DE19709971A1 - HF-Alarmierungssystem mit Alarmorterkennung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein HF-Alarmierungssystem mit Alarmorterkennung, enthaltend einen beweglichen Notrufsender, der im Notfalle ein HF-Signal aussendet, und eine ortsfeste Empfangsinstallation.

Seitens bestimmter gefährdeter Personen, beispielsweise Wach­ personal in Industrieanlagen oder Bürohäusern oder Aufsichts­ personal in Gefängnissen, werden Alarmierungssysteme verlangt, die mit Hilfe von am Körper getragenen Auslösern ein Hilfeersu­ chen absenden können. Übertragungsmedien sind in den meisten Fällen hochfrequente elektromagnetische Wellen, aber je nach Randbedingungen werden auch Infrarotlicht, Ultraschall oder niederfrequente elektromagnetische Wellen verwendet.

Es sind bereits Funkkommunikationsanlagen in Gebäuden bekannt, in denen an eine ortsfeste Sende/Empfangs-Anlage angeschlossene strahlungsdurchlässige Kabel, wie Leck- oder Schlitzkabel, oder andere Antennengebilde installiert sind, sie dem drahtlosen Funkverkehr zu tragbaren Sende/Empfangs-Geräten dienen, wie von am Nachrichtenverkehr teilnehmenden Personen mitgeführt werden. Eine solche Anlage kann zur Alarmmeldung herangezogen werden.

In der Regel reicht es indessen nicht aus, einen Alarm ledig­ lich auszulösen, denn es ist für eine Hilfeleistung wichtig, den Ort des Hilfesuchenden zu kennen. Dieses Problem wäre rela­ tiv einfach zu lösen, wenn aus der Kenntnis der Person auch auf deren Aufenthaltsort geschlossen werden kann, wie dieses bei­ spielsweise bei pflegebedürftigen Personen mit begrenztem Aktionskreis der Fall ist. Auch die permanente Fortschreibung des jeweiligen Aufenthaltsorts durch Passier-Information von ortsfesten Bakensystemen ist erprobt und weit verbreitet.

Die bekannten Systeme weisen verschiedene Nachteile auf. Sol­ che, bei denen die überwachte Person einen nur begrenzten Aktionskreis hat, sind für Wachpersonal mit großem Aktionskreis a priori nicht brauchbar. Bakensysteme erfordern einen hohen installationsaufwand. Mit Ultraschall arbeitende Systeme sind nicht betriebssicher, weil Ultraschall einen verdeckt am Körper getragenen Alarmsendeempfänger zur Übermittlung von Ortsinfor­ mation nicht zuverlässig erreicht. Außerdem ist die Ultra­ schalldurchflutung des überwachten Bereiches auch für Personen erkennbar, vor denen die Alarmauslösung verdeckt gehalten wer­ den sollte.

Häufig werden Systeme verlangt, bei denen alle Personen iden­ tische Alarmsender haben sollen und eine Identifizierung der rufenden Person weder gegeben noch gewünscht ist. Alarme sollen in vielen Fällen auch unauffällig gegeben werden, d. h. daß die alarmierende Person keine gesprochene Meldung, etwa über Person und Standort, abgeben kann. Auch Verfolgungssysteme der schon beschriebenen Art, bei denen durch ortsfeste Baken der Weg der rufenden Person verfolgt wird, sind mitunter nicht gewünscht, ganz abgesehen von ihrem Installationsaufwand. Auch ein Kodier­ system, das dem Alarmsender jeweils eine für den Aufenthaltsort spezifische Information eingibt, ist häufig nicht gegeben oder erwünscht.

