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ANWENDUNGSGEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Ortung von Knallereignissen wie Schüssen aus Feuerwaffen oder auch Explosionen mit Hilfe von handelsüblichen Mobilfunkendgeräten, die als räumlich verteilte akustische Sensoren eingesetzt werden. Diese Mobilfunkendgeräten melden erfasste Knallereignisse und den genauen Zeitpunkt der Erfassung über kabellose Verbindungen aus dem Bereich des Nah- oder Fernbereichfunks, wie beispielsweise Bluetooth, WLAN, GPRS, UMTS oder LTE, an einen Server als Zentrale. Die geographische Position der Mobilfunkendgeräte wird der Zentrale ebenfalls übermittelt. Aus den eingehenden Meldungen, die zentral gespeichert werden, wird in der Zentrale – auf dem Server oder anderenorts durch den Server automatisch veranlasst – der Ort des Knallereignisses berechnet und gespeichert (1). Bei Bedarf kann sofort eine entsprechende Benachrichtigung über Ort und Zeit des Ereignisses im Sinne eines Alarms verfasst und in Form einer E-Mail und/oder einer SMS verteilt werden.
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Die Ortung von Schüssen aus Feuerwaffen in Echtzeit oder Nahe-Echtzeit ist aus diversen Anlässen von Interesse: Insbesondere zu nennen sind (a) die Bekämpfung der Jagdwilderei sowie (b) die Organisation von großräumigen Bewegungsjagden auf Schalenwild mit vielen Teilnehmern. Von dieser Technik profitieren aber auch spezielle Anwendungsfälle im Sicherheitsbereich mit wiederkehrendem illegalem Einsatz von Schusswaffen erheblich. Bei Hochwildjagdrevieren mit entsprechenden Jagdnutzungswerten wird bereits die systematische Erfassung von Ort und Zeit abgegebener Schüsse und die damit verbundene Transparenz eine Nachfrage nach einem derartigen Verfahren erzeugen.
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Überdies ist die automatische Ortung von Knallereignissen wie Explosionen auf Industrie- oder Werksgeländen zu ermöglichen. Wird dann unverzüglich eine Alarmmeldung generiert, ist in kritischen Fällen ein wertvoller Zeavorteil gegenüber einer herkömmlichen, manuellen Alarmierung zu erzielen.
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STAND DER TECHNIK
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Aus dem militärischen Bereich ist die Schallmesstechnik als Verfahren zur Ortung von Artilleriegeschützen durch Messung der Laufzeitdifferenzen eines Knallereignisses zwischen drei oder mehr Aufnahmemikrofonen seit Jahrzehnten bekannt. Die Mikrofone sind mit einer Zentralen vernetzt, so dass die aufgenommenen Schallereignisse dorthin übertragen werden können. Die Standorte der Mikrofone sind durch Vermessung in einem geodätischen Lagebezugssystem bekannt. Durch Analysen der akustischen Signale werden die Schussknallereignisse als solche erkannt. Bei einer Serie von aufeinander folgenden Knallereignissen werden zudem die korrespondierenden Signale der einzelnen Mikrofone erkannt. In dieser Zentrale werden die Laufzeitdifferenzen der eingegangenen akustischen Signale ermittelt und mit diesen über die Schallgeschwindigkeit die Position des feuernden Geschützes berechnet. Vorausgesetzt wird stets, dass es sich um eine zweidimensionale Aufgabe handelt, dass also mit der Erdoberfläche ein geometrischer Ort des Geschützes bereits bekannt ist. Ein Schallmesssystem zur Bestimmung von Geschützstandorten aus Laufzeitdifferenzen ist zum Beispiel beschrieben in dem Buch „Mathematische Methoden der Schallortung" von K. Nixdorff, 1. Auflage, Braunschweig Vieweg 1977.
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Algorithmen zur Losung der Ortsbestimmungsaufgabe aus Messungen von Laufzeitdifferenzen sind wohl bekannt und werden bei der Funknavigation mit Hyperbelverfahren ebenso eingesetzt wie, im dreidimensionalen Fall, bei der Ortsbestimmung mit Satellitennavigationssystemen aus Pseudostreckenmessungen (GPS, GALILEO, etc.). Zur Genauigkeitssteigerung können die gemessenen Laufzeitdifferenzen wegen der aktuellen meteorologischen Bedingungen im Gebiet vorab korrigiert werden.
