CN114424047A - 用于监测扩大的地块的空域的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监测扩大地块的空域的系统，其具有：至少两个带有无源傅里叶变换红外光谱仪的光学传感器(2；2a、2b、2c)，其中每个光学传感器(2；2a、2b、2c)具有能调节的监测区域并且其中至少两个光学传感器(2；2a、2b、2c)的监测区域至少部分地重叠；服务器(20、30)，用于分析测量数据并控制所述至少两个光学传感器(2；2a、2b、2c)，其中服务器(20、30)设置为在常规情况下控制光学传感器(2；2a、2b、2c)以自动扫描监测区域，其中服务器根据光学传感器(2；2a、2b、2c)的位置数据分别为测量数据分配立体角，由光学传感器(2；2a、2b、2c)的测量数据针对每个立体角推导出接收的IR辐射的光谱强度分布，并且借助于强度分布与已知气体谱的相关性来识别至少一种目标物质，在事件情况下，在第一光学传感器(2；2a、2b、2c)在第一立体角上识别到目标物质时，控制至少一个另外的光学传感器，以扫描与第一光学传感器的监测区域的重叠区域，由该至少一个另外的光学传感器(2；2a、2b、2c)的测量数据识别出具有目标物质的红外信号的至少一个另外的立体角，并且由第一立体角的立体角信息和该至少一个另外的立体角的立体角信息得出具有更高浓度的目标物质的重叠区域的坐标，其中该至少一个另外的光学传感器在具有过小测量半径的空间方向上的测量信号不引用到分析中。

Description

用于监测扩大的地块的空域的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于监测地块、例如工业化学工厂、港口或关键交通基础设施的空域的系统和方法。本发明还涉及一种光学传感器，尤其是用于所述系统和用于所述方法的光学传感器。本发明尤其用于探测和定位气体泄漏和潜在危险的气体云。
背景技术
在所述地块上，由于设备的不密封性或故障，可能逸出气体，所述气体对环境有害，能够导致具有广泛后果的事故并且能够构成对停留在地块上的人员的健康和生命的危险。
通常对地块的监测利用化学-电传感器来进行，所述化学-电传感器分别仅对一种气体或少数几种化学气体敏感。此外，传感器必须被设置在环境空气中存在该气体的位置。因此，所使用的传感器的数量多。
此外，已知使用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)，其能够以短的时间间隔确定在地块上方观察的立体角中所存在的不同化学气体的组成。由此可以探测气体的不期望的逸出并且借助于三角测量法得出位置。然而，已知的方法缺乏良好的空间分辨率并且因此缺乏逸出位置的可靠定位，尤其在视线情况受到地形障碍的影响时。
从现有技术中已知的FTIR光谱仪在此用作光学传感器。光谱仪本身是位置固定的，并且其红外光学器件以向上指向的角度定向。利用可摆动的镜子将环境光指向红外光学器件并且由此扫描环境。然而，在此，监测区域限于小的立体角区域。
EP 2 088 409 Bl公开了一种用于远距离勘探的成像光谱仪，用于产生光谱分辨的图像，然而没有所测量的地块的空间分辨率。
发明内容
因此，本发明基于以下技术问题，即，改进用于监测扩大的地块的空域的系统和方法。
根据本发明，上述技术问题通过下述类型和方式的系统、方法以及光学传感器来解决。
根据本发明的第一教导，用于监测扩大的地块的空域的系统配备有至少两个光学传感器，所述光学传感器具有无源(passiv)傅里叶变换红外光谱仪，并且配备有服务器，用于分析测量数据并控制所述至少两个光学传感器，其中每个光学传感器具有可调节的监测区域，并且其中所述至少两个光学传感器的监测区域至少部分地重叠，并且其中每个光学传感器的监测区域由于地块的地形基于遮蔽而具有根据立体角而不同的测量半径，并且每个光学传感器的监测区域由立体角区域和相对应的测量半径来确定，其中服务器设置为在常规情况下控制光学传感器以自动扫描监测区域，其中服务器根据光学传感器的位置数据分别为测量数据分配立体角，由光学传感器的测量数据针对每个立体角推导出接收的IR辐射的光谱强度分布，并且借助于强度分布与已知气体谱的相关性来识别至少一种目标物质，在事件情况下，在第一光学传感器在第一立体角上识别到目标物质时，控制至少一个另外的光学传感器，以扫描与第一光学传感器的监测区域的重叠区域，由该至少一个另外的光学传感器的测量数据识别出具有目标物质的红外信号的至少一个另外的立体角，并且由第一立体角的立体角信息和该至少一个另外的立体角的立体角信息得出具有更高浓度的目标物质的重叠区域的坐标，其中该至少一个另外的光学传感器在具有过小测量半径的空间方向上的测量信号不引用到分析中。
该系统被理解为，当至少两个光学传感器(2；2a、2b、2c)的监测区域至少部分地重叠时，该系统尤其是足够的，而不仅在具有多个光学传感器的较大系统的情况下是足够的。因此，监测区域的重叠必须要求以成对的方式、但不要求所有对的光学传感器。因此，整个系统也可以理解为多个系统的组合，在这些系统中，至少两个光学传感器中的所有光学传感器的监测区域至少部分地重叠。
所述服务器在此也可以称为分析单元或分析和控制单元。
服务器优选也可以具有多个彼此分开的子单元，这些子单元优选分别集成在光学传感器中或者至少相邻地布置。例如，r个传感器可以具有各一个子单元，所述子单元共同构成服务器或分析单元。此外，服务器的不同任务可以由子单元来承担。因此，例如服务器的第一子单元可以分析测量数据，并且第二子单元可以控制一个或多个光学传感器。
在一种优选的实施方式中，服务器被构造为中央控制单元，其控制两个或更多个光学传感器和/或分析两个或更多个光学传感器的测量数据。特别优选地，中央控制单元控制所有传感器和/或分析系统的所有光学传感器的测量数据。服务器可以优选地布置为与光学传感器具有大的空间距离。此外，服务器也可以是服务器网络的变换服务器。例如，还可以使用由一个或多个服务器提供的云来执行测量数据的分析和/或光学传感器的控制。
在一个立体角内，测量半径在此对应于光学传感器能够获取测量信号的最大距离。测量半径可以是光学传感器能够实现的最大测量半径。但是测量半径也可以由于被障碍物遮蔽而在其空间延伸上受到限制，也就是说更短。光学传感器因此可以在该立体角内不产生用于障碍物后方区域的测量数据。在安装光学传感器系统时，根据地块的已知地形和/或建筑来确定和决定每个立体角的测量半径。
光学传感器的测量半径优选可以根据立体角调节。在此，测量半径针对每个立体角从光学传感器出发被调节直至最大距离或直至引起遮蔽的障碍物。优选地，该系统被构造为自动地定义针对立体角的测量半径，优选地由二维和/或三维的地图数据来定义。例如并且优选地，该系统可以被设置用于在使用数字孪生(Zwilling)和/或待监测的地块的简化的三维模型的情况下定义测量半径。此外优选地，该系统设置用于借助光学传感器的摄像机检测障碍物信息，并且在使用障碍物信息的情况下定义测量半径。障碍物信息优选地对应于光学障碍物，这些光学障碍物优选地沿着传感器的光轴布置。特别优选地，该系统设置用于在使用多个光学传感器的障碍物信息的情况下定义测量半径。
此外，立体角被理解为光学传感器能够分辨的空间的立体角区域。立体角的立体角区域、即光学传感器的空间分辨率可以在系统内部是可调节的。因此，对于立体角区域的每个立体角，所属的测量半径对应于光学传感器能够获取测量信号的最大距离。对于立体角区域的所有立体角，光学传感器可以接收光学信号并且提供相应的测量信号。
因此，仅当光学传感器的所属测量半径达到与另一光学传感器的监测区域的所需重叠区域时，才使用该光学传感器的测量信号。
优选地，当服务器的仅一个部件被设置用于上述功能之一时，服务器也被设置用于上述功能之一。例如，服务器可以被设置为分析单元，以在常规情况下控制光学传感器用于监测区域的自动扫描和/或根据光学传感器的位置数据为测量数据分别分配立体角。因此，当第一光学传感器识别到目标物质时，服务器控制另一传感器以扫描第一传感器的监测区域与另一传感器的监测区域的重叠区域。由此，该系统可以优选地验证由第一光学传感器进行的目标物质的识别。
