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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewegungserfassung von in einem Verkehrsraum bewegten Objekten oder Personen mit Präsenz- oder Bewegungssensoren zur bedarfsgerechten Ansteuerung von elektrisch aktivierbaren Geräten, insbesondere eines Beleuchtungssystems. Ferner betrifft die Erfindung ein Bewegungserfassungssystem dafür.
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Bewegungs- oder Präsenzmelder sind zur Auslösung von elektrischen Geräten, insbesondere Beleuchtungsanlagen in unterschiedlicher Konstellation bekannt. Teils ist das Leuchtmittel direkt mit dem Bewegungsmelder in einem Gehäuse integriert, wobei bei Erfassung eines Objektes/Person im Überwachungsbereich das Leuchtmittel aktiviert wird. Ferner ist es bekannt, mehrere Bewegungs- oder Präsenzmelder im Verkehrsraum, beispielsweise in Gebäuden, an Außenanlagen, Straßen und Plätzen verteilt anzubringen, so dass die einzelnen Erfassungsbereiche der Melder sich überlappen oder aneinander anschließen. Beispielsweise bietet die Firma ABB ein sog. Korridorlicht in Verbindung mit Bewegungsmeldern, insbesondere für Verkehrsräume an, die aus Sicherheitsgründen nie ganz dunkel sein dürfen. Dabei wird das Licht stets auf einem gedimmten Leistungsniveau von beispielsweise 10 % gehalten und bei Erfassung eines Objekts/Person das Licht auf 100 % Leistung hochgeschaltet und nach einiger Zeit wieder langsam auf die 10 % Dauerlichtleistung heruntergeregelt.
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Weiter sind in der Gebäudetechnik sog. Hausbussysteme bekannt, mit denen beliebige Konfigurationen zur Erfassung, Steuerung und Regelung von daran angeschlossenen elektrischen Komponenten möglich sind. Es ist daher auch bekannt, Präsenz- oder Bewegungssensoren über ein Bussystem mit entsprechend zu steuernden elektrisch auszulösenden Geräten zu verbinden.
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Die Möglichkeiten, die solche Systeme bieten, sind jedoch im Stand der Technik noch nicht annähernd ausgeschöpft.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ansteuerung von elektrischen Geräten, insbesondere Leuchtmitteln in Verkehrsräumen, Straßen, Plätzen, an und in Gebäuden anzugeben, bei der eine bedarfsgerechte Ansteuerung der elektrischen Geräte verwirklicht wird.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren nach Anspruch 1 und einem System nach Anspruch 10.
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Durch mindestens zwei beabstandet zueinander angeordnete Sensoren ist es möglich an einem Ort, nahe und im Wesentlichen zwischen den Sensoren eine Bewegungsrichtung eines Objekts festzustellen. Diese Bewegungsrichtung wird als ein Ereignis zugeordnet zu dem Ort der Erfassung und der Ereigniszeit gespeichert. Dabei werden die Ereignisse vorgegebenen, eventuell auch variablen Zeitintervallen von beispielsweise 1 Minute, 10 Minuten, 1 Stunde vormittags/nachmittags oder dergleichen zugeordnet. Je mehr Ereignisse so aufgezeichnet werden, desto größer ist die Datenbasis, aus der dann Bewegungswahrscheinlichkeiten bestimmt werden. Entsprechend dieser ermittelten Bewegungswahrscheinlichkeiten werden dann die elektrisch aktivierbaren Geräte, die aufgrund der ermittelten Wahrscheinlichkeit anzusteuern sind, aktiviert. Dies kann beispielsweise eine Beleuchtung in einem Raum sein, auf den die gerade erfasste Person (Objekt) zusteuern wird.
