DE102013021141A1 - Wireless network of inertial sensors for alerting (theft, perimeter protection, monitoring) - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Sensor-Netzwerk für die Überwachung des Umfeldes eines zu schützenden Gebäudes, einer zu schützenden Fläche oder Anlage oder für den Schutz eines sonstigen Objektes oder einer Installation, zur Erkennung von Einbruchs-, Eindring-, Sabotage- oder Diebstahlsversuchen mittels Durchbrechen, Zerschneiden, Unterkriechen, Übersteigen, Entfernen eines Zaunes oder einer sonstigen Einfriedung. Zusätzlich können bei beweglichen Objekten in einem begrenzten Gebiet Bewegungsmuster analysiert und Reaktionen eingeleitet werden. Die Detektion erfolgt durch autark spannungsversorgte (Batterie, Akku, Solar) Inertialsensoren (Gyro), die die Schwingungsbewegung, Beschleunigung oder Lageänderung an der Einfriedung wahrnehmen und in einem potentiell mehrstufigen, drahtlosen Kommunikationsprozess ihre Daten weiterleiten über andere solche Sensoren (mittels eines mesh-Protokolls) hin zu einer zentralen Komponente, die die Auswertung der Daten vornimmt, die Art des Ereignisses/Gefahr bestimmt, die Eindring- oder Auslösestelle versucht zu lokalisieren und/oder eine Leitzentrale alarmiert und/oder andere Prozesse oder Systeme (Wachpersonal vor Ort, Hervorhebung des betroffenen Abschnitts in einer Videoüberwachung) anstösst.The present invention includes a sensor network for monitoring the environment of a building to be protected, a surface or facility to be protected or for the protection of any other object or installation, for the detection of burglary, intrusion, sabotage or theft attempts by means of breakthrough , Cutting, crawling, climbing, removing a fence or other fencing. In addition, moving objects in a limited area can analyze motion patterns and initiate reactions. The detection is done by self-powered (battery, battery, solar) inertial sensors (gyro) that sense the vibrational motion, acceleration, or attitude change at the enclosure and pass their data through a potentially multi-level wireless communication process via other such sensors (via a mesh protocol) ) to a central component that performs the evaluation of the data, determines the type of event / hazard, the intruder or tripping unit attempts to locate and / or alerts a control center and / or other processes or systems (security guards on-site, highlighting the affected section in a video surveillance).
Description
Technische Beschreibungtechnical description
- Bezeichnung: Drahtloses Netzwerk von Inertialsensoren zur Alarmierung (Diebstahl-, Perimeterschutz, Überwachung) wireless network of inertial sensors for alerting (theft, perimeter protection, surveillance)Designation: Wireless network of inertial sensors for alerting (theft, perimeter protection, monitoring) wireless network of inertial sensors for alerting (theft, perimeter protection, surveillance)
- technisches Gebiet: Sicherheit, security, Perimeterschutz, Sensorik, mesh-Funkprotokoll, Mustererkennung, SoftwareentwicklungTechnical field: security, security, perimeter protection, sensors, mesh radio protocol, pattern recognition, software development
Komponenten und BezeichnungenComponents and designations
- [P] Perimeter: Zaun, Netz oder sonstige Einfriedung, schwingungs- oder beschleunigungsfähig, z. B. Gitterzaun, Maschendraht, Tarnnetz, Abdeckplane, Armband am Körper[P] Perimeter: Fence, net or other fencing, capable of vibration or acceleration, e.g. As mesh fence, wire mesh, camouflage net, tarpaulin, bracelet on the body
- [O] Objekt: zu überwachendes oder schützendes Subjekt oder Objekt[O] Object: subject or object to be monitored or protected
