CH641583A5 - Geraet zur raumueberwachung mit warn- und schutzzonen. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Raumüberwachung mit Warn- und Schutzzonen.

Dem Stand der Technik gehören Einrichtungen an, die unter dem Begriff «Lichtschranken» bekanntgeworden sind. Diese Lichtschranken arbeiten durchweg mit der Unterbrechung eines Lichtstrahles, der gleichzeitig einen Teil der Schutzperipherie darstellt. Leider sind diese Systeme in ihrer Verwendungsmöglichkeit als Schutz- und Sicherheitseinrich-tung stark beeinträchtigt, weil sie einerseits den Ort des Eindringens nicht genau angeben können, andererseits leicht ausser Kraft zu setzen sind. Ausserdem vermögen sie nur geradlinige Konturen zu überwachen.

Um hier vorteilhaftere Lösungen zu bringen, wurde beispielsweise in der DE-Auslegeschrift 21 57 815 eine Einrichtung vorgeschlagen, bei der die Bewegung des Störobjektes rechtwinklig zum Taststrahl und in erster Näherung die Ausdehnung des Objektes in der Projektionsebene in Form einer Linie festgestellt werden kann.

In der DE-AS 21 29 666 wird eine Überwachungseinrichtung vorgeschlagen, die durch Strahlaufspaltung einen Lichtvorhang ohne rotierenden Ablenkmechanismus bildet, wobei ebenfalls über die Grösse des Störobjektes in Richtung der Projektionsebene in Form einer Linie Aussagen möglich sind.

- Weiterhin zählt zum Stand der Technik eine aus der DE-Offenlegungsschrift 23 53 702 bekanntgewordene Einbruchsicherung von Flächen, bei der zwischen moduliertem Licht einer Lichtquelle und am Empfänger einer Veränderung der Phasenbeziehung oder der Intensität festgestellt wird, um dadurch das Vorhandensein von Störobjekten festzustellen.

Diese Einbruchsicherung kann über die Grösse des Störobjektes keine Aussagen machen, wohl aber über dessen Bewegung im geschützten Raum, wobei der Raum nachteiligerweise materiell abgegrenzt sein muss. Eine genaue örtliche Selektierung ist nicht möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Raumüberwachung mit Warn- und Schutzzonen zu schaffen, welches die Grösse, die Form, die Lage, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung, die Richtung und die Entfernung eines Störobjektes feststellt, wobei das Gerät seine Entscheidung in Abhängigkeit von frei festzulegenden Zonen, Warn- und Schutzzonen, die durch virtuelle Lichtschutzzäune begrenzt sind, fällt.

s Die Aufgabe findet ihre Lösung durch die im Patentanspruch 1 definierte Erfindung.

Durch diese vorgeschlagenen Massnahmen ist nun ein Gerät geschaffen, das ein Maximum an Sicherheit und ein Minimum an Fehlalarmen garantiert. Ein Maximum an Si-io cherheit deswegen, weil bereits entfernt von der Schutzzone das Verhalten von Störobjekten festgestellt werden kann und damit die Reaktionszeit der Abwehr auf ein höchstmögliches Mass gebracht wird. Bei den heutigen Sicherheitseinrichtungen ist diese Reaktionszeit durch ein zu spätes Erkennen des 15 Eindringlings für eine erforderliche Abwehr oft zu gering. Geräte zur Raumüberwachung, die beispielsweise den Schutzraum durch verschiedene Warnzonen absichern, sind an keinerlei materielle Begrenzungen gebunden, sondern sind frei programmierbar, so dass der Eindringling nie weiss, 20 wann und wo er einen Lichtschutzzaun durchstösst. Das vorgeschlagene Gerät ist weder überlistbar noch kann man es de-dektieren, weil es sich z.B. tief in einem Schutzraum befindet und nicht sichtbar ist. Daher kann es auch nicht zerstört werden, was bei allen bekannten Einrichtungen jedoch der Fall 25 ist, insbesondere bei den Lichtschranken, weil sich letztere direkt an der Gefahrenzone befinden und deshalb nicht selbst geschützt sind.

Das vorgeschlagene Gerät zur Raumüberwachung besitzt aufgrund seiner Grösse und Philosophie die Möglichkeit ei-30 nes universellen Einsatzes als leichtes, transportables und autonomes Gerät. Es kann, da der Lichtstrahl in 2 Koordinaten ablenkbar ist, jedem Flächenprofil folgen und ermöglicht einen effektiven Rundumschutz.

