DE102019211048A1

DE102019211048A1 - Verfahren und Einrichtung zur automatisierbaren Personenzugangskontrolle zu einem im Freien befindlichen Anlagengelände

Info

Publication number: DE102019211048A1
Application number: DE102019211048.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Krex; Philipp Eßer
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Current assignee: FLSmidth and Co AS
Priority date: 2019-07-25
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2020-07-02

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur automatisierbaren Personenzugangskontrolle zu einem Anlagengelände (175), auf dem sich wenigstens ein Anlagenteil (100, 105 - 120) befindet, wobei ein stationäres Positionierungssystem (180, 185, 190) zum berührungslosen Lokalisieren und Identifizieren von Personen mittels von den Personen mitgeführter elektronischer Kennzeichen vorgesehen ist, und wobei insbesondere wenigstens ein autonomes, unbemanntes Fahrzeug (200), insbesondere ein Fluggerät, mit wenigstens einer bildgebenden Sensorik (205) vorgesehen ist, mittels dessen das Anlagengelände (175) sensorisch erfassbar ist, wobei erfasste Bilddaten (218) drahtlos an eine stationäre Steuereinheit (103) übertragen werden (218), um durch Auswerten der erfassten Bilddaten (218) auf dem Anlagengelände (175) befindliche Personen (124, 126, 127, 128) zu erkennen, wobei das wenigstens eine autonome Fahrzeug (200) eine GPS-Sensorik (215) zur Erfassung einer jeweiligen, geografischen Position des autonomen Fahrzeugs (200) aufweist, um anhand der übertragenen Bilddaten (218) und der erfassten geografischen Position des autonomen Fahrzeugs (200) die Positionen von erkannten Personen (124, 126, 127, 128) auf dem Anlagengelände (175) zu ermitteln, und wobei durch einen Abgleich von durch das stationäre Positionierungssystem (180, 185, 190) bereitgestellten Daten und den von dem mittels des autonomen Fahrzeugs (200) ermittelten Positionsdaten von erkannten Personen (124, 126, 127, 128) zwischen befugten (360) und nicht befugten (365) Personen unterschieden wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur automatisierbaren Personenzugangskontrolle bei einem vorzugsweise im Freien befindlichen, d.h. bevorzugt aus der Luft frei zugänglichen Anlagengelände, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Computerprogramm, ein maschinenlesbarer Datenträger zur Speicherung des Computerprogramms.
Stand der Technik
Im Bereich von Industrieanlagen stellt die Personenzugangskontrolle generell ein an sich bekanntes Problem dar. Dies betrifft insbesondere auch solche Anlagengelände mit aus der Luft zugänglichen Bereichen, z.B. Anlagengelände von Tagebauminen, Bergbauminen oder Zementanlagen. Denn in solchen Industrieanlagen kommt es immer wieder zu Situationen, in denen unbefugte Personen das Anlagengelände betreten. So kann das Eindringen von unbefugten Personen zu Sicherheitsbeeinträchtigungen oder sogar zu Betriebsstörungen führen. Vor allem bei größeren, unübersichtlichen und/oder zeitlich sich stark verändernden Geländen, z.B. bei genannten Minengeländen, lässt sich eine rein statische Kameraüberwachung nur schwierig bzw. nicht mit ausreichender Sicherheit umsetzen.
Aus US 2018/0217591 A1 geht ein Verfahren zum Betreiben eines Sicherheits- und Unterhaltungssystems für eine (Flug-)Drohne hervor, bei dem eine Drohne mit einer Basisstation zusammenarbeitet. Dabei werden Signale von mindestens einem Sensor, der von der Drohne und der Basisstation entfernt, empfangen. Sobald eine Aktivität erkannt wird, wird die Drohne von der Basis gelöst und in einen Flugbetrieb versetzt, bei dem Daten erfasst werden, z.B. Video-, Audio- und Sensordaten. Die so erfassten Daten werden an die Basisstation übertragen. Das Sicherheitssystem umfasst somit eine Basisstation zum Unterbringen und Laden einer Drohne sowie eine einsprechende Drohne bzw. ein Drohnenfahrzeug, welches mit der Basisstation zusammenarbeitet und wenigstens mit einem genannten Sensor elektrisch kommuniziert.
Ferner gehen aus WO 2016/209504 A1 ein System und ein Verfahren zum Betrieb einer personenbezogenen, sensorischen Drohne hervor. Ein solches Drohnensystem umfasst ein Drohnenfernsteuerungssystem mit einem Aufgabenmodul zum Übertragen einer Aufgabe an einen Drohnenschwarm, um den Drohnenschwarm entsprechend zu betreiben, wobei der Drohnenschwarm mindestens zwei Drohnen umfasst. Zudem umfasst das System einen Transceiver zum Empfangen von Informationen von dem Drohnenschwarm sowie ein Benutzerschnittstellenmodul, um eine Benutzerschnittstelle basierend auf den von dem Drohnenschwarm erhaltenen Informationen bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, bei einem hier betroffenen Anlagengelände eine möglichst automatisierbare und dennoch sichere Personenzugangskontrolle, d.h. eine Kontrolle des Zutritts zu dem Gelände ausschließlich durch entsprechend autorisierte bzw. zutrittsberechtigte Personen, bereitzustellen. Dabei soll eine diesbezügliche Einrichtung alle auf dem Gelände befindlichen Personen erkennen und eine Unterscheidung zwischen entsprechend befugten und nicht befugten Personen automatisiert durchführen können.
