DE102023125817A1 - Method and device for electronic animal monitoring - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektronischen Tierüberwachung und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur verteilten Übertragung von aus einer elektronischen Überwachung von freilebenden Wildtieren wie beispielsweise Geiern, Tauben und andere Vogelarten gewonnenen Überwachungsdaten an einen entfernten Empfänger.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur elektronischen Tierüberwachung umfasst ein Befestigen von Überwachungsvorrichtungen (10, 20, 30, 40) an mindestens zwei Tieren (1, 2, 3, 4), wobei die Überwachungsvorrichtungen (10, 20, 30, 40) zum automatischen Aufbau eines lokalen Netzwerks (LN) zur kabellosen Nahbereichsdatenkommunikation eingerichtet sind; ein Erfassen von Überwachungsdaten mit mindestens einer Überwachungsvorrichtung (10, 20, 30, 40) und Bereitstellen der Überwachungsdaten als ein individuell unterscheidbares Datenobjekt (DO); ein Segmentieren des Datenobjekts (DO) in mindestens zwei Datensegmente (DO1, DO2, DO3, DO4) und Verteilen der Datensegmente (DO1, DO2, DO3, DO4) an die zum Segmentierungszeitpunkt ein Nahbereichsnetzwerk (LN) ausbildenden Überwachungsvorrichtungen (10, 20, 30, 40), wobei die Datensegmente (DO1, DO2, DO3, DO4) eindeutig dem Datenobjekt (DO) zuordenbar sind; und ein Übertragen der verteilten Datensegmente (DO1, DO2, DO3, DO4) durch die einzelnen Überwachungsvorrichtungen (10, 20, 30, 40) an einen entfernten Empfänger (70) mittels kabelloser Fernbereichsdatenkommunikation. Eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung (10, 20, 30, 40) ist zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet.
The present invention relates to a method and apparatus for electronic animal monitoring and, more particularly, to a method and apparatus for distributed transmission of monitoring data obtained from electronic monitoring of wild animals such as vultures, pigeons and other bird species to a remote receiver.
A method according to the invention for electronic animal monitoring comprises attaching monitoring devices (10, 20, 30, 40) to at least two animals (1, 2, 3, 4), wherein the monitoring devices (10, 20, 30, 40) are configured to automatically establish a local area network (LN) for wireless short-range data communication; capturing monitoring data with at least one monitoring device (10, 20, 30, 40) and providing the monitoring data as an individually distinguishable data object (DO); segmenting the data object (DO) into at least two data segments (DO1, DO2, DO3, DO4) and distributing the data segments (DO1, DO2, DO3, DO4) to the monitoring devices (10, 20, 30, 40) forming a local area network (LN) at the time of segmentation, wherein the data segments (DO1, DO2, DO3, DO4) are uniquely assignable to the data object (DO); and transmitting the distributed data segments (DO1, DO2, DO3, DO4) by the individual monitoring devices (10, 20, 30, 40) to a remote receiver (70) by means of wireless long-range data communication. A monitoring device (10, 20, 30, 40) according to the invention is configured to carry out a method according to the invention.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektronischen Tierüberwachung und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur verteilten Übertragung von aus einer elektronischen Überwachung von freilebenden Wildtieren wie beispielsweise Geiern, Tauben und andere Vogelarten gewonnenen Überwachungsdaten an einen entfernten Empfänger.The present invention relates to a method and apparatus for electronic animal monitoring and, more particularly, to a method and apparatus for distributed transmission of monitoring data obtained from electronic monitoring of wild animals such as vultures, pigeons and other bird species to a remote receiver.
Stand der TechnikState of the art
Beim Artenschutz und dem Wildtiermanagement geht es vor allem darum, bestimmte Tierarten in ihrem natürlichen Umfeld zu bewahren, zu fördern oder zu regulieren. Dies setzt vertiefte Kenntnisse insbesondere über deren spezifische Lebensräume, typische Verhaltensmuster der Tiere, die Populationsentwicklung in einer Region sowie ein umfassendes Verständnis über den Einfluss der unterschiedlichsten Faktoren auf diese Daten voraus. Forschung zum Verhalten und zu individuellen Bewegungsmustern von Wildtieren (insbesondere von Vögeln) ist durch direkte Beobachtung nicht möglich. Hierzu sind die zurückgelegten Strecken der Tiere oft zu groß. Außerdem ist so meist nur die Beobachtung größerer Gruppen, nicht aber von einzelnen Individuen möglich.Species conservation and wildlife management are primarily concerned with preserving, promoting, or regulating specific animal species in their natural environment. This requires in-depth knowledge, particularly of their specific habitats, typical animal behavior patterns, population development in a region, and a comprehensive understanding of the influence of a wide variety of factors on these data. Research into the behavior and individual movement patterns of wild animals (especially birds) is not possible through direct observation. The distances covered by the animals are often too great for this. Furthermore, this usually only allows the observation of larger groups, not of individual animals.
Seit einigen Jahrzehnten wird zu solchen Zwecken die sogenannte „Wildtier-Telemetrie“ (engl. „wildlife radio telemetry“) benutzt. Die hierfür verwendeten Geräte nutzen globale Navigationssatellitensysteme, um die jeweilige Position der Tiere zu bestimmen. Die Positionsdaten können über einen langen Zeitraum gespeichert (engl. „logged“) und beispielsweise über eine Mobilfunkverbindung, eine proprietäre Funkverbindung oder mittels Satellitenverbindung zu entfernten Empfängern übertragen werden.For several decades, so-called "wildlife radio telemetry" has been used for such purposes. The devices used for this purpose use global navigation satellite systems to determine the animals' current positions. The position data can be stored (logged) over a long period of time and transmitted to remote receivers, for example, via a cellular connection, a proprietary radio link, or via satellite link.
Mit der Miniaturisierung von elektronischen Kameras besteht heutzutage jedoch auch die Möglichkeit, entsprechende Bild- oder Videokameras an den Tieren zu befestigen, um das Verhalten der Tiere zu erforschen. Die Kameradaten werden dabei im Allgemeinen zunächst gespeichert und erst ausgelesen, nachdem die Kamera wieder vom Tier entfernt wurde. Zur Befestigung der Kamera kann diese beispielsweise mittels Klebstoff im Fell des Tieres befestigt werden.However, with the miniaturization of electronic cameras, it is now also possible to attach corresponding image or video cameras to animals to study their behavior. The camera data is generally stored first and only read out after the camera has been removed from the animal. The camera can be attached to the animal's fur, for example, using adhesive.
Für größere Tiere wie Hunde und Katzen sind insbesondere elektronische Ortungsgeräte mit integrierten Funksendern bekannt. Solche Ortungsgeräte bestehen in der Regel aus einer Einheit, die mithilfe eines Geschirrs am Körper des Tieres befestigt wird. Diese kompakte Einheit enthält eine Energieversorgung, Sensorik, eine Recheneinheit, Kommunikationstechnik und Antennen. Die Ortungsgeräte können auch mit zusätzlichen Kameras ausgestattet sein. Zur Langzeitbeobachtung von freilebenden Wildtieren, insbesondere von kleinen Zugvögeln, sind diese herkömmlichen Geräte jedoch aufgrund ihrer Größe und des Gewichts sowie des relativ begrenzten Nutzungszeitraums nicht geeignet. Ortungsgeräte erfordern zumeist speziell darauf trainierte Tiere, wobei diese dann beispielsweise als ausgebildeter Such- und Rettungshund zur Bergung von durch Lawinen o. ä. verschütteten Personen eingesetzt werden.Electronic tracking devices with integrated radio transmitters are particularly well-known for larger animals such as dogs and cats. Such tracking devices usually consist of a single unit that is attached to the animal's body using a harness. This compact unit contains a power supply, sensors, a processing unit, communications technology, and antennas. The tracking devices can also be equipped with additional cameras. However, due to their size and weight, as well as their relatively limited period of use, these conventional devices are not suitable for long-term observation of wild animals, especially small migratory birds. Tracking devices usually require specially trained animals, which are then used, for example, as trained search and rescue dogs to rescue people buried in avalanches or similar situations.
