NL2005776C2 - Elektronisch lokaliseersysteem. - Google Patents

Description

Titel: Elektronisch lokaliseersysteem

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het in een vooraf bepaald werkgebied elektronisch lokaliseren en volgen van personen, dieren of objecten met behulp van een aantal bij het genoemde werkgebied behorende, van stationaire zend- en ontvanginrichtingen voorziene 5 basisstations en een aantal aan de te lokaliseren personen, dieren of objecten toegevoegde, van zend- en ontvangmiddelen voorziene transponders, waarbij in bedrijf elk basisstation in het werkgebied een referentieveld genereert, dat door de transponders kan worden ontvangen, en waarbij elke transponder is voorzien van middelen om de veldsterkte van 10 door de basisstations gegenereerde referentievelden ter plaatse van de transponder te meten en om een signaal, dat de gemeten veldsterkte representeert samen met een identificatiecode voor de desbetreffende transponder als positiesignaal uit te zenden naar in de basisstations voorziene ontvangmiddelen, De uitvinding heeft tevens betrekking op een 15 elektronische inrichting voor toepassing van de werkwijze.

Lokaliseersystemen zijn in verschillende uitvoeringsvormen bekend. In US 7,395,966 B2 (Parelec Israel) is een stelsel beschreven voor het lokaliseren van koeien in een afgesloten ruimte, waarbij elke koe een transponder draagt. De transponders ontvangen in bedrijf hoogfrequente 20 radiosignalen in de 433 MHz band of de 846 MHz band, die door een stationaire zendantenne worden uitgezonden. In respons op de hoogfrequente radiosignalen zenden de transponders in een vooraf geprogrammeerd tijdinterval een optisch signaal met een vooraf bepaalde lichtkleur uit. Met behulp van videocamera's worden van de afgesloten 25 ruimte met de koeien beelden gemaakt, waarop de verschillende door de transponders uitgezonden lichtsignalen te zien zijn. Met behulp van deze beelden kunnen de individuele koeien op basis van de door hun 2005776 2 transponders uitgezonden optische signalen gelokaliseerd en gevolgd worden.

WO 2008/156416 Al (DeLaval) beschrijft een inrichting voor het bepalen van de positie en het volgen van dieren, zoals koeien, in een 5 boerderij omgeving. Elk dier is voorzien van een transponder, die draadloos signalen kan ontvangen van één van een aantal stationaire basisstations.

De transponders zenden signalen uit, die informatie bevatten over het desbetreffende basisstation, over de identiteit van de transponder (en dus van het dier dat de transponder draagt) en over het zendtijdstip. De door de 10 transponders verzonden signalen worden opgevangen door een stationaire ontvanger. Op basis van deze signalen kan bepaald worden op welk moment een dier zich in een gebied rondom één der basisstations bevond. De zendbereiken van de basisstations zijn kleiner dan de helft van de afstanden tussen de basisstations. Op deze wijze is dus slechts een grove 15 positiebepaling van een dier mogelijk.

Aan de bekende lokaliseersystemen kleven verschillende bezwaren. Zo zijn optische signaleringsmiddelen gevoelig voor vervuiling. Ook is een optische signalering slechts mogelijk, indien de optische signaalbron en de ontvanger van de optische signalen elkaar kunnen "zien". Obstakels zorgen 20 voor reflecties of houden de optische signalen geheel tegen.

Ook voor de gebruikelijk toegepaste hoogfrequente radiosignalen geldt, dat deze door obstakels gereflecteerd en/of tegengehouden worden.

Een van een transponder voorzien dier, dat achter een ander dier of een muurtje o.i.d. staat kan dan niet of niet goed gedetecteerd worden.

25 Uit US 6,686,881 BI (Lu) zijn een werkwijze en inrichting van het in de aanhef beschreven type bekend voor het volgen van bedrijfsmiddelen en/of produkten, waarbij de basisstations magnetische referentievelden genereren, die een volgens een voorafbepaalde modulatie variërende sterkte hebben. De transponders zijn ingericht om een positiesignaal uit te zenden 30 naar de basisstations, zodra de intensiteit van een magnetisch veld ter 3 plaatse van een transponder een voorafbepaald drempelniveau overschrijdt. Het moment waarop het drempelniveau wordt overschreden is een maat voor de afstand tussen een basisstation en de transponder. De basisstations genereren allemaal een magnetisch veld met dezelfde basisfrequentie. Om 5 onderscheid te kunnen maken tussen de verschillende basisstations kunnen deze volgens een multiplexmethode afwisselend aan en uit worden geschakeld. Ook kan, al dan niet in combinatie hiermee, voor elk basisstation een andere modulatiefrequentie worden toegepast. Daarnaast kan gebruik worden gemaakt van meerdere drempelniveaus.

10 US 6,686,881 BI (Lu) beschrijft ook een werkwijze en inrichting, waarbij de basisstations een niet variërend magnetisch veld genereren. In dat geval kunnen de basisstations van elkaar onderscheiden worden, doordat deze afwisselend aan- en uitgeschakeld worden.

Een bezwaar van de in US 6,686,881 BI (Lu) beschreven techniek 15 is, dat deze relatief gecompliceerde elektronica vereist om onderscheid te kunnen maken tussen de verschillende basisstations en dat de veldsterkte-metingen door de transponders onnauwkeurig is in gevallen waarin de transponders verschillende standen ten opzichte van de veldlijnen van de referentievelden kunnen asinnemen.

20 De uitvinding beoogt de geschetste bezwaren te ondervangen en meer in het algemeen een verbeterde, betrouwbaar en nauwkeurig werkende werkwijze en inrichting voor het lokaliseren en volgen van personen, dieren of objecten ter beschikking te stellen.