- [S1], [S2], [S3], [Si] Sensor: an Einfriedung befestigte Inertialsensoren (z. B. Gyro) und ggf. Signal-Transponder: • low energy profile (verschiedene leistungsoptimierte Betriebszustände), damit Batteriebetrieb möglich, montiert unauffällig z. B. alle 5 Meter (Zaun) oder direkt am zu sichernden Objekt (Tarnnetz, Abdeckplane) • mesh-Funkprotokoll (vermaschtes Netz, mobile ad-hoc net, MANet), z. B. Bluetooth Low Energy, Garmin Ant+), bietet robuste Signal-Laufwege (dynamisches Routing überbrückt Ausfall von Einzelknoten) und Kommunikation nur mit den nächstgelegenen Nachbarsensoren (Energieersparnis) • Kommunikation Sensor-zu-Sensor (nächstgelegen, keine Stern-Topologie) und/oder Sensor-zu-Zentrale • betrieben durch autarke Energiequelle (Langzeitbatterie, Solarzelle, Brennstoffzelle, etc.) (lange Wartungsintervalle) • environmentally protected (Ausseineinsatz: gegen Feuchtigkeit abgedichtet)[S1], [S2], [S3], [Si] Sensor: inertial sensors attached to fencing (eg gyro) and possibly signal transponders: • low energy profile (various performance optimized operating states), so that battery operation possible, installed inconspicuously z. B. every 5 meters (fence) or directly on the object to be secured (camouflage net, tarpaulin) • mesh radio protocol (meshed network, mobile ad-hoc net, MANet), eg. Bluetooth Low Energy, Garmin Ant +), provides robust signal trajectories (dynamic routing bypasses single node failure) and communicates only with nearest neighbor sensors (energy savings) • Sensor-to-sensor communication (nearest, no star topology) and / or sensor-to-center • operated by self-sufficient energy source (long-term battery, solar cell, fuel cell, etc.) (long maintenance intervals) • environmentally protected (insert: moisture-proof)
- [ZK] zentrale Komponente: zur Sammlung der Daten und algorithmischer Extraktion (z. B. Steuerungs-PC, Smartphone) • Ausführungsumgebung für Analyse-Software und Gateway/Schnittstelle zum Alarmgeber • unterstützt mesh-Protokoll und drahtloses oder kabelgebundenes Protokoll zum Alarmgeber (mesh, WiFi, GSM, 3G, etc.) • hochkapazitive Hauptbatterie oder ans Stromnetz angeschlossen und batteriegepuffert für Ausfallsicherheit [ZK] central component: for data collection and algorithmic extraction (eg control PC, smartphone) • Execution environment for analysis software and gateway / interface to alarm device • supports mesh protocol and wireless or wired protocol to alarm device (mesh, WiFi, GSM, 3G, etc.) • high-capacity main battery or mains-powered and battery-backed for reliability
- [AS] Analyse-Software zum Erkennen von Mustern wie Übersteigen, Durchbrechen, Zerschneiden, Unterkriechen, Deformation, Demontage, Entfernen, Diebstahl • Kalibirierung auf Typ der Einfriedung, Topologie und Umgebungsparameter (z. B. Regen, Schwellwerte fuer Auslösung) • Sichtung und Reduzierung des Datenvolumens • Eliminierung von natürlichen Störfaktoren, z. B. Schwingungen durch Wind oder leichten Tierkontakt • Analyse der Signalform, z. B. Frequenz, Amplitude, Abweichung vom Durchschnitt, Abgleich mit Referenzmuster • Versuch der Lokalisierung der Störungsstelle (z. B. Triangulation) und/oder • Benachrichtigung einer Leitzentrale und/oder • Abgleich mit anderen Systemen, z. B. Wachpersonal vor Ort oder Videoüberwachung aktivieren oder Segment hervorheben[AS] Analysis software to detect patterns such as clipping, breaching, cutting, crawling, deformation, disassembly, removal, theft • Calibration to type of enclosure, topology and environmental parameters (eg rain, trigger thresholds) • Viewing and reducing the data volume • Elimination of natural disturbing factors, eg. B. vibrations caused by wind or light animal contact • Analysis of the waveform, eg. B. Frequency, amplitude, deviation from the average, comparison with reference pattern Attempt to localize the fault (eg triangulation) and / or • Notification of a control center and / or • Comparison with other systems, eg. For example, activate on-site security or video surveillance or highlight a segment
- [AL] Alarmgeber, Benachrichtiger: z. B. SMS mit Benachrichtigungstext, Alarmsirene, Blinken einer Lampe[AL] Alarm, Notification: z. B. SMS with notification text, alarm siren, flashing a lamp
