ITBG20090003A1 - Metodo e sistema per la gestione di risorse distribuite sul territorio. - Google Patents

Metodo e sistema per la gestione di risorse distribuite sul territorio. Download PDF

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Description

Descrizione di un brevetto d’invenzione avente per titolo: "Metodo e sistema per la gestione di risorse distribuite sul territorio"
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un metodo e ad un sistema per ottimizzare la gestione, e per garantire la sicurezza di risorse, in particolare umane, distribuite sul territorio, ad esempio lavoratori, operatori della protezione civile, pompieri, ecc.
La gestione degli interventi di persone e mezzi nei luoghi dove necessita la loro presenza è di vitale importanza per la buona riuscita degli stessi.
Per poter ottimizzare le risorse, risulta necessario che il maggior numero di informazioni sia scambiato tra le persone ed i mezzi operanti.
Anche la presenza di una centrale operativa che organizzi l’operazione deve essere al corrente di tutte le informazioni disponibili.
Scopo della presente invenzione è quello di provvedere ad un sistema migliorato di gestione di risorse sparse su un territorio, al fine di garantire la sicurezza personale ed il coordinamento efficace delle attività di intervento.
Altro scopo è quello di provvedere ad un sistema che non intralci le risorse nelle loro operazioni.
In accordo con la presente invenzione, tali scopi ed altri ancora vengono raggiunti da un sistema per la gestione di risorse distribuite sul territorio comprendente almeno una scarpa caratterizzato dal fatto che detta scarpa comprende un circuito elettronico; detto circuito elettronico comprendendo un circuito di controllo di detto circuito elettronico; un modulo localizzatore che fornisce le coordinate geografiche di detta scarpa a detto circuito di controllo; un ingresso connettibile ad almeno un sensore connesso a detto circuito di controllo; un sistema di comunicazione via radio; detto sistema di comunicazione via radio riceve informazioni da detto circuito di controllo e le invia ad un concentratore locale.
Tali scopi ed altri ancora vengono inoltre raggiunti da un metodo per la gestione di risorse distribuite sul territorio comprendente almeno una scarpa caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi di: inserire un circuito elettronico in detta scarpa; fornire a detto circuito elettronico le coordinate geografiche di detta almeno una scarpa mediante un modulo localizzatore; fornire a detto circuito elettronico il valore rilevato da almeno un sensore; comunicare ad un concentratore locale dette coordinate geografiche e detto valore rilevato.
Ulteriori caratteristiche dell'invenzione sono descritte nelle rivendicazioni dipendenti.
Le componenti elettroniche inserite nella scarpa consentono di effettuare il punto geografico e di comunicare con un concentratore locale; il funzionamento è completamente autonomo grazie ad una batteria interna. E’ inoltre prevista la possibilità di interfacciare sensori o strumenti di misura per la raccolta dei dati dal campo.
Dal punto di vista meccanico, tutte le componenti elettroniche utilizzate nella scarpa sono alloggiate all’interno della calzatura e la loro disposizione è pensata per ottenere la massima robustezza e protezione dagli urti, minimizzando gli interventi di manutenzione.
Il circuito elettronico viene alloggiato vantaggiosamente in appositi siti, facilmente raggiungibili e che non creino disturbi al operatore, realizzati sul collarino o sulla lingua della scarpa.
Le motivazioni che hanno portato ad integrare le componenti elettroniche nella parte interna superiore del gambaletto e non nella suola sono legate alla difficoltà della manutenzione del circuito "annegato” nella suola; alla non raggiungibilità del circuito; ed ai problemi legati alle pressioni e temperature nelle fasi di montaggio della scarpa che impattano sulla funzionalità del circuito (alte pressioni, alte temperature).
La scarpa incorpora un dispositivo di comunicazione a corto raggio ad esempio basato sullo standard ZigBee. Questo consente contemporaneamente di ottenere un’ottimale gestione dei consumi della batteria e la possibilità di costruire reti di comunicazione "ad hoc” per le differenti situazioni operative.