Hiertoe wordt volgens de uitvinding een werkwijze van de 25 bovenbeschreven soort daardoor gekenmerkt, dat met de basisstations laagfrequente magnetische velden worden uitgezonden met een voor elk basisstation unieke frequentie; dat de ontvangmiddelen van de transponders zijn ingericht om de X-, Y- en Z-componenten van elk der veldfrequenties te ontvangen; en dat de zendmiddelen van de transponders 30 een ultrahoogfrequente (UHF) zender omvatten.

4

Een elektronische lokaliseerinrichting wordt volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt dat de basisstations zijn ingericht om in het werkgebied laagfrequente magnetische velden te genereren met een voor elk basisstation unieke frequentie, en dat de ontvangmiddelen van de 5 transponders zijn ingericht om de X-, Y- en Z-componenten van elk der zendfrequenties te ontvangen.

Opgemerkt wordt, dat met de term "object" in het kader van deze beschrijving alles wordt bedoeld dat geen mens of dier is. Een object kan derhalve bijvoorbeeld een machine of een voertuig zijn, maar ook een 10 (winkel-)artikel of een einder soort voorwerp.

In het volgende wordt de uitvinding nader beschreven met verwijzing naar de bij gevoegde tekening.

Fig. 1 toont schematisch een voorbeeld van een plattegrond van een ruimte waar koeien zich vrij kunnen bewegen; 15 fig. 2 toont een elektrisch blokschema van een voorbeeld van een transponder volgens de uitvinding; fig. 3 toont een elektrisch blokschema van een voorbeeld van een basisstation volgens de uitvinding; fig. 4 toont een elektrisch blokschema van een voorbeeld van een 20 stelsel volgens de uitvinding; fig. 5 illustreert schematisch de wijze waarop een gebruiker een individueel dier in een groep dieren kan opzoeken; en fig. 6 toont schematisch een zijaanzicht van een voorbeeld van een in een basisstation toepasbare zendspoel.

25 Fig. 1 toont schematisch een voorbeeld van een plattegrond van een gebied of ruimte 1 waar dieren, in dit voorbeeld koeien, zich vrij kunnen bewegen. Bij wijze van voorbeeld is bij 2 een koe aangegeven. De ruimte 1 kan een (deel van een) stal of schuur zijn, maar kan ook een buitenterrein zijn. In het getoonde voorbeeld is de ruimte 1 rechthoekig, doch elke 30 willekeurige omtreksvorm is mogelijk. In het voorbeeld van fig. 1 zijn vier 5 van zend-/ontvanginrichtingen voorziene stationaire basisstations 3, 4, 5 en 6 getoond. De basisstations worden ook wel aangeduid als bakens. Voorts draagt de koe 2 een schematisch aangegeven transponder 7.

In het getoonde voorbeeld is de transponder om de hals van de koe 5 bevestigd, doch de uitvinding is onafhankelijk van de gekozen bevestigingsplaats of bevestigingsmethode. Bij een persoon kan de responder bijvoorbeeld in of aan de kleding of een tas worden gedragen of bijvoorbeeld aan de pols. Objecten kunnen op talloze wijzen van een transponder worden voorzien. Volgens de uitvinding zenden de basisstations 10 elk een magnetisch detectieveld, ook wel referentieveld genoemd, uit met een eigen unieke lage frequentie. De gebruikte frequenties zijn zodanig gekozen, dat de ruimte 1 in het zgn. nabije veld ligt. Dergelijke laagfrequente signalen worden, in tegenstelling tot de gebruikelijke hoogfrequente signalen, slechts in geringe mate verzwakt door obstakels en 15 vormen geen storende reflecties. Ook is er geen vrije zichtlijn nodig tussen de basisstations en de transponders. Een koe die in de "schaduw" van een andere koe staat of achter een muurtje o.i.d. kan met laagfrequente signalen toch gedetecteerd worden. In een praktisch uitvoeringsvoorbeeld kunnen de gebruikte frequenties rond de 50 kHz liggen. De respectieve basisstations 3, 20 4, 5, 6 kunnen bijvoorbeeld magnetische velden van 48 kHz, 49 kHz, 50 kHz en 51 kHz uitzenden. In het algemeen zijn op grond van de geldende voorschriften voor toegelaten veldsterktes voor inductieve systemen werkfrequenties in het gebied tussen ± 30 kHz en ± 70 kHz wenselijk.

De transponders 7 zijn voorzien van een ontvanger, die is ingericht 25 om de laagfrequente signalen te ontvangen en de sterkte daarvan te meten. De signaalsterkte is een maat voor de afstand tussen de transponder en de zender. Zodra een transponder drie of meer signalen ontvangt, kan met behulp van bekende wiskundige methoden, zoals bijvoorbeeld trilateratie, eenvoudig de positie van de transponder ten opzichte van de basisstations 30 berekend worden. De transponders zijn voorts voorzien van een UHF- 6 zender, die hoogfrequente signalen uitzendt, die de gemeten veldsterktes representeren. De door de transponders uitgezonden hoogfrequente signalen worden ontvangen door in de basisstations aanwezige UHF-ontvangers. Op basis van deze signalen kan op nog te beschrijven wijze de positie van een 5 transponder worden berekend. Het probleem van blokkering of reflectie van de UHF signalen door obstakels is op hieronder nog te beschrijven wijze ondervangen.

