera and gripper arm, can be implemented in a drone, so that everything that is required to provide such an embodiment of the cyber-physical system according to the invention is physically available in which is realized a drone.
Als „Drohne" wird ein unbemanntes Fahrzeug, insbesondere Luftfahrzeug, das ohne eine an Bord befindliche Besatzung au tark durch einen Computer über eine Fernsteuerung betrieben und navigiert werden kann. Eine Drohne kann beispielsweise auch ein unbemanntes Lastfahrzeug und/oder ein Boot oder ein Amphibienfahrzeug sein. Eine „Drohne" kann auch einen Manipu lator umfassen, wie beispielsweise einen Greifarm und/oder eine Saugvorrichtung. Eine Drohne im Sinne der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise von der Meldung über die Steue rung und schließlich auch die Transaktion mittels Manipula tors alles in einem Gerät realisiert haben. A "drone" is an unmanned vehicle, in particular an aircraft, which can be operated and navigated independently by a computer via remote control without a crew on board. A drone can also be an unmanned truck and/or a boat or an amphibious vehicle, for example A "drone" may also include a manipulator, such as a gripper arm and/or suction device. A drone within the meaning of the present invention can, for example, have implemented everything in one device, from the message to the controller and finally also the transaction using manipulators.
Das Modul zweiter Art umfasst insbesondere ein Managementsys tem, das ein Geo-Information-System (GIS) hat oder mit einem verbunden ist. Das Modul zweiter Art kann beispielsweise in Form eines Prozessors, der Teil einer Datenverarbeitungsein heit einer fernsteuerbaren Drohne ist, realisiert sein. The module of the second type comprises in particular a management system that has or is connected to a geographic information system (GIS). The module of the second type can be implemented, for example, in the form of a processor that is part of a data processing unit of a remotely controllable drone.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung um fasst das Modul zweiter Art ein oder mehrere Prozessor(en), die so eingerichtet sind, dass sie eine Prüfung der Meldung durch das Modul erster Art auf Plausibilität rechnergestützt durchführen . According to an advantageous embodiment of the invention, the module of the second type comprises one or more processor(s) which are set up in such a way that they carry out a computer-aided check of the message by the module of the first type for plausibility.
Als „Managementsystem" wird grundsätzlich jede Art von Steue rung bezeichnet, die von einem Modul erster Art empfängt und verarbeitet sowie ein Modul dritter Art steuert und/oder re gelt. Das Managementsystem als zumindest Teil des Moduls zweiter Art kann - physisch gesehen - Teil eines Moduls ers ter und/oder dritter Art sein. Insbesondere kann in - bei spielsweise - einer Drohne, einem ferngesteuerten Fahrzeug jede Art der Module, Schnittstellen und Kommunikationssysteme nach der vorliegenden Erfindung verwirklicht sein. Dabei kann eine Kommunikation mit dem IoT, genau wie bei einem Smartpho- ne, verwirklicht sein oder nicht. A “management system” is basically any type of control that receives and processes from a module of the first type and controls and/or regulates a module of the third type. The management system as at least part of the module The second type can - physically seen - be part of a module of the first and/or third type. In particular, in - for example - a drone, a remote-controlled vehicle, any type of modules, interfaces and communication systems according to the present invention can be implemented. Communication with the IoT, just like with a smartphone, can be implemented or not.
Als „IoT" wird das Internet der Dinge bezeichnet, also ein Sammelbegriff für Technologien einer globalen Infrastruktur der Informationsgesellschaften, die es ermöglicht, physische und virtuelle Gegenstände miteinander zu vernetzen und sie durch Informations- und Kommunikationstechniken Zusammenar beiten zu lassen. "IoT" is the name of the Internet of Things, i.e. a collective term for technologies of a global infrastructure of the information society, which makes it possible to network physical and virtual objects with each other and to let them work together through information and communication technologies.
Im IoT ist beispielsweise ein Geoinformationssystem veran kert, das die Erfassung, Bearbeitung, Organisation und Prä sentation räumlicher Daten, insbesondere auch eine Ortung ei nes gemeldeten störenden Objekts ermöglicht. For example, a geographic information system is anchored in the IoT that enables the collection, processing, organization and presentation of spatial data, and in particular the location of a reported disturbing object.
Unter einem „Modul" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine Drohne, ein ferngesteuertes Fahrzeug, ein Roboter, ein Automat, eine Kamera, ein Sensor, ein Prozessor und/oder eine Speichereinheit zum Speichern von Programmcode verstanden werden. Beispielsweise ist der Prozessor speziell dazu eingerichtet, den Programmcode derart auszuführen, damit der Prozessor Funktionen ausführt, um das erfindungsgemäße Verfahren oder einen Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zu implementieren oder realisieren. Die jeweiligen Module können beispielsweise auch als separate bzw. eigenständige Module ausgebildet sein. Hierzu können die entsprechenden Mo dule beispielsweise weitere Elemente umfassen. In connection with the invention, a "module" can be understood, for example, as a drone, a remote-controlled vehicle, a robot, an automat, a camera, a sensor, a processor and/or a memory unit for storing program code. For example, the processor is special designed to execute the program code in such a way that the processor executes functions in order to implement or realize the method according to the invention or a step of the method according to the invention.The respective modules can also be designed as separate or independent modules.The corresponding modules can be used for this purpose for example include other elements.
Diese Elemente sind beispielsweise eine oder mehrere Schnitt stellen (z. B. Speicherschnittstellen, Datenbankschnittstel len, Kommunikationsschnittstellen - z. B. Netzwerkschnitt stelle, WLAN-Schnittstelle) und/oder eine Evaluierungseinheit (z. B. ein Prozessor) und/oder eine Speichereinheit, wie eine Daten-Speichersystem, die als Basis zum Training neuronaler Netze und/oder einer Künstlichen Intelligenz KI einsetzbar ist. Mittels der Schnittstellen können beispielsweise Daten ausgetauscht (z. B. empfangen, übermittelt, gesendet oder be- reitgestellt) werden. Mittels der Evaluierungseinheit können Daten beispielsweise rechnergestützt und/oder automatisiert erzeugt, verglichen, überprüft, verarbeitet, zugeordnet oder berechnet werden. Mittels der Speichereinheit können Daten beispielsweise rechnergestützt und/oder automatisiert gespei chert, abgerufen oder bereitgestellt werden. These elements are, for example, one or more interfaces (e.g. memory interfaces, database interfaces, communication interfaces—e.g. network interface, WLAN interface) and/or an evaluation unit (e.g. a processor) and/or a memory unit , as a Data storage system that can be used as a basis for training neural networks and/or an artificial intelligence AI. For example, data can be exchanged (eg received, transmitted, sent or provided) by means of the interfaces. By means of the evaluation unit, data can be generated, compared, checked, processed, assigned or calculated in a computer-aided and/or automated manner, for example. By means of the storage unit, data can be stored, retrieved or made available in a computer-aided and/or automated manner, for example.
Ein Modul erster Art ist jede Art von Sensor- und/oder Auf nahmegerät, das ein störendes Objekt erkennt und meldet, also z.B. die Wirklichkeit, den „Ist-Zustand" aufnimmt und daraus rechnergestützt verarbeitbare Daten erzeugt. Beispielsweise kann ein Modul erster Art über eine Kamerafunktion visuelle Daten erzeugen, oder über eine Sensorfunktion Gerüche aufneh men und analysieren, die dann über ein Modul zweiter Art an ein Modul dritter Art gesendet und/oder übermittelt werden. A module of the first type is any type of sensor and/or recording device that detects and reports a disruptive object, e.g. records reality, the "actual state" and generates data that can be processed using a computer. For example, a module of the first type can a camera function generate visual data, or record and analyze smells via a sensor function, which are then sent and/or transmitted via a module of the second type to a module of the third type.