Gemäß einem ersten Aspekt des vorgeschlagenen Verfahrens bzw. der vorgeschlagenen Einrichtung kommen für die Zugangskontrolle eine oder mehrere autonom oder ferngesteuert agierende Drohnenfahrzeuge (im folgenden „Drohnen“), insbesondere Flugdrohnen, zum Einsatz. Die Drohnen sind dabei mit visuell oder thermografisch erfassenden bildgebenden Sensoren (Fotokameras, Laserscanner oder IR-Sensor) sowie mit Positionssensoren, z.B. Sensoren zur Satellitenpositionierung („GPS“) oder Sensoren zur Positionierung auf der Basis lokaler Systeme („Local GPS“) ausgestattet. Durch die Kombination der sensorisch erfassten Bildinformationen und der jeweils erfassten Drohnenpositionen kann, z.B. in an sich bekannter Weise mittels Trigonometrie, die genaue Position eines erfassten Objekts, insbesondere einer Person, ermittelt werden.
Es ist hierbei anzumerken, dass eine solche Drohne automatisiert und bevorzugt dauerhaft betrieben werden bzw. agieren soll. So soll der Einsatz der Drohne nicht nur durch ein Ereignis getriggert werden. Vielmehr soll die Drohne fortwährend im Einsatz sein, d.h. im Falle einer Flugdrohne soll diese fortwährend bzw. möglichst ununterbrochen in der Luft sein. Dieses Erfordernis kann entweder durch den Einsatz mehrerer Flugdrohnen oder durch eine einzelne, solarbetriebene Flugdrohne (z.B. einen Fluggleiter mit entsprechenden Tragflächen) erfüllt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens und der Einrichtung werden die seitens der Drohne ermittelten Positionsdaten mit von einem lokalen bzw. stationären Positionierungssystem bereitgestellten Positionsdaten abgeglichen. Das lokale Positionierungssystem weist bevorzugt auf dem Anlagengelände stationär angeordnete Antennen auf, welche mit von autorisierten bzw. zutrittsberechtigten Personen mitgeführten elektronischen Kennzeichen (sogenannten „tags“) drahtlos kommunizieren.
Es ist hierbei anzumerken, dass die Erkennung einer Zutrittsberechtigung, anstelle der Erfassung mittels eines genannten lokalen Positionierungssystems, auch GPS-basiert erfolgen kann. So kann z.B. vorgesehen sein, dass zutrittsberechtigte Personen ein mobiles Kommunikationsgerät (z.B. Smartphone) mit sich führen, auf dem eine GPS-Daten erfassende bzw. verarbeitende Anwendung („App“) eingerichtet ist, mittels der fortwährend die Position der jeweiligen Person an ein Lokalisierungssystem des jeweiligen Betreibers der Anlage gesendet wird.
Durch den Abgleich bzw. Vergleich dieser beiden Informationen können somit noch zuverlässiger solche Personen erfasst bzw. ermittelt werden, die nicht befugt sind, das Anlagengelände zu betreten. Bevorzugt werden dabei durch Vergleich oder Differenzbildung solche Personen ermittelt, welche zwar von dem Drohnenfahrzeug erfasst werden, jedoch von dem lokalen Positionierungssystem nicht erkannt werden, da sie kein elektronisches Kennzeichen mit sich führen. Solche Personen werden somit als nicht zutrittsberechtigt erkannt und z.B. geeignete Maßnahmen durchgeführt, damit die(se) Person(en) das Anlagengelände sicher verlassen kann.
Es ist anzumerken, dass es sich bei dem Drohnenfahrzeug um wenigstens ein nicht bemanntes, autonomes Fahrzeug handelt, welches eigenständig operiert oder ferngesteuert betrieben wird. Bei dem autonomen Fahrzeug handelt es sich bevorzugt um ein Luftfahrzeug bzw. Fluggerät, welches eigenständig agiert bzw. operiert und mit einer genannten Sensorik ausgestattet ist, welche ebenfalls eigenständig (sensorisch) agiert. Es ist ferner anzumerken, dass es sich bei dem Drohnenfahrzeug auch um ein auf dem Boden fahrendes, entsprechend sensorisch agierendes Kraftfahrzeug bzw. fahrbares Zusatzgerät handeln kann.
Da die Zugangskontrolle bei einer hier betroffenen Anlage bzw. eines entsprechenden Anlagengeländes im Wesentlichen auf die Datenerfassung mittels wenigstens einer Drohne zurückgreift, kann eine solche Drohne als fester und integrativer Bestandteil der betroffenen Anlage verstanden werden. Dadurch kann auf ein zur Zugangskontrolle der Anlage erforderliches, aufwändiges stationäres Kontrollsystem zumindest teilweise verzichtet werden.
Darüber hinaus kann mittels der Drohne auch ein räumlich sehr ausgedehntes Anlagengelände einfach und kostengünstig überwacht werden, da eine Vielzahl von stationären, an jedem Zugang zu dem Gelände erforderliche Zugangskontrolleinrichtungen durch eine oder mehrere Drohnen ersetzt werden kann.
Es ist zudem anzumerken, dass als an der Drohne angeordnetes Sensorsystem jegliche Sensorik gemäß dem Stand der Technik einsetzbar ist, welche an der Drohne angebracht bzw. eingerichtet werden kann. So können alternativ oder zusätzlich eine laserbasierte Sensorik, eine radarbasierte Sensorik, ein Näherungssensor, oder eine IR-Kamera zur Ermöglichung von Nachtflügen des Fahrzeugs bzw. Fluggerätes, vorgesehen sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die wenigstens eine Drohne entweder den jeweils zu überwachenden Geländebereich raster- oder zeilenförmig (d.h. zyklisch) abfliegen oder aber in einer empirisch vorgebbaren Flughöhe stationär betrieben werden. Ein stationärer Betrieb bietet sich insbesondere dann an, wenn es dadurch nicht zu unerwünschten Abschattungseffekten z.B. durch Gebäude oder die Geländetopografie kommen kann.
