| AMB
Transponders
Laatste
update: 2008-01-01
De
documentatie op deze pagina beschrijft de mogelijkheden van het
gebruik van transponders in combinatie met de MicroClock. In dit
geval betreft het transponders van het fabrikaat AMB ChipX. Er zijn
ook contacten met transponders van ChampionChip, maar deze zijn
nog in het eindstadium van ontwikkeling.
Doelstelling
en context:
Met
de officiele erkenning van de ploegenachtervolging als Olympische
wedstrijd is plotseling een dringende behoefte ontstaan aan alternatieve
tijdmeetapparatuur voor schaatswedstrijden, waarbij de finishregistratie
niet plaats vindt met behulp van optische detectoren. Dit uiteraard,
omdat het met de huidige methode van detectie niet mogelijk is om
eenduidig de finishpassage van de 3e rijder uit een ploeg van 3
of 4 man vast te stellen. Bekend zijn twee alternatieven, 1) gebaseerd
of fotofinish apparatuur en 2) gebaseerd op transponders.
Belangrijk
nadeel van fotofinish apparatuur is dat deze niet realtime werkt
en een nauwkeurige plaatsing van cameraappatuur vereist. Ofschoon
veel automatisering mogelijk is, moet met tussenkomst van een menselijke
interface achteraf de eindtijd worden vastgesteld. Dit proces kan
tegenwoordig veelal binnen 1 of enkele minuten plaatsvinden, maar
dat is niet voldoende voor realtime toepassingen. Voor aansturing
van televisie of een scorebord is realtime finishdetectie een vereiste.
Transponders
leveren wel (semi) realtime tijdinformatie. Minimaal is een betrouwbare
detectie noodzakelijk met een nauwkeurigheid van 10ms (1/100 s.)
of beter. Na een periode van testen en verder ontwikkelen heeft
AMB het ChipX transpondersysteem op de markt. AMB ChipX kan de betrouwbaarheid
en nauwkeurigheid van een optische finishdetector nagenoeg evenaren.
Ten aanzien van het zogenaamde "stepover" probleem is
ChipX superieur aan optische detectie.
AMB
Transponder interface:
In
ETWClock is een volledige interface voor transponders van AMB ChipX
geimplementeerd. Deze interface werkt alleen in combinatie met de
MicroClock en bijbehorende "IJsbaan bediening". De interface
is zowel geschikt voor gewone langebaanwedstrijden (enkele ritten
of kwartetten), als ook voor de ploegenachtervolging.
Omdat
de AMB transponders werken in samenwerking met een MicroClock systeem,
ondersteunt de interface 2 modi:
1)
waarbij de MicroClock ook gebruik maakt van bestaande optische finishdetectoren.
Hierbij blijft de MicroClock leidend en worden de transponders slechts
gebruikt als backup tijdwaarneming.
2)
waarbij de tijd van de AMB transponders leidend is. De MicroClock
verzorgt slechts de lopende tijd en optische finishdetectoren zijn
optioneel en kunnen dus achterwege blijven.
In
beide gevallen kunnen de tijdresultaten van de MicroClock (optische
finish detectoren) en de AMB transponders via de log-files worden
vergeleken. Zodoende kan een beeld worden verkregen over de nauwkeurigheid
van het transponder systeem.
Werkingsprincipe:
De
antennelus en spatiele onnauwkeurigheid:
Ter hoogte van de finishlijn wordt in het ijs een eenvoudige lusantenne
aangebracht. Deze lusantenne bestaat uit een enkele draad op (26+25)
cm voor de finishlijn en een enkele retourdraad op (26-25) cm voor
de finishlijn.
De
antennedraad vormt aan de binnenzijde van de baan een gesloten lus.
Aan de buitenzijde van de baan worden de beide uiteinden van de
antenne aangesloten op een ChipX signaaldecoder van AMB. (Dit gaat
via een coax kabel met een maximale lengte van 100 m).
De antenne veroorzaakt een detectieveld, dat maximale gevoeligheid
heeft in het midden van de lus, in dit geval op 26 cm voor de finishlijn.
Normaal gesproken strekt de antenne over de gehele breedte van de
baan. Dit heeft tot gevolg dat niet alleen rijders in de wedstrijdbaan,
maar ook rijders in de inrijbaan door het systeem gedetecteerd zullen
worden. De software zal hierop dus achteraf moeten filteren. Tevens
zal duidelijk zijn, dat het systeem geen onderscheid kan maken tussen
binnenbaan en buitenbaan.
Bij de ploegenachtervolging zijn overigens 2 antennelussen noodzakelijk,
een bij de start 1000 m en een bij de finish 1000 m. Voor elke antennelus
is een aparte AMB ChipX decoder nodig.
