Interaktives Gebäudeleit- und Infotainmentsystem

RFID geht neue "Wege"

Ein kleiner RFID-Chip im praktischen Scheckkartenformat mit den passenden Lesegeräten an Schlüsselpositionen im Gebäude und einige Displays reichen aus, um auch im schlimmsten Labyrinth den Ausweg zu finden.

Dass Satelliten Autos über Straßen und Fußgänger durch Städte führen, ist Stand der Technik. Sobald wir jedoch in Gebäude kommen, wo der Kontakt zum Satelliten abreißt, stoßen diese Systeme an ihre Grenzen. Wer dennoch auf kürzestem Weg in einem unbekannten Gebäude sein Ziel finden will oder innerhalb weniger Stunden eine Messe oder ein Museum speziell nach seinen Intentionen erkunden möchte und zusätzlich noch individuelle Infos zu Exponaten oder aktuelle Nachrichten wünscht, benötigt Hilfe. Die Professur Technische Informatik entwickelte hierfür einen innovativen Lösungsansatz auf Basis der RFID-Technologie, welcher die Nachteile bisheriger Systeme umgeht und auf einfache Weise angewendet werden kann. Detaillierte Einblicke in das System wurden erstmals zur diesjährigen CeBIT Messe 2009 in Hannover vorgestellt.

Im Rahmen des Chemnitzer Unix-Stammtisches (in Kooperation mit der GI Regionalgruppe Chemnitz) erfolgte nun eine ausführliche Präsentation der verwendeten Hard- und Softwarekompententen sowie der umgesetzten Funktionen und den zu lösenden Problemen.

Das Indoor-Navigationssystem basiert ausschließlich auf der RFID-Technologie sowie auf herkömmlichen Hardwarekomponenten und dem freien Betriebssystem Linux. Die Idee ist trivial: statt aufwändige und teure Ortungsgeräte an die Nutzer zu verteilen, werden an spezifischen Schlüsselpositionen im Gebäudegrundriss RFID-Tore und Visualisierungsgeräte installiert. Die Nutzer des Systems erhalten nur noch handelsübliche, passive RFID-Tags. Diese benötigen keine eigene Energie-versorgung, sind robust und sehr preiswert. Die Tags werden an den Toren identifiziert. Das Indoor-Navigationssystem basiert ausschließlich auf der RFID-Technologie sowie auf herkömmlichen Hardwarekomponenten und dem freien Betriebssystem Linux. Die Idee ist trivial : statt aufwändige und teure Ortungsgeräte an die Nutzer zu verteilen, werden an spezifischen Schlüsselpositionen im Gebäudegrundriss RFID-Tore und Visualisierungsgeräte installiert. Die Nutzer des Systems erhalten nur noch handelsübliche, passive RFID-Tags. Diese benötigen keine eigene Energie-versorgung, sind robust und sehr preiswert. Die Tags werden an den Toren identifiziert. Die softwareseitige Auswertung der Ereignisse erstellt die Relation zum zugehörigen Nutzer. Die Softwareplattform kann auf Basis dieser Informationen Personen und Objekte schnell und einfach lokalisieren. Datenschutzprobleme treten dabei nicht auf, da zwar eine Personenverfolgung grundsätzlich möglich wäre, aber für die Funktionalität nicht notwendig ist und folglich auch nicht durchgeführt wird. Es werden ausschließlich die beiden letzten Leseereignisse jedes Nutzers benötigt um auf dieser Basis Standort und Bewegungsrichtung definieren zu können. In Kombination mit berührungsempfindlichen Displays oder vorhandenen Info-Terminals sind nun intelligente und vor allem interaktive Gebäudeleitsysteme realisierbar.

Die zentrale Managementeinheit kann hierbei die Displays personenbezogen, selektiv räumlich begrenzt oder auch global ansteuern und relevante Informationen für den gewählten Bestimmungsort oder den Tourenvorschlag visualisieren. Durch die Interaktion mit den Displays sind Änderungen des Zielortes durch den Nutzer jederzeit möglich. Auch mobile Endgeräte wie PDAs oder Smartphones können in das System problemlos integriert werden und bieten den Nutzern zusätzlichen Komfort. Mit deren Hilfe ist darüber hinaus eine individualisierte Abfrage von zusätzlichen Informations- und Entertainmentdiensten möglich.

Noch ist es ein Demonstrator: Mit Hilfe von RFID-Tags im Kreditkartenformat gelingt die Indoor-Navigation. Berührungsempfindliche Türdisplays unterstützen die Orientierung in Gebäuden. Sie sollen künftig neben der Rauminformation auch personenbezogene Informationen wie Begrüßungstexte digitale Wegweiser oder Raumbelegungen anzeigen.

