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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Gefahrenmeldeanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Speichern von Datenreihen sowie ein Computerprogramm.
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In Gebäuden werden regelmäßig automatische Brandmelder sowie andere Sensoreinheiten eingebaut, welche automatisiert einen Überwachungsbereich in dem Gebäude auf Brände und andere Gefahren überwachen. Insbesondere bei Brandmeldern sind sowohl autarke Einzelsysteme, welche als eine einheitliche Komponente montiert werden, als auch vernetzte Systeme bekannt, bei denen eine Vielzahl derartiger Melder über ein Netzwerk zusammengeschlossen ist und bei der Erkennung von Bränden ein Alarmsignal zum Beispiel an eine Zentrale liefern. Der Vorteil der vernetzten Systeme ist insbesondere, dass von einer Zentrale die Gesamtsituation in dem Gebäude überwacht werden kann und zum Beispiel auf Basis der Kenntnis der Gesamtsituation Evakuierungspläne entworfen werden können.
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Die Druckschrift
DE 101 09 362 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart beispielsweise eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Branderkennung, wobei ausgehend von wenigstens einem Sensorsignal über eine Auswerteschaltung und eine Signalverarbeitungsstufe die Detektion eines Brandes erfolgt.
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Offenbarung der Erfindung
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Im Rahmen der Erfindung wird eine Gefahrenmeldeanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12, ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und ein Gefahrenmelder mit den Merkmalen des Anspruchs 14 vorgeschlagen. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Die Erfindung betrifft eine Gefahrenmeldeanlage, welche insbesondere für ein Gebäude ausgebildet ist. Die Gefahrenmeldeanlage umfasst mindestens einen Gefahrenmelder. Vorzugsweise umfasst die Gefahrenmeldeanlage eine Mehrzahl derartiger Gefahrenmelder, beispielsweise mehr als 50 oder 100 Gefahrenmelder. Der Gefahrenmelder ist besonders bevorzugt als ein automatischer Brandmelder ausgebildet. Bei alternativen Ausführungsformen kann der Gefahrenmelder oder ein Teil der Gefahrenmelder auch beispielsweise als ein CO-Melder ausgebildet sein.
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Der Gefahrenmelder weist mindestens einen Sensor zur Detektion einer Umgebungsgröße und zur Ausgabe von Sensorwerten auf. Beispielsweise ist der Sensor als ein Temperatursensor, ein Streulichtsensor, ein Gassensor oder ein Rauchsensor ausgebildet oder der Gefahrenmelder weist einen Multikriteriensensor mit einer Kombination der vorgenannten Sensoren auf. Insbesondere dient der Gefahrenmelder dazu, eine Messgröße aus der Umgebung des Gefahrenmelders als Umgebungsgröße aufzunehmen. Bei der Umgebungsgröße kann es sich beispielsweise um eine Gaskonzentration, eine Temperatur, eine Rauchpartikelkonzentration oder andere Gefahren- insbesondere Branderkennungsmerkmale handeln.
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Der Gefahrenmelder umfasst eine Datenverarbeitungseinrichtung, welche zur Detektion einer Gefahrensituation durch Auswertung der Sensorwerte über einen Detektionsalgorithmus ausgebildet ist. Z.B. ist die Datenverarbeitungseinrichtung als ein Microcontroller ausgebildet. Bei der Gefahrensituation kann es sich insbesondere um eine Brandsituation handeln. Die Datenverarbeitungseinrichtung ist in der Lage, durch Anwendung des Detektionsalgorithmus auf die erfassten Sensorwerte die Gefahrensituation zu detektieren. In der einfachsten Ausgestaltung kann die Datenverarbeitungseinrichtung die Sensorwerte mit Grenzwerten vergleichen und bei Überschreiten oder Unterschreiten der Grenzwerte auf eine Gefahrensituation schließen. Es ist jedoch auch möglich, dass der Detektionsalgorithmus komplexer aufgebaut ist und beispielsweise zeitliche Verläufe, Frequenzverteilungen oder -spektren in den Sensorwerten als Gefahrenerkennungsmerkmale, insbesondere Branderkennungsmerkmale verwendet.