Verbinding
met de jurykamer:
Voor de
verbinding met de jurykamer kan geen gebruik gemaakt worden van
een eventueel aanwezig ET-kabelnet, maar moet aparte bekabeling
worden aangelegd. De AMB transponder interface staat met een kabel
in verbinding met de MicroClock Inputbox van waaruit het startsignaal
aan de AMB transponder interface wordt geleverd. Dit startsignaal
is essentieel.
Een tweede kabel verbindt de AMB transponder interface met de ETWClock
PC en levert het datasignaal, waarover transpondercode en tijdinformatie
wordt aangeleverd. Dit kan over RS232C of over 10/100Mb Ethernet.
In beide gevallen liggen de lokaties van jurykamer en AMB transponder
interface (bij start en finish 1000m) dusdanig ver uit elkaar, dat
tussenversterkers of Ethernet HUB’s/repeaters noodzakelijk
zijn om het signaal betrouwbaar over te dragen. Eventueel zou hier
ook gedacht kunnen worden aan draadloos RS232 of draadloos Ethernet.
De AMB decoders vereisen 230VAC netspanning. Er is dus zowel bij
de start 1000m als bij de finish 1000m netspanning noodzakelijk.
Overigens kunnen in 1 TSB-unit, maximaal 3 decoders en 1 controller
langs de baan worden geplaatst. Zo wordt in Thialf Heerenveen met
4 TSB's en een totaal van 12 lussen gewerkt.
Transponders
om beide enkels van de schaatsenrijder:
De schaatsenrijder draagt om de enkel van zowel het linker als het
rechterbeen een aparte transponder met elk een unieke code. In verband
met de vereiste gevoeligheid is het dragen van een transponder laag
bij het ijs gewenst. Montage net boven de enkel is voldoende dicht
bij de antenne en levert voldoende signaalsterkte. Het is belangrijk
dat de transponders door alle rijders op identieke wijze en in identieke
oriëntatie t.o.v. het antenneveld worden gedragen. Afwijking
van de norm veroorzaakt onnauwkeurigheid in de plaatsbepaling. Uitgaande
van gangbare snelheden bij het langebaanschaatsen mag de spatiele
onnauwkeurigheid niet meer dan +/-7 cm bedragen, anders is een nauwkeurigheid
van 10 ms (1/100 s.) niet meer haalbaar.
Een correcte montage van de transponders is net boven de enkel,
met de transponder aan de buitenzijde of de voorzijde van beide
enkels.
Een ieder zal zich onmiddellijk afvragen hoe het dan zit met de
afwijking die ontstaat doordat de transponder om de enkel wordt
gedragen en niet op de punt van de schaats is gemonteerd. Het antwoordt
luidt eenvoudig dat de enkel het beste praktisch uitvoerbare montagepunt
is. Voor de gemiddelde aftstand tussen enkel (transponder) en de
punt van de schaats kan worden gecorrigeerd. Deze correctie is helaasr
niet exact, omdat deze van persoon tot persoon kan verschillen en
tevens afhankelijk is van de snelheid en de hoek die de schaats
met de finishlijn maakt. Ervaring heeft geleerd dat de spatiele
onnauwkeurigheid bij deze methode van dragen beperkt blijft tot
circa +/- 4 cm.
Het
is succesvol gebleken om het hart van de antennelus op 26 cm voor
de finishlijn te leggen. In dat geval valt het moment van transponderdetectietijd
samen met het moment dat de punt van de schaats de finishlijn raakt.
Er is dan geen tijdcorrectie nodig en het probleem van snelheidafhankelijkheid
is nagenoeg geelimineerd. (Er zijn natuurlijk uitzonderingen (val)
denkbaar, waarbij deze aanname niet geldig is.)
Detectiemethode
van de transponder:
Zodra een schaatser binnen het antenneveld komt, wordt de transponder
“wakker geschud” en begint de transponder actief zijn
unieke code uit te zenden. Dit gebeurt heel snel en wordt herhaald
zolang de transponder binnen het gezichtsveld van de antenne is.
(zie noot 5)
De AMB antenne-interface en de bijbehorende AMB transponder receiver
ontvangen de codes van de transponder(s) en registreren tijdens
de luspassage het ontvangen signaalprofiel dat wordt gevormd door
de reeks van ontvangen tijdcodes. Daaruit kan het moment van passeren
van de finishlijn vastgesteld worden. Tevens wordt statistische
informatie verstrekt over signaalsterkte, ruis niveau en het aantal
code hits tijdens de passage van de antennelus. Al deze informatie
wordt semi real-time vanuit de AMB decoder verstuurd naar de ETWClock
PC via een RS232C interface of over 10/100Mb-Ethernet.
