DE102005018562A1

DE102005018562A1 - Vorrichtung zur Positionsbestimmung mobiler Objekte innerhalb von Gebäuden

Info

Publication number: DE102005018562A1
Application number: DE102005018562A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Hupp; Volker Dipl.-Ing. Gehrmann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-04-21
Filing date: 2005-04-21
Publication date: 2006-11-02

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung mobiler Objekte innerhalb von Gebäuden, in denen an vorgegebenen, bekannten Positionen mit dem Gebäude verbundene Sicherheitsvorkehrungen installiert sind. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens einige der im Gebäude installierten Sicherheitsvorkehrungen jeweils mit einer Sende- und Empfangseinheit ausgestattet sind, dass das mobile Objekt zumindest eine mobile Sendeeinheit aufweist, deren Sendesignale von den Sende- und Empfangseinheiten empfangbar sind, und dass wenigstens eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, die drahtgebunden oder drahtlos mit den an den Sicherheitsvorkehrungen installierten Sende- und Empfangseinheiten kommuniziert und in der unter Zugrundelegung einer Auswerteregel und von den Sende- und Empfangseinheiten empfangenen Sendesignalen die Position des mobilen Objektes bestimmbar ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung mobiler Objekte innerhalb von Gebäuden, in denen an vorgegebenen, bekannten Positionen, mit dem Gebäude verbundene Sicherheitsvorkehrungen installiert sind.

Einsatzkräfte wie Feuerwehrleute, Wachpersonal, Notärzte, um nur einige zu nennen, begeben sich in Notfall bedingten Situationen oftmals selbst in eigene Lebensgefahr, insbesondere dann, wenn der Einsatzort innerhalb von Gebäuden liegt und somit ein Überblick über die Gesamtsituation des Unfallortes, insbesondere von einer zentralen Überwachungs- und Leitstelle aus betrachtet, nicht möglich ist. Vor allem für Feuerwehr- und Sicherheitspersonal kann es bei schwerwiegenden Gebäudebränden lebensrettend sein, in Gefahrensituationen selbst lokalisiert und aufgefunden zu werden.

Zwar ist es bekannt, Gebäude beispielsweise mit Hilfe von Fernsehkameras zumindest in sicherheitsrelevanten Bereichen zu überwachen, doch stoßen derartige, zumeist auf verminderte Fernsehqualität basierende Kamerasysteme an Grenzen, wenn die Licht- und Sichtverhältnisse, beispielsweise beeinträchtigt durch Rauch- und Nebelbildung, nicht für eine verwertbare optische Wiedergabe der Betrachtungsszene ausreichen. Überdies sind derartige Kamerasysteme äußerst störanfällig hinsichtlich Hitzeentwicklungen, die sich insbesondere in Brandfällen ausbilden, also insbesondere in jenen Fällen, in denen Sicherheitskräfte, allen voran Feuerwehrleute, sich einem besonders hohen Risikopotential aussetzen.

Zum gegenseitigen Schutz stehen Feuerwehrleute über mobil mitgeführte Funkgeräte in gegenseitigem Kontakt und behelfen sich durch Angabe charakteristischer Orte innerhalb des Gebäudes ihren eigenen Aufenthaltsort zu kommunizieren. Es liegt auf der Hand, dass eine derartige Praxis eine überaus hohe Konzentrationsanforderung an die ohnehin in einer äußersten Stresssituation befindlichen Sicherheitspersonen stellt. Hier soll die Erfindung einen wesentlichen Beitrag dafür leisten, den Schutz für Feuerwehr- und Sicherheitspersonal, die sich in Gefahrensituationen innerhalb von Gebäuden aufhalten, deutlich zu verbessern und eine Möglichkeit zu schaffen, einen Überblick über den Aufenthaltsort der einzelnen Schutzleute zu erhalten, um einerseits den Schutz für jeden einzelnen an der Rettungsaktion beteiligten Menschen zu verbessern und zum anderen eine Möglichkeit zu schaffen, Sicherheitseinsätze koordiniert durchführen zu können.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung mobiler Objekte, insbesondere Feuerwehr- und Sicherheitspersonal während des Einsatzes in Gebäuden, derart anzugeben, dass mit möglichst einfachen und kostengünstigen Mitteln eine zuverlässige Positionsbestimmung von Personen innerhalb von Gebäuden möglich sein soll ohne dabei die informeller Mithilfe durch die jeweilige Person voraussetzen zu müssen.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche und insbesondere aus der Beschreibung zu entnehmen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Idee geht von der Kombination einer in den meisten Gebäuden ohnehin vorhandenen Sicherheitsinfrastruktur mit einer an sich bekannten, vorzugsweise auf der Funktechnologie basierenden Kommunikationstechnik aus. So verfügen Gebäude in den meisten Fällen über zum Teil gesetzlich vorgegebene Sicherheitssysteme, wie beispielsweise Brandmelder, Rauchmelder, automatische Brandschutztüren, Alarmknöpfe, Signalgeber, Bewegungsmelder und vieles mehr, die allesamt an definierten Orten angebracht sind und deren Anbringungen bereits während der Planung des jeweiligen Gebäudes festgelegt werden. Darüber hinaus sind derartige Sicherheitsvorkehrungen in Gebäuden allesamt mit einem Stromnetz verbunden, zumeist mit einem besonders sicher ausgelegten Stromnetz, das selbst im Falle eines gewöhnlichen Stromausfalles die Sicherheitsvorkehrungen mit Notstrom versorgt. Hierzu dienen Notstromaggregate oder das Vorsehen von Batterien oder Batteriepufferungen, um bei Eintreten derartiger Notfälle zumindest die Sicherheitsvorkehrungen mit Strom unabhängig vom normalen Stromnetz zu versorgen.

