DIMIC ZDENKO (DE)
| 1. | Vorrichtung zur Echtzeitlokalisierung von Personen und/oder einem Spielgerät bei Mannschaftssportarten, gekennzeichnet durch eine Sendeeinrichtung oder mehrere Sendeeinrichtungen (S1... Sn), die einer oder mehreren Personen und/oder dem Spielgerät jeweils zugeordnet ist bzw. sind, dem Spielfeld ortsfest zugeordnete Empfangseinrichtun gen (A... F) zum Empfang der Signale der Sendeeinrich tung bzw. der Sendeeinrichtungen, und eine Auswertungseinheit, die durch eine Analyse der von den Empfangseinrichtungen enthaltenen Signale die Posi tion der Personen und/oder des Spielgeräts bestimmt. |
| 2. | Verfahren zur Echtzeitlokalisierung von Personen und einem Spielgerät bei Mannschaftssportarten, dadurch ge kennzeichnet, dass die Personen und das Spielgerät mit kodierten Hochfrequenzsendern (S1... Sn) versehen und die aktuellen Positionen durch ortsfest im Spielfeldbereich angeordnete und miteinander synchronisierte Ortungsemp fänger (A... F) erfasst und von einem angeschlossenen Rechner berechnet werden. |
| 3. | Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplituden der empfangenen Signalevorzugsweise trägerlos moduliertmiteinander verglichen und aus den Relationen die jeweiligen Positionen berechnet wer den. |
| 4. | Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, dass die Positionsbestimmung durch eine Kreuzpei lung erfolgt, wobei die Empfangsantennen (A... F) schnell rotierend angeordnet und mit einem Absolut oder Inkrementalmesswertgeber gekoppelt sind. |
| 5. | Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, dass die Positionsbestimmung durch eine Kreuzpei lung erfolgt, wobei eine simulierte Rotation der Emnpfangsantenne durch eine gemultiplexte Abfrage eines entsprechend ausgebildeten Antennenarrays erfolgt. |
| 6. | Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich net, dass die Positionsbestimmung gemäß dem Prinzip der Funkortung erfolgt, wobei die Empfangsantennen (A... F) als Kreuzdipole ausgebildet sind und die Position aus dem Verhältnis der Maxima oder Minima berechnet wird. |
| 7. | Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass jeder Sender im Multiplexverfahren kurzzeitig aktiviert wird. |
+ Fußball, + (Feld-) Handball + Hockey Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die zeitlich und räumlich/geometrische Erkennung sowie elektronische Auf- zeichnung und Online-Darstellung der Positionsabfolge jedes Spielers einschließlich des Spielgegenstandes (Ball, Puck etc.).
Eine genaue Erkennung der Positionen der Spieler bzw. des Spielgeräts ist unter mehreren Aspekten nützlich. Zum einen wird eine genaue Spielanalyse zu Trainings-und Dokumentati- onszwecken ermöglicht. Zum anderen können kritische Spiel- entscheidungen, wie z. B. die Anwendung der Absatzregel beim Fußball, wesentlich zuverlässiger entschieden werden, als dies durch Schiedsrichter und Linienrichter möglich wäre.