Eine Art „Modul erster Art" ist ein Smartphone eines Besu chers der Parkanlage, der vorzugsweise eine App installiert hat, die mit dem Cyber-physischen System verbunden ist und mit der er das System mit „Nutzer-getriebenen" Daten füttern kann. Dieser Besucher fotografiert dann den von ihm/ihr ent deckten Müll oder Unrat, vorzugsweise über die App, die App führt eine Plausibilitäts-Prüfung durch und schickt diese Nutzer-getrieben erzeugten visuellen, optischen und/oder sonstigen Daten an das Cyber-physische System, respektive ein Datenspeicher-System davon. Für Datenerfassung ohne App von einem Parkanlagen- Besucher könnte alternativ eine andere Verbindung zu einem Datenspeicher-System des Cyber-physischen Systems aufgenommen werden. A kind of "module of the first kind" is a smartphone of a visitor to the parking facility, who preferably has an app installed that is connected to the cyber-physical system and with which he can feed the system with "user-driven" data. This visitor then photographs the garbage or rubbish discovered by him/her, preferably via the app, the app carries out a plausibility check and sends this user-driven visual, optical and/or other data to the cyber-physical system, respectively a data storage system of it. Alternatively, for data collection without an app from a park visitor, another connection to a data storage system of the cyber-physical system could be established.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Moduls erster Art wird zusammen mit der Wiedergabe des Ist-Zustands also z.B. der Darstellung des störenden Objekts und der dazugehö rigen Orts-Koordinaten auch eine Klassifikation und/oder eine Segmentierung des störenden Objekts vorgenommen, beispiels weise der Art Biomüll, Essensreste, Verpackungsreste, Papier, Glas etc., die ebenfalls an das Modul zweiter Art, zusammen mit der Meldung, übermittelt wird. According to an advantageous embodiment of the module of the first type, a classification and/or a Segmentation of the disturbing object made, for example, the type of organic waste, leftover food, packaging remains, paper, glass, etc., which is also transmitted to the module of the second type, together with the message.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Meldung durch eine so genannte „intelligente Unschärfe" begleitet, so dass das Modul erster Art zwar erst mal ein störendes Objekt erkennt, erfasst und meldet, aber gleichzeitig nicht gehin dert ist, weitere sich beispielsweise in unmittelbarer Nähe befindliche, störende Objekte zu erkennen, erfassen und zu melden. According to an advantageous embodiment, the message is accompanied by a so-called "intelligent blurring", so that the module of the first type initially recognizes, records and reports an interfering object, but at the same time is not prevented, other objects that are, for example, in the immediate vicinity, recognize, record and report disturbing objects.
Die auch als „unscharfe Suche" bekannte intelligente Unschär fe umfasst z.B. eine Suchmethode, bei der nicht nur die exak te Zeichenfolge, sondern auch ähnliche Zeichenketten gefunden werden. Diese Technik kann auch auf das Auffinden von stören den Objekten in Außenanlagen übertragen werden. Also known as "fuzzy search", intelligent fuzziness includes, for example, a search method that not only finds the exact character string, but also similar character strings. This technique can also be used to find disturbing objects in outdoor areas.
Beispielsweise erkennt ein mit intelligenter Unschärfe konfi guriertes und eingerichtetes Cyber-physisches System neben einem Essensrest eine Verpackung, und/oder auch eine ver streute, also diffuse, Verunreinigung durch Konfetti etc. und fliegt nicht nach jedem aufgesammelten Konfetti zum Abfallei mer und lädt diesen ab, sondern sammelt in einem Bereich die Konfettis ein und entfernt eine ganze Anzahl an Konfettis auf einmal. For example, a cyber-physical system configured and set up with intelligent fuzziness recognizes food leftovers, packaging and/or scattered, i.e. diffuse, contamination from confetti etc. and does not fly to the waste bin after every confetti it has collected and unload it , but collects the confetti in an area and removes a number of confetti at once.
Dabei ist insbesondere auch eine Ausführungsform möglich, die dabei ohne dezidierte Meldung gleich vom Erkennen des stören den Objekts eine Kommunikation zum Modul dritter Art aufbauen kann, das dann ohne weitere Prüfung und/oder ohne weiteren Auftrag das Modul dritter Art aktiviert und das Entfernen durchführt. Bei einem derartigen Aufbau ist das „Modul zwei ter Art" im Cyber-physischen System beispielsweise eine oder mehrere geeignete Schnittstelle(n) und/oder die Kommunikation zwischen dem Modul erster Art und dem Modul dritter Art. Das Modul zweiter Art empfängt die Daten des Moduls erster Art über eine geeignete Schnittstelle und leitet diese entwe der direkt an ein Modul dritter Art oder verarbeitet diese im Managementsystem. In particular, an embodiment is also possible that can establish communication with the third-type module without a dedicated message as soon as the disturbing object is recognized, which then activates the third-type module without further testing and/or without further order and carries out the removal. With such a structure, the "module of the second type" in the cyber-physical system is, for example, one or more suitable interface(s) and/or the communication between the module of the first type and the module of the third type. The module of the second type receives the data from the module of the first type via a suitable interface and either forwards it directly to a module of the third type or processes it in the management system.
Insbesondere, wenn die Module erster, zweiter und dritter Art nicht nur in einem einzigen Gerät, wie einer einzigen Drohne realisiert sind, sind diese insbesondere ein Modul oder ein Teil eines Moduls zweiter Art, das mit dem IoT und/oder mit einer KI verbunden ist. Das Modul zweiter Art berechnet- ge gebenenfalls über eine Schnittstelle und Kommunikation zum IoT respektive zur KI - eine Plausibilität, beispielsweise kann mitten im Fluss ein Hundehaufen liegen? - bevor die wei tere Verarbeitung der Daten erfolgt. In particular, if the modules of the first, second and third type are not only implemented in a single device, such as a single drone, these are in particular a module or part of a module of the second type that is connected to the IoT and/or to an AI . The second type of module calculates - if necessary via an interface and communication to the IoT or AI - a plausibility, for example, can there be a dog mess in the middle of the river? - before further processing of the data takes place.
Eine Verbindung mit dem IoT ist auch wegen des Datenarchivs bevorzugt im Modul zweiter Art vorgesehen. Dies insbesondere deshalb, weil, selbst bei einem Deployment von Modul erster, zweiter und dritter Art in einer Drohne ist das beispielswei se ein Mini-Deployment eines Moduls zweiter Art, im Sinne ei nes temporären Stellvertreters (Proxy) bei Offline Szenarien. A connection to the IoT is also preferably provided in the second type of module because of the data archive. This in particular because even with a deployment of modules of the first, second and third type in a drone, this is, for example, a mini-deployment of a module of the second type, in the sense of a temporary representative (proxy) in offline scenarios.
Beispielsweise würde die Drohne zwar offline also ohne Ver bindung zum IoT im Betrieb Trainingsdaten erheben, das Trai ning selbst ist aber Cloud-basiert, erfordert also eine Ver bindung zum IoT. For example, the drone would collect training data offline, i.e. without a connection to the IoT, but the training itself is cloud-based and therefore requires a connection to the IoT.
Im Modul zweiter Art werden z.B. die auf Plausibilität ge prüften Daten des oder der Module erster Art mit Daten einer dort vorliegenden Datenbank rechnergestützt verglichen. So kann beispielsweise Müll, Unrat, Essensreste und/oder ein Hundehaufen, der von einer Kamera erfasst wird, identifiziert und mittels des IoT oder einer anderen Dateninfrastruktur, die ein Navigationssystem umfasst, geortet werden. In the second type of module, for example, the plausibility-checked data from the first type of module or modules is compared with data from a database there. For example, trash, junk, leftover food, and/or dog poo captured by a camera can be identified and located using the IoT or other data infrastructure that includes a navigation system.
