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Stand der Technik
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Es wird ein Verfahren zur Überwachung eines Baustellenbereichs mit den Merkmalen des Oberbegriffs nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Ferner betrifft die Erfindung ein Überwachungssystem, ein Computerprogramm und ein Speichermedium.
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Baustellen können gefährliche Situationen hervorbringen, insbesondere, wenn nicht alle Beteiligten über die wichtigsten Informationen verfügen. Immer häufiger werden automatisierte Systeme, wie autonome, teilautonome oder ferngesteuerte Bau- und Arbeitsmaschinen, eingesetzt, welche festgelegte Aufgaben selbstständig umsetzen. Aufgrund von Arbeitsprozessen die oftmals parallel ablaufen, ergeben sich zeitlich laufend veränderte Arbeitsbedingungen im Umfeld der Baustelle, was auch zu Unfällen zwischen den Systemen und Menschen bzw. den Systemen untereinander führen kann. Die Verwaltung und Überwachung der gesamten Baustelle kann somit eine Herausforderung darstellen.
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Die Druckschrift
DE 10 2018 208 642 A1 offenbart beispielsweise ein Verfahren zur automatisierten Steuerung eines Baggers mit einer Baggerschaufel, die über einen Arm beweglich mit dem Bagger verbunden ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Zu Beginn wird eine semantische Karte mit den Koordinaten eines zu verändernden Untergrunds für den Bagger und eine Materialbearbeitungstrajektorie für den Bagger bereitgestellt. Die Materialbearbeitungstrajektorie wird aus der semantischen Karte ermittelt und umfasst einen Startpunkt und eine Richtung zur Bearbeitung des Untergrunds durch die Baggerschaufel. Dann wird der Startpunkt angefahren. Im Anschluss erfolgen ein Berechnen einer Bewegungstrajektorie abhängig vom Startpunkt mittels der semantischen Karte und ein Berechnen einer Baggerschaufeltrajektorie mittels der semantischen Karte. Schließlich wird ein Arbeitsschritt gemäß der Materialbearbeitungstrajektorie, der Bewegungstrajektorie und der Baggerschaufeltrajektorie ausgeführt und letztlich die semantische Karte aktualisiert.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Überwachungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10, ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 14 sowie ein Speichermedium mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Weitere Vorteile, Wirkungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es wird ein Verfahren zur Überwachung eines Baustellenbereichs vorgeschlagen. Der Baustellenbereich kann dabei als ein abgeschlossener Bereich, insbesondere außerhalb des Straßenverkehrs, verstanden werden. Vorzugsweise ist Baustellenbereich ein baugewerblich, landwirtschaftlich, bergbaulich und/oder forstwirtschaftlich genutzter Bereich. Im Speziellen wird in dem Baustellenbereich ein Bauwerk errichtet, umgebaut oder abgerissen.
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Der Baustellenbereich umfasst mindestens oder genau ein Baustellenmaterial und mindestens oder genau ein Baustellenfahrzeug zur Bewegung des Baustellenmaterials innerhalb des Baustellenbereichs. Insbesondere weist der Baustellenbereich mindestens eine Fläche für das Bauwerk und mindestens eine bauzeitlich genutzte Fläche für sämtliche Baustelleneinrichtungen, wie insbesondere das Baustellenmaterial sowie das mindestens eine Baustellenfahrzeug, auf. Insbesondere wird das Baustellenmaterial innerhalb des Baustellenbereichs durch das mindestens eine Baustellenfahrzeug aufgenommen, transportiert, abgeladen, verarbeitet und/oder bearbeitet.
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Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
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In einem ersten Verfahrensschritt wird eine semantische Karte des Baustellenbereichs bereitgestellt. Eine semantische Karte stellt dabei eine metrische Karte dar, bei der für jedes der Objekte des Baustellenbereichs mindestens eine Objektinformation des entsprechenden Objekts enthalten ist. Als Objekte des Baustellenbereichs sind dabei sämtliche Objekte, wie z.B. selbst bewegliche Objekte, wie Baustellenfahrzeuge und Personen, bewegbare Objekte, wie Baustellenmaterial, sowie fest definierte Objekte, wie Gräben, Gruben, Mauern und Gebäude, zu verstehen. Vorzugsweise umfassen die Objektinformationen neben geometrischen Informationen auch semantische Bezeichnungen für sämtliche Objekte des Baustellenbereichs. Vorzugsweise werden die geometrischen Informationen und/oder semantischen Bezeichnungen in der Karte strukturiert gesammelt, konsolidiert, ausgewertet und dargestellt.