Für eine Überwachung auch kleiner Tiere wie beispielsweise Vögel gibt es speziell angepasste Kamerasysteme, die autonom (z. B. mit Solarzellen zum Aufladen eines Akkus) auch über mehrere Monate hinweg autark funktionieren. Eine Miniaturkamera kann dabei insbesondere derart mit einem klassischen Tiersender (ein sogenannter „Tag“) kombiniert werden, dass diese für eingehende Beobachtungen zum Verhalten des Tieres, z. B. dessen Fress- oder Paarungsverhalten, photographische Aufnahmen in der jeweiligen Blickrichtung des Tieres („Tier- bzw. Vogelperspektive“) ermöglicht. Der Sender kann dabei beispielweise auf dem Rücken des Tieres befestigt werden, da integrierte Antennen dort die beste Abstrahlung ermöglichen.For monitoring even small animals such as birds, there are specially adapted camera systems that operate autonomously (e.g., with solar cells for charging a battery) even for several months. A miniature camera can be combined with a conventional animal transmitter (a so-called "tag") in such a way that it enables photographs from the animal's respective viewing direction ("animal or bird's eye view") for in-depth observations of the animal's behavior, e.g., its feeding or mating behavior. The transmitter can be attached to the animal's back, for example, since integrated antennas provide the best radiation there.
Das Kamerasystem und der Tiersender können mittlerweile auch als vollständig autonom arbeitende intelligente Systeme („smartTags“) bereitgestellt werden. Die smartTags können entsprechend mit einer Kamera, einer Vielzahl von Sensoren zur Aufnahme von Bewegungs- und/oder Umweltdaten, KI-Chips zur Bild bzw.-Sensordatenverarbeitung und einem Kommunikationsmodul zur Datenübertragung ausgestattet sein.The camera system and animal transmitter can now also be provided as fully autonomous intelligent systems ("smartTags"). The smartTags can be equipped with a camera, a variety of sensors for recording movement and/or environmental data, AI chips for image or sensor data processing, and a communication module for data transmission.
Bei einer Verwendung der smartTags zur Überwachung von Geiern ist beispielsweise ein typisches wiederkehrendes Verhaltensmuster, dass die Tiere Tierkadaver (Aas) von Großwildtieren aufspüren, um diese anschließend zu fressen. Eine Onboard-Kl kann daher beispielsweise speziell darauf trainiert werden, durch die Auswertung von erfassten Bewegungssensordaten zu erkennen, dass die Vögel gerade fressen. Da Verhaltensforscher daran interessiert sind zu erfahren, um welche Tierkadaver es sich vorliegend genau handelt, kann die Kamera entsprechende Bilder des toten Tieres aufnehmen. Diese können anschließend mit Hilfe der Onboard-Kl nach bestimmten Kriterien klassifiziert werden. Das Ergebnis der Klassifizierung kann dann mit dem Kommunikationsmodul an einen entfernten Empfänger übertragen werden. Da sich insbesondere Geier typischerweise in weit entlegenen Gebieten aufhalten, muss die Datenübertragung zumeist über eine Satellitenverbindung erfolgen. Für eine Langzeitüberwachung sind dabei vor allem robuste und besonderes energieeffizient ausgelegte IoT-Übertragungsverfahren geeignet, beispielsweise mioty/TS-UNB.When using smartTags to monitor vultures, for example, a typical recurring behavior pattern is that the animals track down carcasses (or carrion) of large game animals in order to subsequently eat them. An onboard AI can therefore be specifically trained to detect that the birds are currently feeding by evaluating recorded motion sensor data. Since behavioral researchers are interested in learning exactly which carcasses are involved, the camera can capture corresponding images of the dead animal. These can then be classified according to specific criteria using the onboard AI. The classification result can then be transmitted to a remote receiver via the communication module. Since vultures, in particular, typically reside in remote areas, data transmission usually has to take place via a satellite connection. For long-term monitoring, Robust and particularly energy-efficient IoT transmission methods are suitable, for example mioty/TS-UNB.
Es gibt jedoch auch Szenarien, wo nicht nur die klassifizierten Information (typischerweise Art des Tieres und GPS-Position der Fundstelle) übertragen werden sollen, sondern zusätzlich auch das aufgenommene Bild, aus dem beispielsweise in der Klassifizierung die Tierart abgeleitet wurde oder insbesondere nicht eindeutig abgeleitet werden konnte. Solche Bilddateien umfassen jedoch typischerweise mehrere kB bis hin zu einigen MB. Die großen Datenmengen bringen klassische loT-Protokolle jedoch an ihre Grenzen, denn diese gehen typischerweise von Datengrößen im Bereich von lediglich einigen wenigen Byte (etwa 10-245 Byte) aus. Große Datenmengen können jedoch durchaus mit solchen Protokollen übertragen werden. Hierzu wird typischerweise eine Fragmentierung der Daten in kleinere Pakete vorgenommen, welche dann seriell als einzelne Pakete zu einem entfernten Empfänger übertragen werden können und anschließend dort wieder entsprechend zusammengesetzt werden müssen. Ein solches Vorgehen dauert jedoch zumeist recht lange (bis zu mehreren Minuten), belastet den Akku des Senders erheblich („Dauersendebetrieb“) und ist zudem sehr fehleranfällig (z. B. Abbruch oder Störung der Verbindung, Akku leer etc.). Es könnte auch passieren, dass es während des Überflugs eines Satelliten nicht gelingt, alle Datenpakete vollständig zu übermitteln und daher zunächst abgewartet werden muss, bis der Sender erneut von einem entsprechenden Satellit überflogen wird. Dadurch wird die Latenz der Übertragung deutlich erhöht.However, there are also scenarios where not only the classified information (typically the type of animal and the GPS position of the location) needs to be transmitted, but also the captured image from which, for example, the animal species was derived during classification or, in particular, could not be clearly derived. Such image files typically range in size from several kB to several MB. However, the large data volumes push traditional IoT protocols to their limits, as these typically assume data sizes in the range of only a few bytes (approximately 10-245 bytes). However, large amounts of data can certainly be transmitted using such protocols. This typically involves fragmenting the data into smaller packets, which can then be transmitted serially as individual packets to a remote receiver and subsequently reassembled there. However, such a process usually takes a considerable amount of time (up to several minutes), places a significant strain on the transmitter's battery ("continuous transmission"), and is also very error-prone (e.g., connection interruption or failure, battery empty, etc.). It could also happen that during a satellite overpass, it is not possible to transmit all data packets completely, and therefore it is necessary to wait until the transmitter is overpassed again by a corresponding satellite. This significantly increases the transmission latency.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur elektronischen Tierüberwachung zur Verfügung zu stellen, welche die im Stand der Technik auftretenden Probleme vermeidet oder zumindest deutlich verringert.It is therefore an object of the present invention to provide an improved method and apparatus for electronic animal monitoring which avoids or at least significantly reduces the problems occurring in the prior art.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen enthalten.These objects are achieved according to the invention by the features of the independent patent claims. Advantageous embodiments of the invention are contained in the respective subclaims.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Tieren, umfassend ein Befestigen von Überwachungsvorrichtungen an mindestens zwei Tieren, wobei die Überwachungsvorrichtungen zum automatischen Aufbau eines lokalen Netzwerks zur kabellosen Nahbereichsdatenkommunikation eingerichtet sind; ein Erfassen von Überwachungsdaten mit mindestens einer Überwachungsvorrichtung und Bereitstellen der Überwachungsdaten als ein individuell unterscheidbares Datenobjekt; Segmentieren des Datenobjekts in mindestens zwei Datensegmente und Verteilen der Datensegmente an die zum Segmentierungszeitpunkt ein Nahbereichsnetzwerk ausbildenden Überwachungsvorrichtungen, wobei die Datensegmente eindeutig dem Datenobjekt zuordenbar sind; und ein Übertragen der verteilten Datensegmente durch die einzelnen Überwachungsvorrichtungen an einen entfernten Empfänger mittels kabelloser Fernbereichsdatenkommunikation.A first aspect of the present invention relates to a method for monitoring animals, comprising attaching monitoring devices to at least two animals, wherein the monitoring devices are configured to automatically establish a local network for wireless short-range data communication; capturing monitoring data with at least one monitoring device and providing the monitoring data as an individually distinguishable data object; segmenting the data object into at least two data segments and distributing the data segments to the monitoring devices forming a short-range network at the time of segmentation, wherein the data segments are uniquely assignable to the data object; and transmitting the distributed data segments by the individual monitoring devices to a remote receiver by means of wireless long-range data communication.