Durch die Vermessung mit den angegebenen zu ermitteln-35 den Parametern ist eine optimale Unterscheidung zwischen realen und imaginären Tätern gegeben. Als wesentlicher Vorteil - neben dem Hauptvorteil eines sicheren Schutzes - muss jedoch gelten, dass durch die Erhöhung der Reaktionszeit infolge der Beobachtung in den Warnzonen, auf materielle Hin-40 dernisse wie Schutzzonen, Gräben usw., die teuer sind und die die Freisicht beträchtlich einschränken, verzichtet werden kann. Infolge der genauen lokalen Feststellung in 3 Koordinaten kann der Eindringling z.B. durch einen gesteuerten Scheinwerfer sichtbar und identifiziert festgehalten werden.

Die Erfindung ist nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben, in den Ansprüchen festgehalten und in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm des beschriebenen Ausfüh-50 rungsbeispiels,

Fig. 2 ein Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel einer Ablenkeinheit für das Gerät mit getrennten optischen Kanälen in schematischer Darstellung,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel des Aufbaues der Ablenk-55 einheit in einem Hohlzylinder für eine Rundumsicht,

Fig. 4 eine Schemadarstellung von möglichen Schutz- und Warnzonen

Fig. 5 eine Seitenansicht in schematischer Darstellung zur Kenntlichmachung der Höhe eines virtuellen Lichtschutzzau-60 nes mit sichtbaren Brennflecken

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel für das Anmessen eines Störobjektes mittels zeitlich aufeinanderfolgender Entfernungsvektoren.

Wie die Figur 1 zeigt, liegt das Schwergewicht der Erfindung auf der funktionellen Ablenkung von Entfernungsmessstrahlen und einer nachfolgenden Datenverarbeitung.

Das Gerät als transportable Einheit soll z.B. zum Schutze eines Flussverlaufes eingesetzt werden. Der Flussverlauf kann

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nun auf zweierlei Weise dem Gerät eingegeben werden. fernungsmesser 10, dessen optische Kanäle, die jeweils aus der

1. Durch eine Vermessung auf konventionelle Art wird Ablenkeinheit 11 mit Spiegeln 1 la bzw. 1 lb und Spiegel bzw. der Flussverlauf bezüglich des gewählten Standortes des Prisma 11 c sowie der zugehörigen Vario-Optik 12 bzw. Optik Schutzgerätes festgehalten und diesem in Form - beispiels- 24 bestehen, optisch völlig voneinander getrennt sind, sowie weise von Polar-Koordinaten - eingegeben. 5 dem Rechner 13 als Mikroprozessor der Speichereinheit 14 —

2. Längs der Schutzperipherie, die mit dem Flussvèrlauf aus Messdatenspeicher, Ergebnisspeicher und Programmspei-übereinstimmt, werden an charakteristischen Punkten Re- cher - der Steuer- und Regeleinheit 15 sowie dem externen flektoren angebracht. Das Schutzgerät wird nun an einem be- Programmschalter 16 zusammen. Vereinfachenderweise wur-liebigen Ort installiert und stellt automatisch die durch die den die Interfaces gleich in die Speichereinheit 14 integriert. Reflektoren gekennzeichneten Koordinaten bezüglich seines io Der Sender 20, z.B. eine Laserdiode, emittiert mit einer reStandortes fest. gelbaren Pulsfolgefrequenz optische Impulse 22, die mittels

Mit Hilfe des externen Programmschalters werden nun die der Ablenkeinheit IIa, z.B. einem regelbaren Schwingspiegel, Funktionen ausgewählt, mit denen das Schutzgerät automa- vertikal abgelenkt werden. In der nachfolgenden Vario-Optik tisch die Peripheriepunkte verbindet. Im einfachsten Falle 12 werden mittels des Programmschalters 16 die Brennfleck-sind dies Geraden. Aber auch Kreis-und Ellipsenbögen sowie 15 durchmesser 50 für den 1. virtuellen Lichtschutzzaun 40 ein-freiwählbare Kurven sind denkbar. gestellt. Die Vario-Optik 12 regelt ihrerseits den Brennfleck