Il dispositivo di comunicazione incorporato nella scarpa, si appoggia, per le comunicazioni con la Centrale Operativa, ad un concentratore locale, tipicamente dotato anche dì un modulo di comunicazione a lunga distanza (GPRS, HSDPA, Satellitare, ecc.). Nella sua accezione più semplice il concentratore può essere personale, ovvero indossabile, ed assumere le dimensioni di un normale telefonino.
Anche la gestione nonché la sicurezza di lavoratori sul luogo di lavoro, ancor più se questi sono dislocati in varie locazioni, può trarre vantaggio dalla presente invenzione.
Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione pratica, illustrata a titolo di esempio non limitativo negli uniti disegni, nei quali:
la figura 1 mostra schematicamente uno schema a blocchi dei circuiti elettronici inseriti nella scarpa, in accordo alla presente invenzione;
la figura 2 mostra un schema della disposizione fisica dei circuiti elettronici, in accordo alla presente invenzione;
la figura 3 mostra schematicamente e parzialmente il posizionamento dei circuiti elettronici all’interno di una scarpa, in accordo ad una prima forma di realizzazione della presente invenzione;
la figura 4 mostra schematicamente il posizionamento dei circuiti elettronici all’interno di una scarpa, in accordo ad una seconda forma di realizzazione della presente invenzione.
Riferendosi alle figure allegate, un circuito elettronico 1 utilizzato per un sistema per la gestione di risorse distribuite sul territorio in accordo alla presente invenzione, comprende una batteria 10 per l’alimentazione del circuito elettronico; un microprocessore 11 che opera come circuito di controllo del circuito elettronico; un sistema di comunicazione 12, preferibilmente, via radio avente una antenna 21 ; un modulo localizzatore 13, ad esempio un localizzatore su base satellitare quale il GPS (Global Positioning System), avente una antenna 22.
Il microprocessore 11 comprende uno o più interfacce 14 per potersi connettere ad uno o più sensori 20 e/o strumenti di misura.
La batteria 10 è preferibilmente ricaricabile ed è dotata di un circuito di carica e di protezione 15, connettibile, preferibilmente, tramite un connettore 16 ad un caricabatteria 17 esterno.
Il circuito comprende un interruttore 23, per l’attivazione/disattivazione dell’elettronica, preferibilmente realizzato mediante un interruttore magnetico.
La batteria 10 è del tipo Li-Polimeri, ed in particolare vengono utilizzate 3 batterie da 240 mAh per una capacità totale di 720 mAh ed un peso complessivo di 21 grammi. Altre batterie sono utilizzabili.
Il circuito di controllo di carica e di protezione 15 comprende un caricabatterie lineare LTC1844, dotato di regolazione della carica in funzione della temperatura e soglia di corrente impostabile.
Il circuito 15 comprende, al fine di evitare situazioni pericolose per l’utente, da parte delle batterie a Li-Polimeri, un circuito integrato Seiko S8241. Esso è in grado di proteggere la batteria, e quindi evitare potenziali rischi di incendio o fuoriuscita di elettrolita, ed evitare condizioni di carica/scarica eccessiva, e sovraccarico.
Il caricabatteria 17 esterno deve essere in grado di erogare almeno 400mA a 5Vdc, in modo da consentire una ricarica completa delle batterie, nel peggiore dei casi, in 3 ore. La connessione del caricabatteria 17 con la scarpa avviene, vantaggiosamente, tramite un cavo standard USB A - Mini USB. Esso può anche essere utilizzato per connettersi, leggere le memorie e programmare il microprocessore 11.