Lösungsgemäß zeichnet sich somit eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung mobiler Objekte, insbesondere von Personen, wie beispielsweise Feuerwehr- oder Wachpersonal, innerhalb von Gebäuden, in denen an vorgegebenen, bekannten Positionen mit dem Gebäude verbundene Sicherheitsvorkehrungen installiert sind, dadurch aus, dass wenigstens einige der im Gebäude installierten Sicherheitsvorkehrungen jeweils mit einer Sende- und Empfangseinheit ausgestattet sind. Ferner weist das mobile Objekt zumindest eine mobile Sendeeinheit auf, deren Sendesignale von den Sende- und Empfangseinheiten empfangbar sind. Im praktischen Falle der Positionserfassung von Personen führen diese zumindest eine, vorzugsweise auf Funkbasis arbeitende Sendeeinheit mit, vorzugsweise eine Sende- und Empfangseinheit, deren ausgesandte Signale von den jeweiligen, an den Orten der Sicherheitsvorkehrungen installierten Sende- und Empfangseinheiten empfangen werden. Ferner ist wenigstens eine Auswerteeinheit vorgesehen, die drahtgebunden oder drahtlos mit den an den Sicherheitsvorkehrungen installierten Sende- und Empfangseinheiten kommuniziert und in der unter Zugrundelegung einer Auswerteregel und von den Sende- und Empfangseinheiten empfangenen Sendesignalen die Position des mobilen Objektes bzw. der jeweiligen Person bestimmbar ist.
Die vorzugsweise als Funkknoten ausgebildeten Sende- und Empfangseinheiten, die auch nachträglich, in modularer Weise an die Einrichtungen der Sicherheitstechnik bzw. den Sicherheitsvorkehrungen adaptierbar sind, vermögen miteinander in Kommunikation zu treten, um Sende- bzw. Funksignale, die von der wenigstens einen mobilen Sende- und Empfangseinheit abgesendet werden zu empfangen, untereinander auszutauschen und auf diese Weise im Rahmen eines redundanten Kommunikationssystems zu wenigstens einer Auswerteeinheit zu übertragen. Um die Kommunikation unter allen beteiligten Sende- und Empfangseinheiten zu gewährleisten, besitzen alle an der Kommunikation beteiligten Funkknoten eindeutige Kennungen, die beim Funkbetrieb eine eindeutige Zuordnung der Sendesignale zu den einzelnen Funkknoten sicher stellen.
Da die Positionen der fest installierten Sende- und Empfangseinheiten an den jeweiligen Sicherheitsvorkehrungen bekannt sind, stellen diese Funkknoten so genannte Ankerknoten zur Positionsermittlung des jeweiligen mobilen Funkknotens bzw. der jeweiligen Einsatzperson dar. Auf der Grundlage der an die Auswerteeinheit übermittelten Informationen bzw. während des Empfangsvorganges ermittelten Parameter, beispielsweise Empfangsfeldstärke oder Empfangszeitpunkt, wird unter Zugrundelegung einer Auswerteregel, die beispielsweise auf dem Trilaterationsverfahren, Triangulationsverfahren, der Referenzpunktmethode oder beispielsweise auf bestehenden Nachbarschaftsbeziehung oder Routinginformationen beruht, die Position des mobilen Funkknotens bestimmt. Bei Trilaterationsverfahren oder Triangulationsverfahren werden mehrere abgeschätzte Entfernungen bzw. Empfangswinkel zur Positionsbestimmung überlagert. Entfernungen können aus Empfangsfeldstärken, Signallaufzeiten oder Laufzeitdifferenzen abgeschätzt werden. Bei Verfahren mit Referenzpunkten werden aktuelle Empfangsparameter mit früher gemessenen oder vorherberechneten Empfangsparametern verglichen und dadurch eine Position abgeschätzt. Bei Auswertung der Nachbarschaftsbeziehungen oder Routinginformationen wird die Existenz von anderen Funkknoten genutzt um abzuleiten, dass man sich in dessen Nähe befindet. Darüber hinaus kann auch die an den Nachbarknoten, und an deren Nachbarknoten etc., vorliegenden Informationen zur Positionsermittlung heran gezogen werden.
Zur Positionsermittlung können neben den vorstehend genannten grundsätzlich unterschiedliche Verfahren eingesetzt werden, die jedoch nicht Gegenstand der Erfindung sind, zumal sie für den Fachmann als bekannt vorauszusetzen sind.
