Tracking und Tracing. Systeme zur Sendungsverfolgung im Einsatz

Inhalt

Tabellenverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 problemstellung und Ziel der Arbeit
1.2 Vorgehensweise

2 Begriffsbestimmung, Einordnung der Arbeit
2.1 Begriffsbestimmung
2.2 Wissenschaftliche Einordnung des Themas

3 Stand der relevanten Techniken/p> 3.1 Allgemein
3.2 Terrestrische Systeme
3.2.1 Allgemeines
3.2.2 Barcode
3.2.3 RFID
3.2.4 Handyortung
3.2.5 Wireless Local Area Network (WLAN)
3.3 Satelliten gestützte Systeme
3.3.1 Arbeitsweise von Satellitennavigation
3.3.2 GpS
3.3.3 Sonstige Satelliten Systeme

4 Anwendungen in der praxis
4.1 Sendungsverfolgung
4.1.1 KEp-Dienstleister
4.1.2 WLAN-Ortung
4.1.3 Lebensmittelbranche
4.2 Telematik
4.2.1 Verkehrsinformationen
4.2.2 Notruf
4.2.3 Mautsysteme
4.3 Sonstige Anwendungsgebiete
4.3.1 Der elektronische Reisepass
4.3.2 Tracking & Tracing von Onlinenutzern
4.3.3 RFID im Einzelhandel

5 Zusammenfassung

6 Quellen

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Übersicht eindimensionaler Barcodes im Handel

Tabelle 2: Übersicht eindimensionaler Barcodes in der Industrie

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Einteilung der Wissenschaften

Abbildung 2: prinzip der Triangulation, eigene Darstellung

Abbildung 3: prinzip der Trilateration, eigene Darstellung

Abbildung 4: Aufbau der EAN

Abbildung 5: Aufbau der EAN

Abbildung 6: Funktionsweise NVE

Abbildung 7: Aufbau eines Barcodes

Abbildung 8: Übersicht Codierungsstrukturen mit Codearten

Abbildung 9: Codablock

Abbildung 10: pDF 417-Barcode

Abbildung 11: DataMatrix als "StampIT", eigene Darstellung

Abbildung 12: MaxiCode

Abbildung 13: Aztec Code auf einem Online Ticket der Deutschen Bahn

Abbildung 14: Color Ultra Code

Abbildung 15: Funktionsweise 4D Barcodes

Abbildung 16: Schematischer Aufbau RFID

Abbildung 17: Zellularer Aufbau des GSM Netzes

Abbildung 18: Cell-Of-Origin-Verfahren

Abbildung 19: Ausnutzung der Feldstärke

Abbildung 20: Anzeige der position bei o2,

Abbildung 21: Informations-SMS an das geortete Handy, eigene Darstellung

Abbildung 22: positionsbestimmung mit 2 Satelliten

Abbildung 23: positionsbestimmung mit 3 Satelliten und Zeitkorrektur

Abbildung 24: Konstellation der GpS-Satelliten

Abbildung 25: Die Satelliten des Galileo Systems

Abbildung 26: Stationen einer Sendung, eigene Darstellung

Abbildung 27: Abfrage des Sendungsstatus bei der Deutschen post

Abbildung 28: positionsbestimmung in Stuttgart Mitte mit Hilfe LOKI 2.0

Abbildung 29: Scannen von Fleischprodukten

Abbildung 30: Ansätze des Car2Car Communication Consortiums

Abbildung 31: Funktionsweise des TMC-Systems, eigene Darstellung

Abbildung 32: Funktionsweise des High Definition Traffic

Abbildung 33: Notruftaste in Mercedes S-Klasse

Abbildung 34: On Bord Unit (OBU)

Abbildung 35: Maut-Kontrollbrücke

Abbildung 36: Funktionsweise des deutschen Maut-Systems

Abbildung 37: Der Deutsche epass

Abbildung 38: Jeder 5. veröffentlicht persönliche Informationen

Abbildung 39: Entwicklung des Marktes für Onlinewerbung

Abbildung 40: personalisierte Werbung auf Google, Screenshot

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

1.1 problemstellung und Ziel der Arbeit

Diese Studienarbeit soll einen Überblick über den Stand der Technik im Bereich Tracking und Tracing geben. Neben aktuellen Technologien (z.B. RFID) werden Anwendungsgebiete des Tracking und Tracing erläutert, in welchen die Technolo- gien zum Einsatz kommen. Hier liegt der Focus gezielt darauf, dem Rezipienten einen breiten Überblick über gänzlich unterschiedliche Anwendungsfelder zu er- möglichen.