Mittels des Programmschalters werden gleichzeitig die 50 entlang des 1. virtuellen Lichtschutzzaunes 40 in Abhän-Anzahl der Zonen, die durch virtuelle Lichtschutzzäune ge- gigkeit von der Entfernung zum Gerät 100. Die anschlies-trennt sind, sowie deren Breite festgelegt, wobei die festgelegte sende Ablenkeinheit 11, die z.B. aus 2 symmetrisch aufgebau-Schutzperipherie den innersten Lichtschutzzaun darstellt und 20 ten rotierenden Spiegeln bzw. Prismen 1 lc, besteht und mitalle übrigen im einfachsten Falle durch einen konstanten aber tels eines Elektromotors 28 über ein Getriebe 27 angetrieben frei wählbaren Abstand von dem ersteren entfernt liegen. werden, lenkt die Pulse 22 horizontal ab. Da die Spiegel 1 lc

Der Programmschalter ermöglicht über dies die Höhe des vorteilhafterweise mit konstanter Drehzahl rotieren, ge-ersten Lichtschutzzaunes festzulegen. Dies geschieht durch schieht die Festlegung der Brennfleckdichte am 1. virtuellen die Einstellung der Ablenkeinheit in horizontaler Richtung 25 Lichtschutzzaun 40 und die horizontale Ablenkung durch die geschieht - bei einem sektorialen Schutz - z.B. automatisch Steuerung und Regelung der Pulsfolgefrequenz. Über die ro-mit Hilfe der äussersten Begrenzungspunkte der Schutzperi- tierenden Spiegel bzw. Prismen 11c gelangen die Pulse ins pherie und dem Gerätestandpunkt durch Steuerung der Puls- Freie, werden am Störobjekt 60 reflektiert und treten wieder folgefrequenz. über die Ablenkeinheit Spiegel bzw. Prismen 1 lc empfanger-

Der Programmschalter gibt ferner die Möglichkeit, den 30 seitig in das Gerät 100 ein. Diesmal befindet sich zwischen Lichtschutzzaun durch überdecken der Brennflecken lücken- Spiegel bzw. Prismen 1 lc und der Optik 24 ein schmalbandi-los beziehungsweise ihn als ein Lichtschutzraster mit kleinen ges Interferenzfilter 25 zur Unterdrückung des Fremdlichtes. Brennflecken aufzubauen. Von der Optik 24 gelangt das reflektierte Licht 23 über den

Das eingestellte Gerät tastet nun im kHz-Bereich die Spiegel 1 lb, der z.B. wieder einen regelbaren Schwingspiegel

Schutz- und Warnperipherie gleichzeitig ab. Wird z.B. in der 35 darstellt, zum Detektor 21. Der optische Eingangs-und Aus-Warnzone ein Eindringling festgestellt, so wird dieser in gangskanal müssen äquivalent aufgebaut sein. D.h. die bei

Grösse, Form, Richtung usw. durch vektorielle Entfernungs- den Schwingspiegel IIa und IIb nehmen stets zueinander die messung beschrieben. In dem Programmspeicher des Rech- gleiche Stellung ein. Darüber hinaus stehen sie in einer funkners sind die Koordinaten der Lichtschutzzäune als Sollwerte tionalen Beziehung zum rotierenden Spiegel bzw. Prisma 11c enthalten, aber auch Sollwerte über die vorgenannten Para- 40 der Ablenkeinheit 11.

meter der zu unterscheidenden Eindringlinge. Ein einfallen- Aus der Zeitdifferenz zwischen vom Sender 20 ausgehen des Blatt z.B. wird allein durch seine Grösse eliminiert. Ein den und zum Detektor 21 zurückkehrenden Lichtimpuls - im grosser, fliegender Vogel erreicht nicht den Boden und wird Ausführungsbeispiel also eine Laufzeitmessung - wird die daher vom Menschen, der ja die Warnzone - die beispiels- Entfernung zum Störobjekt 60 errechnet.

weise 10 m brei ist - überspringen müsste, unterschieden und 45 Aus der partiellen Lage der Spiegel IIa, IIb, 11c liegen ebenfalls eliminiert. gleichzeitig die Horizontal- und Vertikalwinkel fest. Bei der