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Das Messsystem muss durch eine systematische Anordnung der Aufnahmemikrofone zur Überwachung eines Gebietes von in der Regel einigen Quadratkilometern Ausdehnung konfiguriert sein, um hinreichende geometrische Schnittbedingungen für die Ortsbestimmungsaufgabe zu erhalten.
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Zur Beurteilung der Patentfähigkeit der vorliegenden Anmeldung wurde die folgende Druckschrift in Betracht gezogen:
US-Patent 7,532,542 B2 -
Diese Patentschrift betrifft eine Vorrichtung zur akustischen Schussortung nach vorstehendem Grundprinzip, die über Verkleinerung, Integration von Komponenten und über höhere Automation eine verbesserte Mobilität erreicht. Die Nutzung von GPS zur vollautomatischen Positionsbestimmung des Aufnahmemikrofons und die mit GPS einhergehende Zeitsynchronisation sowie Prozessorkapazitäten zur Schusserkennung bieten Vorteile in der praktischen Handhabung. Die integrierten Komponenten bilden einen spezialisierten akustischen Sensor, der über ein Interface mit einer Zentralen per Funk kommuniziert. Darüber hinaus sind diverse Maßnahmen zur Reduzierung des Stromverbrauchs dieses Sensors beschrieben.
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Das Einsatzgebiet dieser Vorrichtung ist die Erkennung und Ortung von Gewehrschüssen.
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NACHTEIL DES STANDS DER TECHNIK
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Der Stand der Technik ist bestimmt von Vorrichtungen, die zur akustischen Ortung von Schussereignissen spezielle Hardware verwenden, die eigens zu diesem Zweck gefertigt wird. Diese Vorrichtungen sind von Fachpersonal im Gelände einzurichten. Es entsteht zwangsläufig ein Kostenniveau, das den Einsatzbereich und die Anwendung dieser Technik erheblich einschränkt.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Gegenüber dem Stand der Technik bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass ausschließlich handelsübliche Hardware als Sensoren eingesetzt wird. Daraus folgt unmittelbar auch, dass der Einsatz von Fachpersonal zur Installation und Betrieb der Sensoren im zu überwachenden Gelände nicht erforderlich ist. Die Kontrolle der Sensoranordnung im zu überwachenden Gebiet bei der Installation, die Auswertung der eingehenden Knallereignisse und etwaige zu veranlassende Alarmmeldungen werden in einer Zentrale ausgeführt, die z. B. über standardisierte Web-Services und Server-Software an einem beliebigen Ort betrieben werden kann.
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LOSUNG DER AUFGABE
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Neu an der vorliegenden Erfindung ist, dass die im zu überwachenden Gebiet zu installierenden Sensoren ausschließlich handelsübliche Mobilfunkendgeräte sind (z. B. Smartphones diverser Hersteller, die folgenden Eigenschaften besitzen:
- (1) Eine GNSS-gestützte, vollautomatische Positionsbestimmung,
- (2) eine Zeitsynchronisation in GNSS-Zeit oder amtlicher Zeit über das Internet,
- (3) ein Mikrofon,
- (4) eine Anschlussbuchse für ein externes Mikrofon,
- (5) eine Anschlussbuchse für eine externe Stromversorgung,
- (6) ein Prozessor, der Computerprogramme abarbeiten kann, und Zugriff auf die vorgenannten Komponenten hat,
- (7) ein computerlesbarer Datenspeicher und
- (8) eine elektronische Datenkommunikation vorzugsweise via Internet, in aller Regel über kabellose Verbindungen aus dem Bereich des Nah- oder Fernbereichfunks, wie beispielsweise Bluetooth, WLAN, GPRS, UMTS oder LTE.
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Die Anbringung der Sensoren im Außenbereich setzt lediglich einen direkten Schutz gegen Niederschlag voraus, der ebenso leicht zu realisieren ist, wie eine zusätzliche Stromversorgung für monatelangen Dauerbetrieb, z. B. über einen externen Akkumulator.
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Das hier vorgeschlagene Verfahren kann somit mannigfaltig zum Einsatz kommen, insbesondere auch dort, wo trotz des gegebenen Bedarfs eine Installation der heutigen Schallmesssysteme aus Kostengründen völlig unrealistisch ist. Die Vielzahl Anbieter geeigneter Mobilfunkendgeräte am Markt und die leichte Austauschbarkeit dieser dezentralen Komponenten ergibt ein Höchstmaß an Flexibilität.