Fig. 2 toont een voorbeeld van een elektrisch blokschema van een transponder 7. De transponder heeft bij voorkeur, en ook in dit voorbeeld 10 drie ontvangkanalen 11,12,13 waarvan de antennespoelen X, Y, Z

loodrecht op elkaar staan. De door de basisstations uitgezonden signalen kunnen daardoor onafhankelijk van de stand van de transponder - en dus onafhankelijk van de houding van de koe — goed ontvangen worden. De ontvangkanalen 11, 12 en 13 zijn verbonden met een 15 signaalverwerkingscircuit 14, dat de signalen van de ontvangkanalen filtert met smalbandige filters overeenkomend met de door de basisstations uitgezonden unieke lage frequenties. De filters kunnen ook in de ontvangkanalen zijn geplaatst.

Van de aldus verkregen X-, Y- en Z-componenten van de 20 zendfrequenties van de basisstations wordt in het signaalverwerkingscircuit 14 de sterkte gemeten. Vervolgens wordt in het signaalverwerkingscircuit 14 voor elk van de ontvangen zendfrequenties uit de X-, Y- en Z-component de absolute waarde van de H-vector, dat wil zeggen van de magnetische veldsterkte behorend bij de desbetreffende zendfrequentie, bepaald. Deze 25 waarde van de H-vector is in tegenstelling tot de waarde van de componenten X, Y en Z onafhankelijk van de stand van de transponder.

Op deze wijze wordt de magnetische veldsterkte H voor elk van de zendfrequenties ter plaatse van de desbetreffende transponder bepaald. De voor een bepaalde frequentie berekende magnetische veldsterkte H ter 30 plaatse van een transponder is een maat voor de afstand van die 7 transponder tot het basisstation, dat de betreffende frequentie uitzendt. Daar elk basisstation een eigen unieke frequentie gebruikt en bovendien elk basisstation een bekende vaste locatie heeft, kan de positie van een transponder berekend worden, zodra het signaalverwerkingscircuit 14 de 5 waarde van de vector H van elk van de door tenminste drie basisstations uitgezonden magnetische velden heeft bepaald.

Een met het signaalverwerkingscircuit 14 verbonden module 15 omvat een besturingsinrichting, zoals bijvoorbeeld een microcontroller, die alle signaalverwerkingsprocessen bestuurt. De microcontroller bestuurt ook 10 een UHF zend/ontvanger 16, die is verbonden met een antenne 17.

De UHF zend/ontvanger 16 zendt onder besturing van de microcontroller o.d. periodiek hoogfrequente signalen, die de veldsterktes ter plaatse van de transponder representeren, samen met een identificatiecode voor de desbetreffende transponder, uit. De desbetreffende 15 positiesignalen worden opgevangen door UHF zend/ontvangers, die in elk van de basisstations aanwezig zijn. De basisstations zijn onderling verbonden. Mogelijke problemen met blokkering en/of reflecties van de hoogfrequente signalen worden ondervangen doordat slechts één van de basisstations een correct UHF signaal van een transponder behoeft te 20 ontvangen. De kans hierop is voldoende groot. Dit signaal wordt gebruikt om de positie van deze transponder te berekenen.

Opgemerkt wordt, dat het op zichzelf bekend is om in RFID (Radio Frequency Identification) systemen de veldsterkte als maat voor de afstand tussen een zender en een ontvanger te gebruiken, zie bijv. EP 1708375 Al 25 (LSI), EP 2 091 003 Al (Toshiba), WO 2010/013215 Al (NXP). Deze bekende systemen bepalen echter uitsluitend de afstand tussen een transponder en een ondervragingseenheid en niet de positie van de transponder.

Ook is het op zichzelf bekend om antennes met meerdere dimensies toe te passen, zoals bijvoorbeeld beschreven in WO 97/07414 (Tetra Laval). 30 Deze bekende meerdimensionale antennes worden echter gebruikt om te 8 bepalen uit welke richting een ontvangen signaal komt en om vervolgens dat gedeelte van de meerdimensionale antenne te gebruiken, dat het beste bij deze richting aansluit.

Fig. 3 toont een voorbeeld van een elektrisch blokschema van een 5 stationair basisstation B volgens de uitvinding overeenkomend met de in fig. 1 aangegeven basisstations. In het getoonde voorbeeld omvat het basisstation B een laagfrequente (LF) zendantenne 21, een LF zender 22 en een centrale besturingsinrichting 23, die bijvoorbeeld een microcontroller kan omvatten. De LF zender 22 genereert een bij het betreffende 10 basisstation behorend laagfrequent signaal, dat bijvoorbeeld in het frequentiegebied rondom 50 kHz kan liggen. Dit signaal wordt door de LF antenne 21 uitgezonden in de ruimte 1. Zoals reeds vermeld behoort bij elk basisstation een individuele zendfrequentie, die afwijkt van de zendfrequenties van de andere basisstations. De LF signalen worden bij 15 voorkeur continu door de basisstations uitgezonden. In beginsel kan dit ook intermitterend geschieden, doch dan is synchronisatie van de basisstations nodig, waardoor het systeem minder eenvoudig en ook trager wordt. Ook dient het signaal gedurende de enige tijd vergende meting in de transponders stabiel te zijn, hetgeen bij intermitterende signalen niet altijd 20 het geval is.