Schnee und Regen kommen von oben und geben bei ent- nächsten Messung mittels des nächsten Impulses werden die sprechender Dichte gleichzeitig ein globales Entfernungssi- neuen Entfernungen und Winkel festgestellt. Durch eine gnal ähnlich einer entlang der Schutzperipherie gezogenen dritte Abmessung des Störobjektes geschieht dasselbe. Aus Mauer. Eindringlinge werden bei diesen Bedingungen durch 5° diesen drei Messungen können z.B. für einen Punkt des Stör-die Veränderung des Entfernungsbildes erkannt. Kriechende Objektes 60 die partielle Entfernung, die Richtung, Geschwin-Katzen sind beispielsweise zu klein, dagegen wird ein krie- digkeit und Beschleunigung ermittelt werden. Hat man einen chender Hund erkannt werden, aber sich durch sein von ei- Körper, so ist auch Grösse, Form und Lage feststellbar. Die nem kriechenden Menschen unterscheidendes Verhalten kei- ermittelten Werte werden mit solchen in der Speichereinheit nen Alarm auslösen. Fahrzeuge und dergleichen können 55 14 verglichen und die entsprechenden Massnahmen ab- und leicht durch Grösse, Richtung und Geschwindigkeit erkannt eingeleitet.

werden. Wird das Gerät 100 für eine Rundumsicht benutzt, dann

Wird z.B. in der Warnzone ein Mensch durch seine typi- tritt anstelle des rotierenden Spiegels 1 lc ein Spiegel 1 lc, der sehen Parameter über die Entfernungsvektoren identifiziert, aber in einem rotierenden Hohlzylinder 30 sitzt. Der Spiegel so wird ein Voralarm ausgelöst, dem der Hauptalarm folgt, ' 60 1 lc stellt im Ausführungsbereich einen Doppelspiegel dar, wenn er den ersten virtuellen Lichtschutzzaun an der Schutz- dessen erzielbare Ablenkwinkel wegen der Zentralwelle auf peripherie durchbricht. Jetzt gibt es bei Nacht die Möglich- 180° festgelegt sind. Man kann aber ebensogut Prismen so-keit, ihn gezielt mit einem Scheinwerfer zu beleuchten und da- w°hl für die horizontale als vertikale Ablenkung benutzen, durch zur Identifizierung festzuhalten und zu vertreiben. Die Ausgabeeinheit 17 wird nur dann einen Alarm anre-

Von einer Beleuchtung des Störobjektes wird man auch gen> wenn ein als Eindringling erkanntes Störobjekt 60 identi-dann Gebrauch machen, wenn seine Identifikation im Warn- fiziert ist und den ersten virtuellen Lichtschutzzaun 40 durch-bereich nicht eindeutig sein sollte. bricht - wobei der gemessene Entfernungsvektor der gespei-

Das Gerät 100 setzt sich aus einem elektro-optischen Ent- cherte Entfernungsvektor ist - oder sein Verhalten dahinge-

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hend interpretiert wird, dass dies in Kürze geschieht. Die Alarmeinrichtung kann, wie schon beschrieben, optisch mit einem Scheinwerfer, aber auch mit einer automatisch gesteuerten Schusswaffe gekoppelt sein. Der Alarm selbst kann in Form eines Sirenentones oder einer optischen Blinkanzeige gegeben werden.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

641 583 PATENTANSPRÜCHE

1. Gerät zur Raumüberwachung mit Warn- und Schutzzonen, gekennzeichnet durch einen elektro-optischen Entfernungsmesser (10), eine Ablenkeinheit (11) zum Ablenken der Messstrahlen in zwei Koordinatenrichtungen, eine Vario-Op-tik (12), der Signale einer Steuer- und Regeleinheit (15) zugeführt sind, zum Steuern und Regeln des Durchmessers der Brennflecken (50) der Messstrahlen, und einen Rechner (13) zum Ermitteln der aus den gemessenen und in einer Speichereinheit (14) festgehaltenen Entfernungs vektoren von jeweils Entfernung, Richtung, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Lage, Grösse und Form des vermessenen Objektes und zum Vergleichen mit Sollwerten aus der Speichereinheit (14) unter Berücksichtigung der zeitlichen Reihenfolge der Messwerte, und zur Feststellung und Identifizierung von in den Warnoder Schutzbereich eingedrungenen Objekten, sowie durch eine Ausgabeeinheit (17) zur Auslösung von Vor- oder Hauptalarm oder zur Einleitung von Abwehrmassnahmen.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit (11) ein Spiegel- oder Prismensystem in einem rotierenden Zylinder (30) darstellt.

3. Gerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sende- und Empfangskanal vom Lichtsender (20) bis zum Lichtdetektor (21) optisch völlig voneinander getrennt aufgebaut ist.

4. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Laserimpulsmesser als Entfernungsmesser (10).