Funktionsweisefunctionality
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Sensornetzwerk für die Überwachung des Umfeldes eines zu schützenden Gebäudes, einer zu schützenden Fläche oder Anlage oder für den Schutz eines sonstigen Objektes oder einer Installation, zur Erkennung von Einbruchs-, Eindring- oder Sabotageversuchen mittels Durchbrechen, Zerschneiden, Unterkriechen, Übersteigen, Entfernen eines Zaunes oder einer sonstigen Einfriedung. Zusätzlich können bei beweglichen Objekten in einem begrenzten Gebiet Bewegungsmuster analysiert und Reaktionen eingeleitet werden. Die Detektion erfolgt durch autark spannungsversorgte (Batterie, Akku, Solar) Inertialsensoren (z. B. Gyro), die die Schwingungsbewegung, Beschleunigung oder Lageänderung an der Einfriedung wahrnehmen und in einem potentiell mehrstufigen, drahtlosen Kommunikationsprozess ihre Daten weiterleiten über andere solche Sensoren (mittels eines mesh-Protokolls) hin zu einer zentralen Komponente, die die Auswertung der Daten vornimmt, die Art der Gefahr bestimmt, die Eindring- oder Auslösestelle versucht zu lokalisieren und/oder eine Leitzentrale alarmiert und/oder andere Prozesse oder Systeme (Wachpersonal vor Ort, Hervorhebung des betroffenen Abschnitts in einer Videoüberwachung) anstösst.The present invention comprises a sensor network for monitoring the environment of a building to be protected, a surface or installation to be protected or for the protection of another object or installation, for detection of burglary, intrusion or sabotage attempts by means of breaching, cutting, crawling, Exceed, remove a fence or other enclosure. In addition, moving objects in a limited area can analyze motion patterns and initiate reactions. The detection is performed by self-powered (battery, rechargeable, solar) inertial sensors (eg gyro) that sense the oscillatory motion, acceleration or positional change at the enclosure and pass their data through other such sensors in a potentially multi-level wireless communication process a mesh protocol) to a central component that performs the data evaluation, determines the nature of the hazard, attempts to locate the intruder or trigger site, and / or alerts a control center and / or other processes or systems (field guards, Highlighting the affected section in a video surveillance).
Gyro-Sensoren registrieren permanent oder für einen längeren Zeitraum (z. B. nachts) Beschleunigungs- oder Lageänderungen. Diese Daten werden via ihrer benachbarten Sensoren, dann deren benachbarte Sensoren, etc., schrittweise an eine Zentrale Komponente gemeldet (mesh-Protokoll). Die Zentrale Komponente berücksichtigt aufgrund einer initialen Kalibrierung die ungefähre Topologie der Sensoren und das Muster (die Art) einer Auslösung. Beispielsweise unterscheidet die Analyse-Software zwischen dem Rütteln eines Zauns im Wind (aus einer Richtung kommend, flächig an mehreren Sensoren dieser Seite) und dem Übersteigen eines Zauns (stark in der Nähe eines Sensors, schwächer in der Nähe anderer, benachbarter Sensoren, ggf. rhythmische Beschleunigungs- oder Lageänderungen beim Hochziehen oder Durchschneiden).Gyro sensors register acceleration or position changes permanently or for a longer period of time (eg at night). These data are reported via their neighboring sensors, then their neighboring sensors, etc., gradually to a central component (mesh protocol). Based on an initial calibration, the central component considers the approximate topology of the sensors and the pattern (type) of triggering. For example, the analysis software distinguishes between shaking a fence in the wind (coming from one direction, two or more at a time) Sensors on this page) and the crossing of a fence (close to a sensor, weaker near other, neighboring sensors, possibly rhythmic acceleration or position changes when pulling up or cutting).
