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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine optische Sensorlösung zur automatisierten Waldbrandfrüherkennung und ein Verfahren zu dessen Einrichtung und Kalibrierung.
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Waldbrände stellen ein besonderes Risikopotential in Bezug auf ökonomische und ökologische Auswirkungen und Schäden dar. Einerseits ist zu erwarten, dass im Zuge der globalen Klimaänderung die Häufigkeit von Waldbränden zunimmt, zum anderen sind die angerichteten Schäden enorm. Ferner ist der CO2-Ausstoss als globaler Faktor zu beachten, da er Schätzungen gemäß weltweit zu 20% von Waldbränden verursacht wird.
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Wenn derartige Brände schon nicht vollständig verhindert werden können, so spielt doch deren frühzeitige Erkennung eine außerordentlich große Rolle bei der Schadenseindämmung. Während in vergangenen Jahrzehnten insbesondere menschliche Beobachtungsposten zur Branderkennung und -meldung eingesetzt wurden, gibt es mehr und mehr Ansätze, durch geeignete technische Lösungen die Unzulänglichkeiten und Aufwände menschlicher Beobachter zu reduzieren.
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Automatisierte Waldbrandfrüherkennungsverfahren und -systeme sind daher Gegenstand intensiver weltweiter Forschungsarbeiten. Für kommerziell anwendbare technische Systeme werden aus einer Vielzahl möglicher, grundsätzlich verschiedener Vorrichtungen und Verfahren derzeit hauptsächlich optische Verfahren mit Raucherkennung eingesetzt, die in terrestrischen Systemen implementiert und von exponierten Standorten in Waldgebieten (Türmen u. ä.) betrieben werden. Daneben werden in ähnlicher Form, aber nur in speziellen Anwendungsszenarien auch solche Systeme eingesetzt, die auf der Detektion anderer physikalischer Größen des Brandes (z. B. Wärme- oder Infrarotstrahlung, Partikel) beruhen.
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Satelliten gestützte Verfahren sind grundsätzlich auch möglich, haben sich aber aus verschiedenen Gründen nicht durchsetzen können. Umlaufende Satelliten sind nicht permanent für ein definiertes Waldgebiet verfügbar und geostationäre Satelliten haben aufgrund der großen Entfernung nur eine sehr geringe Ortsauflösung und Detektionsempfindlichkeit.
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Darüber hinaus werden in der Literatur auch Netzwerke aus einer Vielzahl von terrestrischen Sensoren vorgeschlagen, die Parameter eines entstehenden Feuers detektieren können (Partikel, Temperatur, spezifische Gase u. ä.). Da diese Sensoren aber nur geringe Reichweiten von einigen 10er m haben, wären für eine flächendeckende Überwachung der betreffenden Waldgebiete Stückzahlen von mehreren Millionen Sensoren schon für kleinere Waldflächen/Ländereien notwendig. Service und Wartung sowie effektive Kommunikationsnetze für solche Sensornetzwerke sind derzeit nicht mit vertretbarem technischem Aufwand realisierbar.
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Die beschriebene Systemlösung mit optischen Sensoren an exponierten terrestrischen Standorten und computergestützter Bildverarbeitung zur automatischen Rauchdetektion zeichnet sich gegenüber anderen Lösungsansätzen vor allem dadurch aus, dass
- – beginnende Brände sehr frühzeitig entdeckt werden können, bei denen die Wärmeentwicklung noch sehr klein ist und
- – eine kostengünstige Detektion erreichbar ist, da von einer Detektionseinheit an einem Standort eine Waldfläche von mehreren 100 km2 überwacht werden kann und trotzdem Detektionszeiten von wenigen Minuten realisierbar sind.
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Entsprechende automatisierte Systeme sind bereits heute den traditionellen menschlichen Beobachtern ebenbürtig.
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Neben den Sensorstandorten umfassen derartige Systeme einen computergestützten Arbeitsplatz eines menschlichen Operators (Supervisor), der eine entsprechend automatisch detektierte Waldbrandsituation anhand von aktuellen Bilddaten vom Ereignis- und Erfahrungswerten überprüft und dann eine finale Entscheidung zum weiteren Vorgehen (Alarmierung der Löschkräfte oder Ignorierung der Meldung) treffen muss. Dieser Operatorplatz ist i. d. R. räumlich getrennt vom Sensorstandort; ein Operator kann auch meist eine Vielzahl von Sensoren simultan kontrollieren. Voraussetzung ist eine hoch verfügbare Datenverbindung mit hinreichender Datenrate zwischen den Sensorstandorten und dem Operatorplatz.
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Ein wesentlicher Kostenfaktor dieser Systeme ist die Bereitstellung der erforderlichen Infrastruktur für die Installation, den Betrieb und die kommunikationstechnische Anbindung der optischen Sensortechnik. Zum einen sollen die Sensoren möglichst große Waldgebiete – das sind Flächen mit Detektionsradien von 10 km und mehr – überwachen können, so dass sie typischerweise mitten im Wald aufgebaut werden. Zum anderen müssen die Detektoren in einer solchen Höhe über Grund installiert werden, dass eine möglichst weite Sicht oberhalb der Baumwipfel gegeben ist, was exponierte Standorte (Berge, Hügel) und/oder erhöhte Bauwerke wie (Türme, Masten u. ä.) erfordert.
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Sind bereits Türme und Masten für Mobilfunk oder ähnliche Applikationen vorhanden, können diese in aller Regel auch für die Installation und den Betrieb der optischen Sensoren genutzt werden, da sie meist die benannten Voraussetzungen erfüllen, über eine Stromversorgung verfügen und auch eine kommunikationstechnische Anbindung haben.
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Müssen aber neue Türme/Masten errichtet werden, ist dies meist sehr aufwändig, da die Türme oft in abgelegenen Gebieten mit schlechter Zugänglichkeit (unbefestigte Waldwege) errichtet werden müssen. Auch eine Anbindung an eine zentrale Stromversorgung ist teuer oder nicht möglich. Ferner ist die Netzabdeckung über Mobilfunk nur eingeschränkt gegeben, so dass für beides spezifische Lösungen realisiert werden müssen, die gerätetechnisch teuer sind und/oder hohe Betriebskosten verursachen (z. B. autonomer Generator, terrestrische oder satellitengestützte Richtfunkstrecke).
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Aufgrund dieser Randbedingungen werden auch kostengünstige, portable Mastlösungen eingesetzt, die insbesondere auch dann wesentliche wirtschaftliche Vorteile gegenüber ortsfesten Masten haben, wenn nur temporäre Lösungen gefordert werden, z. B. bei der Nutzung ausschließlich zu bestimmten Saisonzeiten (während langer Trockenperioden, in Sommermonaten u. a.) oder zur Nachkontrolle von bereits gelöschten Waldbränden, um ein Wiederaufflammen zeitnah detektieren zu können.
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Portable Mastlösungen sind grundsätzlich Stand der Technik, ihre konkreten Ausgestaltungen und ihre Betriebsweisen unterliegen aber spezifischen Anforderungen, die von der konkreten Applikation und den örtlich gegebenen Randbedingungen abhängen. Die wesentlichen Anforderungen betreffen dabei:
- • eine einfache, robuste und kostengünstige Transportmöglichkeit des portablen Mastes und des technischen Equipments für die Waldbranderkennung (optischer Sensor, Stromversorgung, Kommunikationstechnik, Zusatztechnik, Werkzeuge und Hilfsmittel)
- • eine einfache, universell anwendbare und funktionssichere Installationsmöglichkeit des gesamten Equipments vor Ort mit ein bis zwei Personen, die im Allgemeinen nicht über Spezialkenntnisse für die Ausrichtung und den Betrieb der Sensoreinrichtung verfügen. Aus dieser Anforderung lassen sich weitere Anforderungen nach geringem Gewicht der Sensoreinheit und einer einfachen, robust gestalteten Montagehilfe ableiten.