Il microprocessore 11 ed il sistema di comunicazione 12 sono vantaggiosamente integrati in un unico circuito integrato CC2430. Esso è un dispositivo appartenente alla categoria ’System-on-Chip’ (SoC), specificatamente progettato per lo standard IEEE 802.15.4 e le applicazioni ZigBee. Questo consente di costruire nodi di rete ZigBee con un numero limitatissimo di componenti esterni, a tutto vantaggio del basso costo e dell’affidabilità.
L'antenna 21 a 2.4GHz per la rete ZigBee è ricavata direttamente sul circuito stampato.
Il range di funzionamento del singolo nodo ZigBee è fino a 300m in campo aperto e fino a 100m all'interno di edifici; questi valori massimi sono tuttavia soggetti a diminuzioni dovute alle effettive condizioni di utilizzo quali, ad esempio, la presenza di ostacoli, la tipologia e l’orientamento delle antenne utilizzate. Una buona valutazione è quella di considerare un range di funzionamento di circa 100m in campo aperto e circa 40m all’Interno di edifici.
Le interfacce 14 disponibili, grazie all’uso del circuito CC2430, comprendono 8 convertitori analogici-digitali (A/D), 21 linee di ingresso-uscita (I/O) digitali ed un Bus Serial Peripheral Interface (SPI).
I sensori 20 possono essere interni o esterni connessi mediante connettori alle interfacce di cui sopra.
li modulo localizzatore 13 utilizza preferibilmente, un modulo GPS u-Blox NEO-5Q, ad alta sensibilità (-160 dBm) e quindi adatto ad applicazioni indoor o dove l’antenna GPS non sia posizionata in modo ottimale. Esso fornisce le coordinate geografiche, ed altre informazioni, della scarpa che incorpora il circuito 1.
L'elettronica (del circuito 1 ) alloggia nella parte posteriore interna superiore del gambaletto 5 di una scarpa, tipicamente uno scarponcino alto. A tale scopo è stata creata un’apposita tasca richiudibile con velcro.
L’elettronica viene posizionata in sostituzione dell’imbottitura.
La fodera del collarino viene costruita non con la classica cucitura al resto della fodera che va completamente a chiudere quest’ultima, bensì essa costituisce un bavero che tramite un velcro maschio cucito al suo bordo inferiore, si aggancia ad un velcro femmina cucito sul bordo posteriore della fodera, mentre ai due bordi laterali viene cucito un velcro maschio che si aggancia ad un velcro femmina cucito direttamente sulla parte interna della tomaia.
L’intero bordo dell’inserto fodera collarino, viene cucito direttamente all'inserto in pelle del collarino esterno in modo tate che i due lembi si sormontino ed abbiano le loro parti esterne adiacenti ed in contatto: quindi i due elementi, una volta cuciti possono essere rivoltati costituendo il collarino intero.
Durante la fase di orlatura dell’inserto della fodera collarino vengono ad esso applicati e cuciti per tutta la lunghezza del suo lembo inferiore un velcro maschio e lateralmente fino a combaciare con i lembi inferiori un velcro maschio per ognuno dei due lati.
Sulla parte interna della tomaia, già precedentemente rinforzata da rinforzo adesivo in poliammide viene incollata una gomma di imbottitura realizzata in poliuretano reticolato dello spessore di mm 6-8.
Precedentemente all’interno della gomma di imbottitura qui sopra descritta era stato tolto tramite fustellatura una parte di materiale per permettere di seguito l'inserimento del circuito 1. Il materiale tolto ha esattamente la sagoma e le dimensioni di tale elemento altrove descritto.
Sui lembi laterali della parete interna-superiore della tomaia, precedentemente rinforzata con rinforzo adesivo in poliammide, viene cucito su ambedue i lati un velcro femmina di altezza pari alla distanza fra il lembo superiore della fodera della calzatura ed il lembo superiore del collarino esterno medesimo.
In tutta la larghezza del lembo superiore interno della fodera viene cucito un velcro femmina.
Questa costruzione permette di chiudere e riaprire con un semplice sistema a velcro l’intero bavero costituente la fodera del collarino della calzatura e di posizionare il circuito 1.