Aufgrund von erforderlichen Ausfallzeiten der Drohne insbesondere im Falle eines autonom betriebenen Fluggerätes, z.B. für die Batterieaufladung oder Betankung sowie den Austausch bzw. die Reparatur von defekten Bauteilen, können wenigstens zwei Drohnen vorgesehen sein, so dass bei einem vorübergehenden Ausfall der einen Drohne die kontinuierliche Überwachung des Anlagengeländes durch die wenigstens zweite Drohne sichergestellt werden kann.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt kann die als Flugdrohne ausgebildete Drohne entweder in einer konstanten Flughöhe oder mittels einer Näherungssensorik in einer im Wesentlichen konstanten Flughöhe gegenüber Anlagenteilen oder dem Geländeboden bewegt werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Drohne stets einen optimalen Abstand zu den jeweils überwachten Geländebereichen einhält.
Zur sicheren Erkennung von Personen, d.h. zur Unterscheidung von Personen und anderen Objekten anhand der mittels der Drohne erfassten Bilddaten, kann gemäß einem weiteren Aspekt eine Bilderkennung vorgesehen sein, welche entweder an der Drohne oder in einem stationären, bodengebundenen Steuergerät der jeweiligen Anlage bzw. in einer entsprechenden zentralen Steuereinheit eingerichtet sein kann. Die Bilderkennung ermöglicht es, anhand von empirisch vorgebbaren, typischen Bilddarstellungen von Personen, in den erfassten Bilddaten Personen bzw. die entsprechenden Bilddarstellungen zu erkennen.
Die Bilderkennung kann mittels maschinellem Lernen („Machine Learning“), mittels künstlicher Intelligenz bzw. entsprechender neuronaler Netze durchgeführt werden. So kann ein Algorithmus auf der Basis künstlicher Intelligenz, Machine Learning und/oder neuronaler Netze Objekte, z.B. Menschen oder Fahrzeuge) eigenständig erkennen.
Die Bestimmung der jeweiligen Position eines durch Bilderkennung erkannten Objektes erfolgt bevorzugt mittels trigonometrischer Triangulierung, wobei z.B. die folgenden Implementierungsansätze in Betracht kommen:

1. An der Drohne sind zwei Kameras mit einem leichten Abstand zueinander angeordnet, wobei aus so gleichzeitig erfassten zwei Bildern die Positionen von in den Bilddaten dargestellten Objekten in an sich bekannter Weise trigonometrisch trianguliert werden können.
2. Es werden wenigstens zwei Drohnen mit jeweils einer Kamera eingesetzt, wobei die wenigstens zwei Drohnen gleichzeitig dasselbe Objekt erfassen. Aus den so gewonnenen Bildpaaren kann dann die Position des erfassten Objektes durch Triangulierung ermittelt werden.
3. Es wird eine einzige Drohne mit einer Kamera eingesetzt, welche während einer (Flug-)Bewegung durch zeitlichen Versatz zwei Bilder aufnimmt, welche wiederum entsprechend trianguliert werden können. Dieser Ansatz liefert etwas ungenauere Positionsdaten, da sich das jeweilige Objekt bzw. die Person während des Zeitraums des Zeitversatzes bewegt haben kann. Daher sollte ein möglichst geringer Zeitversatz vorgegeben bzw. eingestellt werden.
4. Mittels einer laserbasierten Objekterkennung können die Entfernung und die Position eines erfassten Objekts sogar direkt ermittelt werden.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt werden sämtliche, mittels der Drohne sensorisch erfassten Daten bevorzugt fortwährend an eine genannte zentrale Steuereinheit bzw. ein entsprechendes Steuergerät der Anlage drahtlos übermittelt, und zwar bevorzugt über eine sichere Wireless-Verbindung gegenüber einem anlagengebundenen „Access-Point“. Das Steuergerät wertet die von der Drohne empfangenen Bilddaten und Positionsdaten sowie die von genannten, von zutrittsberechtigten Personen mitgeführten elektronischen Kennzeichen („tags“) drahtlos z.B. an das Steuergerät übermittelten Informationen in Echtzeit aus. Die Auswertung kann ggf. erst nach einem erfolgten Abgleich bzw. Vergleich der jeweiligen Positionsdaten mit genannten, von einem lokalen bzw. stationären Positionierungssystem bereitgestellten Positionsdaten, durchgeführt werden, um damit auf dem Anlagengelände befindliche, nicht zugangsberechtigte Personen sicher erfassen bzw. ermitteln zu können.
Die Erfindung kann insbesondere bei industriellen Großanlagen mit einer relativ großen Flächenausdehnung eines jeweiligen Anlagengeländes, z.B. bei Anlagen zur Materialgewinnung im Übertage- und Untertagebau, z.B. bei Minenanlagen zur Braunkohle-, Steinkohle- oder Erzgewinnung, aber auch bei anderen industriellen Anlagen, z.B. Zementproduktionsanlagen, zur Anwendung kommen.