Die Hauptidee der vorliegenden Erfindung ist somit eine intelligente Verteilung der zu übertragenden Datenmenge auf verschiedene Überwachungsvorrichtungen. Damit dies gelingen kann, müssen zumindest zwei solcher Überwachungsvorrichtungen für eine Verteilung vorhanden sein. Entsprechend muss ein Befestigen von Überwachungsvorrichtung an mindestens zwei Tieren erfolgen, wobei aus Redundanzgründen jedoch auch mehr als eine Überwachungsvorrichtung an einem Tier befestigt werden kann. Bei den Tieren kann es sich insbesondere um Vögel handeln, vorzugsweise Vögel eines gemeinsamen Schwarms. Die Überwachungsvorrichtungen können jedoch auch artenübergreifend an unterschiedlichen Tieren befestigt werden. Innerhalb eines gemeinsamen Lebensraums könnten somit beispielsweise unterschiedliche Aasfresser wie Hyänen und Geier mit entsprechenden Überwachungsvorrichtungen ausgestattet werden.The main idea of the present invention is therefore an intelligent distribution of the amount of data to be transmitted among different monitoring devices. For this to succeed, at least two such monitoring devices must be available for distribution. Accordingly, the monitoring device must be attached to at least two animals, although for redundancy reasons, more than one monitoring device can be attached to one animal. The animals can in particular be birds, preferably birds from a common flock. However, the monitoring devices can also be attached to different animals across species. Within a common habitat, for example, different scavengers such as hyenas and vultures could be equipped with corresponding monitoring devices.
Die Überwachungsvorrichtungen sollen zum automatischen Aufbau eines lokalen Netzwerks zur kabellosen Nahbereichsdatenkommunikation eingerichtet sein. Da die besagten Überwachungsvorrichtungen für einen möglichst energieeffizienten autonomen Einsatz vorgesehen sind, sollen der Aufbau und die Steuerung eines lokalen Netzwerks zur kabellosen Nahbereichsdatenkommunikation vollständig lokal erfolgen. Hierzu ist insbesondere bevorzugt, dass das Nahbereichsnetzwerk mittels Bluetooth-Verbindung aufgebaut wird.The monitoring devices should be configured to automatically establish a local network for wireless short-range data communication. Since said monitoring devices are intended for autonomous use with the greatest possible energy efficiency, the establishment and control of a local network for wireless short-range data communication should be carried out entirely locally. For this purpose, it is particularly preferred that the short-range network be established using a Bluetooth connection.
Die Überwachungsvorrichtungen sollen ein Erfassen von Überwachungsdaten und ein Bereitstellen der Überwachungsdaten als ein individuell unterscheidbares Datenobjekt ermöglichen. Bei den Datenobjekten kann es sich beispielsweise um Sensordaten, Bilddaten, aus den Bilddaten gewonnene Klassifizierungsdaten etc. handeln. Diese können jeweils einzelne Datenobjekte ausbilden oder zu einem Datenarray miteinander verbunden sein. Vorzugsweise umfasst das Datenobjekt ein Bild oder Video zusammen mit einem eindeutigen Identifizierungsmerkmal.The monitoring devices are intended to enable the acquisition of monitoring data and the provision of the monitoring data as an individually distinguishable data object. The data objects can be, for example, sensor data, image data, classification data obtained from the image data, etc. These can each form individual data objects or be linked to form a data array. The data object preferably comprises an image or video together with a unique identification feature.
Vorzugsweise umfasst die mindestens eine Überwachungsvorrichtung zum Erfassen von Überwachungsdaten eine automatisch, bevorzugt mittels künstlicher Intelligenz, KI, gesteuerte Kamera zur Aufnahme von Bildern oder Videos. Die KI (bzw. ein entsprechender Kl-Chip oder ein System zum maschinellen Lernen) kann insbesondere auf die automatische Erkennung von bestimmten Verhaltensweisen von Tieren trainiert sein. Die Kamera kann dann entsprechend zur situativen Aufnahme von Bildern oder Videos angesteuert werden. Der Energiebedarf für die Kamera wird dadurch minimiert, dass diese Aufnahmen lediglich dann vornimmt, wenn eine durch die KI vorab entsprechend ermittelte Verhaltenssituation auch tatsächlich beobachtet werden kann.Preferably, the at least one monitoring device for capturing monitoring data comprises an automatic, preferably by means of Artificial intelligence (AI) controls a camera for capturing images or videos. The AI (or a corresponding AI chip or machine learning system) can be specifically trained to automatically recognize certain animal behaviors. The camera can then be controlled accordingly to capture images or videos based on the situation. The camera's energy consumption is minimized by only capturing images when a behavioral situation previously determined by the AI can actually be observed.
Im eingangs genannten Anwendungsbeispiel mit den an Geiern befestigten smartTags kann ein Datenobjekt beispielsweise alle verfügbaren Informationen zur einer einzelnen solchen Verhaltenssituation zusammenfassen und bündeln. Konkret könnte ein entsprechendes Datenobjekt somit die genaue Zeit und/oder den Ort als Beispiel für ein eindeutiges Identifizierungsmerkmal, ein Bild der Fundsituation, die durch Klassifizierung mittels Bilderkennung identifizierte Art des Tierkadavers und/oder weitere Umweltdaten wie etwa die Temperatur und die Luftfeuchte umfassen. Weiterhin kann das Datenobjekt auch Daten mehrerer Überwachungsvorrichtungen verbinden bzw. bündeln. Ein entsprechendes kombiniertes Datenarray kann dann u. U. mehrere MB umfassen, wobei der Umfang durch effiziente Komprimierungsalgorithmen an den tatsächlichen Informationsbedarf beim entfernten Empfänger angepasst werden kann. Bei dem Datenobjekt kann es sich jedoch auch lediglich um ein von einer Kamera aufgenommenes Bild oder Video handeln.In the application example mentioned above with the smart tags attached to vultures, a data object can, for example, summarize and bundle all available information on a single such behavioral situation. Specifically, a corresponding data object could thus include the exact time and/or location as an example of a unique identifying feature, an image of the discovery situation, the type of animal carcass identified by classification using image recognition, and/or other environmental data such as temperature and humidity. Furthermore, the data object can also combine or bundle data from multiple monitoring devices. A corresponding combined data array can then potentially comprise several MB, with the size being able to be adapted to the actual information requirements of the remote recipient using efficient compression algorithms. However, the data object can also be simply an image or video recorded by a camera.