1.2 Vorgehensweise

Nachdem die problemstellung sowie das Ziel der vorliegenden Arbeit in Kapitel 1 besprochen wurden, widmet sich Kapitel 2 der Bestimmung der relevan- ten Begrifflichkeiten sowie der wissenschaftlichen Einordnung des Themas.

Im Hauptteil beschäftigt sich diese Studienarbeit zunächst mit dem aktuellen Stand der relevanten Techniken in Kapitel 3, sowie darauf aufbauend mit prakti- schen Anwendungsgebieten für die vorher diskutierten Techniken in Kapitel 4.

In Kapitel 3 wird dabei unterschieden zwischen terrestrischen Systemen, also Systemen, welche auf der Erde ausgeführt werden, und Satelliten gestützten Sys- temen, welche eine entsprechende Hardware im Weltall erforderlich machen. Kapitel 4 hat im Anschluss daran den Anspruch ein möglichst breites portfolio an Anwendungsmöglichkeiten darzustellen und zu erläutern.

Mit der Zusammenfassung in Kapitel 5 schließt die vorliegende Arbeit ab. Die verwendete Literatur ist in Kapitel 6 aufgelistet.

2 Begriffsbestimmung, Einordnung der Arbeit

2.1 Begriffsbestimmung

Der Begriff der Rückverfolgbarkeit ist nach ISO-Norm 9000:2000 definiert. Rück- verfolgbarkeit ist demnach die „Fähigkeit, den Werdegang, die Verwendung oder den Ort des Betrachteten zu verfolgen“. Die Rückverfolgbarkeit eines produktes kann sich beziehen auf

- „die Herkunft von Werkstoffen und Teilen,
- Den Ablauf der Verarbeitung
- Die Verteilung und position des produktes nach der Auslieferung“^[1]

Rückverfolgbarkeit kann generell unterschieden werden in dem produktstrom ab- wärts gerichteter Rückverfolgung (Tracking) sowie dem produktstrom aufwärts gerichteter Rückverfolgbarkeit (Tracing). Tracking stellt dabei die Verfolgung eines produkts vom Vorlieferanten bis hin zum Endkunden dar. Tracing hingegen defi- niert den entgegengesetzten Weg, wenn ein produkt vom Endverbraucher bis hin zum Vorlieferanten zurückverfolgt werden kann.^[2]

Somit bezeichnet „Tracking und Tracing“ ein System zur Sendungsverfolgung, wobei Tracking die Ermittlung des aktuellen Status (Zustand, Ort) bezeichnet. Und Tracing das Bilden einer Sendungshistorie bedeutet, wenn der genaue Sendungs- verlauf ex post mit allen wichtigen Ereignissen rekonstruierbar ist. ^[3]

Dazu werden Ladungseinheiten, z.B. produkte, pakete, paletten oder Container, an ausgewählten punkten im Transportprozess, wie Sammel- und Verteilpunkten, identifiziert. Fehlt eine eindeutige Kennzeichnung auf den Ladungseinheiten müs- sen entsprechende Informationsträger, wie z.B. optische oder elektronische Da- tenträger, zur Identifizierung an den Ladungseinheiten befestigt werden. Durch die erfassten Informationen wird der ursprüngliche Sendungsdatensatz um den ak- tuellen Standort, bzw. Status fortgeschrieben. ^[4]

2.2 Wissenschaftliche Einordnung des Themas

Die vorliegende Arbeit ist keiner eindeutigen Wissenschaft zuzuordnen, sondern stellt einen interdisziplinären Ansatz dar. Sie behandelt Themen aus den Berei- chen Mathematik, physik, Informatik sowie den Ingenieurswissenschaften. Sie behandelt demnach, den Naturwissenschaften untergeordnete Wissenschaften. Die Naturwissenschaften zählen ihrerseits zu den Realwissenschaften, welche wiederum den Einzelwissenschaften angehören. Die Einzelwissenschaften haben im Gegensatz zu den Universalwissenschaften (vor allem Theologie und philoso- phie) einen begrenzten Gegenstandsbereich.^[5]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Einteilung der Wissenschaften ^[6]