- • eine präzise und permanente Erfassung der 3D-Ortskoordinaten des optischen Sensors, um eine Verknüpfung der Waldbranderkennung mit räumlichen Informationen und kartographischen Systemen vornehmen zu können, um eine genaue Lokalisierung der zu detektierenden Brände anhand der Position und Ausrichtung des optischen Sensors durchführen zu können, und um eventuelle Toleranzen zu bestimmen und auszugleichen, die aufgrund einer ungenauen Montage der Sensorlage und durch Änderungen der Sensorposition im Betrieb auftreten, z. B. durch Schwankungen des Mastes im Wind, temperaturbedingte Längenänderungen, begrenzte Justiergenauigkeit des Sensors.
- • einen niedrigen Leistungsumsatz des gesamten Equipments bestehend auf optischem Sensor, Verarbeitungseinheit für die Sensordaten und Kommunikationsequipment.
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In
CN 203327164 U ist ein Aufzeichnungssystem für den Einsatz in Gebäuden, an Durchgängen und Zufahrten beschrieben, in denen ortsveränderliche Einheiten mit Videokameras und Temperatursensoren in einem Kommunikationsnetzwerk angeordnet sind und damit die Erkennung von Feuern durch eine Leitstelle erlauben.
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Eine einfache Variante einer Videokamera zur Montage an einem etwa 1.5 m langen Stativmast mit drahtloser Übertragung des Videosignals wird in
US 02004013 5879 A1 beschrieben. Dieses ist vorrangig dazu gedacht, hilfsbedürftige Personen wie z. B. Kleinkinder zu überwachen.
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In
GB000002471784A wird ein schnell aufbaubares Video-Überwachungssystem beschrieben, welches der Sicherung von beispielsweise Baustellen und Veranstaltungen mittels Videokameras dient. Dabei werden die Videodaten zu einer Leitstelle übertragen und dort ausgewertet. Die Schrift beschreibt unter anderem sämtliche zum Zeit der Offenlegung bekannten Möglichkeiten der digitalen Kommunikation und beansprucht den Schutz der Erfindung der abstrakten Montage einer Videokamera, eines Lautsprechers und verschiedener spezifischer Sensoren für Gase und Wasser an einem Teleskopmast. Die eigentliche Montageeinrichtung wird dort jedoch nicht beschrieben.
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Die Druckschrift
WO 2004/008407 A1 offenbart ein System zur thermischen Überwachung eines Gebietes mit mehreren auf dem zu überwachenden Gebiet installierten lokalen Einrichtungen mit Mitteln zum Erfassen von Umgebungsdaten einer signifikante thermischen Veränderung in der Umgebung, eine zentrale Steuerstation mit einer Einrichtung zum Speichern logistisch-technischer Daten und Daten über die verfügbaren Rettungsmittel in Bezug auf das zu überwachende Gebiet, mit einem Mittel zum Empfangen von Daten zwischen der zentralen Steuerstation und den lokalen Vorrichtungen und Mittel zur integrierten Verarbeitung der von den lokalen Vorrichtungen erfassten Umgebungsdaten und der in der zentralen Steuerstation gespeicherten Daten, die in der Lage sind, an ihrem Ausgang ein Modell der Weiterentwicklung des Ereignisses und einen Interventionsplan für dessen Eindämmung vorzusehen.
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Alle diese Vorrichtungen unterscheiden sich deutlich hinsichtlich des Einsatzzweckes, der nicht notwendigen hochgenauen Orientierung im Raum und der fehlenden Ereignisdetektion am Überwachungsort von der hier beschriebenen Erfindung.
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Die bekannten Vorrichtungen sind mit dem Nachteil behaftet, dass diese zumeist nicht flexibel an die spezifischen Bedingungen im geografischen Einsatzgebiet anpassbar sind und wenn doch, dann nur mit einem erheblichen zeitlichen Mehraufwand einsatzbereit und betriebsbereit gehalten werden können. Des Weiteren sind diese Vorrichtungen in Bezug auf die Detektionsreichweite und die hochgenaue Zuordnung der detektierten Ereignisse zum tatsächlichen Ereignisort nicht für den beschriebenen Zweck der automatisierten Waldbrandfrüherkennung geeignet.
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Die grundsätzliche Zuordnung des detektierten Brandortes zu einer geographischen Position (z. B. als Ort auf einer Landkarte) ist dabei Stand der Technik. Die Gewinnung dieser Ortsinformation kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die geografische Position des Aufstellortes und die Ausrichtungswinkel des optischen Sensors zum Brandort bestimmt werden und mithilfe der Pixeldaten des Sensorbildes und eines digitalen Geländemodells so verknüpft werden, dass die geografischen Daten des Brandortes daraus berechenbar sind.
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Unzureichend sind aber diese Verfahren, wenn eine sehr präzise und kostengünstige Zuordnung von detektierten Ereignissen (Bränden) zur geographischen Position auch bei weit entfernt detektierten Ereignissen (z. B. in 12 km Abstand vom Sensor) nötig ist und Genauigkeitsansprüche von typischerweise weniger als zehn Meter Abweichung gefordert werden. Dazu wäre es erforderlich, eine hochgenaue Positionierung mit Lageabweichungen des optischen Sensors von maximal 0.05° in jeder der 3 Raumrichtungen zu erreichen.
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Hierzu gibt es lediglich einen Vorschlag in
WO2015/025195A1 , integrierte Messsysteme zur Positionsbestimmung (engl.: attitude and heading reference system/AHRS) zu nutzen, die unter Nutzung mehrerer Sensoren alle 3 Raumkoordinaten bzw. Richtungen des optischen Sensors erfassen können. Sie sind aber vergleichsweise teuer und gestatten die Messung der Nord-Süd-Ausrichtung (entspricht dem Azimut bzw. der Himmelsrichtung) des Sensors meist nur ungenau. Gebräuchlich ist die Messung anhand des Erdmagnetfeldes mit Kompass oder anderen Magnetfeldsensoren. Hier liegen typische Genauigkeiten aber nur bei 1...2° rms. Wird mit solchen groben Messgenauigkeiten die Ortsposition eines Brandes bestimmt, der z. B. 12 km vom optischen Sensor entfernt ist, kann die typische Abweichung des so ermittelten Brandortes vom tatsächlichen Brandort selbst bei ebenem Gelände mehrere 100 m betragen. Noch wesentlich größer kann der Fehler dann werden, wenn das Gelände hügelig ist und die ermittelte Ortsposition des Brandes anhand der ungenau vermessenen Sensorausrichtung erfolgt. Das ist für viele praktische Anwendungen nicht hinreichend.
