WO2008119479A1 - Bewegungsbereich für einen mobilen gegenstand und auswertungsvorrichtung zum feststellen einer position eines mobilen gegenstands - Google Patents

Bewegungsbereich für einen mobilen gegenstand und auswertungsvorrichtung zum feststellen einer position eines mobilen gegenstands Download PDF

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WO2008119479A1
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Walter Englert
Tilman Bucher
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Cairos Technologies Ag
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    • A63B2243/0025—Football

Definitions

  • the present invention relates to a position detecting system, and more particularly, to detecting a position of a mobile object in a moving area with respect to an area in the moving area.
  • Any sport in which the goal of the game is to place a ball in a certain position with respect to a surface has more or less complicated rules as to when a ball crossed a line or was in a goal or not.
  • a ball or a mobile object moves relatively quickly, for example in football, handball, football, ice hockey, etc. is usually trusted on a referee who decides together with other referees, such as the linesmen, whether a goal has happened or not.
  • Such a decision is then not difficult if the ball remains in the goal, that is in the net, which clearly indicates a goal.
  • the ball bounces just behind the goal line in the goal and then jumps out of the goal it is not easy to tell if it was a goal.
  • certain sports allow a game interruption and it is determined by a high-speed camera evaluation, whether the ball has exceeded the line or not.
  • football for example, it is required that the ball Turn, ie with a total diameter has exceeded the goal line, so that a goal is scored.
  • Such optical evaluations using high-speed cameras are expensive, technically complex and require time for evaluation. Furthermore, it still needs a referee who looks at a television picture and then uses the television picture to decide. whether a goal has taken place or not.
  • the high-speed cameras thus do not provide a technically generated suggestion as to whether or not a goal has taken place, which can be taken over by a referee, or which can be used by an arbitrator, at least as an aid to his own decision.
  • optical evaluation systems can provide a relatively safe goal decision.
  • they have not yet reached a large extent, which is not least because they are expensive to purchase, lead to longer game interruptions and thus can cause an actually exciting game is torn by continuous evaluation breaks artificially, which ultimately neither the Players nor the clubs nor the spectators is served.
  • the object of the present invention is to provide an improved concept for position detection.
  • the present invention is based on the recognition that a simple, yet safe and accurate measurement in operation is to rely on magnetic fields. that players and other expected items on the field are relatively unaffected.
  • a set of at least two magnetic field generating objects are used, which are arranged on or in the ground in the vicinity of a surface with respect to which the position of the mobile object is to be determined. Specifically, a first elongated magnetic field generating object vcfrom a line of intersection of the surface with the ground is placed on or in the ground, and a second elongated electrically conductive magnetic field generating object is spaced from the cutting line from the second side of the cutting line in or on the Arranged underground.
  • Both magnetic generating objects since they are in the case of a simple conductor z.
  • B. capture only the outgoing conductor, a magnetic field that decreases radially.
  • the decrease characteristic of the magnetic field of a straight conductor is known and is proportional to l / r, where r is the distance from the conductor.
  • the position of the mobile object can be concluded solely on the basis of a comparison of the magnetic fields which are caused by the two conductors in a multiplex operation . If the magnetic field due to the conductor in front of the surface is greater than the magnetic field due to the conductor behind the surface, then it can be said that the mobile object lies in front of the surface or was at the time of measurement, whereas if the magnetic field is due to the magnetic field Head behind the surface is greater than the magnetic field due to the conductor in front of the surface, it can be said that the mobile object was located behind the surface at the time of measurement.
  • At least one other magnetic field generating object is also arranged, for example, in the form of a straight conductor, which is arranged at an acute angle or preferably perpendicular to the other two magnetic field generating objects.
  • This third magnetic field generating object is also excited in the multiplex mode and provides alone, via a threshold comparison, an indication of whether the object is inside or outside the boundary of the surface.
  • the area is also bounded upwards, as is the case with football, or limited downwards, it is preferred to make a threshold comparison for this purpose, in that if one of the potentially four magnetic fields or a subgroup of the four magnetic fields is smaller than a threshold is obtained, the result is that the ball was above the goal and was not in the goal. If, on the other hand, the value measured by a magnetic field is greater than a threshold, then it can be assumed that the ball has been located closer to the ground and thus has been below the bar.
  • Fig.l is a schematic representation of a first embodiment
  • Fig. 2 is a more detailed illustration of the arrangement of the magnetic field generating objects with respect to a gate; 3 shows a more detailed illustration to clarify the position of the line of rotation to the goal line and to the front and to the rear ladder;
  • FIG. 4 shows a time diagram for illustrating a time multiplex excitation of four magnetic field generating objects
  • FIG. 5a is a schematic illustration of various logical operations for determining certain positions with respect to an area in the movement area
  • 5b is a schematic representation of the evaluation device
  • FIG. 6 shows a representation of the magnetic field conditions in macroscopic dimensions with respect to a football goal with a goal width of 7.44 m;
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of the magnetic field situations of two magnetic field generating objects with respect to the surface
  • 10a shows a schematic representation of the longitudinal field of a counter-wound long coil, in which the rotary field is compensated;
  • 10b is an enlarged view of a portion of the coil of Fig. 10a;
  • FIG. 11 is a schematic representation of the mobile object using the example of a ball
  • FIG. 12a shows a plan view of a movement range with neutral range, switch-off range, initial switch-on range
  • FIG. 12 shows a schematic representation of the possible state transitions, as they are used by the evaluation device in order to carry out a plausibility check, or to generally activate or deactivate a door signaling.
  • Fig.l shows a range of motion, such as a goal area of a soccer field 10, for a mobile object, such as a football 11, which is shown in Fig.l far away from the penalty area, so not yet in the range of motion in which is measured is arranged.
  • the area in the range of motion is, for example, a surface spanned by a gate whose goal post is shown at 12 or, more specifically, a surface which is parallel to the surface defined by the gate but offset by half a ball diameter towards the rear, when a goal is defined as a ball that has completely penetrated the area spanned by the goal, or has penetrated exactly halfway through the area spanned behind the goal.
  • the range of motion has a background, such as the football pitch in the penalty area, where the surface in question cuts the ground, ie, it is not parallel to the ground, but is preferably so. even arranged perpendicular to the ground.
  • a background such as the football pitch in the penalty area
  • the surface in question cuts the ground, ie, it is not parallel to the ground, but is preferably so. even arranged perpendicular to the ground.
  • the surfaces is not necessarily 100% perpendicular to the ground, but in a predetermined tolerance range perpendicular to the ground, this tolerance range depending on the implementation plus or minus 5 ° from the vertical or maybe plus or minus fl ⁇ ° from the vertical, depending on the size of the gate.
  • a first elongate conductive magnetic field generating object 14 is provided, which is arranged at a first distance di (FIG. 2) from the cutting line on a first side of the cutting line in or on the substrate.
  • a second elongate electrically conductive magnetic field generating object 15 is arranged, which is arranged at a second distance d 2 ( Figure 2 ) from the cutting line on a second side of the cutting line in or on the ground.
  • the two magnetic generating objects 14, 15 may be buried in the ground, so for example run below the football lawn, or rest on the lawn, depending on which alternative is safe.
  • first and second magnetic field generating articles 14, 15 are formed to generate a magnetic field detachable radially with increasing distance with respect to the magnetic field generating object.
  • a generator 16 is provided, which is designed to drive the two magnet-generating objects with an alternating current and in a multiplex operation.
  • the alternating current amplitude is plotted in FIG. 1 for both conductors at Ii, I 2 .
  • an AC or DC current is used.
  • the directions of the current amplitudes Ii, l2 are arbitrary, which is clear in the case of an alternating current anyway. In the case of a direct current, however, the directions are also arbitrary if this merely changes the direction of the magnetic field. However, it is preferable to use a non-directional magnetic field sensor in the ball 11 so that a direction of a magnetic field and thus a current direction of the current generated by the generator 16 is insignificant.
  • the multiplexing operation in which the generator 16 is operated may be a time multiplex, a frequency multiplex, a code multiplex or a combination of different types of multiplexing, such as a combined time and frequency multiplexing.
  • the generator as shown in Figure 8, provide an alternating current with a frequency which is between 500 and 10,000 Hz and preferably between 2500 and 3500 Hz. Further, the generator provides a voltage of about 100 to 1000 volts, which may be at about 400 to 600 volts in particular.
  • the current consumption of the conductor depends on various factors, in particular on the length of the conductor and is set to a value between 0.05 and 10 A depending on the implementation and door size, with values in the range of 0.5 to 1.5 A for many applications preferred become.
  • the switching frequency of the time-multiplexing operation is between 10 and 5000 Hz, but it is generally preferred that the multiplexing switching frequency fm «is less than or equal to half the alternating current frequency f AC , as indicated in FIG.
  • FIG. Fig.7 shows ift a section perpendicular to the gate the situation for two positions.
  • the first position A is not a goal, since the goal surface 19 lies to the right with respect to the position A.
  • the distance of the two conductors 14,15 from the section line 20 of the surface 19 with the substrate 21 is equidistant from both conductors. In the example shown in FIG. 7, therefore, the two distances di and d 2 are the same.
  • the magnetic field measured by a ball at the position A originating from the conductor 14 will be greater than the magnetic field originating from the conductor 15, since the position A is the distance Al is away from the conductor 14, this distance Al being smaller than the distance A2. Therefore, for example, signaling is output that there is no gate. This signaling is preferably performed solely on the basis of the comparison of the values Bl and B2, so that no absolute value measurements that would have to be calibrated are needed.
  • the distances di and d 2 of the two conductors may not necessarily be the same. However, for a simple comparison to work, the magnetic field should be exactly the same on the surface of both conductors be. In order to achieve this at non-equal intervals, a feed with two different current amplitudes can be made alternatively to the feeding of an identical current amplitude in the conductor. For example, if the distance d 2 is smaller than the distance di, the conductor 14 would have to be operated at a larger current amplitude to compensate for its "gap deficit.” Therefore, in one embodiment, the value of the current amplitude is used for calibration purposes.
  • this calibration can be dispensed with, and yet a simple comparison can be made, due to the fact that the characteristic of the magnetic field is known, that is, the magnetic field according to l / r decreases, even if only because of the knowledge of the two distances di, d 2, even if the distances are not equal and, for example, the same or any known amplitudes are passed through the conductors, a calculation could be made in the sense of a triangulation determination to determine if the position to be examined is in front of or behind the F 19 is located. However, it is preferred to take the same amplitudes, the same distances and only a comparison in order to be able to signal a state in front of or behind the gate.
  • FIG. 2 shows an enlarged detail of the situation in FIG. 1, wherein two further magnetizing objects 30, 40 are arranged in FIG. 2 whose functionality is analogous to the functionality of the magnetic generating objects 14, 15, but the arrangement is now perpendicular within one To the tolerance range of, for example, ⁇ 10 ° takes place.
  • a single third magnetic generating conductor arrangement in the middle between the two goal posts is sufficient, in which case a threshold comparison is sufficient to determine whether the magnetic field due to the third conductor 30 has dropped more than one threshold. If this is found, then the ball is outside the goalpost, so too far away from the centrally located conductor 3, as that a gate has taken place, while when the magnetic field due to the conductor 3 is greater than the threshold of one Gate is spoken.
  • the two conductors 30 in FIG. 2 may not be present, and only the two conductors 40 are present. Then again, it would be determined by a threshold comparison that the magnetic field is small enough that the ball is inside the goalpost.
  • the threshold is not a maximum threshold, but a minimum threshold.
  • a football goal also has an upper limit, which is indicated at 41 in FIG. 7 and is provided by the crossbar.
  • a threshold value comparison is made, namely a maximum threshold. If the magnetic field due to the conductor 14, 15 or, if other conductors are present, due to the conductor 30 or 40, for example, greater than the threshold corresponding to the crossbar position 41, it is assumed that the ball was in the gate while when a magnetic field is smaller than the threshold, it is assumed that the ball was above the upper limit 41.