Hinweis: Bautechnisch kann es notwendig sein, das Rütteln zu dämpfen (beispielsweise durch stärkere Befestigung des Zauns), um Fehlauslösungen zu reduzieren, oder das Rütteln zu verstärken (beispielsweise durch Anbringen der Sensoren an schwingungsfähigen Bändern o. ä.), um Auslösungen zu ermöglichen.Note: From a structural point of view, it may be necessary to dampen jarring (for example, by attaching the fence more strongly) to reduce false tripping or to increase jarring (for example, by attaching the sensors to vibratory belts or similar) to enable tripping ,
Die Analyse-Software der Zentralen Komponente versucht, den Ort des Ereignisses zu lokalisieren z. B. per Triangulation oder gewichteter Mittel. Sie entscheidet über Auslösung/Alarmierung und Folgeaktionen bzw. ist entsprechend konfiguriert.The analysis software of the Central Component tries to locate the location of the event, e.g. By triangulation or weighted average. It decides on triggering / alarming and follow-up actions or is configured accordingly.
Vorteile gegenüber dem Stand der TechnikAdvantages over the prior art
- • Perimeterschutz erfordert bisher aufwendige Technik in Anschaffung und Installation, z. B. druckempfindliche Kabel, Seismographen, Glasfaserkabel, Lichtschranken, Laserscanner, und rentiert sich deshalb wirtschaftlich nur für grosse Installationen (Rollfelder, militärische Anlagen). Das Anbringen der mesh-Sensoren ist hingegen einfach, die Energieversorgung ist eingebaut, und die Vernetzung erfolgt protokollbedingt automatisch. Damit sinken die Kosten deutlich, und der Einsatz in bisher unerschlossenen Gebieten und Branchen wird möglich, z. B. zur Absicherung von Privat- oder Gewerbegrundstücken oder statt der Anschaffung eines auffälligeren, teureren Zaunes. Gerade in unsicheren Zeiten bietet ein unscheinbarer Zaun als äusserste Hülle um ein zu schützendes Objekt eine zusätzliche Sicherheit und einen bedeutsamen Zeitgewinn in der Benachrichtigung oder Alarmierung, bevor die Aussenhülle des Objektes erreicht wird.• Perimeter protection previously required elaborate technology in purchase and installation, eg. As pressure sensitive cables, seismographs, fiber optic cables, photoelectric sensors, laser scanners, and therefore economically profitable only for large installations (taxiways, military installations). The attachment of the mesh sensors, however, is simple, the power supply is installed, and the networking is done by protocol automatically. This will significantly reduce costs and enable deployment in previously untapped areas and industries. For example, to secure private or commercial land or instead of the acquisition of a more conspicuous, more expensive fence. Especially in times of uncertainty, an inconspicuous fence as the outermost shell for an object to be protected offers additional security and significant time savings in notification or alerting before the outer shell of the object is reached.
- • Die Sensoren sind elektronische Massenware, erschwinglich und werden mittelfristig noch billiger.• The sensors are electronic mass-produced, affordable and will become even cheaper in the medium term.
- • Die Sicherung ist im Vergleich zu anderen Technologien zur Absicherung (NATO-Stachelband, verstärkte/vertiefte Pfosten, Härtung des Zauns an der Unterseite) sehr unauffällig und zieht damit weniger die Aufmerksamkeit auf das zu schützende Objekt (Prinzip Tarnung).• The fuse is very inconspicuous compared to other security technologies (NATO barbed tape, reinforced / recessed posts, hardening of the fence at the bottom) and therefore attracts less attention to the object to be protected (camouflage principle).
- • Optische Sensoren haben Probleme mit Witterungseinflüssen, z. B. Ablenkung von Lasern durch Regentropfen oder erschwerte Bilderkennung von Kameras bei Nacht oder Nebel.• Optical sensors have problems with weather conditions, eg. B. Distraction of lasers by raindrops or difficult image recognition of cameras at night or fog.
- • Speziell Glasfaserkabel als in den Zaun geflochtener Perimeterschutz werden beim Einbruchsversuch durchtrennt und damit irreparabel (oder nur durch Fachleute rückverbindbar) beschädigt.• Especially fiber optic cable as perimeter braided in the fence are severed during the break-in attempt and thus damaged irreparably (or reconnectable only by experts).
