Aktuell werden für zwei Anwendungsgebiete Lösungen zur RFID-basierten Zeitmessung erarbeitet. Zum einen sind dies für die Zeitmessung von Laufveranstaltungen (Themengebiet 1) und zum andern für Freiwasserveranstaltungen (Themengebiet 2).

 

Themengebiet 1: RFID-basierte Zeitmessung für Laufveranstaltungen allgemein und den Hochschulspendenlauf im Speziellen (UHF)

Bei der Zeitnahme von Laufveranstaltungen - wie beispielsweise dem Spendenlauf - stehen die Organisatoren vor der Herausforderung, für eine große Anzahl an Teilnehmern (einige hundert bis mehrere Tausend) die individuell erzielten Zeiten zu messen und die Ergebnisse möglichst schnell und fehlerfrei zu veröffentlichen. Eine Handzeitnahme oder auch eine Video-basierte Zeitermittlung stößt hier schnell an die Grenzen und die Ergebnisbestimmung ist zudem sehr aufwendig und dauert entsprechend (zu) lange.

Aus diesem Grund werden per RFID-Technik (Radio Frequency IDentification) die Sportler beim Durchlaufen der  Start– und Ziellinie erfasst. Die Sportler tragen hierfür einen sogenannten RFID-Tag, der an ein Lesegerät eine eindeutige Nummer übermittelt - die Tag-ID. Über diese Nummer kann auf den jeweiligen Sportler geschlossen werden.

Bei dieser spannenden RFID-Technik gilt es kommerziell verfügbare Teillösungen (RFID-Reader, RFID-Antennen und RFID-Tags) zu einem Gesamtsystem zusammen zu fügen, das fehlerfrei sämtliche Sportler zuverlässig zu erfassen. Hierbei können auch wie auf dem linken Bild erkennbar sehr viele Sportler gleichzeitig über die Antennen laufen.

Für den Spendenlauf 2019 wurde erstmalig eine eigene Lösung entwickelt. Hierfür wurde eine RFID-Technik im UHF-Bereich (860 MHz - 960 MHz) verwendet. Diese Lösung war noch nicht optimal, da nicht alle Sportler detektiert wurden. Hier gilt es nun bis Februar 2020 eine wesentlich verbesserte Systemlösung zu entwickeln.

 

Hierfür sind folgende Themengebiete zu bearbeiten:

 

Thema 1.1: Analyse von Schwachstellen der aktuellen Lösung und Identifikation sowie Umsetzung von Verbesserungsmöglichkeiten

Bei diesem Thema geht es zum einen darum, die unterschiedlichen Einflussfaktoren für die Tag-Detektion zu analysieren und strukturiert Lösungen für Optimierungen zu erarbeiten. Die Programmierung der Softwareschnittstellen des RFID-Readers ist hier ebenfalls notwendig. Weitere Details werden im persönlichen Gespräch vertieft werden.

 

Thema 1.2: Entwurf und Implementierung einer Systemtest-Vorrichtung zur Tag-Erkennung

In der Praxis können mehrere Sportler gleichzeitig mit einer typischen Laufgeschwindigkeit die RFID-Antennen überqueren. Im Rahmen eines Systemtests muss dies reproduzierbar getestet werden. Hierfür soll in dieser Arbeit eine Möglichkeit entwickelt werden, mit der mehrere Tags gleichzeitig mit einer definierbaren Geschwindigkeit über die Antenne bewegt werden.

Hierfür ist z.B. eine Vorrichtung denkbar, in der über einen Elektromotor ein über Rollen geführtes Seil bewegt wird. An diesem Seil können die Transponder in der gewünschten Konstellation befestigt werden (siehe Bild unten). Die Ansteuerung des Motors kann über einen PC, Raspberry PI oder einen Mikrocontroller erfolgen. Die Geschwindigkeit soll einstellbar sein und nachdem die Tags über das Feld gezogen wurden soll der Motor automatisch stehen bleiben. Bei der Umsetzung ist darauf zu achten, dass Materialien verwendet werden, die die RFID-Empfangstechnik möglichst wenig beeinflussen. Weiter sollen möglichst flexibel unterschiedliche Testszenarien damit umsetzbar sein.