  • both magnetic fields due to the first or the second conductor 14, 15 can be used. Alternatively, a single magnetic field would suffice.
  • the additional magnetic fields can also be used, for example in the form of a weighted averaging, a majority decision, etc.
  • the detection of whether a ball was above or below the crossbar is relatively unproblematic since, if it was below the crossbar and took a "normal" course, it remains in the net Crossbar was, so he will not land on the net and remain behind the goal, but if the ball in the sense of a "Wembley" -Tors, which makes the detection high demands, jumps, the detection in the vertical direction is unproblematic, and the main task is the relative comparison of the first and second conductors, which works with maximum accuracy and without threshold.
  • the upper threshold can therefore be readily used since this dimension is the least critical dimension of all the dimensions to be monitored.
  • FIG. 3 shows an even more detailed illustration of the situation in soccer, the football rule being that a ball must have crossed the goal line 35 with its total rotation. There is therefore a rotation line 36 which runs parallel to the goal line 35 and is spaced from the goal line by the radius of the ball.
  • the magnetic field sensor is arranged in the center of the ball, that is to say in the center of gravity of the ball, as shown at 9 in FIG. 3.
  • FIG. 11 A schematic representation of the ball 11 is shown in FIG. 11, it being assumed that a processor 8 is arranged in the center of the ball, this processor also preferably comprising the direction-independent magnitude magnetic field sensor 9 exactly in its center, and wherein the detection data are transmitted via an antenna 7 to a remote detection / evaluation unit, the example is arranged in the goal area area.
  • a processor 8 is arranged in the center of the ball, this processor also preferably comprising the direction-independent magnitude magnetic field sensor 9 exactly in its center, and wherein the detection data are transmitted via an antenna 7 to a remote detection / evaluation unit, the example is arranged in the goal area area.
  • Such an evaluation device 6 is shown in FIG. 1, this evaluation device preferably communicating wirelessly with the ball via an antenna 5 or receiving magnetic field measurements wirelessly from the ball.
  • FIGS. 1 A schematic representation of the ball 11 is shown in FIG. 11, it being assumed that a processor 8 is arranged in the center of the ball, this processor also preferably comprising the direction-independent magnitude magnetic field sensor 9 exactly
  • the ball can perform the complete number of comparator operations to provide a goal decision itself, for example via a radio signal , an infrared signal, an acoustic and / or optical signal, for example by means of an LED, which is visible on the ball itself, and which is e.g. to light up when a goal has been scored.
  • the ball 11 transmits magnetic field measurements, and that the entire evaluation in the evaluation device 6, which is located externally with respect to the ball takes place.
  • the evaluator could then send its information to, for example, a digital clock or other small indicator to the referee (s) along with a vibrating alarm or audible alarm to inform the referee that the ball indicates a goal to be dependent whistle or take this hint at least as an aid to decision.
  • Fig. 4 shows a time sequence as may be performed by the generator 16 to time serially actuate the four conductors 14, 15, 30, 40 in a second multiplexing operation.
  • the ball would then at the times ti, t2, t3, t4 measure the just current magnetic field and would, if correct synchronization has been done, know what comes reading of which ladder.
  • the ball could simply send a sequence and the evaluation device 6 would then be able to perform a further assignment due to the sequence of the sequence as generated by the generator and the order of received data.
  • a wired or wireless connection between the evaluation device 6 and the generator 16 would e- xistieren.
  • alternator 16 may alternatively operate in frequency division, code division, or a combination multiplexing mode, for example in a combined time / frequency multiplex.
  • frequency multiplexing each conductor would have its own frequency associated with it, so that generator 16 generates four different frequencies, eg, different by 200 Hz so that it can be conveniently filtered.
  • each conductor In the demultiplex, each conductor would have its own code sequence which is orthogonal to the other code sequences, so that interference-free operation can be achieved, which, however, when very fast ball movements are to be expected, one are waiting, a relatively high switching frequency and thus can cause a relatively high magnetic field frequency.
  • a straight conductor 14, 15 is used for magnetic field generation
  • the return conductor 140, 150 is placed too close to the outgoing conductor 14, 15, a magnetic field knnnation take place, so that no sensor signal is left.
  • the return conductor 140 and the return conductor 150 is arranged relatively far away from the two Hinleitern.
  • the aim is to achieve such a distance that, in the region of interest, that is to say in the area or vicinity of the area in the movement region, a field generated due to the return conductor is less than 10% and preferably less than 1% of the field, which is generated in the area of the movement range of the Hinleiter 14 and 15 respectively.
  • the generator 16 is an alternator with the required data and is connected to the grid. Under certain circumstances, a galvanic decoupling can take place, for example, for a transformer so that no network problems are generated or carried into the measurement.
  • FIG. 5a shows a schematic representation of the functionalities that must be performed by the evaluation device 6, which is shown in FIG. 1, and which is shown in more detail in FIG. 5b.
  • a first comparator function 60 is performed to compare the magnetic field value due to the first conductor 14 (Bl) with the magnetic field measured value due to the second conductor 15 (B2). If Bl is greater than B2, then the ball is in the penalty area so certainly before the goal line / while the ball is then when Bl is less than B2, the ball is behind the U-turn 36. However, whether or not the ball is in the goal is determined by the comparison made by the comparator 61.
  • the magnetic field values due to the conductors 30, 40 that is, B3, B4 are compared with each other, and then, if B3 is larger than B4, it is determined that the ball is between the posts, whereas if B3 is smaller than B4, then Ball is located outside the post.
  • the ball is far behind the goal, while if only B2, but no Bl is measured, the ball is relatively far away from the sensor, e.g. near the 11-meter point or even at the edge of the penalty area.
  • a gate is recognized when Bl is smaller than B2, when B3 is larger than B4, and when Bl or B2 or B3 or B4 or a majority vote from Bl to B4 or an average value is larger than a Schwe Vlle.
  • a gate is signalized.
  • the functionalities of the device 60, 61, 62 take place in the computer unit 65 in the exemplary embodiment shown in FIG. 5B for the evaluation device.
  • a post-correction device 66 which in one implementation is coupled to a memory 67, wherein the memory 67 stores either the last measured state or an earlier measured state or several such earlier states.
  • the functionality of the post-correction device 66 or a general plausibility check 60 also described independently of the reference to the preceding figures due to an earlier state and due to a prior knowledge of typical and untypical or unauthorized state changes Magnetic field generating method can be used. Even if a position is detected without magnetic fields, for example, due to wireless triangulation or optical methods, the prior knowledge of permitted or unauthorized lanes can also be used there to perform a plausibility check.
  • FIGS. 12a and 12b For a plausibility check, reference is made to FIGS. 12a and 12b. Again the situation of a football However, three areas are now shown in principle, namely a neutral area 120, a switch-off area 121 and a switch-on area 122.
  • the neutral area 120 has two areas, namely a region 120a in front of the gate, which optionally adjoins the switch-on area 122 and a neutral area between the start-up area and the goal line and a neutral area behind the goal line. Further, attention is drawn to the switch-on areas extending from the posts 12a, 12b into the gate-off.
  • ranges may vary depending on the port, implementation, magnetic conductor positioning, etc., and may also vary, especially if other than magnetic detection methods are used. In general, however, it will be possible everywhere signal a turn-off area that "crosses" an unauthorized ball track, so that a ball, when on such a track, will not trigger any door signaling despite the fact that it meets all "other" criteria.
  • the post-correction device .66 shown in FIG. 5b is therefore based on the table shown in FIG. may be stored as a look-up table, compare the currently determined state provided by the device 65 with the previous state to find a corresponding row of the table in Fig. 12b to disable or not affect a goal indication , So that the memory 67 is updated, z.
  • the post-correction device or the evaluation logic 65 determines the most recently detected state, or e.g. the state determined a certain time ago, as shown by the solid or dashed return line 68 and 69, respectively.
  • Fig. 6 shows a schematic representation of a field of a long conductor. It has been found that a conductor, e.g. a length of 25 m, as is preferred for a gate with a width of 7.44 m, has a sufficiently large plateau in the middle of the magnetic field, in which the same magnetic field results at the same distance from the gate. At the beginning and end of the conductor, however, the magnetic field decreases sharply. Thus, the magnetic field at the beginning of the conductor and at the end of the conductor has a value of only about 50% compared to the magnetic field value at the plateau 82. It has also been found that the magnetic field is still from the beginning of the conductor to the left or from the end of the conductor extends to the right, although there is no ladder left. The field has a 1 / r characteristic.
  • the width of the gate affects the length of the conductor, since the plateau becomes wider the longer the conductor becomes.
  • it is preferred to use a ladder length of at least 10 meters, and more preferably at least more than 20 meters, with a soccer goal having typical dimensions of at least 22 to 30 meters and more preferred, the quality of the plateau In other words, how close the plateau is to an ideal horizontal iso-B line is affected by the length of the conductor.
  • FIG. 8 shows an alternative implementation of the magnetic field generating objects 15, 16. While in FIG. 1 the return conductors are arranged far away from the region to be evaluated, in the embodiment shown in FIG. 8 the return conductors 150, 140 are moved around the playing field pulled the second goal area, there also with the same ladders to perform a gate monitoring. The same also applies to the vertically arranged conductors 30, 40, which can likewise extend from the upper region in FIG. 8 to the lower region in FIG. 8 and thus can be used for the evaluation of both gate regions. This saves resources and due to the large dimensions of a soccer field, a secure decoupling is given, to the effect that the first goal area does not disturb the second goal area.
  • FIG. 10a illustrates a further implementation of a fe magnetic field generating object in the form of a counter wound long coil 100, which is arranged as the first magnetic field generating object and / or a second magnetic field generating object, that is in the substrate before and / behind the goal 102nd Due to the fact that the coil is wound in opposite directions, a rotatory field, indicated at 104, is compensated and non-existent, while the coil as a whole develops a now longitudinal field 106 which also has an absolute decay characteristic proportional to 1 / r or has a characteristic which, depending on the implementation, is not exactly proportional l / r, but which decreases from inside to outside or from bottom to top.
  • Fig. 10b shows a specific schematic of such a counter-wound coil that is designed to compensate for the rotatory field while the longitudinal field exists.
  • the magneto-generational objects are, in general terms, straight conductors, in particular only the outgoing conductors, as shown in FIG. If there are two ranges of motion, then the return conductors may also be used as magnetic generation articles, as shown in FIG.
  • the diameter of the turn in the embodiments of Fig.l and Fig.8 is substantially larger than the area in the range of motion, with respect to which the position of the mobile object is to be detected.
  • the size ratio of the area to be monitored by the magnetic field generating objects is approximately such that the area of the conductor loop in the case of FIGs. 1 and 8 is about at least 5 times, and preferably still greater, a multiple of the door area.
  • the return conductor can be arranged close to the forward conductor, and the area of the conductor loop formed thereby is very small.
  • this is unprob- lematic in terms of magnetic effectiveness, since the return conductor is shielded and thus does not compensate for the magnetic field of the forward conductor.
  • a coil In the case of using the counter-wound long coil, a coil is used whose diameter is relatively small, for example less than 50 cm and preferably less than 10 cm.
  • the cross-sectional area of the coil in the transverse direction, ie perpendicular to the direction of extension of the coil, ie with respect to FIG. 10 a, the cross-section in the xz-direction is much smaller than the area to be examined, for example less than 1/50 or even smaller.
  • the length of the coil in the direction of extent that is to say in the y direction in FIG. 10a, is at least twice as large and preferably even greater than the length of the surface with respect to which the position of the mobile object can be determined.
  • the length of the coil is larger by at least a factor of 20 compared to the coil cross section in the xz direction, and is preferably even greater.
  • the method according to the invention can be implemented in hardware or in software.
  • the implementation may be on a digital storage medium, in particular a floppy disk or CD with electronically readable control signals, which may interact with a programmable computer system such that the method is performed.
  • the invention thus also consists in a computer program product with a program code stored on a machine-readable carrier for carrying out the method according to the invention, when the computer program product runs on a computer.