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Zum einen basiert das Verfahren zur Ortung des Schallereignisses auf diesen Sensoren, die jeweils mit einem entsprechenden Computerprogramm, das auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist, ausgestattet sind. Dieses Computerprogramm führt den dezentralen Teil des Verfahrens aus, wenn es in einem Prozessor abgearbeitet wird. Es untersucht die akustischen Signale des Mikrofons permanent auf Knallereignisse. Zudem wird die geographische Position des Sensors ermittelt und die interne Systemuhr mit einer absoluten Zeitskala synchronisiert. Wird ein Knallereignis erkannt, so wird der Zeitpunkt des Empfangs dieses Ereignisses einer Zentralen mitgeteilt.
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Den zentralen Teil des Verfahrens führt ein weiteres Computerprogramm aus, das auf einem computerlesbaren Datenträger eines Servers gespeichert ist und in einem Prozessor eben dort abgearbeitet wird. Es empfängt die eingehenden Meldungen der Sensoren und speichert diese auf einem computerlesbaren Datenträger. Gehen drei oder mehr Meldungen ein, die anhand der gemeldeten Eingangszeitpunkte von ein und demselben Knallereignis stemmen könnten, wird in dem zentralen Teil des Verfahrens die geographische Position des Knallereignisses berechnet und gespeichert sowie eine Meldung ausgegeben.
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Es ist auch eine alternative Ausführungsform denkbar, bei der eine weitere Stelle ein weiteres Computerprogramm ausführt, das eben dort auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und dort von einem Prozessor abgearbeitet wird. Dieses Programm wird nach Benachrichtigung, dass entsprechende Meldungen der Sensoren vorliegen, durch den zentralen Teil vollautomatisch tätig. Es fordert daraufhin von dem zentralen Teil des Verfahrens die dort gespeicherten Meldungen der Sensoren an und übernimmt die Bestimmung und Speicherung der geographischen Position des Knallereignisses sowie das Ausgeben einer Alarmmeldung. Die hierzu erforderliche Kommunikation wird in der Regel ebenfalls über das Internet erfolgen, gleich ob kabelgebunden oder kabellos.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert.
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In dem auf Knallereignisse hin zu überwachenden Gebiet werden mindestens 3 Mobilfunkendgeräte als Sensoren an geeigneten Orten mit verfügbarem Empfang mindestens eines Mobilfunknetzes gut verteilt installiert. Die Stromversorgung erfolgt mit dem eigenen Akkumulator, ergänzt um eine handelsübliche Batterie mit ausreichender Leistung und einem passenden handelsüblichen Ladeadapter. Bei Bedarf kann ein externes Mikrofon angeschlossen werden. Die interne Uhr des Mobilfunkendgerätes wird über das Internet, z. B. mit dem „Network Time Protocol” (NTP) oder über ein GNSS wie GPS synchronisiert.
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Jeder Sensor lauscht permanent und analysiert die eingehenden akustischen Signale auf Knallereignisse hin. Sobald ein Knallereignis erkannt wird, meldet der Sensor dieses unverzüglich an die Zentrale. Die Meldung enthält die genaue Uhrzeit bei Empfang des akustischen Signals dieses Ereignisses und die geographische Position des Sensors, die in der Regel über GNSS, heute zumeist GPS, bestimmt wird. Die Meldung des Sensors erfolgt zweckmäßig über das Mobilfunknetz unter Nutzung der Internet-Protokolle sowie http.
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Die Zentrale registriert und speichert die eingehenden Meldungen. Hier werden beispielsweise ein Web-Server mit einer Skriptsprache wie PHP oder Java sowie eine Datenbank eingesetzt. Treffen Meldungen von mindestens 3 Sensoren ein, die vermutlich von demselben Knallereignis stammen, startet die Zentrale einen Algorithmus, der die Koordinaten des Ortes des Knalls über Schalllaufzeitdifferenzen berechnet. Liegt dieser Ort innerhalb des zu überwachenden Gebietes, wird eine Alarmmeldung ausgelöst. Nach dem Stand der Technik wird dies heute durch Versenden einer E-Mail oder einer SMS an das Mobiltelefon eines für das Gebiet zuständigen Ansprechpartners geschehen. Die Alarmmeldung enthält Ortsangabe und Zeitpunkt des Knalls.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Mathematische Methoden der Schallortung” von K. Nixdorff, 1. Auflage, Braunschweig Vieweg 1977 [0004]