Erfindungsgemäß erfolgt anschließend ein Segmentieren des Datenobjekts in mindestens zwei Datensegmente und Verteilen der Datensegmente an die zum Segmentierungszeitpunkt ein Nahbereichsnetzwerk ausbildenden Überwachungsvorrichtungen. Hierzu muss vorab ein entsprechendes Nahbereichsnetzwerk automatisch aufgebaut worden sein und die einzelnen Überwachungsvorrichtungen müssen sich entsprechend als aktive Teilnehmer des Netzwerks identifiziert haben. Dieses Identifizieren kann auch einen Hinweis auf eine möglicherweise eingeschränkte (z. B. geringer Akkustand, eingeschränkte Satellitenverbindung, wenig freier Speicherplatz) oder gänzlich ausgeschlossene (z. B. minimaler Akkustand, keine Satellitenverbindung, kein freier Speicherplatz) Teilnahme am Verfahren geben, so dass diese Hinweise bei der Segmentierung im Rahmen eines Verteilungsplans entsprechend mit berücksichtigt werden können. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ist jedoch vorgesehen, dass zumindest in zwei Datensegmente segmentiert wird und wenigstens ein Datensegment anschließend zumindest an eine weitere Überwachungsvorrichtung zum Übertragen verteilt wird.According to the invention, the data object is then segmented into at least two data segments and the data segments are distributed to the monitoring devices forming a short-range network at the time of segmentation. For this purpose, a corresponding short-range network must have been automatically established beforehand, and the individual monitoring devices must have identified themselves as active participants in the network. This identification can also provide an indication of possibly limited (e.g., low battery level, limited satellite connection, little free storage space) or completely excluded (e.g., minimal battery level, no satellite connection, no free storage space) participation in the method, so that these indications can be taken into account accordingly during segmentation as part of a distribution plan. However, a method according to the invention provides for segmentation into at least two data segments and for at least one data segment to be subsequently distributed to at least one further monitoring device for transmission.
Vorzugsweise kann das Segmentieren des Datenobjekts aufgrund statischer Regeln oder adaptiv aufgrund mindestens eines Merkmals der zum Segmentierungszeitpunkt ein Nahbereichsnetzwerk ausbildenden Überwachungsvorrichtungen erfolgen. Ein statische Regel wäre beispielsweise eine fest vorgegebene Segmentierung des Datenobjekts in eine Anzahl von Datensegmenten entsprechend der Anzahl der zum Segmentierungszeitpunkt ein Nahbereichsnetzwerk ausbildenden Überwachungsvorrichtungen, ohne dass dabei spezifische Eigenheiten der einzelnen Überwachungsvorrichtungen mit berücksichtigt werden. Bei einer adaptiven Segmentierung sollen diese im Gegensatz dazu entsprechend mit berücksichtigt werden können.Preferably, the data object can be segmented based on static rules or adaptively based on at least one feature of the monitoring devices forming a short-range network at the time of segmentation. A static rule would, for example, be a fixed segmentation of the data object into a number of data segments corresponding to the number of monitoring devices forming a short-range network at the time of segmentation, without taking specific characteristics of the individual monitoring devices into account. In contrast, adaptive segmentation should be able to take these characteristics into account accordingly.
Vorzugsweise erfolgt das Segmentieren des Datenobjekts größen- und/oder inhaltsbasiert. Bei einem größenbasierten Segmentieren wird allein die Größe der einzelnen Datensegmente vorgegeben. Beispielsweise könnte eine Vorgabe oder Regel zur größenbasierten Segmentierung beinhalten, dass alle Datensegmente eine einheitliche Größe (z. B. jeweils 10 kB) aufweisen sollen. Bei einer inhaltsbasierten Segmentierung wird hingegen der Inhalt beispielsweise von Bildern bei der Segmentierung mit berücksichtigt. Wird beispielsweise in einem Bild durch Klassifikation und Bilderkennung eine spezielle Art von Tierkadaver identifiziert, so kommt es bei den Bilddaten u. U. auf den Rand des Bildes bzw. die Umgebung des Fundorts nicht an. Diese Bereiche können dann bei der Segmentierung des die Bilddaten enthaltenden Datenobjekts von vornherein ausgenommen oder nur in geringer Bildqualität bzw. Detailschärfe in den Datensegmenten kodiert werden.Preferably, the data object is segmented based on size and/or content. With size-based segmentation, only the size of the individual data segments is specified. For example, a specification or rule for size-based segmentation could include that all data segments should have a uniform size (e.g., 10 kB each). With content-based segmentation, on the other hand, the content of images, for example, is taken into account during segmentation. If, for example, a specific type of animal carcass is identified in an image through classification and image recognition, the edge of the image or the area around the location where it was found may not be important in the image data. These areas can then be excluded from the outset when segmenting the data object containing the image data, or they can only be encoded in the data segments with low image quality or detail.
Das ursprüngliche Datenobjekt wird nach dem erfindungsgemäßen Segmentieren auf mindestens zwei Überwachungsvorrichtungen verteilt. Dies steht im Gegensatz zum Stand der Technik, wo auch die fragmentierten Datenobjekte in nur einer einzigen Überwachungsvorrichtung für eine Fernbereichsdatenübermittlung vorbehalten werden. Hierbei ist zu beachten, dass der Begriff „Segmentierung“ zur Abgrenzung gegenüber dem Begriff „Fragmentierung“ verwendet wird, wobei der Begriff „Segmentierung“ insbesondere inhaltlich breiter verstanden werden soll. Eine Segmentierung soll zwar auch eine einfache Fragmentierung (im Sinne eines einfachen Zerlegens eines Datenobjekts in einzelne Fragmente) umfassen, insbesondere können dabei jedoch auch über eine reine Fragmentierung hinausgehende Methoden angewendet werden. Beispielsweise können die erzeugten Datensegmente mit einer die Datensegmente übergreifenden Fehlerkorrektur ausgestattet werden. Das Datenobjekt kann zur Segmentierung also auch zunächst in einen geeigneten Transportcontainer (z. B. unter Verwendung eines verlustfreien und fehlertoleranten Kompressionsverfahrens) verpackt werden, welcher eine fehlerredundante Zerlegung in einzelne Datenpakete als miteinander verknüpfte Datensegmente ermöglicht. Die einzelnen Datensegmente können dann innerhalb der Überwachungsvorrichtungen zur weiteren Übertragung mittels eines loT-Protokolls auch gemäß den herkömmlichen Übermittlungsverfahren entsprechend dem Stand der Technik einzeln fragmentiert werden. Die erfindungsgemäße Segmentierung betrifft somit vor allem die Verteilung von Datenobjekten in dem Nahbereichsnetzwerk. Das anschließende Übertragen der verteilten Datensegmente durch die einzelnen Überwachungsvorrichtungen an einen entfernten Empfänger kann dann entsprechend dem Stand der Technik oder mit einem beliebigen anderen für die benötigten Anwendungen geeigneten Übertragungsprotokoll erfolgen. Bevorzugt erfolgt die kabellose Fernbereichsdatenkommunikation dabei über eine Satellitenverbindung (Sat) oder ein vorhandenes terrestrisches Telekommunikationsnetzwerk (z. B. GSM, 3G, 4G, 5G, WiFi).The original data object is distributed to at least two monitoring devices after segmentation according to the invention. This is in contrast to the prior art, where even the fragmented data objects are reserved for long-range data transmission in only one monitoring device. It should be noted that the term "segmentation" is used to distinguish it from the term "fragmentation," whereby the term "segmentation" should be understood more broadly in terms of content. While segmentation should also include simple fragmentation (in the sense of simply breaking a data object down into individual fragments), methods that go beyond pure fragmentation can also be applied. For example, the generated data segments can be provided with error correction across the data segments. The data object can therefore also first be placed in a suitable transport container (e.g., using a lossless and fault-tolerant communication device) for segmentation. compression method), which enables error-redundant decomposition into individual data packets as interconnected data segments. The individual data segments can then be individually fragmented within the monitoring devices for further transmission using an IoT protocol, also according to conventional transmission methods according to the state of the art. The segmentation according to the invention thus primarily relates to the distribution of data objects in the short-range network. The subsequent transmission of the distributed data segments by the individual monitoring devices to a remote receiver can then be carried out according to the state of the art or using any other transmission protocol suitable for the required applications. Wireless long-range data communication preferably takes place via a satellite connection (SAT) or an existing terrestrial telecommunications network (e.g., GSM, 3G, 4G, 5G, WiFi).
