3.5 Realtime-Location-Systeme und Indoor-Lokalisierung Flashcards
eindeutige Identifizierung
- notwendig um ein physisches Objekt mit seinem aktuellen Zustand (z. B. dem Ort) zu verknüpfen
- unverzichtbar, wenn Objekte in der Lage sein sollen, an einem Datenaustausch teilzunehmen
eindeutig Adressierung
notwendig damit die Informationen zwischen Sender und Empfänger überhaupt ausgetauscht werden können
Kennzeichnung eines Objektes
- durch Nummern- oder Zeichenfolge
- verschiedene Identifikationssysteme und -standards
Kennzeichnung eines Objektes - weltweit verbreiteter Standard
Standards der GS1-Organisation
GS1-Organisation
- internationaler Zusammenschluss von gemeinnützigen Organisationen
- entwickeln und verwalten gemeinsam Standards für Zusammenarbeit zwischen Unternehmen weltweit
Global Location Number - allgemein
- eindeutige Identifikationsnummer
- wird von der GS1-Organisation vergeben
Global Location Number - Vorteil
Unternehmen und Unternehmensteile (z. B. Standorte oder Lager) lassen sich eindeutig und überschneidungsfrei anhand der Ziffern identifizieren
Global Location Number - Darstellung
- inhaltlich normierten Datenstrukturen können auf verschiedene Art und Weise dargestellt werden
- codiert, und dadurch maschinenlesbar
Global Location Number - Darstellung - Beispiele
- eindimensionaler Barcode
- zweidimensionaler DataMatrix-Code
- binär auf einem RFID-Transponder
RFID - Zweck
Objekte per Funk identifizieren
RFID - Bestandteile
- Transponder (RFID-Tag)
- Schreibgerät
- Lesegerät
- Computer
RFID - Transponder - Bestandteile
- integrierter Schaltkreis
- Antenne
RFID - Transponder - Antenne
zum Empfangen und Senden von Radiofrequenzen
RFID - Transponder - integrierte Schaltkreis
- Chip
- verfügt über einen Prozessor und einen Speicher
RFID - Transponder - integrierte Schaltkreis - Speicher
- befinden sich die relevanten Daten
- werden vom Schreibgerät abgespeichert
Transponder - Arten
- passiv und aktiv
- einmalig und mehrmalig
Transponder - aktive
- aktive verfügen über eine eigene Energieversorgung
- z. B. in Form einer Batterie
Transponder - passive
- keine eigene Energieversorgung
- senden nur dann Daten, wenn sie von einem Lesegerät angesteuert werden
- Mittels Antenne nimmt Transponder Energie auf, um Daten an das Lesegerät zurückzusenden, die auf dem Chip gespeichert sind
Transponder - Vorwärtskanal
Vorgang vom Lesegerät zum RFID-Tag
Transponder - Rückwärtskanal
Antwort des RFID-Tags
Lesegerät - Funktion
- fungiert als eine Art Verbindungsstück
- zwischen RFID-Tag und Informationssystem
Abb. RFID-Datenfluss
Lesegerät - Bauformen
- je nach Notwendigkeit
- stationäre und mobile Geräten
Lesegerät - stationäre
- beispielsweise an Toren angebracht
- Güter bewegen sich durch das Tor
-> automatisch identifiziert
Lesegerät - mobile - Verwendung
eignen sich z. B. gut zur Kontrolle von Lagerbeständen
Lesegerät - mobile - Beispiel
Handheld-Scanner
Lesegerät - Arten
- Bar- und DataMatrix-Codes
-> optische Scanner - Informationen auf Transpondern
-> RFID-Lesegerät
Schreibgerät
dient der Speicherung von Informationen auf dem Chip
Identifikation von Objekten an festen Punkten
z.B. Scan am Wareneingang oder RFID-Gate