 

Thema 1.3: Weiterentwicklung der Wettkampfdatenverarbeitung

Der Start der Zeitnahme soll über einen einzigen Drücker erfolgen. Die Laufzeit soll automatisch mit weiteren Applikationen synchronisiert werden. Hierfür werden aktuell ein Display und Videokameras zur Aufzeichnung des Start-/Zielbereichs verwendet. Hierfür bieten sich entsprechende Protokolle wie PTP und NTP an. Auch bei der Datenverarbeitung von der Zeitnahme bis in das Wettkampfprotokoll gibt es noch Optimierungsbedarf. Zusätzlich zur Zeitaufnahme ist es denkbar, dass man aus den Videostream der Zielkameras Bilder den Sportlern zuordnet und entsprechend zugreifbar ablegt.

 

Thema 1.4: Darstellung von Ergebnissen in einer WEB-Oberfläche

Die gemessenen Zeiten werden in einer SQL-Datenbank abgelegt. Diese Daten sollen direkt über eine Web-Oberfläche abrufbar sein und die aktuell gemessenen Zeiten sollen in eine Stream - ähnlich wie aktuell bereits auf einem Großdisplay - dargestellt werden. Über die Eingabe einer Startnummer soll es zudem möglich sein, ein Zielfoto dargestellt zu bekommen.

Alternativ zur Eingabe über die Startnummer könnte auch der Transponder an einem Handreader gelesen werden und dann die Daten dargestellt werden.

 

Themengebiet 2: RFID-Zeitmessung für Freiwasser-Schwimmveranstaltungen

Im Gegensatz zum Themengebiet 1 (s.o.) wird hier nicht auf die UHF-RFID-Technik sondern auf die HF-RFID-Technik (13,56 MHz) gesetzt. Außerdem erfolgt hier die Zeitnahme durch Anschlag mit einem RFID-Tag an einer ca. 5m breiten Anschlag-Antenne.

Eine vorhandene Lösung hat sich bereits bei der Zeitmessung für die Norddeutschen Freiwassermeisterschaften 2018 bewährt. Jedoch ist auch hier die Detektionssicherheit von RFID-Tags zu erhöhen. Aktuell wurden hier 2 Antennen mit einer Gesamtabdeckung von ca. 5m Breite und ca. 50cm Höhe realisiert. Die Technik ist in der Projektarbeit von Simon Schäfer dokumentiert.

 

Thema 2.1: Analyse von Schwachstellen der aktuellen Lösung und Identifikation sowie Umsetzung von Verbesserungsmöglichkeiten

Ziel ist es die RFID-Technik weiter zu verbessern. Beispielsweise wäre es auch denkbar mehr als zwei Antennen zu verwenden, die per Splitter operieren. Hierzu sind Vorschläge zu erarbeiten und für das Zielsystem zu bewerten. Auch Systemtest-Messungen mit einer Vorrichtung wie unter Thema 1.2 vorgestellt sollen hier vorgesehen werden.

 

Thema 2.2: Übertragung der Wettkampfdatenverarbeitung aus Themengebiet 1

Die Weiterverarbeitung der gemessenen Zeiten über eine SQL-Datenbank, die Einbindung von Videokameras und die Ergebnisdarstellung auf einem Großdisplay sind Arbeiten, die auch für die Freiwasserschwimmveranstaltungen nutzbar gemacht werden sollen. Anders als bei Laufveranstaltungen trägt hier jeder Sportler 2 Transponder (an jedem Arm einen). Eine individuelle Startzeit durch eine Transponderauslesung gibt es hier nicht. Jedoch können mehrere Rennen zeitversetzt gestartet werden, so dass dann Sportler aus mehreren Rennen gleichzeitig im Wasser sind.

 

Zu allen Themen erfolgt vor Beginn einer Projektarbeit oder einer Abschlussarbeit eine detaillierte Aufgaben– und Aufwandsanalyse. Weitere Details werden dann auch im persönlichen Gespräch besprochen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aktuelle RFID-Themen für Projekte und Abschlussarbeiten

FB Technik / Abt. Elektrotechnik + Informatik / Schwerpunkt Digitaltechnik