Vorzugsweise erfolgt das Übertragen der verteilten Datensegmente dezentralisiert durch die einzelnen Überwachungsvorrichtungen auf Basis individueller Kriterien der jeweiligen Überwachungsvorrichtungen. Individuelle Kriterien können beispielsweise ein geringer Ladezustand eines Akkus der Energieversorgung, schlechte Empfangsbedingungen oder ein laufender anderweitiger Überwachungsvorgang sein. Insbesondere können die einzelnen Überwachungsvorrichtungen sich nach dem Empfang der Datensegmente für die Übermittlung an einen entfernten Empfänger wie eine herkömmliche Überwachungsvorrichtung gemäß Stand der Technik verhalten.Preferably, the distributed data segments are transmitted in a decentralized manner by the individual monitoring devices based on individual criteria of the respective monitoring devices. Individual criteria can be, for example, a low charge level of a power supply battery, poor reception conditions, or another ongoing monitoring process. In particular, after receiving the data segments for transmission to a remote receiver, the individual monitoring devices can behave like a conventional monitoring device according to the state of the art.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung von Tieren, umfassend eine Kamera zur Aufnahme von Bildern oder Videos; mindestens einen Sensor zur Aufnahme von Bewegungs- und/oder Umweltdaten; mindestens einen Kl-Chip zur Bild bzw.-Sensordatenverarbeitung; und ein Kommunikationsmodul zur Datenübertragung mittels Nahbereichs- und Fernbereichsdatenkommunikation; wobei die Überwachungsvorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung von Tieren eingerichtet ist.A second aspect of the present invention relates to a monitoring device for monitoring animals, comprising a camera for recording images or videos; at least one sensor for recording movement and/or environmental data; at least one KI chip for image or sensor data processing; and a communication module for data transmission by means of short-range and long-range data communication; wherein the monitoring device is configured to carry out a method according to the invention for monitoring animals.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich unmittelbar aus der obenstehenden Beschreibung des Verfahrens und gelten für die beschriebene Vorrichtung entsprechend.The advantages of the device according to the invention result directly from the above description of the method and apply accordingly to the device described.
Der erfindungsgemäße Lösungsansatz für die eingangs genannte technische Problemstellung basiert somit darauf, dass statt einer herkömmlichen seriellen Übertragung der Daten von einem einzelnen Sender (d. h. von einer zur Ferndatenübertragung eingerichteten Überwachungsvorrichtung) aus, die Datenübertragung unter Zuhilfenahme von anderen kooperativen Sendern in einem lokalen Netzwerk parallelisiert wird.The inventive approach to solving the technical problem mentioned at the outset is therefore based on the fact that instead of a conventional serial transmission of data from a single transmitter (i.e. from a monitoring device set up for remote data transmission), the data transmission is parallelized with the aid of other cooperative transmitters in a local network.
Die Parallelisierung der Datenübertragung soll im Folgenden am praktischen Beispiel mit den mit smartTags (oder auch herkömmlichen Tags ohne Kl-Technologie) als Überwachungsvorrichtung versehenen Geiern verdeutlicht werden.The parallelization of data transmission will be illustrated below using a practical example of vultures equipped with smart tags (or conventional tags without AI technology) as a monitoring device.
Es ist bekannt, dass Geier in losen Schwärmen operieren und sich insbesondere zum Fressen relativ nahe beieinander in einem Abstand von nur wenigen Metern zueinander aufhalten. Dieses Schwarmverhalten kann zur verbesserten Tag-basierten Überwachung der Geier genutzt werden.Vultures are known to operate in loose flocks, staying relatively close to each other, within a few meters, especially for feeding. This flocking behavior can be exploited for improved tag-based monitoring of vultures.
Für das erfindungsgemäße Verfahren sollen zumindest zwei der Vögel in einem solchen Schwarm besendert sein. Diese Sender sollen neben den zur Aufnahme von Überwachungsdaten vorgesehenen Modulen zusätzlich noch ein geeignetes Nahfeldkommunikationsmodul (z. B. Bluetooth) aufweisen, um darüber ein lokales Nahfeldkommunikationsnetzwerk mit den anderen Sendern des Schwarms aufspannen zu können. Hierbei kann es sich insbesondere um ein sogenanntes Ad-Hoc Netzwerk oder genauer um ein Extrem Edge-Netzwerk (EEN) handeln.For the method according to the invention, at least two of the birds in such a flock should be equipped with transmitters. In addition to the modules intended for recording monitoring data, these transmitters should also have a suitable near-field communication module (e.g., Bluetooth) to establish a local near-field communication network with the other transmitters in the flock. This can be, in particular, a so-called ad hoc network or, more precisely, an Extreme Edge Network (EEN).
Einer der Geier (Geier A) kann nun autonom gesteuert ein Bild oder Video aufnehmen, es innerhalb der Überwachungsvorrichtung prozessieren und gegebenenfalls entscheiden, dass das aufgenommenen Bild zu einem entfernten Empfänger übertragen werden soll. Erfindungsgemäß findet diese Übertragung jedoch nicht mehr direkt von diesem Sender aus an einen entsprechenden Satelliten statt, sondern es wird stattdessen ein sogenannter „Kooperativer Backhauling“-Ansatz verwendet. Dabei können insbesondere satellitengestützte loT-Netzwerke zur Ferndatenübertragung genutzt werden.One of the vultures (vulture A) can now autonomously capture an image or video, process it within the surveillance device, and, if necessary, decide whether the captured image should be transmitted to a remote receiver. According to the invention, however, this transmission no longer takes place directly from this transmitter to a corresponding satellite; instead, a so-called "cooperative backhauling" approach is used. Satellite-based IoT networks, in particular, can be used for remote data transmission.
Das von Geier A aufgenommene Bild kann zunächst komprimiert werden. Hierfür können herkömmliche Standard-Bildkompressionsverfahren wie beispielsweise JPG oder HEIC genutzt werden. Der jeweils aktuelle HEIC-Standard ist dabei bevorzugt, da damit typischerweise sehr kleine Dateigrößen möglich sind.The image captured by Vulture A can first be compressed. Conventional standard image compression methods such as JPG or HEIC can be used for this purpose. The current HEIC standard is preferred, as it typically allows for very small file sizes.