Es ist dabei hervorzuheben, dass die Erfindung im Falle einer Flugdrohne auch in Innenräumen von Industriegebäuden angewendet werden kann, sofern die Flugeigenschaften der Drohne bzw. die Drohnentechnologie eine solche Flugweise zulassen.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät einer hier betroffenen Anlage bzw. entsprechenden Drohne, ohne an dem Steuergerät bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist der maschinenlesbare Datenträger vorgesehen, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf eine Einrichtung bzw. ein entsprechendes elektronisches Steuergerät wird die erfindungsgemäße Einrichtung erhalten, welches eingerichtet ist, um eine hier betroffene Zugangskontrolle zu einem hier betroffenen Anlagengelände mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens automatisiert und dennoch zuverlässig durchzuführen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. In den Zeichnungen sind identische oder funktional gleichwirkende Elemente bzw. Merkmale mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweiligen angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Figurenliste

1 zeigt schematisch eine beispielhafte Industrieanlage mit einem räumlich ausgedehnten Anlagengelände, zur Illustration der erfindungsgemäßen Einrichtung und des Verfahrens.
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Einrichtung anhand eines kombinierten Fluss-/Blockdiagramms.
3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Einrichtung anhand eines kombinierten Fluss-/Blockdiagramms.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
In 1 ist ein Anwendungsszenario der vorliegenden Erfindung am Beispiel eines Anlagengeländes einer Erzgewinnungsanlage, welche keine durchgehende bzw. vollständige Umzäunung aufweist, in einer schematischen Draufsicht dargestellt. Trotz möglicherweise vorgesehener offizieller Zugangs- bzw. Zutrittsbereiche (z.B. Ein-/Ausfahrtstüren bzw. -tore) ist daher der Zutritt zu der Anlage auch Personen ohne Zutrittsberechtigung ohne weiteres möglich.
Auf dem dargestellten Gelände befinden sich in dem vorliegenden Beispielszenario ein Schaufelradbagger 100 zusammen mit entsprechenden Fördergeräten 105 - 120, welche gemeinsam an einer Abbaufront bzw. Abbaukante 130 eines angenommenen Erzlagers betrieben werden. Somit ist der größte Teil der für Personen zugänglichen Freifläche des gesamten, zu überwachenden Anlagengeländes aus der Luft optisch einsehbar.
Auch sind beispielhaft eine sich im Arbeitsbereich des Schaufelradbaggers aufhaltende Person 124 sowie ein dort ebenfalls angeordnetes, z.B. aus einem Findling gebildetes Hindernis 125 schematisch eingezeichnet. Anstelle des Hindernisses kann aber auch ein vorübergehend im Bereich der Abbaukante 130 befindliches Fahrzeug, ein größeres Gewächs oder dergleichen in Betracht kommen. Zusätzlich sind weitere drei, sich auf dem Gelände ebenfalls aufhaltende Personen 126, 127, 128 eingezeichnet.
Zur Erfassung bzw. Ermittlung von sich auf dem Anlagengelände befindlichen, nicht zugangsberechtigten Personen ist es somit erforderlich, bei einer sensorischen und/oder bildgebenden Erfassung zwischen Personen und genannten Objekten sicher bzw. zuverlässig unterscheiden zu können. So muss in dem in 1 gezeigten Szenario unter anderem zwischen der Person 124 und dem Findling 125 zuverlässig unterschieden werden können.
Der Schaufelradbagger 100 weist ein in der horizontalen Bodenebene (= Zeichenebene) sowie meist auch senkrecht dazu drehbar gelagertes Schaufelrad 135 auf. Durch eine Drehbewegung des Schaufelrads 135, insbesondere in der Bodenebene entsprechend einer ersten Pfeilrichtung 140, und einen sukzessiven Vorschub des Schaufelrades 135, bzw. entsprechend des Abbau- bzw. Abraumbaggers 100, in einer zweiten Pfeilrichtung 145 zur Abraumkante 130 hin wird schüttfähiges Material abgebaut bzw. abgeräumt. Trotz dieser Bewegung des Schaufelrads 135 ist der Abbau- bzw. Wirkungsbereich des Abbaubaggers 100 an der Abbaukante 130 von oben bzw. aus der Luft im Wesentlichen vollständig einsehbar.
Es ist hierbei hervorzuheben, dass es bei einem unberechtigten Zutritt einer oder mehrerer Personen zu dem in 1 gezeigten Anlagengelände zudem zu kritischen bzw. bedrohlichen Kollisionen insbesondere zwischen solchen Personen und den dort agierenden Geräten, Maschinen oder Fahrzeugen, kommen kann, die wirksam zu verhindern sind. Als Beispiel wird die Person 124 genannt, welche sich insbesondere bei einem unberechtigten Zutritt durch die Bewegung des Schaufelrads 135 erhebliche Verletzungen zuziehen kann. Auch solche kritischen Situationen können mittels der Erfindung wirksam verhindert werden.
Die Automatisierung der Zugangskontrolle zu dem in 1 gezeigten Anlagengelände erfolgt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels eines im Wesentlichen autonom bzw. selbständig agierenden (in 1 nicht gezeigten) Fluggerätes, d.h. einer Flugdrohne (im Folgenden abgekürzt „Drohne“). Es ist hierbei allerdings hervorzuheben, dass anstelle der (Flug-)Drohne oder zusätzlich zu dieser, je nach Beschaffenheit des Untergrundes des Anlagengeländes, auch ein bodengebundenes autonomes Fahrzeug vorgesehen sein kann.