Bei bekannten Ansätzen zur Erkennung der Positionsabfolge von Spielern werden mittels elektronischer Kameras bewegte Bilder des Spielfeldes-in der Regel aus verschiedenen Per- spektiven-erstellt, aus denen dann mit Methoden der Bild- verarbeitung die genauen Positionen der Spieler und des
Spielgegenstandes analysiert werden. Dabei werden die ein- zelnen Spieler in der Regel anhand verschiedener Unterschei- dungsmerkmale-z. B. der Gesichter oder anhand von Rücken- nummern-voneinander unterschieden. Diese Aufgabe stellt jedoch höchste Anforderungen sowohl an die Bildverarbei- tungshardware als auch an die Software. Trotz großen Auf- wands ist eine zuverlässige Erkennung der einzelnen Positio- nen nicht in allen Situationen möglich, beispielsweise in Zweikampfsituationen oder bei ungünstigen Sichtverhältnissen bedingt durch Witterung oder Rauch von Feuerwerkskörpern in Stadien. Gerade in derartigen Situationen wird jedoch eine zuverlässige Positionsanalyse besonders dringend benötigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart zu ver- bessern, dass mit geringerem Hard-und Softwareaufwand eine zuverlässigere Erkennung erreicht wird.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfah- ren mit den Merkmalen des Patentanspruches 2. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die Echtzeit-Positionserkennung bzw. -ortung der Spielperso- nen erfolgt bevorzugt nach einem speziellen Verfahren, das RFID-und RTLS-Konzepte in geeigneter Weise kombiniert (RFID = Radio Frequency IDentification, RTLS = RealTime Locating System).
Dies erlaubt eine Echtzeit-Funkortung und eine Echtzeit-Ent- fernungsmessung für frei bewegliche Objekte.
Das System ist in der Lage, nach Vorgabe (Spielregeln) be- stimmte Spielsituationen-wie z. B. die Abseitssituation
beim Fußball, Tor-Aus oder Seiten-Aus beim Fußball-selbst- tätig zu erkennen. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn sich das Spielgerät (z. B. der Ball) zum betrachteten Ereig- niszeitpunkt in der Luft (im Flug) befindet.
Das System ist zu jedem Zeitpunkt aufgrund der Kenntnis der exakten Positionen aller Spieler und des Balls und deren Ab- standsvektoren zueinander in der Lage, z. B. beim Fußball- spiel zwischen der passiven und aktiven Abseitssituation zu unterscheiden und entsprechend zu reagieren (passives Ab- seits--> Warnung, aktives Abseits--> Alarm).
Im Rahmen der Erfindung wird das Spielfeld mit einem imagi- nären Koordinatennetz überzogen und damit quasi eine Digita- lisierung des Feldes erreicht.
Ein aufgezeichnetes Spiel kann jederzeit (auch einzel- schrittweise) entlang der Zeitachse wieder abgespielt wer- den, so dass im Sinne der (nachträglichen) Analyse durch Trainer und Mannschaft die interessierenden (spielentschei- denden) Spielzüge betrachtet werden und neue Spielzug- Strategien entwickelt werden können.
Das System dient insbesondere als allgemein anwendbare Trai- ningshilfe bei der Ausbildung von Spielern für Mannschafts- sportarten, insbesondere Fußball, Hockey etc. Es kann beson- ders effizient zur Planung und Erprobung von Spielzügen durch Nachspielen bei direkter Kontrolle bzw. Beobachtung am Spielfeldrand bzw. in der Halle (Trainings-oder Unter- richtsraum) und Vergleich mit dem geplanten Spielzugverlauf eingesetzt werden.
Das System weist gegenüber Kamerasystemen bzw. visuellen Be- obachtungssystemen entscheidende Vorteile auf :
+ Das System ist bei wesentlich geringerem Aufwand we- sentlich genauer als bekannte Kamerasysteme.
+ Die Spielerpositionen werden in der Draufsicht des Spielfeldes, also ohne geometrische Verzerrung, er- faßt und eingeblendet bzw. dargestellt (Darstellung wie beim Training und bei der Planung der Spielzug- strategien üblich).
Es gibt keine (geometrischen) Verzerrungen, wie sie durch die Kamera-oder Standortperspektive bei kame- rabasierten Systemen üblich sind und die zu Fehlin- terpretationen der Spielsituation seitens der Beob- achter (aber auch seitens der mitbewegten Schieds- richter) führen können.
Das System ist funktionsbedingt in viel größerem Maße witterungsunabhägig als Kamerasysteme.
+ Die Positionserkennung ist robust (fehlertolerant) gegenüber Fremdkörpern, die auf dem Spielfeld liegen.