Als weiterer Weg bietet sich an, den gesamten zu überwachenden Bereich (Alarmbereich) in definierte Alarmzonen, z. B. bauliche Einheiten, Etagen o. ä. aufzuteilen und deren Alarmempfang parallel oder sternförmig zu einer gemeinsamen Auswerteschal­ tung zu führen. Dabei ist aber die zur Alarmauslösung gewün­ schte Eigenschaft der elektromagnetischen Welle, Gebäudeteile zu durchdringen, für die Feststellung des Alarmortes hinder­ lich, denn es ist für einen einer Alarmzone zugewiesenen Empfänger nun nicht mehr mit hinreichender Sicherheit zu erken­ nen, ob ein empfangener Alarm aus der eigenen oder einer benachbarten Alarmzone stammt. Auch Laufzeituntersuchungen hel­ fen nicht weiter, da selbst bei Vorhandensein eines synchro­ nisierten Empfangssystems nicht ausgeschlossen ist, daß ein Sender sich näher an der Antenne einer Nachbarzone als an der zur wirklichen Alarmzone gehörenden befindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine HF-Alarmierungs­ system mit Alarmorterkennung anzugeben, bei dem es möglich ist, den Ort eines Alarm auslösenden Senders zu erkennen, ohne daß der Sender orts- oder personenspezifische Information aus­ strahlt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Alarmzonen in Gebäuden in der Regel durch gebäudetechnische Einrichtungen, wie Betondecken, Wände, Stahltüren und dgl. mit einer endlichen HF-Dämpfung voneinander getrennt sind, so daß die Unterschiede in den Empfangspegeln, die von einem Alarmsignal in den ver­ schiedenen Alarmzonen hervorgerufen werden, zu einer Lokalisie­ rung herangezogen werden können.

Allerdings muß man davon ausgehen, daß sich die vom Alarmsender ausgesendete Welle nicht ungestört, wie im freien Raum, aus­ breiten kann, so daß mit Mehrwegeausbreitungen gerechnet werden muß, so daß die an einem Empfangsort empfangene Welle die Vek­ torsumme mehrerer, eher zufälliger Teilwellen mit unterschied­ lichen Amplituden und Phasenlagen ist. Dabei kann es mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit vorkommen, daß der Summenvektor aus der "falschen" Alarmzone den aus der "richtigen" Alarmzone übertrifft, was zwar zu einer Alarmanzeige, aber zu falschen Hilfemaßnahmen führen würde. Aus diesem Grunde wird die Aussen­ dung des Notfallsignals in zeitlichen Abständen mit vorbe­ stimmter Anzahl wiederholt, d. h. es wird eine Gruppe von Notfallsignalen ausgesendet, von der Voraussetzung ausgehend, daß sich die den Alarmsender tragende Person bewegt und sich daher die Übertragungsverhältnisse fortlaufend so ändern, daß im Mittel der "richtige" Empfänger die höchsten Signalpegel empfängt. Die Pegel der von den einzelnen Empfängern nacheinan­ der aufgenommenen Notfallsignale einer Gruppe werden daher zwischengespeichert und nach Ablauf einer durch die zeitliche Länge der Gruppe vorbestimmten Zeit jeweils gemittelt. Der Mittelwert, der sich am "richtigen" Empfänger ergibt, ist mit höchster Wahrscheinlichkeit höher als die Mittelwerte an den anderen Empfängern.

Eine Frequenzmodulation des Notfallsignals vergrößert die Stör­ sicherheit gegenüber fremden Hochfrequenzquellen.

Am Auswerteort, d. h. einer zentralen Überwachungsstation, wer­ den die Empfangspegel aus den einzelnen Alarmzonen miteinander verglichen. Der mittlere Pegel aus der "richtigen" Alarmzone unterscheidet sich ca. um 8 bis 10 dB von denen aus den am besten erreichbaren Nachbarzonen. Die Verteilungsfunktion aus den Versuchsreihen ist unsymmetrisch (Rayleigh-Verteilung), kann aber bei ausreichender Genauigkeit durch eine normal ver­ teilte Funktion mit relativ hoher Standardabweichung darge­ stellt werden. Daraus ergibt sich bei einmaliger Sender-Aus­ lösung und Auswertung eine noch nicht ausreichende Wahrschein­ lichkeitsaussage von nur ca. 70%. Erst eine Gruppenbildung von mehreren automatisch folgenden Aussendungen bei einmaliger Aus­ lösung bringt Vorhersagesicherheiten von bis zu 98%. Bei 6 bis 10 gebündelten Gruppen ist bei den gewählten Auswertezeiten ein Maximum zu erkennen. Dabei kann, wie schon erwähnt, davon aus­ gegangen werden, daß sich innerhalb einer Gruppenaussendung die Ausbreitungsverhältnisse räumlich und/oder zeitlich ändern, so daß Varianz auftritt.