Die hier nicht gezeigte Drohne kann das in 1 gezeigte Anlagengelände auf dem durch die Strichelung 175 eingegrenzten Raumbereich in der Weise überfliegen, Dass der Raumbereich 175 bei einem Vorschub 145 der Anlage entsprechend „mitwandert“, damit das sich so ständig erweiternde Anlagengelände sowie die dort befindlichen Abbau- und Fördergeräte fortwährend von der drohen sensorisch abgedeckt sind. Der gezeigte, im Wesentlichen quadratisch oder rechteckförmig ausgebildete Raumbereich 175 kann von der Drohne zeilenweise in der gezeigten X- oder Y-Richtung abgetastet bzw. gerastert werden. Alternativ kann die Drohne zunächst als besonders kritisch eingestufte bzw. priorisierte Überwachungsbereiche des Geländes anfliegen, z.B. den gezeigten Schwenkbereich des Schaufelrads 135, und erst danach die übrigen Bereiche des Geländes sensorisch abdecken.
In der zusätzlich angedeuteten, senkrecht zur Papierebene liegenden Z-Richtung kann die Drohne sich entweder in einer konstanten Flughöhe gegenüber dem Boden bewegen oder sich mittels einer Näherungssensorik, z.B. einem Radarsensor oder einem Ultraschallsensor, in einer im Wesentlichen konstanten Flughöhe gegenüber den Anlagenteilen, Geräten und auch den freien Bodenbereichen des in 1 gezeigten Anlagengeländes bewegen. In der zuletzt genannten Ausgestaltung kann somit sichergestellt werden, dass die Drohne stets einen für die an Bord der Drohne angeordnete Sensorik optimalen Abstand zu den überwachten Geländebereichen bzw. Maschinen und Geräten einhält.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Drohne in einer empirisch vorgebbaren Flughöhe in Bezug auf die X- und Y-Richtung stationär betrieben wird, d.h. nicht den zu überwachenden Flächen- bzw. Raumbereich in der X- und Y-Richtung z.B. rasterförmig überfliegen muss. Ein solcher, stationärer Betrieb bietet sich insbesondere dann an, wenn es dadurch nicht zu unerwünschten Abschattungseffekten kommt, d.h. die an der Drohne angeordnete Sensorik die zu überwachenden Bereiche jederzeit in direkter Sichtlinie erfassen kann. So kann in dem vorliegenden Szenario bei einer entsprechend ausreichenden Flughöhe der Drohne sichergestellt werden, dass es durch den Schaufelradbagger 100 und die Fördergeräte 105 - 120 nicht zu solchen Abschattungseffekten kommen kann.
Die genannte, an Bord der Drohne angeordnete Sensorik weist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine monoskopisch oder stereoskopisch erfassende Fotokamera, einen Radarsensor und/oder einen thermografischen Sensor, auf. Die Drohne übermittelt die gewonnenen Daten fortwährend drahtlos an ein bei einem möglichst zentralen Anlagenteil, und zwar vorliegend an dem Schaufelradbagger 100, angeordnetes Steuergerät 103. Das Steuergerät 103 wertet die empfangenen Bilddaten und Sensordaten in Echtzeit aus und ermittelt daraus automatisch, und zwar in der nachfolgend noch detaillierter beschriebenen Weise, innerhalb des Anlagengeländes sich aufhaltende, nicht zutrittsberechtigte Personen. Die Sensordaten umfassen von einem an der drohen angeordneten GPS-Sensor gelieferte GPS-Positionsdaten, um die bei der Erstellung der Bilddaten jeweils vorliegende Position der Drohne berücksichtigen zu können. Durch die Kombination der erfassten Bilddaten und der jeweils vorliegenden Drohnenpositionen wird in an sich bekannter Weise anhand einer trigonometrischen Berechnung die genaue Position eines erfassten Objekts, insbesondere einer Person, ermittelt.
Um zutrittsberechtigte von nicht zutrittsberechtigten Personen zuverlässig unterscheiden zu können, ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner vorgesehen, dass alle zu Personen mit einer Zutrittsberechtigung ein elektronisches Kennzeichen („tag“) mit sich führen. Dabei werden die mit der Drohne ermittelten Positionsdaten eines Objektes mit von einem lokalen bzw. stationären Positionierungssystem bereitgestellten Positionsdaten abgeglichen. Das lokale Positionierungssystem ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in dem Steuergerät 103 eingerichtet und weist vorliegend drei auf dem Anlagengelände stationär angeordnete Sende-/Empfangsantennen 180, 185, 190 auf, welche mit den jeweiligen elektronischen Kennzeichen drahtlos kommunizieren. Die Positionsbestimmung einer Person erfolgt mittels der Antennen 180 - 190 in an sich bekannter Weise entweder durch (trigonometrische) Trilateration basierend auf der Vermessung dreier Winkel oder durch Trilateration, welche auf Entfernungs- bzw. Abstandsmessungen zu drei Punkten beruht. Durch den genannten Abgleich der beiden Informationen können dann Personen erfasst bzw. ermittelt werden, die nicht befugt sind, das Anlagengelände zu betreten.
Die erfindungsgemäße Einrichtung bzw. Steuereinrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren zur automatisierten Überwachung der Zugangsberechtigung von auf einem in 1 gezeigten Anlagengelände werden nachfolgend an zwei Ausführungsbeispielen beschrieben. Es ist allerdings anzumerken, dass das Verfahren und die Einrichtung auch bei anderen Industrieanlagen, welche entweder (räumlich) relativ weitläufige Anlagen- bzw. Geländeteile aufweisen, entsprechend eingesetzt werden können.