3 Standder relevanten Techniken

3.1 Allgemein

Grundlagen der positionsbestimmung

Grundsätzlich gibt es zwei bekannte Grundtechniken um die position eines Ob- jekts zu bestimmen:

Triangulation:

Man setzt die Kenntnis der Koordinaten mindestens zweier punkte (Sender) und die Winkel zwischen ihnen und dem gesuchten punkt (Empfänger) voraus. Somit ist es möglich mit zwei Sendern den Ort des Empfängers auf einer zweidimensio- nalen Karte zu bestimmen. Dafür braucht man allerdings spezielle Antennen mit präziser Richtwirkung um den Winkel zu erfassen. Aus diesem Grund hat sich die zweite Methode zur positionsbestimmung durchgesetzt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: prinzip der Triangulation, eigene Darstellung

Trilateration:

Diese Technik setzt die Kenntnis der Koordinaten von mindestens drei bekannten punkten und die Entfernung zwischen ihnen und dem gesuchten punkt voraus. Im Vergleich zu der Triangulationsmethode brauchen die Antennen keine zusätzliche Ausrüstung. Der Sender sendet ein Signal mit der Information, wo er sich genau befindet, und die genaue Uhrzeit. Ist das Signal beim Empfänger angekommen, vergleicht dieser die beiden Uhrzeiten (wann gesendet / wann angekommen). Aus der Differenz kann er die Entfernung zum Sender berechnen. Hat er diese Daten

von drei Sendern, kann er seine position auf einer zweidimensionalen Karte be- stimmen. Fehler können durch die Ungenauigkeit der Uhren vom Sender / Emp- fänger auftreten. Sie müssen daher bei beiden exakt übereinstimmen.^[7]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: prinzip der Trilateration, eigene Darstellung

3.2 Terrestrische Systeme

3.2.1 Allgemeines

Die Vorstufe einer Identifikation ist das Vorhandensein einer eindeutigen Numme- rierung von Objekten. Sollte eine solche Nummerierung nicht eindeutig sein, so brächte auch die Identifikation keinen Nutzen. Vor allem in Hinsicht auf die in Kapi- tel 3.2.2 zu diskutierenden Barcodes wurde vor diesem Hintergrund das EAN- System geschaffen.

Die größte Verbreitung haben Codierungen, die sich an den Vorgaben der EAN/UCC orientieren. EAN (European Article Number) und UCC (Uniform Code Council) sind zwei Organisationen, welche die Vereinfachung aller Handel- und Transportvorgänge durch Entwicklung und Durchsetzung einheitlicher Nummern- systeme und Identifikationsstandards unterstützen.

Das EAN Identifikationssystem und der EAN Strichcode ermöglichen die elektroni- sche Datenverarbeitung innerhalb der gesamten logistischen Kette. Hersteller und Lieferanten von Konsumartikeln, Handels- und Transporteinheiten verwenden oft

EAN Identifikationsnummern und setzen diese Nummern in maschinenlesbare Strichcodes um.

Barcodes, die auf den EAN Standards basieren, sind eindeutig und überschnei- dungsfrei. Sie können somit auf der ganzen Welt verwendet werden. Der Vorteil gegenüber unternehmensinternen Artikelnummern ist dabei ganz klar die Möglich- keit der Verwendung entlang der gesamten Supply Chain, also zwischen allen, dem Unternehmen vor- bzw. nachgelagerten Unternehmungen.

Die Vergabe der EAN basierenden Kennzahlen erfolgt länderspezifisch durch pri- vatwirtschaftliche Unternehmen. In Deutschland übernimmt die Gesellschaft „Glo- bal Standards 1 Germany“ (GS 1).^[8]

Auf den EAN Standards basieren verschiedene Nummernsysteme. Neben der Internationalen Artikelnummer auch die „Internationale Lokationsnummer“ welche Unternehmen weltweit identifiziert, sowie die „Nummer der Versandeinheit (NVE)“. Auf die Internationale Artikelnummer (EAN) soll kurz eingegangen werden:

Einzelne Artikel werden mir die internationale Artikelnummer mit insgesamt 13 Stellen (EAN-13) verwendet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Aufbau der EAN^[9]