In alternativa è possibile posizionare il circuito 1 all'interno della lingua 6 della calzatura.
La fodera della lingua della calzatura viene costruita non con la classica cucitura di giuntura con l’inserto esterno in pelle e poliammide della lingua che va completamente a chiudere quest’ultima, bensì essa costituisce assieme all’inserto in pelle esterno della lingua, un bavero che, tramite un velcro femmina cucito all’interno del suo bordo superiore, si aggancia all’inserto esterno in poliammide della lingua, tramite un velcro maschio cucito sul bordo superiore di quest’ultimo, mentre ai due bordi laterali viene cucito un velcro femmina che si aggancia ad un velcro maschio cucito direttamente sui bordi della parte interna dell’inserto in poliammide della lingua.
La parte superiore della fodera della lingua è cucita ad un inserto in pelle di tomaia che poi sarà rivoltato all’esterno. L’intero bordo dell’inserto fodera lingua, viene cucito direttamente all’inserto in pelle della lingua in modo tale che il lembo dell'inserto in pelle si sormonti per 3mm-5mm alla fodera, entrambi con le pareti esterne rivolte verso l’alto: i due elementi cuciti assieme rappresentano il bavero. La fodera sarà tagliata con una sagoma tale per cui, la sua parte che poi rappresenterà il suo spigolo superiore, verrà rivoltata per 2 mm e cucita per costruire una sorta di cappuccio che fungerà da invito per la corretta chiusura del bavero.
Durante la fase di orlatura dell'inserto della fodera del collarino vengono ad esso applicati e cuciti lateralmente fino a combaciare con i lembi superiori del soffietto un velcro femmina per ognuno dei due lati.
Sulla parte interna dell’inserto esterno in poliammide della lingua, già precedentemente rinforzata da feltro, viene incollata una gomma realizzata in poliuretano reticolato dello spessore di mm 6-8.
Precedentemente all’interno della gomma di imbottitura qui sopra descritta era stato tolto tramite fustellatura una parte di materiale per permettere di seguito l'inserimento del circuito 1. Il materiale tolto ha esattamente la sagoma e le dimensioni di tale elemento altrove descritto.
Sui lembi laterali della parete interna dell’inserto lingua in poliammide, viene cucito su ambedue i lati un velcro maschio di altezza pari alla distanza fra il lembo superiore della lingua stessa ed il lembo superiore del soffietto.
Sull’area superiore esterna dell’inserto esterno in poliammide della lingua viene cucito un velcro maschio avente le medesime dimensioni e posizionamento adiacente dell’inserto in pelle del bavero.
Questa costruzione permette di chiudere e riaprire con un semplice sistema a velcro l’intero bavero a cappuccio costituente la fodera della lingua della calzatura e di posizionare il circuito 1 nella sagoma intagliata nella gomma da 6-8mm di spessore.
Il circuito stampato di supporto è realizzato in materiale rigido-flessibile, in modo da essere avvolto attorno alla scarpa. La disposizione dei componenti realizza una zona rigida agli estremi del circuito, delle dimensioni all’incirca delle batterie. In questo modo sono state create 4 zone rigide allungate verticalmente con larghezza di circa 20mm.
La zona centrale, per una larghezza di 40mm è stata lasciata completamente libera da componenti, ad eccezione dell'interruttore 23. Questa zona è infatti, dal punto di vista ergonomico, quella più delicata, coincidendo con il tendine Achilleo.
Tutti i componenti sono posizionati ‘lato saldature’, quindi si affacciano sul lato esterno della scarpa (verso la tomaia). Lo spessore dell’involucro di silicone è mantenuto al minimo possibile (2 mm) su entrambi i lati. I componenti con spessore più elevato sono le batterie (4 mm), quindi lo spessore totale del pezzo è di 8 mm, identico all’attuale imbottitura di gommapiuma.