Das Modul zweiter Art, das mit dem IoT verbunden ist, führt z.B. folgende Prozesse aus: The module of the second kind, which is connected to the IoT, performs the following processes, for example:
- Ortung des über ein Modul erster Art erfassten Unrats, - Prüfung der Plausibilität des identifizierten Unrats mit der Ortung, - location of refuse detected by a module of the first type, - Checking the plausibility of the identified rubbish with the location,
- Auswahl - gegebenenfalls mittels einer KI und/oder sons tigen maschinellen Lernens - aus den bekannten Daten zu Unrat, Müll, Fäkalien, etc. eine Art des oder der Moduls dritter Art, also eine Art des Abtransports z.B. Drohne, Saug-, Kehr- und/oder Wisch-roboter sowie gegebenenfalls Kombinationen davon, - Selection - if necessary by means of an AI and/or other machine learning - from the known data on rubbish, garbage, faeces, etc., a type of module or modules of the third type, i.e. a type of removal e.g. drone, suction, sweeping and/or wiping robots and, where appropriate, combinations thereof,
- Aktivierung des Moduls dritter Art zur Entfernung und/oder zum Abtransport, insbesondere über ein inte griertes oder verbundenes Steuer- und Regelsystem, - activation of the third-type module for removal and/or removal, in particular via an integrated or connected control and regulation system,
- Steuerung und/oder Leitung des Moduls dritter Art an die Stelle, wo das störende Objekt geortet wurde, - control and/or guidance of the third-type module to the place where the disturbing object was located,
- Regelung und Steuerung des Abtransports des Mülls durch ein oder mehrere Modul(e) dritter Art und - regulation and control of the removal of the waste by one or more module(s) of the third type and
- gegebenenfalls Empfang und Verarbeitung einer Rückmel dung des Moduls dritter Art über die physikalische und/oder chemische Charakterisierung des störenden Ob jekts und/oder den Erfolg des Abtransports als Trai ningsdaten für eine Künstliche Intelligenz, die an das Modul zweiter Art angeschlossen und/oder mit diesem ver bunden ist. - If necessary, receiving and processing feedback from the third-type module on the physical and/or chemical characterization of the disturbing object and/or the success of the evacuation as training data for an artificial intelligence that is connected to the second-type module and/or with connected to this.
Durch das Modul zweiter Art wird ein Befehl und/oder eine Steuerung ausgelöst, die zumindest ein Modul dritter Art, beispielsweise einen Roboter und/oder eine Drohne, aktiviert, zu der Stelle steuert und dort über entsprechende Antriebe und Werkzeuge am Modul dritter Art das störende Objekt, z.B. den Hundehaufen und/oder den Unrat entfernt, beispielsweise aufsaugt oder aufnimmt. Die Steuerung führt dann dieses Modul dritter Art mitsamt der Ladung an eine Station zur Entsor gung, beispielsweise einen Abfalleimer oder ähnliches. The module of the second type triggers a command and/or a controller that activates at least one module of the third type, for example a robot and/or a drone, controls it to the point and controls it there via appropriate drives and tools on the module of the third type Object, e.g. removes the dog poo and/or the rubbish, for example sucks up or picks it up. The controller then leads this module of the third type, together with the charge, to a station for disposal, for example a waste bin or the like.
Nach einer anderen gegebenenfalls auch kombinierten Ausfüh rungsform der Erfindung ist die Station zur Entsorgung mobil, beispielsweise ein fahrender gegebenenfalls auch ferngesteu erter, insbesondere auch automatisiert ferngesteuerter Las ter, der den Unrat aufnimmt und zum Mülleimer fährt oder zu einer Müll-Weiterverarbeitung, wie Recycling-station oder ähnliches, je nach Art und Beschaffenheit des störenden Ob jekts. According to another optionally also combined embodiment of the invention, the station for disposal is mobile, for example a moving, optionally also remote-controlled, in particular also automated, remote-controlled loader that picks up the rubbish and drives it to or from the trash can waste processing, such as a recycling station or similar, depending on the type and nature of the disruptive object.
Ein Modul dritter Art umfasst immer einen Manipulator mit An trieb und beispielsweise Greifarm, einen Sauger oder einen Wischmopp. Beispielsweise ist ein Modul dritter Art eine Drohne oder ein Saug-Roboter, der gezielt den „gemeldeten" Müll aufnimmt und zur Station zur Entsorgung bringt, bei spielsweise zu einem Laster, Lager oder einem Müllcontainer.A module of the third type always includes a manipulator with an engine and, for example, a gripper arm, a vacuum cleaner or a mop. For example, a module of the third type is a drone or a vacuum robot that specifically picks up the "reported" garbage and takes it to the station for disposal, for example to a truck, warehouse or dumpster.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung über trägt das Modul dritter Art über eine Schnittstelle das Er gebnis des Entfernens zurück an das Modul zweiter Art, so dass das Modul zweiter Art eine Rückkopplung hat, ob die ge fundene Lösung, also das Entfernen des Mülls mit dem akti vierten Aktor erfolgreich, weniger erfolgreich oder gar nicht erfolgreich war. Ebenso ist gegebenenfalls vorgesehen, dass das Modul dritter Art, dass „die Wahrheit" kennt, das stören de Objekt vermisst, wiegt, physikalisch und/oder chemisch analysiert und so Daten dem Modul zweiter Art bereitstellen kann, mit denen es die Daten, die von der Erfassung des stö renden Objekts durch visuelle oder sonstige Aufnahme durch ein Modul erster Art stammen, vergleichen kann. Diese Daten können im Datenarchiv abgespeichert und dort einer Künstli chen Intelligenz zur Verfügung gestellt werden. According to an advantageous embodiment of the invention, the module of the third type transmits the result of removal via an interface back to the module of the second type, so that the module of the second type has feedback as to whether the solution found, ie the removal of the garbage with the activated actor was successful, less successful or not successful at all. Likewise, it is optionally provided that the module of the third type, that "knows the truth", measures the disturbing de object, weighs it, analyzes it physically and/or chemically and can thus provide data to the module of the second type, with which it can use the data from the detection of the disturbing object by visual or other recording by a module of the first type.These data can be stored in the data archive and made available there to an artificial intelligence.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Modul zweiter Art einen derartigen Prozessor, der eine KI umfasst, um aus den Ergebnissen der jeweiligen Aktionen der Module dritter Art beispielsweise automatisiert zu lernen, welcher Manipulator für welchen Unrat an welchem Ort passend ist. Diese ML-Modelle, die aus dem automatischen Lernen entstehen, werden dann im Cyber-physischen System wiederum allen anderen Modulen zur Verfügung gestellt. According to an advantageous embodiment, the module of the second type includes such a processor, which includes an AI in order to automatically learn, for example, from the results of the respective actions of the modules of the third type, which manipulator is suitable for which rubbish at which location. These ML models, which result from automatic learning, are then made available to all other modules in the cyber-physical system.
Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand einer Figur, die schematisch eine Systemarchitektur einer Ausführungsform ei- nes Beispiels eines möglichen Cyber-physischen Systems nach der Erfindung zeigt, genauer erläutert: In the following, the invention is further illustrated by a figure that schematically shows a system architecture of an embodiment. nes example of a possible cyber-physical system according to the invention, explained in more detail:
Mittig zu erkennen ist das störende Objekt, Müll oder Fund stück 100 umfassend, das im Park 101 über ein Modul erster Art 103, 110, wie ein stationäres und/oder mobiles Überwa chungssystem 103 z.B. ein Closed Circuit Television CCTV- System 103 und/oder eine Drohne mit einer Kamera 104 und ge gebenenfalls einem rechnergestützten machine learning Model ML Model-System 105 gefunden und gemeldet wird. Das stationä re Überwachungssystem überwacht - dargestellt über Pfeil 106 - den Park 101 und findet - siehe Pfeil 107 - das störende Objekt 100. Durch das im CCTV-System integrierte automatische Meldesystem meldet, segmentiert und klassifiziert das hier gezeigte CCTV-System danke seines ML-Modells 105, gegebenen falls mit Hilfe von entsprechenden Sensoren (nicht gezeigt) das störende Objekt nach Art der Beschaffenheit, respektive der Art der Fundsache, zumindest aber nach Ausmaßen, Oberflä chenbeschaffenheit, Größe, Gewicht, etc. Je nach Reifegrad der machine learning ML-Model 105, das hier integriert ist, wird die Klassifikation, Segmentierung besser oder schlechter laufen. The disturbing object, comprising rubbish or found objects 100, can be seen in the middle a drone with a camera 104 and possibly a computer-aided machine learning model ML model system 105 is found and reported. The stationary surveillance system monitors - represented by arrow 106 - the park 101 and finds - see arrow 107 - the disturbing object 100. The CCTV system integrated in the CCTV system reports, segments and classifies the CCTV system shown here thanks to its ML Model 105, if necessary with the help of appropriate sensors (not shown), the disturbing object according to the type of nature, or the type of found item, but at least according to dimensions, surface quality, size, weight, etc. Depending on the maturity of the machine learning ML Model 105, which is integrated here, the classification, segmentation will do better or worse.