  • the invention can thus be realized as a computer program with a program code for carrying out the method when the computer program runs on a computer.

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Abstract

Eine Position eines mobilen Gegenstands bezüglich einer Fläche in einem Bewegungsbereich, wobei der Bewegungsbereich einen Untergrund aufweist und die Fläche den Untergrund entlang einer Schnittlinie schneidet, wird dadurch festgestellt, dass ein Magnetfeld von einem ersten länglichen Magnetfelderzeugungsgegenstand, der in einem ersten Abstand von der Schnittlinie angeordnet ist, gemessen wird, und in dem ein Magnetfeld aufgrund eines zweiten länglichen Magnetfelderzeugungsgegenstands, der in einem zweiten Abstand auf einer anderen Seite der Schnittlinie in oder auf dem Untergrund angeordnet ist, gemessen wird. Aufgrund eines Vergleichs der gemessenen Magnetfelder wird festgestellt, ob sich der mobile Gegenstand vor oder hinter der Fläche befindet. Zum Unterscheiden, welches Magnetfeld von welchem Magnetfelderzeugungsgegenstand stammt, ist ein Generator vorgesehen, der die Magneterzeugungsgegenstände im Multiplex-Betrieb ansteuert. Die Magneterzeugungsgegenstände können Hin-Leiter einer Leiterschleife oder entgegengesetzt gewickelte Spulen oder Hin/Rück-Leiter-Kombinationen mit magnetisch abgeschirmtem Rück-Leiter umfassen.

Description

Bewegungsbereich für einen mobilen Gegenstand und λuswβr- tungβvorrichtung zum Feststellen einer Position eines mobilen Gegenstands
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf PositioÄserfas- sungssysteme und insbesondere auf die Erfassung einer Posi- tion eines mobilen Gegenstands in einem Bewegungsbereich bezüglich einer Fläche in dem Bewegungsbereich.
Insbesondere beim Fußball, aber auch bei anderen Sportarten gibt es oft Streitigkeiten, ob ein Ball im Tor war oder nicht. Jede Sportart, bei der das Ziel des Spiels darin besteht, einen Ball in eine bestimmte Position bezüglich einer Fläche zu bringen, hat mehr oder weniger komplizierte Regeln, wann ein Ball eine Linie überschritten hat oder in einem Tor war oder nicht. Insbesondere in Sportarten, in denen sich ein Ball beziehungsweise ein mobiler Gegenstand relativ schnell bewegt, beispielsweise beim Fußball, Handball, Football, Eishockey, etc. wird normalerweise auf einen Schiedsrichter vertraut, der zusammen mit weiteren Schiedsrichtern, wie beispielsweise den Linienrichtern, entscheidet, ob ein Tor geschehen ist oder nicht. Eine solche Entscheidung ist dann nicht schwierig, wenn der Ball im Tor liegen bleibt, also im Netz liegt, was eindeutig auf ein Tor schließen lässt. Wenn der Ball allerdings kurz hinter der Torlinie im Tor aufhüpft und dann aus dem Tor wie- der heraus springt, kann nicht ohne weiteres festgestellt werden, ob es ein Tor war.
In einem solchen Fall erlauben bestimmte Sportarten eine Spielunterbrechung und es wird anhand einer Hochgeschwin- digkeitskamera-Auswertung festgestellt, ob der Ball die Linie überschritten hat oder nicht. Beim Fußball wird zum Beispiel gefordert, dass der Ball mit einer kompletten Um- drehung, also mit einem gesamten Durchmesser die Torlinie überschritten hat, damit ein Tor gewertet wird.
Solche optischen Auswertungen unter Verwendung von Hochge- schwindigkeitskameras sind teuer, technisch aufwendig und benötigen Zeit zur Auswertung. Ferner wird immer noch ein Schiedsrichter benötigt, der sich ein Fernsehbild betrachtet, um dann anhand des Fernsehbilds zu entscheiden? ob ein Tor stattgefunden hat, oder nicht. Die Hochgeschwindig- keitskameras schaffen also keinen technisch generierten Vorschlag, ob ein Tor stattgefunden hat oder nicht, der von einem Schiedsrichter übernommen werden kann, oder der von einem Schiedsrichter zumindest als Hilfe für eine eigene Entscheidung verwendet werden kann.
Optische Auswertungssysteme können somit dann, wenn schnelle Kameras eingesetzt werden, eine relativ sichere Torentscheidung liefern. Sie haben jedoch noch nicht in großem Maße Einzug gehalten, was nicht zuletzt daran liegt, dass sie in der Anschaffung teuer sind, zu längeren Spielunterbrechungen führen und damit bewirken können, dass ein eigentlich spannendes Spiel durch dauernde Auswertungspausen künstlich zerrissen wird, womit letztendlich weder den Spielern noch den Vereinen noch den Zuschauern gedient ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Konzept zur Positionserfassung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Bewegungsbereich gemäß Pa- tentanspruch 1, eine Auswertungseinrichtung gemäß Patentanspruch 17 oder 31, ein Verfahren zum Betreiben eines Bewegungsbereichs gemäß Patentanspruch 33, ein Verfahren zum Auswerten gemäß Patentanspruch 34 oder 35 oder ein Computer-Programm gemäß Patentanspruch 36 gelöst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine einfache und dennoch im Betrieb sichere und präzise Messung darin besteht, auf Magnetfelder zu vertrauen, die von Spielern und anderen zu erwarteten Gegenständen auf dem Spielfeld relativ wenig beeinflusst werden. Ferner wird zur Magnetfelderzeugung ein Satz aus wenigstens zwei Magnetfelderzeugungsgegenständen eingesetzt, die am oder im Untergrund in der Nähe einer Fläche angeordnet sind, bezüglich der die Position des mobilen Gegenstands bestimmt werden soll. Insbesondere wird ein erster länglicher^ elektrisch leitfähiger Magnetfelderzeugungsgegenstand vcfr einer Schnittlinie der Fläche mit dem Untergrund auf oder in dem Untergrund angeordnet, und wird ein zweiter länglicher e- lektrisch leitfähiger Magnetfelderzeugungsgegenstand in einem Abstand von der Schnittlinie von der zweiten Seite der Schnittlinie in oder auf dem Untergrund angeordnet.
Beide Magneterzeugungsgegenstände erzeugen, da sie im Falle eines einfachen Leiters z. B. nur den Hin-Leiter erfassen, ein Magnetfeld, das radial abnimmt. Die Abnahmecharakteristik des Magnetfelds eines geraden Leiters ist bekannt und ist proportional zu l/r, wobei r der Abstand von dem Leiter ist. Aufgrund der Tatsache, dass ein Leiter vor der Fläche und ein Leiter hinter der Fläche angeordnet ist, kann allein aufgrund eines Vergleichs der Magnetfelder, die von den beiden Leitern in einem Multiplex-Betrieb hervorgerufen werden, auf die Position des mobilen Gegenstands geschlos- sen werden. Ist das Magnetfeld aufgrund des Leiters vor der Fläche größer als das Magnetfeld aufgrund des Leiters hinter der Fläche, so kann gesagt werden, dass der mobile Gegenstand vor der Fläche liegt beziehungsweise sich zum Messzeitpunkt befunden hat, während dann, wenn das Magnet- feld aufgrund des Leiters hinter der Fläche größer ist als das Magnetfeld aufgrund des Leiters vor der Fläche, gesagt werden kann, dass sich der mobile Gegenstand zum Messzeitpunkt hinter der Fläche befunden hat.
Hat die Fläche, um die es geht, eine seitliche Begrenzung, wie beispielsweise dann, wenn es um ein Tor geht, das die Fläche definiert, die seitlich begrenzt ist, so ist wenigstens ein weiterer Magnetfelderzeugungsgegenstand ebenfalls zum Beispiel in Form eines geraden Leiters angeordnet, der in einem spitzen Winkel oder vorzugsweise senkrecht zu den beiden anderen Magnetfelderzeugungsgegenständen angeordnet ist. Dieser dritte Magnetfelderzeugungsgegenstand wird e- benfalls im Multiplex-Betrieb erregt und liefert allein, über einen Schwellenvergleich, ein Indiz, ob sich der Gegenstand innerhalb oder außerhalb der Begrenzung der Fläche befindet. Wenn jedoch zusätzlich zum dritten Magneffelder- zeugungsgegenstand ein vierter Magnetfelderzeugungsgegens- tand angeordnet wird, wobei sich von dem dritten und vierten Magnetfelderzeugungsgegenstand einer innerhalb der Begrenzung und ein anderer außerhalb der Begrenzung befindet, so kann wiederum allein aufgrund eines Vergleichs zwischen den beiden Magnetfeldwerten analog zu den beiden ersten Magnetfeldwerten festgestellt werden, ob sich der mobile Gegenstand zum Messzeitpunkt innerhalb oder außerhalb der Begrenzung befunden hat.
Ist die Fläche auch nach oben begrenzt, wie es beim Fußball der Fall ist, oder nach unten begrenzt, so wird es bevorzugt, hierfür einen Schwellenvergleich vorzunehmen, dahingehend, dass dann, wenn eines der potentiell vier Magnetfelder oder eine Untergruppe der vier Magnetfelder kleiner als eine Schwelle ist, das Ergebnis erhalten wird, dass sich der Ball oberhalb des Tors befunden hat und nicht im Tor war. Ist dagegen der von einem Magnetfeld gemessene Wert größer als eine Schwelle, so kann davon ausgegangen werden, dass sich der Ball näher am Boden befunden hat und damit unterhalb der Latte gewesen ist.
Erst dann, wenn der Ball hinter der Torlinie aufgrund der ersten beiden Magnetfelder detektiert worden ist, wenn der Ball zwischen den beiden Pfosten aufgrund des zweiten und dritten Magnetfelderzeugungsgegenstands detektiert worden ist, und wenn ferner detektiert worden ist, dass der Ball niedriger als eine bestimmte Höhe war, wird zum Beispiel beim Fußball ein Tor signalisiert und zwar unter der Voraussetzung, dass eine Nachkorrektureinrichtung, die den Verlauf des Balls mehr oder weniger detailliert nachverfolgt hat, keine Torsignaldeaktivierung bewirkt. Wenn der Ball nämlich aus einem Bereich in das Tor eintritt, der aufgrund des Vorwissens über erlaubte und nicht erlaubte Bahnen des Balls eingestellt worden ist, so wird trotz einer Erfüllung der drei oben bezeichneten Kriterien dennoch keine Torsignalausgabe erzeugt. fe
Es sei darauf hingewiesen, dass das Prinzip der Plausibili- tätsüberprüfung der Position des mobilen Gegenstands bezüglich der Fläche unabhängig von Magnetfelderzeugungsgegenständen an sich und insbesondere von den beschriebenen länglichen geraden Leitern oder Spulen eingesetzt werden kann, also auch sogar bei einer optischen Erfassung, wenn nämlich eine frühere Position des Balls berücksichtigt wird, um eine mehr oder weniger rudimentäre Balltrajektorie nachzu- vollziehen. Hierbei wird ein neutraler Bereich, ein Einschaltbereich und ein Ausschaltbereich definiert. Eine Torsignalaktivierung kann z. B. nur dann stattfinden, wenn der Ball aus dem neutralen Bereich in das Tor hinein gebracht worden ist. Eine Torsignalaktivierung kann jedoch nicht erfolgen, wenn der Ball vom Ausschaltbereich über den neutralen Bereich, also ohne über den Einschaltbereich zu laufen, in das Tor hinein gebracht worden ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
Fig.l eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform;
Fig.2 eine detailliertere Darstellung der Anordnung der Magnetfelderzeugungsgegenstände bezüglich eines Tors; Fig.3 eine detailliertere Darstellung zur Verdeutlichung der Position der Umdrehungslinie zur Torlinie und zum vorderen und zum hinteren Leiter;
Fig.4 ein Zeitdiagramm zur Illustration einer Zeitmul- tiplex-Anregung von vier Magnetfelderzeugungsgegenständen; .