L'involucro contenente l’elettronica è completamente realizzato in gomma siliconica con grado di durezza 7 Shore; in questo modo viene mantenuto un grado di morbidezza molto simile a quello dell’attuale imbottitura.
Il funzionamento del dispositivo secondo l’invenzione appare evidente da quanto descritto ed illustrato e, in particolare, è sostanzialmente il seguente.
La scarpa, in accordo alla presente invenzione, consente la costante localizzazione dell’operatore che indossa la scarpa ed è in grado di trasmettere, oltre alle informazioni di posizione, anche quelle rilevate dai sensori e/o strumenti di misura eventualmente collegati, come ad esempio altimetro, misuratori di temperatura e di pressione.
Per svolgere le funzioni assegnate, ogni scarpa deve perciò essere opportunamente configurata per potersi connettere ad un nodo coordinatore od ai router presenti sul territorio. Tramite opportuni codici di sicurezza l’accesso alla rete è negato ad altri dispositivi ZigBee potenzialmente presenti ma estranei.
Per realizzare una rete, in accordo all’invenzione, si definiscono con ZC, un dispositivo ZigBee che funge da coordinatore e/o da concentratore locale. La funzione di ZC viene assunta da un solo nodo; e con ZED, un dispositivo ZigBee tipicamente quello posto nella scarpa.
Il concentratore locale ZC realizza la connessione con più elementi ZED e permette la comunicazione a lunga distanza con una centrale operativa.
Per soddisfare particolari esigenze operative un qualsiasi nodo ZED può anche configurarsi come ZR, un dispositivo ZigBee che funge Router.
Un ZR viene utilizzato, ad esempio, quando un ZED non riesce a comunicare con un ZC, ma riesce a comunicare con un altro ZED che a sua volta riesce a comunicare con un ZC. In questo caso il ZC intermedio si comporta da router e quindi si configura come ZR.
Nel caso si faccia uso, per accendere e spegnere i dispositivi posti nella scarpa, essa è dotata di una linguetta esterna cucita nella parte centrale posteriore della scarpa. Nella linguetta è inserito un piccolo magnete. La linguetta deve essere dotata di Velcro per poter essere fissata in due posizioni. Posizione A (spento), dove la linguetta è agganciata in modo che il magnete sia lontano dalla parte centrale posteriore, e posizione B (acceso), dove la linguetta è agganciata in modo che il magnete sia in corrispondenza delia parte centrale posteriore.
Con la linguetta in posizione di 'spento', il dispositivo è in modalità di minimo consumo. Con la linguetta in posizione di ‘acceso’, il dispositivo entra in piena funzionalità configurandosi come ZED ma mantenendo spento il localizzatore finché non viene stabilita una connessione con lo ZC.
In alternativa all'interruttore magnetico di accensione e spegnimento del dispositivo, visti i bassissimi consumi, si può prevedere che il dispositivo sia in configurazione di minimo consumo ed effettui un "polling” periodico (interrogazione ciclica) dello ZC, ad esempio ogni 10 minuti. Durante tale operazione il dispositivo ZC viene anche a conoscenza dello stato di ricarica delle batterie di ogni dispositivo ZED. L’attivazione del dispositivo e la richiesta di informazioni può così avvenire anche da remoto, e l’utente non può spegnere il dispositivo.
Alla prima accensione del dispositivo esso deve essere configurato. Vengono infatti assegnati ad ogni dispositivo il numero (ID_Device) che verrà successivamente utilizzato dallo ZED come riferimento per tutte le comunicazioni, il codice (ID_Rete) che identifica la rete sulla quale deve operare, ed il codice di sicurezza (Security_Code) che viene utilizzato in abbinamento all’ID_Rete. Qualsiasi altro dispositivo presenta nel raggio di rilevazione dello ZC ma che non presenta Γ identificati vo corretto, non viene accettato all’interno della rete.
L’unità localizzatrice 13 viene accesa solo dopo che il dispositivo è stato configurato ed è operativo.