Anschließend wird das aufgenommene Bild segmentiert. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine einfache Fragmentierung handeln, d. h. die Gesamtdatei wird in mehrere Dateiteile aufgespaltet. Die Anzahl und Größe der Fragmente kann dabei von der Größe des lokalen Netzwerks (also davon, wie viele Teilnehmer dort sichtbar sind und als aktiv am erfindungsgemäßen Verfahren registriert wurden) und der Performance der einzelnen Tags (z. B. Akku, Sendeleistung, Processing-Power etc.) abhängen.The captured image is then segmented. This can, for example, be a simple fragmentation, meaning the entire file is split into several file parts. The number and size of the fragments can depend on the size of the local network (i.e., how many participants are visible and active). were registered using the method according to the invention) and the performance of the individual tags (e.g. battery, transmission power, processing power, etc.).
Nach erfolgter Segmentierung kann Geier A die einzelnen Datensegmente an die anderen sichtbaren Tags in der Umgebung verteilen. Anschließend kann jeder der anderen Tags ein oder mehrere Datensegmente beispielsweise via einer separaten Satellitenverbindung an einen entfernten Empfänger übertragen. Die Annahme sowie erfolgreiche Übertragung der einzelnen Datensegemente wird dem initiierenden Netzwerkknoten, hier Geier A, bestätigt. Beim entfernten Empfänger können die Datenfragmente dann wieder zur ursprünglichen Datei (Datenobjekt) zusammengesetzt werden.Once segmentation is complete, Vulture A can distribute the individual data segments to the other visible tags in the area. Each of the other tags can then transmit one or more data segments to a remote receiver, for example, via a separate satellite connection. Acceptance and successful transmission of the individual data segments is confirmed to the initiating network node, in this case Vulture A. At the remote receiver, the data fragments can then be reassembled into the original file (data object).
Der Schritt der Fragmentierung und Komprimierung kann auch vertauscht werden. Das würde bedeuten, dass dann erst das Gesamtbild in kleinere Teilbilder aufgeteilt wird und diese dann jeweils für sich komprimiert werden. Diese Variante hat den Vorteil, dass beim Zusammenfügen ein fehlendes Teilpaket genau ein fehlendes Stück im Bild repräsentiert, das restliche Bild aber ohne Probleme angezeigt werden kann. Zusätzlich kann für die einzelnen Datenfragmente noch ein Fehlerschutz- bzw. Fehlerkorrekturverfahren hinzugefügt werden. Beispielsweise können durch eine Prüfsumme oder die Anwendung von Raptor Codes (Fountain Codes) einzelne fehlerhaft übertragene Teilpakete rekonstruiert werden. Bei einer erfindungsgemäßen Segmentierung können diese Schritte in beliebiger Art und Weise miteinander kombiniert werden.The fragmentation and compression steps can also be reversed. This would mean that the entire image is first divided into smaller sub-images, each of which is then compressed separately. This variant has the advantage that when the images are merged, a missing sub-packet represents exactly one missing piece in the image, while the rest of the image can be displayed without any problems. Additionally, an error protection or error correction method can be added for the individual data fragments. For example, a checksum or the application of raptor codes (fountain codes) can be used to reconstruct individual, incorrectly transmitted sub-packets. In a segmentation process according to the invention, these steps can be combined in any way.
Dem entfernten Empfänger muss zum Zusammensetzen bekannt sein (z. B. durch eine entsprechende Indizierung bzw. Markierung der einzelnen Datensegmente bzw. -pakete), dass diese einen Teil einer größeren Datei bzw. eines Datenobjekts darstellen. Auch können alle kooperativen Sender im lokalen Netzwerk bei der Aussendung der einzelnen Datensegmente eine gemeinsame ID bei der Aussendung verwenden. Dem entfernten Empfänger muss somit vorab nicht bekannt sein, unter welchen Sendern die Aufteilung auf die zu übertragenden Fragmente erfolgt ist. Aus Sicht des entfernten Empfängers werden damit alle Fragmente vom „gleichen“ Sender empfangen. Damit gäbe es auch aus Sicht des Empfängers kein Unterschied zu einer seriellen Übertragung durch nur einen Sender gemäß Stand der Technik. Die „spezielle“ ID kann beispielsweise eine gemeinsame Gruppen-ID sein, die ausschließlich für die verteilte Übertragung über mehrere Sender verwendet wird. Für alle anderen Übertragungen kann weiterhin die „normale bzw. eindeutige“ ID der Sender genutzt werden.In order to assemble the data, the remote receiver must know (e.g., by appropriately indexing or marking the individual data segments or packets) that they represent part of a larger file or data object. All cooperative senders in the local network can also use a common ID when transmitting the individual data segments. The remote receiver therefore does not need to know in advance which senders were responsible for dividing the fragments into their respective transmissions. From the remote receiver's perspective, all fragments are received by the "same" sender. From the receiver's perspective, this means there is no difference compared to a serial transmission by just one sender according to the state of the art. The "special" ID can, for example, be a common group ID that is used exclusively for distributed transmission across multiple senders. The "normal" or unique ID of the senders can still be used for all other transmissions.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren bietet gegenüber dem Stand der Technik deutliche Vorteile. Durch die Parallelisierung der Datenübertragung verringert sich deren effektive Latenz. Diese wird weiterhin dadurch verringert, dass die Wahrscheinlichkeit für ein Senden der Datensegmente während eines Satellitenüberflugs ebenfalls steigt. Das Verfahren ermöglich zudem eine robustere, sichere und stabilere Datenübertragung (z. B. im Falle des Ausfalls eines Senders). Bei Verwendung geeigneter Fragmentierungs-/Codierverfahren bzw. eines geeigneten Transportcontainers kann eine fehlertolerante Übertragung ermöglicht werden, bei der zumindest Teile des Datenobjekts trotz auftretender Übertragungsfehler oder bei Paketverlusten immer noch ausgewertet werden können. Schließlich wird die zur Fernbereichsdatenübertragung benötigte Sendeenergie über mehrere Überwachungseinrichtungen verteilt, wobei die Belastung für jede einzelne Überwachungsvorrichtung gegenüber dem Stand der Technik erheblich reduziert wird. Dadurch wird die Lebensdauer einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung gesteigert und vorhandene Akkus zur autarken Energieversorgung müssen nicht so schnell wieder aufgeladen werden.A method according to the invention offers significant advantages over the prior art. Parallelizing data transmission reduces its effective latency. This is further reduced by increasing the probability of data segments being transmitted during a satellite overpass. The method also enables more robust, secure, and stable data transmission (e.g., in the event of a transmitter failure). Using suitable fragmentation/coding methods or a suitable transport container, fault-tolerant transmission can be achieved, allowing at least parts of the data object to be evaluated despite transmission errors or packet loss. Finally, the transmission energy required for long-range data transmission is distributed across multiple monitoring devices, significantly reducing the load on each individual monitoring device compared to the prior art. This increases the service life of a monitoring device according to the invention, and existing batteries for self-sufficient energy supply do not need to be recharged as quickly.
Es folgt ein konkretes Beispielszenario für eine praktische Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. entsprechender Überwachungsvorrichtungen. Das Fallbeispiel soll die vorliegende Erfindung nicht beschränken.The following is a concrete example scenario for a practical application of a method according to the invention or corresponding monitoring devices. This case study is not intended to limit the present invention.
Die Ausgangssituation kann derart sein, dass drei Geier mit Sendern (smartTags) als erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtungen ausgestattet sind, wobei diese Tags u. a. Sensorik zur Bewegungserkennung (Accelerometer), eine Kamera zur Bilderfassung, einen GPS-Empfänger, Bluetooth zur Nahfelddatenkommunikation und einen mioty-Sender zur direkten Kommunikation mit einem Satellitennetzwerk umfassen. Zur Auswertung der Daten wird ein Kl-Prozessor und ein Mikrocontroller genutzt.The initial situation can be such that three vultures are equipped with transmitters (smart tags) as surveillance devices according to the invention. These tags include, among other things, sensors for motion detection (accelerometers), a camera for image capture, a GPS receiver, Bluetooth for near-field data communication, and a mioty transmitter for direct communication with a satellite network. A microprocessor and a microcontroller are used to evaluate the data.