Für die Auswertung stehen unterschiedliche Wege zur Verfügung:
Aus den Einzelergebnissen werden durch Integration Mittelwerte gebildet, und diese werden miteinander verglichen, oder aber die analogen Werte der Empfangspegel werden in digitale Werte umgewandelt, es werden Mittelwerte errechnet, und der Maximal­ wert wird ausgewählt.

Im Hinblick auf den nicht unerheblichen Aufwand, die HF-Empfän­ ger aller Alarmzonen mit Verstärkerstufen auszustatten, die deckungsgleiche Kennlinien haben, wurde ein Verfahren ent­ wickelt, das diesen Aufwand vermeidet. Es ist nämlich ver­ gleichsweise einfach, den Empfängern gleiche Empfangsschwellen (Rauschsperre/Squelch) zu geben, und man braucht dann nur noch zu prüfen, ob das vom Notfallsender abgestrahlte Signal beim Empfänger die Empfangsschwelle überschreitet oder nicht.

Wird der Pegel der Empfangsschwelle zu hoch gewählt, leidet die Alarmsicherheit, wird er zu niedrig gewählt, werden im ungün­ stigsten Fall bei allen Empfängern die Empfangsschwellen über­ schritten, so daß keine Ortsbestimmung mehr möglich ist. Um den­ noch eine Unterscheidbarkeit herzustellen, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Sendepegel jedes Notfallsignals innerhalb der Gruppenaussendung in zeitlichen Abständen verändert, d. h. jedes Notfallsignal besteht aus meh­ reren Segmenten unterschiedlicher Pegel. Man kann z. B. die Absenkung des Sendepegels in Stufen von insgesamt 13 dB vorneh­ men. In den Empfängern wird gezählt, wieviele Segmente des empfangenen Notfallsignals die eingestellte Empfangsschwelle überschritten haben. Damit wird eine Unterscheidung der Empfangsereignisse durch Vergleich der Zählergebnisse von den Empfängern der einzelnen Alarmzonen möglich. Der umgekehrte Fall einer synchronen Erhöhung aller Empfangsschwellen in den Empfängern würde die gleiche Auswirkung haben, jedoch einen erheblich höheren Aufwand erfordern.

Zur Auswertung der Empfangsereignisse wurden zwei Verfahren untersucht, die jeweils durch Speicherprogrammsteuerung reali­ siert wurden.

Die Sendesignalsegmente, die als Impulse vorliegen, werden, sofern sie die Empfangsschwelle überschreiten, ggf. nach einer Form/Flanken-Überarbeitung, in den einzelnen Empfängern gezählt. Die Zählerstände der Empfänger werden miteinander ver­ glichen. Bei dieser Verfahrenweise, bei dem eine Segmentzahl von < 6 gewählt wurde, wird der Umstand nicht berücksichtigt, daß solche Empfangsimpulse, die einen Empfangspegel unmittelbar an der Empfangsschwelle haben, durch Unstetigkeiten nicht stets die volle Dauer der Sendeimpulse haben. Diese Impulse werden dennoch wie voll empfangen gewertet und gezählt.