Beispielsweise wird das hier dargestellte System durch die Rückkopplung 105, 127, 130 mit künstlicher Intelligenz 118, die die erfolgte Klassifikation und/oder Segmentierung stän dig durch mittels Kamera 104 im CCTV 103 erfasste und klassi fizierte Daten 115, 116, 117 trainiert, im Gebrauch kontinu ierlich verbessert. Diese Metadaten 116 zum störenden Objekt werden, ebenso wie die Daten 117 mit denen das störende Ob jekt erfasst wurde, beispielsweise also die visuellen Daten aus der Kamera, an ein Managementsystem M2 gesendet. For example, the system shown here is in use due to the feedback 105, 127, 130 with artificial intelligence 118, which constantly trains the classification and/or segmentation that has taken place using data 115, 116, 117 recorded and classified by a camera 104 in the CCTV 103 continuously improved. This meta data 116 on the interfering object, as well as the data 117 with which the interfering object was recorded, for example the visual data from the camera, are sent to a management system M2.
Andererseits schlendert beispielsweise ein Nutzer 108 mit seinem Smartphone 109 durch den Park und fotografiert - siehe Pfeil 1 -, eine entsprechende App 109nutzend, mit dem Smart phone 109 das störende Objekt 100. Die App erzeugt aus dem Foto 111 Metadaten 2 wie Klassifikation, Größe, vermutetes Gewicht und den Auftrag 110 und ist geeignet, das störende Objekt 100, zu segmentieren, zu orten und zu beschreiben. Da zu hat die App 110 gegebenenfalls entsprechende Sensoren und/oder Vergleichsdaten. Andererseits kann der Nutzer auch über die App seine Einordnung und seine Metadaten 2 zu dem Foto 111 respektive dem störenden Objekt 100 eingeben, so dass diese ebenfalls - z.B. über das IoT - an ein Management system M2 des angeschlossenen Moduls zweiter Art M2, 115118 weitergeleitet werden. On the other hand, a user 108, for example, strolls through the park with his smartphone 109 and photographs--see arrow 1--using a corresponding app 109, the disturbing object 100 with the smartphone 109. The app generates metadata 2 from the photo 111, such as classification, size, suspected weight and the order 110 and is likely to be the disruptive object 100 to segment, locate and describe. The app 110 may have corresponding sensors and/or comparison data for this purpose. On the other hand, the user can also use the app to enter his classification and his metadata 2 for the photo 111 or the disturbing object 100, so that these are also forwarded - e.g. via the IoT - to a management system M2 of the connected module of the second type M2, 115118 .
Das oder die Module erster Art 103, 110 stellen die visuellen Daten der Erfassung des störenden Objekts 100, genauso wie eventuell vorhandene Metadaten 2 dazu, einem oder mehreren Modul (en) zweiter Art bereit, beispielsweise werden die Daten dem Managementsystem M2, das über ein Geoinformationssystem (GIS), sowie über Planungs- und Kontrollfähigkeiten verfügt, bereitgestellt. Dort werden die visuellen, akustischen und sonstigen Daten verarbeitet, die zum Auftrag gehören, insbe sondere werden sie auf Plausibilität und Relevanz geprüft - z.B. kann ein Hundehaufen mitten im Weiher liegen oder befin det sich das störende Objekt in einem Bereich, der für eine Reinigung nicht vorgesehen ist? The one or more modules of the first type 103, 110 provide the visual data of the detection of the disturbing object 100, as well as any existing metadata 2 to one or more module (s) of the second type ready, for example, the data are the management system M2, which has a Geographic information system (GIS), as well as planning and control capabilities, provided. There, the visual, acoustic and other data belonging to the order are processed, in particular they are checked for plausibility and relevance - e.g. a dog pile can be in the middle of the pond or is the disturbing object in an area that is not suitable for cleaning is provided?
Die Nutzung des Cyber-physischen Systems kann einfach dadurch festgestellt werden, dass Daten, die Aufnahmen von störenden Objekten samt Ortsangabe an eine entsprechende Kommunikati onsschnittstelle geschickt werden, wobei die Schnittstelle den Empfang dieser Daten zurück zum Sender rückverfolgt und so die Autorisierung des Senders und/oder des sendenden Gerä tes prüft. The use of the cyber-physical system can be detected simply by sending data, the recordings of disturbing objects including location information, to an appropriate communication interface, with the interface tracing the receipt of this data back to the sender and thus the authorization of the sender and/or or the sending device.
Im - vorzugsweise intelligenten - Managementsystem, also Steuerungs- und/oder Regelsystem - M2 werden dann je nach Art des störenden Objekts 100 und je nach Ort, wo sich dieser be findet, die Module dritter Art, wie Drohne, Roboter, bei spielsweise Saug- und/oder Kehrroboter, Lastfahrzeug, Schwim mender Lastenaufnehmer und/oder Transporter, aktiviert und beauftragt, das störende Objekt aufzunehmen und/oder abzu transportieren . Kriterien für die Auswahl des Moduls dritter Art durch das Managementsystem sind beispielsweise In the - preferably intelligent - management system, i.e. control and/or regulation system - M2, depending on the type of disturbing object 100 and depending on the location where this is located, the modules of the third type, such as drones, robots, for example suction and/or sweeping robot, truck, floating load receiver and/or transporter, activated and instructed to pick up and/or transport the disturbing object. Criteria for the selection of the module of the third type by the management system are, for example
- Zuständigkeit für den Fundort - Responsibility for the location
- Zuständigkeit für die Art des störenden Objekts - Responsibility for the type of disturbing object
- Erreichbarkeit für das gewählte Gerät (Land/Wasser/Luft)- Accessibility for the selected device (land/water/air)
- Reichweite - nahe genug am Ort stationiert - Range - stationed close enough to the site
- Genügend Ladekapazität für das störende Objekt - Enough loading capacity for the disturbing object
- kann das Modul dritter Art das störende Objekt aufla den/aufsammeln z.B. abhängig von der GreifStrategie, me chanischen Belastbarkeit des Moduls dritter Art und/oder von der Tragekapazität, - the module of the third type can charge/collect the disturbing object, e.g. depending on the gripping strategy, the mechanical resilience of the module of the third type and/or the carrying capacity,
- Möglichkeit des Moduls dritter Art über Fernsteuerung, gegebenenfalls automatisierte Fernsteuerung, an den Ort hinfahren, hinschwimmen und/oder hinfliegen zu können.- Possibility of the module of the third type being able to drive, swim and/or fly to the site via remote control, possibly automated remote control.
Beispielsweise kann das Modul dritter Art eine fliegende, fahrende und/oder schwimmende Drohne sein, die gegebenenfalls mit einer oder mehreren weiteren Drohnen gekoppelt ist, mit der sie sich automatisch koordiniert und gegebenenfalls die Ladung, also das störende Objekt 100 ablädt und/oder die Last teilt. For example, the module of the third type can be a flying, driving and/or swimming drone, which is optionally coupled to one or more other drones, with which it coordinates itself automatically and optionally unloads the load, i.e. the interfering object 100 and/or the load Splits.
Das Modul zweiter Art, also z. B. das Managementsystem M2, wird automatisiert durch die Bereitstellung und den Empfang der Daten von dem oder den Modul(en) erster Art aktiviert.The module of the second type, ie z. B. the management system M2 is automatically activated by the provision and receipt of the data from the module or modules (s) of the first type.
Die Daten werden innerhalb des Moduls zweiter Art in einem Datenarchiv 115 einerseits, beispielsweise im Zusammenhang mit dem „Auftrag 1 ...n" 116 und/oder dem „Ist-Bild" 117, ge speichert und andererseits werden sie eingesetzt, um die Künstliche Intelligenz „KI" 118 z.B. das machine learning System zum Trainieren der „ML" - Modellen 119 eines gegebe nenfalls integrierten und/oder angeschlossenen KI und/oder Modelarchivs 118 zu befähigen. The data is stored within the module of the second type in a data archive 115 on the one hand, for example in connection with the "order 1...n" 116 and/or the "actual image" 117, and on the other hand they are used to Intelligence "KI" 118 e.g. to enable the machine learning system for training the "ML" models 119 of a possibly integrated and/or connected AI and/or model archive 118.