根据本发明的第二教导，上述技术问题通过一种用于监测扩大地块的空域的系统来解决，该系统具有至少两个光学传感器，所述至少两个光学传感器具有无源傅里叶变换红外光谱仪，并且具有用于分析测量数据以及用于控制所述至少两个光学传感器的分析单元，其中每个光学传感器具有可调节的监测区域，并且其中各至少两个光学传感器的监测区域至少部分地重叠，其中服务器设置用于在常规情况下控制光学传感器用于自动扫描监测区域，其中根据光学传感器的位置数据分别给测量数据分配立体角，由光学传感器的测量数据针对每个立体角推导出所接收的IR辐射的光谱强度分布，并且借助于强度分布与已知气体谱的相关性识别至少一个目标物质，在事件情况下，当第一光学传感器在第一立体角中识别到目标物质时，操控至少一个另外的光学传感器来扫描与第一光学传感器的监测区域的重叠区域。
优选地，在根据本发明的第二教导的系统中，每个光学传感器的监测区域通过地块的地形由于遮蔽而具有根据立体角不同的测量半径，并且每个光学传感器的监测区域通过立体角区域和所属的测量半径来确定，其中服务器进一步设置用于，由至少一个另外的光学传感器的测量数据识别至少一个另外的具有目标物质的红外信号的立体角，并且由第一立体角的和至少一个另外的立体角的立体角信息得出具有提高的浓度的目标物质的重叠区域的坐标，其中至少一个另外的光学传感器在具有过小的测量半径的空间方向上的测量信号不被引用到分析中。
根据第二教导的系统的其他特征和优点与根据第一教导的系统的之前所描述的特征和优点是相同的，从而参考相应的描述。
此外，服务器被设置成通过数学插值，特别是空间上相邻的测量信号的加权插值，来替代未被引用到分析中的至少一个另外的光学传感器的测量信号。在此，相邻的测量信号是针对立体角提供的测量信号，所述立体角在立体角区域中空间上相邻于具有过小测量半径的立体角。
此外，提供至少三个光学传感器，并且服务器被配置成在事件情况下选择至少一个另外的光学传感器用于操控，所述至少一个另外的光学传感器的监测区域与第一光学传感器的监测区域具有最大重叠。
服务器优选设置成利用所述另外的传感器的监测区域补偿识别到目标物质的第一光学传感器的立体角，并且选择另外的光学传感器用于操控，其监测区域针对第一光学传感器识别到目标物质的立体角与第一传感器的监测区域重叠。
优选地，服务器被设置成当选择的光学传感器的位置位于检测到目标物质的第一光学传感器的立体角区域的方向上时，不使用该选择的光学传感器。在这种情况下，优选地选择与第一光学传感器的监测区域具有尽可能大的重叠的次佳的光学传感器。
因此，可以实现的是，第一传感器的针对识别到目标物质的立体角的光轴和被控制用于扫描重叠区域的另外的光学传感器的光轴被设置成彼此成角度。然后，从光学传感器识别到目标物质的立体角优选可以借助三角测量法得出目标物质的位置。
此外，有利的是，服务器被设置成从光学传感器的测量数据得出目标物质的柱密度，其中，柱密度是气体浓度(以ppm为单位测量)与气体云的空间长度(以m为单位测量)的数学乘积，并且其中，服务器被设置成得出不同光学传感器的最高柱密度的重叠区域的坐标。
在一个优选的设计方案中，该系统和尤其是服务器设置用于在事件情况下借助第一光学传感器确定目标物质在第一立体角中的柱密度并且确定目标物质在与第一立体角相邻的立体角中的柱密度。与第一立体角相邻的立体角优选连续地邻接第一立体角。然而，也优选的是，相邻立体角与第一立体角具有预定义的角距离。例如，如果第一立体角具有45°的值，则相邻的立体角可以具有例如44°和46°的值。
根据一种优选的改进方案，该系统并且尤其是服务器设置用于，从第一立体角和相邻的立体角识别出目标物质的具有最高柱密度的立体角，并且借助于第一光学传感器确定在与具有最高柱密度的立体角相邻的立体角中目标物质的柱密度。因此，该系统被设置为比较在第一步骤中确定的且分配了立体角的目标物质的柱密度，并得出确定目标物质的最高柱密度的立体角。接着，在与最高目标物质柱密度的该立体角相邻的立体角上重新确定目标物质的柱密度。优选地，选择具有目标物质的未知柱密度的立体角作为相邻的立体角。如果例如如上所述在44°的立体角下确定到目标物质的最高柱密度，则接着针对具有43°值的立体角确定目标物质的柱密度。
优选地，该系统并且尤其是服务器设置用于确定第一光学传感器的监测区域的立体角，该立体角在事件情况下具有目标物质的最高柱密度。为此，该系统设置为执行上述步骤，直到得出目标物质柱密度为最大的立体角。如果例如在43°和45°下得到了目标物质的比44°的立体角小的柱密度，则具有44°的值的立体角是监测区域的具有目标物质的最高柱密度的那个立体角。但是，该系统也可以被构造为在监测区域中得出目标物质的柱密度的多个局部最大值。
优选地，该系统和尤其是服务器设置用于在事件情况下确定目标物质的与第一光学传感器的立体角相对应的第一浓度梯度。浓度梯度是每离散立体角步阶的目标物质柱密度变化的量度。
在一个优选的扩展方案中，所述系统和特别是服务器设置用于在事件情况下由与第一光学传感器的立体角相对应的第一浓度梯度和另一光学传感器的模拟的另一浓度梯度确定目标物质的多维浓度梯度。因此，优选地，针对多个传感器的立体角确定浓度梯度并且由系统组合，以便确定多维的浓度梯度。例如，多维浓度梯度可以是在第一空间方向上和在垂直于第一空间方向的空间方向上目标物质柱密度变化的量度。
优选地，该系统并且尤其是服务器设置成将所得出的目标物质的柱密度与目标物质极限值进行比较。特别优选地，该系统和特别是服务器被设置用于当所得出的目标物质的柱密度超过目标物质极限值时，优选在预定义的时间段超过时，触发警报。
也可以在由测量数据得出相应的柱密度之前，检测代表相应的立体角的柱密度的测量数据。例如，光学传感器可以检测多个立体角的测量数据，并且随后通过服务器的作为分析单元的功能得出在各个立体角处存在的柱密度或者具有目标物质的最高柱密度的立体角。优选地，测量数据的检测和柱密度和/或最高柱密度的得出也可以同时或部分同时地进行。
优选地，服务器还设置成在事件情况下控制光学传感器用于以提高的位置采样(Ortsabtastung)进行测量。在此，扫描速度被减慢并且必要时对于一个立体角的测量时长被增大，以便获得更好的信噪比。
优选地，服务器进一步设置成得出不同光学传感器的最高柱密度的重叠区域的坐标，并将该坐标与地图显示相关联，并且创建事件的二维表示，和/或将该坐标与摄像机的图像相关联，并且创建事件的视觉显示。由此为系统的运营商提供快速且明确的信息。
此外，可以设置至少一个有源(aktiv)红外辐射源，并且光学传感器沿着限定的测量路段接收红外光。由此沿着这些测量路段提高了系统的测量精度。
术语“服务器设置成”意味着，服务器被构造为具有计算机环境的计算机，其中，设置合适的微芯片、存储芯片或存储介质以及至外部的、必要时也远离的设备的接口，并且其中，存在至少一个计算机程序，以便在技术上实现所描述的功能。
在进一步优选的方式中，在上述系统中可以设置至少一个固定的探测器，其中服务器设置成将至少一个固定的探测器的输出信号用作在固定的传感器的空间区域中使用光学传感器的触发信号。因此，在事件情况下可以在使用固定的测量数据的条件下触发目标物质的识别。如果固定的探测器位于系统内的泄漏的区域中，则可以通过固定的探测器的测量信号确定在特定的空间区域中的事件情况并且因此激活或触发光学传感器的之前描述的使用。
此外，该系统可以具有在监测区域中的多个固定的探测器，以便监测多个可能的泄漏部位并且由此触发光学传感器在不同的空间区域中的使用。
进一步优选地，系统可以设置成，在事件的情况下，从多个探测器中选择与第一光学传感器的第一立体角相对应的固定探测器。如果固定的探测器也识别出目标物质，则该系统对目标物质的识别进行可信度测试。替代地或补充地，也可以设置，该系统设置成从外部的固定的探测器接收固定的测量数据，以便对目标物质的识别进行可信度测试。因此，系统可有利地加装至具有一个或多个固定探测器的现有气体监测系统。外部固定探测器的固定测量数据也可以由根据本发明的系统使用。对固定探测器的控制在此优选可以是接收固定探测器的测量数据、调用固定探测器的测量数据、激活固定探测器以检测测量数据和/或接收和/或调用与固定探测器连接的分析单元的测量数据。