Fig.5a eine schematische Darstellung verschiedener logi- scher Operationen, um bestimmte Positionen bezüglich einer Fläche in dem Bewegungsbereich zu bestimmen;
Fig.5b eine schematische Darstellung der Auswertungsvor- richtung;
Fig.6 eine Darstellung der Magnetfeldverhältnisse in makroskopischen Dimensionen bezüglich eines Fußballtors mit einer Torbreite von 7,44m;
Fig.7 eine schematische Darstellung der Magnetfeldsituationen von zwei Magnetfelderzeugungsgegenständen bezüglich der Fläche;
Fig.8 eine alternative Anordnung der Magnetfelderzeugungsgegenstände für ein Fußballfeld mit weit von einander entfernten Bewegungsbereichen;
Fig.9 eine alternative Implementierung mit einer Ab- schirmung des Rückleiters einer Hin-/Rückleiter-
Konstruktion der Magnetfelderzeugungseinrichtung;
Fig.10a eine schematische Darstellung des longitudinalen Feldes einer gegenläufig gewickelten langen Spu- Ie, bei der das rotatorische Feld kompensiert ist; Fig.10b eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts der Spule von Fig. 10a;
Fig.11 eine schematische Darstellung des mobilen Gegens- tands am Beispiel eines Balls;
Fig.12a eine Draufsicht auf einen Bewegungsbereich mit neutralem Bereich, Ausschaltbereich, urfd Einschaltbereich; und
Fig.12b eine schematische Darstellung der möglichen Zu- standsübergänge, wie sie von der Auswertevorrichtung verwendet werden, um eine Plausibilitäts- überprüfung durchzuführen, beziehungsweise um ei- ne Torsignalisierung generell zu aktivieren oder zu deaktivieren.
Fig.l zeigt einen Bewegungsbereich, wie beispielsweise einen Torbereich eines Fußballfeldes 10, für einen mobilen Gegenstand, wie beispielsweise einen Fußball 11, der in Fig.l weit vom Strafraum entfernt gezeigt ist, also noch nicht in dem Bewegungsbereich, in dem gemessen wird, angeordnet ist. Generell ist die Position des mobilen Gegenstands bezüglich einer Fläche in dem Bewegungsbereich fest- zustellen. Die Fläche in dem Bewegungsbereich ist zum Beispiel eine durch ein Tor, dessen Torpfosten bei 12 gezeigt sind, aufgespannte Fläche beziehungsweise, genauer gesagt, eine Fläche, die parallel zu der durch das Tor aufgespannten Fläche ist, jedoch um einen halben Balldurchmesser nach hinten versetzt, wenn als Tor definiert wird, dass ein Ball die Fläche, die durch das Tor aufgespannt wird, komplett durchdrungen hat, oder die Fläche, die hinter dem Tor aufgespannt wird, genau zur Hälfte durchdrungen hat.
Der Bewegungsbereich hat insbesondere einen Untergrund, wie beispielsweise den Fußballrasen im Strafraum, wobei die Fläche, um die es geht, den Untergrund schneidet, also nicht parallel zum Untergrund ist, sondern vorzugsweise so- gar senkrecht zum Untergrund angeordnet ist. Selbstverständlich kann es Abweichungen beim Aufbau eines Fußball- tors/ eines Handballtors, eines Eishockeytors, etc. geben, derart, dass die Flächen nicht unbedingt 100%ig senkrecht zum Untergrund ist, sondern in einem vorbestimmten Toleranzbereich senkrecht, zum Untergrund ist, wobei dieser Toleranzbereich je nach Implementierung plus oder minus 5° von der Vertikalen oder vielleicht plus oder minus flθ° von der Vertikalen ausgerichtet ist, je nach Größe des Tors. Nachdem die Fläche jedoch den Untergrund schneidet, existiert eine Schnittlinie, die mit der Torlinie oder der Umdrehungslinie identisch ist, die bei 13 eingezeichnet ist. Zur Positionsdetektion ist ein erster länglicher leitender Magnetfelderzeugungsgegenstand 14 vorgesehen, der in einem ersten Abstand di (Fig.2) von der Schnittlinie auf einer ersten Seite der Schnittlinie in oder auf dem Untergrund angeordnet ist. Ferner ist ein zweiter länglicher elektrisch leitfähiger Magnetfelderzeugungsgegenstand 15 angeordnet, der in einem zweiten Abstand d2 (Fig.2) von der Schnittlinie auf einer zweiten Seite der Schnittlinie in oder auf dem Untergrund angeordnet ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die beiden Magneterzeugungsgegenstände 14, 15 in dem Untergrund vergraben sein können, also zum Beispiel unterhalb des Fußballrasens verlaufen, oder auf dem Rasen aufliegen, je nachdem welche Alternative sicher ist. Für Sportarten, wie beispielsweise Fußball wird es bevorzugt, die beiden länglichen Magneterzeugungsgegenstände zu vergraben beziehungsweise wenigstens den vorderen Magnetfelderzeugungsgegenstand 14 zu vergraben, damit er nicht aus seiner Position gebracht wird, wenn zum Beispiel ein Fußballspiel stattfindet.
Ferner sind der erste und der zweite Magnetfelderzeugungs- gegenstand 14,15 ausgebildet, um ein bezüglich des Magnetfelderzeugungsgegenstands radial mit zunehmendem Abstand abnehmbares Magnetfeld zu erzeugen. Darüber hinaus ist ein Generator 16 vorgesehen, der ausgebildet ist, um die beiden Magneterzeugungsgegenstände mit einem Wechselstrom und in einem Multiplex-Betrieb anzusteuern. Die Wechselstromamplitude ist in Fig.l für beide Lei- ter bei Ii, I2 eingezeichnet. Je nach Implementierung wird ein Wechselstrom oder Gleichstrom verwendet. Um vom Erdmagnetfeld unabhängig zu werden beziehungsweise um einen Zustand zu erreichen, bei dem Magnetfelder ausreichten, die wesentlich kleiner als das Erdmagnetfeld sind, wird es be- vorzugt, durch den Generator 16 Wechselstrom in die beiden Magneterzeugungsgegenstände 14,15 einzuspeisen. Die Richtungen der Stromamplituden Ii,l2 sind jedoch beliebig, was im Falle eines Wechselstroms ohnehin klar ist. Im Falle eines Gleichstroms sind die Richtungen jedoch ebenfalls be- liebig, wenn sich dadurch lediglich die Richtung des Magnetfelds ändert. Es wird jedoch bevorzugt, einen richtungsunabhängigen Magnetfeldsensor in dem Ball 11 zu verwenden, so dass eine Richtung eines Magnetfelds und damit eine Stromrichtung des Stroms, wie er vom Generator 16 erzeugt wird, unerheblich ist.
Der Multiplex-Betrieb, in dem der Generator 16 betrieben wird, kann ein Zeit-Multiplex, ein Frequenz-Multiplex, ein Code-Multiplex oder eine Kombination verschiedener Multiplexarten sein, wie beispielsweise ein kombinierter Zeit- und Frequenz-Multiplex.
Je nach Implementierung wird es bevorzugt, dass der Generator, wie es in Fig.8 dargestellt ist, einen Wechselstrom mit einer Frequenz liefert, die zwischen 500 und 10000 Hz liegt und vorzugsweise zwischen 2500 und 3500 Hz liegt. Ferner liefert der Generator eine Spannung mit etwa 100 bis 1000 Volt, die insbesondere bei etwa 400 bis 600 Volt liegen kann. Die Stromaufnahme des Leiters hängt von diversen Faktoren ab, insbesondere auch von der Länge des Leiters und wird je nach Implementierung und Torgröße auf einen Wert zwischen 0,05 und 10 A eingestellt, wobei Werte im Bereich von 0,5 bis 1,5 A für viele Anwendungen bevorzugt werden. Die Umschaltfrequenz des Zeit-Multiplex-Betriebs liegt zwischen 10 und 5000 Hz, wobei generell jedoch bevorzugt wird, dass die Multiplex-Umschaltfrequenz fm« kleiner gleich der halben Wechselstromfrequenz fAC ist, wie es in Fig.8 angedeutet ist.
Die Funktionalität der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand von Fig.7 erläutert. Fig.7 zeigt ift einem Schnitt senkrecht zum Tor die Situation für zwei Positio- nen. Die erste Position A ist kein Tor, da die Torfläche 19 rechts bezüglich der Position A liegt. Ferner wird davon ausgegangen, dass der Abstand der beiden Leiter 14,15 von der Schnittlinie 20 der Fläche 19 mit dem Untergrund 21 gleich weit von beiden Leitern entfernt ist. Bei dem in Fig.7 gezeigten Beispiel sind somit die beiden Abstände di und d2 gleich. Da die Magnetfeldbeträge proportional l/r abnehmen, wird das Magnetfeld, das von einem Ball an der Position A gemessen wird, und das vom Leiter 14 stammt, größer sein als das Magnetfeld, das vom Leiter 15 stammt, da die Position A um den Abstand Al vom Leiter 14 entfernt ist, wobei dieser Abstand Al kleiner als der Abstand A2 ist. Es wird daher beispielsweise eine Signalisierung ausgegeben, dass kein Tor vorliegt. Diese Signalisierung wird vorzugsweise allein aufgrund des Vergleichs der Werte Bl und B2 vorgenommen, so dass keine Absolutwertemessungen, die zu kalibrieren wären, gebraucht werden.
An der Position C hingegen ist die Situation umgekehrt. Der Abstand C2 vom Punkt C zum Leiter 15 ist kleiner als der Abstand Cl des Punkts C zum Leiter 14. Daher wird festgestellt, dass der Ball im Tor ist, da das Magnetfeld Bl kleiner als das Magnetfeld B2 ist, das von dem Ball gemessen wird, wenn er an der Position C ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Abstände di und d2 der beiden Leiter nicht unbedingt gleich sein müssen. Damit jedoch ein einfacher Vergleich funktioniert, sollte das Magnetfeld genau auf der Fläche von beiden Leitern gleich groß sein. Um dies bei nicht gleichen Abständen zu erreichen, kann alternativ zur Einspeisung einer identischen Stromamplitude in die Leiter eine Einspeisung mit zwei unterschiedlichen Stromamplituden vorgenommen werden. Wenn beispiels- weise der Abstand d2 kleiner als der Abstand di ist, so müsste der Leiter 14 mit einer größeren Stromamplitude betrieben werden, um sein „Abstandsdefizit" auszugleichen. Es wird daher bei einem Ausführungsbeispiel der W|rt der Stromamplitude zu Kalibrationszwecken eingesetzt, um Verle- ge-Ungenauigkeiten auszugleichen. Wenn jedoch ähnliche Abstande erreicht werden, kann auf diese Kalibration verzichtet werden, und es kann dennoch mit einem einfachen Vergleich gearbeitet werden. Aufgrund der Tatsache, dass die Charakteristik des Magnetfelds bekannt ist, also dass das Magnetfeld gemäß l/r abnimmt, könnte auch allein aufgrund der Kenntnis der beiden Abstände di,d2 selbst dann, wenn die Abstände nicht gleich sind und beispielsweise gleiche oder beliebige bekannte Amplituden durch die Leiter geleitet werden, eine Berechnung im Sinne einer Triangulations- Bestimmung vorgenommen werden, um festzustellen, ob sich die zu untersuchende Position vor oder hinter der Fläche 19 befindet. Es wird jedoch bevorzugt, dieselben Amplituden, dieselben Abstande und lediglich einen Vergleich zu nehmen, um einen Zustand vor oder hinter dem Tor signalisieren zu können.