De LF antenne 21 omvat bij voorkeur een in hoofdzaak horizontaal liggende, in hoofdzaak vlakke lusvormige antennespoel 60, die in dit voorbeeld op een voet 61 is geplaatst, zoals schematisch in zijaanzicht getoond in fig. 6. Het magnetische veld H rondom de antennespoel is dan 25 circulair symmetrisch in het horizontale vlak, waar de van een transponder 7a, 7b voorziene koeien lopen. De magnetische veldsterkte is dan alleen afhankelijk van de afstand tot de antenne van het basisstation en niet van bijvoorbeeld de richting van de verbindingslijn tussen een transponder en de zendspoel. In dit horizontale vlak is het magnetische veld steeds verticaal 30 gericht. Op enige afstand van de antennespoel neemt de veldsterkte in het i 9 nabije veld af in evenredigheid met de derde macht van de afstand. Om een werkbare afstand van bijvoorbeeld 50 meter mogelijk te maken, dient daarom aan de antenne een sterk zendsignaal ter beschikking te staan.

Mede doordat een lokaliseersysteem volgens de uitvinding eenvoudig 5 opgeschaald kan worden door basisstations toe te voegen om een groter werkingsgebied te verkrijgen, is een werkzaam bereik van 50 meter per basisstation in de meeste praktische situaties voldoende. In fig. 1 zijn schematisch met onderbroken lijnen mogelijke uitbreidingsgebieden la t/m li van de ruimte 1 aangegeven met enkele bijbehorende basisstations 3’, 4’, 10 5’ en 6’. De toegevoegde basisstations dienen zich van de oorspronkelijke basisstations 3 t/m 6 te onderscheiden door hun eigen unieke laagfrequente zendsignalen. Wel kunnen voor basisstations, die voldoende ver van elkaar verwijderd liggen, desgewenst dezelfde zendfrequentie worden gebruikt.

De centrale besturingsinrichting 23 bestuurt de zender 22 en 15 ontvangt UHF signalen van een UHF zend/ontvanger 25, die is voorzien van een UHF zend-/ontvangantenne 26. De UHF zend/ontvanger 25 ontvangt in bedrijf door de transponders uitgezonden, reeds hiervoor beschreven, UHF signalen, die de veldsterktes ter plaatse van de positie van de transponders representeren en de identificatiecodes van de transponders bevatten.

20 Tussen de transponders en de basisstations bestaat derhalve een UHF-link. Deze ontvangen UHF signalen worden onder besturing van de besturingsinrichting 23 toegevoerd aan een seriële interface 24, waarmee de basisstations onderling zijn gekoppeld. De seriële interface 24 kan bijvoorbeeld de vorm hebben van een zgn. CAN (Controller Area Network) 25 bus.

In het UHF protocol is voorzien in een foutdetectie. Alleen signalen die foutloos door een basisstation worden ontvangen worden gebruikt. Op basis van één van die signalen wordt de positie van de transponder, die het betreffende signaal uitzond, berekend. Hiervoor kan het sterkste signaal 30 gebruikt worden, doch noodzakelijk is dit niet. Het is desgewenst mogelijk 10 een controle uit te voeren door de positie ook nog op basis van één of meer andere foutloos ontvangen signalen te berekenen.

De posities van de transponders kunnen in de basisstations berekend worden of in een centrale computer, zoals bij 40 getoond in 5 Figuur 4.

In het voorgaande is aangenomen, dat de transponders zijn ingericht om van elk der ontvangen magnetische velden de sterkte van drie loodrecht op elkaar staande veldcomponenten X, Y en Z te meten en daaruit de veldsterkte H van het magnetische veld te berekenen. Het is echter ook 10 mogelijk om signalen die de Etfzonderlijke veldcomponenten X, Y en Z representeren via de UHF link naar de basisstations te verzenden en de berekening van de veldsterkte H in de basisstations of een centrale computer uit te voeren.

De basisstations B kunnen via de UHF link ook communiceren met 15 de transponders 7. Daartoe dient de ontvangfunctie van de UHF zend/ontvanger 16 van de transponders. De basisstations kunnen bijvoorbeeld via de UHF link instelsignalen zenden naar de transponders. De instelsignalen kunnen bijvoorbeeld dienen om de periodiciteit te bepalen, waarmee de transponders geactiveerd worden om de veldsterkte op hun 20 positie te bepalen en de daarop betrekking hebbende signalen via de UHF link naar de basisstations te verzenden. In het geval van het lokaliseren en volgen van koeien zou het bijvoorbeeld naar verwachting voldoende kunnen zijn als de transponders een tiental malen per minuut geactiveerd worden.

De UHF link kan desgewenst ook gebruikt worden om nog andere 25 informatie dan op de positie en identiteit van een dier betrekking hebbende informatie te verzenden of om de initiële activering van de transponders te verzorgen. Dergelijke andere informatie kan bijvoorbeeld de aard of gesteldheid van het dier betreffen,

Koeien zijn vaak voorzien van activiteitsdetectors, ook wel 30 stappentellers genoemd, die informatie geven over de beweeglijkheid van de 11 koe. Die informatie maakt het weer mogelijk om conclusies te trekken over de gesteldheid van de koe met betrekking tot gezondheid of tochtigheid. De huidige stappentellers worden gebruikelijk samen met identificatie-informatie van een koe uitgelezen bij het voeren en/of melken van de koe.

5 Dit is echter slechts enkele malen per dag het geval, en dan nog alleen indien daadwerkelijk gemolken wordt en/of krachtvoer wordt verstrekt. Als de hierboven beschreven transponder echter met een stappenteller gecombineerd wordt, is het mogelijk om veel vaker de stappenteller uit te lezen. Bovendien kunnen de stappentellers dan ook gebruikt worden voor 10 dieren die niet gemolken worden en/of die zich niet bij de voerautomaat melden of dieren die geen krachtvoer krijgen, zoals soms bij jongvee het geval is. De informatie van een stappenteller kan samen met op de veldsterktes ter plaatse van de koe betrekking hebbende positiesignalen via de UHF link verzonden worden.