+ Die Objektlokalisierung ist überdies auch bei Flut- lichtspielen mit ausgeprägten Schattenwürfen der Ob- jekte gewährleistet. Eine optisch-visuelle Objektlo- kalisierung ist unter diesen Bedingungen sonst nur mit allergrößtem Aufwand möglich.
+ Die Objektlokalisierung erfolgt auch dann noch kor- rekt, wenn aus Sicht eines Kamerasystems sich Spieler gegenseitig abschatten.
+ Das System ist um Größenordnungen kostengünstiger und damit preiswerter als ein auf Kamerasystemen basie- rendes System zu realisieren.
+ Das System kann sowohl mobil (da selbstkalibrierend hinsichtlich der Spielfeldabmessungen) als auch fest- installiert aufgebaut bzw. betrieben werden.
+ Das System erlaubt eine hohe Fehlertoleranz durch Mehrfachortung/-lokalisierung jedes bewegten Objek- tes und eine spezielle Ausgleichsalgorithmik.
+ Die Sensorik basiert wesentlich auf einer (preiswer- ten) Transponder-Technologie zur Identifikation jedes bewegten Objektes und auf den am Rande des Spielfel- des (ortsfest, z. B. in den Eckfahnenstangen beim Fuß- ballfeld) aufgestellten Ortungsempfängern zur Mikro- wellen-Distanzmessung.
Sichere Objektidentifikation durch eineindeutige ID- Nummerncodierung (Objektadressen).
Simultane Beobachtung von 30 Objekten (Spielern, Schiedsrichter, Linienrichter, Spielgerät) bei einer zeitlichen Auflösung von weniger als 300 Mikrosekun- den pro Objekt und einer räumlich/geometrischen Auflösung von weniger als 0,2 m möglich.
+ Das System umfasst bevorzugt Algorithmen zur Spiel- feld-Konfiguration und automatischen Spielfeldvermes- sung.
+ Das System umfaßt weiterhin bevorzugt Algorithmen zur interaktiven Mannschafts-Konfiguration (Mannschafts- Editor).
+ Das System umfaßt bevorzugt eine Einrichtung zur Er- kennung eines Spielerwechsels (Spieleraustausch bzw.
Spielereinwechselung und dem damit verbunden Tag- Wechsel).
+ Die Objekt-Tags sind bevorzugt als Folientransponder mit integriertem Mikroprozessor und Mikrowellenanten- ne realisiert und können sehr leicht sowohl in die Rückennummer des Spielertrikots wie auch bevorzugt in die Spielschuhe integriert werden.
+ Im Rahmen der Auswertung der Positionsdaten können weiterhin Internetoptionen zur (Online-) Beobachtung realer Spiele für Sportinteressierte vorgesehen sein.
Hierzu kann eine spezielle Browsersoftware zum Down- load und Abspielen von aktuellen und historischen Spielen vorgesehen sein.
+ Weiterhin können die Daten zur Situationseinblendung parallel zum Action-Replay bei Fernsehübertragungen von Mannschaftsspielen eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen bei- spielhaft näher erläutert. Es zeigen : Figur 1 eine Prinzipskizze des Messaufbaus und des Auswer- tungsprinzips ; Figur 2 eine Detaildarstellung einer Empfangseinrichtung gemäß Figur 1 ;
Figur 3 eine Prinzipdarstellung der Rechnerarchitektur ; und Figur 4 eine schematische Darstellung einer alternativen Positionsbestimmungsanordnung.