优选地，固定探测器被构造为也被称为气体传感器的电化学探测器、PID探测器(光离子化探测器)、FID探测器(火焰离子化探测器)、热效应探测器、德尔格
Figure BDA0003538344960000081
芯片测量系统(CMS)(也被称为用于气体的反应产物的光电子检测)、直接显示的德尔格管、具有多个也可为不同结构类型的单个探测器的多气体测量仪、被构造为具有宽带IR辐射和双探测器(测量和参考探测器)的小的气体测量单元的红外传感器、激光光谱探测器、具有滤镜的红外摄像机、UV和VIS光谱仪(例如光栅光谱仪、或具有光学间隙的光谱仪)、LIDAR传感器、光声光谱探测器、近红外探测器、用于泄漏测位的声学探测器、质谱仪、离子淌度质谱仪或作为气相色谱仪。
上述实施例具有光学传感器和探测器，它们位置固定地安装在待监测的工厂内部或者待监测的地块上，并且因此彼此以固定的空间关系设置。
在所述系统的另一种优选的设计方案中，至少一个传感器可以构造为移动传感器，其中，所述移动传感器构造为光学传感器或者构造为探测器。
移动传感器能够以手持方式、以在地面遥控或有人驾驶的车辆上的方式，或者借助飞行器(例如，无人机)的方式移动。移动传感器优选地被设计为在移动期间执行测量。此外优选地，系统被设置成将由移动传感器检测的测量数据和/或测量信号配属于移动传感器的对应的位置值。
当移动传感器本身构造为之前描述类型的光学传感器时，那么作为第二传感器的该光学传感器可以与固定的第一光学传感器一起形成系统。
如果移动传感器构造为之前描述的探测器，则在事件的由至少两个光学传感器确定的空间区域中，可直接通过至少一个探测器测量一种目标物质或多种目标物质的浓度。该现场测量可以用于对由系统得出的数据进行可信度测试或者也用于在现场具体确定浓度。
因此，系统优选设置成，在事件情况下，当第一光学传感器以第一立体角识别出目标物质时，使移动传感器移动到第一传感器的监测区域中，以便识别目标物质。
根据本发明的第三教导，通过一种用于监测地块的空域的系统来解决上述技术问题，该系统具有至少一个光学传感器，其具有无源傅里叶变换红外光谱仪，并且具有服务器，用于分析测量数据并控制至少一个光学传感器，其中至少一个光学传感器具有可调节的监测区域，其中设置至少一个移动探测器，并且其中服务器设置成在常规情况下控制光学传感器自动扫描监测区域，其中服务器根据光学传感器的位置数据分别给测量数据分配立体角，从光学传感器的测量数据针对每个立体角推导出所接收的IR辐射的光谱强度分布，并且借助于强度分布与已知的气体谱的相关性来识别至少一种目标物质，并且在事件情况下，当光学传感器在立体角中识别出目标物质时，借助于至少一个移动探测器沿着由光学传感器识别的立体角与位置相关地检测目标物质的浓度。
因此，系统并且优选地服务器设置成移动该移动探测器，以在第一传感器的监测区域中定位目标物质。优选地，该系统被设置成使移动探测器沿着预先确定的轨道运动通过监测区域。优选地，预先确定的轨道可以是栅格。优选地，该系统被设置成使移动探测器沿着运动轨道移动，该运动轨道与第一光学传感器在第一立体角内的光轴相对应。该系统优选通过得出移动探测器在第一传感器的监测区域中的如下位置来定位目标物质，对于该位置，目标物质的浓度最大。
根据本发明，上述技术问题根据本发明的第四教导还通过一种用于监测地块空域的光学传感器解决，该光学传感器具有用于探测目标物质的FTIR光谱仪、用于将该地块的待监测的空域的局部成像到FTIR光谱仪上的红外光学器件、摄像机和用于使由FTIR光谱仪、红外光学器件和摄像机构成的传感器单元定向的定位单元，其中红外光学器件和摄像机检测相同的立体角，尤其其中红外光学器件和摄像机的光轴彼此平行地定向。
因此，提供了一种光学传感器，其作为整体可以调节至不同的立体角，并且因此几乎不具有对观察方向的限制。因此，与现有技术中已知的具有FTIR光谱仪的光学传感器的情况相比，该光学传感器变得更小并且更容易安装。
尤其是，该红外光学器件被构造为具有抛物面镜和副镜的卡塞格伦(Cassegrain)望远镜。作为卡塞格伦望远镜的构造简化了待监测的空域局部的成像并且由于抛物面镜的应用导致接收的辐射的强度提高并且因此也导致FTIR信号的强度提高。
有利地，摄像机设置在红外光学器件的侧面。因此，同样应成像地块局部的摄像机必要时可具有远射镜头并且产生放大的图像。因此，摄像机不影响红外光学器件的光路，但是具有视差，为了使测量结果与摄像机图像准确地重叠，必须对该视差进行补偿。
可替换地，摄像机也可以设置在红外光学器件的光轴上，尤其是设置在副镜上或前面。因此，摄像机能够在不产生视差位移的情况下拍摄视频图像，而不影响红外光学器件的光路。
另一替代方案在于，摄像机构造为摄像机系统，其具有设置在红外光学器件侧面的摄像机和设置在红外光学器件的光轴中的摄像机。因此，将两个照相机的优点彼此结合，侧面的摄像机可以产生高分辨率的图像，并且在光轴中布置的摄像机用于无视差图像产生。
优选地，定位单元具有通信装置并且被设置成基于通过通信装置接收的控制指令来定向传感器单元。
因此，定位单元是可远程控制的定位单元，优选被构造成无线接收控制信号。在一种优选的设计方案中，可远程控制的定位单元具有用于接收控制信号和用于发送测量数据和/或测量信号的天线单元。因此，可以避免光学传感器的物理连接。然后即使光学传感器彼此具有大的间距，也可以快速和简单地安装系统。具有可远程控制的定位单元的光学传感器也可以具有物理的或导线连接的供电装置。
优选地，光学传感器具有用于接收和/或发送信号的通信装置。信号可以是模拟的和/或数字的信号。通信装置可以导线连接地和/或无线地构造。
优选地，通信装置被构造用于经由WLAN或移动无线电、尤其是GPRS、UMTS、LTE、LTE升级版、5G接收和/或发送信号。优选地，定位单元被配置成使用接收到的信号以自动化的方式移动红外光学器件，以扫描与另一传感器的监测区域的重叠区域。
优选地，光学传感器适于接收另一传感器的目标物质探测信号，并且响应于目标物质探测信号自动化扫描与另一传感器的监测区域的重叠区域以探测目标物质。目标物质探测信号至少包括另一传感器已经识别到目标物质的信息。此外，目标物质探测信号优选包括另一传感器识别到目标物质的立体角。优选地，光学传感器被设置成响应于在其监测区域中识别到目标物质而发送目标物质探测信号。作为直接从另一光学传感器接收的替代或补充，目标物质探测信号的接收也可以是通过单元、例如服务器的间接接收。
上述技术问题根据本发明的第五教导还通过一种用于监测扩大地块的空域的方法来解决，其中利用至少两个具有无源傅里叶变换红外光谱仪的光学传感器至少部分地监测所述地块，其中利用每个光学传感器分别在监测区域内检测可调节的立体角区域，其中光学传感器的监测区域与至少一个另外的光学传感器的监测区域至少部分地重叠，其中每个光学传感器的监测区域通过地块的地形由于遮蔽而与立体角相关地具有不同的测量半径，并且每个光学传感器的监测区域通过立体角区域和所对应的测量半径来确定，其中在通常情况下为了自动扫描监测区域而控制光学传感器，其中从光学传感器的测量数据中针对每个立体角推导出接收的IR辐射的光谱强度分布，并执行强度分布与已知气体谱的相互关联，其中在事件情况下，当由第一光学传感器在第一立体角识别到目标物质的红外信号时，控制至少一个另外的光学传感器，扫描与第一光学传感器的监测区域的重叠区域，其中从至少一个另外的光学传感器的测量数据识别具有目标物质红外信号的至少一个另外的立体角，并且其中由第一立体角的立体角信息和至少一个另外的立体角的立体角信息得出目标物质浓度提高的重叠区域的坐标，其中至少一个另外的光学传感器在测量半径过低的空间方向上的测量信号不引用到分析中。
上述技术问题根据本发明的第五教导也通过一种用于监测地块的空域的方法来解决，其中利用至少两个具有无源傅里叶变换红外光谱仪的光学传感器至少部分地监测地块，其中利用每个光学传感器分别在监测区域内检测可调节的立体角区域，其中光学传感器的监测区域与至少一个另外的光学传感器的监测区域至少部分地重叠，其中光学传感器在常规情况下被控制用于自动扫描监测区域，其中从光学传感器的测量数据针对每个立体角推导出所接收的IR辐射的光谱强度分布并且将强度分布与已知的气体谱相互关联，并且其中在事件情况下，当由第一光学传感器在第一立体角中识别到目标物质的红外信号时，控制至少一个另外的光学传感器，以扫描与第一光学传感器的监测区域的重叠区域。