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Deshalb wird meist bei der Erstinstallation des optischen Sensors eine Kalibrierung der Ausrichtung vorgenommen. Diese Kalibrierung beruht darauf, dass markante Orte (z. B. sichtbare Türme, Bergkuppen o. ä.) mit bekannten geografischen Daten in einer Kalibrierungsmessung erfasst und als Referenzwerte abgespeichert werden. Daraus wird für eine Normposition des optischen Sensors der Richtungsfehler bestimmt. Während des normalen Betriebs des optischen Sensors dient dieser Wert dann zur Korrektur der laufend ermittelten Sensor-Bilddaten bzw. ihrer ermittelten Ortspositionen. Weiterhin kann in adäquater Weise auch eine einmalig bildhaft ermittelte Horizontlinie als Kalibrierungswert zur Feinkorrektur der Neigungssensordaten genutzt werden. Allerdings sind diese Verfahren aufwändig durchzuführen und haben ihre technischen Grenzen, wenn sich entsprechende Lagedaten des optischen Sensors nach der Kalibrierung ändern. Gerade bei portabel einsetzbaren Masten sind die Schwankungen und Lageänderungen des Mastes infolge von Witterungseinflüssen wie Wind und Temperatur erheblich größer als bei ortsfesten Masten. Dazu kommt, dass die benannten Kalibrierungsmethoden nur dann funktionieren, wenn die markanten Orte tatsächlich im Sichtfeld des Sensors vorhanden sind. Hier können schon Witterungseinflüsse wie Nebel hinderlich sein, wenn sie während der Installation auftreten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für eine optische Sensorlösung zur automatisierten Waldbrandfrüherkennung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, die in einer portablen Gerätetechnik einsetzbar ist, und ein Verfahren zu deren exakten geometrischen Einrichtung, Installation und Kalibrierung zu schaffen. Alle vorgenannten Anforderungen müssen dabei im Komplex erfüllt werden und eine einfache Montierbarkeit, Aufstellung und Installation sowie universelle Einrichtung auch unter schwierigen Bedingungen permanent gegeben sein.
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Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst, insbesondere dadurch, dass dem Komponentensatz eine Messeinrichtung mit 2 orthogonal zueinander angeordneten Neigungssensoren und mindestens ein elektronischer Kompass zugeordnet sind, wobei ein erster Adapter fest mit einem freien Ende des Mastes verbindbar und ein zweiter Adapter mit dem Komponentensatz verbindbar ist und der zweite Adapter mit seiner Längsseite in einer dem ersten Adapter zugeordneten Tragöse verbindbar ist, und mittels eines in die Tragöse einschiebbaren Bolzen um dessen Drehachse gegen den ersten Adapter schwenkbar und über Einrastmittel selbsttätig mit diesem arretierbar ist, so dass der Komponentensatz zur Längsrichtung des Mastes hin ausrichtbar ist.
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Hierdurch kann der gesamte fertig verkabelte und an das Haltemittel montierte Komponentensatz zusammen mit dem mobilen Teil des zweiten Adapters in den mit der Montageoberfläche des Mastes fixierten Adapterteil eingehängt und mithilfe eines Bolzens miteinander verbunden werden. Der Bolzen dient somit gleichzeitig als Drehachse, um die der mobile Teil des zweiten Adapters in axialer Richtung, um den an der Montagefläche festgelegten ersten Adapter, schwenkbar ist.
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Im Gegensatz zur bisher üblichen, zeitaufwendigen Montage und Verdrahtung der Einzelkomponenten (optischer Sensor, Verarbeitungseinheit, Kommunikationseinheit) am Einsatzort wird der gesamte, fertig verkabelte und mechanisch montierte Komponentensatz als Einheit inklusive des mobilen Teils der mechanischen Zusatzvorrichtung in einer schützenden Transportbox gelagert, welche in einem Fahrzeug zum Einsatzort gebracht werden kann.
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Vor Aufrichten des Mastes erfolgt die Montage dieser Einheit an dem fixen Teil der mechanischen Zusatzvorrichtung, die während des Transportes am Mast verbleibt. Für diese einfache Montage ist aufgrund der speziell entwickelten, neuartigen Montagehilfsvorrichtung (Montagehabel) nur eine einzelne Person erforderlich, die den optischen Sensor einhängt, mithilfe eines Sicherungsbolzens gegen Herunterfallen sichert und dann mittels eines Hebels um einen Drehpunkt herum schwenkt, wo der optische Sensor als Teil des Komponentensatzes selbständig einrastet.
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Auch die Demontage des optischen Sensors beim Abbau ist dadurch sehr einfach. Diese ist gekennzeichnet durch fernbedientes Ausrasten der Haltevorrichtung (z. B. durch Ziehen an einer Schnur, einem Seilzug oder einer Stange), Schwenken mit dem Hebel um den Drehpunkt, Lösen der Sicherungsbolzens und Abnehmen vom Traghaken. Dabei ist eine Durchführung durch eine einzige Person möglich.
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Nach der Montage des optischen Sensors ist dieser nach Anschliessen des Systemkabels zur Stromversorgung und Datenübermittlung sofort betriebsbereit. Die Funktion der gesamten Einheit kann vor Aufrichten des Mastes geprüft werden. Falls nicht richtungsspezifische Kommunikationsmedien (Satellit mit notwendiger Ausrichtung einer Parabolantenne) verwendet werden müssen, bucht sich die Einheit automatisch und ohne weiteres menschliches Handeln über vorhandene öffentliche Datennetze in die Kommunikations-Infrastruktur des Detektionssystems ein. Falls nicht richtungsspezifische Medien (z. B. Solarpaneel und/oder Satellit mit notwendiger Ausrichtung einer Parabolantenne) verwendet werden müssen, sind damit die manuellen Montagearbeiten der Einheit abgeschlossen.
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Nach dem Einschalten der Prozessoreinheit wird automatisch ein Testprogramm gestartet, das:
- • einen Selbsttest der Prozessoreinheit und angeschlossener peripherer Module ausführt,
- • die aktuellen Werte der Sensoren zur Positionserfassung (z. B. GPS, Kompass, Neigungssensoren) ausliest,
- • über die Datenschnittstellen zu einer Zentrale überträgt und
- • die Inbetriebnahme und aktuelle Zustandswerte dem Montagepersonal vor Ort in einfacher Weise mitteilt (z. B. durch Übermittlung von SMS, oder Übermittlung durch textbasierte Nachrichtendienste für Smart Phones oder über lokale Zustandsanzeigen).
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Im Folgenden werden die Verfahren zur Erfassung und Kalibrierung der Positionsdaten und der räumlichen Ausrichtung des optischen Sensors beschrieben. Für die Bestimmung der räumlichen Ausrichtung des optischen Sensors ist seine geometrische Lage dreidimensional, d. h. in (ψ, θ, )-Richtung bezogen auf die Schwerkraft und die geografische Nordrichtung, zu erfassen. So wie dies in der unten aufgeführten 7 dargestellt ist.
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Die Abweichungen der Sensorebenennormalen von der Schwerkraft (Elevation) seien dabei als θ- und Φ-Richtung bezeichnet (Nick- und Rollwinkel). Dazu werden Neigungssensoren eingesetzt, die die Sensorneigungen gegenüber der Erdoberfläche erfassen. Zu diesem Zweck werden 2 Neigungssensoren orthogonal zueinander auf einer ebenen Platte angeordnet, die einen dauerhaften und mechanisch starren Bezug zum optischen Sensor hat. Die Erfassung des Winkelfehlers der ψ-Richtung, d. h. der Abweichung des Sensors gegenüber der vorgesehenen bzw. tatsächlichen Ausrichtung in Nord-Süd-Richtung, auch Gier-Winkel genannt, erfolgt in gesonderten Verfahrensschritten.
