DE19603828A1 - Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarmes und zur Überwachung eines Gebietes - Google Patents
Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarmes und zur Überwachung eines GebietesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarmes
und ein System zur Überwachung eines Gebietes, insbesondere eines
räumlich ausgedehnten Gebietes.
Bekannte Systeme zur Überwachung eines Gebietes, insbesondere zur
Überwachung eines waldbrandgefährdeten Gebietes, bestehen aus einer
Vielzahl von Türmen, die in einem gewissen Abstand voneinander
angebracht sind, und auf die eine Person zur Überwachung dieses
Gebietes gesetzt wird. Der Horizont wird mit den Augen abgesucht
und auf eventuell auftretende Waldbrände hin überprüft. Im Falle
eines auftretenden Feuers, wird eine Alarmeinsatzzentrale über ein
vorhandenes Kommunikationsnetzes informiert und weitere
Folgefunktionen, wie z. B. die Anforderung eines Löschzuges, werden
eingeleitet. Solche bekannten Systeme zur Überwachung eines
Gebietes sind aber, da pro Turm eine Person eingesetzt werden muß
und weiterhin die Türme in keinem zu großen Abstand voneinander
aufgestellt sein dürfen, sehr aufwendig und teuer.
In Systemen zur Überwachung eines Gebietes, die sich nicht auf die
Prüfung eines Waldbrandes beziehen, aber z. B. zur
Hochwassererkennung, zur Wirbelsturmvorhersage zur Feststellung
einer Umweltbelastung oder aber zur Erdbebenerkennung gedacht sind,
gibt es derzeit entweder keine Systeme zur Erkennung oder
Vorhersage, oder aber sehr aufwendige Systeme wie zum Beispiel bei
der Erdbebenerkennung ein seismographisches System, das aber nicht
ständig einsatzbereit ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung und ein
System zur Erzeugung eines Alarms zu schaffen, das kostengünstig
realisierbar ist, bei gleichzeitig geringer
Fehlalarmwahrscheinlichkeit.
Dies wird erfindungsgemäß gelöst durch die Lehre des
Patentanspruchs 1 und durch die Lehre des Patentanspruchs 6.
Als vorteilhaft erweist sich hierbei, daß die Vorrichtung zum
Erzeugen eines Alarmes vollautomatisch arbeitet und das System zur
Übewachung eines Gebietes eine erheblich reduzierte Personenanzahl
zur Überwachung eines großen Gebietes benötigt. Ebenfalls
vorteilhaft ist, daß die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarmes
erheblich reduziert wird und zugleich noch eine sehr schnelle und
rasche Erzeugung eines Alarms gewährleistet wird, die dann eine
sofortige Schadensbehebung gewährleisten und demgemäß für eine
Schadensbegrenzung sorgen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen
2 bis 5 und den Ansprüchen 7 bis 11 zu entnehmen.
Gemäß Patentanspruch 7 erweist sich als besonders vorteilhaft, daß
von der Überwachungszentrale aus eine Steuerung des mindestens
einen Sensors an der Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarmsignales
vorgenommen werden kann. Damit kann eine weitere Überprüfung der
Alarmwahrscheinlichkeit gewährleistet werden, in dem manuell von
der Überwachungszentrale aus, z. B. eine Überwachungskamera, in der
Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarms auf die Position des
wahrscheinlichen Alarmauslösepunktes gerichtet werden kann und
somit der Alarm verifiziert werden kann.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Folgende Figuren zeigen:
Fig. 1 Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarmes,
Fig. 2 Schematische Darstellung eines System zum Überwachen eines
Gebietes.
Eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarmes besteht aus mindestens
einem Sensor C1, C2, zur Generierung mindestens eines
Eingangssignals (S1, S2). Der mindestens eine Sensor kann
beispielsweise eine Videokamera zur Aufnahme von Bildern sein.
Diese dient zur Aufnahme von Rauchwolken oder von Rauchsäulen. Eine
weitere Möglichkeit ist es, eine Infrarotkamera als Sensor
einzusetzen. Diese dient zur Erfassung von Wärmestrahlungen und
detektiert somit Wärmequellen, die auf ein Feuer schließen lassen.
Die beiden vorgenannten Kameras können in einer eindimensionalen
oder aber in einer mehrdimensionalen, z. B. der zweidimensionalen
Ausführungsform ausgebildet sein. Eine eindimensionale Kamera nimmt
ein 360° Bild der Umgebung auf, wenn sie schwenkbar um die eigene
Achse gelagert ist. Desweiteren kann der Sensor ein Laser plus
Empfänger sein, der zur spektroskopischen Bestimmung der
Verbrennungsprodukte durch Messung der Rückstreuungskomponenten, z. B.