Gemäß dem zweiten Verfahren öffnen die eingehenden Impulse für die Dauer ihrer Empfangszeit jeweils eine Torschaltung, über die eine feste Taktfolge eines für alle Kanäle gemeinsamen Generators in einen Zähler eingelesen wird. Nach Ablauf der Empfangszeit des gesamten Notfallsignals werden die Zähler syn­ chron wieder rückwärtsgezählt, bis der Empfänger mit dem höch­ sten Zählerstand und damit der längsten Toröffnungszeit, d. h. mit der größten "Echt"-Wahrscheinlichkeit zurückbleibt und zur Ortsanzeige herangezogen wird.

Es sei noch erwähnt, daß bei den Wiederholungen der Notfall­ signalaussendungen zweckmäßigerweise die Trägerfrequenz verän­ dert werden kann, womit ein weiteres Mittel zur Verfügung steht, zu eindeutigen Alarmortermittlungen zu kommen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Installationsbild eines erfindungs­ gemäßen Systems, und

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Empfangsanlage am Auswerteort.

Fig. 1 zeigt schematisch ein dreigeschossiges Gebäude, von dem die Böden bzw. Decken von Erdgeschoß, erstem Obergeschoß und zweitem Obergeschoß dargestellt sind. Unter den Decken 1a, 1b, 1c sind jeweils Schlitzkabel 2a, 2b bzw. 2c verlegt, die über nicht-strahlende Kabel 3a, 3b bzw. 3c mit Empfängern 4a, 4b und 4c verbunden sind.

In den Empfängern befinden sich (hier nicht gezeigte) Einrich­ tungen zum Vorgeben einer Empfangsschwelle, wobei diese Empfangsschwelle bei allen Empfängern so eingestellt ist, daß sich unter Berücksichtigung der Eigenschaften der angeschlosse­ nen Antennenanlage gleiche Empfindlichkeiten bei allen Empfangsanlagen ergeben.

In jedem Empfänger ist außerdem ein (hier ebenfalls nicht gezeigter) Impulszähler angeordnet, der die Anzahl der Signal­ segmente zählt, die die vorgegebene Schwellenspannung über­ schreiten. Die Empfänger 4a, 4b bzw. 4c weisen ferner Mittel­ wertbildner auf (nicht dargestellt), in denen alle zu einer Signalgruppe gehörenden Zählwerte gemittelt werden, und sie sind mit einem gemeinsamen Auswertegerät 5 verbunden, das die ihm zugeführten Mittelwerte miteinander vergleicht und an das eine akustische Alarmeinrichtung 6 sowie eine optische Anzeige­ einrichtung 7 zur Anzeige des Alarmortes angeschlossen sind.

In der Zeichnung ist eine Wachperson, die sich in dem Gebäude augenblicklich im ersten Obergeschoß bewegt, durch ein Strich­ männchen 8 dargestellt, das einen mit "S" bezeichnen Sender trägt.

Fig. 2 zeigt eine detaillierte Darstellung einer Ausführungs­ form einer Empfangsanlage am Auswerteort, im dargestellten Bei­ spiel mit vier Empfängern 4a bis 4d.

Jedem der Empfänger ist ein Empfangsschwelleneinsteller 9a bis 9d zugeordnet, so daß die Empfänger jeweils nur dann ansprechen, wenn das von der zugehörigen Antenne gelieferte Signal den am Schwelleneinsteller eingestellten Empfangsschwellenwertpegel überschreitet.

Die Ausgänge der Empfänger 4a bis 4d sind mit dem Auswertegerät 5 verbunden. Dieses enthält eine ODER-Verknüpfung 10, der die Ausgänge der Empfänger 4a bis 4d direkt zugeführt sind und deren Ausgang mit der Alarmausgabe 6 verbunden ist, so daß diese ein Signal abgibt, wenn wenigstens einer der Empfänger einen Signalpegel abgibt, der den zugehörigen, am Schwellenwertein­ steller eingestellten Schwellenwertpegel übersteigt.