Die 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Einrichtung anhand eines kombinierten Block-/Flussdiagramms. Das gezeigte Verfahren basiert in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einem Fluggerät 200, z.B. einer Flugdrohne, welche die jeweils zu überwachende Industrieanlage, z.B. eine in 1 gezeigte Erzgewinnungsanlage, in der vorbeschriebenen Weise ständig überfliegt oder an einem geeigneten X/Y-Ort in einer vorgegebenen Flughöhe stationär gehalten wird.
Das Fluggerät 200 weist eine aus zwei physikalisch unterschiedlich erfassenden Sensoren, und zwar in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einer optischen Kamera und einem Infrarotsender/-empfänger, gebildete Sensorik 205 auf. Mittels der beiden unterschiedlichen Sensoren wird insbesondere sowohl eine Maschinenzustandsüberwachung als auch eine Prozessüberwachung der Anlage ermöglicht. Die von den beiden Sensoren gelieferten Daten werden mittels eines ersten Funkmoduls 210 an die Anlage übertragen 218.
Bei einem nicht stationären Betrieb des Fluggerätes 200 ist an dem Fluggerät zusätzlich ein GPS-Sensor 215 angeordnet. Bei einem genannten Betrieb des Fluggerätes 200 mit variierender Flughöhe ist an dem Fluggerät zudem ein (nicht gezeigter) Näherungssensor vorgesehen.
In einem bodennahen Bereich der Anlage ist eine Maschinensteuerung (siehe z.B. 1, Bezugszeichen 103) angeordnet. Diese umfasst in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein zweites Funkmodul 220, welches sich im Betrieb des Fluggerätes 200 in einer ständigen Kommunikationsverbindung mit dem ersten Funkmodul befindet. Das zweite Funkmodul 220 empfängt zudem von den vorliegend drei Antennen 180 - 190 eines stationären Positionierungssystems drahtlos übertragene Daten.
Die von dem zweiten Funkmodul 220 von dem Fluggerät 200 und von den Antennen 180 - 190 empfangenen Daten 219 werden mittels einer vorliegend in der Maschinensteuerung implementierten Datenverarbeitungseinrichtung 225 ausgewertet. Dabei wird anhand der von dem Fluggerät 200 sensorisch erfassten Bilddaten zunächst eine Personenerkennung 230 durchgeführt, um auf dem Anlagengelände etwa befindliche Personen von anderen Objekten, z.B. den 1 gezeigten Findling 125, oder anderen (Arbeits-)Geräten bzw. Maschinen, einer örtlichen, topografischen Erhebung bzw. Struktur oder einem Vegetationsobjekt sicher unterscheiden zu können.
Nach erfolgter Erkennung einer Person wird zusätzlich anhand der per GPS erfassten Positionsdaten des Fluggerätes 200 mittels Trigonometrie die genaue Position der jeweils erfassten Person ermittelt 235. Die so ermittelten Positionsdaten werden mit von einem lokalen bzw. stationären Positionierungssystem bereitgestellten Positionsdaten abgeglichen 240. Zusätzlich wird mittels des stationären Positionierungssystems ermittelt 245, ob die jeweils erfasste Person anhand eines mitgeführten „tags“ als autorisiert bzw. zutrittsberechtigt erkannt wurde.
Durch das Zusammenführen der seitens des Fluggerätes und des stationären Positionierungssystems gewonnenen Daten, einschließlich des genannten Abgleichs, können für einen Zutritt zu dem Gelände nicht befugte Personen zuverlässig erfasst bzw. ermittelt werden.
In der 3 ist ein noch eingehender beschriebenes, zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Einrichtung wiederum anhand eines kombinierten Block-/Flussdiagramms dargestellt. Auch hier wird angenommen, dass ein hier betroffenes Fluggerät 300 eine Erzgewinnungsanlage fortwährend überfliegt bzw. an einem geeigneten X/Y-Ort in einer vorgegebenen Flughöhe stationär gehalten wird.
Die Sensorik des Fluggerätes 300 umfasst auch hier wenigstens zwei Sensoren, und zwar vorliegend eine Fotokamera 305 und einen GPS-Sensor 310. Zusätzlich ist ein in dem Steuergerät 103 eingerichtetes, stationäres Positionierungssystem 315 mit einer beschriebenen „tag“-Erkennung vorgesehen.
Auf der Grundlage der von dem Fluggerät 300 übertragenen ersten Bilddaten 322 wird mittels eines künstlichen neuronalen Netzes (KNN) 325 eine Personenerfassung bzw. Personenerkennung durchgeführt. Dabei werden Personen aus bzw. in einer Vielzahl von auf dem überwachten Gelände vorhandenen Objekten, z.B. Maschinenteilen, Geräten, Bäumen, Sträuchern, Findlingen oder dergleichen, erkannt. Die vorliegenden Bilddaten 322, welche sich vorliegend im Wesentlichen an der in 1 gezeigten Betriebssituation orientieren, werden vor der Personenerfassung justiert bzw. normiert, um z.B. etwaige fotografisch bedingte Verkippungen und/oder Verzerrungen von nachfolgend aufgenommenen Fotografien relativ zueinander auszugleichen. Dadurch ist es möglich, mittels des KNN 325 möglichst übereinstimmende Bildausschnitte auszuwerten, um z.B. Personen durch eine vergleichende Bildanalyse erfassen zu können. Bei der Justierung bzw. Normierung können die vorliegenden Bilddaten zusätzlich mit Koordinaten versehen werden, um aus diesen die örtliche Position erfasster Personen einfach bestimmen zu können.