In besonders vorteilhafter Weise erfolgt die Kommunikation zwischen allen beteiligten Funkknoten bidirektional, d.h. die einzelnen intelligenten Funkknoten sind in der Lage, sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Kennungen gegenseitig zu erkennen und sich selbständig miteinander zu vernetzen. Ein derartiges vermaschtes Funksystem bezieht auch jene Funkknoten mit ein, die mobil von den jeweiligen Einsatzkräften mit sich getragen werden. Hierzu bedarf es jedoch der Ausbildung jeweils mobiler Sende- und Empfangseinheiten. Im Rahmen eines derartigen vermaschten Funksystems können alle Funkknoten miteinander kommunizieren und ermöglichen ein besonders robustes Kommunikationssystem, das unter Umständen auf redundante Kommunikationswege basiert.
Bei einem derartigen vermaschten System ist es zudem möglich, dass die Auswerteeinheit nicht notwendigerweise stationär ausgebildet ist, sondern ebenfalls auch in mobiler Form, als portable Einheit von der jeweiligen Einsatzkraft bzw. von dem Sicherheitspersonal mit sich getragen werden kann, so dass die Information der Ortsbestimmung der jeweiligen Person direkt vor Ort zugänglich gemacht wird.
Unabhängig der Ausbildung der Auswerteinheit entweder in Form einer zentralen stationär ausgebildeten, einer lokal am Ort der Person mitgeführten Auswerteeinheit oder einer Vielzahl dezentral ausgebildeter Auswerteeinheiten, die an unterschiedlichen Orten stationär oder mobil vorgesehen sind, kann die jeweils ermittelte Standortinformation innerhalb des vermaschten Funksystems und darüber hinaus unter Nutzung anderer Kommunikationswege, wie beispielsweise dar GSM-System, Bündelfunk oder Gebäudefunk, an geeignete Empfangsstellen übertragen und zur Darstellung gebracht werden.
Neben der reinen Ortsbestimmung vermag die lösungsgemäße Vorrichtung auch zur Übertragung weitere Informationen dienen, wie beispielsweise Vitalparameter der jeweiligen Einsatzperson, wie beispielsweise Puls, Körpertemperatur etc., die mit Hilfe entsprechender Sensoren erfassbar sind. Auch können zusätzliche Sensoren von der Einsatzperson mitgeführt werden, bspw. zur Erfassung von Umgebungsparametern wie Umgebungstemperatur, ABC-Parameter (Radioaktivität, biologische und chemische Wirkstoffe) etc., deren Sensorsignale über die mobile Sende- und Empfangseinheit an die stationären Funkknoten übertragen werden können. Die Vitalparameter sowie die Umgebungsparameter können somit zu einer zentralen Auswerteeinheit, die zugleich auch als Überwachungs- und Leitstelle dient, übertragen werden, um das im Einsatz befindliche Sicherheitspersonal überwachen und entsprechend unterstützen zu können.
Ferner können mittels entsprechend an bekannten Standorten vorgesehenen Sicherheitsvorkehrungen, wie beispielsweise Rauchgassensoren, ABC-Sensoren, Temperaturmesser etc., Informationen gewonnen und an eine zentrale Auswerteeinheit bzw. eine Leitstelle und/oder unmittelbar dem jeweiligen Sicherheitspersonal übertragen werden. Je nach Anwendungs- und Einsatzfall können die auf diese Weise gewonnenen Informationen an alle oder lediglich an ausgewählte Funkknoten übermittelt werden.
Die aus der lösungsgemäßen Kombination eines Lokalisierungssystems und den in einem Gebäude an bekannten Stellen installierten Geräten der Sicherheitstechnik bestehenden lösungsgemäßen Vorrichtung nutzt die ohnehin in Gebäuden installierte Sicherheitstechnik, zumal sie gesetzlich vorgeschrieben ist, als Basis für ein Positionserkennungssystem. Das lösungsgemäße Erkennungssystem nutzt die Bekanntheit aller Standorte der Sicherheitsvorkehrungen innerhalb des Gebäudes, die aufgrund gesetzlicher Rahmenbedingungen flächendeckend in Gebäuden zu installieren sind und somit eine nahezu gesamtheitliche Überwachung des Gebäudes ermöglichen. Da die einzelnen Geräte der Sicherheitstechnik an eine Stromversorgung angeschlossen sind, die gegebenenfalls durch Batteriebetrieb oder bei Stromausfall mittels Notstromaggregate abgesichert ist, erwachsen nahezu keinerlei Zusatzkosten, um ein gesichertes Positionserfassungssystem in bereits bestehende Gebäude zu integrieren.