Bijzonder van deze detectiemethode is dat dit systeem ook werkt,
wanneer meerdere transponders gelijktijdig over de antenne (finishlijn)
passeren. Aan deze laatste eigenschap dankt het systeem zijn unieke
mogelijkheden om het finishmoment van bijvoorbeeld de 1e schaats
van de 3e rijder uit een ploeg van 4 schaatsers vast te kunnen stellen.
Ook bij langebaanwedstrijden in kwartetten zal het niet langer een
probleem zijn, wanneer rijders elkaar precies op de finish in dezelfde
baan inhalen.
Bij de verwerking van de informatie die de AMB transponder receiver
levert aan de ETWClock software moeten een aantal specifieke eigenschappen
van het AMB systeem in ogenschouw worden genomen.
Noot
5: Bij langdurig verblijf zal de batterij van de transponder leeg
raken, en wordt de levensduur van de actieve transponder verkort.
Toepassingsmogelijkheden:
De praktische bruikbaarheid van het systeem staat of valt uiteraard
met het dragen van unieke transponders door elke schaatsenrijder.
Vanuit kostentechnisch en logistiek oogpunt is dit geen triviaal
probleem. Andersom biedt een dergelijk systeem ongekende mogelijkheden
als alle licentiehouders en een groot aantal recreatieve schaatsers
over een eigen vaste transponder zouden beschikken. Het zou een
belangrijke bijdrage kunnen leveren aan het probleem van de koppeling
tussen deelnemers en tijden bij wedstrijden met SARA/ET. Maar ook
buiten wedstrijden om kan een dergelijk systeem worden gebruikt
om rondetijden tijdens trainingen of recreatieve uren te registreren.
Nadelen en bedenkingen:
Aanvankelijk waren er bedenkingen over de onbewezen betrouwbaarheid
en nauwkeurugheid van transpondersystemen. Na 3 seizoenen testen
en verder ontwikkelen kan worden gesteld dat het AMB ChipX systeem
voldoet aan alle eisen om als zeer betrouwbaar tijdsysteem bij langebaanschaatsen
te gebruiken. Met AMB ChipX kunnen tijden in een resolutie tot 1/100s
worden gemeten.
Overigens
kunnen verschillende transpondersystemen niet zomaar onderling worden
vergeleken. Voor zover bekend is ChipX het enige transpondersysteem
dat voldoende betrouwbaarheid en nauwkeurigheid bereikt.
En veel gehoord nadeel zou de kostprijs van de transponders betreffen,
waarvan er 2 nodig zijn voor elke deelnemer. Ofschoon de transponders
afzonderlijk goed betaalbaar zijn, loopt de totale investering hoog
op, wanneer naar het totaal van duizenden licentiehouders wordt
gekeken. Voor grote wedstrijden, waar met leentransponders wordt
gewerkt, geldt dit argument uiteraard veel minder. In een huurkoop
contructie lijkt het haalbaar personal ChipX transponders te verkrijgen
voor een bedrag van circa 25 tot 30 euro per jaar.
Implicaties voor de ET-interface:
Omdat de antennelus over de hele baan strekt worden voortdurend
transponders gedetecteerd van niet alleen wedstrijdrijders in de
wedstrijdbaan, maar ook van andere rijders, die rondrijden in de
inrijbaan. De ETWClock software discrimineert door alleen te reageren
op transponders die een code melden van rijders die in de betreffende
rit volgens SARA/ET worden verwacht. Andere codes worden toegeschreven
aan rijders in de inrijbaan en worden genegeerd. (Noot 6)
Het is daarom evident dat een uitbreiding van de startlijst/deelnemerslijst
noodzakelijk is, opdat de ETWClock software “weet” welke
transpondercodes in welke rit verwacht mogen worden.
De software interface is voorzien van een eenvoudige editor, waarmee
met elk startnummer maximaal 8 transpondercodes geassocieerd kunnen
worden. Dit komt overeen met een ploeg van maximaal 4 schaatsenrijders.
Bij gewone langebaanwedstrijden worden uiteraard per startnummer
slechts 2 transpondercodes geassocieerd.
Een
koppeling met SARA is inmiddels gelegd. In de SARA database zijn
de vereiste tabellen aangepast om transponders aan de juiste deelnemers
te kunnen koppelen.
Noot
6: De codes afkomstig van rijders op de inrijbaan worden wel gebruikt
om voor de start de correcte werking van transponders te kunnen
controleren.