15 Fig. 4 toont schematisch een voorbeeld van een opstelling van een aantal basisstations 3, 4, 5, 6,3' en 4' volgens de uitvinding, die via een seriële verbinding zoals bijvoorbeeld een CAN bus 24 zijn verbonden met een centrale computer 40 met beeldscherm 41. In het door de basisstations bestreken gebied bevinden zich schematisch aangegeven transponders 7a, 20 7b, 7c. Elke transponder kan door de basisstations uitgezonden magnetische velden ontvangen en daaruit op de reeds beschreven wijze de sterkte van de magnetische velden van de afzonderlijke basisstations ter plaatse van de transponder meten, voor zover de transponder zich althans binnen het bereik van de afzonderlijke basisstations bevindt. Signalen, die de sterkte 25 van de magnetische velden van tenminste drie verschillende basisstations representeren zendt de transponder via zijn UHF link draadloos naar alle basisstations die binnen het zendbereik van de UHF zend/ontvanger 16 van de transponder liggen. Deze signalen worden via de seriële verbinding 24 aan de centrale computer 40 toegevoerd. Het meest gerede signaal wordt 30 gebruikt om de positie van de transponder te bereken in een basisstation of 12 in de computer 40. Voor "tracking and tracing" doeleinden wordt dit proces periodiek herhaald. Voor koeien zou de positiebepaling bijvoorbeeld 10 maal per minuut kunnen plaatsvinden. Met behulp van de aldus bepaalde opeenvolgende posities kunnen de verplaatsingen van een koe vastgelegd 5 worden en desgewenst ook grafisch weergegeven worden. Deze informatie geeft een indruk van het activiteitsniveau van de koe. Het activiteitsniveau hangt samen met de gesteldheid van de koe. Verdere informatie kan worden verkregen met behulp van andere sensoren, die aan de drager (persoon, dier of object) gerelateerde parameters kunnen detecteren, en die al dan niet in 10 de transponder geïntegreerd kunnen zijn. Zo kan de transponder bij toepassing voor koeien bijvoorbeeld zijn voorzien van een thermometer, die de temperatuur van de koe meet. Ook kan de transponder zijn voorzien van een stappenteller, zoals reeds hiervoor is beschreven. Dergelijke stappentellers kunnen bijvoorbeeld op zichzelf bekende G-sensoren 15 bevatten, die versnellingsveranderingen meten en zeer energiezuinig zijn. G-sensoren worden al in massa geproduceerd voor toepassingen in camera's e.d. en zijn eenvoudig in een transponder te integreren.

De stappenteller geeft aan of de koe tijdens haar verplaatsingen ook veel heeft bewogen of slechts rustig heeft rondgelopen. De activiteit van 20 de koe blijkt echter ook al indien de positie nauwkeurig wordt gevolgd. Al deze informatie is voor de veehouder van belang en kan desgewenst ook door de transponder via de UHF link worden doorgezonden naar de basisstations en vandaar naar de centrale computer 40.

Indien de veehouder, al dan niet op basis van de via de centrale 25 computer 40 verkregen informatie, een individuele koe nader wil inspecteren, is het van belang om een specifieke koe in een groep koeien te kunnen terugvinden.

Fig. 5 toont schematisch weer een ruimte 1 waarin zich dieren, zoals koeien, bevinden. Als een veehouder 50 een bepaalde koe uit de kudde 30 die zich in de ruimte 1 bevindt wil opzoeken kan hij gebruik maken van een 13 zoekinrichting 51. De zoekinrichting is dan voorzien van een soortgelijke ontvanginrichting en signaalverwerkingsinrichting als de transponders. De zoekinrichting kan zijn ingericht om de eigen positie te berekenen. De zoekinrichting heeft voorts tenminste een UHF ontvanger, via welke door de 5 transponder van de gezochte koe uitgezonden, de gemeten veldsterkte representerende signalen kunnen worden ontvangen, al dan niet via een basisstation. De zoekinrichting kan hieruit de positie van de gezochte koe bepalen. Als alternatief zou de zoekinrichting gebruik kunnen maken van de door een basisstation of de centrale computer berekende positie van de 10 gezochte koe. Op basis van de eigen positie en die van de gezochte koe wordt in de zoekinrichting de afstand tot de koe en ook de richting naar de koe berekend. Dit laatste zou echter ook in de centrale computer plaats kunnen vinden. In dat geval heeft de zoekinrichting 51 ook een UHF zendsectie nodig.

15 Als alternatief kan de zoekinrichting zijn ingericht om slechts de veldsterkte ter plaatse van de zoekinrichting te meten en om daarmee corresponderende positiesignalen uit te zenden. De eigen positie wordt dan in een basisstation of een centrale computer berekend en via de UHF verbinding naar de zoekinrichting gezonden. De afstand tot de koe en de 20 richting naar de koe kunnen dan weer door de zoekinrichting of door een centrale computer berekend worden.

De gebruiker van de zoekinrichting kan door middel van gebruikelijke signalen, bijvoorbeeld door een pijl op een beeldscherm en/of piepjes naar de gezochte koe worden geleid, zoals aangegeven met een pijl 25 52. Fig. 5 toont slechts een door een koe gedragen transponder 7, doch niet de koe zelf. De gebruiker kan in beginsel de gezochte koe herkennen aan het ui terlijk van de koe of bijvoorbeeld aan de op een oormerk en/of een halsband aangebrachte informatie. Het is ook mogelijk om de koe, dan wel de transponder, te voorzien van een activeerbaar signaallampje, zoals een 30 LED-lampje of een andere zicht- en/of hoorbare signaleringsinrichting.