Ein Modul zweiter Art, wie im in der Figur dargestellten Aus führungsbeispiel das Managementsystem M2 mit beispielsweise smartem Steuerungssystem, umfasst zumindest einen Prozessor, der so konfiguriert ist, dass er aus den empfangenen Daten zusammen mit den Daten, auf die er zugreifen kann, wie bei- spielsweise die Daten aus dem Datenarchiv 115 und/oder die Ergebnisse aus der KI 118, nach der Prüfung auf Plausibilität eine Relevanz des Auftrags errechnet. Die Relevanz liegt bei spielsweise in Form einer Priorisierung in welcher Reihenfol ge die Aufträge abzuarbeiten sind, vor. A module of the second type, as in the embodiment shown in the figure, the management system M2 with, for example, a smart control system, comprises at least one processor that is configured so that it can access the data from the received data, as in - For example, the data from the data archive 115 and/or the results from the AI 118 calculates a relevance of the order after the plausibility check. The relevance is present, for example, in the form of a prioritization of the order in which the orders are to be processed.
Die KI 118 füttert ein Modellarchiv 135 und/oder „KI" und/oder künstliche Intelligenz mit laufend verbesserten ML- Modellen 119. Das Training wird durch Abruf der Daten aus dem Datenarchiv 115 getriggert. Im Datenarchiv 115 werden die Da ten der Module erster Art 117, die den „Ist-Zustand" darstel len einerseits und die Daten 116, die durch die Charakteri sierung durch die Module dritter Art gesammelt werden, ande rerseits zur Verfügung gestellt. The AI 118 feeds a model archive 135 and/or "AI" and/or artificial intelligence with continuously improved ML models 119. The training is triggered by retrieving the data from the data archive 115. In the data archive 115, the data from the modules of the first type 117, which represent the "actual state" on the one hand, and the data 116, which are collected through the characterization by the modules of the third type, on the other hand.
Als „KI" wird die Automatisierung intelligenten Verhaltens und das maschinelle Lernen „machine learning" bezeichnet. Künstliche Intelligenz unternimmt den Versuch mittels statis tischer Verfahren und/oder neuronaler Netze, die den Gehirn strukturen irgendwie nachempfunden sind, bestimmte Entschei dungsstrukturen des Menschen nachzubilden. Dazu wird z.B. nach einem „iterativen-Verfahren" immer wieder eine Entschei dung durch das System automatisiert getroffen, umgesetzt und das Ergebnis evaluiert, wenn die Entscheidung und im Nachgang das Ergebnis zielführend war, wird auf dem Pfad weiterent schieden, wenn nicht, wird dieser Pfad als „Holzweg" klassi fiziert und bei zukünftigen Entscheidungen vermieden. "AI" refers to the automation of intelligent behavior and machine learning "machine learning". Artificial intelligence attempts to emulate certain human decision-making structures using statistical methods and/or neural networks that are somehow modeled on the structures of the brain. For this purpose, e.g. according to an "iterative process", a decision is automatically made by the system again and again, implemented and the result evaluated. If the decision and subsequently the result was expedient, further decisions are made along the path, if not, this is the path Path classified as "wooden path" and avoided in future decisions.
Typische Trainingsarten einer KI sind: a)Überwachtes Lernen durch Vergleichen der Rückmeldung des lernenden Moduls mit den tatsächlich vorliegenden Daten und b)Über Datensammeln in einem Datenarchiv bei dem der Trai ningseffekt darin liegt, dass mit der Zeit immer mehr Daten vorhanden sind, mit denen das Modul seine Daten, die es empfängt, vergleichen kann. Typical types of training for an AI are: a) Supervised learning by comparing the feedback from the learning module with the data that is actually available and b) By collecting data in a data archive, where the training effect is that over time more and more data is available with which the module can compare the data it receives.
Unter einem „Prozessor" kann im Zusammenhang mit der Erfin dung beispielsweise eine Maschine oder eine elektronische Schaltung verstanden werden. Bei einem Prozessor kann es sich insbesondere um einen Hauptprozessor (engl. Central Proces sing Unit, CPU), einen Mikroprozessor oder einen Mikrokon troller, einen TPU (Tensor Processing Unit) und/oder NPU (Neural Processing Unit), die technisch einem Hybriden aus ASIC und FPGA und/oder DSP ähnlich sind, handeln. Zudem gibt es COTS Boards z.B. Google Coral oder Intel Movidius...die be¬ zeichnen sich auch als VPUs...KI Koprozessoren. Beispielswei se kann es sich auch um eine anwendungsspezifische integrier¬ te Schaltung oder einen digitalen Signalprozessor, möglicher weise in Kombination mit einer Speichereinheit zum Speichern von Programmbefehlen, etc. handeln. Bei einem Prozessor kann es sich beispielsweise auch um einen IC (integrierter Schalt kreis, engl. Integrated Circuit), insbesondere einen FPGA (engl. Field Programmable Gate Array) oder einen ASIC (anwen- dungs-spezifische integrierte Schaltung, engl. Application- Specific Integrated Circuit), oder einen DSP (Digitaler Sig- nal-prozessor, engl. Digital Signal Processor) oder einen Grafikprozessor GPU (Graphic Processing Unit) handeln. Auch kann unter einem Prozessor ein virtualisierter Prozessor, ei ne virtuelle Maschine oder eine Soft-CPU verstanden werden.In connection with the inventions, a “processor” can be, for example, a machine or an electronic circuit can be understood. A processor can in particular be a main processor (Central Processing Unit, CPU), a microprocessor or a microcontroller, a TPU (Tensor Processing Unit) and/or NPU (Neural Processing Unit), which is technically a hybrid ASIC and FPGA and/or DSP are similar. There are also COTS boards, for example Google Coral or Intel Movidius ...they are also known as VPUs...KI coprocessors. For example, it can also be an application-specific integrated circuit or a digital signal processor, possibly in combination with a memory unit for storing program instructions, etc. A processor can, for example, also be an IC (integrated circuit), in particular an FPGA (field programmable gate array) or an ASIC (application-specific integrated circuit). Integrated circuit), or a DSP (Digital Signal Processor) or a graphics processor GPU (Graphic Processing Unit). A processor can also be understood to mean a virtualized processor, a virtual machine or a soft CPU.
Es kann sich beispielsweise auch um einen programmierbaren Prozessor handeln, der mit Konfigurationsschritten zur Aus führung des genannten erfindungsgemäßen Verfahrens ausgerüs tet wird oder mit Konfigurationsschritten derart konfiguriert ist, dass der programmierbare Prozessor die erfindungsgemäßen Merkmale des Verfahrens oder der Module, oder anderer Aspekte und/oder Teilaspekte der Erfindung realisiert. It can also be a programmable processor, for example, which is equipped with configuration steps for executing said method according to the invention or is configured with configuration steps in such a way that the programmable processor implements the inventive features of the method or the modules, or other aspects and/or Partial aspects of the invention realized.
Die in dem System einsetzbaren Prozessoren sind von den Leis tungsklassen her zumindest Applikationsprozessoren, bei spielsweise Cortex A. In dem Modul zweiter Art, dem Manage¬ mentsystem innerhalb des Cyber-physischen Systems finden vor teilhafterweise Prozessoren höherer Leistungsklassen Verwen dung, beispielsweise solche, deren Anzahl an verfügbaren Ker nen zwischen 1 und 8 liegt. Die Anzahl der Kerne bei einem Prozessor gibt dabei an, wie viele Dinge der Prozessor paral- lei tun kann und/oder die Taktfrequenz. Als generischer Pro zessor werden z.B. CPU/TPU/GPU verwendet. In terms of performance classes, the processors that can be used in the system are at least application processors, for example Cortex A. In the module of the second type, the management system within the cyber -physical system, processors of higher performance classes are advantageously used, for example those whose number of available cores is between 1 and 8. The number of cores in a processor indicates how many things the processor can lei can do and/or the clock frequency. CPU/TPU/GPU, for example, are used as generic processors.