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Für die Kalibrierung wird eine mehrstufige Prozedur, wie nachfolgend beschrieben, benutzt.
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Ein erster Kalibrierungsschritt besteht in einer Labormessung nach Vormontage des portablen optischen Sensors zusammen mit der Messeinrichtung für θ- und Φ-Ausrichtung:
- i) Ermittlung der Grundabweichungen der beiden Neigungssensoren in θ- und Φ-Richtung von der Achse des optischen Sensors in einer Labormessung unter definierten Umgebungsbedingungen und Ermittlung von Parametern der inneren und äußeren Orientierung des Kameramodells in einem Testfeld sowie Ermittlung von Transformationsparametern zur Umrechnung der Messwerte der Neigungssensoren in die wahren Winkel für Nick (θ) und Roll (Φ) sowie einen Korrekturwinkel in Gier-Richtung,
wobei die folgenden Kalibrierungsschritte einmalig bei bzw. nach Installation des optischen Sensors zusammen mit dem portablen Mast am vorgesehenen Detektionsort ausgeführt werden:
- ii) Erfassung der Ortsposition des optischen Sensors nach Installation am portablen Mast alternativ durch:
- a. Eintragen der GPS-Positionsdaten
- b. Eintragung einer a-priori bekannten Ortsposition (z. B. aus Kartendaten)
in einem geeigneten Datenformat im nichtflüchtigen Speicher des Prozessormoduls;
- iii) Ermittlung der fehlerbedingten Abweichung ψ des installierten optischen Sensors gegenüber der vorgesehenen Nord-Süd-Ausrichtung mittels mindestens einem der beiden folgenden Verfahren:
- a. Ermittlung der Nord-Süd-Ausrichtung anhand der Bildposition von markanten Geländepunkten, deren Ortskoordinaten bekannt sind (z. B. anhand von Kartenmaterial);
- b. Ermittlung dieser Abweichung als Vergleichsmessung gegenüber der Nord-Süd-Ausrichtung einer Satellitenantenne für die Funkdatenübertragung zu einem geostationären Satelliten;
die ermittelte Abweichung ψ wird dem in Schritt i) ermittelten Korrekturwinkel in Gier-Richtung addiert;
- iv) Aufnahme von Referenzbildern für jede im späteren realen Betrieb vorgesehene Ausrichtung/Position des optischen Sensors mit Abspeicherung dieser Bilder einschließlich der aus den Neigungssensordaten und den Modellparametern nach Schritt i) und
- iii) für jede Bildaufnahme ermittelten 3 Raumrichtungen (ψ, θ, Φ) im nichtflüchtigen Speicher;
- v) Korrektur der Referenzbilder entsprechend den ermittelten Abweichungen des θ- und Φ-Winkels anhand der additiv zusammengefassten Abweichungen gemäß den beschriebenen Schritten i) und iv), wobei
während des laufenden Betriebs des optischen Sensors die folgenden Kalibrierungsschritte für jede einzelne Aufnahme durchgeführt werden:
- vi) Ermittlung der absoluten Werte für Nick- und Roll-Winkel und Korrektur der aktuellen Sensorbilder unter Einrechnung der im Schritt i) ermittelten Modellparameter;
- vii) Anwendung eines Bildverarbeitungsverfahrens zur Feststellung der fehlerbedingten Abweichung des Gier-Winkels (ψ) zwischen dem aktuellen Sensorbild und dem entsprechenden korrigierten Referenzbild, wie es nach Schritt v) vorliegt, und Korrektur des aktuellen Sensorbildes anhand dieser ermittelten Abweichung;
- viii) Ermittlung der aktuellen Horizontlinie in den optischen Sensorbildern, indem aus den ermittelten absoluten Werten der optischen Sensorausrichtung eine Schar von Tangenten an ein digitales Geländemodell angelegt und in das Sensorbild zurück projiziert wird. Im Ergebnis dieses Vergleichs wird die Linie des optischen Horizonts im Sensorbild ermittelt. Diese Horizontlinie bildet einen wesentlichen Eingangsparameter für die Algorithmen zur Rauch- bzw. Feuerdetektion.
- ix) Ermittlung der tatsächlichen Entfernung jedes Pixelpunktes des optischen Sensorbildes unterhalb der Horizontlinie, indem aus den ermittelten absoluten Werten der optischen Sensorausrichtung eine Schar von Sekanten an ein digitales Geländemodell angelegt und in das Sensorbild zurück projiziert wird. Hierbei erfolgt eine Zuordnung des jeweiligen Entfernungswertes zu jedem dieser Bildpixel.
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Die einzelnen Kalibrierungsschritte werden nachfolgend detailliert erläutert:
Der optische Sensor und die Messeinrichtung für Nick- und Rollwinkel (θ, Φ), d. h. das Modul mit den beiden orthogonal angeordneten Neigungssensoren, werden im Fertigungsprozess dauerhaft und mechanisch starr miteinander verbunden. Allerdings können durch Fertigungs- und Bauelemente-Toleranzen gewisse Abweichungen zwischen der Achse des optischen Sensors und der Nulllage der Neigungssensoren auftreten. Wenn diese Abweichung nicht berücksichtigt wird, treten fertigungstoleranzbedingte Fehler bei der Ermittlung der θ- und Φ-Winkel des optischen Sensors auf. Die Messverfahren zur Bestimmung der Achse eines optischen Sensors sind grundsätzlich bekannt (z. B. aus
DE102004028191B4 ) und können mit sehr hoher Genauigkeit in speziellen Messlaboren durchgeführt werden.
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Neu ist aber die unmittelbare feste Verknüpfung von Messeinrichtung und optischem Sensor im Fertigungsprozess, so dass der systematische Fehler zwischen der Horizontallage der optischen Achse und den Nulllagen der Messwerte der Neigungssensoren messtechnisch erfasst und im Sensorbetrieb dementsprechend durch die Prozessoreinheit korrigiert wird.
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Um die geografische Position des Aufstellorts des optischen Sensors gemäß Schritt ii) genau zu bestimmen, werden die Koordinaten des Aufstellungsortes für den portablen Mast entweder durch elektronische Navigationshilfen wie GPS am Installationsort gemäß Schritt ii) a oder durch die an sich bekannte Position im Gelände anhand von vorhandenen kartografischen Daten gemäß Schritt ii) b in hinreichender Genauigkeit bestimmt. Die entsprechenden Werte werden ebenfalls in einem geeigneten Datenformat im Speicher abgelegt und für nachfolgende Berechnungen benutzt.