尤其是，该方法进一步优选地被设计为，使得每个光学传感器的监测区域通过地块的地形由于遮蔽而与立体角相关地具有不同的测量半径，并且每个光学传感器的监测区域通过立体角区域和所对应的测量半径来确定。
在执行该方法时，尤其可以使用至少一个上述光学传感器。
优选地，通过相邻测量信号的数学插值来代替没有引用到分析中的至少一个另外的光学传感器的测量信号。
此外，可以使用至少三个光学传感器，其中，由第一传感器在第一立体角中识别目标物质的红外信号，并且其中，在事件情况下，选择至少一个另外的光学传感器用于控制，其监测区域具有与第一光学传感器的监测区域的最大重叠。
在此有利的是，当所选择的光学传感器的位置位于已检测到目标物质的第一光学传感器的立体角区域的方向上时，不使用该所选择的光学传感器。因为在这种情况下，在被探测的目标物质的立体角和另外的光学传感器的所需立体角之间不存在对于三角测量足够的角。在这种情况下，可以选择与第一光学传感器的监测区域具有尽可能大的重叠的次佳的光学传感器。
此外，优选地，柱密度被计算为气体浓度(以ppm为单位测量)与气体云的长度(以m为单位测量)的数学乘积。因此，在借助于之前描述的方法确定云的长度之后，能够为所探测的目标物质赋予浓度。
进一步优选地，在事件情况下，控制光学传感器以提高的位置采样进行测量和/或得出不同光学传感器的最高柱密度的重叠区域的坐标和/或将该坐标与地图表示相关联并创建事件的二维表示和/或将该坐标与摄像机的图像相关联并创建事件的视觉表示和/或利用至少一个有源的红外辐射源由光学传感器接收红外光。
优选一种方法，在该方法中接收固定的测量数据、优选接收外部的固定的传感器的固定的测量数据，并且在事件情况下在使用固定的测量数据的情况下对目标物质的识别进行可信度测试。
对于之前描述的系统和所描述的方法因此已认识到，通过操控另一光学传感器可显著提高目标物质的检测的精度。此外还认识到，在地块具有影响光学传感器的自由视线的地形的情况下，如果在安装用于确定监测区域的系统时考虑该地块的地形，则能够快速且可靠地进行干扰事件的定位。因为不仅空间方向、而且所对应的测量半径(其通过地块、通过建筑物和/或通过其他技术设备来限制)被考虑用于确定监测区域。因为光学传感器只能测量存在自由视线的距离。然后仅利用其空间延伸尺寸也实际上重叠的测量数据进行干扰事件的定位。
下面，将详细说明所述系统、光学传感器和所述方法。
所描述的系统和方法用于近实时地识别和定位气体泄漏并且用于对事件情况下的调用力度进行基于地图的情况评估，以及用于在监测区域的周界内部或沿着监测区域的周界连续地进行气态危险物质的排放测量和侵入测量。
也可称为空域监测系统的系统基于将至少两个、但原则上任意数量的无源的、可自由定位的FTIR遥感光谱仪作为光学传感器联网成双视角或多视角的总系统。
可选地，无源红外光谱学可以与各个有源红外测量路段相结合。
通过无源测量技术实现大监测区域或空域的全面覆盖的采样。各个有源的测量路段的追加使得能够实现多种气体高精度的背景浓度确定(排放测量和侵入测量)以及扩展的目标物质库和沿着预定义的有源测量路段的更低的检测极限。有源模式和无源模式可以彼此独立地并且使用相同的光学传感器来运行。
下面将解释系统的结构。
在所选择的位置上，优选对于待监测的地块具有良好概览的位置上，例如在屋顶、烟囱或桅杆上，光学传感器露天地固定地安装，但在其取向方面可自由定位以用于持续监测。在被动应用情况下，根据期望的局部分辨率并假设自由视野，光学传感器能够实现高达大约1-4km的测量半径。扫描速度和可达到的分辨率相互限制，360°扫描的典型扫描速度在1至10分钟的范围内。因此，在应用情况下，确定在光学传感器扫描时通过的路径。在此，关键的工厂部分被更强地、即以比例如行政建筑物所需的立体角区域更大的立体角区域探测，所述行政建筑物必要时甚至完全地或部分地从路径中去除。
为了能够实现根据本发明的至少两个光学传感器的组合的分析，光学传感器的至少一部分的监测区域重叠。可选地，沿着所选的测量路段以高达几百米的距离固定地安装有源红外辐射源，并且将其对准与其对应的光学传感器。
在常规情况下，光学传感器以分散和自主的方式工作，但测量数据优选地汇入作为中央系统的服务器中，这实现了组合的分析以及作为整个系统的控制。
光学传感器构成气体远程探测系统的各个测量位置并且使用FTIR光谱仪来与用于降低光谱仪的视场的红外光学器件相组合地远程探测气体、使用定位单元将光谱仪定向、以及摄像机和优选地存储在光学传感器中或在先前解释的实施例之一中的外部服务器中的分析和控制软件。定位单元实现了在360°方位角和至少+/-60°仰角的自由定向。
FTIR光谱仪优选地不是由定位单元触发，而是提供测量数据的连续的流。但是也可以规定，光学传感器仅在事件情况下才连续地提供测量数据并且在扫描期间针对规则地相互间隔的立体角提供测量数据。例如，可以以2°的步阶提供测量数据，由此相对于连续的测量数据采集可以节省分析能力。因此，定位单元移动作为传感器单元的FTIR光谱仪连同红外光学器件和摄像机。通过定位单元的角速度的调整，控制测量的位置采样。通过定位单元的定位时间戳的分配，测量数据被分配给一个立体角。此外，可以分配测量时间戳，以便检测目标物质云的时间发展。
作为光学传感器的一部分与FTIR光谱仪一起定向的摄像机连续地或者在预定义位置处提供在FTIR光谱仪的观察方向上的视频图像。相邻的视频图像可以借助拼接算法被组合为任意大小的并具有任意显示格式的、直至360°全方位视野的相连的视频图像。
通过将化学或光谱信息、即测量结果与视频图像叠加，从测量数据可视化二维空间分辨的气体分布。在X和Y方向上、即在由光学传感器采样的二维图像上进行测量结果的双线性插值并且附加地或替代地与视频图像叠加，提供了所识别的气体云的可直观理解的二维视图。
与所测量的角度范围的调节无关地，可以以可自由选择的显示比例显示针对在所测量的角度范围内的可自由选择的部分区域的结果图像。
在时间进程中，光学传感器生成结果图像的流以及具有时间戳和立体角戳的测量结果的流。
借助红外光谱学的气体遥感装置测量长波红外辐射并且针对目标物质的已知光谱特征的存在性来分析所测量的红外光谱。通过这种方式，可以从多达几公里的远距离识别出并且也定量气态的目标物质。
FTIR光谱仪接收红外辐射，所述红外辐射借助红外光学器件、例如卡塞格伦望远镜或者透镜光学器件来接收，耦合输入到FTIR光谱仪中，被引导通过迈克尔逊(Michelson)干涉仪并且聚焦到探测器平面上。借助干涉仪测量干涉图，该干涉图通过傅里叶变换被换算成红外光谱。干涉仪中的扫描镜的运动范围通常在0.75至10mm的范围内。
合适的FTIR光谱仪例如使用低温冷却的碲镉汞(MCT)单个探测器与辐射的校准单元(radiometrische Kalibriereinheit)相结合。基于辐射校准，测量的红外光谱被换算成校准的辐射温度光谱，该辐射温度光谱输入到光谱分析算法中。
为了进行光谱分析，计算目标物质和大气干扰物质(例如水、CO2和其他气体)的光谱特征，以及用于模拟背景的数学函数。作为这种匹配计算的结果，将所计算的信号高度和所计算的目标物质特征的相关系数与物质特有的极限值进行比较。在超过预先给定的极限值时，目标物质被认为已识别，这自动地进行并且直接可以导致系统的其他动作。
无源IR遥感的原理独立于人工辐射源工作，并且通过分析在光谱仪的窥测方向上由环境发射的热辐射而在白天和夜间与地点、测量方向和季节无关地运行。识别到气体的必要条件是在观察或窥测方向上在要测量的气体、即目标物质的辐射温度与背景的辐射温度之间存在至少小的温度差。如果在测量方向上气体比背景更热，则谱特征显现为排放，如果比背景更冷，则显现为吸收。
无源红外遥感使用红外辐射的长波光谱范围，例如波数范围为约700-1400cm-1。在该大气窗口内，能够进行在直至几公里的长距离上的测量，而大气不会导致信号的过度衰减。作为最大测量范围的限制因素，通常考虑：探测器的视野通过存在的障碍物、待测量的云的大小和信号沿着光学测量路段通过大气的衰减，其中直接视线始终是前提条件。在典型的应用中，测量以直至1-5km的测量范围进行。