Das Auswertegerät 5 enthält ferner eine mehrkanalige Schwellen­ schaltung 11, der die Ausgänge der Empfänger 4a bis 4d zuge­ führt sind und die eine Form/Flanken-Überarbeitung der Empfangssignale ausführt. An die Schwellenschaltung 11 schließt sich eine mehrkanalige Torschaltung 12 mit Taktgenerator an. Durch die Ausgangssignale der Schwellenschaltung 11 wird das Tor im jeweils zutreffenden Kanal geöffnet, so daß dieses für die Taktimpulse des Taktgenerators durchlässig wird.

An die Torschaltung 12 schließt sich in dem Auswertegerät 5 eine mehrkanalige Zählschaltung 13 an. Die einzelnen Zähler der Zählschaltung zählen die ihnen jeweils zugeführten Taktimpulse und liefern nach Abschluß der längsten Toröffnungszeit die Zählergebnisse an eine Auswahlschaltung 14. Diese ermittelt durch Vergleich der Zählergebnisse miteinander das höchste Zählergebnis und den zugehörigen Empfangskanal (Empfänger) und gibt eine entsprechende Information über den Ursprungsort des Signals an die Anzeigeeinrichtung 7 als Informationsausgabe.

Claims (7)

1. HF-Alarmierungssystem mit Alarmorterkennung, enthaltend:

• a) einen beweglichen Notrufsender (S), der im Notfalle ein zeitlich begrenztes HF-Signal aussendet, dessen Aussendung er Pegel in zeitlichen Abständen zur Bildung einer Signalgruppe wiederholt,
• b) mehrere, jeweils in unterschiedlichen Ortsbereichen instal­ lierte Empfangsantennenanlagen (2a, 2b, 2c),
• c) je einen Empfänger (4a, 4b, 4c) für jede Empfangsantennen­ anlage (2a, 2b, 2c), wobei die jeweils aus Empfangsantennenanlage und Empfänger bestehenden Empfangsanlagen gleiche Empfangs­ empfindlichkeiten aufweisen,
• d) eine Pegelerfassungseinrichtung und einen Mittelwertsbildner in jedem Empfänger (4a, 4b, 4c), der die Empfangspegel der Signalgruppe mittelt, und
• e) eine zentrale Auswerteeinrichtung (5), die mit den Mittel­ wertsbildnern aller Empfänger (4a, 4b, 4c) verbunden ist und jenen Empfänger als dem Alarmort zugehörig ermittelt, der den höchsten Mittelwert liefert.

2. System nach Anspruch 1, bei dem bei der Wiederholung der Aussendung des Notfallsignals die Trägerfrequenz gegenüber der vorangehenden Aussendung verändert wird.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Sendesignal frequenzmoduliert ist.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Sende­ pegel jedes Notfallsignals in zeitlichen Abständen in Stufen zur Bildung mehrerer Segmente unterschiedlicher Pegel verändert wird, in jedem Empfänger ein allen Empfängern gemeinsamer Empfangspegel-Schwellenwert eingestellt ist und jeder Empfänger einen Zähler aufweist, der ermittelt, wieviele Segmente eines Notfallsignals den Schwellenwert überschritten haben, und bei dem die Zählwerte für die Mittelwertbildung in jedem Empfänger verwendet werden.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem in den Empfängern gleiche Empfangspegel-Schwellenwerte eingestellt sind, die während des Empfangs eines Notfallsignals in kurzen seitlichen Abständen gemeinsam in einer vorbestimmten Anzahl Stufen veränderbar sind, und jeder Empfänger einen Zähler auf­ weist, der ermittelt, wieviele der Stufen von dem empfangenen Notfallsignal überschritten worden sind, und bei dem die Zähl­ werte für die Mittelwertbildung in jedem Empfänger verwendet werden.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Empfangsantennenanlagen strahlende Kabel enthalten.

7. System nach Anspruch 6, bei dem die strahlenden Kabel Schlitzkabel (2a, 2b, 2c) sind.