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Alternativ oder optional ergänzend wird in dem ersten Verfahrensschritt eine Objektliste von Objekten des Baustellenbereichs bereitgestellt. Insbesondere sind Objektlisten als Datenstrukturen zu verstehen, die Objekte und deren Objektinformationen enthalten. Besonders bevorzugt erfolgt eine Übernahme der Objekte und/oder Objektinformationen aus den Objektlisten in die Karte. Bevorzugt sind den Objekten der Objektliste als Objektinformation generische Attribute zugeordnet. Die Zuordnung der Attribute kann manuell aber auch automatisch erfolgen. Dabei werden die Objektinformationen, insbesondere Ort und Attribute, des jeweiligen Objekts regelmäßig einem Update unterzogen und/oder neue Objekte erkannt und der Objektliste hinzugefügt.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein Unfalldatensatz betreffend eine zulässige und/oder nicht-zulässige Kollision des Baustellenfahrzeugs und/oder des Baustellenmaterials mit einem oder mehreren Umgebungsobjekten bereitgestellt. Insbesondere basiert der Unfalldatensatz auf historischen und/oder simulierten Daten, welche kritische Szenarien und Unfälle beschreiben die sich auf Baustellen ereigneten bzw. ereignen können.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird eine Ist-Situation des Baustellenfahrzeugs und/oder des Baustellenmaterials überwacht. Insbesondere basiert die Überwachung der Ist-Situation auf einer Auswertung der Objektinformationen, insbesondere einer Pose, Position, Eigenschaft und/oder Zustand, der Objekte des Baustellenbereichs. Bevorzugt können die aktuellen Objektinformationen signaltechnisch und/oder bildtechnisch mittels ein oder mehrerer in dem Baustellbereich angeordneter Erfassungseinheiten in Echtzeit erfasst, wobei die aktuellen Objektinformationen in der Objektliste verwaltet und/oder in der Karte aktualisiert werden. Im Speziellen werden die Objekte in dem Baustellenbereich verfolgt und/oder getrackt, wobei entsprechende Pfade der Objekte als weitere Objektinformationen in der Objektliste verwaltet und/oder in der Karte aktualisiert werden. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass Objekte, welche entdeckt jedoch nicht identifiziert werden können, als unbekannte Objekte in der Objektliste und/oder der Karte eingetragen sind.
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Anschließend wird in einem nächsten Verfahrensschritt eine Situationsanalyse der Ist-Situation durchgeführt. Bevorzugt wird die Situationsanalyse bei einer Bewegung des Baustellenmaterials durch das mindestens eine Baustellenfahrzeug durchgeführt. Insbesondere dient die Situationsanalyse zur Ermittlung potenziell gefährlicher Konstellationen zwischen den einzelnen Objekten des Baustellenbereichs. Dabei wird die Ist-Situation auf Basis der semantischen Karte und/oder der Objektliste mit dem Unfalldatensatz verglichen und eine Gefahrensituation auf Basis des Vergleichs erkannt. Insbesondere wird basierend auf dem Vergleich ein Maß für die Kritikalität der Gefahrensituation ermittelt. Prinzipiell kann die semantische Karte direkt zur Auswertung der Ist-Situation genutzt werden, wenn die Rechenkapazitäten ausreichen. Alternativ oder optional ergänzend kann die Objektliste zur Auswertung der Ist-Situation genutzt werden, um, insbesondere bei geringen Rechenkapazitäten, eine einfachere und schnellere Auswertung der Ist-Situation umzusetzen.
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Es wird somit ein Verfahren vorgeschlagen, welches dazu dient die Sicherheit von Baustellen zu erhöhen. Insbesondere werden Gefahrensituationen anhand bekannter Daten erkannt, sodass Unfälle aufgrund eines Arbeitsprozesses frühzeitig vorhergesagt und vermieden werden können. Des Weiteren kann bei einer direkten Auswertung der Ist-Situationen auf Basis der Objektlisten eine sehr schnelle Ermittlung von potentiellen Konflikten umgesetzt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Ist-Situation zum einen zur Kontrolle des Risikos für sämtliche Baustellenteilnehmer und zum anderen jedoch auch zur Optimierung von Arbeitsprozessen der Baustelle in Echtzeit genutzt werden kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf Basis der Gefahrensituation eine Sicherheitsmaßnahme für das mindestens eine Baustellenfahrzeug und/oder das mindestens eine Umgebungsobjekt geplant wird, wenn eine nicht-zulässige Kollision wahrscheinlich und/oder absehbar ist. Bevorzugt wird die Sicherheitsmaßnahme eingeleitet, wenn die Wahrscheinlichkeit einer nicht-zulässigen Kollision ein kritisches Maß überschreitet. Die Sicherheitsmaßnahme kann situationsabhängig aus der Ist-Situation und/oder dem Unfalldatensatz abgleitet und implementiert werden. Es wird somit ein Verfahren vorgeschlagen, welches zur Steigerung der Sicherheit in dem Baustellenbereich eine entsprechende Sicherheitsmaßnahme bei einer kritischen Gefahrensituation einleitet.