Die ersten beiden Ziffern definieren das Land in dem sich der Hersteller des Arti- kels befindet. Die darauf folgenden fünf bis sieben Ziffern definieren den Herstel- ler. Daran anschließend verbleiben dem Unternehmen weitere drei bis fünf Stellen für die Kennzeichnung der eigenen Artikel. Daraus ergibt sich eine Zahl zwischen

1.000 und 100.000 EAN-Artikelnummern je Unternehmen. Die EAN Nummer en- det mit einer prüfziffer.^[10]

In obigem Beispiel steht 40 für Deutschland, 09993 für BASF und 01020 für eine Videokassette.^[11]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Aufbau der EAN ^[12]

Mit der Nummer der Versandeinheit (NVE) wurde Anfang der 90er Jahre von der GS1-Gemeinschaft eine weltweit überschneidungsfreie 18stellige Identnummer geschaffen, die Versandeinheiten auf ihrem Weg vom Versender bis zum Emp- fänger eindeutig identifiziert.

Sie wird einmalig vergeben und kann lückenlos von allen an der Transportkette Beteiligten für Sendungsübergabe und Sendungsverfolgung genutzt werden. Als anerkannter ISO-Standard (ISO 15459) schafft die NVE die Voraussetzung für gemeinsame Rationalisierung und Optimierung der Transport- und Kommunikati- onsabläufe in der Transportkette.^[13]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6: Funktionsweise NVE ^[14]

3.2.2 Barcode

Der Barcode ist ein weit verbreiteter maschinenlesbarer Informationsträger. Der Strichcode-Datenträger gehört in die Gruppe der opto-elektronischen Informations- träger und ist aufgebaut aus parallelen dunklen Strichen auf hellem Untergrund, wobei die Codierung einer Information durch unterschiedlich breite Striche und/oder Lücken erreicht wird.

Hauptanwendungen für Barcodes sind

- Reduzierung des Zeitaufwandes und Tippfehler bei der Datenerfassung
- Kontrolle und Bestätigung zusätzlicher Datenerfassung
- Vollautomatische Materialflusssteuerung
- Bearbeitung vollständiger Arbeitsprozesse

Vorteile des Barcodes sind hohe Standardisierung, geringe Kosten, hohe Akzep- tanz, gute Integration unmittelbar vor Ort. Nachteile ergeben sich durch die Not- wendigkeit einer direkten Sichtverbindung, Anfälligkeit gegen Verschmutzung und keine Möglichkeit Barcodes zu ändern.^[15]

Erste Versuche mit maschinenlesbaren Strichcodes wurden 1949 unternommen. Durchgesetzt hat sich der Strichcode unter anderem durch den Druck, den die amerikanische Supermarktkette Wal-Mart in den 1970er Jahren auf die produzen- ten ausgeübt hat. Das erste deutsche produkt wurde 1977 in Wuppertal mit einem Strichcode bedruckt.^[16]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: Aufbau eines Barcodes ^[17]

In seiner einfachsten Form besteht der Barcode aus zwei Ruhezonen sowie mehreren unterschiedlich breiten Stri- chen und Lücken, deren Sequenz die verschlüsselte Information beinhaltet. Für diese Sequenz von Strichen und Lücken hat sich der Begriff Strichco- dierung eingebürgert. Optional kommt noch eine Klarschriftzeile hinzu, die die

verschlüsselte Information bei Bedarf auch für den Menschen sichtbar macht.^[18]

Die wichtigsten Kenndaten eines Barcodes sind:

- Modulbreite: Breite des schmalsten Strichs. Sie bestimmt das erforderliche Auflösungsvermögen der einsetzbaren Lesegeräte
- Ruhezonen: Diese helleren Zonen vor und hinter der Codierung dienen der schnellen Auffindbarkeit der Barcodes durch Lesegeräte, insbesondere wenn sich die Barcodes auf Untergründen wie Verpackungsmaterialien be- finden, die optisch ähnliche Strukturgrößen aufweisen, wie die Barcodes selbst.
- Start und Stoppzeichen: Sie sind Erkennungszeichen der Codeart und der Richtung. Da die Barcodes auch um 180° gedreht an der Erfassungsstelle erscheinen können, kann mit Hilfe des Start- und Stoppzeichens die richtige Reihenfolge der Datenzeichen eindeutig erkannt werden.
- Druckverhältnis: Breitenverhältnis der breiten Elemente zur Modulbreite.
- Datenzeichen: Sie enthalten die codierten Informationen. Demgegenüber wird das prüfzeichen nach einem von der Codeart abhängigen, vorge- schriebenen Algorithmus aus den informationstragenden Codezeichen ge- neriert und dient beim Lesen dem Lesegerät zur Erkennung.
- Codelänge: Sie berechnet sich aus den Größen Modulbreite, Druckver- hältnis, Codezeichenzahl n und Breite der beiden Ruhezonen.
- Strichlänge: in der Strichlänge liegt die Redundanz der Codierung. Die Strichlänge richtet sich nach der Verschmutzungsgefahr, der Leseanord- nung und den eingesetzten Lesegeräten.^[19]