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In diesem Zusammenhang wird klargestellt, dass das Wort „Objekt“ sowohl für bewegte Objekte in Form von Sachen (Fahrzeuge) wie auch für Personen verwendet wird. Das Wort „Sensoren“ wird abkürzend für die hier entscheidend zu verwendenden Präsenz- oder Bewegungssensoren oder Bewegungsmelder verwendet. Präsenz- oder Bewegungssensoren sind dabei elektronische Sensoren, die die Bewegung in ihrer näheren Umgebung erkennen und dabei ein elektrisches Signal abgeben bzw. von einem freien Zustand in einen Besetztzustand schalten. Dabei können diese Art Bewegungsmelder aktiv mit elektromagnetischen Wellen, beispielsweise nach dem Dopplerradarprinzip, mit Ultraschall oder passiv anhand der Infrarotstrahlung der Umgebung arbeiten. Ferner können als Sensoren auch Lichtschranken, die ebenfalls die Präsenz eines Objektes an einem bestimmten Ort (Linie) ermitteln, oder Sensoren fotooptischer Natur, wie bildgebende Sensoren, insbesondere Kameras, wobei die Bilder dann durch Pixelvergleich zwischen den Aufnahmen ausgewertet werden, verwendet werden. Elektrisch aktivierbare Geräte sind insbesondere Beleuchtungssysteme. Es können damit aber auch alle anderen ereignisabhängig zu steuernden elektrisch aktivierbaren Geräte gemeint sein, wie Alarmanlagen, Überwachungsanlagen, Lüftungsanlagen, Klimageräte, Heizungen, Kaffeemaschinen oder dergleichen.
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Als Basisvektor wird eine Bewegungsrichtung (Bewegung 0. Ordnung) bezeichnet, die von zwei Sensoren ermittelt wird. Bei der Ermittlung der Bewegungsrichtung durch mindestens drei Sensoren wird von Richtungsvektor (Bewegung 1. Ordnung) gesprochen.
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Wenn neben der Bewegungsrichtung des Objekts zwischen zwei Präsenz- oder Bewegungssensoren ein Geschwindigkeitsbetrag erfasst wird, wird eine Bewegung in besonders einfacher Weise, nämlich zwischen zwei Sensoren nicht nur hinsichtlich der Bewegungsrichtung, sondern auch der Geschwindigkeit des Objekts erfasst.
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Alternativ kann die Bewegung im Raum oder insbesondere in der Fläche dadurch präzise erfasst werden, dass eine Vielzahl von Präsenz- oder Bewegungssensoren vorgesehen sind, wobei aus Signalen von mindestens drei Sensoren ein Bewegungsvektor mit einem Geschwindigkeitsbetrag und einem Bewegungswinkel ermittelt wird. Mit dieser Erfassung können auch Bewegungsmuster in größeren Räumen, beispielsweise in einem Großraumbüro von einem Sensorenraster überwacht und nach Bewegungsrichtungen, die beispielsweise auch diagonal durch den Raum führen, klassifiziert werden.
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Dadurch, dass anhand von vorausgewählten Grenzwerten des erfassten Geschwindigkeitsbetrages die Bewegungen in stehende, gehende, laufende und fahrende Objekte unterteilt werden, können die ermittelten Bewegungen in vier Geschwindigkeitsklassen aufgeteilt werden, womit eine ausreichende Unterscheidung der jeweils ermittelten Objekte hinsichtlich ihrer Zuordnung möglich ist. Beispielsweise können in einem Einfahrtsbereich ankommende Personen von ankommenden Fahrzeugen unterschieden werden. Selbstverständlich können auch andere Unterteilungsraster verwendet werden. Als Grenzwerte könnten beispielsweise 1 km/h, 8 km/h und 30 km/h gewählt werden. Laufende Objekte zwischen 8 km/h und 30 km/h würden dann auch beispielsweise Radfahrer erfassen. Selbstverständlich sind die hier angegebenen Grenzwerte auf den jeweiligen Anwendungsfall anzupassen.
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Je nach zu überwachenden Verkehrsraum beträgt der Zeitintervall, in die die erfassten Ereignisse gegliedert werden, 1 Sekunde bis 1 Tag, bevorzugt 10 Sekunden bis 1 Stunde, besonders bevorzugt 30 Sekunden bis 10 Minuten. Bei der Bewegungserfassung in Gebäuden, beispielsweise in einem Büro hat sich ein Zeitintervall von 1 Minute als besonders geeignet herausgestellt.
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Um Vorhersagen über die Wahrscheinlichkeit treffen zu können, wird die Wahrscheinlichkeit in jedem Ort und Zeitintervall durch aufsummieren der zugeordneten Ereignisse berechnet.