Mikroprozessoren sind im Unterschied zu Mikrokontrollern, z.B. K60, hier nicht sinnvoll einsetzbar, weil man auf denen neuronale Netze nicht sinnvoll laufen lassen kann. In contrast to microcontrollers, e.g. K60, microprocessors cannot be used sensibly here because neural networks cannot be run sensibly on them.
Unter „rechnergestützt" oder „computergestützt" kann im Zu sammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine Implementie rung des Verfahrens verstanden werden, bei dem insbesondere ein Prozessor mindestens einen Verfahrensschritt des Verfah rens ausführt. Beispielsweise ist unter „rechnergestützt" oder „computergestützt" auch „computerimplementiert" zu ver stehen. In connection with the invention, "computer-aided" or "computer-aided" can be understood, for example, as an implementation of the method in which, in particular, a processor executes at least one method step of the method. For example, "computer-based" or "computer-based" also means "computer-implemented".
Unter „Bereitstellen", insbesondere in Bezug auf Daten, Meta daten und/oder sonstige Informationen, kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein rechnergestütztes Be reitstellen verstanden werden. Das Bereitstellen erfolgt bei spielsweise über eine Schnittstelle (z. B. eine Datenbank schnittstelle, eine Netzwerkschnittstelle, eine Schnittstelle zu einer Speichereinheit). Über diese Schnittstelle können beispielsweise beim Bereitstellen entsprechende Daten und/oder Informationen übermittelt und/oder gesendet und/oder abgerufen und/oder empfangen werden. Unter „Bereitstellen" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise auch ein Laden oder ein Speichern, beispielsweise einer Transakti on mit entsprechenden Daten verstanden werden. Unter „Bereit stellen" kann beispielsweise auch ein Übertragen (oder ein Senden oder ein Übermitteln) von entsprechenden Daten von ei nem Knoten zu einem anderen Knoten verstanden werden. "Providing", in particular with regard to data, meta data and/or other information, can be understood in connection with the invention as computer-aided providing. The providing takes place, for example, via an interface (eg a database interface, a network interface, an interface to a storage unit). Via this interface, for example, when providing, corresponding data and/or information can be transmitted and/or sent and/or retrieved and/or received. In connection with the invention, for example, “providing” can also include a loading or a saving, for example, a transaction can be understood on with corresponding data. “Providing” can also be understood, for example, as a transmission (or a sending or a transmission) of corresponding data from a node to another node.
In dem Managementsystem M2 wird gegebenenfalls über die KI eine Bergungsstrategie für das störende Objekt 100 errechnet und zumindest ein Modul dritter Art 122 und/oder 123 - ein Werkzeug des Abtransports z.B. Drohne, Lastfahrzeug, Saug-, Kehr- und/oder Wisch-roboter sowie gegebenenfalls Kombinatio- nen davon bedarfsorientiert - also beispielsweise je nach Klassifikation des störenden Objekts 100 - beauftragt. In the management system M2, a recovery strategy for the disturbing object 100 is calculated via the AI, if necessary, and at least one module of the third type 122 and/or 123 - a removal tool, e.g. drone, truck, suction, sweeping and/or wiping robot as well as possibly combination NEN of it needs-oriented - so for example depending on the classification of the disturbing object 100 - commissioned.
Die Module dritter Art 122, 123 sind mit dem Managementsystem M2 und untereinander vernetzt und können miteinander automa tisiert direkt und/oder über das IoT und/oder über das Mana gementsystem M2 kommunizieren. Das Modul dritter Art 122 ist bei der hier gezeigten Ausführungsform eine fernsteuerbare Drohne 122, die über eine Positionsbestimmung 124, beispiels weise GPS, eine Kamera 125, beispielsweise eine 360° Kamera 125, eine KI mit einem machine learning „ML" -Modell 127 und schließlich über einen Manipulator, wie einen Greifarm 126, verfügt . The modules of the third type 122, 123 are networked with the management system M2 and with one another and can communicate with one another in an automated manner directly and/or via the IoT and/or via the management system M2. In the embodiment shown here, the module of the third type 122 is a remote-controllable drone 122, which has a position determination 124, e.g. GPS, a camera 125, e.g. a 360° camera 125, an AI with a machine learning "ML" model 127 and Finally, a manipulator, such as a gripper arm 126 has.
Das Modul dritter Art 123 ist beim in der Figur gezeigten Beispiel ein fernsteuerbares Lastenfahrzeug 123, das eben falls über eine Positionsbestimmung 128, eine Kamera 129, ei ne KI mit einem machine learning „ML" - Modell 131 und einen Manipulator, wie einen Greifarm 130 verfügt. Das Modul 122, 123 ist ebenso wie die Manipulatoren 130 und 126 automati siert steuerbar. In the example shown in the figure, the module of the third type 123 is a remote-controllable truck 123, which also has a position determination 128, a camera 129, an AI with a machine learning "ML" model 131 and a manipulator, such as a gripper arm 130 Like the manipulators 130 and 126, the module 122, 123 can be controlled automatically.
Die beauftragten Module dritter Art 122 und 123 koordinieren sich gegenseitig, finden sich gemeinsam am Einsatzort ein und bergen und transportieren das störende Objekt 100. Bei diesem Vorgang wird das störende Objekt 100 lokalisiert, fotogra fiert, und geborgen. Beispielsweise verfügen die Module 122 und/oder 123 auch über Mittel zur Charakterisierung, bei spielsweise zum Wiegen und/oder Vermessen des störenden Ob jekts 100. Diese Daten werden zum Training des machine learn ing Systems 118 und/oder dem Datenarchiv 115 eines Moduls zweiter Art bereitgestellt. Die bereitgestellten Daten 116 aus der realen Vermessung durch die Module dritter Art können dann die machine learning Systems 118 und/oder das Modellar chiv 135 eines Moduls zweiter Art bereitgestellt werden. Die dabei gesammelten Informationen und Daten 117,116er physika lischen und/oder chemischen Charakterisierung des störenden Objekts 100 werden auch dem Modul zweiter Art, beispielsweise im Datenarchiv 115, als Daten 116, auf die das machine learn- ing System 118 zugreift, bereitgestellt. Dies beispielsweise auch im Hinblick auf einen Vergleich mit den Daten 117 des Ist-Zustand aus den vermuteten und/oder abgeschätzten Daten der Module erster Art 103, 110. The commissioned modules of the third type 122 and 123 coordinate each other, find each other at the site and recover and transport the disruptive object 100. In this process, the disruptive object 100 is localized, photographed, and recovered. For example, the modules 122 and/or 123 also have means for characterization, for example for weighing and/or measuring the object 100 that is causing the problem. This data is used to train the machine learning system 118 and/or the data archive 115 of a module of the second type provided. The provided data 116 from the real measurement by the modules of the third type can then be provided to the machine learning system 118 and/or the model archive 135 of a module of the second type. The information and data 117, 116 collected in this way, physical and/or chemical characterization of the interfering object 100, are also given to the module of the second type, for example provided in the data archive 115 as data 116 which the machine learning system 118 accesses. This, for example, also with regard to a comparison with the data 117 of the actual state from the presumed and/or estimated data of the modules of the first type 103, 110.
Wenn sich ein Lastenfahrzeug 123 am Einsatzort befindet, das über eine größere Ladekapazität verfügt, als das störende Ob jekt 100 braucht, werden weitere störende Objekte (nicht dar gestellt) oder auch Sonstiges auf dieses geladen, ohne dass das Lastenfahrzeug 123 vorher zur Station zurückfährt. Die Kommunikation unter den Modulen ist darauf ausgerichtet, im mer die einfachste Lösung zu finden. Die Module dritter Art 122, die beispielsweise auch vom Gewicht/Umfang noch auf das Lastenfahrzeug 123 passen, können auch von diesem zu einer Basisstation zurückgebracht werden. If a truck 123 is on site that has a larger loading capacity than the interfering object 100 needs, other interfering objects (not shown) or other items are loaded onto it without the truck 123 driving back to the station beforehand. Communication between the modules is designed to always find the simplest solution. The modules of the third type 122, which, for example, still fit on the truck 123 in terms of weight/size, can also be brought back to a base station by the latter.