为了断定干扰情况，首先需要识别目标物质，即不期望的气体。为此，在所分析的测量信号的信噪比足够的情况下在干涉仪的输出端处产生相应的输出信号。因此，在所检测的立体角中目标物质的识别导致事件情况的触发。
此外，在无源的单个测量中气体或目标物质的量化能够以确定柱密度(单位ppm·m)的形式进行，即测量方向上云的密度和云长度的乘积。柱密度因此对应于沿着测量路程积分的密度。
对于柱密度的谱量化，在假设气体温度和考虑目标物质的吸收横截面的情况下，可以进行借助朗伯比尔定律的方法。一种替代的方法是借助非线性拟合算法进行量化，其中附加地也计算气体温度作为模型参数。
不同于无源测量，有源测量使用一个或多个远处放置的有源红外辐射源，以便增大单个测量的信噪比。由此，一方面能够实现更小的目标物质浓度的测量，并且另一方面扩展了测量的可测量光谱范围，由此能够实现更大数量的待测量的物质。主动测量在其沿着测量路段的观察方向上由于存在远处放置的辐射源而受到限制并且不能在任何时间点自由定位。
有源红外辐射源优选是宽带发射器，其辐射通过红外光学器件定向并且其对准光学传感器。也可以使用窄带发射器。
为了进行有源测量，光学传感器对准沿着测量路段的定向的红外辐射源，所述红外辐射源安装在通常几十到几百米的距离处。光学传感器接收源的未调制宽带红外辐射并且测量红外光谱。在测量的时间点沿着光学测量路段处于辐射源和光学传感器之间的气体根据其材料特定的IR吸收横截面引起对源的红外辐射的吸收，所述吸收决定性地取决于目标物质的浓度以及沿着测量路段的云的长度。确定光谱热背景并从测量的光谱中减去。
通过引入有源辐射源，在短波的、高能的光的方向上扩展了可测量的光谱范围。典型的测量范围位于约700-约4500cm-1的波数范围中。
借助于光谱分析算法来分析所测量的有源红外光谱。对于定量分析不需要借助于定义的气体浓度级对系统进行校准。
双视角或多视角的系统(其也可被称为监测系统)通过至少两个、优选多个无源FTIR光谱仪和可选地由宽带发射的定向的红外辐射源以及中央服务器的组合来实现。由此可以识别和定位气体云以及量化气体浓度。
该系统用于在存在有毒或其它有害气体的情况下定位危险区域，并且用于在要监测的地块的周界内和/或沿该周界进行排放和侵入值的环境监测。
因此，使用无源FTIR光谱仪来远程探测气体使得能够建立有距离能力的监测系统。由此，一方面能够实现较高的地块覆盖度。另一方面，可以实时地并且根据情况调整光学传感器的监测区域。
气体远程探测系统自主地监测例如每个光学传感器直至4km的半径内的地块区域。组成整个系统的光学传感器的数量是任意的，然而至少存在两个无源工作的光学传感器。
对于每个光学传感器，根据地块的地形来设置监测区域。在此，一方面在宽度和高度上确定待监测的立体角区域，并且另一方面针对所有空间方向确定测量半径。因为通过地形的障碍物，如地块突起、建筑物和/或设备及其部件限制每个光学传感器的视野。
此外，为每个光学传感器确定在监测的通常情况期间应扫描监测区域内的哪条路径，即应经过哪个方位角和仰角。
FTIR光谱测量方法的使用允许探测和识别非常大量的化学物质，这些化学物质的特征光谱存储在服务器上的物质库中。在物质库的目标物质存在的情况下，系统识别位置，并且在必要时还识别目标物质气体云在空间内的扩散和扩散方向的时间发展。为此，至少两个、必要时所有集成在系统中的光学传感器自动地被引入与情况相关的情况评估中。
通过以高的光谱选择性在非常宽的光谱范围上以测量技术检测电磁辐射，可以在同一测量中明确地识别许多不同的目标物质。系统的目标物质数据库可包括高达几百种的化学物质。优选地，作为典型的化学物质，可以列举氨、甲醇、甲烷、氯仿和乙烯。
因此，该系统适合于许多不同的情景并且可以适配于变化的生产过程、化学物质储存的储存周期或者变化的干扰影响。此外，红外光谱的所测量的数据反映了可用作物质检测和物质未检测的物理的实际状态。
在服务器上的、特别是在分析和控制单元上的分析算法处理物质信息和光学传感器的光谱数据以及可能获得的柱密度，并且控制测量过程。光学传感器的所描述的控制和协调使监测时间最小化，与事件相关地从所有可能的观察方向验证潜在气体探测，此外将潜在事件与干扰量或单个探测区分开，并且在存在潜在危险的气体云时发出特定的和明确的警报。
在报警或事件情况下，气体云可以在2D地图显示和/或2D可视化中作为气体云与来自光学传感器的观察方向的视频图像的叠加而被成像。
扩大的地块被划分为预定义的监测区域，它们在常规情况下自动化地由相应的单个系统沿着可自由编程的测量路径反复地并且独立于其余系统地扫描。
在事件情况下，即在通过至少一个光学传感器识别到目标物质之后，自动地添加选定的相邻光学传感器以验证事件以及定位和量化所述气体云。因此，生成事件的近实时的基于地图的情况评估，并且例如针对调用力度提供。
在事件情况下要添加的光学传感器的选择基于事先确定的共同的监测区域或视野区域进行，所述共同的监测区域或视野区域由被监测的地块的地形和光学传感器的位置、以及由确定到事件的观察方向得出。考虑由于光学传感器的可视区域被地块突起、建筑和/或设备遮蔽所造成的地形的影响，使得在视线方向上在地形的障碍物后方不能获得相应光学传感器的测量值。在安装光学传感器期间确定相应监测区域时考虑了这种地形信息。
因此，在安装时间点计算和存储安装的光学传感器的相应的监测区域和共同的重叠的监测区域，从而在事件情况下仅还需对其进行调用并与事件的观察方向进行比较，在正常情况下不需要重新计算重叠的监测区域或视野区域。
基于已知的监测区域或视野区域，自动地控制其他光学传感器以用于目标发现。为此，控制所述至少一个另外的光学传感器，使得其扫描触发事件情况的光学传感器的监测区域。
因此，共同从多于一个测量位置识别目标物质使得能够通过三角测量验证潜在事件和在空间内定位识别到的目标物质气体云。此外，可以计算气体云的空间浓度分布。用于基于测量值的品质评估以及空间和时间参数自动化地解释测量结果的评价标准的后续应用实现了能够承担负荷的情况评估。
结果，测量数据基于地图地作为彩色标记的情况评估来显示。此外，可以随时以时间视频流的形式来添加所选光学传感器的测量结果的叠加在视频图像上的二维显示。
一旦光学传感器或系统发信号通知识别到来自目标物质库的目标物质，则系统离开其常规运行并且切换到目标发现和接着的对潜在事件情况的情况评估中。
在从一个光学传感器的视野区域识别到目标物质时，协调至少一个另外的光学传感器或其余的光学传感器以获得另外的信息。为此，离开预先定义的测量路径直至恢复到常规运行的正常运行。
测量信号的位置分布函数的分析提供了更可能存在气体云的角度区域。这些角度区域优选以较高的空间分辨率被采样。
角度区域可以分类为以下区域，在所述区域中，(a)识别到目标物质，(b)在其中测量技术上无法进行识别的角度区域，和(c)允许在测量技术上识别目标物质、并且在针对产生的测量信号和必要时目标物质的最小柱密度分析了识别算法之后没有证明存在目标物质的角度区域。监测区域的分类是物质特定的。
监测区域的显示可以在地图中进行。光学传感器视场中的区域在地图中示出。在识别到来自所使用的目标物质库的目标物质的情况下，该视线区域在地图中被标记。在通过从多于一个测量位置的共同识别定位了气体云的情况下，在地图中标记定位到气体云的区域。
通过分析测量信号的分布函数，必要时分析计算的目标物质的柱密度以及用于目标物质识别的分析参数，并且在考虑用于每个测量点的证明极限的情况下，可以确定相应的立体角，在所述立体角中，每个识别到目标物质的光学传感器确定目标物质的最高柱密度。该测量值用于定位具有最高目标物质浓度的气体云的潜在的点。
在多于一个光学传感器共同的物质识别的情况下，可以由所有得出了最大柱密度的立体角确定气体云的潜在的重心。此外，通过测量技术确定的该点可以基于测量参数进行分类：
(a)在来自至少两个测量位置的对所述气体云的自由视场的条件下、并且在针对光学传感器的每个视线区域对气体云的潜在重心确定的柱密度大于监测区域的其余测量点的检测极限的条件下，所检测到的点是气体云具有最高浓度的位置。