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Der Gefahrenmelder umfasst eine Speichereinheit, insbesondere eine lokale und/oder integrierte Speichereinheit, zur Speicherung von mindestens einer Datenreihe, welche auf Basis der Sensorwerte gebildet ist. Die Datenreihe kann somit die unverarbeiteten Sensorwerte, verarbeitete Sensorwerte oder eine Auswahl der Sensorwerte umfassen. Vorzugsweise weist der Gefahrenmelder eine Behausung oder ein Gehäuse auf, wobei die Speichereinheit lokal dem Gefahrenmelder zugeordnet ist und insbesondere in der Behausung beziehungsweise in dem Gehäuse untergebracht ist.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Speichereinheit als eine Berichtsspeichereinheit ausgebildet ist, wobei der Gefahrenmelder ausgebildet ist, nur Datenreihen als die mindestens eine Datenreihe auf Basis von Sensorwerten zu speichern, bei denen die Sensorwerte einer detektierten Gefahrensituation zugeordnet sind. Vorzugsweise weist die Berichtsspeichereinheit ausschließlich solche Datenreihen auf Basis von Sensorwerten auf, bei denen die Sensorwerte einer detektierten Gefahrensituation zugeordnet sind. Besonders bevorzugt werden Sensorwerte oder Datenreihen von Sensorwerten, die nicht einer Gefahrensituation zugeordnet sind, im speziellen in Bezug auf die Speicherung in der Berichtsspeichereinheit, verworfen. Alternativ ausgedrückt werden auf der Berichtsspeichereinheit nur Datenreihen von Sensorwerten gespeichert, die einer Gefahrensituation zugeordnet sind, die durch den Detektionsalgorithmus des Gefahrenmelders detektiert wurden. Hierbei ist es möglich, dass die Datenreihe auch vorlaufende und nachlaufende Sensorwerte zu der detektierten Gefahrensituation umfasst. Z.B. umfasst die Datenreihe die Sensorwerte für einen Zeitraum von mindestens 30s, vorzugsweise von mindestens 1 min, vorlaufend zu der Detektion der Gefahrensituation und/oder für einen Zeitraum von mindestens 30s, vorzugsweise von mindestens 1 min, nachlaufend zu der Detektion der Gefahrensituation.
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Bei einer möglichen Ausgestaltung schaltet die Datenverarbeitungseinrichtung bei der Detektion einer Gefahrensituation einen Trigger, zum Beispiel von 0 auf 1, um, wobei Sensorwerte, welche von dem Sensor außerhalb der Gefahrensituation erfasst werden (Trigger = 0), verworfen werden und Sensorwerte, welche während der Gefahrensituation (Trigger = 1) erfasst werden, in der Berichtsspeichereinheit gespeichert werden.
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Besonders bevorzugt ist die Berichtsspeichereinheit als ein nicht-flüchtiger und/oder persistenter Speicher ausgebildet, sodass die mindestens eine Datenreihe auch noch vorhanden ist, wenn die Versorgungsspannung ausfällt.
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Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass die Sensorwerte, welche zu der Detektion einer Gefahrensituation geführt haben, genutzt werden können, um den Detektionsalgorithmus zu verbessern. Es ist jedoch in der Gefahrensituation meist schwierig, umfangreiche Daten aus dem Gefahrenmelder zu entnehmen. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, dass diese wertvollen Informationen in Form von Datenreihen lokal in dem Gefahrenmelder gespeichert und erst zu einem späteren Zeitpunkt ausgelesen und analysiert werden. Diese lokale Speicherung hat insbesondere dann Vorteile, wenn die Gefahrenmeldeanlage eine Vielzahl von Gefahrenmeldern umfasst, welche im Fall einer echten Gefahrensituation zeitgleich die Gefahrensituation detektieren und – ohne lokale Zwischenspeicherung – zeitgleich versuchen würden, die jeweilige Datenreihe zu übertragen.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Gefahrenmeldeanlage eine Auswertevorrichtung, vorzugsweise ausgebildet oder integriert in einer Alarmzentrale, wobei die Auswertevorrichtung mit dem mindestens einen Gefahrenmelder über ein Netzwerk zur Übertragung der Datenreihen datentechnisch verbunden ist. Beispielsweise kann das Netzwerk auf einem Feldbus beruhen. Die Auswertevorrichtung ist ausgebildet, auf Basis der Datenreihen den Detektionsalgorithmus zu verbessern und über das Netzwerk oder über eine andere datentechnische Verbindung den Detektionsalgorithmus in dem Gefahrenmelder zu aktualisieren. Auf diese Weise ist es möglich, dass jeder einzelne Gefahrenmelder der Gefahrenmeldeanlage auf Basis der eigenen und gegebenenfalls zeitversetzt zur Gefahrensituation übertragenen Datenreihen optimiert wird.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Auswertevorrichtung eine Eingabeschnittstelle, wobei über die Eingabeschnittstelle eine Information zur Verifizierung der detektierten Gefahrensituation übertragbar ist. Die Auswertevorrichtung ist ausgebildet, diese Information bei der Verbesserung des Detektionsalgorithmus zu verwenden. So ist es beispielsweise möglich, dass die Eingabeschnittstelle über eine weitere Überwachungsvorrichtung mit der Information versorgt wird oder, dass von einem Nutzer eingetragen wird, bei welchem Gefahrenmelder eine tatsächliche Gefahrensituation vorgelegen hat. In der Auswertevorrichtung liegt somit die Datenreihe vor, die lokal in dem Gefahrenmelder zur Detektion der Gefahrensituation geführt hat und zudem eine Information, ob diese Detektion zutreffend war oder ob es sich um einen Fehlalarm handelte. Im Fall eines Fehlalarms können zum Beispiel Detektionsempfindlichkeiten verringert werden, bei einer zutreffenden Detektion einer tatsächlichen Gefahrensituation kann der Detektionsalgorithmus beibehalten werden. Auf diese Weise ist es möglich, auch bei dezentral verteilten Gefahrenmeldern eine Optimierung im Betrieb der Gefahrenmelder über die Auswertevorrichtung zu erreichen.