Das Verfahren zur Reinigung mit einem Cyber-physischen System nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Module dritter Art 122, 123 Daten zur Charakterisierung des störenden Objekts 100 be reitstellen, die sie dem Datenarchiv 115, 116 und/oder dem machine learning System 118 eines Moduls zweiter Art zum Training bereitstellen. The method for cleaning with a cyber-physical system according to an exemplary embodiment of the invention is characterized in that the modules of the third type 122, 123 provide data for characterizing the disturbing object 100, which they the data archive 115, 116 and / or the provide machine learning system 118 of a module of the second type for training.
Durch das Erfassen der approximativ geschätzten Auftragsdaten bezüglich der physischen Dimension des störenden Objekts, der Plausibilitätsprüfung 121 im smarten Managementsystem M2, und der Speicherung im Datenarchiv 115, 117 sowie dem Abgleich mit der Realität durch die erfassten Daten 116 vom Wiegen und Vermessen beim Einsammeln durch die Module dritter Art 122 und/oder 123 erfasst das Cyber-physische System Trainingsda ten um seine eigenen machine learning ML-Modelle 119, 105,By capturing the approximately estimated order data regarding the physical dimension of the disturbing object, the plausibility check 121 in the smart management system M2, and the storage in the data archive 115, 117 as well as the comparison with reality through the recorded data 116 from weighing and measuring when collected by the Modules of the third type 122 and/or 123, the cyber-physical system collects training data around its own machine learning ML models 119, 105,
127 und 131 durch Training zu sensibilisieren und deren Ge nauigkeit im Betrieb zu erhöhen. 127 and 131 through training and to increase their accuracy in operation.
Die im Modul zweiter Art 118 aktualisierten ML-Modelle 119 werden „ins Feld" kommuniziert und beispielsweise durch „0- ver-the-Air" -OTA-Update in die Module dritter Art 122 und/oder 123 gebracht, wo sie in Form der ML-Modelle 127 und/oder 131 vorliegen. The ML models 119 updated in the module of the second type 118 are communicated "into the field" and, for example, by "0- ver-the-Air" OTA update into the third type 122 and/or 123 modules where they are in the form of the ML models 127 and/or 131.
Die ML-Modelle 119 sind keine digitalen Kopien untereinander, sondern sie sind immer Ergebnis des jeweiligen Machine- Learning Prozesses, der im machine learning System 118 statt findet und/oder im Modellarchiv 118 gespeichert vorliegt, wo bei das machine learning System sich z.B. der Daten aus dem Datenarchiv 115 bedient und das Ergebnis in Form des jeweili gen ML-Modells 119 zugeschnitten den Modellen erster, respek tive dritter Art bereitgestellt wird. Vorteilhafterweise wer den diese ML-Modelle 119 auch wieder im Modellarchiv 135 ge speichert. So ist auch Transfer-Learning möglich. The ML models 119 are not digital copies of each other, but are always the result of the respective machine learning process that takes place in the machine learning system 118 and/or is stored in the model archive 118, where the machine learning system looks at the data, for example served from the data archive 115 and the result is provided in the form of the respective ML model 119 tailored to the models of the first or third type. These ML models 119 are advantageously also stored again in the model archive 135 . In this way, transfer learning is also possible.
Dadurch lernt das Cyber-physische System - insbesondere eines das in einem Park, in dem das System schon trainiert wurde - über die Zeit automatisch alle anfallenden Arten von stören den Objekte 100 kennen und kann im Überwachungsmodus über die Module 103, 122 und 123 automatisiert Verunreinigungen erken nen, melden und beheben. As a result, the cyber-physical system - especially one in a park where the system has already been trained - learns over time automatically all types of disturbing objects 100 and can automatically detect impurities in monitoring mode via modules 103, 122 and 123 detect, report and rectify.
Aber auch Nutzer, die mit dem Smartphone respektive der App dem Cyber-physischen System melden, können die erweiterten Fähigkeiten, z.B. auch in Form von ML-Modellen über OTA Up dates in die Apps verbracht werden. But users who report to the cyber-physical system with their smartphone or app can also access the extended capabilities, e.g. in the form of ML models via OTA updates.
Dabei ist es durchaus möglich, dass eine einzige Drohne 122, ebenso wie eine darin oder daran befindliche Kamera 125, so wohl als Modul erster Art zum Detektieren und Melden eines störenden Objekts wie auch als Modul dritter Art zum Einsam meln und Transportieren durch das Cyber-physische System ge nutzt wird. It is quite possible that a single drone 122, as well as a camera 125 located in or on it, can be used both as a module of the first type for detecting and reporting a disruptive object and as a module of the third type for collecting and transporting through the cyber physical system is used.
Durch die autonome Verbesserung des Cyber-physischen System im Einsatz ist durch die vorliegende Erfindung erstmals eine Möglichkeit zur automatisierten Reinigung der Grünflächen, Außenanlagen und/oder Parks zur Verfügung gestellt. Die Erfindung betrifft ein Cyber-physisches System -CPS- zur automatisierten Detektion und Entfernung störender Objekte in Parks, Außenanlagen, Straßengräben etc. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur automatisierten Reinigung von Parks, Straßenrändern, Außenanlagen und Grünanlagen, insbe sondere in Innenstädten. Dabei stehen Module erster, zweiter und dritter Art in kommunikativer Verbindung über das IoT, dergestalt, dass Module erster Art den Ist-Zustand aufnehmen, die daraus erzeugten Daten den Modulen zweiter Art über dasDue to the autonomous improvement of the cyber-physical system in use, the present invention provides for the first time a possibility for automated cleaning of the green areas, outdoor facilities and/or parks. The invention relates to a cyber-physical system -CPS- for the automated detection and removal of disturbing objects in parks, outdoor areas, ditches, etc. The invention also relates to a method for automated cleaning of parks, roadsides, outdoor areas and green areas, especially in inner cities. Modules of the first, second and third type are communicatively connected via the IoT in such a way that modules of the first type record the current status, and the data generated from this is sent to the modules of the second type via the
IoT bereitstellen und die Module zweiter Art dann einen Soll- Zustand berechnen und Module dritter Art, ggf. über das IoT, aktivieren, um den Soll-Zustand herzustellen. Die Module dritter Art, die über Manipulatoren, also z.B. einen Greif- arm, einen Sauger, generell eine Aufnahme-Vorrichtung, etc. verfügen, sammeln das störende Objekt auf, können es gegebe nenfalls charakterisieren und die Daten der Charakterisierung den ML-Modellen der Module zweiter Art zum Training bereit stellen, bevor diese Module der dritten Art das störende Ob- jekt abtransportieren. Insbesondere durch die Verfügbarkeit der tatsächlichen Charakterisierung des störenden Objekts und die Möglichkeit des Vergleichs mit den abgeschätzten Daten der Module erster Art kann das Cyber-physische System sich ständig verbessern und sich auf die im Fokus stehende Grünan- läge spezialisieren. Provide IoT and the modules of the second type then calculate a target state and activate modules of the third type, if necessary via the IoT, in order to create the target state. The modules of the third type, which have manipulators, e.g. a gripper arm, a sucker, generally a recording device, etc., collect the disturbing object, can characterize it if necessary and transfer the characterization data to the ML models of the Provide modules of the second type for training before these modules of the third type remove the disturbing object. In particular, due to the availability of the actual characterization of the disturbing object and the possibility of comparison with the estimated data of the modules of the first type, the cyber-physical system can constantly improve and specialize on the green area in focus.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Cyber-physisches System zur automatisierten Reinigung der Randbereiche von Verkehrswegen und/oder Grünanla gen, Module erster und dritter Art, zumindest ein Kommunikationsnetz sowie dazugehörige Schnittstellen umfassend, wobei zumindest 1. Cyber-physical system for the automated cleaning of the edge areas of traffic routes and/or green spaces, modules of the first and third type, comprising at least one communication network and associated interfaces, with at least
- ein Modul erster Art automatisiert und/oder Nutzer getrieben Daten erzeugt, die einen Ist-Zustand mit einem störenden Objekt wiedergeben, - a module of the first type automatically and/or user-driven generates data that reflects an actual state with a disruptive object,
- gegebenenfalls ein Modul zweiter Art diese Daten über zumindest eine dafür geeignete Schnittstelle empfängt, und das zumindest eine Modul zweiter Art zumindest einen Prozessor in einem Managementsystem umfasst, der die Da ten verarbeitet und gegebenenfalls über eine Künstliche Intelligenz neuronale Netze mit den Daten trainiert und- if necessary, a module of the second type receives this data via at least one suitable interface, and the at least one module of the second type comprises at least one processor in a management system, which processes the data and, if necessary, uses artificial intelligence to train neural networks with the data and
- das Managementsystem des zweiten Moduls oder eine direk te Kommunikation eines ersten Moduls mit einer geeigne ten Schnittstelle eines Moduls dritter Art dieses veran lasst zumindest einen Manipulator, der mit dem Modul dritter Art verbunden und geeignet ist, das störende Ob jekt aufzunehmen und/oder abzutransportieren, zu star ten, wobei - the management system of the second module or direct communication of a first module with a suitable interface of a third-type module, this causes at least one manipulator which is connected to the third-type module and is suitable for picking up and/or transporting away the disturbing object , to start, where
- jedes Modul zumindest einen Datenspeicher und einen Pro zessor umfasst und selbstständig, also dezentral, eine Aktion starten kann. - Each module includes at least one data store and one processor and can start an action independently, i.e. decentrally.