Claims

Vorrichtung zur Positionsbestimmung mobiler Objekte innerhalb von Gebäuden, in denen an vorgegebenen, bekannten Positionen, mit dem Gebäude verbundene Sicherheitsvorkehrungen installiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der im Gebäude installierten Sicherheitsvorkehrungen jeweils mit einer Sende- und Empfangseinheit ausgestattet sind, dass das mobile Objekt zumindest eine mobile Sendeeinheit aufweist, deren Sendesignale von den Sende- und Empfangseinheiten empfangbar sind, und dass wenigstens eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, die drahtgebunden oder drahtlos mit den an den Sicherheitsvorkehrungen installierten Sende- und Empfangseinheiten kommuniziert und in der unter Zugrundelegung einer Auswerteregel und von den Sende- und Empfangseinheiten empfangenen Sendesignalen die Position des mobilen Objektes bestimmbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsvorkehrungen mit einem Gebäudeseitigen Stromversorgungsnetz verbunden sind, über das die jeweilige Sende- und Empfangseinheit mit Strom versorgbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsvorkehrungen Brandmelder, Rauchmelder, automatisch schließbare Brandschutztüren, Signalgeber, Bewegungsmelder, Überwachungskameras, Notbeleuchtungen, beleuchtete Hinweisschilder, Wasserspender, Alarmknöpfe sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Sicherheitsvorkehrungen installierten Sende- und Empfangseinheiten untereinander und/oder mit der Auswerteinheit kommunizieren, und dass die Sende- und Empfangseinheiten individualisierende Kennungen zum Zwecke der Kommunikation vorsehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Sendeeinheit sowie die an den Sicherheitsvorkehrungen stationär vorgesehenen Sende- und Empfangseinheiten als Funkgeräte oder in Form so genannter Funkknoten bzw. Funkmodule ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Sendeeinheit zusätzlich eine Empfangseinheit zum Empfang von Sendesignalen vorsieht, die von den stationär an den Sicherheitsvorkehrungen angebrachten Sende- und Empfangseinheiten und/oder von weiteren mobil ausgebildeten Sende- und Empfangseinheiten ausgesandt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Auswerteeinheit stationär innerhalb oder außerhalb des Gebäudes vorgesehen ist und/oder in der mobilen Sende- Empfangseinheit integriert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Auswerteeinheit ermittelte Information über die Position der mobilen Sendeeinheit per Kommunikationstechnik übertragbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteregel nach einem oder mehreren der nachfolgenden Ortungsverfahren erfolgt: Feldstärkenmessung, Laufzeitmessung, Referenzpunktmethode, Triangulation, Trilateration, Nachbarschaftsbeziehung Auswertung von Routingtabellen, Multilateration,.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Sendeeinheit derart ausgebildet ist, das die mobile Sendeeinheit autark betreibbar und von einer Person mitführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende- und Empfangseinheiten zur verbalen Kommunikation ausgebildet sind, und/oder dass die Sende- und Empfangseinheiten sensorisch erfasste Informationen übertragen und akustisch und/oder optisch zur Darstellung bringen.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Überwachung von Einsatzkräften in Brand- und Notfallsituationen innerhalb von Gebäuden.
Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einsatzkraft eine mobile Sendeeinheit mit sich trägt, so dass eine eindeutige Positionserfassung der Einsatzkraft innerhalb des Gebäudes möglich ist.