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Betrachtet man die mögliche Vielzahl von Gefahrenmeldern in der Gefahrenmeldeanlage sowie die Kosten für Speicherbausteine als Berichtsspeichereinheiten, so ist eine Komprimierung oder Reduktion der zu speichernden Datenmenge eine interessante Möglichkeit, um Kosten für Komponenten des mindestens einen Gefahrenmelders einzusparen. Weiterhin kann die Übertragungskapazität dieser Daten durch eine bestehende datentechnische Verbindung zur Auswertevorrichtung begrenzt sein. Vor diesem Hintergrund ist es bevorzugt, dass der Gefahrenmelderund/oder die Datenverarbeitungseinrichtung ein Reduktionsmodul aufweist, welches zur Reduktion der Anzahl der Sensorwerte in der mindestens einen Datenreihe ausgebildet ist. Durch das Reduktionsmodul wird die Anzahl der Sensorwerte und damit der Speicherbedarf für die mindestens eine Datenreihe reduziert.
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Das Reduktionsmodul ist ausgebildet, mindestens einen Zwischenwert der Sensorwerte aus der Datenreihe, insbesondere aus der in der Berichtsspeichereinheit bereits abgespeicherten Datenreihe oder in der in einem Arbeitsspeicher der Auswerteeinrichtung zur Speicherung in der Berichtsspeichereinheit vorbereiteten Datenreihe, zu streichen. Besonders bevorzugt ist das Reduktionsmodul ausgebildet, genau dann einen Zwischenwert der Sensorwerte aus der Datenreihe zu streichen, wenn die Speicherkapazität der Berichtsspeichereinheit erschöpft ist oder einen vorgebbaren Grenzwert überschritten hat. In diesem Betriebszustand werden zwar neue Sensorwerte in dem Arbeitsspeicher oder in der Berichtsspeichereinheit abgelegt, um jedoch die Speicherauslastung nicht weiter zu erhöhen, wird zugleich ein Zwischenwert der Sensorwerte gestrichen. Prinzipiell wäre es möglich, die Streichung von Sensorwerten in Form einer FIFO Architektur (first-in-first-out) zu gestalten, sodass automatisiert die ältesten Sensorwerte gestrichen werden. Allerdings ist es möglich, dass gerade die ältesten Sensorwerte der Datenreihe oder einer anderen gespeicherten Datenreihe am wertvollsten für die Auswertevorrichtung sind. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, die Datenreihe durch Streichung von mindestens einem Zwischenwert der Sensorwerte zu reduzieren.
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Bei der Umsetzung wird bevorzugt so vorgegangen, dass – gedanklich betrachtet – die Sensorwerte der Datenreihe einen Linienzug darstellen, wobei die Sensorwerte die Zwischenpunkte und eine Zeitinformation der Sensorwerte die Abstände zwischen den Zwischenpunkten darstellen. Das Reduktionsmodul ist vorzugsweise ausgebildet, den Sensorwert, als mindestens einen Zwischenwert zu wählen, dessen Streichung zu der geringsten Änderung des Linienzugs aus den Sensorwerten der Datenreihe führt.
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Durch diese „intelligente“ Auswahl des Zwischenwerts wird erreicht, dass zunächst Zwischenwerte gestrichen werden, die keine oder nur eine geringe Information tragen oder den Signalverlauf der Sensorwerte nicht stark beeinflussen. Es ist dabei zu unterstreichen, dass es auch möglich ist, dass durch die Streichung der Zwischenwerte im Ergebnis eine Datenreihe erzeugt wird, welche das Nyquist-Theorem nicht mehr erfüllt. Dieses Nichterfüllen kann auch die Datenreihe vor der Streichung betreffen. Jedoch wird durch die Auswahl der Zwischenwerte die Grundaussage der Datenreihe beibehalten.