Teilchengröße des Winkels und der Wellenlänge dient. Ebenso
können mittels eines solchen Lasers und eines zugeordneten
Empfängers spektroskopische Bestimmung der Verbrennungsprodukte
durch Messung der Dämpfungskomponente vorgenommen werden. Eine
weiter nicht näher beschriebene Ausführungsform eines Sensors ist
die Verwendung eines Halbleiters, der physikalisch/chemische
Bestimmungen von Konzentrationsänderungen in der Luft aufnimmt und
somit auf Verbrennungsprodukte schließen läßt. Weitere Sensoren
können solche sein, die spezielle umweltverschmutzende Stoffe
ermitteln, oder solche, die radioaktive Strahlung messen.
Ein von dem mindestens einen Sensor C1, C2 generiertes
Eingangssignal S1, S2 wird auf mindestens ein neuronales Netz NN1,
NN2 zur Detektion eines Ereignisses und zur Ermittlung mindestens
eines ersten Ausgangssignals A1, A2 aus dem mindestens einen
generierten Eingangssignal S1, S2 mittels Mustererkennung gesendet.
Mittels des mindestens einen neuronalen Netzes NN1, NN2 wird eine
Aufbereitung der Sensordaten vorgenommen, in dem eine
Klassifikation durch Generierung entscheidungsrelevanter Parameter
durchgeführt wird. Desweiteren wird eine Mustererkennung durch
Vergleich mit gelerntem Wissen, z. B. mittels künstlicher
neuronaler Netze durchgeführt. Die so ermittelten mindestens einen
ersten Ausgangssignale A1, A2, werden auf eine erste Einheit FL1,
zur Erzeugung eines Alarms gegeben. Der Alarm wird als Alarmsignal
B aus dem mindestens einen ersten Ausgangssignal A1, A2 in der
ersten Einheit FL1, gebildet. Diese erste Einheit kann
beispielsweise eine auf Regeln basierende Fuzzy-Logik sein, die auf
Grundlage der verwendeten Regeln zu einer Fehlalarmreduzierung
führt. Mittels dieser Einheit FL1, wird eine Gesamtentscheidung
getroffen und ein Alarmsignal B, und in Abhängigkeit davon, ein
Möglichkeitsmaß für den Eintritt des Alarms angeben.
In einer Ausführungsform, bei der mehrere Sensoren und entsprechend
mehrere neuronale Netze angebracht sind, wird ein solches System
als Multisensorsystem bezeichnet, wie dies im folgenden auch
verwendet wird. In der Fig. 1 ist dieses dergestalt angegeben, daß
dieses Multisensorsystem als Ganzes durch unterbrochene Linien
angezeigt ist. Ein solches Multisensorsystem kann beispielsweise zu
einer Waldbranddetektion dienen, wobei eine Videokamera zur
Rauchdetektion und eine Infrarotkamera zur Detektion von
Wärmestrahlung angebracht ist. Zur Waldbranddetektion werden solche
Sensoren auf einem erhöht stehenden Turm angebracht. Zur
Sicherheit, daß aber sich nicht direkt unterhalb des Turmes ein
Feuer ausbreitet, wird zusätzlich ein weiterer Sensor R, ein
sogenannter Rauchsensor angebracht, der ein Signal aufzeichnet A3
und ebenfalls auf die erste Einheit FL1 gibt. Die so
zusammengesetzte Multisensorik stellt aber lediglich ein mögliches
System dar und kann jederzeit um einen weiteren Sensor der dem
Zuvorbeschriebenen entspricht, erweitert werden oder aber einer der
genannten Sensoren kann durch einen anderen ersetzt werden. Der
Einsatz mancher Sensoren benötigt einen zweiten Turm, so daß
beispielsweise auf einem ersten Turm ein Sender angebracht ist und
auf einem zweiten Turm ein Empfänger.
Das Alarmsignal B, wird auf eine zweite Einheit FL2 zur weiteren
Reduzierung einer Fehlalarmwahrscheinlichkeit des Alarmsignals B
gegeben. Die Reduzierung der Fehlalarmwahrscheinlichkeit erfolgt
dergestalt, daß weitere Eingangssignale E1, E2, E3, E4, auf diese
Einheit gegeben werden und in dieser mittels Verknüpfungsregel eine
Fehlalarmwahrscheinlichkeit reduziert wird. Die zusätzlich
eingeführten Eingangssignale E1 bis E4 unterliegen
unterschiedlichen Bewertungsfaktoren je nach Einfluß der
Eingangsgröße. Als Möglichkeit sind hier dargestellt, daß z. B. das
erste Eingangssignal E1, die aktuelle Uhrzeit angibt, das zweite
Eingangssignal E2 das Datum angibt, daß das dritte Eingangssignal
E3 die aktuell vorliegende Außentemperatur angibt und ein viertes
Eingangssignal E4 beispielsweise eine Luft- und/oder
Bodenfeuchtigkeit angibt. Weitere oder andere Eingangssignale sind
jederzeit hierbei vorstellbar und hinzufügbar.