Im Fußball und in vielen anderen Sportarten ist jedoch die Fläche auch seitlich begrenzt, nämlich durch die Torpfosten 12, wie es in Fig.2 gezeigt ist. Insbesondere zeigt Fig.2 einen vergrößerten Ausschnitt der Situation in Fig.l, wobei in Fig.2 zwei weitere Magneterzeugungsgegenstände 30,40 angeordnet sind, deren Funktionalität analog zu der Funktionalität der Magneterzeugungsgegenstände 14, 15 ist, wobei die Anordnung nun jedoch senkrecht innerhalb eines ToIe- ranzbereichs von beispielsweise ±10° stattfindet. Damit wird gewissermaßen eine Fläche „überwacht", die zwischen den beiden Leitern 30, 40 liegt und den Torpfosten 12 beinhaltet. Durch den einfachen Vergleich eines Magnetfelds aufgrund des Leiters 3 mit einem Magnetfeld aufgrund des Leiters 4 kann festgestellt werden, ob sich der Ball innerhalb oder außerhalb des Torpfostens befunden hat.
Alternativ genügt jedoch eine einzige dritte Magneterzeu- gungsleiteranordnung in der Mitte zwischen den beiden Torpfosten, wobei dann ein Schwellenvergleich ausreicht, um festzustellen, ob das Magnetfeld aufgrund des dritten Leiters 30 mehr als eine Schwelle abgefallen ist. Wird dies festgestellt, so befindet sich der Ball außerhalb des Torpfostens, also in einem zu großen Abstand vom mittig angeordneten Leiter 3, als dass ein Tor stattgefunden hat, während dann, wenn das Magnetfeld aufgrund des Leiters 3 größer als die Schwelle ist, von einem Tor gesprochen wird.
Alternativ können jedoch auch die beiden Leiter 30 in Fig. 2 nicht vorhanden sein und es sind lediglich die beiden Leiter 40 vorhanden. Dann würde wieder aufgrund eines Schwellenvergleichs festgestellt werden, dass das Magnet- feld klein genug ist, dass sich der Ball innerhalb des Torpfostens befindet. In diesem Fall ist die Schwelle nicht eine Maximalschwelle, sondern eine Minimalschwelle.
Ein Fußballtor beispielsweise hat ferner eine obere Begren- zung, die in Fig. 7 bei 41 eingezeichnet ist und durch die Querlatte geschaffen wird. Um zu detektieren, ob ein Ball oberhalb oder unterhalb der Querlatte 41 war, wird bei einem Ausführungsbeispiel ein Schwellwertvergleich vorgenommen, und zwar eine Maximalschwelle. Ist das Magnetfeld auf- grund des Leiters 14, 15 oder, wenn weitere Leiter vorhanden sind, aufgrund des Leiters 30 oder 40 z.B. größer als die Schwelle, die der Querlatten-Position 41 entspricht, so wird davon ausgegangen, dass der Ball im Tor war, während dann, wenn ein Magnetfeld kleiner als die Schwelle ist, da- von ausgegangen wird, dass der Ball oberhalb der oberen Begrenzung 41 war. Für diesen Schwellenvergleich zur Ermittlung der Position des Balls bezüglich der oberen Begrenzung können beide Magnetfelder aufgrund des ersten oder des zweiten Leiters 14, 15 eingesetzt werden. Alternativ würde auch ein einziges Magnetfeld genügen. Ferner können auch die weiteren Magnetfelder herangezogen werden, beispielsweise in Form einer gewichteten Mittelung, einer Mehrheitsentscheidung etc.
Insbesondere beim Fußball ist jedoch die Erfassung, ob ein Ball oberhalb oder unterhalb der Querlatte war, relativ unproblematisch, da er dann, wenn er unterhalb der Querlatte war und eine „normale" Bahn genommen hat, im Netz liegen bleibt. Wenn er dagegen oberhalb der Querlatte war, so wird er nicht im Netz landen und hinter dem Tor liegen bleiben. Wenn der Ball jedoch im Sinne eines „Wembley"-Tors, welches an die Erfassung hohe Ansprüche stellt, springt, so ist die Erfassung in vertikaler Richtung unproblematisch, und die Hauptaufgabe liegt in dem Relativ-Vergleich des ersten und des zweiten Leiters, welche mit maximaler Genauigkeit und ohne Schwelle arbeitet. Die obere Schwelle kann daher ohne weiteres verwendet werden, da diese Dimension von allen zu überwachenden Dimensionen die am wenigsten kritische Dimension ist.
Alle anderen Dimensionen, nämlich die seitliche und Vor- ne/Hinten-Position des Balls werden durch Vergleich von zwei in kurzen zeitlichen Abständen erhaltenen Messungen gewonnen, so dass systematische Fehler, die alle Messwerte gleich betreffen, wobei diese Fehler die häufigsten sind, aufgrund des Vergleichs selbst eliminieren.
Fig. 3 zeigt eine noch detailliertere Darstellung der Situation beim Fußball, wobei die Fußballregel besteht, dass ein Ball mit seiner Gesamtumdrehung die Torlinie 35 über- quert haben muss. Es existiert daher eine Umdrehungslinie 36, die parallel zur Torlinie 35 verläuft und von der Torlinie um den Radius des Balls beabstandet ist. Bei einer Implementierung der vorliegenden Erfindung werden die bei- den Abstände di, d2 bezüglich der Umdrehungslinie nicht bezüglich der Torlinie gemessen, wobei dann, wenn die beiden Abstände bezüglich der Umdrehungslinie 36 gemessen werden, vorzugsweise der Fall verwendet wird, bei dem di = d2 ist, da dann eine einfache Vergleichsoperation, wie sie nachfolgend Bezug nehmend auf Fig. 5a erläutert wird, zur Detekti- on ausreichend ist. Bei der in Fig. 3 gezeigten Darstellung wird davon ausgegangen, dass der Magnetfeldsensorf in der Mitte des Balls, also im Schwerpunkt des Balls angeordnet ist, wie es bei 9 in Fig. 3 gezeigt ist.
Eine schematische Darstellung des Balls 11 wird in Fig. 11 gezeigt, wobei davon ausgegangen wird, dass ein Prozessor 8 in der Mitte des Balls angeordnet ist, wobei dieser Prozes- sor vorzugsweise ebenfalls genau in seiner Mitte den richtungsunabhängigen Betrags-Magnetfeldsensor 9 umfasst, und wobei die Erfassungsdaten über eine Antenne 7 zu einer entfernten Erfassungs-/Auswertungseinheit gesendet werden, die z.B. im Torraumbereich angeordnet ist. Eine solche Auswer- tevorrichtung 6 ist in Fig. 1 gezeigt, wobei diese Auswertevorrichtung vorzugsweise über eine Antenne 5 drahtlos mit dem Ball kommuniziert bzw. drahtlos von dem Ball Magnetfeldmessungen erhält. Wenn jedoch die Auswertevorrichtung, die Bezug nehmend auf Fig. 5a und Fig. 5b detailliert er- läutert wird, bereits im Ball angeordnet ist, so kann der Ball die komplette Anzahl von Komparatoroperationen durchführen, um eine Torentscheidung selbst zu liefern, beispielsweise über ein Funksignal, ein Infrarotsignal, ein akustisches und/oder optisches Signal z.B. mittels einer LED, die am Ball selbst sichtbar ist, und die z.B. zu leuchten beginnt, wenn ein Tor stattgefunden hat.
Aufgrund der Tatsache, dass die Verhältnisse im Ball für elektronische Schaltungen robust sind und aufgrund der Tat- sache, dass einfacher eine Softwareaktualisierung in der Auswertevorrichtung 6 stattfinden kann, wird es jedoch bevorzugt, dass der Ball 11 Magnetfeldmesswerte sendet, und dass die gesamte Auswertung in der Auswertevorrichtung 6, die extern bezüglich des Balls angeordnet ist, stattfindet. Die Auswertevorrichtung könnte dann ihre Informationen beispielsweise an eine digitale Uhr oder ein sonstiges kleines Anzeigegerät zu dem bzw. den Schiedsrichtern zusammen mit einem Vibrationsalarm oder einem akustischen Alarm schicken, damit der Schiedsrichter davon informiert wird, dass der Ball ein Tor anzeigt, um davon abhängig zu pfeifen oder um diesen Hinweis zumindest als Entscheidungshilfe fzu nehmen.
Fig. 4 zeigt eine Zeitsequenz, wie sie von dem Generator 16 durchgeführt werden kann, um in einem zweiten Multiplexbetrieb die vier Leiter 14, 15, 30, 40 zeitlich seriell zu betätigen. Der Ball würde dann zu den Zeitpunkten ti, t2, t3, t4 das gerade aktuelle Magnetfeld messen und würde dann, wenn eine korrekte Synchronisation vorgenommen worden ist, wissen, welcher Messwert von welchem Leiter stammt. Alternativ könnte der Ball jedoch auch einfach eine Sequenz senden und die Auswertevorrichtung 6 würde dann aufgrund der Reihenfolge der Sequenz, wie sie vom Generator erzeugt worden ist und aufgrund der Reihenfolge der empfangenen Daten eine weitere Zuordnung durchführen können. Zu diesem Zweck würde eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung zwischen der Auswertevorrichtung 6 und dem Generator 16 e- xistieren.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Generator 16 alternativ auch im Frequenzmultiplex, im Codemultiplex oder in einer Kombinations-Multiplexbetriebsweise arbeiten kann, beispielsweise in einem kombinierten Zeit/Frequenzmul- tiplex. Beim Frequenzmultiplex wäre jedem Leiter eine eigene Frequenz zugeordnet, so dass der Generator 16 vier verschiedene Frequenzen, die z.B. um 200 Hz unterschiedlich sind, so dass bequem gefiltert werden kann, erzeugt. Im Co- demultiplex hätte jeder Leiter eine eigene Codesequenz, die zu den anderen Codesequenzen orthogonal ist, so dass ein störsicherer Betrieb erreicht werden kann, der jedoch dann, wenn sehr schnelle Ballbewegungen zu erwarten sind, eine warten sind, eine relativ hohe Umschaltfrequenz und damit eine relativ hohe Magnetfeldfrequenz bedingen kann.
Wenn, wie es in Fig. 1 und in weiteren Figuren gezeigt ist, ein gerader Leiter 14, 15 zur Magnetfelderzeugung verwendet wird, so wird dann, wenn der Rückleiter 140, 150 zu nahe am Hinleiter 14, 15 angeordnet wird, eine Magnetfeldkojnpensa- tion stattfinden, so dass kein Sensorsignal mehr übrig bleibt. Erfindungsgemäß wird daher der Rückleiter 140 und wird der Rückleiter 150 relativ weit entfernt von den beiden Hinleitern angeordnet. Je nach Implementierung wird eine derart weite Entfernung angestrebt, dass im interessierenden Bereich, also in der Fläche bzw. der Nähe der Fläche in dem Bewegungsbereich ein aufgrund des Rückleiters er- zeugtes Feld kleiner als 10% und vorzugsweise kleiner als 1% des Felds ist, das in der Fläche des Bewegungsbereichs von dem Hinleiter 14 bzw. 15 erzeugt wird. Obgleich man den Rückleiter durch einen Erdanker implementieren könnte, was eine preisgünstige Implementierung darstellt, wird bei ei- ner anderen Implementierung mit einem definierten Rückleiter 140, 150 gearbeitet, da dann definierte Verhältnisse existieren und nicht zufällig ein Rückleiter-Stromweg, der sich z.B. aufgrund der geologischen Verhältnisse ergibt, dennoch sehr nah an der Fläche in dem Bewegungsbereich vor- beigeht und somit die Messgenauigkeit beeinträchtigen würde.
Der Generator 16 ist ein Wechselstromgenerator mit den benötigten Daten und ist mit dem Netz verbunden. Unter Um- ständen kann eine galvanische Entkopplung beispielsweise für einen Transformator stattfinden, damit keine Netzprobleme erzeugt bzw. in die Messung hineingetragen werden.