-> Nachverfolgung möglich
Tracking & Tracing - allgemein
Sendungsverfolgungssysteme
Tracking & Tracing - Zweck
nahezu lückenlose Verfolgung und Rückverfolgung von Gütern
-> nachvollziehen, welche Stationen die Ware durchlaufen hat
Tracking & Tracing - Basis
Scannen des auf dem Gut angebrachten Barcodes oder dem Auslesen des RFID-Chips
-> Dokumentation der einzelnen Stationen entlang der SC
Lokalisierung - Arten
- Indoor-Ortung
- Outdoor-Ortung
Outdoor-Lokalisierung - Systeme
Navigationssatellitensysteme (GNSS), wie z. B. das GPS, das GSM oder WLAN, zum Einsatz
Outdoor-Lokalisierung - Systeme - Priorisierung
hinsichtlich Genauigkeit und Reichweite:
GPS vor WLAN bzw. GSM
Outdoor-Lokalisierung - Sensoren
ermöglichen:
* Tracking & Tracing
* Überwachung von Qualitätsdaten
Outdoor-Lokalisierung - Qualitätsdaten
- Temperatur
- Luftfeuchtigkeit
- Erschütterungen
- Luftdruck
- CO2/O2-Verhältnis
Outdoor-Lokalisierung - Datenbereitstellung
- gesammelte Daten werden in Echtzeit bereitgestellt
- Kunde wird bei Abweichungen benachrichtigt
Outdoor-Lokalisierung - Vorteile
- permanente und lückenlose Echtzeitverfolgung
- genaue Rückverfolgung
- Einhaltung von Regularien
Outdoor-Lokalisierung - permanente und lückenlose Echtzeitverfolgung
- selbst bei einem vorübergehenden Verlust der Funkverbindung
- ermöglicht Logistikdienstleistern, genaue Angaben über die voraussichtliche Ankunftszeit und Verfügbarkeit des Gutes zu treffen
Outdoor-Lokalisierung - genaue Rückverfolgung
auf etwaige Schäden oder möglichen Diebstahl unverzüglich reagieren
-> Qualitätssicherung optimieren
Outdoor-Lokalisierung - Einhaltung von Regularien
- beispielsweise beim Transport von Lebensmitteln
- verschiedene Technologien
-> genaue Auskunft über Zustand des Gutes und dessen Beschaffenheit
Outdoor-Lokalisierung - Daten
- können in Echtzeit abgerufen werden
- werden archiviert, um genaue Rückverfolgung zu ermöglichen und um theoretisch auftretende Fehlerquellen zu identifizieren
Outdoor-Lokalisierung - weiterer Vorteil
gesammelten Tracking- und Tracing-Daten können mit Datenanalysesystemen ausgelesen und verarbeitet werden
-> Lieferverzögerungen vorhersagen
Indoor-Lokalisierung - besondere Bedeutung
Echtzeit-Ortungssysteme
Echtzeit-Ortungssysteme - andere Bezeichnung
Real Time Location Systems (RTLS)
Echtzeit-Ortungssysteme - Möglichkeiten
digitale Verfolgung des Echtzeit-Standorts und der Bewegungen physischer Gegenstände in großen Innenräumen
Echtzeit-Ortungssysteme - nutzen…
in erster Linie Hochfrequenztechnologien:
* Ultra-Wideband (UWB)
* Bluetooth Low Energy (BLE)
* Chirp Spread Spectrum (Chirp)
UWB - allgemein
hochmoderne Hochfrequenztechnologie Radiofrequency Technology (RF)
UWB - ermöglicht…
präzise Ortung von mit UWB-Markierungen versehenen Objekten
UWB - Positionsgenauigkeit
bis auf den Zentimeter genau
UWB - kann…
- sehr hohe Datenraten über kurze Reichweiten übertragen
- den genauen Standort in Echtzeit bestimmen
UWB - Stromverbrauch
sehr wenig
-> ermöglicht erschwingliche und effiziente Hardware-Optionen
UWB - Hardware-Optionen
z. B. Ortungsetiketten mit Knopfzellenbatterien, die mehrere Jahre lang ohne Aufladen oder Austausch betrieben werden können
UWB - Grund für Präzision