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Die Kalibrierungsprozedur besteht im Weiteren in einem Schritt iii), in dem die Abweichung des optischen Sensors gegenüber der vorgesehenen Nord-Süd-Ausrichtung ermittelt wird. Dies kann anhand der Bildposition von markanten Geländepunkten erfolgen, deren Ortskoordinaten bekannt sind (z. B. anhand von Kartenmaterial). Dieses Verfahren gemäß Schritt iii) a ist grundsätzlich bekannt. Alternativ kann die Abweichung gegenüber der Nord-Süd-Ausrichtung als Vergleichsmessung gegenüber der Nord-Süd-Ausrichtung einer Satellitenantenne für die Funkdatenübertragung zu einem geostationären Satelliten gemäß Schritt iii) b durchgeführt werden. Dazu wird die Satellitenantenne anhand der bekannten Satellitenposition über dem Äquator und den geografischen Standortdaten des Installationsortes zunächst so ausgerichtet, dass eine sichere Datenübertragung mit maximalem Signal-Stör-Abstand möglich ist. Dazu können geeignete Hilfsmittel (z. B. HF-Pegelindikator) genutzt werden. Da die Satellitenantenne typischerweise einen maximalen Antennengewinn nur über einen horizontalen Öffnungswinkel von wenigen 0.1 Grad aufweist, ist die Ausrichtung der Antennen genauer als mit anderen bekannten Messverfahren (z. B. Absolutmessung der Nordrichtung mittels Kompass hat typischerweise einen Fehler von 1...2° rms). Dazu werden die Aufhängung der Satellitenantenne und der optische Sensor mechanisch starr miteinander verbunden und darüber hinaus an der Satellitenantenne eine Messeinrichtung für den Gier-Winkel ψ wie z. B. ein Inkrementalgeber oder eine Peilscheibe angebracht. An dieser Messeinrichtung kann die Aufstellrichtung des optischen Sensors sehr einfach als Differenz zur bekannten Ausrichtung der Satellitenantenne ermittelt werden. Insofern kann mit diesem Verfahren eine sehr hohe Genauigkeit der Nord-Süd-Ausrichtung des optischen Sensors von wenigen 0.1° erreicht werden. Dieses alternative Verfahren kommt insbesondere dann vorteilhaft zur Anwendung, wenn keine geeigneten markanten Punkte im Gelände verfügbar sind (z. B. aufgrund fehlender Punkte oder schlechter Sicht während der Installation) bzw. die Satellitenantenne ohnehin für die Datenkommunikation zu installieren ist.
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Nunmehr wird für jede räumliche Position des optischen Sensors in Schritt iv) ein Referenzbild aufgenommen. Neben dem Referenzbild an sich werden die jeweils zu diesem Referenzbild gehörenden Eulerwinkel (ψ, θ, Φ) unter Verwendung der im Schritt i) gewonnenen Parameter ermittelt und im nichtflüchtigen Speicher des Prozessormoduls abgelegt.
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In einem Schritt v) wird für jedes einzelne Referenzbild der θ- und Φ-Winkel entsprechend den gemessenen Daten der Neigungssensoren, die sowohl die Grundkorrektur aus der Labormessung als auch die aktuellen Messwerte bei Aufnahme der Sensordaten beinhalten, korrigiert. Die entsprechenden Bildverarbeitungs-Routinen sind hinlänglich in der Literatur bekannt und führen eine Transformation der Sensorpixel aus. Die derart korrigierten Referenzbilder werden wiederum im nichtflüchtigen Speicher abgelegt.
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Mit der Abspeicherung dieser Referenzbilder ist die einmalig pro Standort durchzuführende Kalibrierungsprozedur abgeschlossen. Da aber durch Umgebungseinflüsse (Mastschwankungen durch Wind, Temperatureinfluss, Setzungserscheinungen u. a.) zeitliche Änderungen der Sensorausrichtung auftreten können, werden fortlaufend im Betrieb aufgenommene optische Sensordatensätze unter Zugrundelegung ihrer aktuellen Lagedaten mittels der in Schritt i) gewonnenen Parameter und die Anwendung von Bildmatchingverfahren korrigiert.
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Dazu werden zunächst in einem Schritt vi) die zu den optischen Sensorbildern zugehörigen Eulerwinkel für die Nick- (θ) und Rollwinkel (Φ) mittels der in Schritt 1 bestimmten Parameter für jeden einzelnen Pixel ermittelt und eine Bildkorrektur durchgeführt, wie dies in 8 grafisch dargestellt ist.
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Im Schritt vii) wird der Gier-Winkel ψ für den Azimut bestimmt. Da für die Abweichung des Azimutes gegenüber dem Referenzbildsatz kein derartiger Korrekturwert aus Messungen mit den Neigungssensoren vorliegt, wird hier ein angepasstes Bildverarbeitungsverfahren durchgeführt. Anhand von robusten merkmalbasierten bzw. flächenbasierten Verfahren werden korrespondierende Merkmale bzw. Intensitätswerte aus dem jeweiligen Referenzbild und dem bereits in θ- und Φ-Winkel korrigierten, aktuellen Bild extrahiert und anhand von Merkmalanpassungsmethoden einander zugeordnet. Dazu werden die Parameter der entsprechenden Transformationsmodelle geschätzt und das Objektbild dadurch transformiert. Durch Anwendung von bekannten Merkmaldetektionsverfahren wie Scale-Invariant Feature Transform (SIFT) und Speeded Up Robust Features (SURF) werden invariante Merkmale in Bildfolgen gesucht. Diese Merkmale sind bezüglich Rotation, Translation, Skalierung und Änderung der Lichtverhältnisse invariant. Ein robustes Merkmal wird dann durch die Bildposition, Hauptorientierung und Deskriptoren beschrieben. Anhand von verfügbaren Merkmalkorrespondenzen werden die Transformationsparameter mit Hilfe des Random Sample Consensus (RANSAC) Algorithmus optimal geschätzt. Diese Verfahren sind anerkannter Stand der Bildverarbeitungstechnik.
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Die Ermittlung der Horizontlinie im optischen Sensorbild erfolgt im Schritt viii). Außerdem erfolgt für alle Pixelpunkte des Sensors, die unterhalb dieser Horizontlinie liegen, eine Zuordnung der aus dem Geländemodell abgeleiteten Entfernung entsprechend Schritt ix).
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Anhand der absoluten Werte der aktuellen Sensorausrichtung und den gegebenen Ortsinformationen zur geografischen Position und zur Höhe über Gelände des optischen Sensors können diejenigen Winkel bestimmt werden, die für jede Bildspalte der Horizontlinie entsprechen. Zu diesem Zweck werden für jede Pixelspalte die Tangenten vom Standort des optischen Sensors an das digitale Geländemodell für jede Bildposition mittels einfacher trigonometrischer Verfahren bestimmt, wie dies beispielhaft in der dargestellt ist.
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Zunächst wird dazu die Höhe des optischen Sensors bestimmt, indem die Installationshöhe über Grund zur Höhe des Fusspunktes des Mastes addiert wird, so dass die Höhe (HTower) ermittelt wird. Nunmehr wird für jede Pixelspalte s diejenige Schnittebene parallel zur Schwerkraftlinie durch das Geländemodell gebildet, die dem Azimutwinkel ψs dieser Pixelpalte entspricht. Als Schnittmenge zwischen dieser Ebene und dem Geländemodell ergibt sich für jeden Azimutwinkel eine Linie Dgms im Geländemodell ψs = ψo + s·dψs (1)
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Das Winkelinkrement dψs ergibt sich aus dem Quotienten aus dem horizontalen Öffnungswinkel des optischen Sensors und der um 1 verminderten Pixelspaltenanzahl. Zu diesem Wert wird der Korrekturwert, der entsprechend Schritt i) ermittelt wird, addiert. Wie in 9 graphisch dargestellt.
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Der Winkel θi für die i-te Pixelzeile des optischen Sensors ergibt sich aus dem Quotienten aus der Anzahl der Pixelzeilen bezogen auf den Abstand zur optischen Achse und der um 1 verminderten Pixelzeilenanzahl multipliziert mit dem vertikalen Öffnungswinkel des optischen Sensors. Zu diesem Wert werden die Korrekturwerte, die entsprechend der Schritte i) und vi) ermittelt werden, addiert.