Tijdelijke
deactivatie via de software:
De transponderdetectie is overigens niet continue geactiveerd. Voor
de start is het systeem standaard gedeactiveerd. Zodra de rijders
gestart zijn, wordt de softwaredetectie automatisch geactiveerd.
Dit blijft de hele rit het geval tot direct na de finish. Zodra
de finish is gepasseerd wordt de betreffende rijder of ploeg weer
gedeactiveerd. Dit voorkomt dat een herhaalde finishpuls kan optreden
als een rijder een ronde na de finish heeft uitgereden, terwijl
nog niet de volgende rit –en daarmee een andere transpondercode-
is geselecteerd.
Het is op elk moment mogelijk handmatig een rijder of ploeg te deactiveren
en weer te activeren. Bij het activeren zal tevens de interne teller,
waarmee het aantal rijders binnen een ploeg wordt geteld, gereset
worden.
Volgordeanalyse
en decodering:
Ander punt is dat niet impliciet verondersteld mag worden, dat de
transponder die het eerste de finishlijn passeert (en dus ook de
snelste tijd heeft), ook als eerste informatie aan de ETWClock PC
aanlevert. Wanneer een tweede of volgende transponder bijna gelijktijdig
volgt kan de volgorde van informatietransmissie verwisseld zijn.
Voor de bepaling van de snelste schaats van een zelfde rijder, dient
dus gekeken te worden naar de snelste transponder/tijd combinatie
van die rijder. De ETWClock software mag dus niet direct na ontvangst
van EEN transponder concluderen dat dit ook DE tijd is, waarop de
bijbehorende rijder de finish passeert. Er moet altijd enige tijd
gewacht worden op de tweede transponder. Pas wanneer na een zekere
timeout tijd geen tweede transponder van dezelfde rijder is gedetecteerd,
kan een timeout fout worden vastgesteld en zal de ETWClock software
de tijd van de enige ontvangen transponder als DE tijd aanmerken.
ETWclock rapporteert in de log-file wel een timeout waarschuwing.
Uiteraard heeft een dergelijk voorval ook een wezenlijk vertragend
effect op de vaststelling van het finish-event, omdat eerst de timeout
tijd moet worden afgewacht.
Ook de vaststelling van de derde rijder uit een ploeg van 3 of 4
schaatsers is niet triviaal. Per schaatser moeten immers de transponders
bij elkaar worden gezocht. Wat telt is de tijd van de eerste transponder
(schaats) van de 3e rijder. Dat betekent dat van de 2 voorafgaande
rijders ten minste 1 transponder gedetecteerd moet zijn.
Nog lastiger wordt het als rekening gehouden moet worden met een
4e rijder, die eventueel van de ploeg kan zijn afgehaakt, maar nog
wel ergens op de baan rondrijdt. Zo’n rijder heeft een transpondecode,
die geldig is voor de betreffende rit, maar misleidend is t.o.v.
de telling van de resterende ploeg. Dit fonomeen is nog niet ondervangen
in de huidige codeimplementatie en kan in de praktijk alleen worden
ondervangen door het handmatig deactiveren en activeren van een
ploeg. Zolang de ploegenachtervolging met 3 rijders wordt verreden
is deze beperking uiteraard niet relevant.
Tijdvertraging
(terugspringende klok effect):
Na de detectie van een transponder is enige tijd nodig om de juiste
transpondercode en tijdinformatie te verzamelen en te versturen
naar de ETWClock PC. Al met al heeft dit tot gevolg dat aan de finish
het bekende effect “van de terugspringende klok” kan
worden waargenomen op het scorebord of op TV. Dit komt omdat de
lopende tijd afkomstig is van de MicroClock en deze loopt nagenoeg
synchroon met de werkelijke tijd. Ook vlak na het passeren van de
finish loopt deze tijd gewoon verder. Inmiddels is de transponder
al wel gedetecteerd en is ook wel de correcte tijd vastgesteld,
maar ETWClock is hiervan nog niet op de hoogte. Pas na duidelijk
zichtbare vertraging is ook binnen ETWclock de transpondertijd bekend
en wordt deze aangegeven als tussentijd of eindtijd. Die tijd is
echter bijvoorbeeld van 0.5 seconde daarvoor en de oplettende kijker
ervaart dus het effect “van de terugspringende klok”.
Het mag duidelijk zijn, dat hier niets aan de hand is met de tijdregistratie.
Technisch
kan dit probleem deels worden ondervangen door ook de lopende klok
vanaf het startmonent te vertragen. De visuale vertraging in de
orde van 2 tot 10 meter na de finish kan niet worden geelimineerd.
|