2. Cyber-physisches System nach Anspruch 1, wobei ein Modul erster Art (103, 110) ein Modul zweiter Art2. Cyber-physical system according to claim 1, wherein a module of the first type (103, 110) is a module of the second type
(M2, 115, 118) und ein Modul dritter Art (123, 122) in einem einzigen Gerät realisiert sind. (M2, 115, 118) and a module of the third type (123, 122) are realized in a single device.
3. Cyber-physisches System nach Anspruch 2, bei dem das Gerät eine Drohne (122) ist. 3. Cyber-physical system according to claim 2, wherein the device is a drone (122).
4. Cyber-physisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Modul zweiter Art (M2, 115) über ein Datenarchiv verfügt, das mit dem machine learning System (118) kommunikativ verbunden ist. 4. Cyber-physical system according to one of the preceding claims, in which the module of the second type (M2, 115) has a data archive that is communicatively connected to the machine learning system (118).
5. Cyber-physisches System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein Modul zweiter Art einen Prozessor in einem Managementsystem (M2) umfasst, der geeignet und konfiguriert ist, um eine Plausibilitätsprüfung der Daten, die von einem Modul erster Art (103, 110) bereitgestellt sind, durchzuführen. 5. Cyber-physical system according to one of claims 1 or 2, wherein a module of the second type comprises a processor in a management system (M2) which is suitable and configured to carry out a plausibility check on the data received from a module of the first type (103, 110) are provided to perform.
6. Cyber-physisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modul erster Art (103, 122, 123) eine 360° Kamera (104, 129, 125) umfasst. 6. Cyber-physical system according to one of the preceding claims, wherein the module of the first type (103, 122, 123) comprises a 360° camera (104, 129, 125).
7. Cyber-physisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Modul erster Art (103, 122, 123, 110) eine Drohne (122) ist. 7. Cyber-physical system according to one of the preceding claims, in which a module of the first type (103, 122, 123, 110) is a drone (122).
8. Cyber-physisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in einer einzigen Drohne (122) die Module erster Art, Module zweiter Art und Module dritter Art realisiert sind. 8. Cyber-physical system according to one of the preceding claims, in which the modules of the first type, modules of the second type and modules of the third type are implemented in a single drone (122).
9. Cyber-physisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Modul zweiter Art ein Manage mentsystem (M2) umfasst. 9. Cyber-physical system according to one of the preceding claims, wherein a module of the second type comprises a management system (M2).
10. Cyber-physisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Modul zweiter Art ein Datenar chiv (115) umfasst. 10. Cyber-physical system according to one of the preceding claims, wherein a module of the second type comprises a data archive (115).
11. Cyber-physisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Modul zweiter Art (M2) ein Geoinformationssystem (120) umfasst. 11. Cyber-physical system according to one of the preceding claims, wherein a module of the second type (M2) comprises a geographic information system (120).
12. Cyber-physisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Modul zweiter Art ein Lernsystem und/oder Modelarchiv (135) umfasst. 12. Cyber-physical system according to one of the preceding claims, wherein a module of the second type comprises a learning system and/or model archive (135).
13. Verfahren zur automatisierten Säuberung von Grün anlagen, mittels eines Cyber-physischen Systems, nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem 13. A method for the automated cleaning of green areas by means of a cyber-physical system according to any one of claims 1 to 12, in which
- ein Ist-Zustand einer Stelle der Grünanlage mit einem störenden Objekt (100) erfasst wird, - an actual state of a spot in the green area with a disturbing object (100) is recorded,
- wobei die Erfassung der Daten über ein störendes Objekt automatisiert und/oder Nutzergetrieben erfolgt, zumindest die Meldung der Nutzergetrieben erzeugten Da ten mittels Übertragung und Bereitstellung entsprechen der Daten gegebenenfalls an ein Managementsystem (M2) in einem Modul zweiter Art (M2, 115, 118,135) erfolgt,- whereby the data on a disruptive object is recorded automatically and/or user-driven, at least the reporting of the data generated by the user by means of transmission and provision of the data may correspond to a management system (M2) in a module of the second type (M2, 115, 118,135 ) he follows,
- durch das Managementsystem (M2) direkt oder mittels zu mindest eines dafür konfigurierten und eingerichteten Prozessors und/oder durch eine geeignete Kommunikation ohne Zwischenschaltung des Managementsystems ein Modul dritter Art (122, 123) mit einem Manipulator (126, 130) aktiviert wird und zumindest ein Modul dritter Art (122,123) das störende Objekt anfährt, anschwimmt und/oder anfliegt, aufnimmt und/oder entfernt. - a module of the third type (122, 123) with a manipulator (126, 130) is activated by the management system (M2) directly or by means of at least one processor configured and set up for this purpose and/or by suitable communication without the intermediary of the management system, and at least a module of the third type (122, 123) that hits, swims and/or flies towards, picks up and/or removes the disturbing object.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem ein Modul zwei ter Art (M2, 115, 118) ein Regel- und Steuersystem (M2) umfasst. 14. The method as claimed in claim 13, in which a module of the second type (M2, 115, 118) comprises a regulation and control system (M2).
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, bei dem eine Plausibilitätsprüfung (121) der bereitgestell ten Daten von den ersten Modulen (103, 110, 122, 123) im Managementsystem (M2) vor der Aktivierung eines Mo duls der dritten Art (122, 123) durchgeführt wird. 15. The method according to any one of claims 13 or 14, in which a plausibility check (121) of the data provided by the first modules (103, 110, 122, 123) in the management system (M2) before the activation of a module of the third type ( 122, 123) is performed.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Module dritter Art (103, 122, 123) Daten zur Cha rakterisierung des störenden Objekts (100) bereitstel len, die sie dem Datenarchiv (115, 116) und/oder dem16. The method according to any one of claims 13 to 15, wherein the modules of the third type (103, 122, 123) provide data for the characterization of the disturbing object (100), which they provide to the data archive (115, 116) and/or the
Lernsystem (119) eines Moduls zweiter Art zum Training bereitstellen. Provide learning system (119) of a module of the second type for training.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Lernsystem17. The method according to claim 16, wherein the learning system
(119) und/oder Modelarchiv (135) eines zweiten Moduls (M2, 115, 118,135) mittels Over-the-Air-„OTA"-Update durch Training aktualisierte ML-Modelle (119, 105, 131,(119) and/or model archive (135) of a second module (M2, 115, 118,135) using over-the-air "OTA" update ML models (119, 105, 131,
127) den Modulen erster und dritter Art (103, 110, 122, 123) übermittelt. 127) to the modules of the first and third type (103, 110, 122, 123).
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