14

Zoals reeds opgemerkt, is een lokaliseermethode resp. —systeem in het algemeen toepasbaar voor het lokaliseren en volgen van dieren, voorwerpen of personen. Bij dieren kan bijvoorbeeld behalve aan koeien ook gedacht worden aan dieren in een dierenpark, aan paarden, varkens etc. Bij 5 voorwerpen kan gedacht worden aan artikelen in een productieproces, maar ook bijvoorbeeld aan koffers in een bagage-afhandelingshal o.d.

Doordat volgens de uitvinding gebruik wordt gemaakt van laagfrequente detectievelden, die met geen of een geringe verzwakking door dieren en mensen heen gaan, en ook makkelijk muren van gebouwen 10 kunnen passeren, indien deze althans niet teveel ijzer of andere ferromagnetische materialen en/of stroomlussen bevatten, is een lokaliseermethode resp. -systeem volgens de uitvinding ook goed toepasbaar binnen gebouwen.

Voor voorwerpen werd al de toepassing in een productieomgeving 15 of een bagage-afhandelingshal o.d. genoemd. Ook personen, die zich in een gebouw bevinden kunnen met een systeem volgens de uitvinding gelokaliseerd worden. Zo kunnen bijvoorbeeld bezoekers van een gebouw een transponder uitgereikt krijgen. Als een bezoeker verdwaald is, kan hij dan gelokaliseerd worden. Ook kan het bijvoorbeeld van belang zijn om 20 personen in een skigebied te kunnen opsporen. In de praktijk blijkt voorts belangstelling te bestaan voor een mogelijkheid om leerlingen te traceren in een schoolgebouw. Ook hierbij is de onderhavige uitvinding toepasbaar.

Bij het lokaliseren van objecten of personen in een gebouw is in tegenstelling tot de situatie in een veehouderij dikwijls sprake van 25 driedimensionale omgeving, waarin de personen of objecten zich op meerdere niveaus kunnen bevinden. In een dergelijke situatie kan elk niveau, bijvoorbeeld elke etage van een gebouw, van een bijbehorend stelsel van basisstations voorzien worden. De basisstations van een etage kunnen ofwel zijn gekoppeld met een specifiek voor die etage werkzame centrale 15 computer of kunnen samen met de basisstations van één of meer of zelfs alle andere etages gekoppeld zijn met een enkele centrale computer.

Indien sprake is van een gebouw met gewapend betonnen verdiepingsvloeren zijn de magnetische velden van een etage in hoofdzaak 5 slechts op die etage werkzaam en is per etage sprake van een tweedimensionale situatie.

In gebouwen waarin de verdiepingsvloeren geen of een geringe afscherming voor magnetische velden vormen, kan een transponder LF signalen ontvangen van basisstations die zich op verschillende etages 10 bevinden. De transponders en de zendspoelen die door de transponders ontvangen LF signalen uitzenden bevinden zich dan niet meer in hoofdzaak in hetzelfde vlak. In dat geval speelt bij de positiebepaling ook de hoek tussen de verbindingslijn van transponder en het centrum van de zendspoel enerzijds en het vlak van de zendspoel anderzijds een rol. De berekening 15 van de positie van een transponder op basis van de gemeten magnetische veldsterkte in een driedimensionale situatie is ingewikkelder dan in het geval van een tweedimensionale situatie. In de driedimensionale ruimte vormen de punten met een constante magnetische veldsterkte in het nabije veld rondom een vlakke zendspoel een soort doughnut-vorm. Bij minimaal 20 vier verschillende zendspoelen ontstaat een eenduidig snijpunt van de verschillende "doughnuts" die elk een gemeten veldsterkte van één van de zenders representeren. Dat snijpunt correspondeert dan met de transponderpositie. Het berekenen van een dergelijk snijpunt kan uitgevoerd worden met behulp van op zichzelf bekende iteratieve procedures 25 uitgaande van een geschatte transponderpositie. Voor de geschatte positie worden de bijbehorende veldsterktes van de verschillende zenders, waarvan de transponder LF signalen heeft ontvangen, berekend.

Op basis van de verschillen met de gemeten veldsterktes wordt een gecorrigeerde schatting van de posities bepaald. Dit wordt herhaald tot het 30 verschil tussen de gemeten veldsterktes en de bij de geschatte positie 16 behorende berekende veldsterktes voldoende klein is. De laatste geschatte positie wordt dan als de werkelijke positie vein de transponder geaccepteerd.

Opgemerkt wordt, dat in een dergelijk systeem de zendspoelen niet, of niet allemaal, horizontaal geplaatst behoeven te zijn, mits de 5 werkelijke oriëntatie maar bekend is.

Opgemerkt wordt voorts, dat bij toepassing van een aantal basisstations met horizontale zendspoelen per etage of niveau, waarbij geen verdiepingsvloeren aanwezig zijn, die een magnetische afscherming vormen, de beschreven driedimensionale berekeningen vermeden kunnen worden 10 door de niveaus virtueel te scheiden. Dit is mogelijk door de transponders in te richten om onderscheid te maken tussen bij verschillende niveaus behorende ondervragingsvelden en om de positieberekeningen uit te voeren op basis van informatie over het desbetreffende niveau en de door uitsluitend bij dat niveau behorende basisstations gegenereerde 15 veldsterktes ter plaatse van een transponder. Informatie over de op elk niveau toegepaste veldfrequenties kan in de transponders zijn opgeslagen.