Fig. 5a zeigt eine schematische Darstellung der Funktiona- litäten, die von der Auswertevorrichtung 6 vorgenommen werden muss, die in Fig. 1 dargestellt ist, und die in Fig. 5b detaillierter dargestellt ist. Insbesondere wird eine erste Komparatorfunktion 60 vorgenommen, um den Magnetfeldwert aufgrund des ersten Leiters 14 (Bl) mit dem Magnetfeldmesswert aufgrund des zweiten Leiters 15 (B2) zu vergleichen. Ist Bl größer als B2, so befindet sich der Ball im Strafraum also mit Sicherheit vor der Torlinie/ während der Ball dann, wenn Bl kleiner als B2 ist, sich der Ball hinter der ümdrehungslinie 36 befindet. Ob der Ball jedoch im Tor ist oder nicht, wird er^t durch den Vergleich festgestellt, der durch den Komparator 61 vorgenommen wird. Hier werden nämlich die Magnetfeldwerte aufgrund der Leiter 30, 40, also B3, B4 miteinander verglichen, um dann festzustellen, wenn B3 größer als B4 ist, dass sich der Ball zwischen den Pfosten befindet, während dann, wenn B3 kleiner als B4 ist, der Ball sich außerhalb der Pfosten befindet.
Wenn Fig. 1 betrachtet wird, so wird ersichtlich, dass dann, wenn nur B4 und nicht B3 gemessen wird, wenn der Wert B3 sehr klein ist oder unterhalb der Messgenauigkeit des Sensors ist, der Ball weit weg vom Tor ist, aber unter Umständen in der Nähe der Torlinie ist, sofern Bl und B2 nach wie vor messbar sind. Wenn jedoch weder B3 noch B4 messbar sind, aber Bl und B2 messbar sind, so ist der Ball ganz weit weg vom Tor, aber in der Nähe der Torlinie, beispiels- weise außerhalb des Strafraums bei der Eckfahne.
Wenn kein Bl aber B2 gemessen wird, so befindet sich der Ball weit hinter dem Tor, während dann, wenn nur B2, aber kein Bl gemessen wird, der Ball relativ weit weg vom Sensor liegt, z.B. in der Nähe des 11-Meterpunkts oder sogar an der Strafraum-Grenze.
Zur vertikalen Erfassung wird eine weitere Komparatoropera- tion 62 bei einer speziellen Ausführungsform eingesetzt. Hier wird eine Schwelle 63 mit einem oder mehreren Magnetfeldmesswerten Bl und/oder B2 und/oder B3 und/oder B4 verglichen, um festzustellen, dass, wenn Bi (i = 1, 2, 3 oder 4) größer als die Schwelle ist, der Ball unterhalb der Tor- latte ist, während dann, wenn Bi kleiner als die Schwelle ist, der Ball über der Torlatte ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird daher ein Tor erkannt, wenn Bl kleiner als B2 ist, wenn B3 größer als B4 ist, und wenn Bl oder B2 oder B3 oder B4 oder ein Mehrheitsvotum aus Bl bis B4 oder ein Mittelwert größer als eine Schwe Vlle ist.
Erst dann wird bei einem Ausführungsbeispiel ein Tor signa- lisiert.
Die Funktionalitäten der Einrichtung 60, 61, 62 finden bei dem in Fig. 5B gezeigten Ausführungsbeispiel für die Auswertevorrichtung in einer Rechnereinheit 65 statt.
Vorzugsweise wird noch eine Nachkorrektureinrichtung 66 vorgesehen, die bei einer Implementierung mit einem Speicher 67 gekoppelt ist, wobei der Speicher 67 entweder den zuletzt gemessenen Zustand oder einen zu einem früheren Zeitpunkt gemessenen Zustand oder mehrere solcher früheren Zustände speichert.
Es sei besonders darauf hingewiesen, dass die Funktionalität der Nachkorrektureinrichtung 66 bzw. eine allgemeine Plausibilitätsüberprüfung 60 aufgrund eines früheren Zu- stands und aufgrund eines Vorwissens über typische und untypische bzw. erlaubte bzw. unerlaubte Zustandsänderungen auch unabhängig von den Bezug nehmend auf die vorstehenden Figuren beschriebenen Magnetfelderzeugungsverfahren einge- setzt werden kann. Selbst wenn ohne Magnetfelder beispielsweise aufgrund drahtloser Triangulationsverfahren oder optischer Verfahren eine Position festgestellt wird, kann dort ebenfalls das Vorwissen über erlaubte bzw. unerlaubte Bahnen verwendet werden, um eine Plausibilitätsüberprüfung durchzuführen.
Zur Plausibilitätsüberprüfung wird auf Fig. 12a und Fig. 12b Bezug genommen. Wieder ist die Situation eines Fußball- tors gezeigt, wobei nun jedoch prinzipiell drei Bereiche eingezeichnet sind, nämlich ein neutraler Bereich 120, ein Ausschaltbereich 121 und ein Einschaltbereich 122. Der neutrale Bereich 120 hat zwei Bereiche, nämlich einen Be- reich 120a vor dem Tor, der gegebenenfalls an den Einschaltbereich 122 angrenzt, sowie einen neutralen Bereich zwischen Einschaltbereich und Torlinie und einen neutralen Bereich hinter der Torlinie. Ferner sei auf die Aulschaltbereiche hingewiesen, die sich von den Pfosten 12a, 12b in das Tor-Aus hineinerstrecken. Wenn ein Ball beispielsweise in das seitliche Netz des Tors geschossen wird und aus irgendeinem Grund zurück ins Spielfeld hineinrollt, also sich gewissermaßen um den Pfosten herum bewegt, so wird trotz der Tatsache, dass die Funktionalitäten der Komparatoren 60, 61, 62 erfüllt sind, aufgrund der Tatsache, dass der Ball vom Aus-Bereich in den neutralen Bereich eintritt, kein Tor angezeigt.
Auch wenn der Ball hinter dem Tor gewissermaßen in den neutralen Bereich hineinrollt, wenn sich beispielsweise das Netz aufgrund eines starken Schusses durchbiegt, so wird dies jedenfalls nicht zu einer Torsignalisierung führen, da der Ball den Ausschaltbereich durchdrungen hat und wie es anhand der Tabelle 12b ersichtlich ist, aus dem Ausschalt- bereich kommend nur durch eine Torsignalisierung möglich wird, wenn der Ball zwischendrin den Einschaltbereich durchlaufen hat. Dies ist jedoch nicht der Fall, da zwischen dem Einschaltbereich 121 und dem Torpfosten ein neutraler Bereich, der allein nicht ausreicht, um für einen Ball, der aus dem Ausschaltbereich kommt, eine Torsignalisierung zu aktivieren, wie es ebenfalls aus der in Fig. 12b gezeigten Tabelle hervorgeht.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Bereiche je nach Tor, Implementierung, Magnetleiterpositionierung etc. variieren können und insbesondere auch dann, wenn andere als magnetische Erfassungsmethoden eingesetzt werden, ebenfalls variieren können. Generell wird es jedoch überall möglich sein, einen Ausschaltbereich zu signalisieren, der eine unerlaubte Ballbahn „kreuzt", so dass ein Ball, wenn er auf einer solchen Bahn ist, trotz der Tatsache, dass er alle „sonstigen" Kriterien erfüllt, keine Torsignalisierung auslösen wird.
Die in Fig. 5b gezeigte Nachkorrektureinrichtung .66 wird daher aufgrund der in Fig. 12b gezeigten Tabelle, <fie z.B. als eine Nachschlagtabelle hinterlegt sein kann, den aktu- eil bestimmten Zustand, der von der Einrichtung 65 geliefert wird, mit dem vorherigen Zustand vergleichen, um eine entsprechende Zeile der Tabelle in Fig. 12b zu finden, um eine Toranzeige zu deaktivieren oder nicht zu beeinflussen. Damit der Speicher 67 aktualisiert wird, wird z. B. entwe- der von der Nachkorrektureinrichtung oder von der Auswertungslogik 65 der immer zuletzt festgestellte Zustand oder z.B. der vor einer gewissen Zeit festgestellte Zustand ü- bermittelt, wie es durch die durchgezogene bzw. gestrichelte Rückführungsleitung 68 bzw. 69 dargestellt ist.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Feldes eines langen Leiters. Es wurde herausgefunden, dass ein Leiter, wenn er z.B. eine Länge von 25 m hat, wie er für ein Tor mit einer Breite von 7,44 m bevorzugt wird, magnetfeld- mäßig in der Mitte ein ausreichend großes Plateau hat, in dem sich im gleichen Abstand vom Tor auch dasselbe Magnetfeld ergibt. Zum Anfang und zum Ende des Leiters hin nimmt das Magnetfeld jedoch stark ab. So hat das Magnetfeld am Anfang des Leiters und am Ende des Leiters einen Wert von nur etwa 50% im Vergleich zu dem Magnetfeldwert beim Plateau 82. Ferner wurde herausgefunden, dass sich das Magnetfeld noch vom Anfang des Leiters nach links bzw. vom Ende des Leiters nach rechts erstreckt, obwohl dort kein Leiter mehr vorhanden ist. Das Feld hat eine 1/r-Charakteristik.
Damit das Plateau ausreichend breit ist für ein Fußballtor wird es bevorzugt, für eine Torhöhe von etwa 2,50 m eine Leiterlänge von wenigstens 25 m vorzusehen, wobei die Lei- terlänge kleiner wird, wenn das Tor nicht so hoch ist, wie beispielsweise beim Eishockey oder wobei die Leiterlänge größer wird, wenn das Tor höher ist, wie beispielsweise beim Football.
Ferner beeinflusst die Breite des Tors die Länge des Leiters, da das Plateau umso breiter wird, je länger c|er Leiter wird. In einer Implementierung wird es bevorzuget, eine Leiterlänge von wenigstens 10 m und insbesondere von we- nigstens mehr als 20 m zu verwenden, wobei für ein Fußballtor mit seinen typischen Maßen wenigstens 22 bis 30 m und darüber hinaus bevorzugt werden, wobei die Qualität des Plateaus 82, also wie nahe das Plateau an einer idealen horizontalen Iso-B-Linie ist, durch die Länge des Leiters be- einflusst wird.
Fig. 8 zeigt eine alternative Implementierung der Magnetfelderzeugungsgegenstände 15, 16. Während bei Fig. 1 die Rückleiter weit weg von dem auszuwertenden Bereich angeord- net werden, werden bei dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel die Rückleiter 150, 140 um das Spielfeld herum in den zweiten Torbereich gezogen, um dort ebenfalls mit denselben Leitern eine Torüberwachung durchzuführen. Dasselbe gilt auch für die senkrecht angeordneten Leiter 30, 40, die sich ebenfalls von dem oberen Bereich in Fig. 8 bis zum unteren Bereich in Fig. 8 erstrecken können und somit zur Auswertung von beiden Torbereichen einsetzbar sind. Damit werden Ressourcen gespart und aufgrund der großen Dimensionen eines Fußballfeldes ist eine sichere Entkopplung gege- ben, dahin gehend, dass der erste Torbereich den zweiten Torbereich nicht stört.
Fig. 9 zeigt eine alternative Implementierung, bei der die Hinleiter 14, 15 nicht abgeschirmt sind, während die Rück- leiter 140, 150 magnetisch abgeschirmt sind, beispielsweise mittels eines μ-Metalls. Im Torbereich ist somit nur das Feld von einem hinlaufenden Leiter, wenn der rücklaufende Leiter abgeschirmt ist, oder ist nur das Feld des Rücklauf- leiters, wenn der hinlaufende Leite abgeschirmt ist. Somit wird zwar auf Kosten eines größeren Abschirmungsaufwands sichergestellt, dass aufgrund der Rückleiter 140, 150 in Fig. 1 keine Geräte gestört werden, die sich in diesem Be- reich befinden.