- • Diebstahlschutz in abgelegenen Gebieten ist bisher nicht denkbar. Durch die Kombination von Sensor(en) und Zentraler Komponente mit Netzanbindung (GSM oder mobiles Datennetz) kann eine Benachrichtigung oder Alarmierung erfolgen, so dass ein Holzdieb bestenfalls noch beim Abtransport gestört werden kann.• Theft protection in remote areas is unimaginable. The combination of sensor (s) and central component with network connection (GSM or mobile data network) can be notified or alarmed, so that a wood thief can be disturbed at best still during removal.
- • Die Überwachung von Hilfsbedürftigen bedeutet meist eine Verletzung der Privatsphäre (z. B. Kameras) oder wegen der Installationskosten eine nur eingeschränkte Abdeckung des Bereiches (z. B. druckempfindliche Teppichböden). Durch Batterie- und Funktechnik, kleine, robuste Bauformen und nur der Erhebung der notwendigsten Daten, Auswertung und Weiterleitung nur im angenommenen Nofall kann dies hingegen elegant umgangen werden. Hilfsbedürftige können länger selbstbestimmt in der eigenen Wohnung leben mit der zusätzlichen Sicherheit einer Benachrichtigung oder Alarmierung.• Surveillance of people in need of assistance usually means a violation of privacy (eg cameras) or, due to installation costs, only limited coverage of the area (eg pressure-sensitive carpets). By battery and radio technology, small, robust designs and only the collection of the most necessary data, evaluation and forwarding only in the assumed Nofall, this can be elegantly bypassed. Those in need of assistance can live independently longer in their own home with the additional security of a notification or alarm.
Beispiel- SzenarienExample scenarios
Perimeter/Zaun (Abb. 1)Perimeter / Fence (Fig. 1)
- • z. B. Maschendrahtzaun an Pfosten als Perimeter [P], festgeklammert, keine weitere Härtung z. B. gegen Unterkriechen, um ein Haus/Objekt [O]• z. B. Chain link fence on post as perimeter [P], clamped, no further hardening z. Against crawling around a house / object [O]
- • inertiale Sensoren [Si] z. B. alle 5 Meter• inertial sensors [Si] z. B. every 5 meters
- • Sensoren erkennen ihre Nachbar-Sensoren und spannen ein mesh-Netz auf; damit robuste Übertragung und Energieersparnis (Batteriebetrieb)• Sensors detect their neighbor sensors and create a mesh net; thus robust transmission and energy saving (battery operation)
- • mesh überbrückt Entfernung• mesh bridges distance
- • Rüttel- und andere Bewegungen am Zaun werden an die Zentrale Komponente [ZK] übertragen• Shaking and other movements on the fence are transmitted to the central component [ZK]
- • Analyse-Software [AS] der Zentralen Komponente [ZK] ist kalibriert auf die Art des Zauns und die Topologie der Sensoren [Si] und detektiert und/oder alarmiert [AL], wenn und wo ein bestimmtes Muster aufgetreten oder ein definierter Schwellwert überschritten wurde• Analysis Software [AS] of the Central Component [ZK] is calibrated to the type of fence and the topology of the sensors [Si] and detects and / or alerts [AL] if and where a particular pattern occurred or exceeded a defined threshold has been
Holzstapel im Wald (Abb. 2)Woodpile in the forest (Fig. 2)
- • zu schützender Holzstapel [O] wird mit Plane [P] gegen Witterungseinflüsse oder einfachem Netz gegen Wegnahme abgedeckt• protected wood pile [O] is covered with tarpaulin [P] against the effects of weather or a simple net against removal
- • einzelner Inertialsensor [Si] ist unscheinbar an Plane oder Netz befestigt• single inertial sensor [Si] is inconspicuously attached to tarpaulin or net
- • Funkkontakt direkt oder über weitere (Transponder-)Sensoren zu einer Zentralen Komponente [ZK] (z. B. Smartphone im IPX-Gehäuse mit Langzeit-/Stützbatterien, mit Kfz-Batterie gespeister Raspberry Pi)• Radio contact directly or via further (transponder) sensors to a central component [ZK] (eg smartphone in the IPX housing with long-term / backup batteries, with Raspberry Pi powered by a car battery)