Unter Unterdrückung eines Fehlalarmes ist hierbei unter anderem zu
verstehen, daß Reflexionen, die ausgehend von einem bestimmten
Sonnenstand, schnell zu einem Fehlalarm führen einen solchen aber
keineswegs begründen sollten. So weiß ein solches System unter
Angabe der aktuellen Uhrzeit und des Datums beispielsweise um 17.00 Uhr
im September, nachmittags also, daß eine Reflexion durch den
Sonnenstand wahrscheinlich sein kann. Diese Eingangsgrößen E1 bis
E4, geben in einer Verknüpfung untereinander Aufschluß über die
Wahrscheinlichkeit des Eintretens eines möglichen Waldbrandes, aber
auch eines möglichen Fehlalarmes. So ist es um 12.00 Uhr mittags an
einem Hochsommertag bei Temperaturen um die 30° und einer sehr
geringen Luftfeuchtigkeit wahrscheinlicher das ein Feuer ausbricht,
als um 24.00 Uhr nachts während eines Wintertages bei 0°C und
einer gemäßigten Boden- und Luftfeuchtigkeit. Dennoch soll ein
solches System die Sensibilität für solche Feuer nicht ganz
verlieren, nur sollte die Wahrscheinlichkeit, daß ein Fehlalarm
gesendet wird durch solche Verknüpfungen mit unterschiedlichen
Einflußgrößen erhöht werden. Die zweite Einheit FL2 zur Reduzierung
einer Fehlalarmwahrscheinlichkeit ist beispielsweise ebenfalls eine
Fuzzy-Logik. Diese bildet aus der Multisensorinformation unter
Rücksichtnahme auf die Einflußgrößen E1 bis E4 eine
Gesamtentscheidung C. Diese Gesamtentscheidung C beinhaltet
entweder Alarm aussenden, ja oder nein.
Für den Fall, daß eine solche Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarms
beispielsweise zur Überwachung eines Gebietes, dienen soll sind
davon auszugehen, daß eine Vielzahl solcher Vorrichtungen vorhanden
ist oder zumindest aber, daß sich eine solche Vorrichtung weit von
einer weiteren Einsatzzentrale entfernt befindet. Dazu ist
zusätzlich an der Vorrichtung ein Netzwerkanschluß N vorgesehen,
der zur Übertragung des fehlalarmreduzierten Alarmsignals C über
ein Kommunikationsnetz dient. Als Kommunikationsnetz soll sich
hierbei vorgestellt werden, daß beispielsweise eine
Richtfunkstrecke aufgerichtet ist oder aber, daß ein GSM-Netz oder
Dect-Netz oder ein herkömmliches ISDN-Netz oder ein analoges
Telefonnetz verwendet wird. Als weitere Möglichkeit können
Satelliten verwendet werden, über die dann die Kommunikation
abläuft.
Im folgenden wird anhand von Fig. 2 ein Gesamtsystem am Beispiel
der Verwendung für eine Waldbranddetektion eingehend erläutert. Ein
System zur Überwachung eines Gebietes setzt sich aus mindesten
einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Alarmsignals I, wie dieses
mit Patentanspruch 1 näher erläutert wurde, zusammen. Eine solche
Vorrichtung mit ihrem mindestens einen Sensor C1, C2 mit ihrem
mindestens einen neuronalen Netz NN1, NN2 mit ihrer ersten Einheit
FL1 und mit ihrer zweiten Einheit FL2 befinden sich verteilt in dem
zu überwachenden Gebiet. In dem hier dargestellten Beispiel sind
drei solche Vorrichtungen I angegeben, die sich auf einem Turm
erhöht in einem Wald befinden. Von diesen Vorrichtungen I aus, wird
ein fehlalarmreduziertes Alarmsignal C mittels eines
Kommuninkationsnetzes zum Übertragen des Alarmsignals an eine
Überwachungszentrale Z gesendet. In der Überwachungszentrale Z
werden die empfangenen fehlalarmreduzierten Alarmsignale C der
einzelnen Vorrichtungen I gemeldet. Von dort aus kann man manuell
eine Prüfung des Alarmes erfolgen, die beispielsweise in der
Überwachungszentrale Z als Mittel RM vorgesehen sind, die eine
Steuerung des mindestens einen Sensors C1, C2 in der Vorrichtung
zum Erzeugen eines Alarmsignals ermöglichen. Über solche Mittel
können beispielsweise die Sensoren in der Vorrichtung I auf einen
speziellen Punkt hinbewegt werden und dort durch Einsatzes eines
Zooms einen vermeindlichen Brandherd näher einsehen. In der
Überwachungszentrale Z erfolgt ebenfalls die Koordinatenbestimmung
des gemeldeten Alarms um dann einen weiteren Maßnahmenkatalog
einzuleiten. Ein solcher Maßnahmenkatalog kann beispielsweise die
Bestellung der Feuerwehr, die Einleitung von Rettungsmaßnahmen oder
jedwede andere Form sein. Vor der Weitergabe des Alarms wird
demgemäß eine Verifikation des gemeldeten Alarms vorgenommen,
woraus folgt, daß die Fehlalarmwahrscheinlichkeit weiter reduziert
wird.