entfernungsbasierte Messung
UWB - entfernungsbasierte Messung
- berechnet Standort auf Grundlage der Zeit,
- welche die Funkimpulse benötigen,
- um von einem Gerät zum anderen zu gelangen
UWB - Nachteil
funktioniert nur über kürzere Entfernungen
UWB - Vorteil
- Genauigkeit von weniger als 50 Zentimetern (bei optimalen Bedingungen und Einsatz)
- extrem geringen Latenzzeit
BLE - Verbreitung
- in drahtlosen Geräten weit verbreitet
- verfügt über umfangreiches Angebot an stromsparenden, kostengünstigen und einfach zu implementierenden Hardware-Optionen
- ist flexibel genug, um in vielen ortsbezogenen Anwendungen eingesetzt zu werden
BLE - verwendet…
- BLE-fähige Sensoren,
- um sendende Bluetooth-Geräte (Smartphones oder Tracking-Tags)
- in Innenräumen zu erkennen und zu lokalisieren
BLE - Standortdaten
- von den Sensoren gesammelt
- an mobile Geräte gesendet
- werden von verschiedenen Ortungsanwendungen aufgenommen und in Erkenntnisse umgewandelt
Chirp - allgemein
RF-Technologie
Chirp - ermöglicht
- Positionierung über große Entfernungen
- in Innen- bis Außenbereiche
Chirp - Stromverbrauch
gering
Chirp - Kombination
leistungsstarke Kombination aus:
* Erreichbarkeit über große Entfernungen
* hoher Genauigkeit von 1–2 m
* Zuverlässigkeit der Leistung
-> eine der vielseitigsten RTLS-Technologien
Chirp - Eignung
besonders gut für den Einsatz in der Industrie
Chirp - erfordert…
weniger Infrastruktur als andere Technologien
-> hohe Rendite
Echtzeit-Ortungssysteme - drahtlose Geräte
- z. B. Tracking-Tags, Smartphones oder andere integrierte Komponenten
- können auch genutzt werden um Position von Personen und Objekten in Bereichen, die GPS nicht erreichen kann, kontinuierlich zu bestimmen
RTLS - nutzen…
- Netzwerk aus verbundenen Hardware- und Softwarekomponenten,
- die den Standort von Personen und Objekten innerhalb eines bestimmten Bereichs verfolgen
Ortung in Innenräumen
Echtzeit-Ortungssysteme stützen sich in erster Linie auf RF-Technologien
RF-Technologien - Beispiele
- UWB
- Bluetooth
- Wi-Fi
- Chirp
RF-Technologien - ermöglichen…
drahtlose Kommunikation zwischen einer Gruppe von:
* Sendegeräten
* Empfangsgeräten
* Dual-Purpose-Sende-/Empfangsgeräten
um den Standort des Zielobjekts zu bestimmen
RF-Technologien - sendendes Gerät
- z. B. ein RF-Tracking-Tag oder ein Smartphone
- sendet in einem kontinuierlichen Intervall datenkodierte RF-Übertragungen oder Standort-„Blinks“ aus
RF-Technologien - RTLS-Empfänger
- Anker oder Lesegeräte
- sind an festen Positionen (z. B. an Wänden) und innerhalb des Kommunikationsbereichs angebracht
- empfangen und lesen die Signale des Sendegeräts
RF-Technologien - empfangenen Standortdaten
werden an Ortungssoftware weitergeleitet, um Position des Geräts zu berechnen
Abb. Real-Time Location System und Hardware
RF-Technologien - Technik zur Standortbestimmung
- kann je nach RTLS-Technologie variieren
- einige verwenden entfernungsbasierte Berechnungen (z.B. Ankunftszeitdifferenz)
RF-Technologien - Anzahl Objekte
- RTLS-Systeme für Unternehmen können Tausende von georteten Objekten umfassen
- Ortungs-Engine kann diese Informationen gleichzeitig verarbeiten
-> zahlreiche Ziele in Echtzeit orten