Hierbei ist anzumerken, dass die genannte Normierung der Bilddaten dadurch erheblich vereinfacht werden kann, dass das Fluggerät 300 entweder jeweils ein im Wesentlichen übereinstimmendes Anlagengelände abfliegt oder in der genannten Weise stationär betrieben wird. Dadurch liegen bereits im Wesentlichen übereinstimmende Bildausschnitte vor.
Die vergleichende Bildanalyse kann alternativ oder zusätzlich auf der Grundlage von Referenzbildern erfolgen, wobei als Referenzfotografien des hier betroffenen Anlagenteils bzw. des entsprechenden Geländes herangezogen werden, welche z.B. in einer anfänglichen Betriebssituation, d.h. noch ohne auf dem Gelände befindliche Personen, mittels des Fluggerätes 300 aufgenommen wurden.
Die Personenerkennung erfolgt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sowohl anhand einer genannten, vergleichenden Bildanalyse als auch mittels Erkennung von typischen, bei Personen aus der Sicht von oben bzw. schräg oben sich ergebenden strukturellen Merkmalen. Als Strukturmerkmal bei der Sicht im Wesentlichen von zentral oben kann dabei das typische, im Wesentlichen symmetrische Erscheinungsbild von Personen mit zentralem Kopf und den beiden seitlichen Schultern dienen. Als Strukturmerkmal bei der Sicht von schräg oben kann dabei das typische, der mit Kopf, Oberkörper und den Beinen sich ergebenden im Wesentlichen länglichen bzw. vertikalen Silhouette von Personen herangezogen werden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das KNN 325 mit genannten Strukturmerkmalen antrainiert, und zwar anhand von beispielhaften Fotografien, in denen Personen bevorzugt in unterschiedlichen Posen dargestellt sind. Zudem sind bevorzugt Personen sowohl aus der Sicht von oben als auch aus der Sicht von schräg oben, wenn möglich unter verschiedenen Betrachtungswinkeln, dargestellt.
Es ist anzumerken, dass beim Antrainieren im Falle eines in der Mitte des Geländes stationär betriebenen Fluggerätes zusätzlich zu berücksichtigen ist, dass die jeweilige Sichtlinie auf eine Person von der jeweiligen Position der Person auf dem erfassten Bildausschnitt abhängt. So sind in einem zentralen Bereich des gesamten Bildausschnitts befindliche Personen im Wesentlichen von oben sichtbar und weiter außen befindliche Personen von schräg oben.
Am Ausgang des KNN 325 liegen in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dann zweite Bilddaten 330 vor, in denen die Positionen von den vorliegend erfassten vier Personen markiert sind, und zwar vorliegend durch entsprechende Kreuze (,X'). Bei der Berechnung 335 entsprechender, geografischer Positionsdaten für die jeweils erfassten Personen werden die von dem GPS-Sensor 310 des Fluggerätes 300 bereitgestellten GPS-Daten 340 zugrunde gelegt. Zusätzlich werden die von dem stationären Positionierungssystem 315 bereitgestellten Daten 350 in Verarbeitungsschritt 345 verarbeitet, um mittels der somit vorliegenden „tag“-Daten für die jeweils erfassten Personen deren jeweilige Zutrittsberechtigung zu dem überwachten Gelände festzustellen. So ergeben sich in dem vorliegenden Szenario dritte Bilddaten 355, in denen drei 360 der vier erfassten Personen einen „tag“ mit sich führen und somit als zutrittsberechtigt erkannt werden und nur die vierte Person 365 keinen „tag“ mit sich führt und somit als offenbar nicht zutrittsberechtigt erkannt wird.
Es ist hierbei anzumerken, dass die in 3 gezeigten Bilddaten nur beispielhaft sind bzw. zu Illustrationszwecken dienen und die beschriebenen Datenverarbeitungsschritte auch an rein numerischen bzw. alphanumerischen Daten durchgeführt werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2018/0217591 A1 [0003]
WO 2016/209504 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur automatisierbaren Personenzugangskontrolle zu einem Anlagengelände (175), auf dem sich wenigstens ein Anlagenteil (100, 105 - 120) befindet, wobei ein stationäres Positionierungssystem (180, 185, 190) zum berührungslosen Lokalisieren und Identifizieren von Personen mittels von den Personen mitgeführter elektronischer Kennzeichen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein autonomes, unbemanntes Fahrzeug (200), insbesondere ein Fluggerät, mit wenigstens einer bildgebenden Sensorik (205) vorgesehen ist, mittels dessen Bilddaten (218) des Anlagengeländes (175) sensorisch erfassbar sind, wobei erfasste Bilddaten (218) ausgewertet werden, um auf dem Anlagengelände (175) befindliche Personen (124, 126, 127, 128) zu erkennen, dass das wenigstens eine autonome Fahrzeug (200) eine GPS-Sensorik (215) zur Erfassung einer jeweiligen, geografischen Position des autonomen Fahrzeugs (200) aufweist, um anhand der übertragenen Bilddaten (218) und der erfassten geografischen Position des autonomen Fahrzeugs (200) die Positionen von erkannten Personen (124, 126, 127, 128) auf dem Anlagengelände (175) zu ermitteln, und dass durch einen Vergleich von durch das stationäre Positionierungssystem (180, 185, 190) bereitgestellten Daten und den von dem mittels des autonomen Fahrzeugs (200) ermittelten Positionsdaten von erkannten Personen (124, 126, 127, 128) zwischen befugten Personen (360) und nicht befugten Personen (365) unterschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der mittels des autonomen Fahrzeugs (200) sensorisch erfassten Bilddaten (218) und anhand der jeweils erfassten geografischen Position des autonomen Fahrzeugs (200) durch trigonometrische Berechnung die genaue Position eines erfassten Objekts, insbesondere einer Person (124, 126, 127, 128), auf dem Anlagengelände (175) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass erfasste Bilddaten (218) drahtlos an eine stationäre Steuereinheit (103) übertragen werden, um durch Auswerten (325, 335) der erfassten Bilddaten (218, 322) auf dem Anlagengelände (175) befindliche Personen (124, 126, 127, 128) zu erkennen.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Bilddaten (218, 322) vor der Personenerkennung normiert werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Bilddaten (218, 322) anhand von Referenzbildern ausgewertet werden (325, 335).