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Bei einer konkreten Ausführungsform der Erfindung ist das Reduktionsmodul ausgebildet, den Sensorwert als den mindestens einen Zwischenwert zu wählen, der die geringste Fehlerenergie gemäß der Formel 2 E(k) = (s(k) – ( s(k + 1)·a + s(k – 1)·b / a + b))2·(a + b) aufweist, mit:
- k
- Index
- s(k)
- Sensorwert s mit Index k
- E(k)
- entstehende Fehlerenergie durch Entfernen des Sensorwerts s(k), bzw. Energie der Differenz zwischen den Linienzügen aus den Sensorwerten der Datenreihen vor und nach Entfernung von s(k)
- a
- zeitlicher Abstand des Sensorwerts s(k) zum benachbarten Sensorwert s(k – 1)
- b
- zeitlicher Abstand des Sensorwerts s(k) zum benachbarten Sensorwert s(k + 1)
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Durch diese Formel beziehungsweise deren Umsetzung in einem Computerprogramm kann die Fehlerenergie lokal und sehr schnell berechnet werden. Bevorzugt wird der letzte oder neueste Sensorwert der Datenreihe besonders behandelt. Die Fehlerenergie durch Entfernen des zeitlich betrachtet ältesten Sensorwertes wird vorzugsweise nach der folgenden Formel 3 berechnet: E(k) = 1 / 4·(s(k) – s(k – 1))2 mit:
- k
- Index des zweitältesten Sensorwerts
- k – 1
- Index des ältesten Sensorwerts
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden in dem Arbeitsspeicher oder in der Berichtsspeichereinheit neben den Sensorwerten und den Zeitinformationen der Sensorwerte weitere Daten gespeichert. Es ist in dieser Weiterbildung besonders bevorzugt, dass die mindestens eine Datenreihe Rauschwerte (noise signals) der Sensorwerte umfasst. Zur Berechnung von Rauschwerten sind viele Verfahren bekannt. Um die Berechnung der Rauschwerte lokal in dem Gefahrenmelder insbesondere durch die Datenverarbeitungseinrichtung möglichst einfach durchführen zu können, wird besonders bevorzugt eine vereinfachte Version der Ermittlung der Rauschwerte verwendet.
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In einer sehr einfachen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Rauschwert einem Sensorwert wie folgt zugeordnet: Beide zu dem Sensorwert benachbarten Sensorwerte bilden jeweils eine Grenze und definieren damit einen Bereich. Liegt der aktuelle Sensorwert in dem derart definierten Bereich, so wird der Rauschwert als 0 angenommen. Liegt der aktuelle Sensorwert außerhalb dieses Bereichs, entspricht der Rauschwert dem Abstand des aktuellen Sensorwerts von der näheren Bereichsgrenze. Die Berechnung des Rauschwerts kann nach der folgenden Formel 4 erfolgen: r(k) = max{0, s(k) – max[s(k – 1), s(k + 1)], min[s(k – 1, s(k + 1)] – s(k)} mit:
- r(k)
- Rauschwert des Sensorwerts s(k) mit Index k
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden ergänzend zunächst Rauschleistungswerte n(k) bestimmt, die vorzugsweise einem gleitenden Mittelwert aus dem Quadrat der Rauschwerte r(k) entsprechen gemäß der folgenden Formel 5.
mit:
- w(i)
- Impulsantwortwert des Mittelungsfilters
- i
- Index eines Wertes aus der Impulsantwort des Mittelungsfilters
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Alternativ zum Quadrieren der Rauschwerte r können je nach Anwendungsfall auch Momente anderer Ordnung oder andere nichtlineare Funktionen gewählt werden gemäß folgender abgewandelter Formeln.
mit:
- q
- Ordnungszahl des Momentes
- F(x)
- nichtlineare Funktion von x
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Danach wird die Anzahl der ermittelten Rauschleistungswerte durch das Reduktionsmodul reduziert. Die Ermittlung der Fehlerenergie als Grundlage für die Reduktion der Rauschleistungswerte erfolgt vorzugsweise analog zu der Reduktion der Sensorwerte mit den folgenden abgewandelten Formeln: E(k) = (n(k) – ( n(k + 1)·a + n(k – 1)·b / a + b))2·(a + b) E(k) = 1 / 4·(n(k) – n(k – 1))2
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Werden statt der Rauschleistungswerte n(k) die Rauschwerte r(k) gespeichert, werden in den abgewandelten Formeln statt n(k), n(k + 1) und n(k – 1) etc. jeweils r(k), r(k + 1) und r(k – 1) gesetzt.