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Weiterhin wird angenommen dass alle Azimutwinkel innerhalb der jeweiligen Pixelspalte identisch und damit alle Rollwinkel gleich Null sind: ψs1 = ψs2 ... = ψsi (2) ΦS1 = ΦS2 = ... = ΦSi = 0 (3)
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Sodann wird vom unteren Rand des optischen Sensorbildes beginnend zeilenweise ein Strahl in der beschriebenen Schnittebene auf das maßstäbliche, digitale Geländemodell gerichtet. Dann wird geprüft, ob für die gewählte Zeile ein Durchstollpunkt P zum Geländemodell existiert (entspricht einer Sekante), und wenn ja, in welcher horizontalen Entfernung d sich dieser Geländepunkt befindet, so dass die geografischen Koordinaten des Durchstoßpunktes sowie dessen vertikale Entfernung (HTower – HP) vom optischen Sensor ermittelt werden können. Dieser Entfernungswert wird dem entsprechenden Pixelpunkt zugeordnet und abgespeichert.
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Wird für eine spaltenbezogene Linie Dgms, die sich aus dem Ebenenschnitt ergibt, und ein frei gewähltes, vom verfügbaren Geländemodell und der gewünschten Genauigkeit abhängendes Distanzinkrement Δd für ein ganzzahliges n die Bedingung: Dgms(n) > HTower – tanθi – Δd·n (4) erfüllt, wobei Ungleichung (4) für n – 1 nicht erfüllt ist, so ist die Entfernung des Horizontpunktes für diese Spalte s und diese Zeile i näherungsweise: Δd·n – Δd / 2 (5) eine genauere Bestimmung des Horizontpunktes kann im Weiteren mit verschiedenen, hinlänglich bekannten Verfahren der numerischen Mathematik wie z. B. dem Newton-Verfahren erfolgen. Hier ist eine beliebige Genauigkeit, die im Wesentlichen nur von den verfügbaren Geländedaten abhängt, erreichbar.
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Ist diese Bedingung für die Zeile i erfüllt, so werden die ermittelten Werte d(s, i) und (HTower – HP)(s, i) temporär abgespeichert und der Strahl auf die nächste Spalte s + 1 gerichtet sowie eine erneute Prüfung der vorgenannten Bedingung durchgeführt und die genannten Entfernungsgrößen ermittelt und temporär gespeichert (siehe 8).
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Die ermittelten Werte d jedes Pixelpunktes werden in einem Polarkoordinatensystem mit eingeschränktem Wertebereich der Elevation θ auf der (gekrümmten) Oberfläche einer Kugelschicht eingetragen, in dessen Mittelpunkt der optische Sensor steht, wie dies beispielhaft in der 10 dargestellt ist.
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Mittels der entsprechend den vorgenannten Schritten i) bis vii) ermittelten Eulerwinkel (ψ, θ, Φ) der aktuellen Ausrichtung des optischen Sensors, werden die jedem Pixel entsprechenden Koordinaten auf der Oberfläche der Kugelschicht ermittelt und die Entfernungen jedes einzelnen Pixels des Bildraumes im Objektraum von der Kugelschicht abgelesen.
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Diese Entfernungswerte werden den Bildverarbeitungsroutinen als Eingangsgrößen für die Einschätzung von Objektgrößen, -entfernungen und -geschwindigkeiten zur Verfügung gestellt (siehe 10). Dadurch ist eine einfache, maschinelle Zuordnung von realen Entfernungen zu Pixeln im Sensorbild gewährleistet. Weiterhin werden die daraus ermittelten Pixelkoordinaten der Horizontlinie erfasst und an den Algorithmus zur Rauch- bzw. Feuerdetektion als Parameter übergeben. Grundsätzlich ist dadurch die Ausführung angepasster Algorithmen möglich, die jeweils unterschiedlich parametrisiert werden, um Rauch/Feuer unterhalb oder oberhalb der Horizontlinie zu erkennen und damit grundsätzlich die Detektionssicherheit und Prüfschärfe verbessern.
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Darüber hinaus lässt sich aus der ermittelten Entfernung d und dem Azimutwinkel ψ die geografische Koordinate jedes Pixels in der Realität ermitteln. Diese wird zur Bestimmung von a-priori Wissen aus topografischen Landkarten derart verwendet, als dass den Bildverarbeitungsalgorithmen Angaben über die Eigenschaften von Bildbereichen wie z. B. Wasserflächen, Industrieanlagen, Verkehrsflächen oder Siedlungsflächen gemacht werden können, wie dies in 11 beispielhaft dargestellt ist.
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Für die Ausführung der Kalibrierungsroutinen und der Algorithmen zur Branddetektion wird erfindungsgemäß das Prozessormodul, das mit dem optischen Sensor verbunden ist, genutzt. Auf diese Weise wird eine Prozessierung und Lagekorrektur der Datensätze vor Ort ohne Notwendigkeit einer hochratigen Datenverbindung zu einem zentralen Rechner (z. B. in einem zentralen Büro) durchgeführt. Lediglich im Fall einer Branddetektion und zum Austausch entsprechender Datensätze (z. B. Ortsposition des Brandes, Uhrzeit) wird eine Datenverbindung benötigt. Damit ist eine sehr kleine, leistungsarme und kostengünstige Datenanbindung möglich, da lediglich mittlere Datenraten von wenigen 10 kbit/s benötigt werden.
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Eine Echtzeitübertragung von kompletten Sensorbilddaten und entsprechenden Informationen zur Lagekorrektur zu einer zentralen Prozessorinstanz, wie sie derzeit von ortsfesten Waldbranddetektionssystemen genutzt werden, erfordern dagegen für eine gleiche Leistungsfähigkeit Datenraten von typischerweise 1 Mbit/s und mehr. Derartige Funkübertragungsmodule haben dann um Größenordnungen höhere Leistungsaufnahmen, um die gleiche Entfernung (über Satellit oder terrestrischen Mobilfunk) zu schaffen. Mit der erfindungsgemäßen dezentralen Datenprozessierung können auch weitreichende Mobilfunktechniken mit geringem Leistungsbedarf zum Einsatz kommen. So können beispielsweise SCADA-Funksystem, GPRS oder VSAT-Terminals eingesetzt werden, was insbesondere für räumlich weit entfernte bzw. abgelegene Standorte von Bedeutung ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer beispielhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: die
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1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Montage-/Demontagestellung mit an einem Mast klappbar angeordnetem Komponentensatz;
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2 eine vergrößerte schematische Detaildarstellung der der Vorrichtung zugrunde liegenden Haltekonstruktion für einen Komponentensatz;
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3 die erfindungsgemäße Vorrichtung mit an dem Mast angeklappten zweitem Adapter in einer horizontalen Position;
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4 eine Detailansicht gemäß 2 mit in die Führungshülse eingeführter und mit dem Einrastmittel verbundener Zugstange sowie der Darstellung des Einrastmittels zum lösbaren Verbinden der ersten und zweiten Adapter nach Ausschnitt A gemäß der 3;
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5 die schematische Darstellung der Zugstange zum kontrollierten Schwenken der Komponenteneinheiten der Vorrichtung aus und in die Montage-/Demontageposition;
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6 eine detaillierte Gesamtansicht der Vorrichtung 10 nach den 2 und 4;
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7 Lagewinkel des optischen Sensors bezogen auf die Schwerkraft und die geografische Nordrichtung;
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8 Ermittlung der Durchstoßpunkte durch das Geländemodell für einen Azimut ψs; Gezeigt sind exemplarisch zwei aufeinanderfolgende Abtaststrahle, deren Abstand der optischen Winkelauflösung des Sensors entspricht;
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9 Bildung von Schnittebenen senkrecht durch das Geländemodell mittels eines Winkelabstandes dψs, der der optischen Winkelauflösung des Sensors entspricht;
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10 Darstellung der realen Entfernungen zum optischen Sensor auf der gekrümmten Oberfläche einer Kugelschicht, in dessen Zentrum sich der Sensor befindet. (Unter Verwendung von https://graphics.stanford.edu/courses/cs178/applets/projection.html))
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11 Zuordnung der berechneten äußeren Orientierung zu den einzelnen Pixeln des Bildes im optischen Sensor.