Fig. 10a zeigt eine weitere Implementierung eines feMagnet- felderzeugungsgegenstands in Form einer gegenläufig gewickelten langen Spule 100, die als erster Magnetfelderzeu- gungsgegenstand und/oder als zweiter Magnetfelderzeugungsgegenstand, also im Untergrund vor und/hinter dem Tor 102 angeordnet ist. Aufgrund der Tatsache, dass die Spule gegenläufig gewickelt ist, ist ein rotatorisches Feld, das gestrichtelt bei 104 eingezeichnet ist, kompensiert und nicht existent, während die Spule insgesamt ein nunmehr longitudinales Feld 106 entwickelt, das ebenfalls eine betragsmäßige Abfallcharakteristik proportional zu l/r hat beziehungsweise eine Charakteristik hat, die je nach Implementierung nicht genau proportional l/r, die jedoch von in- nen nach außen beziehungsweise von unten nach oben abfällt. Bei dieser Implementierung ist die Problematik des Hin- Leiters und des RÜck-Leiters 14 beziehungsweise 140 inhärent gelöst, und zwar dahingehend, dass der Hin- und der Rück-Leiter dazu verwendet werden, um das rotatorische Feld 104 zu kompensieren, das ohnehin nicht unbedingt benötigt wird, während keine Abschirmungs-/Störungs- oder sonstigen Probleme mit dem Rück-Leiter existieren. Fig. 10b zeigt eine spezielle schematische Darstellung einer solchen gegenläufig gewickelten Spule, die so ausgebildet ist, dass sich das rotatorische Feld kompensiert, während das longitudina- Ie Feld existiert.
Die Magneterzeugungsgegenstände sind, allgemein gesagt, gerade Leiter, und zwar insbesondere lediglich die Hin- Leiter, wie es in Fig.l gezeigt ist. Wenn es zwei Bewegungsbereiche gibt, so können auch die Rück-Leiter als Magneterzeugungsgegenstände verwendet werden, wie es in Fig.8 gezeigt ist. Wenn ein Magnetfelderzeugungsgegenstand als Spule mit einer einzigen Windung betrachtet wird, so ist der Durchmesser der Windung bei den Ausführungsbeispielen von Fig.l und Fig.8 wesentlich größer als die Fläche im Bewegungsbereich, bezüglich derer die Position des mobilen Gegenstands zu erfassen ist. Zahlenmäßig ist das Größenverhältnis der Fläche, die durch die Magnetfelderzeugungsgegenstände zu überwachen sind, etwa so, dass die Fläche der Leiterschleife im Fall von Fig.l und Fig.8 etwa wenigstens das Fünffache und vorzugsweise noch ein größeres Vielfaches der Torfläche beträgt. Wenn der Rück-Leiter abgeschirmt ist, wie es bei Fig.9 der Fall ist, so kann der Rück-Leiter nahe am Hin-Leiter angeordnet werden, und die Fläche der dadurch gebildeten Leiterschleife ist sehr klein. Dies ist jedoch im Hinblick auf die magnetische Wirksamkeit unprob- lematisch, da der Rück-Leiter abgeschirmt ist und somit das Magnetfeld des Hin-Leiters nicht kompensiert.
Im Falle der Verwendung der gegenläufig gewickelten langen Spule wird eine Spule verwendet, deren Durchmesser relativ klein ist, beispielsweise kleiner als 50 cm und vorzugsweise kleiner 10 cm. Allgemein gesagt ist die Querschnittsfläche der Spule in Querrichtung, also senkrecht zur Erstre- ckungsrichtung der Spule, also bezüglich Fig.10a der Querschnitt in xz-Richtung viel kleiner als die zu untersuchen- de Fläche, beispielsweise kleiner als 1/50 oder noch kleiner. Dagegen ist die Länge der Spule in Erstreckungsrich- tung, also in y-Richtung in Fig. 10a wenigstens doppelt so groß und vorzugsweise noch größer als die Länge der Fläche, bezüglich der die Position des mobilen Gegenstands bestimm- bar ist.
Im Hinblick auf die Dimensionierung der gegenläufig gewickelten langen Spule sei ferner darauf hingewiesen, dass die Länge der Spule im Vergleich zum Spulenquerschnitt in xz-Richtung wenigstens um den Faktor 20 größer ist und vorzugsweise noch größer ist. Abhängig von den Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Verfahren in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder CD mit elektro- nisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computer-Programm-Produkt πtiit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Pro- grammcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computer-Programm-Produkt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt, kann die Erfindung somit als ein Computer-Programm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computer-Programm auf einem Computer abläuft.

Claims

Patentansprüche
1. Bewegungsbereich für einen mobilen Gegenstand (11), deren Position bezüglich einer Fläche (19) in dem Be- wegungsbereich festzustellen ist, wobei der
Bewegungsbereich einen Untergrund (21) aufweist, und die Fläche den Untergrund entlang einer Schnittlinie
(20) schneidet, mit folgenden Merkmalen: ?
einem ersten länglichen Magnetfelderzeugungsgegenstand (14), der in einem ersten Abstand (dx) von der Schnittlinie auf einer ersten Seite der Schnittlinie in oder auf dem Untergrund angeordnet ist;
einem zweiten länglichen Magnetfelderzeugungsgegenstand (15), der in einem zweiten Abstand (d∑) von der Schnittlinie (20) in oder auf dem Untergrund (21) angeordnet ist;
wobei der erste Magnetfelderzeugungsgegenstand und der zweite Magnetfelderzeugungsgegenstand ausgebildet sind, um ein bezüglich des Magnetfelderzeugungsgegenstands radial mit zunehmendem Abstand abnehmendes Magnetfeld zu erzeugen; und
einem Generator (16) zum Ansteuern des ersten Magnetfelderzeugungsgegenstands und des zweiten Magnetfelderzeugungsgegenstands mit einem Strom und in einem MuItiplex-Betrieb.
2. Bewegungsbereich nach Anspruch 1, bei dem der erste Magnetfelderzeugungsgegenstand (14) einen Leiter (14) oder eine Mehrzahl von Leitern aufweist, die im wesentlichen parallel angeordnet sind und die derart mit dem Generator (16) verbunden sind, dass ein durch die Leiter fließender Strom in jedem Leiter der Mehrzahl von Leitern in derselben Stromrichtung fließt.
3. Bewegungsbereich nach Anspruch 1, bei dem der erste oder der zweite Magnetfelderzeugungsgegenstand eine gewickelte Spule (100) aufweist, die so gewickelt ist, dass eine Zuleitung und eine Ableitung auf der glei- chen Seite der Spule in Längsrichtung angeordnet sind, so dass die Spule in erregtem Zustand ein Magnetfeld in der Fläche (19) erzeugt, das einen dominanten Magnetfeldvektor in Richtung der Spule aufweist, rund das mit einem zunehmenden Abstand von der Spule abnimmt.
4. Bewegungsbereich nach Anspruch 3, bei der die Spule Windungen aufweist, wobei zwischen zwei Windungen, in denen der Strom in einer Richtung fließt eine Windung ist, in der der Strom in der entgegengesetzten Rich- tung fließt.
5. Bewegungsbereich nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Magnetfelderzeugungsgegenstand (14) und der zweite Magnetfelderzeugungsgegenstand (15) einen Leiter und einen Rückleiter (140,150) aufweisen, wobei der Rück-Leiter (140,150) magnetisch abgeschirmt (141,151) ist, so dass ein Feld aufgrund eines Stroms durch den Leiter stärker von dem Hin-Leiter als von dem Rück-Leiter beeinflusst wird.
6. Bewegungsbereich nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Magnetfelderzeugungsgegenstand
(14) oder der zweite Magnetfelderzeugungsgegenstand
(15) einen Hin-Leiter und einen Rück-Leiter aufweisen, wobei der Rück-Leiter so weit von der Fläche (19) entfernt ist, dass ein Magnetfeldbetrag aufgrund eines Stroms in dem Rück-Leiter in der Fläche höchstens ein Prozent von einem Magnetfeldbetrag in der Fläche aufgrund des Hin-Leiters ist.
7. Bewegungsbereich nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der in einem Spielfeld angeordnet ist, wobei das Spielfeld einen weiteren Bewegungsbereich aufweist, wobei der erste Magnetfelderzeugungsgegenstand (14) oder der zweite Magnetfelderzeugungsgegenstand (15) jeweils einen Hin-Leiter und einen Rück-Leiter aufweist, wobei der Hin-Leiter in einem Bewegungsbereich angeordnet ist, und der Rück-Leiter in dem weiteren Bewegungsbereich angeordnet ist, und wobei der erste Bewegungsbereich und der zweite Bewegungsbereich soweit voneinander entfernt sind, dass ein Feld aufgrund eines Stroms in einem Leiter in dem jeweils anderen Bewegungsbereich kleiner als ein Prozent des Feldes aufgrund des Leiters ist, der in dem Bewegungsbereich angeordnet ist.
8. Bewegungsbereich nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, bei dem der erste Abstand (di) gleich dem zweiten
Abstand (d∑) ist.
9. Bewegungsbereich nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Fläche seitlich begrenzt ist und durch ein Tor definiert ist oder parallel zu einer durch das Tor begrenzten Fläche um einen vorbestimmten Abstand beabstandet hinter dem Tor liegt, wobei der vorbestimmte Abstand (d3) von einer Abmessung des mobilen Gegenstands abhängt.
10. Bewegungsbereich nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mobile Gegenstand ein Fußball ist, der einen Magnetfeldsensor (9) in einem zentralen Bereich desselben aufweist, wobei der vorbestimmte Ab- stand (da) im Wesentlichen der Hälfte des Durchmessers des Fußballs entspricht, derart, dass eine Umdrehungslinie (36) um den vorbestimmten Abstand (d3) hinter einer Torlinie angeordnet ist.
11. Bewegungsbereich nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Fläche seitlich begrenzt ist und in der Nähe der seitlichen Begrenzung ein dritter Magnetfelderzeugungsgegenstand (30,40) angeordnet ist.
12. Bewegungsbereich nach Anspruch 11, bei dem der dritte Magnetfelderzeugungsgegenstand innerhalb der Fläche auf oder in dem Untergrund verläuft.
13. Gegenstand nach Anspruch 11 oder 12, bei dem ferner ein vierter Magnetfelderzeugungsgegenstand (4(1) angeordnet ist, der außerhalb der seitlichen Begrenzung (12) in oder auf dem Untergrund (21) verläuft.
14. Bewegungsbereich nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Generator (16) ausgebildet ist, um die Magneterzeugungsgegenstände in einem Zeit- Multiplex-Betrieb, einem Frequenz-Multiplex-Betrieb, einem Code-Multiplex-Betrieb oder einem kombinierten Zeit/Frequenz-Multiplex-Betrieb, Zeit/Code-Multiplex- Betrieb oder Frequenz/Code-Multiplex-Betrieb zu betreiben.
15. Bewegungsbereich nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Generator (16) ausgebildet ist, um eine gleiche Wechselstromamplitude in jeden Magnetfelderzeugungsgegenstand einzuspeisen, oder um unterschiedliche Amplituden einzuspeisen, die von einer Leiterlänge und/oder von einem Leiterwiderstand und/oder von dem ersten Abstand (di) oder dem zweiten Abstand (d2) abhängen.
16. Bewegungsbereich nach Anspruch 15, bei dem der Genera- tor (16) ausgebildet ist, um in einen Magnetfelderzeugungsgegenstand eine größere Stromamplitude einzuspeisen im Vergleich zu einem anderen Magnetfelderzeugungsgegenstand, wenn ein Abstand des einen Magnetfelderzeugungsgegenstands zur Schnittlinie (20) größer als ein Abstand des anderen Magnetfelderzeugungsgegenstands zur Schnittlinie (20) ist.
17. Auswertungsvorrichtung zum Feststellen einer Position eines mobilen Gegenstands (11) bezüglich einer Fläche in einem Bewegungsbereich, wobei der Bewegungsbereich (5) einen Untergrund (21) aufweist und die Fläche (19) den Untergrund schneidet, mit folgenden Merkmalen:
einer Einrichtung (7,8,5) zum Liefern eines* ersten Magnetfelds aufgrund eines ersten Magnetfelderzeugungsgegenstands und eines zweiten Magnetfelds auf- grund eines zweiten Magnetfelderzeugungsgegenstands, wobei der erste und der zweite Magnetfelderzeugungsgegenstand (14,15) in einem ersten Abstand (di) beziehungsweise einem zweiten Abstand (d2) von der Schnittlinie (20) auf unterschiedlichen Seiten in oder auf dem Untergrund (21) angeordnet sind; und
einer Recheneinrichtung (65) zum Ermitteln, ob sich der mobile Gegenstand vor der Fläche oder hinter der Fläche befindet oder befunden hat, aufgrund eines Ver- gleichs (60,61) des ersten Magnetfelds (Bl) mit dem zweiten Magnetfeld (B2) .