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Zur Umsetzung gibt es prinzipiell mehrere Möglichkeiten: Bei einer ersten Möglichkeit wird der Rauschleistungswert bzw. der Rauschwert gestrichen, der dem Zwischenwert bei den Sensorwerten zugeordnet ist. Somit wird die Reduktion der Rauschleistungswerte bzw. Rauschwerte gleichlaufend mit der Reduktion der Sensorwerte durchgeführt. Bei einer zweiten Möglichkeit werden Fehlerenergien sowohl für die Sensorwerte als auch unabhängig davon für die Rauschleistungswerte bzw. Rauschwerte berechnet und der Rauschleistungswert bzw. Rauschwerte und Sensorwert gestrichen, welche gemeinsam, optional gewichtet, die geringste Fehlerenergie hervorrufen. Bei einer dritten Möglichkeit verlaufen die Reduktionen der Sensorwerte und der Rauschleistungswerte bzw. Rauschwerte unabhängig voneinander.
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Der Vorteil der Reihenfolge, die Rauschleistungswerte bzw. Rauschwerte zunächst unreduziert in der Berichtsspeichereinheit zu hinterlegen und erst nachfolgend zu reduzieren hat den Vorteil, dass die resultierende Datenreihe für die Rauschleistungswerte bzw. Rauschwerte anders und aussagekräftiger ist, als wenn nur die Sensorwerte aufgenommen werden, diese reduziert werden und nachfolgend aus den reduzierten Sensorwerten die Rauschleistungswerte bzw. Rauschwerte ermittelt werden.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 ein schematisches Blockdiagramm einer Gefahrenmeldeanlage als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2a, b Illustrationen zur Erläuterung der Datenreihenreduktion in der Gefahrenmeldeanlage gemäß der 1;
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3 eine Illustration zur Erläuterung der Generierung von Rauschwerten;
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4 eine weitere Illustration einer spezifischen Ausgestaltung zur Erzeugung von Rauschwerten.
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Die 1 zeigt in einem schematischen Blockdiagramm eine Gefahrenmeldeanlage 1 als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Gefahrenmeldeanlage 1 ist beispielsweise in einem Gebäude, einem Fabrikgelände oder ähnlichem installiert. Die Gefahrenmeldeanlage 1 umfasst eine Mehrzahl von Gefahrenmeldern 2, welche in dem Gebäude dezentral verteilt angeordnet sind. Bei den Gefahrenmeldern 2 handelt es sich insbesondere um automatische Brandmelder, wobei z.B. in jedem zu überwachenden Raum des Gebäudes oder einer Auswahl davon mindestens ein Gefahrenmelder 2 installiert ist. Alternativ können die Gefahrenmelder 2 auch als CO-Melder ausgebildet sein.
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Die Gefahrenmelder 2 sind über ein Netzwerk 3, in diesem Fall über einen Feldbus, mit einer Auswertevorrichtung 4 datentechnisch verbunden. Die Auswertevorrichtung 4 kann beispielsweise in einer Überwachungszentrale angeordnet sein und neben den nachfolgenden Funktionen auch die Aufgabe übernehmen, eingehende Alarmsignale der Gefahrenmelder 2 weiter zu bearbeiten und z.B. einen Gesamtalarm für das Gebäude auszulösen, Rettungskräfte zu informieren oder Fluchtwegbeleuchtungen und/oder -durchsagen zu aktivieren.
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Der in der 1 beispielhaft in Detail dargestellte Gefahrenmelder 2 umfasst einen Sensor 5, welche eine Umgebungsgröße in dem Überwachungsbereich detektiert. Der Sensor 5 kann beispielsweise als ein Temperatursensor, ein Rauchsensor, ein Streulichtsensor oder als ein Gassensor ausgebildet sein. Der Sensor 5 erzeugt mit der Zeit eine zeitliche Folge von Sensorwerten s, welche zu einer Datenverarbeitungseinrichtung 6 und zugleich zu einem Arbeitsspeicher 7, insbesondere einem flüchtigen Arbeitsspeicher 7, zur Verarbeitung weitergeleitet werden. Die Datenverarbeitungseinrichtung 6 überprüft die Sensorwerte s hinsichtlich des Vorliegens einer Gefahrensituation. Hierzu setzt die Datenverarbeitungseinrichtung einen Detektionsalgorithmus ein. Der Detektionsalgorithmus kann beispielsweise Grenzwertüberschreitungen detektieren, alternativ oder ergänzend kann der Detektionsalgorithmus die Sensorwerte s auf das Vorliegen von charakteristischen Frequenzen oder zeitlichen Verläufen untersuchen. Der Arbeitsspeicher 7 speichert den Verlauf von Sensorwerten s. Mit jedem neu empfangenen Sensorwert s werden durch das Reduktionsmodul 10 gegebenenfalls ein oder mehrere ältere Sensorwerte s verworfen.