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Sofern die gewählten Zeitintervalle relativ kurz sind, beispielsweise wenige Sekunden bis einige Minuten, ist es zur Vermeidung von Messspitzen sinnvoll, wenn die Ergebnisse der Wahrscheinlichkeitsberechnung entlang der Zeitintervalle mittels allgemein bekannter Filter- oder Glättverfahren vergleichmäßigt werden. Damit werden die Messdaten quasi auf eine breitere Basis heruntergerechnet (gefiltert). Es werden somit etwaige Messspitzen mit der zeitlichen Umgebung verrechnet, so dass ähnliche Bewegungsmuster auch vorhersagbar sind, wenn sie wenige Minuten vor oder nach der Zeit, an dem die Messspitzen bisher aufgetreten sind, erfasst werden.
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Wenn jedem Ereignis Daten, nämlich Datum, Wochentag, Ferien, Feiertag und/oder sonstige besondere situationsbedingte Daten zugeordnet werden, können die Ereignisse in Abhängigkeit von diesen zusätzlich registrierten Daten erfasst und bedarfsweise getrennt ausgewertet werden. Beispielsweise können Ereignisse an normalen Werktagen eine andere Häufigkeit und Ausrichtung aufweisen, als Ereignisse an Sonn- und Feiertagen.
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Wenn unter vorgegebenen Zuständen aus Erfassungsereignissen und Zeitablauf Warnungen an vorgegebene Empfänger abgegeben werden, können mit dem System beispielsweise Überwachungen bestimmter Gebäudebereiche oder Verkehrsräume realisiert werden. Ferner können mit derartigen Warnungen auch geistig oder mobilitäts-behinderte Personen überwacht werden, wobei bei bestimmten Verhaltensmustern oder dessen Ausbleiben Warnungen an einen Pflegedienst oder dergleichen gegeben werden können.
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Das Bewegungserfassungssystem mit einer Vielzahl von Präsenz- oder Bewegungssensoren und einer Erfassungseinheit, wobei die Erfassungszustände der Präsenz- oder Bewegungssensoren an die Erfassungseinheit übertragen werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Erfassungseinheit eine Auswerte- und Steuereinheit zugeordnet ist, wobei erfasster Sensor und Erfassungszustand zeitabhängig in der Auswerteeinheit speicherbar, daraus Vorhersagen herleitbar und Steuersignale abgebbar sind.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben.
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Darin zeigt:
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1 ein Bewegungserfassungssystem in einer Grundausstattung,
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2 ein Raster von Sensoren und
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3 eine bildliche Darstellung der Bewegungswahrscheinlichkeit in Bezug auf das in 2 dargestellte Beispielraster.
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Für das Bewegungserfassungssystem sind in dem zu überwachenden Verkehrsraum eine Vielzahl von Präsenz- oder Bewegungssensoren vorzusehen. Die Sensoren sollten vom gleichen Typ oder jedenfalls gleiche Eigenschaften aufweisen. Entsprechend sollten alle Sensoren auf identischen Messbereich und Empfindlichkeit eingestellt werden. In 1 ist eine beispielhafte Grundausstattung für ein Bewegungserfassungssystem in einem Raum 1 dargestellt. Der Raum 1 weist eine Verkehrsfläche, nämlich einen Fußboden 11 auf, auf dem sich die zu erfassenden Objekte, hier eine Person 2 befinden und bewegen. Der Raum 1 ist oben von einer Decke 12 abgeschlossen. In der Decke 12 sind zwei Sensoren A und B angeordnet, die je einen Erfassungskegel 3A und 3B haben, die sich am Fußboden 11 leicht überlappen.
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Schreitet nun die Person 2 in Zeichenebene von rechts nach links durch den Raum 1 wird zunächst der Erfassungskegel 3B vom Sensor B durch die Person 2 erreicht, womit der Sensor B aktiviert wird. Mit dem Weiterbewegen der Person 2 wird dann nach einer Zeitspanne ∆t der Erfassungskegel 3A des Sensors A erreicht und der Sensor A aktiviert. Aus dem bekannten Abstand der beiden Sensoren A und B und der verstrichenen Zeit ∆t lässt sich die Geschwindigkeit der Person 2 in Bezug auf die durch die beiden Sensoren vorgegebene Richtung (Verbindungslinie zwischen Sensor A und Sensor B) ermitteln. Abstand Sensor[m] / ∆t[s] = Geschwindigkeit Objekt[m/s]
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Beim Weiterbewegen der Person 2 wird dann zunächst der Sensor B wieder deaktiviert und danach der Sensor A.