Einer jeden Überwachungszentrale Z kann eine endliche Anzahl von
Vorrichtungen zur Erzeugung eines Alarmsignals I zugeordnet werden.
Als weitere Ausgestaltung kann eine solche Überwachungszentrale Z
aber auch vollautomatisch arbeiten und eine weitere Verifikation
durchführen und einen Alarm automatisch, beispielsweise an eine
weitere Zentrale, weiterleiten, wie z. B. die Feuerwehr. Von der
Überwachungszentrale Z aus können weitere Eingangssignale E6, zur
Erweiterung des Maßnahmenkatalogs herangezogen werden. So kann
beispielsweise eine aktuelle Windgeschwindigkeit in der Nähe der
Überwachungszentrale Z gemessen werden und somit eine weitere
Komponente dem Alarm zugeordnet werden, nämlich beispielsweise die
vermutete Ausbreitungsrichtung des Feuers. Ebenso kann eine solche
Eingangsgröße E6 sein, einen möglichen Flächenutzungsplan
einzulesen, der dann sogleich anzeigt, welche gefährdete oder zu
schützenden Gebiete sich unmittelbar in der Nähe des Brandherdes
befinden.
Das vorgenannte Beispiel wurde nun ausschließlich auf
Waldbranderkennung hin beschrieben, so soll aber dies nicht darauf
beschränkt bleiben, beispielsweise ergeben sich große
Anwendungsfelder auch bei der Hochwassererkennung. Aktuelle
Meßfühler und auch Kameras zur Überwachung können bei
Hochwasserfrühbekämpfung und -vorhersage ebenfalls eingesetzt
werden und können ebenfalls zu einer Erhöhung des Alarms führen.
Ein weiters Anwendungsfeld ist eine Wirbelsturmvorhersage und
ebenfalls eine Erdbebenerkennung. In diesen beiden vorangenannten
Fällen wird auch mindestens ein Sensor an einem Punkt angebracht.
Es findet eine Vorverarbeitung mittels neuronaler Netze statt und
eine weiter auf Regeln basierte Entscheidung wird ebenfalls
gefällt. Ein weiteres Anwendungsfeld stellt die Vorhersage oder die
Warnung vor Umweltbelastungen oder Umweltverschmutzung dar. Hierbei
sei nur beispielhaft aufgeführt, Smog frühzeitig vorherzusagen oder
aber über eine radioaktive Verseuchung frühzeitig zu alarmieren.
Jedwede andere Umweltverschmutzung soll aber hier auch mit erfaßt
werden.
Im folgenden wird näher auf die erste Einheit FL1 und auf die
zweite FL2 (ohne Zeichnung) eingegangen. Diese zwei Einheiten sind
vorzugsweise eine auf Regel basierende Fuzzy-Logik. Darunter ist
sich vorzustellen, daß geeignete Parameter ausgesucht werden. Hier
beispielsweise wieder auf eine Waldbranderkennung ausgerichtet, ist
ein erster Parameter die Dauer der Trockenheit, ein zweiter
Parameter die aktuelle Luftfeuchtigkeit, ein dritter Parameter die
Windgeschwindigkeit. So wird beispielsweise eine solche Regel für
eine solche Fuzzy-Logik folgendermaßen aussehen können. Wenn der
erste Parameter die Dauer der Trockenheit < als drei Tage ist und
eine Luftfeuchtigkeit < als 40% ist und eine Windgeschwindigkeit
größer als 30 Km/h ist, dann ist die Wahrscheinlichkeit der
Waldbrandgefahr groß. In einem entgegengesetzt gelagerten Fall,
wenn die Dauer der Trockenheit < als ein Tag ist und die
Luftfeuchtigkeit < als 60% ist und die Windgeschwindigkeit < als 30 Km/h
groß ist, ist die Waldbrandgefahr gering. Als weiters Beispiel
für eine solche Regel für die zweite Einheit FL2 läßt sich
folgendes angeben. Wenn die Uhrzeit 12.00 Uhr mittags beträgt, das
Datum den 18. August anzeigt, die Temperatur < 30° ist, die Luft- und
Bodenfeuchtigkeit sehr gering ist, dann ist die Waldbrandgefahr
sehr groß. Ist die Uhrzeit 12.00 Uhr mittags, das Datum der 18.