(b)如果在气体云内存在下述区域，所述区域由于遮挡或者由于针对相应观察的立体角的小的检测极限而在测量技术上不能从至少两个测量位置检测，则确定针对测得最大柱密度的相应立体角是否能测定共同的交点。在测量技术上能够从至少两个测量位置检测测得最高柱密度的立体角的周围局部区域的条件下，在检验用于信号梯度的可信性标准之后，将该交点假定为气体云的最高浓度的点。
之前描述的系统在执行所描述的方法时完全自动化地监测大的地块区域，如化学园的生产地点或装卸点，例如港口。在此，该系统设计成由受过少量培训的人员例如在化学工厂的控制台中操作。此外，系统的情况评估被处理，使得能够一眼识别清晰、明确的信息。该信息必须对于设备驾驶员、设备运营者、工厂消防队的调度中心和危机管理小组的所有成员来说同样是可理解的。信息可以快速、明确且无基础知识地读取，以便在故障或灾难情况下使系统作为早期告警系统使用。
附图说明
下面借助于实施例参照附图阐述本发明。在附图中示出了
图1示出了根据本发明的系统的一个实施例，
图2a、2b、2c示出了光学传感器的实施例，
图3示出了具有目标物质的最大柱密度的两个光学系统的立体角的示意图，
图4示出了根据图3的示图，附加地具有目标物质的柱密度提高的所有立体角，
图5示出了根据图4的示图，其中，监测区域被部分地遮挡，
图6示出了具有带有两个光学传感器的系统的港口的绘图，
图7示出了具有局部事件情况的根据图6的图示，
图8示出了具有无源的光学传感器和有源的测量路段的系统的化学工厂的绘图，
图9示出了具有三个光学传感器的监测区域的部分遮蔽的另一化学工厂的绘图，
图10示出了图9中的图示，其中检测到的目标物质云的位置改变，
图11示出了图8中的具有静止的传感器和用于探测目标物质云的移动传感器的图示，并且
图12示出了具有光学传感器和移动式非光学传感器的实施例。
具体实施方式
在下面对不同的根据本发明的实施例的描述中，具有相同功能和相同作用方式的构件和元件设有相同的附图标记，即使构件和元件在不同的实施例中在其尺寸或形状方面可能具有区别。
图1示出了根据本发明的用于监测地块空域的系统的示意性结构。
该系统具有两个光学传感器2a和2b，它们在图2a至图2c中详细示出。每个光学传感器2(或2a和2b)原则上具有带有抛物面镜6和副镜8的IR望远镜形式的红外光学器件4、摄像机10或11、FTIR光谱仪12和作为定位单元的可操控的摆动倾斜器14。
两个光学传感器2a和2b与供电和接口装置16连接，借助该供电和接口装置一方面为光学传感器2a或2b提供例如24伏特的供电电压。另一方面，借助于以太网电缆进行向局域网(LAN)的数据传输。装置16因此可以一方面将控制数据传输到光学传感器2a或2b并且另一方面接收测量数据。替代地可以规定，接口装置16和/或传感器2a、2b无线地接收控制数据和/或无线地传输测量数据。
通过光纤LWL与服务器20交换数据，在服务器中存储并运行用于控制光学传感器2a和2b、用于分析和显示数据以及在数据库中存储尤其是测量数据的计算机程序。
通过接口(Interface)，将输出信息传递到过程控制系统和视频管理装置，所述视频管理装置位于被监测地块的周围环境中。因此，在此也可以在事件情况下触发警报(铃形符号)并且同时可以向用户显示重要信息。
此外，系统还可以实现数据向云应用中的传递和/或具有与外部服务器30的直接数据连接。外部服务器30则可以用于支持功能(电话、支持、服务、维护)和用于支持专家的开发团队。
图2a示出了上文已经描述的用于监测地块空域的光学传感器2，具有用于探测目标物质的FTIR光谱仪12、用于将地块的待监测的空域的局部成像到FTIR光谱仪12上的红外光学器件4、具有摄像机10并且具有用于使由FTIR光谱仪12、红外光学器件4和摄像机10构成的传感器单元定向的定位单元14。在此，红外光学器件4和摄像机10基本上检测相同的立体角，尤其是红外光学器件的光轴O1与摄像机10的光轴O2彼此平行地取向。
红外光学器件4在所示的实施例中构成为具有抛物面镜6和副镜8的卡塞格伦望远镜。可替代地，但未示出，红外光学器件也可以被构造为透镜光学器件。
摄像机10设置在红外光学器件4的侧面并且因此具有足够的结构空间，以便装备远摄镜头，以便因此产生被监测的地块空域局部的高图像质量。然而，为了使目标物质云的测量数据精确地重叠，视差必须通过光轴的距离来补偿。
图2b示出光学传感器2的另一实施例。与图2a不同，摄像机11在红外光学器件4的光轴上设置在副镜的前端部上。因此，红外光学器件4的光轴O2与摄像机11的光轴O3重合，并且避免了视差效应。由于摄像机11的结构尺寸小，该摄像机例如可以是智能电话摄像机，因此观察角度通常很大，从而观察角度可以比在具有远摄镜头的摄像机的情况下更大、并且摄像机图像的空间分辨率可以更小。然而，具有远摄功能的智能电话摄像机也是已知的，使得摄像机10可以被完全取代。
图2c示出光学传感器2的另一实施例。与图2a和图2b不同，摄像机被构造为摄像机系统，其具有在红外光学器件4侧向设置的摄像机10并具有在红外光学器件4的光轴O2上设置的摄像机11。因此，摄像机10的光轴O1与红外光学器件4的光轴O2间隔地延伸，其中摄像机11的光轴O3与光轴O2重合并且因此与其没有或仅有小的距离。
图3示出通过两个光学传感器2a和2b进行监测的示意图。第一光学传感器2a具有以虚线绘出的并且大约35°宽的监测区域。光学传感器2a在常规情况下至少部分地沿着预设的路径扫描监测区域。第二光学传感器2b具有大约90°的监测区域，如同样以虚线示出的那样。第二光学传感器2b也至少部分地沿着预设的路径自动扫描监测区域。优选地，扫描周期性地重复。两个光学传感器的监测区域重叠。在测量期间，数据被传输到服务器30并且与位置数据(立体角)组合。
由光学传感器2a和2b的测量数据，针对每个立体角推导出所接收的IR辐射的光谱强度分布，以便借助于强度分布与已知气体谱的相关性来识别至少一个目标物质。为此，相应的计算机程序在服务器30上运行，或者必要时在光学传感器2a或2b中运行。
在事件情况下，即当第一光学传感器2a在立体角Θ1中识别到目标物质、即目标物质列表中的一种气体时，控制另一光学传感器2b以扫描与第一光学传感器的监测区域的重叠区域。
从光学传感器2b的测量数据中识别出具有目标物质的红外信号的另一立体角Θ2，从而由第一立体角Θ1和另一立体角Θ2的立体角信息能够求出具有更高浓度的目标物质的重叠区域(黑色面积)的坐标。
图4示出了图3的扩展图，其中光学传感器2a和2b的监测区域的点状区域示出立体角区域，在所述立体角区域中分别识别到至少少量浓度的目标物质。已经在图3中示出的立体角区域Θ1和Θ2示出了具有最高浓度的目标物质的立体角区域，该立体角区域通过计算柱密度来确定。为了计算柱密度，参考上文的一般描述。因此，根据图4，不仅可以确定目标物质的气体云的中心(黑色区域)，而且可以确定云的范围。
图5示出了与图4中类似的视图。在此，在第二光学传感器2b的监测区域中，塔40设置在被监测的地块上，使得从光学传感器2b位于塔40后方的区域被遮蔽。因此，被遮蔽的区域不能由光学传感器2b监测，光学传感器2b的测量半径在该区域中仅达到塔40并因此不达到光学传感器2a的监测区域。由于这个原因，“投影”也在图5中以没有点的方式示出。
在寻找由目标物质构成的云的精确定位时，光学传感器2b的在具有过小的测量半径的空间方向上的测量信号不被引用到分析中。在此，对于由塔40遮挡的立体角，测量半径过小并且传感器2a、2b的监测区域在位于塔40后方的遮蔽部中不重叠。尽管如此，也可以几乎完整地检测目标物质的云的范围。由于没有考虑具有过小测量半径的空间方向上的测量数据，所以分析没有失真，因为在塔40处终止的监测区域中，测量信号并不给出关于目标物质的指示，尽管在塔40不存在的情况下这将是这种情况，参见图4。
如果需要，服务器20可被配置成，即通过使用计算机程序，没有被引用到分析中的另一光学传感器2b的测量信号通过光学传感器2b的相邻测量信号的数学插值取代。在此，相邻的测量信号是这样的测量信号，其所对应的立体角区域与未被引用的测量信号的立体角区域相邻。