Das System ist dabei nicht auf die exklusive Nutzung durch einen einzelnen Nutzer beschränkt. Die RFID-Technologie ermöglicht das gleichzeitige und zuverlässige Erfassen mehrerer Ereignisse. In Verbindung mit den entsprechenden Softwarekomponenten ist die parallele Verarbeitung und Navigation einer Vielzahl von Nutzern problemlos realisierbar. Im Zuge einer möglichen Ausweitung des Projektes auf die gesamte Universität würde der Nutzung durch über 10.000 Studenten sowie unzähligen Mitarbeitern und Professoren an der TU Chemnitz nichts im Wege stehen. Die bereits vorhandenen Studenten- und Mitarbeiterausweise im Scheckkartenformat ließen sich dabei optional um die RFID-Technologie erweitern, wodurch der RDIF-Tag noch nicht einmal den Platz in der Hosen- oder Handtasche zusätzlich behindern würde. Auch die Verfügbarkeit mobiler Endgeräte in Form von Mobiltelefonen wäre in jedem Fall sichergestellt, wodurch ein Großteil aller Nutzer sowohl die Navigation als auch eine breite Fülle personalisierter Zusatzdienste nutzen könnte. Die so zur Verfügung gestellten, zusätzlichen Funktionalitäten können in jedem Fall freiwillig und optional genutzt werden. Jeder Anwender kann folglich selbst entscheiden, ob der RFID-Tag in den Universitätsausweisen integriert bzw. aktiviert werden soll. Auch bei einem eventuellen Verlust müssen keine Ängste aufkommen, da der RFID-Tag außer einer dem System bekannten ID keine sensiblen Nutzerdaten enthält.

Ziel war es, vorhandene Technologien für neue Anwendungsgebiete nutzbar zu machen. Durch die Kombination aus handelsüblichen Hardwarekomponenten und innovativen Softwarelösungen ergeben sich ständig neue Ideen und Ansatzpunkte. Die RFID-Technologie bietet trotz vieler Negativ-Schlagzeilen und datenschutzrechtlicher Bedenken enormes Potenzial und die benötigte Hardware ist zunehmend günstiger verfügbar.

Neben dem vorgestellten CeBIT-Demonstrator durchläuft auch das bereits installierte RFID-System der TU Chemnitz seine ersten Testläufe. Im Hauptgebäude der TU Chemnitz wurden mehrere Büros mit berührungsempfindlichen Displays ausgerüstet und erste RFID-Tore installiert. Zur Navigation sind dabei keine absoluten Positionsangaben notwendig. Angaben zum aktuellen Gebäudeabschnitt, Flur oder der aktuellen Etage reichen aus, um Informationen gezielt an relevante Displays auszugeben und verwertbare Aussagen für eine Navigation bereitzustellen. Zusätzliche Infoterminals können personalisierte Themen von einer Begrüßung bis zu Wunsch-Nachrichten oder den Speiseplan der Mensa darstellen.

Mit der Managementsoftware des interaktiven Gebäudeleit- und Infotainmentsystem werden sämtliche Ausgabegeräte angesteuert und verwaltet, die je nach Bedarf die Informationen selektiv, räumlich begrenzt oder global anzeigen. Hardwareseitig kommt handelsübliche RFIDTechnologie zum Einsatz. Für die Visualisierung und Interaktion wurden berührungsempfindliche Displays unterschiedlicher Dimensionen integriert.

Doch mit den verfügbaren Informationen können nicht nur Personen geleitet werden. Werden Tags auch auf Inventar befestigt, kann das System ohne Mehraufwand für teure Hardware auch zur Inventarisierung und Verhinderung von Diebstählen verwendet werden. An entsprechenden Software-Modulen wird derzeit gearbeitet.

Weitere Anwendungsszenarien sind unter anderem im Katastrophen-Management vorstellbar. Entsprechend ausgerüstete Hardware verfügt hier über zusätzliche, drahtlose Kommunikationsschnittstellen sowie über eine unabhängige Energieversorgung und ist folglich sehr robust gegen äußere Einflüsse und Störungen. Im Falle eines Brandes können beispielsweise mögliche Fluchtwege visualisiert werden. Sind Ausgänge versperrt, reagiert ein solches System schnell und intelligent. In bestimmten Gebäudeteilen eingeschlossene Personen können konkrete Informationen über die Displays ins System einspeisen. Den Einsatzkräften wird ein schnelles und gezieltes Retten ermöglicht. Besonders in großflächigen Bürogebäuden hilft das System Paniken effektiv zu vermieden und dadurch Menschenleben zu retten. Auch in öffentlichen Gebäuden wie Flughäfen oder Bahnhöfen könnten auf dieser Basis völlig neue Dienste zur Verfügung stehen. Senioren oder Menschen mit körperlichen Beeinträchtigungen kann so zum Beispiel bei der Wegfindung schnell und individuell geholfen werden. Da die Installation der Hardware in jedem Gebäude nur einmalig und meist statisch erfolgt, bleiben die Kosten überschaubar und der Wartungsaufwand relativ gering. So könnten beispielsweise neue Anwendungen auf Softwareebene das bereits bestehende System um vielfältige Funktionen erweitern, ohne dabei zusätzliche Kosten für neue Hardwarekomponenten zu verursachen. Die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten des Systems bieten großes Potenzial für zukünftige Forschungen.

Kooperationspartner:

Professur Schaltkreis- und Systementwurf der TU Chemnitz innerhalb des Projektes "Generalisierte Plattform für Sensordatenverarbeitung", das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Programmes InnoProfile gefördert wird.

Siehe auch http://archiv.tu-chemnitz.de/pub/2009/0108/index.html