Dezember, die Temperatur 0°C und die Luft- und Bodenfeuchtigkeit
< 40%, so ist die Waldbrandgefahr gering. Die somit aufgestellte
Regel wird bei gleichlautenden Multisensorsignal zu
unterschiedlichen Ergebnissen führen. Bei einem von dem
Multisensorsignal ausgegebene Alarmsignal, wird bei Vorausgabe der
zuerst genannten Regel sicherlich sofort ein Alarm weitergeleitet
werden, bei der zweite aufgestellten Regel wird voraussichtlich
eine Überprüfung des Signals erfolgen müssen. Da nun aber auch im
Winter die Möglichkeit eines Waldbrandes existiert, insbesondere
bei Waldbrand durch Fremdeinwirkung, darf ein solches Alarmsignal
nicht nur wegen solcher Einflußgrößen unterdrückt werden.
Demnach muß die Bewertung der zusätzlichen Einflußgrößen bei einem
Alarmsignal geringer sein als das Alarmsignal selber, um dann einer
Überwachungszentrale eine Verifikation eines solchen Alarmsignals
zu überlassen.
Claims (11)
1. Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarmsignals,
- - mit mindestens einem Sensor (C1, C2) zur Generierung eines Eingangssignals (S1, S2),
- - mit mindestens einem neuronalen Netz (NN1, NN2) zur Detektion eines Ereignisses und zur Ermittlung eines mindestens einen ersten Ausgangssignals (A1, A2) aus dem mindestens einen generierten Eingangssignal (S1, S2) mittels Mustererkennung und
- - mit einer ersten Einheit (FL1) zur Erzeugung eines Alarmsignals (B) aus dem mindestens einen ersten Ausgangssignal (A1, A2).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
mit einer zweiten Einheit (FL2) zur Reduzierung einer
Fehlalarmwahrscheinlichkeit des Alarmsignals (B) unter
Berücksichtigung mindesten eines weiteren Eingangssignals (E1, E2,
E3, E4) und zur Ausgabe eines fehlalarmreduzierten Alarmsignals
(C).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der mindestens
eine Sensor (C1, C2) eine Videokamera ist oder eine Infrarotkamera
ist oder ein Rauchdetektor ist oder ein Laser mit Empfänger ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die erste Einheit
(FL1) und die zweite Einheit (FL2) eine auf Regeln basierende
Fuzzy-Logik ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der ein
Netzwerkanschluß (N) vorgesehen ist, zur Übertragung des
fehlalarmreduzierten Alarmsignals (C) über ein Kommunikationsnetz.
6. System zur Überwachung eines Gebietes
mit mindestens einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zur Erzeugung eines fehlalarmreduzierten Alarmsignals, mit einem Kommunikationsnetz zum Übertragen des Alarms an eine Überwachungszentrale (Z)
mit der Überwachungszentrale (Z) zur Überprüfung des Alarmsignals und zum Auslösen von Folgefunktionen.
mit mindestens einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zur Erzeugung eines fehlalarmreduzierten Alarmsignals, mit einem Kommunikationsnetz zum Übertragen des Alarms an eine Überwachungszentrale (Z)
mit der Überwachungszentrale (Z) zur Überprüfung des Alarmsignals und zum Auslösen von Folgefunktionen.
7. System nach Anspruch 6, mit Mitteln (RM) in der
Überwachungszentrale (Z) zur Steuerung des mindestens einen
Sensors (C1, C2) in der Vorrichtung zum Erzeugen eines
Alarmsignals.
8. Verwendung der Vorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 3 zur
Waldbranderkennung.
9. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zur
Hochwasservorhersage oder Hochwassererkennung.
10. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zur
Wirbelsturmvorhersage oder zur Erdbebenerkennung.
11. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zur
Erkennung von Umweltverschmutzungen oder Umweltbelastungen.
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