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Auf Basis der Sensorwerte s und unter Verwendung des Detektionsalgorithmus generiert die Datenverarbeitungseinrichtung 6 einen Trigger T, welcher bei Detektion einer vorliegenden Gefahrensituation auf 1 und andernfalls auf 0 gesetzt wird. Als Trigger T können auch andere Signale verwendet werden. Für den Fall, dass der Trigger auf 0 gesetzt ist, also dass keine Gefahrensituation von dem Gefahrenmelder 2 detektiert wurde, wird keine weitere Aktion getätigt. Sofern der Triggerwert auf 1 gesetzt wird, weil eine Gefahrensituation detektiert wurde, wird zum einen ein Alarmsignal ausgegeben, welches über das Netzwerk 3 zu der Auswertevorrichtung 4 geführt wird und dort in beschriebener Weise weiterverarbeitet wird. Optional ergänzend wird eine in den Gefahrenmelder integrierte Sirene aktiviert, um einen Alarmton auszugeben. Statt einer integrierten Sirene kann z. B. auch eine externe Warneinrichtung verwendet werden.
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Zudem wird der Triggerwert als Steuersignal für eine Berichtsspeichereinheit 8 verwendet, wobei der Gefahrenmelder 2 so ausgebildet ist, dass Sensorwerte s, welche einer detektierten Gefahrensituation zugeordnet sind, in der Berichtsspeichereinheit 8 abgespeichert werden. Bei der Berichtsspeichereinheit 8 handelt es sich um einen nicht flüchtigen Speicher, sodass auch bei einem Stromausfall sichergestellt ist, dass die Sensorwerte s, die zur Detektion einer Gefahrensituation geführt haben, dauerhaft gesichert bleiben. Die Sensorwerte können z.B. als zugeordnet gelten, wenn sie kurz vorher oder nachher gemessen wurden. Die Sensorwerte s werden in mindestens einer Datenreihe in der Berichtsspeichereinheit 8 gespeichert. Ergänzend wird zu den Sensorwerten eine Zeitinformation der Sensorwerte abgelegt. Bei den Zeitinformationen kann es sich um absolute Zeitinformationen oder um relative Zeitinformationen, insbesondere Zeitabstände zwischen den Sensorwerten s handeln.
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Betrachtet man das Vorliegen einer echten Gefahrensituation, so werden mit einer großen Wahrscheinlichkeit eine Mehrzahl der Gefahrenmelder 2 zeitgleich die Gefahrensituation detektieren und somit eine Datenreihe mit Sensorwerten in deren zugeordnete Berichtsspeichereinheit 8 ablegen. Eine sofortige Übertragung der Datenreihen über das Netzwerk 3 ist kritisch, da zum einen zeitgleich mit der Gefahrensituation eine Vielzahl von Gefahrenmeldern 2 parallel zueinander die Datenreihen übertragen wollen und zum anderen, da das Netzwerk 3 möglicherweise durch Steuerungsbefehle zur Steuerung von Warneinrichtungen, Fluchttüren etc. bereits ausgelastet ist. Gerade zu diesem Zeitpunkt wäre es somit schwierig, die Datenreihen zu übertragen.
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Stattdessen werden die Datenreihen in der Berichtsspeichereinheit 8 gehalten, bis die Belastung des Netzwerks 3 und der Auswertevorrichtung 4 niedrig genug ist, um die Datenreihen zu bearbeiten. Somit werden die Datenreihen "offline", nicht in Echtzeit und/oder verzögert aus der oder den Berichtsspeichereinheiten 8 über das Netzwerk 3 an die Auswertevorrichtung 4 übertragen.
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Die Auswertevorrichtung 4 weist eine Eingabeschnittstelle 9 zur Eingabe einer Information zur Verifizierung der detektierten Gefahrensituation auf. Im einfachsten Fall wird von einem Nutzer eingetragen, in welchen der überwachten Räume eine tatsächliche Gefahrensituation vorgelegen hat und/oder welcher der Gefahrenmelder 2 die Gefahrensituation hätte detektieren sollen. Die Auswertevorrichtung 4 ist ausgebildet, auf Basis der Datenreihen aus der Berichtsspeichereinheit 8 sowie der Information zur Verifizierung der detektierten Gefahrensituation den Detektionsalgorithmus der Gefahrenmelder 2 individuell, d.h. für jeden Gefahrenmelder 2 gegebenenfalls unterschiedlich, zu modifizieren oder anzupassen. Diese Anpassung kann beispielsweise durch Änderung von Grenzwerten zur Detektion einer Gefahrensituation, durch Änderung der überwachten Frequenzbänder oder durch die Einstellung anderer Parameter des Detektionsalgorithmus umgesetzt werden. Die Modifikationen oder Anpassungen des Detektionsalgorithmus werden dann wahlweise über das Netzwerk 3, insbesondere den Feldbus, oder über eine andere datentechnische Verbindung in den Gefahrenmelder 2 geladen. Auf diese Weise ist für den Gefahrenmelder 2 ein Qualitätsregelkreis gebildet, durch den die Detektionssicherheit des Gefahrenmelders 2 stetig erhöht wird.