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1 zeigt die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 in einer beispielhaften Ausführungsform in einer Montage- bzw. Demontageposition an einem hierzu vorgesehenen Mast 11. Es ist vorgesehen, den Mast 11 zur Montage- bzw. Demontage der Vorrichtung 10 aus einer vertikalen Position in eine mehr oder weniger horizontale Position umlegbar auszubilden, wie dies durch den doppelseitigen Pfeil 12 angedeutet ist. Die Vorrichtung 10 kann dabei mit dem Mast 11 über ein diesem zugeordneten Zwischenelement 13 verbunden werden. Hierfür ist dem Zwischenelement 13 eine Montagefläche 14 zugeordnet. Die Vorrichtung 10 kann dabei über einen zweiteilig ausgebildeten ersten und zweiten Adapter 15, 16 mit der Oberfläche 17 des freien Endes 18 an der Montagefläche 14 mittels Fixiermittel 19 festgelegt werden. Fixiermittel 19 können Steck- und Klemmverbindungen und/oder Verschraubungen sein.
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Die beiden Teile des ersten und zweiten Adapters 15, 16 sind in dieser Ausführungsform flächensymetrisch zueinander ausgebildet. Insbesondere der erste ersten 15 ist in dieser Ausführungsform über entsprechend ausgebildete Fixiermittel 19 fest mit dem freien Ende 18 der Montagefläche 14 vorinstalliert angeordnet. Dem flächig ausgebildeten ersten Adapter 15 ist an einer Längsseite 21 eine Anzahl von Tragösen 22 zugeordnet. Der ebenfalls flächig ausgebildete zweite Adapter 16 weist auf einer zur Längsseite 21 symmetrisch ausgebildeten Längsseite 23 ebenfalls Tragösen 24 auf. Die Tragösen 23, 24 sind derartig zueinander verschiebbar, dass ein Tunnel entsteht in den ein Bolzen 25 einsteckbar ist. Um die Drehachse des Bolzen 25 kann der zweite Adapter 16 gegen den ersten Adapter 15 oder von diesem weg in dem von den Tragösen 23, 24 gebildeten Scharnier geschwenkt werden, so wie dies mit dem doppelseitigen Pfeil 26 angedeutet worden ist.
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In einer anderen Ausführungsform können die Tragösen 22, 24 als Traghaken oder Tragpratzen ausgebildet sein, die derart miteinander in Wirkkontakt bringbar sind, dass der Bolzen 25 die ersten und zweiten Adapterteile 15 und 16 um dessen Drehachse schwenkbar miteinander verbindet.
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Die beiden Adapter 15, 16 weisen ein entsprechend miteinander verbindbares Einrastmittel 27, 27a auf, das selbsttätig gegeneinander verriegelt, sobald dieses über die Adapter 15, 16 in Wirkkontakt gebracht wird. Das Einrastmittel 27, 27a kann in der Art eines Schnappverschlusses ausgebildet sein. Die Vorrichtung 10 ist in dieser verriegelten Position in der Längsrichtung des Mastes 11 ausgerichtet und kann nun zusammen mit dem Mast 11 in eine vertikale Position geschwenkt zu werden.
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Das Einrastmittel 27, 27a kann über eine Fernbedienung 28 geöffnet werden, um dadurch die Adapter 15, 16 voneinander zu lösen und in die Demontagestellung schwenken zu können. Die Fernbedienung 28 kann beispielsweise eine mit dem Einrastmittel 27, 27a verbindbare Zugstange 29 sein. Auch ist ein entsprechend angeordnetes Zugseil als Fernbedienung 28 denkbar. Die Fernbedienung 28 in der Ausgestaltung als Zugstange 29 soll nur für den Fall der Montage bzw. Demontage der Vorrichtung 10 mit dem Einrastmittel 27, 27a verbunden werden und kann als mobile Zusatzausrüstung mitgeführt werden. Für die Ausgestaltung der Fernbedienung 28 in der Art eines Zugseils sind entsprechende Haltemittel (nicht dargestellt) vorgesehen, um das Zugseil sauber aufzuschießen und so vor einem ungewollten und/oder unkontrollierten Ablösen zu sichern.
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Die Vorrichtung 10 besteht aus einer Vielzahl von Komponentensätzen 30, 31, 32 die mit dem zweiten Adapter 16 und untereinander zu einem Detektorsystem 33 für eine optische Sensorlösung zur automatisierten Waldbrandfrüherkennung verbunden werden können. Die Komponentensätze 30, 31, 32 sind in einer modularen Bauweise ausgeführt und können miteinander über standardisierte Verbindungsmittel beliebig miteinander kombiniert werden. Die zusammenstell- und vorkonfigurierbaren Komponentensätze 30, 31, 32, können umfassen:
- • mindestens einen kipp und schwenkbaren optischen Sensor, der in der Detektionseinheit 33 angeordnet ist;
- • eine Messeinrichtung mit 2 orthogonal zueinander angeordneten Neigungssensoren;
- • mindestens ein Gerät zur Ortsbestimmung;
- • mindestens einen elektronischen Kompass;
- • mindestens eine Prozessoreinheit zur schnellen Signal- und Sensordatenverarbeitung und flüchtiger sowie nichtflüchtiger Datenspeicherung sowie entsprechenden Schnittstellen für Datentransfer und Spannungsversorgung;
- • mindestens eine Spannungsversorgungseinheit;
- • mindestens ein Datenkommunikationsmodul einschließlich passender Antennen.
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Das Gerät zur Ortsbestimmung kann ein GPS-Empfänger sein. Die Spannungsversorgungseinheit kann als ein Solarpaneel und/oder ein Windkraftgenerator und/oder ein mobiler Stromerzeuger und/oder eine lokale Netzeinspeisung ausgebildet sein. Das Datenkommunikationsmodul ist ein Mobilfunkmodem, ein Modem für gerichteten terrestrischen Funk (Richtfunkmodul/Richtfunkmodem) und/oder ein Satellitenfunkmodul.