Barcodes haben sich im Handel zur Kennzeichnung von Waren seit vielen Jahren bewährt und sind daher auf fast allen Konsumgütern zu finden. Trotz allen Neue- rungen und Entwicklungen auf dem Gebiet der Identifikation hat dieser „low-cost- Datenträger“ mit mehr als 70% auch in industriellen Anwendungsfällen immer noch die größte Verbreitung.^[20]

Im Folgenden soll dem Leser ein Überblick über die Arten der optischen Codie- rung per Barcode gegeben werden. Abbildung 8 stellt diesen graphisch dar.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8: Übersicht Codierungsstrukturen mit Codearten ^[21]

Die verschiedenen Typen von Barcodes wurden zu verschiedenen Zeiten und Zwecken entwickelt, unterschiedlich nach Benutzergruppen und vor allem auch nach den jeweiligen Herstellungsmöglichkeiten. Obwohl auch heute noch die ver- breitetsten Barcodes eindimensional (1-D-Codes) sind, wurden schon Ende der 1980er zweidimensionale (2-D-Codes) entwickelt. Bei 3-D-Codes stellt der Farb- ton, die Farbsättigung oder die Farbhelligkeit die dritte Dimension dar. Forscher der Bauhaus-Universität Weimar haben 2007 4-D-Codes entwickelt, bei denen die vierte Dimension die Zeit ist, d. h. die Codes sind animiert.

[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] 1-dimensionale Codes

Durch ihre weite Verbreitung im Handel decken die eindimensionalen Barcodes über 70% aller Identifikationsaufgaben ab. Dabei wird der EAN-Code in seinen Ausführungen als EAN-8-Code (7 Nutzzeichen, 1 prüfziffer) bzw. EAN-13-Code (12 Nutzzeichen, 1 prüfziffer) insbesondere im Handel verwendet. Der EAN-8

Code kommt nur dann zum Einsatz wenn auf dem Artikel nicht genügend platz für den EAN-13-Code zu Verfügung steht.

In der Industrie werden vor allem der Code interleaved 2 of 5, Code 39 sowie Co- de 128 eingesetzt. ^[22]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Übersicht eindimensionaler Barcodes im Handel ^[23]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2: Übersicht eindimensionaler Barcodes in der Industrie ^[24]

[...]

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^[1] Deutsches Institut für Normung (DIN), 2000, S. 26

^[2] Vgl. Hollmann-Hespos, 2008, S. 6

^[3] Vgl. Klaus,Krieger: Gabler Lexikon Logistik,

^[4] Steckel, B. (2001), S. 66

^[5] Vgl. o.V. (2007a)

^[6] Busch, R. (2007)

^[7] Hoffmann, R. (o. J.), S. 2f

^[8] Jickeli, A. (2006), S. 51ff

^[9] Hempel, T. (2007)

^[10] Hollmann-Hespos, T. (2008), S. 92f

^[11] Hempel, T. (2007)

^[12] GS 1 Germany (o.J.a)

^[13] GS 1 Germany (o.J.b)

^[14] GS 1 Germany (o.J.b)

^[15] Vgl. Martin, H. (2006), S.462

^[16] Vgl. o.V. (2008a)

^[17] Arnold, D. (2002), S 283

^[18] Steckel, B. (2001), S. 83

^[19] Steckel, B. (2001), S. 83f

^[20] Ibidem, S. 82

^[21] Eigene Darstellung, in Anlehnung an Martin, H. (2006), S. 463

^[22] Vgl. Arnold, D (2002), S. C4-32

^[23] Barcodes entnommen aus o.V. (2008a)

^[24] Barcodes mit Änderungen übernommen aus o.V. (2008a)