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Wirtschaftlich betrachtet sind nicht flüchtige Speicherbausteine teuer. Weiterhin ist die mögliche Menge an Nachrichtendaten zwischen der Auswertevorrichtung 4 über dem Netzwerk 3 zu jedem Gefahrenmelder 2 begrenzt. Berücksichtigt man zudem, dass die Gefahrenmeldeanlage 1 mehr als 50, 100, 500 oder sogar mehr als 1000 Gefahrenmelder 2 mit Berichtsspeichereinheiten 8 aufweisen kann, stellt eine Verkleinerung oder kleine Auslegung der Speichergröße der Berichtsspeichereinheiten 8 und der Übertragungsdatenmenge über das Netzwerk 3 eine interessante Möglichkeit zur Kosteneinsparung dar.
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Die 2a illustriert den Aufbau der Sensorwerte s sowie der zugehörigen Zeitinformation. In der 2a ist ein Koordinatensystem dargestellt, wobei auf der X-Achse die Zeit t und auf der y-Achse beispielsweise die Intensität oder die Amplitude als Sensorwert s aufgetragen ist. In dem Koordinatensystem sind eine Mehrzahl von Sensorwerten s1...s5 eingetragen, welche stellvertretend für den ursprünglichen zeitlichen Verlauf der Sensorwerte s stehen. Zwischen den Sensorwerten s1...s5 sind die zeitlichen Abstände d1...d4 gezeigt. Die durchgezogene Linie L1 zeigt einen typisch interpolierten, zeitlichen Verlauf der Sensorwerte s1...s5. Dagegen zeigt die gestrichelte Linie einen Linienzug L2, wobei die einzelnen Sensorwerte s1...s5 geradlinig miteinander verbunden sind.
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Wie in der 1 dargestellt, umfasst der Gefahrenmelder 2 ein Reduktionsmodul 10, welches zur Reduktion der Sensorwerte im Arbeitsspeicher 7 ausgebildet ist. Die Reduktion erfolgt durch Streichen von Zwischenwerten von Sensorwerten s in der Datenreihe. Eine Reduzierung um einen Zwischenwert findet immer dann statt, wenn der verfügbare Speicherplatz in der Berichtsspeichereinheit 8 bereits ausgeschöpft wäre oder in dem Arbeitsspeicher 7 bereits ausgeschöpft wurde, mit jedem neuen eingehenden Sensorwert. Dieser neue Sensorwert nimmt die Speichergröße in Anspruch, der durch die Reduzierung frei geworden ist.
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Die Reduktion findet in dem Arbeitsspeicher 7, ausgebildet als RAM, statt, um ein ständiges Überschreiben der als nichtflüchtigen Speicher ausgebildeten Berichtsspeichereinheit 8 zu vermeiden. Die Ablage der Daten aus dem Arbeitsspeicher 7 (bereits reduziert) in die Berichtsspeichereinheit 8 findet nur in der vermeintlichen Gefahrensituation statt.
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Die Streichung soll jedoch nicht willkürlich oder auf Basis eines Alters der Sensorwerte erfolgen, sondern es sollen die Zwischenwerte gestrichen werden, deren Aussagekraft am geringsten ist. Bei der vorliegenden, beispielhaften Darstellung ergibt es sich bereits optisch, dass die Streichung des Sensorwerts s2 zu nahezu keiner Änderung der Signallinie L1 führt.
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Mathematisch betrachtet werden Sensorwerte s in der Reihenfolge als Zwischenwerte gestrichen, in der die Energie der Differenz zwischen dem Linienzug L2 vor der Streichung und dem Linienzug L2 nach der Streichung am geringsten ist. In der vorliegenden Anwendung kann diese Energie der Differenz als Fehlerenergie z.B. nach der als Formel 2 genannten Formel abgeschätzt werden. Einige Sensorwerte nehmen eine Sonderstellung ein. So erfolgt die Berechnung der Fehlerenergie des letzten Sensorwerts einer Datenreihe nach der bereits genannten Formel 3.
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Das Ergebnis der Reduktion ist in der 2b dargestellt, wobei der Sensorwert s2 gestrichen wurde. Als Folge der Streichung wurde der zeitliche Abstand d1 auf d1' = d1 + d2 geändert. Die Reduktion der Datenreihe wird insbesondere dann durchgeführt, wenn die Berichtspeichereinheit 8 voll ist oder einen vorgebbaren Füllstand überschreitet. Beispielsweise wird die Reduktion iterativ in der Weise durchgeführt, dass für jeden neuen hinzutretenden Sensorwert ein bereits vorhandener als Zwischenwert ausgewählt und gelöscht wird. Durch diese Vorgehensweise entsteht eine Datenreihe mit Sensorwerten, welche untereinander unterschiedliche zeitliche Abstände aufweisen.