De transponders, ook wel aangeduid als tags, responders, labels, detectieplaatjes, sensors etc., omvatten zoals uit het voorgaande moge blijken, bevatten actieve circuits, die een voedingsspanning nodig hebben.

20 De voedingsspanning kan door een batterij verschaft worden. Aangezien de transponders niet continu (via de UHF link) behoeven te zenden, is het energieverbruik van de transponders slechts gering. Met de gebruikelijke batterijen is daardoor een werkingsduur van vijfjaar of meer mogelijk.

Opgemerkt wordt, dat na het voorafgaande diverse modificaties 25 voor de deskundige voor de hand liggen. Zo is het desgewenst mogelijk om de positieberekening in de transponders zelf uit te voeren. Hierdoor worden de transponders echter gecompliceerder en minder energiezuinig. Ook zou in dat geval informatie over de posities van de basisstations in de transponders opgeslagen moeten worden of aan de transponders 30 toegezonden moeten worden. Voorts kan de verbinding 24 tussen de 17 basisstations zowel een bedrade als een draadloze verbinding of een combinatie van beide zijn. Deze en andere modificaties worden geacht binnen het kader van de uitvinding als geclaimd in de bijgaande conclusies te vallen.

2005776

Claims (26)

1. Werkwijze voor het in een vooraf bepaald werkgebied elektronisch lokaliseren en volgen van personen, dieren of objecten met behulp van een aantal bij het genoemde werkgebied behorende, van stationaire zend- en opvanginrichtingen voorziene basisstations en een aantal aan de te 5 lokaliseren personen, dieren of objecten toegevoegde, van zend- en ontvangmiddelen voorziene transponders, waarbij in bedrijf elk basisstation in het werkgebied een referentieveld genereert, dat door de transponders kan worden ontvangen, en waarbij elke transponder is voorzien van middelen om de veldsterkte van door de basisstations gegenereerde 10 referentievelden ter plaatse van de transponder te meten en om een signaal, dat de gemeten veldsterkte representeert samen met een identificatiecode voor de desbetreffende transponder als positiesignaal uit te zenden naar in de basisstations voorziene ontvangmiddelen, met het kenmerk, dat met de basisstations laagfrequente magnetische velden worden uitgezonden met 15 een voor elk basisstation unieke frequentie; dat de ontvangmiddelen van de transponders zijn ingericht om de X-, Y- en Z-componenten van elk der veldfrequenties te ontvangen; en dat de zendmiddelen van de transponders een ultrahoogfrequente (UHF) zender omvatten.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat met elkaar 20 verbonden basisstations worden toegepast en dat tenminste één foutloos door de basisstations van een transponder ontvangen positiesignaal wordt gebruikt om de positie van de transponder vast te leggen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het door een transponder uitgezonden positiesignaal de veldsterktes van een aantal 25 magnetische velden ter plaatse van de de transponder representeert en dat de positie van de transponder op basis van deze signalen wordt berekend in een basisstation of in een met de basisstations verbonden centrale computer. 20 0 5 77«

4. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de transponders zijn ingericht om op basis van de gemeten veldsterktes de eigen positie te berekenen, en dat het uitgezonden positiesignaal deze positie representeert.

5. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het werkgebied zich uitstrekt binnen het nabije veld van de toegepaste frequenties van de laagfrequente magnetische velden.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de toegepaste frequenties van de laagfrequente magnetische velden in het gebied tussen in 10 hoofdzaak 30 kHz en 70 kHz, meer in het bijzonder in de buurt van 50 kHz liggen.

7. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het werkgebied een driedimensionale ruimte omvat waarin de personen, dieren of objecten zich op verschillende niveaus kunnen bevinden, 15 en dat de transponders zijn ingericht om de bij basisstations op verschillende niveaus behorende veldsterktes ter plaatse van de transponder te meten en op basis van de gemeten veldsterktes van tenminste vier basisstations een positiesignaal te genereren en via de UHF-zendmiddelen uit te zenden.

8. Werkwijze volgens één der conclusies 1 t/m 6, met het kenmerk, dat het werkgebied een driedimensionale ruimte omvat, waarin de personen, dieren of objecten zich op verschillende niveaus kunnen bevinden, waarbij de niveaus magnetisch of virtueel van elkaar zijn gescheiden, waarbij de basisstations horizontaal georiënteerde zendspoelen hebben, en 25 waarbij transponders zijn toegepast, die op basis van de gemeten veldsterktes van drie of meer basisstations positiesignalen kunnen genereren op basis waarvan de positie op het desbetreffende niveau berekend wordt. o 20

9. Werkwijze volgens conclusie 1 t/m 6, met het kenmerk, dat het werkgebied slechts een enkel niveau heeft waarop de personen, dieren of objecten zich kunnen bevinden.

10. Werkwijze volgens één der conclusies 1 t/m 6, 8 en 9, waarbij de 5 basisstations worden toegepast met horizontaal georiënteerde zendspoelen en transponders worden toegepast met drie loodrecht op elkaar georiënteerde LF antennespoelen voor het ontvangen van drie loodrecht op elkaar staande magnetische veldcomponenten X, Y en Z, waarna op basis van de sterkte van de veldcomponenten X, Y en Z de absolute waarde H van 10 de veldsterkte ter plaatse van de transponder wordt berekend.

11. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies toegepast voor dieren waarbij ten minste een aantal dieren is voorzien van één of meer sensoren, die verdere informatie over de dieren verschaffen, waarbij de transponders zijn ingericht om deze verdere informatie samen met positie- 15 informatie via de hoogfrequente zendmiddelen te verzenden naar de hoogfrequente ontvangmiddelen van de basisstations.