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Wie die 2 weiter zeigt, ist dem zweiten Adapter 16 auf dessen Oberfläche 35 ein zentral angeordnetes Haltemittel 34 zugeordnet. Das Haltemittel 34 ist in dieser Ausführungsform ein Rohr, dem an seinen Enden jeweils ein Sockel 36, 36a zugeordnet ist. Der Sockel 36, 36a dient der Vergrößerung der Auflagefläche des Haltemittels 34 und ist mit Bohrungen 37, 37a versehen, durch die das Haltemittel 34 einerseits mit dem zweiten Adapter 16 und andererseits mit dem Komponentensatz 31 über Bolzen verbunden werden kann. Weitere Haltemittel 38, 38a sind in Längsrichtung des Rohres 34 radial außen beabstandet zueinander angeordnet. Die Haltemittel 38, 38a dienen der Aufnahme und Befestigung weiterer Komponentensätze 30 der Vorrichtung 10. Das Haltemittel 34 kann auch als Gittermast ausgebildet sein.
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Zwischen dem Haltemittel 38a und dem Sockel 36a ist eine Halteplatte 39 am Rohr 34 mit mindestens einer Schelle, beispielsweise einer Gelenkbolzenschelle oder gleichwirkende Mittel, befestigt. Die Halteplatte 39a ist dabei dem Haltemittel 38a gegenüberliegend angeordnet. Eine Führungshülse 40 ist radial außen mit der Halteplatte 39 verbunden (beispielsweise: aufgeschweißt). Die Führungshülse 40 ist gegenüber der Längsachse 41 des Rohrs 34 gewinkelt angeordnet. Im Idealfall soll die Führungshülse 40 in der Fluchtlinie zum Einrastmittel 27, 27a liegen.
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Die Führungshülse 40 weist eine in Richtung des Einrastmittels 27, 27a zeigende Öffnung und einen durch den Mittelpunkt des Querschnittes der Führungshülse 40 verlaufenden Stift 42 auf. Der Stift 42 ist so ausgebildet, dass er etwas vor der Öffnung der Führungshülse 40 angeordnet ist.
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Wie die 3 weiter zeigt, sind an dem Sockel 36 und den weiteren Haltemitteln 38, 38a die Komponentensätze 30 bzw. 31 angeordnet. Die Adapter 15, 16 sind gegeneinander geklappt bzw. geschwenkt und mit dem Einrastmittel 27, 27a arretiert. Die Zugstange 29 besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen. Zum einen ist das eine hohl ausgebildete Hebelstange 45 und zum anderen, eine in die Hebelstange 45 einführbare Einhakstange 43. Die Einhakstange 43 wiederum ist sodann achsparallel in der Hebelstange verschiebbar angeordnet. Um die Vorrichtung 10 um den Bolzen 25 zu schwenken wird die Hebelstange 45 in die Führungshülse 40 eingeführt. An ihrem freien Ende weist die Hebelstange 45 einen Bajonettverschluss auf, über den sie mit dem Stift 42 der Führungshülse 40 in Wirkverbindung bringbar ist. Die Verbindung erfolgt über eine Steck-Dreh-Bewegung, die über eine der Hebelstange 45 zugeordneten Querstange 46 induziert werden kann. Durch den Bajonettverschluss kann verhindert werden, dass die Hebelstange 45 beim Schwenken der Vorrichtung 10 – um die Drehachse des Bolzens 25 – unkontrolliert aus der Führungshülse 40 herausrutscht. Die Einhakstange 43 ist länger als die Hebelstange 45 und weist an dem Ende, welches der Querstange 46 zugeordnet ist, einen Griff 47 und an dem gegenüberliegenden Ende einen mit dem Einrastmittel 27, 27a in Wirkverbindung bringbaren Haken 48 auf. Dies wird insbesondere in der 4, die eine Detailansicht von Ausschnitt A gemäß 3 ist, und in der 5 dargestellt.
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Wie in 4 ferner dargestellt, ist dem Einrastmittel 27 ein Riegelstift 49 zugeordnet. Der Riegelstift 49 ist in seiner Arbeitsstellung mit einem, dem Einrastmittel 27a zugeordneten Anschlaghaken 50 verbindbar. Der Anschlaghaken 50 in Wirkverbindung mit dem Riegelstift 49 verhindert das ungewollte Lösen und Schwenken der Adapter 15 und 16 und hält diese in der Montageposition flächenparallel zueinander. Der Riegelstift 49 weist an seinem freien Ende ein Ringelement 51 auf. Die Einsteckstange 43 kann über ihren Haken 48 mit dem Ringelement verbunden werden. Durch Ziehen am Ringelement 51 wird Riegelstift 49 vom Anschlaghaken 50 gelöst. Nun können die Adapter 15 und 16 zur Demontage wieder voneinander getrennt bzw. geschwenkt werden. Der Riegelstift 49 ist in einer Führung 52 in axialer Richtung gegen eine Federkraft verschiebbar ausgebildet und damit gegenüber dem Anschlaghaken 50 selbstsichernd.
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6 veranschaulicht insbesondere den Scharniermechanismus 53, der aus den beiden miteinander in Eingriff bringbaren Tragösen 22 und 24 gebildet wird. Der Hebel 25 wird in die Tragösen 22 und 24 eingeschoben und bildet eine Drehachse aus, um die die Adapter 15 und 16 schwenkbar sind. Damit die Adapter 15 und 16 flächenparallel aufeinander schwenkbar sind, ist es notwendig, die Bauhöhe des Scharniermechanismuses 53 auszugleichen. Hierzu ist mindestens ein Abstandshalter 54 vorgesehen, der den Adapter 15 oder 16 zugeordnet sein kann. Der Abstandshalter 54 dient gleichzeitig für die Adapter 15 und 16 als Auflager und Anschlagstück. Ferner sind die Adapter 15 und 16 mit einer Vielzahl von Bohrungen 55, 55a versehen. Die Bohrungen 55, 55a können mit einem Gewinde versehen sein, in die Schrauben (nicht dargestellt), zum temporären Verbinden der Adapter, eindrehbar sind. Ebenfalls denkbar ist eine Mutter-/Schraubenkombination, mit oder ohne Gewindebohrung. Die Vielzahl von Bohrungen 55, 55a liegen in Fluchtlinie zueinander. In der Fluchtlinie liegen die Bohrungen, sobald die Die Adapter 15 und 16 flächenparallel zueinander geschwenkt worden sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 11
- Mast
- 12
- doppelseitiger Pfeil
- 13
- Zwischenelement
- 14
- Montagefläche
- 15
- erster Adapter
- 16
- zweiter Adapter
- 17
- Oberfläche
- 18
- freies Ende
- 19
- Fixiermittel
- 20
- abgewandte Seite
- 21
- Längsseite
- 22
- Tragöse
- 23
- Längsseite
- 24
- Tragöse
- 25
- Bolzen
- 26
- doppelseitiger Pfeil
- 27, 27a
- Einrastmittel
- 28
- Fernbedienung
- 29
- Zugstange
- 30, 31
- Komponentensatz
- 32
- Komponentensatz
- 33
- Detektionseinheit
- 34
- Haltemittel/Rohr
- 35
- Oberfläche
- 36, 36a
- Sockel
- 37, 37a
- Bohrung
- 38, 38a
- weitere Haltemittel
- 39
- Halteplatte
- 40
- Führungshülse
- 41
- Längsachse
- 42
- Stift
- 43
- Einsteckstange
- 44
- Bajonettverschluss
- 45
- Hebelstange
- 46
- Querstange
- 47
- Griff
- 48
- Haken
- 49
- Riegelstift
- 50
- Anschlaghaken
- 51
- Ringelement
- 52
- Führung
- 53
- Scharnier
- 54
- Abstandshalter
- 55, 55a
- Bohrungen