La logica di gestione dell’unità localizzatrice è sempre orientata al minimo consumo ed è anche funzione dello stato operativo in cui esso si trova.
Se il dispositivo non è configurato, il localizzatore è mantenuto spento per massimizzare la durata delle batterie durante la ricerca dello ZC e della prima configurazione.
Se è configurato ed in stato ‘Riposo’ il localizzatore è mantenuto spento.
Se è configurato ed in stato ‘Missione’ il localizzatore viene acceso e mantenuto acceso fino al primo fix (ottenimento dei dati) valido. Successivamente, per massimizzare la durata della batteria, entra in standby (spegnendo anche il localizzatore) e rimane spento per un periodo di tempo prefissato. Allo scadere di questo tempo ritorna in piena funzionalità, si connette allo ZC ed attende il fix del localizzatore, quindi ritorna in standby. Se il fix del localizzatore è avvenuto esso invia i relativi dati allo ZC.
Se ii fix del localizzatore non avviene entro un periodo prefissato, il localizzatore viene nuovamente mantenuto acceso fino al primo fix valido, esattamente come all’atto dell’attivazione dello stato ‘Missione’.
Ogni ZC presente in rete comunica poi con una Centrale Operativa che visualizza la localizzazione di ogni persona che indossa la scarpa, comprensiva di segnali provenienti dai sensori ad essa associata, che possono essere di qualsiasi tipo, e gestisce di conseguenza l’intervento.
Quando il dispositivo non è nello stato 'missione' il tempo di polling si allunga (abbiamo previsto anche 10 minuti ed oltre). In questo caso eventuali interrogazioni, piuttosto che modifiche alla configurazione possono avvenire solo quando il dispositivo ZED si connette allo ZC. I comandi, per lo ZED vengono memorizzati in una memoria lo ZC provvede ad eseguirli in automatico appena il dispositivo ZED si connette. Ogni ZC è a sua volta comandato dalla centrale operativa.
I materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a secondo delle esigenze e dello stato della tecnica.
II sistema così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema per la gestione di risorse distribuite sul territorio comprendente almeno una scarpa caratterizzato dal fatto che detta scarpa comprende un circuito elettronico; detto circuito elettronico comprendendo un circuito di controllo di detto circuito elettronico; un modulo localizzatore che fornisce le coordinate geografiche di detta scarpa a detto circuito di controllo; un ingresso connettibile ad almeno un sensore connesso a detto circuito di controllo; un sistema di comunicazione via radio; detto sistema di comunicazione via radio riceve informazioni da detto circuito di controllo e le invia ad un concentratore locale.
  2. 2. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che dette batterie sono ricaricabili mediante un connettore esterno.
  3. 3. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto concentratore locale è in comunicazione con una centrale operativa.
  4. 4. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che dette informazioni inviate da detto sistema di comunicazione comprendono le coordinate geografiche e i valori ricevuti da detto ingresso connettibile ad almeno un sensore.
  5. 5. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto sistema di comunicazione via radio è del tipo denominato ZigBee.
  6. 6. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto localizzatore è un localizzatore GPS.
  7. 7. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto circuito elettronico effettua una interrogazione ciclica a detto concentratore locale.
  8. 8. Sistema in accordo alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto circuito elettronico è inserito nella parte posteriore interna superiore di detta scarpa.
  9. 9. Sistema in accordo alia rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto circuito elettronico è inserito nella lingua di detta scarpa.
  10. 10. Metodo per la gestione di risorse distribuite sul territorio comprendente almeno una scarpa caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi di: inserire un circuito elettronico in detta scarpa; fornire a detto circuito elettronico le coordinate geografiche di detta almeno una scarpa mediante un modulo localizzatore; fornire a detto circuito elettronico il valore rilevato da almeno un sensore; comunicare ad un concentratore locale dette coordinate geografiche e detto valore rilevato.
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