RF-Technologien - abgeleitete Standortdaten
können verwendet werden um:
* Standort der verfolgten Objekte auf einer Karte anzuzeigen
* in verschiedene Unternehmensanwendungen zu integrieren
-> ermöglichen eine Vielzahl von standortbezogenen Anwendungsfällen
Echtzeit-Ortungssysteme - beruhen auf…
- fest installierten Sendegeräten
- z. B. Bluetooth-Geräte
- die in regelmäßigen Abständen Signale aussenden,
- die von anderen BLE-fähigen Geräten wie Smartphones erkannt werden können
Echtzeit-Ortungssysteme - Standortdaten
- werden von BLE-fähigen Geräten erfasst
- an die Innenraumortungsanwendung weitergeleitet,
- um die Position des Geräts zu bestimmen
- und bestimmte Aktionen auszulösen
Echtzeitortungssysteme - Anwendungsbereiche
- Anlagenverfolgung
- Personalverfolgung
- Arbeitssicherheit und Kollisionsvermeidung
- Verfolgung von Wartungsarbeiten
Anlagenverfolgung
Verfolgen des Standortes und der Bewegungen von wichtigen:
* Anlagen
* Geräten
* Beständen in industriellen Prozessen
Personalverfolgung - allgemein
- Überwachen der Echtzeit-Standorte von Mitarbeitenden in kritischen Situationen
- um Sicherheit und Produktivität zu verbessern
Personalverfolgung - Beispiel
Einsatz von „Corona-Trackern“ in produzierenden Unternehmen
Corona-Tracker
- Wenn sich zwei Angestellte einander nähern und es zu einer Abstandsunterschreitung von 1,5–2 Metern kommt, erfolgt ein optisches bzw. akustisches Warnsignal über den Tracker
- Zudem werden Abstandunterschreitungen gespeichert, um eine Rückverfolgbarkeit der Infektionskette zu ermöglichen
Arbeitssicherheit und Kollisionsvermeidung
Geofencing bzw. Sicherheits-Geofencing:
* Zonen und Warnmeldungen, die helfen,
* potenzielle Sicherheitsvorfälle zu identifizieren
Sicherheits-Geofencing
- Auslösen einer bestimmten Aktion,
- wenn bestimmter Punkt auf der Erdoberfläche
- oder in der Luft von einer gedachten oder virtuellen Grenze überschritten wird
Arbeitssicherheit und Kollisionsvermeidung - potenzielle Sicherheitsvorfälle
z. B. bei der Zusammenarbeit von Angestellten mit autonomen Fahrzeugen in Produktionsstätten
Verfolgung von Wartungsarbeiten
- Verfolgen des Standortes von Werkzeugen und Arbeitsaufträgen
- um Wartung und Reparaturen zu optimieren
RTLS - Genauigkeitsgrad
- hängt von den individuellen Kundenbedürfnissen und den gewünschten Anwendungsfällen ab
- Genauigkeitsanforderungen können auch von der Anzahl der eingesetzten RTLS-Referenzpunkte abhängen
RTLS - Reichweite
- hängt stark von zugrunde liegender RF-Technologie und der Art des Einsatzes ab
- hängt von Einsatzumgebung und den Bedürfnissen der einzelnen Unternehmen ab
RTLS - Reichweite - Chirp
- große Reichweite von bis zu 300 Metern
- wobei es weniger Verankerungen benötigt
- funktioniert sowohl im Innen- als auch im Außenbereich
RTLS - Reichweite - UWB und BLE
viel stärker eingeschränkt
RTLS-Komponenten - Ranging-Anwendungen
- Kommunikation zwischen zwei Geräten, z. B. zwei Sender-Empfänger-Etiketten,
- zur Bestimmung der relativen Entfernung zwischen ihnen
-> auf Nähe basierende Anwendungen möglich
RTLS-Komponenten - Leistungsanforderungen
- Genauigkeit
- Latenz
- Reichweite
- Komplexität eines Einsatzes
- gewünschte Anwendungsfälle