图6和图7示出了用于监测港口地块的空域的系统，其中两个光学传感器2a和2b定位在港口地块内的重要位置处。
在图6中示出了常规情况，其中两个光学传感器2a和2b相互独立地扫描用虚线表示的监测区域内的地块上方的空域。
图7示出了事件情况，如其之前已经描述的那样。服务器20被配置为通过应用计算机程序来确定两个光学传感器2a和2b的最高柱密度的立体角区域Θ1和Θ2的重叠区域(图7中的黑色面积)的坐标，并且将该坐标与地图显示相关联，并且创建事件的二维显示。优选地，也可以通过与传感器2a、2b的摄像机11的图像相关联来创建三维显示。
图8示出了用于监测化学生产的扩大地块的空域的另一系统。两个光学传感器2a和2b再次布置在重要位置上。附加地，设置三个主动的红外辐射源18a、18b和18c，其中光学传感器中的一个2a或2b分别接收红外光。由此沿着所设置的测量路段(图8中的粗线)能够实现对包含在大气中的气体的更精确的测量。此外，用于分析的光谱范围也可以被扩宽，这允许更大数量的待测量的目标物质。主动测量尤其能够实现对气体分布的更精确的背景确定以及更大的目标物质库。此外，主动红外辐射源18a、18b、18c使得能够特殊地监测预定义的边界区域，例如设备边界。
图9示出了另一化学工厂的制图学图示，其中三个光学传感器2a、2b和2c的监测区域被部分遮蔽。
在该地块上存在建筑物50、52和54，它们部分地遮蔽光学传感器2a的监测区域，使得产生阴影区域A1、A2和A3。光学传感器2a的监测区域因此在所对应的立体角中分别仅延伸直至建筑物50、52或54。
以相同的方式，对于光学传感器2b产生遮蔽区域B1和B2并且对于光学传感器2c产生遮蔽区域C1、C2和C3。
图9示出了具有三个光学传感器2a、2b和2c、带有目标物质云56的系统。在扫描的光学传感器2a、2b和2c的常规情况下，目标物质云56首先通过传感器2a被探测并且断定事件情况。
在该图中未示出的服务器被设置用于，在该事件情况下选择至少一个另外的光学传感器2b用于操控，所述另外的光学传感器的监测区域具有与第一光学传感器2a的监测区域的最大重叠。遮蔽部B1和B2位于第一光学传感器2a的立体角区域Θ1之外，从而通过传感器2b的监测区域产生最大的重叠。第二传感器2b随后探测立体角区域Θ2内的目标物质云56并且定位目标物质云56。
在这种场景下不选择第三传感器2c，因为遮蔽区域C3与立体角区域Θ1的一部分重叠。光学传感器2c的选择于是也不会引起目标物质云56的积极的测量，因为目标物质云56完全处于遮蔽区域C3中。第三传感器2c的测量半径在此因此在立体角区域Θ3中过小。潜在的立体角Θ3仅虚线地绘出，因为通过建筑物52的遮蔽阻碍了目标物质云56的测量。
图10示出图9的图示，其中检测到的目标物质云56的位置改变。
在光学传感器2a探测到目标物质云之后，由服务器搜索另一个光学传感器，以便实现目标物质云56的定位。在此断定，两个光学传感器2b和2c分别具有与立体角区域Θ1重叠的遮蔽区域。然而，光学传感器2b不被服务器选择，因为光学传感器2b的位置位于检测到目标物质的第一光学传感器2a的立体角区域Θ1的方向上。因此，选择第三光学传感器2c，其监测区域具有相对于第一光学传感器2a的测量的立体角区域Θ1更大角度的立体角，以便识别目标物质云56，确定立体角区域Θ3以及由此确定目标物质云56的坐标。
图11示出根据本发明的系统的另一个实施例，该系统示例性地以根据图8的构型构建。
除了系统的上述构造之外，在此附加地设置，构造为化学-电探测器的固定的探测器60。服务器(这里未示出)设置为，将至少一个固定探测器60的输出信号用作触发信号，用于光学传感器2a、2b在固定探测器的空间区域中的使用。示出了多个探测器60，它们全部定位在可以由光学传感器2a和2b检测的立体角区域中。尽管这里示出了多个探测器60，但是在本发明的范围内，仅存在一个探测器60就足够了。
当出现了目标物质逸出的事件情况并且云62扩散时，则位于云62内的探测器60可以探测目标物质并且向服务器发送相应的信号。随后，如果两个光学传感器2a和2b还没有检测到事件情况的话，则这两个光学传感器可以检测气体云62并且如前所述地进行处理。
如在图11中也可以看到的那样，至少一个移动传感器70可以安装在无人机72上。在此，移动传感器70可以构造为光学传感器2或探测器60。如虚线所示，在事件情况下，移动传感器70向云62引导并且可以现场做出附加测量，所述附加测量可以由系统和服务器分析。
当移动传感器70具有光学传感器2时，则如先前所描述的，可以与其它固定的光学传感器2a和2b的测量信号一起来分析移动传感器70的测量信号。
如果移动传感器70具有探测器60，则除来自固定的探测器60的测量值之外，可通过移动传感器70的位置的可变性来检测其它数据。
图12示出了根据本发明的系统的另一实施例。该系统基本上对应于图4的系统，然而其中仅存在具有无源傅里叶变换红外光谱仪的光学传感器2。如上所述，提供服务器(未示出)用于分析测量数据和控制光学传感器2。如所描述的，光学传感器2具有可调节的监测区域。
提供了一种前述类型的移动的可飞行传感器70，其固定至前述无人机72。在事件情况下，即当光学传感器2以一个立体角(以点示出)识别到其柱密度在角度Θ1内最高的目标物质时，移动传感器70被服务器操控，以根据位置沿着由光学传感器2识别的立体角检测目标物质的浓度。相应的飞行路线在图12中虚线示出。
因此，可以仅利用一个光学传感器2和一个移动传感器70来确定目标物质的最大浓度的位置，其作为黑色面积示出。

Claims (18)

1.用于监测地块的空域的系统，
-具有至少两个光学传感器(2；2a、2b、2c)，所述光学传感器带有无源傅里叶变换红外光谱仪，并且
-具有服务器(20、30)，所述服务器用于分析测量数据并控制所述至少两个光学传感器(2；2a、2b、2c)，
-其中每个光学传感器(2；2a、2b、2c)具有能调节的监测区域，并且其中所述至少两个光学传感器(2；2a、2b、2c)的监测区域至少部分地重叠，并且
-其中每个光学传感器(2；2a、2b、2c)的监测区域由于地块的地形基于遮蔽而具有根据立体角而不同的测量半径，并且每个光学传感器(2；2a、2b、2c)的监测区域由立体角区域和相对应的测量半径来确定，
-其中所述服务器(20、30)设置为，
--在常规情况下控制所述光学传感器(2；2a、2b、2c)以自动扫描监测区域，其中所述服务器根据光学传感器(2；2a、2b、2c)的位置数据分别为测量数据分配立体角，
--由所述光学传感器(2；2a、2b、2c)的测量数据针对每个立体角推导出接收的IR辐射的光谱强度分布，并且借助于强度分布与已知气体谱的相关性来识别至少一种目标物质，
--在事件情况下，在第一光学传感器(2；2a、2b、2c)在第一立体角上识别到目标物质时，控制至少一个另外的光学传感器(2；2a、2b、2c)，以扫描与所述第一光学传感器的监测区域的重叠区域，
--由所述至少一个另外的光学传感器(2；2a、2b、2c)的测量数据识别出具有目标物质的红外信号的至少一个另外的立体角，并且
--由第一立体角的立体角信息和所述至少一个另外的立体角的立体角信息得出具有提高浓度的目标物质的重叠区域的坐标，其中所述至少一个另外的光学传感器在具有过小测量半径的空间方向上的测量信号不引用到分析中。
2.用于监测地块的空域的系统，
-具有至少两个光学传感器(2；2a、2b、2c)，所述光学传感器带有无源傅里叶变换红外光谱仪，并且
-具有服务器(20、30)，所述服务器用于分析测量数据并控制所述至少两个光学传感器(2；2a、2b、2c)，
-其中每个光学传感器(2；2a、2b、2c)具有能调节的监测区域，
-其中光学传感器(2；2a、2b、2c)的监测区域至少部分地与至少一个另外的光学传感器(2；2a、2b、2c)的监测区域重叠，
其特征在于，
-所述服务器(20、30)设置为，
--在常规情况下控制所述光学传感器(2；2a、2b、2c)以自动扫描监测区域，其中所述服务器根据光学传感器(2；2a、2b、2c)的位置数据分别为测量数据分配立体角，