- • Analyse-Software [AS] erkennt die Wegnahme oder Bewegung des mit der Plane verbundenen Sensors [S1]• Analysis software [AS] detects the removal or movement of the sensor connected to the tarpaulin [S1]
- • Alarmierung [AL] bei Wegnahme der Plane (z. B. via Mobilfunk/SMS an Forstpächter)• Alerting [AL] when the tarpaulin is removed (eg via mobile phone / SMS to forest tenants)
Hilfsbedürftige Person (Abb. 3)Person in need of assistance (Fig. 3)
- • Prinzipien: – Bewegung = Lebenszeichen – keine Bewegung über lange Zeit = Gefahr – starke Bewegung (mit Fallbeschleunigung) = Sturz – bestimmte vereinbarte Bewegungsmuster = Nachricht• Principles: - Movement = sign of life - no movement for a long time = danger - strong movement (with acceleration) = fall - certain agreed movement patterns = message
- Person trägt kleinen Inertialsensor [S1] am Körper, z. B. Armband, Halsschmuck oder Gürtel (hoch am Körper und schwingungsarm) Person wears small inertial sensor [S1] on body, eg. As bracelet, necklace or belt (high on the body and low-vibration)
- • Sensor kommuniziert über andere, in den Räumlichkeiten (z. B. einer Seniorenwohnung) ausgelegte Sensoren [Si] und überbrückt damit auch grössere Entfernungen sicher und robust• The sensor communicates with other sensors [Si] in the premises (eg a senior citizen's home) and bridges even larger distances safely and sturdily
- • mesh spannt Fläche auf• mesh tensions the surface
- • Zentrale Komponente [ZK] erkennt mit Hilfe von Analyse-Software [AS] bestimmte Muster, z. B. dass der einer Person zugeordnete Sensor Fallbeschleunigung meldet und auch nach einer Wartezeit von 1 Minute keine weitere Bewegung stattfindet• Central component [ZK] recognizes certain patterns with the help of analysis software [AS]. B. that the sensor associated with a person reports case acceleration and no further movement takes place even after a waiting time of 1 minute
- • ein weiteres Muster kann ein dreimaliges Schütteln oder Klopfen der Hand, mit 1 bis 4 Sekunden Pause dazwischen, sein• another pattern can be a three-time shaking or tapping of the hand, with 1 to 4 seconds break in between
- • ein weiteres Muster könnte bei zwei Sensoren eine wiederholt gegenläufige Bewegung sein (z. B. 3 Mal in-die-Hände-klatschen)• another pattern could be a repeated counter-motion with two sensors (eg clapping 3 times in the hands)
- • alternativ: Zentrale Komponente [ZK] erkennt und meldet, wenn länger als 12 h keine Aktivität stattgefunden hat bei einer Menge von Sensoren (z. B. Bewegung des mobilen Objekts, Türbewegungen – Inaktivitätsalarm)• Alternatively: Central component [ZK] detects and notifies if no activity has taken place for more than 12 h with a set of sensors (eg movement of the mobile object, door movements - inactivity alarm)
- • Analyse-Software [AS] erkennt Muster (Art) der Bewegung• Analysis software [AS] detects pattern (type) of movement
- • Zentrale Komponente [ZK] alarmiert oder benachrichtigt Aufsichtspersonal zeitnah [AL]• Central component [ZK] alerts or notifies supervisors in a timely manner [AL]
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Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
DE102016124700A1 (en) * | 2016-12-16 | 2018-06-21 | ic audio GmbH | Alarm unit and alarm system |
WO2019034338A1 (en) * | 2017-08-18 | 2019-02-21 | Endress+Hauser Process Solutions Ag | Device and method for detecting unauthorized changes to an automation component |
CN114463909A (en) * | 2022-01-06 | 2022-05-10 | 深圳市依电科技有限公司 | Electronic fence based on tension |
-
2013
- 2013-12-10 DE DE102013021141.7A patent/DE102013021141A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
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