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Bei dieser Grundausstattung können somit zwei Bewegungsrichtungen, nämlich einmal, wie eben beschrieben, von rechts nach links und andererseits von links nach rechts unterschieden werden. Zudem können die ermittelten Geschwindigkeiten erfasst werden. Je nach Zeitdauer zwischen den aufeinander folgenden Erfassungen können damit beispielsweise stehende, gehende, laufende oder fahrende Objekte unterschieden werden. Diese Daten, die nach der Erfassung und Berechnung ermittelt werden, werden gespeichert.
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Die Daten der Bewegungsrichtung bei zwei Sensoren bzw. aus zwei Sensoren können, wie vorangehend beschrieben, lediglich zwei Richtungen angeben und werden nachfolgend auch Bewegung 0. Ordnung genannt, da diese Bewegungserfassung bei Bedarf noch durch weitere Sensoren verfeinert werden kann. Für viele Verkehrsräume, beispielsweise Flure kann diese Datenerfassung jedoch bereits für eine Weiterverarbeitung ausreichen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Bewegungssystem ein Raster einer Vielzahl von Sensoren A bis Z auf, die im in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel rechtwinklig zueinander und gleich beabstandet angeordnet sind und einen großen Raum, beispielsweise ein Großraumbüro überwachen. Tritt nun eine Person im Bereich des Sensors C in den Raum, wird anhand der bereits früher erfassten und ausgewerteten Daten aus dem Speicher sowie etwaigen Ergänzungsdaten, beispielsweise Wochentag anhand der momentanen Uhrzeit die wahrscheinlichste nächste Bewegung ermittelt.
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Hierzu wird auf 3 verwiesen, die beispielhaft drei Basisvektoren vom Sensor C zum Sensor I bzw. zum Sensor H bzw. zum Sensor G darstellt. Für das Ausführungsbeispiel wird unterstellt, dass zu dem gerade bestehenden Zeitpunkt der Erfassung einer Person am Sensorpunkt C in Verbindung mit beispielsweise dem Wochentag, einem Montag die Person mit hoher Wahrscheinlichkeit von 71 % in Richtung des Sensors I steuern wird. Aufgrund dieser Vorhersage der wahrscheinlichsten nächsten Bewegung wird somit in dem Großraumbüro, in dem beispielsweise am frühen Montagmorgen noch keine Personen arbeiten ein deutlich heruntergefahrenes Ruhelicht im Raum im Bereich der Sensoren I, J, N und O auf die volle Leuchtleistung hochgefahren.
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Sobald die Person nunmehr vom vom Sensor C aus nächsten Sensor erfasst wird und eine etwaig diagonale Bewegung im Raum durch die Erfassung durch einen dritten Sensor (Sensor I) als tatsächlich in dem Rechteck C, D, H, I diagonal verlaufenden Bewegungsweg ermittelt wird, werden dann bei Erreichen des Sensors I die höchste Wahrscheinlichkeit der nächsten Bewegung anhand der zum Sensorpunkt I hinterlegten Daten ermittelt. Beispielsweise würde dann eine Bewegung in Richtung Sensor N am Wahrscheinlichsten sein. Sobald diese Bewegung ausgeführt wird und anschließend die Person im Bereich des Sensors N verbleibt, wird auch dieses Ereignis erfasst und jeweils in der Auswerteeinheit gespeichert und verarbeitet. Da die Person nunmehr am Sensor N festliegt, wird das Beleuchtungsbild in dem Großraumbüro nicht mehr für eine weitere Bewegung weitergeführt, allenfalls kann eine Umgebung um den Sensor N, beispielsweise die Sensoren I, M, O und S mit den dort in der Nähe befindlichen Leuchtmitteln so angesteuert werden, dass die im Sensorpunkt N sitzende Person im Großraumbüro in einer Lichtinsel sitzt, die jedoch in ihrer Umgebung noch eine leicht erhöhte Leuchthelligkeit, beispielsweise auf 30 % gegenüber der Grundhelligkeit von beispielsweise 10 % im gesamten Raum aufweist.