Anhand von Figur 1 wird nachfolgend die Messanordnung und das Prinzip der Lokalisierungsrechnung (Signalprozessor) am Beispiel eines Fußballfeldes erläutert. An den Positionen der Eckfahnen A, B, C, D eines Fußballfeldes befinden sich vier RFID-Loc-Receiver (vgl. auch Figur 2) ; ein Spieler oder ein Spielobjekt weist jeweils ein RFID-Tag auf. Auf die Si- gnale der RFID-Loc-Receiver strahlt das RFID-Tag eine Ant- wort aus. Aus einer Signalverarbeitung der Antwortsignale (siehe unten) können jeweils die Distanzen ds., bis dsB be- stimmt werden. Die Position des Objektes xs (ti) bzw. vs (ti) zum Zeitpunkt ti berechnet sich darauf basierend wie folgt : dSD2+c2-dSC2<BR> <BR> cos (8) =<BR> <BR> <BR> 2#dSD#c oder auch gleichwertig <BR> <BR> 2. s : =c +dsc +dSD (Umfang) Die Winkelsumme ist 180° und sollte stets überprüft werden.
Die RFID-Tags sind bevorzugt als Folie oder Kunststoffchip (z. B. im halben Scheckkartenformat) bestehend aus einem Mi- krocontrollerchip, RAM und EEPROM sowie HF-/Mikrowellen- Interface und Antenne ausgebildet.
Die Empfängerantennen sind mit sog. RFCs (Receive Station Controllern) verbunden. Diese steuern eine RF-Signalausgabe zur Tag-Anregung und empfangen ein TX-Signal zur Erkennung der Tag-IDs und zur Laufzeitmessung td, mittels derer der Abstand dSA = * td * c zum jeweiligen Tag bestimmt werden kann (td = Laufzeit des Mikrowellensignals, c = Lichtge- schwindigkeit).
Gemäß Figur 3 sind alle RSCs über ein LAN bzw. ein Feldbus- system (z. B. Field Point) mit einem RTLS-Computer (Real Time Locating System) verbunden, der für die Spielfelddarstel- lung, die Darstellung der Spielerpositionen, die Aufzeich- nung und Erkennung spezieller Spielsituationen (z. B. Abseits beim Fußball) zuständig ist. Auf dem RTLS-Computer läuft die eigentliche Applikationssoftware.
Die verschiedenen RSCs können auch zu einem RSC-Cluster zu- sammengefaßt werden. Die Antennen werden dann bevorzugt über einen (Mikrowellen-) Multiplexer mit dem RSC-Cluster verbun- den.
Zur Realisierung eines RSC-Clusters kann z. B. auf ein PXI- System (19"-Einschub-System) zurückgegriffen werden. Auf diese Weise kann auch der RTLS-Computer in das PXI-System integriert werden.
Bis auf die RSCs, die Antennen und die RFID-Tags (die spezi- ell für die Abstandsmessung realisiert werden müssen) können
alle Komponenten auf der Basis von Standardkomponenten rea- lisiert werden.
Die einzelnen RFID-Tags werden individuell im Zeitmultiplex- verfahren angesprochen und die jeweiligen Antworten zur Laufzeitmessung ausgewertet.
Alternativ kann die Lokalisierung der RFID-Tags auch im Raummultiplexverfahren durch Abscannen mittels schnell ro- tierender Empfängerantennen im Kreuzpeilverfahren erfolgen (vgl. Figur 4). Dies hat den Vorteil, dass das Spielfeld ge- wissermaßen von einem Netz von Kreuzpeilpunkten überzogen ist und die Lokalisierung durch einfache Ereignisdetektion erfolgen kann.
Die erforderliche Rotation der Antennen kann entweder durch einen mechanischen Antrieb oder über eine elektronische Si- mulation der Rotation mittels eines gemultiplexten Antennen- arrays bewirkt werden.
Neben der Anordnung der Empfänger in den Eckfahnen können diese auch z. B. im Spielfeld an beliebigen Positionen ver- senkt oder vergraben oder oberhalb des Spielfeldes (z. B. an einer Hallendecke) angeordnet sein.
Next Patent: COMMUNICATIIONS SYSTEM USING MULTIPLE SENSORS AND DATA FUSION