12. Werkwijze volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de transponders zijn voorzien van UHF- ontvangmiddelen, terwijl tenminste een aantal basisstations is voorzien van een UHF- 20 zendinrichting, die wordt gebruikt om ten minste instelsignalen en/of activeringssignalen over te zenden naar de UHF-ontvangmiddelen van een transponder.

13. Inrichting voor het in een vooraf bepaald werkgebied elektronisch lokaliseren en volgen van personen, dieren of objecten omvattend een aantal 25 bij het genoemde werkgebied behorende, van stationaire zend- /ontvanginrichtingen voorziene basisstations, en een aantal aan de te lokaliseren personen, dieren of objecten toegevoegde, van zend- en ontvangmiddelen voorziene transponders, waarbij elk basisstation in bedrijf een magnetisch referentieveld genereert, dat door de transponders kan 30 worden ontvangen, waarbij elke transponder is voorzien van middelen om voor elke door een transponder ontvangen frequentie de veldsterkte van door de basisstations gegenereerde referentievelden ter plaatse van de transponder te meten en om een signaal, dat de gemeten veldsterkte representeert samen met een identificatiecode voor de transponder als 5 positiesignaal uit te zenden naar in de basisstations voorziene ontvangmiddelen, met het kenmerk, dat de basisstations zijn ingericht om in het werkgebied laagfrequente magnetische velden te genereren met een voor elk basisstation unieke frequentie, en dat de ontvangmiddelen van de transponders zijn ingericht om de X-, Y- en Z-componenten van elk der 10 zendfrequenties te ontvangen.

14. Inrichting volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de transponders zijn voorzien van UHF-zendmiddelen en de basisstations zijn voorzien van UHF-ontvangmiddelen en dat de transponders zijn ingericht om de positiesignalen via de UHF-zendmiddelen naar de basisstations te 15 zenden.

15. Inrichting volgens conclusie 13 of 14, met het kenmerk, dat de basisstations met elkaar en met een centrale computer zijn verbonden en dat tenminste één foutloos door de basisstations ontvangen positiesignaal wordt gebruikt om de positie van een transponder te berekenen.

16. Inrichting volgens één der conclusies 13 t/m 15, met het kenmerk, dat de positie van een transponder wordt berekend in een basisstation of in de centrale computer.

17. Inrichting volgens één der conclusies 13 t/m 16, met het kenmerk, dat de transponders zijn voorzien van middelen om de eigen positie te 25 berekenen en dat de positiesignalen de berekende positie representeren.

18. Inrichting volgens één der conclusies 13 t/m 17, met het kenmerk, dat althans een aantal basisstations elk zijn voorzien van een UHF-zendinrichting, die kan communiceren met corresponderende UHF-ontvangmiddelen in de transponders. i

19. Inrichting volgens één der conclusies 13 t/m 18, met het kenmerk, dat de transponders zijn voorzien van driedimensionale ontvangantennes voor het ontvangen van drie loodrecht op elkaar staande componenten van een laagfrequent magnetisch veld, alsmede middelen om uit de drie 5 componenten de absolute waarde van de veldsterkte van het laagfrequente veld ter plaatse van de transponder te berekenen.

20. Inrichting volgens één der conclusies 13 t/m 19, met het kenmerk, dat elke transponder filters bevat met een aantal doorlaatgebieden, welke doorlaatgebieden elk corresponderen met één enkele lage frequentie van de 10 in het werkgebied door de verschillende basisstations uitgezonden unieke frequenties.

21. Inrichting volgens één der conclusies 13 t/m 20, met het kenmerk, dat de basisstations zijn voorzien van in hoofdzaak horizontaal geplaatste en in hoofdzaak vlakke lusvormige zendantennes en dat de transponders 15 een signaalverwerkingsinrichting hebben, die is ingericht om op basis van de absolute waarde van de veldsterkte van tenminste drie laagfrequente magnetische velden met verschillende frequenties de positie van de transponder in de werkruimte te berekenen.

22. Inrichting volgens één der conclusies 13 t/m 21, met het kenmerk, 20 dat de transponders zich in de werkruimte op verschillende niveaus met verschillende hoogten ten opzichte van één of meer van de basisstations kunnen bevinden, en dat de transponders een signaalverwerkingsinrichting hebben, die is ingericht om op basis van de absolute waarde van de veldsterkte van tenminste vier laagfrequente ondervragingsvelden met 25 verschillende frequenties een positiesignaal te genereren en via de UHF-zendmiddelen uit te zenden.

23. Inrichting volgens één der conclusies 13 t/m 22 ingericht voor het lokaliseren van zich op één niveau bevindende van een transponder voorziene personen, dieren of objecten, met het kenmerk, dat de 30 basisstations zijn voorzien van horizontaal georiënteerde laagfrequente zendspoelen en dat elke transponder is voorzien vein een driedimensionale laagfrequente ontvangantenne.

24. Inrichting volgens één der conclusies 13 t/m 23, met het kenmerk, dat tenminste een aantal transponders is voorzien van tenminste één 5 geïntegreerde sensor voor het detecteren van aan de drager van de transponder gerelateerde informatie.

25. Transponder als beschreven in één der conclusies 13 t/m 24 voor toepassing in een werkwijze of inrichting volgens één der voorgaande conclusies.

26. Basisstation als beschreven in één der conclusies 13 t/m 24 voor toepassing in een werkwijze of inrichting volgens één der voorgaande conclusies. 2 0 0 5 7 76