--由所述光学传感器(2；2a、2b、2c)的测量数据针对每个立体角推导出接收的IR辐射的光谱强度分布，并且借助于强度分布与已知气体谱的相关性来识别至少一种目标物质，
--在事件情况下，在第一光学传感器(2；2a、2b、2c)在第一立体角上识别到目标物质时，控制至少一个另外的光学传感器(2；2a、2b、2c)，以扫描与所述第一光学传感器的监测区域的重叠区域。
3.根据权利要求2所述的系统，
其特征在于，
-每个光学传感器的监测区域由于地块的地形基于遮蔽而具有根据立体角而不同的测量半径，并且每个光学传感器(2；2a、2b、2c)的监测区域由立体角区域和相对应的测量半径来确定，
-所述服务器(20、30)进一步设置为，
--由所述至少一个另外的光学传感器(2；2a、2b、2c)的测量数据识别出具有目标物质的红外信号的至少一个另外的立体角，并且
--由第一立体角的立体角信息和所述至少一个另外的立体角的立体角信息得出具有提高浓度的目标物质的重叠区域的坐标，其中所述至少一个另外的光学传感器在具有过小测量半径的空间方向上的测量信号不引用到分析中。
4.根据权利要求1或3所述的系统，
其特征在于，
所述服务器(20、30)设置为，通过空间上相邻的测量信号的加权的数学插值，来替代未被引用到分析中的所述至少一个另外的光学传感器的测量信号。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，
其特征在于，
-设置至少三个光学传感器(2；2a、2b、2c)，并且
-所述服务器(20、30)设置成在事件情况下选择至少一个另外的光学传感器(2；2a、2b、2c)用于操控，所述至少一个另外的光学传感器的监测区域与第一光学传感器(2；2a、2b、2c)的监测区域具有最大重叠。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，
其特征在于，
-所述服务器(20、30)设置成从光学传感器(2；2a、2b、2c)的测量数据得出目标物质的柱密度，其中，所述柱密度是气体浓度与气体云的空间长度的数学乘积，并且
-其中所述服务器(20、30)设置成得出不同光学传感器(2；2a、2b、2c)的最高柱密度的重叠区域的坐标。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，
其特征在于，
-设置至少一个固定的探测器(60)，并且
-所述服务器(20、30)设置成将所述至少一个固定的探测器(60)的输出信号用作在所述固定的探测器(60)的空间区域中使用光学传感器(2；2a、2b、2c)的触发信号。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，
其特征在于，
至少一个传感器构造为移动的传感器(70)，其中所述移动的传感器构造为光学传感器(2)或者探测器(60)。
9.用于监测地块的空域的系统，
-具有至少一个光学传感器(2；2a、2b、2c)，所述光学传感器带有无源傅里叶变换红外光谱仪，并且
-具有服务器(20、30)，所述服务器用于分析测量数据并控制所述至少一个光学传感器(2；2a、2b、2c)，
-其中所述至少一个光学传感器(2；2a、2b、2c)具有能调节的监测区域，
其特征在于，
-设置至少一个移动的能飞行的探测器(70)，并且
-其中所述服务器(20、30)设置为，
--在常规情况下控制所述光学传感器(2；2a、2b、2c)以自动扫描监测区域，其中所述服务器根据光学传感器(2；2a、2b、2c)的位置数据分别为测量数据分配立体角，
--由所述光学传感器(2；2a、2b、2c)的测量数据针对每个立体角推导出接收的IR辐射的光谱强度分布，并且借助于强度分布与已知气体谱的相关性来识别至少一种目标物质，并且
--在事件情况下，在第一光学传感器(2；2a、2b、2c)在第一立体角上识别到目标物质时，借助至少一个移动的探测器(70)沿着被所述光学传感器(2；2a、2b、2c)识别的立体角与位置相关地检测目标物质的浓度。
10.根据权利要求9所述的系统，
其特征在于，
在事件情况下，所述服务器(20、30)通过得出移动的传感器器在第一传感器的监测区域中的如下位置来定位目标物质，对于该位置，目标物质的浓度最大。
11.用于监测地块的空域的方法，
-其中利用至少两个具有无源傅里叶变换红外光谱仪的光学传感器至少部分地监测所述地块，
-其中利用每个光学传感器分别在监测区域内检测能调节的立体角区域，
-其中光学传感器的监测区域与至少一个另外的光学传感器的监测区域至少部分地重叠，
-其中每个光学传感器的监测区域通过地块的地形由于遮蔽而与立体角相关地具有不同的测量半径，并且每个光学传感器的监测区域通过立体角区域和所对应的测量半径来确定，
-其中在通常情况下为了自动扫描监测区域而控制光学传感器，
-其中从光学传感器的测量数据中针对每个立体角推导出接收的IR辐射的光谱强度分布，并执行强度分布与已知气体谱的相互关联，
-其中在事件情况下，当由第一光学传感器在第一立体角识别到目标物质的红外信号时，控制至少一个另外的光学传感器，扫描与第一光学传感器的监测区域的重叠区域，
-其中从至少一个另外的光学传感器的测量数据识别具有目标物质的红外信号的至少一个另外的立体角，并且
-其中由第一立体角的立体角信息和至少一个另外的立体角的立体角信息得出目标物质浓度提高的重叠区域的坐标，其中至少一个另外的光学传感器在测量半径过低的空间方向上的测量信号不引用到分析中。
12.用于监测地块的空域的方法，
-其中利用至少两个具有无源傅里叶变换红外光谱仪的光学传感器至少部分地监测所述地块，
-其中利用每个光学传感器分别在监测区域内检测能调节的立体角区域，
-其中光学传感器的监测区域与至少一个另外的光学传感器的监测区域至少部分地重叠，
-其中在通常情况下为了自动扫描监测区域而控制光学传感器，
-其中从光学传感器的测量数据中针对每个立体角推导出接收的IR辐射的光谱强度分布，并执行强度分布与已知气体谱的相互关联，并且
-其中在事件情况下，当由第一光学传感器在第一立体角识别到目标物质的红外信号时，控制至少一个另外的光学传感器，扫描与第一光学传感器的监测区域的重叠区域。
13.根据权利要求12所述的方法，
其中每个光学传感器的监测区域通过地块的地形由于遮蔽而与立体角相关地具有不同的测量半径，并且每个光学传感器的监测区域通过立体角区域和所对应的测量半径来确定。
14.根据权利要求11或13所述的方法，
其中通过相邻的测量信号的数学插值，来替代未被引用到分析中的所述至少一个另外的光学传感器的测量信号。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，
-其中使用至少三个光学传感器，
-其中由第一光学传感器在第一立体角上识别目标物质的红外信号，并且
-其中在事件情况下，至少选择另外的光学传感器用于操控，所述另外的光学传感器的监测区域与第一光学传感器的监测区域具有最大重叠。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，
-其中所述柱密度作为气体浓度与气体云的空间长度的数学乘积被计算，并且
-其中得出不同光学传感器的最高柱密度的重叠区域的坐标。
17.用于监测地块的空域的光学传感器，
-具有用于探测目标物质的FTIR光谱仪(12)，
-具有用于将所述地块的待监测的空域的局部成像到FTIR光谱仪(12)上的红外光学器件(4)，
-具有摄像机(10、11)并且
-具有用于使由FTIR光谱仪(12)、红外光学器件(4)和摄像机(10、11)构成的传感器单元定向的定位单元(14)，
-其中红外光学器件(4)和摄像机(10、11)检测相同的立体角，尤其其中红外光学器件(4)和摄像机(10、11)的光轴(O1、O2、O3)彼此平行地定向。
18.根据权利要求17所述的光学传感器，
其特征在于，
-所述定位单元(14)具有通信装置，并且设置成基于由所述通信装置接收的控制命令定向所述传感器单元。
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