18. Auswertungsvorrichtung nach Anspruch 17, bei der der erste Abstand (di) und der zweite Abstand (d2) gleich sind oder Stromamplituden durch die Magneterzeugungsgegenstände so eingestellt sind, dass die Magnetfelder in der Fläche innerhalb eines Toleranzbereichs gleich sind, wobei der Toleranzbereich einen Wert von plus oder minus 10 Prozent aufweist, und
bei der die Recheneinrichtung ausgebildet ist, um eine Position des mobilen Gegenstands (11) vor der Fläche zu detektieren, wenn das erste Magnetfeld größer als das zweite Magnetfeld ist, oder um eine Position des mobilen Gegenstands (11) hinter der Fläche zu detektieren, wenn das erste Magnetfeld kleiner als das zweite Magnetfeld ist.
19. Auswertungsvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, bei der die Fläche seitlich begrenzt ist und in der Nähe der seitlichen Begrenzung ein dritter Magnetfelderzeugungsgegenstand (30/40) angeordnet ist,
wobei die Einrichtung zum Liefern ausgebildet ist, um ein drittes Magnetfeld zu liefern und wobei £ie Recheneinrichtung ausgebildet ist, um das dritte Magnetfeld mit einer Schwelle (63) zu vergleichen (62) .
20. Auswertungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei in dem Bewegungsbereich ein dritter Magnetfelderzeugungsgegenstand (30) und ein vierter Magnetfelderzeugungsgegenstand (40) angeordnet sind, wobei der dritte Magnetfelderzeugungsgegenstand innerhalb der Fläche an oder auf dem Untergrund angeordnet ist, und wobei der vierte Magnetfelderzeugungsgegenstand außerhalb der Fläche an oder auf dem Untergrund angeordnet ist,
wobei die Einrichtung zum Liefern ausgebildet ist, um ein drittes Magnetfeld und ein viertes Magnetfeld aufgrund des dritten Magnetfelderzeugungsgegenstands beziehungsweise des vierten Magnetfelderzeugungsgegens- tands zu liefern, und wobei die Flächeneinrichtung
(65) ausgebildet ist, um das dritte Magnetfeld und das vierte Magnetfeld miteinander zu vergleichen, wobei dann, wenn das dritte Magnetfeld größer als das vierte
Magnetfeld ist, eine Position des mobilen Gegenstands innerhalb der seitlichen Begrenzung detektierbar ist, während dann, wenn das dritte Magnetfeld kleiner als das vierte Magnetfeld ist, eine Position des mobilen Gegenstands außerhalb der Begrenzung detektierbar ist.
21. Auswertungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, bei der die Fläche (19) nach oben begrenzt (41) ist, und bei der die Recheneinrichtung (65) ausgebildet ist, um das erste Magnetfeld, das zweite Magnet- feld, das dritte Magnetfeld oder das vierte Magnetfeld oder eine Kombination der Magnetfelder durch einen Mittelwert mehrerer oder aller Magnetfelder oder eine Mehrheitsentscheidung unter mehreren oder allen Mag- netfeidern mit einer Schwelle (63) zu vergleichen (62)/ wobei dann, wenn der Vergleich einen kleineren Wert als die Schwelle liefert, detektierbar i%t, dass der mobile Gegenstand unterhalb der oberen Begrenzung ist, während dann, wenn der Vergleich ein größeres Magnetfeld als die Schwelle liefert, detektierbar ist, dass der mobile Gegenstand oberhalb der Begrenzung angeordnet ist oder war.
22. Auswertungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, bei der die Fläche ein Tor ist, bei der der mobile
Gegenstand ein Ball ist und bei der höchstens dann ein Tor detektierbar ist, wenn das erste Magnetfeld kleiner als das zweite Magnetfeld ist, wenn ein drittes Magnetfeld aufgrund eines Magnetfelderzeugungsgegens- tands, der zwischen zwei Torpfosten verläuft, größer als ein viertes Magnetfeld aufgrund eines Magnetfelderzeugungsgegenstands ist, der außerhalb der Torpfosten verläuft, und ferner das erste Magnetfeld, das zweite Magnetfeld, das dritte Magnetfeld, das vierte Magnetfeld und/oder eine Kombination derselben größer als eine Schwelle (63) ist.
23. Auswertungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, bei der die Recheneinrichtung ausgebildet ist, um zu detektieren, ob ein bewegter Gegenstand vor der Fläche oder hinter der Fläche ist und ob der Gegenstand innerhalb einer seitlichen Begrenzung oder außerhalb einer seitlichen Begrenzung ist, nur mit Vergleichsoperationen zwischen zwei Messwerten durchge- führt wird, die in einem oder mehreren Multiplex- Zyklen aufgrund verschiedener Magneterzeugungsgegenstände detektierbar sind.
24. Auswertungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, die ferner folgendes Merkmal aufweist:
eine Nachkorrektureinrichtung (66) zum Verifizieren, ob ein durch die Recheneinrichtung (65) erzeugtes Ergebnis plausibel ist unter Verwendung eines in einem früheren Zeitintervall gemessenen Ergebnisses.
25. Auswertungsvorrichtung nach Anspruch 24, bei der es einen Ausschaltbereich (122), der die Fläche nicht um- fasst, einen neutralen Bereich (120a, 120b), in dem sich die Fläche befindet, und einen Einschaltbereich (121) gibt, der so bezüglich der Fläche angeordnet ist, dass eine erwartete Flugbahn des mobilen Gegens- tands (11) durch den Einschaltbereich verläuft, wobei die Nachkorrektureinrichtung ausgebildet ist, um nur dann eine Signalisierung einer bestimmten Position bezüglich der Fläche zu erlauben, wenn der mobile Gegenstand zu einem vorherigen Zeitpunkt in dem Ein- schaltbereich (121) oder dem neutralen Bereich (120a, 120b) war.
26. Auswertungsvorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, bei der eine Signalisierung deaktivierbar ist, wenn der mobile Gegenstand eine aktuelle Position hat, die in dem Ausschaltbereich (122) liegt.
27. Auswertungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, bei der eine Signalisierung deaktiviert bleibt, wenn eine frühere Position in dem Ausschaltbereich war, und eine aktuelle Position in dem neutralen Bereich (120a, 120b) ist.
28. Auswertungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 28, bei der die Fläche ein Tor mit zwei Pfosten und einer Querlatte ist, bei der der Einschaltbereich (121) einen bogenförmigen Bereich vor dem Tor innerhalb des Spielfeldes umfasst; 70
33
bei der der Ausschaltbereich (122) hinter dem Torpfosten ist, wobei jeweils ein Bereich hinter einem Torpfosten begrenzt ist, und nach innen an einen neutra- len Bereich angrenzt,
wobei ferner ein neutraler Bereich (120b) vor <|em Einschaltbereich und zwischen dem Einschaltbereαch und dem Tor und hinter dem Tor angeordnet ist, wobei sich der Einschaltbereich, der neutrale Bereich und der Ausschaltbereich nicht überlappen.
29. Auswertungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 28, die innerhalb des mobilen Gegenstands (11) ange- ordnet ist, und bei der die Einrichtung zum Liefern des ersten Magnetfelds und des zweiten Magnetfelds einen richtungsunabhängigen Betrags-Magnetfeld-Sensor (9) aufweist, und die ferner eine Ausgabeeinrichtung zum optischen, akustischen oder elektromagnetischen Ausgeben einer Torentscheidung aufweist.
30. Auswertungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 30, die außerhalb des mobilen Gegenstands (11) ausgebildet ist, und bei der die Einrichtung zum Liefern eine Eingangsschnittstelle (5) aufweist, um von dem mobilen Gegenstand (11) übertragene Magnetfelddaten zu empfangen.
31. Auswertungsvorrichtung zum Feststellen einer Position eines mobilen Gegenstands bezüglich einer Fläche in einem Bewegungsbereich, wobei der Bewegungsbereich einen Untergrund (21) aufweist und die Fläche den Untergrund entlang einer Schnittlinie (20) schneidet, mit folgenden Merkmalen:
eine Plausibilitätsüberprüfungseinrichtung (66) zum Verifizieren, ob ein durch eine Positionserfassungs- einrichtung erzeugtes Ergebnis plausibel ist, unter Verwendung eines in einem früheren Zeitintervall gemessenen Ergebnisses und unter Verwendung eines Vorwissens über gültige und ungültige Bewegungsbahnen des mobilen Gegenstands (11) .
33. Verfahren zum Betreiben eines Bewegungsbereichs für einen mobilen Gegenstand (11), deren Position^ bezüglich einer Fläche (19) in dem Bewegungsbereich ffestzu- stellen ist, wobei der Bewegungsbereich einen Unter- grund (21) aufweist, und die Fläche den Untergrund entlang einer Schnittlinie (20) schneidet, mit folgenden Schritten:
Erzeugen eines ersten Magnetfelds mit einem ersten länglichen Magnetfelderzeugungsgegenstand (14), der in einem ersten Abstand (di) von der Schnittlinie auf einer ersten Seite der Schnittlinie in oder auf dem Untergrund angeordnet ist;
Erzeugen eines ersten Magnetfelds mit einem zweiten länglichen Magnetfelderzeugungsgegenstand (15), der in einem zweiten Abstand (d2) von der Schnittlinie (20) in oder auf dem Untergrund (21) angeordnet ist;
wobei der erste Magnetfelderzeugungsgegenstand und der zweite Magnetfelderzeugungsgegenstand ausgebildet sind, um ein bezüglich des Magnetfelderzeugungsgegenstands radial mit zunehmendem Abstand abnehmendes Magnetfeld zu erzeugen; und
Ansteuern (16) des ersten Magnetfelderzeugungsgegenstands und des zweiten Magnetfelderzeugungsgegenstands mit einem Strom und in einem Multiplex-Betrieb.
34. Verfahren zum Feststellen einer Position eines mobilen Gegenstands (11) bezüglich einer Fläche in einem Bewegungsbereich, wobei der Bewegungsbereich (5) einen Un- tergrund (21) aufweist und die Fläche (19) den Untergrund schneidet, mit folgenden Schritten:
Liefern (7,8,5) eines ersten Magnetfelds aufgrund ei- nes ersten Magnetfelderzeugungsgegenstands und eines zweiten Magnetfelds aufgrund eines zweiten Magnetfelderzeugungsgegenstands, wobei der erste und de.| zweite Magnetfelderzeugungsgegenstand (14,15) in einem ersten Abstand (di) beziehungsweise einem zweiten Abstand (d2) von der Schnittlinie (20) auf unterschiedlichen Seiten in oder auf dem Untergrund (21) angeordnet sind; und
Ermitteln (65), ob sich der mobile Gegenstand vor der Fläche oder hinter der Fläche befindet oder befunden hat, aufgrund eines Vergleichs (60,61) des ersten Magnetfelds (Bl) mit dem zweiten Magnetfeld (B2) .
35. Verfahren zum Feststellen einer Position eines mobilen Gegenstands bezüglich einer Fläche in einem Bewegungsbereich, wobei der Bewegungsbereich einen Untergrund (21) aufweist und die Fläche den Untergrund entlang einer Schnittlinie (20) schneidet, mit folgenden Schritten:
Verifizieren (66), ob ein durch eine Positionserfas- sungseinrichtung erzeugtes Ergebnis plausibel ist, unter Verwendung eines in einem früheren Zeitintervall gemessenen Ergebnisses und unter Verwendung eines Vor- wissens über gültige und ungültige Bewegungsbahnen des mobilen Gegenstands (11) .
36. Computerprogramm mit einem Programm zum Ausführen des Verfahrens gemäß Patentanspruch 33, 34 oder 35, wenn das Programm auf einem Rechner abläuft.
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