Bei dieser Ausgangssituation könnte dann insbesondere folgendes Szenario auftreten: Die Geier finden einen größeren Tierkadaver und lassen sich zum Fressen nieder. Die Kl-Prozessoren erkennen, dass die Geier fressen und lösen die Aufnahme eines Bildes mit einer oder mehreren Kameras aus. Die Bilder können dann zunächst lokal zusammen mit der GPS-Position in einem nicht-flüchtigen Speicher auf den einzelnen smartTags gespeichert werden. Im Hintergrund wird ein Ad-Hoc-Kommunikationsnetzwerk mittels Bluetooth zwischen den Tags aufgebaut. Hierüber können dann Informationen zum Status der einzelnen smartTags jedem Teilnehmer des Netzwerks mitgeteilt werden (z. B. Batteriestand, aktuelle Auslastung bzw. Bereitschaft andere Aufgaben auszuführen).Given this initial situation, the following scenario could occur: The vultures find a large animal carcass and settle down to feed. The AI processors detect that the vultures are feeding and trigger the capture of an image with one or more cameras. The images can then be stored locally, along with the GPS position, in non-volatile memory on the individual smartTags. In the background, an ad hoc communication network is established between the tags using Bluetooth. This can then be used to communicate information about the status of the individual smartTags to each participant in the network (e.g., battery level, current utilization, or availability to perform other tasks).
Die geschossenen Bilder werden anschließend von der KI ausgewertet. Die Auswertung ergibt beispielsweise bei einem Tag „Zebra“ und bei dem anderen „Springbock“ als Kadaverklassifizierung. Beim dritten Tag ist die Klassifizierung jedoch nicht erfolgreich. Daher soll dieses Bild an einen Server zur Auswertung durch Menschen gesendet werden. Aufgrund des bereits erfolgten Datenaustauschs zwischen den Tags „weiß“ Tag 3, dass die anderen beiden Tags ein funktionsfähiges Satellitenmodul zur Verfügung haben und derzeit keine anderen Aufgaben ausführen, also bereit sind, Daten zu übertragen. Tag 3 segmentiert daraufhin die zu sendenden Daten in drei gleich große Teile. Das heißt die Bilddatei wird byteweise verarbeitet und jeweils bei 1/3 und 2/3 der Dateigröße zerteilt (größenbasiertes Segmentieren). Zu den Daten werden noch Metainformationen angehängt: Hierbei kann es sich um einen eindeutiges Identifizierungsmerkmal für das Gesamtpaket und jeweils einen Index, Informationen über Ort und Zeit der Bildaufnahme etc. handeln. Die so vorbereiteten Datensegmente werden an Tag 1 und Tag 2 via Bluetooth übertragen.The captured images are then evaluated by the AI. For example, the evaluation results in a carcass classification of "zebra" for one tag and "springbok" for another. However, the classification of the third tag is unsuccessful. Therefore, this image is to be sent to a server for human evaluation. Due to the data exchange that has already taken place between the tags, Tag 3 "knows" that the other two tags have a functioning satellite module available and are not currently performing any other tasks, meaning they are ready to transmit data. Tag 3 then segments the data to be sent into three equal parts. This means that the image file is processed byte by byte and split at 1/3 and 2/3 of the file size (size-based segmentation). Metadata is also appended to the data: This can be a unique identifier for the entire package and an index, information about the location and time of the image capture, etc. The prepared data segments are transmitted to
Anschließend beginnen alle Tags mit der Datenübertragung via Satellit (dies muss jedoch nicht gleichzeitig und kann insbesondere unabhängig voneinander erfolgen). Nach dem Empfang durch ein Satellitennetzwerk liegen in der Bodenstation eines entfernten Empfängers (Gateway) die einzelnen Datensegmente vor. Aufgrund der Metainformationen können diese vom Server wieder zu einem Gesamtbild bzw. einer Gesamtdatei zusammengesetzt werden und zur weiteren Auswertung bereitgestellt werden.All tags then begin transmitting data via satellite (this does not have to happen simultaneously, and can, in particular, occur independently of one another). After reception by a satellite network, the individual data segments are available at the ground station of a remote receiver (gateway). Based on the metadata, the server can reassemble these data segments into an overall image or file and make them available for further analysis.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention result from the features mentioned in the subclaims.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application can be advantageously combined with one another, unless otherwise stated in individual cases.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnung erläutert. Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines Verfahren zur Überwachung von Tieren gemäß Stand der Technik, -
2 eine schematische Darstellung zur Segmentierung und Verteilung eines beispielhaften Datenobjekts bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung von Tieren, -
3 eine schematische Darstellung zur Übertragen der Datensegmente eines beispielhaften Datenobjekts bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung von Tieren, und -
4 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung.
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1 a schematic representation of a method for monitoring animals according to the state of the art, -
2 a schematic representation of the segmentation and distribution of an exemplary data object in a method according to the invention for monitoring animals, -
3 a schematic representation for transmitting the data segments of an exemplary data object in a method according to the invention for monitoring animals, and -
4 a schematic representation of an exemplary embodiment of a monitoring device according to the invention.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Wie eingangs zum Stand der Technik bereits beschrieben, besteht hierbei der Nachteil, dass die verwendeten Übertragungsprotokolle zur Übermittlung großer Datenmengen, wie sie typischerweise bei Bildübertragungen erforderlich sind, nicht geeignet sind und daher eine Fragmentierung des Datenobjekts zur seriellen Übertragung in einzelne Datenpakete vorgenommen werden muss. Die Übertragung der Fragmente ist jedoch aufgrund der typischerweise geringen Übertragungsraten sehr zeitaufwendig und fehleranfällig. Zudem wird für die Übertragung viel Energie benötigt, welche aufgrund der autarken Energieversorgung der Überwachungsvorrichtung 10 nur in begrenztem Umfang zur Verfügung steht. Im Falle geringer Energiereserven muss unter Umständen zunächst ein Aufladen des Akkus der Überwachungsvorrichtung 10 über eine Solarzelle abgewartet werden. Zudem kann es zu weiteren Verzögerungen bei der Übertragung durch eine schlechte oder nicht vorhandene Kommunikationsverbindung mit dem Satelliten 60 kommen.As already described at the beginning of the prior art, this has the disadvantage that the transmission protocols used are not suitable for transmitting large amounts of data, as is typically required for image transmissions, and therefore the data object must be fragmented into individual data packets for serial transmission. However, due to the typically low transmission rates, the transmission of the fragments is very time-consuming and error-prone. In addition, a lot of energy is required for the transmission, which is only available to a limited extent due to the autonomous energy supply of the
Bei den Tieren 1, 2, 3, 4 soll es sich beispielsweise um Geier eines gemeinsamen Schwarms handeln. Die Überwachungsvorrichtungen 10, 20, 30, 40 können allerdings auch artenübergreifend an unterschiedlichen Tieren befestigt werden. Das gezeigte Nahbereichsnetzwerk LN wird bevorzugt mittels Bluetooth-Verbindung aufgebaut.For example,
Bei dem Datenobjekt DO handelt es sich beispielsweise um ein Bild zusammen mit einem eindeutigen Identifizierungsmerkmal DOI. Das Bild in der Figur soll einen totes Tier zeigen, welchem sich die überwachten Geier zum Fressen nähern. Bei einem eindeutigen Identifizierungsmerkmal DOI kann es sich beispielsweise um den Aufnahmezeitpunkt, den Aufnahmeort (GPS-Koordinaten), eine Bildnummer oder Kombination daraus handeln.For example, the DO data object is an image together with a unique identifier (DOI). The image in the figure is supposed to show a dead animal that the monitored vultures are approaching to feed on. A unique identifier (DOI) can be, for example, the time of capture, the location (GPS coordinates), an image number, or a combination thereof.