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Eine weitere signifikante Größe zur Detektion einer Gefahrensituation sind die Rauschwerte der Sensorwerte. Durch die Rauschwerte kann beispielsweise auch auf Umgebungsstörungen, elektromagnetische Beeinflussungen etc. rückgeschlossen werden. Auch bei der Berechnung der Rauschwerte steht im Vordergrund, dass die Berechnung in dem Gefahrenmelder 2, beispielsweise durch die Datenverarbeitungseinrichtung 6, durchgeführt werden soll. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, einen vergleichsweise einfachen Algorithmus zur Berechnung der Rauschwerte zu verwenden.
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In der 3 ist eine Illustration zur Erläuterung des Algorithmus zur Generierung der Rauschwerte dargestellt. Die x-Achse ist wieder als eine Zeitachse t, die y-Achse als eine Amplituden- oder Intensitätsachse des Sensorwerts s ausgebildet. Die Berechnung des Rauschwerts r(k) für einen Sensorwert s(k) erfolgt unter Berücksichtigung der benachbarten Sensorwerte s(k – 1) und s(k + 1). Die benachbarten Sensorwerte s(k – 1) und s(k + 1) definieren einen Bereich [s(k – 1); s(k + 1)], wobei der Rauschwert r(k) auf 0 gesetzt wird, soweit sich der Sensorwert s(k) in diesem Bereich befindet. Sofern der Sensorwert s(k) außerhalb von diesem Bereich angeordnet ist, wird die Differenz zu der nächstliegenden Bereichsgrenze als Rauschwert r(k) definiert. Mathematisch ausgedrückt erfolgt die Berechnung nach der bereits oben eingeführten Formel 4.
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In der 4 ist die Berechnung des Rauschwerts r(k) in einer anderen Art dargestellt. Auf der x-Achse ist die Intensität oder Amplitude des Sensorwerts s, auf der y-Achse der Rauschwert r aufgetragen. Liegt der Sensorwert s(k) in dem Bereich zwischen dem Wert s(k – 1) und dem Wert s(k + 1), so wird dem Sensorwert s(k) der Rauschwert n(k) = 0 zugeordnet. Außerhalb dieses Bereichs wird dem Sensorwert s(k) ein in diesem Beispiel linear ansteigender Rauschwert r(k) zugeordnet. Bei der in Bezug auf die Anzahl der Sensorwerte s nicht reduzierten Darstellung der Datenreihe wird somit jedem Sensorwert s ein Rauschwert r zugeordnet.
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Wie bereits beschrieben werden Rauschleistungswerte n vorzugsweise aus einem gleitenden Mittelwert aus dem Quadrat der Rauschwerte r berechnet. Somit kann für jeden Rauschwert n ein Rauschleistungswert n zugeordnet werden. Alternativ zum Quadrieren der Rauschwerte r können je nach Anwendungsfall auch Momente anderer Ordnung oder andere nichtlineare Funktionen gewählt werden.
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Das Reduktionsmodul 10 kann dazu ausgebildet sein, die Datenreihe mit den Rauschleistungswerten n, die wie bereits beschrieben aus den Rauschwerten r berechnet wurden, ebenfalls zu reduzieren. Dabei ist es möglich, dass die Sensorwerte s und die Rauschleistungswerte n unabhängig voneinander reduziert werden. In diesem Fall wäre die Datenreihe mindestens oder genau vierdimensional, wobei zum einen die Sensorwerte s mit zugeordneter Zeitinformation ds und zum anderen die Rauschleistungswerte n mit zugeordneter Zeitinformation dn abgespeichert wären. Die Zeitinformationen ds, dn von Sensorwerten s und Rauschleistungswerten n sind in dieser Ausgestaltung nicht identisch, da die unabhängige Beurteilung der Fehlerenergie der jeweiligen Datenreihen zur Auswahl von unterschiedlichen Zwischenwerten führen würde.
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Alternativ ist es möglich, dass das Reduktionsmodul 10 stets den Rauschleistungswert n streicht, der einem zu streichenden Sensorwert s zugeordnet ist. In dieser Ausgestaltung könnte für Sensorwert s und Rauschleistungswert n eine gemeinsame Zeitinformation d in der Datenreihe dargestellt werden, sodass sich die Dimension der Datenreihe um 1 verringern würde.
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Es ist auch möglich, dass sowohl für die Sensorwerte s als auch für die Rauschleistungswerte n eine Fehlerenergie berechnet wird und dann der Zwischenwert umfassend Sensorwert s und zugeordneten Rauschleistungswert n gestrichen wird, der die kleinste gemeinsame oder gewichtete Fehlerenergie aufweist.
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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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mit: q Ordnungszahl des Momentes F(x) nichtlineare Funktion von x