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Entscheidend bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass durch eine einfache Erfassung einer Bewegung 0. Ordnung durch zwei Sensoren bereits eine Richtung und Geschwindigkeit für ein erfasstes Objekt definiert sind, die dann entweder durch weitere Sensoren präzisiert wird oder in einer Sensorenkette weitergeleitet wird. Durch die Erfassung der Bewegungsrichtung und Geschwindigkeitsbetrag, entweder als Bewegung 0. Ordnung bei zwei Sensoren oder als Bewegung 1. Ordnung aus mindestens drei Sensoren wird zum jeweils betreffenden Sensorort über einen Zeitintervall, beispielsweise 1 Minute, aufsummiert. Aus dieser Summation ergibt sich eine Wahrscheinlichkeit, die dann bei Erfassung eines Objekts an diesem Sensor zur Auslösung von elektrischen Geräten, insbesondere von Beleuchtungssystemen in Abhängigkeit der dann entsprechend der ermittelten Wahrscheinlichkeiten zu erwartenden Bewegung passt.
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Es können somit in und an Gebäuden sämtliche Lichtschalter entfallen, da durch die Bewegungserfassung, der Berechnung von Wahrscheinlichkeiten und damit der Voraussage einer wahrscheinlichen Bewegung das Licht für die jeweils erfasste Person in Abhängigkeit der Gewohnheiten im Voraus angeschaltet und nachfolgend heruntergedimmt wird. Eine Person, die beispielsweise häufig vormittags um 10:00 Uhr von einem Büroraum über den Flur zu einem Kaffeeraum geht, wird bei erkannter Bewegung durch die Sensoren quasi mit dem entsprechend der Wahrscheinlichkeiten hochgefahrenen Beleuchtung sehr treffsicher geleitet. Wird von der Person ein anderer Weg als der Wahrscheinlichste eingeschlagen, wird bei Erfassung eines vom vorausberechneten Weg abweichenden Sensors sofort mit der höchsten Wahrscheinlichkeit von diesem Sensor weitergerechnet, womit sich das System sehr schnell an den neuen Weg der Person anpasst und dann von dort wiederum entsprechend der höchsten Wahrscheinlichkeiten die Bewegung vorausberechnet.
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Beispielsweise können die Sensoren einfache passive Infrarotsensoren sein, die eine geringe Leistungsaufnahme von ≤ 0,1 Watt haben. Das Rauschen und Ungenauigkeiten dieser sehr einfachen Sensoren lässt sich durch die bevorzugt überlappenden Erfassungsbereiche und die große Stückzahl von Sensoren kompensieren, so dass sehr zuverlässige Messergebnisse erzielt werden. Bei einer beispielsweise damit verbundenen Beleuchtungssteuerung kann mit dem erfindungsgemäßen System trotz der für die Überwachung erforderlichen installierten elektrischen Leistung eine deutliche Reduzierung des Lichtstromverbrauchs erreicht werden. Dabei wird zudem über die automatisch „prognostizierten“ Bewegungsabläufe und entsprechende Lichtsteuerung ein hohes Komfortgefühl erreicht. Die betreffende Person geht nie „ins Dunkle“ und wird von einer angenehmen Umgebungsbeleuchtung ausreichend umsorgt. Neben der Energieeinsparung wird die Sicherheit erhöht und die Unfallverhütung verbessert.
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Selbstverständlich lassen sich über dieses Verfahren zur Bewegungserfassung auch andere elektrisch schaltbare Geräte ansteuern. Beispielsweise kann in einer Seniorenwohnung auch überwacht werden, ob der Bewohner bei seinen Gängen auf Toilette oder dergleichen in einer üblichen Zeit wieder zurück zu seinen Ruheplätzen, beispielsweise einem Sessel oder einem Bett zurückkommt oder ob er sonst an ungewöhnlichen Stellen „liegenbleibt“. Entsprechend könnte dieses System somit auch für die Überwachung von Seniorenwohnungen dienen und bei etwaigen Schwierigkeiten, Stürzen oder dergleichen eine zuverlässige Warnung ausgeben können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Raum
- 11
- Fußboden
- 12
- Decke
- 2
- Objekt, Person
- 3A
- Erfassungskegel von Sensor A
- 3B
- Erfassungskegel von Sensor B
- A Z
- Sensor