Das Segmentieren des Datenobjekts DO kann aufgrund statischer Regeln oder adaptiv aufgrund mindestens eines Merkmals der zum Segmentierungszeitpunkt das gezeigte Nahbereichsnetzwerk LN ausbildenden Überwachungsvorrichtungen 10, 20, 30, 40 erfolgen. Eine statische Regel kann beispielsweise darin bestehen, das Datenobjekt zur Segmentierung durch die Anzahl (bzw. ein ganzzahliges Vielfaches davon) der zum Segmentierungszeitpunkt das Nahbereichsnetzwerk LN ausbildenden Überwachungsvorrichtungen 10, 20, 30, 40 zu teilen. Jede Überwachungsvorrichtung 10, 20, 30, 40 kann dann jeweils zur Übermittlung gleich großer Pakete von Datensegmenten vorgesehen sein. Eine adaptive Segmentierung aufgrund mindestens eines Merkmals setzt zunächst einmal die Kenntnis des entsprechenden Merkmals der Überwachungsvorrichtungen 10, 20, 30, 40 voraus. Beispielsweise kann das Merkmal den Ladezustand des Akkus der einzelnen Überwachungsvorrichtungen 10, 20, 30, 40 umfassen. Davon ausgehend, dass die Übertragungsbedingungen für alle Überwachungsvorrichtungen 10, 20, 30, 40 bei einem Schwarm in etwa gleich sind, kann es dann sinnvoll sein, eine Segmentierung derart vorzunehmen, dass für eine Überwachungsvorrichtung 10, 20, 30, 40 mit hohem Ladezustand des Akkus mehr Datenpakte vorgesehen werden als für eine Überwachungsvorrichtung 10, 20, 30, 40 mit nur noch geringem Ladezustand des Akkus. Insofern kann der Übertragungsaufwand bei einer adaptiven Anpassung der Segmentierung optimal an die vorhanden Ressourcen angepasst werden.The segmentation of the data object DO can be performed based on static rules or adaptively based on at least one feature of the
Das Segmentieren des Datenobjekts DO kann insbesondere größen- und/oder inhaltsbasiert erfolgt. Inhaltsbasiert bedeutet dabei, dass etwa aufgrund einer vorhergehenden Bildanalyse zur Klassifizierung beispielweise eine Gewichtung der einzelnen Bildteile vorgenommen werden kann, so dass die besonders relevanten Bildteile (z. B. die den Tierkadaver zeigenden) bevorzugt segmentiert werden, so dass durch Einfügen einer zusätzlichen Redundanz oder einer optimalen Informationsverteilung einer Erhöhung der Übertragungssicherheit erreicht werden kann.The segmentation of the DO data object can be performed, in particular, based on size and/or content. Content-based means that, for example, based on a previous image analysis for classification, individual image parts can be weighted so that the particularly relevant image parts (e.g., those showing the animal carcass) are preferentially segmented. This allows for increased transmission reliability by adding additional redundancy or optimal information distribution.
Vorzugsweise erfolgt das Übertragen der verteilten Datensegmente DO1, DO2, DO3, DO4 dezentralisiert durch die einzelnen Überwachungsvorrichtungen 10, 20, 30, 40 auf Basis individueller Kriterien der jeweiligen Überwachungsvorrichtungen 10, 20, 30, 40. Dies bedeutet, dass nach dem Übermitteln der Datensegmente DO1, DO2, DO3, DO4 an die einzelnen Überwachungsvorrichtungen 10, 20, 30, 40 diese selbständig das Übertragen der erhaltenen Datensegmente DO1, DO2, DO3, DO4 an den entfernten Empfänger 70 mittels kabelloser Fernbereichsdatenkommunikation übernehmen können. Insbesondere können diese beispielsweise aufgrund eines geringen Ladezustandes eines zur Energieversorgung vorhandenen Akkus zunächst ein Wiederaufladen des Akkus über eine optionale Solarzelle abwarten.Preferably, the transmission of the distributed data segments DO1, DO2, DO3, DO4 is carried out in a decentralized manner by the
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- erstes Tierfirst animal
- 22
- zweites Tiersecond animal
- 33
- drittes Tierthird animal
- 44
- viertes Tierfourth animal
- 10, 20, 30, 4010, 20, 30, 40
- Überwachungsvorrichtungmonitoring device
- 12, 22, 32, 4212, 22, 32, 42
- Kameracamera
- 14, 24, 34, 4414, 24, 34, 44
- Sensor (z. B. GPS, Lage- oder Beschleunigungssensor)Sensor (e.g. GPS, position or acceleration sensor)
- 16, 26, 36, 4616, 26, 36, 46
- KI-ChipAI chip
- 18, 28, 38, 4818, 28, 38, 48
- Kommunikationsmodul (z. B. Bluetooth, WiFi, Satellit)Communication module (e.g. Bluetooth, WiFi, satellite)
- 1919
- Solarzellen bzw. Energieversorgung (z. B. Akku)Solar cells or energy supply (e.g. battery)
- 6060
- SatellitenSatellites
- 7070
- entfernter Empfängerremote recipient
- LNLN
- lokales Netzwerklocal network
- DODO
- Datenobjekt (engl. „data object“)Data object
- DO1, DO2, DO3, DO4DO1, DO2, DO3, DO4
- Datensegmente (engl. „data segment“)Data segments
- DOIDOI
- Identifizierungsmerkmal (engl. „data object identifier“)Identification feature (“data object identifier”)
Claims (10)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102023125817.6A DE102023125817A1 (en) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | Method and device for electronic animal monitoring |
Applications Claiming Priority (1)
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| US20150373951A1 (en) * | 2014-06-26 | 2015-12-31 | Ridogulous Labs Inc. | Data-acquiring and reporting animal collar |
-
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| Title |
|---|
| FRAUENHOFER INSTITUTE FOR INTEGRATED CIRCUITS IIS: MiotyTM – physical layer technology : telegram splitting as a game changing technology for the future of LPWAN. Auflage 2. Erlangen, 2018. 68 S. – Firmenschrift. URL: https://www.iis.fraunhofer.de/content/dam/iis/de/img/Forschungsfelder/LV/VernetzungundIdentifikation/Technologien/mioty/Mioty-PhysicalLayerTechnology_rev1_final.pdf [abgerufen am 03.05.2024] * |
| LEIBNIZ-INSTITUT FÜR ZOO- UND WILDTIERFORSCHUNG: Jungfernflug im Tierpark Berlin: neuartige Tiersender mit Kamera und KI sind Frühwarnsystem für Umweltveränderungen. 13.09.2022. URL: https://www.izw-berlin.de/de/pressemitteilung/jungfernflug-im-tierpark-berlin-neuartige-tiersender-mit-kamera-und-ki-sind-fruehwarnsystem-fuer-umweltveraenderungen.html [abgerufen am 02.05.2024] * |
| WIKIPEDIA: Telegram splitting multiple access. Stand vom 26.03.2022 URL: https://de.wikipedia.org/wiki/Telegram_Splitting_Multiple_Access [abgerufen am 02.05.2024] * |
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