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung (325, 335) der Bilddaten (218, 322) jeweilige, perspektivische Sichtlinien auf erfasste Objekte berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung (325, 335) der erfassten Bilddaten (218, 322) mittels eines künstlichen neuronalen Netzwerks (325) erfolgt, wobei das Netzwerk (325) mit beispielhaften Strukturmerkmalen von Personen antrainiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturmerkmale in unterschiedlichen Posen und/oder unter verschiedenen Betrachtungswinkeln bildtechnisch erfasste Darstellungen von Personen umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der erfassten Bilddaten (218, 322) auf dem Anlagengelände (175) befindliche Personen (124, 126, 127, 128) erkannt werden, dass anhand der bei der Erfassung der Bilddaten (218, 322) vorliegenden geografischen Position des autonomen Fahrzeugs (200) die jeweiligen Positionen der erkannten Personen (124, 126, 127, 128) auf dem Anlagengelände (175) ermittelt werden, dass die von dem stationären Positionierungssystem (315) bereitgestellten Positionsdaten (350) mit den jeweiligen Positionen der sensorisch erkannten Personen (124, 126, 127, 128) verglichen werden (345), und dass als Ergebnis der Vergleichs (345) auf die Zutrittsberechtigung einer jeweiligen, sensorisch erkannten Person (124, 126, 127, 128) geschlossen wird.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen
Einrichtung zur automatischen Personenzugangskontrolle zu einem Anlagengelände (175), auf dem sich wenigstens ein Anlagenteil (100, 105 - 120) befindet, wobei ein stationäres Positionierungssystem (180, 185, 190) zum berührungslosen Lokalisieren und Identifizieren von Personen (124, 126, 127, 128) mittels von den Personen mitgeführter elektronischer Kennzeichen vorgesehen ist, gekennzeichnet durch wenigstens ein autonomes, unbemanntes Fahrzeug (200), insbesondere ein Fluggerät, mit wenigstens einer bildgebenden Sensorik (205), mittels dessen das Anlagengelände (175) sensorisch erfassbar ist, an dem autonomen Fahrzeug (200) angeordnete Datenübertragungsmittel (210) zur drahtlosen Übertragung erfasster Bilddaten (218) an eine stationäre Steuereinheit (103), in der stationären Steuereinheit (103) vorgesehene Datenverarbeitungsmittel zur Auswertung der erfassten Bilddaten (218), um auf dem Anlagengelände (175) befindliche Personen zu erkennen, eine an dem autonomen Fahrzeug (200) vorgesehene GPS-Sensorik (215) zur Erfassung einer jeweiligen, geografischen Position des autonomen Fahrzeugs (200), um anhand der übertragenen Bilddaten (218) und der erfassten geografischen Position des autonomen Fahrzeugs (200) die Positionen von erkannten Personen auf dem Anlagengelände (175) zu ermitteln, wobei die in der stationären Steuereinheit (103) vorgesehenen Datenverarbeitungsmittel (225) so eingerichtet sind, dass durch einen Vergleich von durch das stationäre Positionierungssystem (180, 185, 190) bereitgestellten Daten und den von dem mittels des autonomen Fahrzeugs (200) ermittelten Positionsdaten von erkannten Personen zwischen befugten und nicht befugten Personen unterschieden werden kann.
Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei autonome, unbemannte Fahrzeuge (200) vorgesehen sind, wobei mögliche Ruhe- oder Ausfallzeiten eines der wenigstens zwei unbemannten Fahrzeuge von einem anderen unbemannten Fahrzeug überbrückt werden.
Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine, autonome Fahrzeug (200) einen vorgebbaren, zu überwachenden Bereich des Anlagengeländes (175) rasterförmig zyklisch abfährt bzw. überfliegt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das autonome Fahrzeug (200) als autonomes Fluggerät ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine, autonome Fluggerät (200) mittels einer Näherungssensorik in einer im Wesentlichen konstanten Flughöhe gegenüber den Anlagenteilen (100, 105 - 120) des Anlagengeländes (175) und dem Boden bewegt wird.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das unbemannte Fahrzeug (200) als Fluggerät ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine, autonome Fluggerät (200) in einer empirisch vorgebbaren Flughöhe stationär betrieben wird, wobei die Sensorik (205) an dem Fluggerät (200) motorisch beweglich betrieben wird, um den zu überwachenden Bereich des Anlagengeländes (175) sensorisch rasterförmig abzudecken.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die der stationären Steuereinheit (103) ein lernfähiges künstliches neuronales Netzwerk (325) aufweist, mittels dessen die sensorische Erkennung einer Person (124, 126, 127, 128) anhand der Bilddaten (218) erfolgt.