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In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass als Sicherheitsmaßnahme eine Aktion für das Baustellenfahrzeug und/oder das Umgebungsobjekt geplant und/oder koordiniert wird. Insbesondere wird auf Basis der Aktion ein Missionsstopp und/oder eine Missionsänderung für das Baustellenfahrzeug eingeleitet. Bevorzugt umfasst die Mission Informationen über die aktuelle Aufgabe des Baustellenfahrzeugs, wobei durch die Beziehung zwischen den einzelnen Objekten sichergestellt werden kann, dass deren Mission korrekt ist. Bevorzug kann auf Basis der Karte und/oder Objektlisten sowie der durch die mindestens eine Erfassungseinheit erfassten Objektinformationen eine Manöverplanung und/oder ein Notmanöver als Missionsänderung geplant werden, um drohende Konflikte bzw. nicht-zulässige Kollisionen zu vermeiden. Alternativ oder optional ergänzend kann als Aktion eine Meldung an einen Operator des Baustellenfahrzeugs zur Durchführung der Aktion ausgeben werden. Es können somit die Bewegungen im Baubetrieb zwischen Umgebungsobjekten und Baustellenfahrzeugen sowie dem Baustellenmaterial überwacht und gegebenenfalls Maßnahmen eingeleitet werden, sofern eine Gefahrensituation absehbar oder als wahrscheinlich eingestuft wird.
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In einer alternativen oder optional ergänzenden Umsetzung ist vorgesehen, dass als Sicherheitsmaßnahme eine Meldung an mindestens ein Objekt des Baustellenbereichs ausgegeben und/oder anzeigt wird. Insbesondere kann die Meldung als eine optische und/oder akustische Warnmeldung an das mindestens eine Objekt ausgegeben bzw. angezeigt werden. Im Speziellen kann die Meldung an ein tragbares Endgerät von ein oder mehreren potenziell betroffenen Personen und/oder ein Display/Head Unit von ein oder mehreren potenziell betroffenen Baustellenfahrzeugen angezeigt bzw. ausgegeben werden. Bevorzugt wird die Meldung über eine Anzeigeeinrichtung in Form einer Nachricht und/oder einer Symbolik angezeigt. Bevorzugt dient die Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der semantischen Karte, wobei die Meldung durch eine entsprechende Anzeige in der Karte umgesetzt ist. Durch die Meldung wird sichergestellt, dass die die relevanten Informationen schnell erfasst werden können und ergänzend zu der Aktion eine weitere Sicherheitsmaßnahme vorgeschlagen wird.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest dem mindestens einen Baustellenfahrzeug eine Beziehung zu dem Baustellenmaterial und/oder mindestens einem Umgebungsobjekt zugeordnet wird, wobei die Beziehung bei der Situationsanalyse berücksichtigt wird. Prinzipiell kann zumindest dem einen Baustellenfahrzeug selbst oder seinen hinterlegten Attributen eine Beziehung zu dem Baustellenmaterial bzw. dem mindestens einen Umgebungsobjekt zugeordnet werden. Bevorzugt jedoch wird jedem der Objekte in dem Baustellenbereich bzw. deren hinterlegten Attributen, eine entsprechende Beziehung zu den anderen Objekten in dem Baustellenbereich zugeordnet. Durch das Festlegen von Beziehungen wird sichergestellt, dass unterschiedliche Objekte nicht miteinander kollidieren bzw. nur erlaubte Missionen durch das Baustellenfahrzeug durchgeführt werden.
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In einer weiteren konkreten Realisierung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Umgebungsobjekt eine Person ist. Insbesondere ist die Person mit einem mobilen Endgerät ausgestattet, welches aktuelle Objektinformationen der Person bereitstellt. Alternativ oder optional ergänzend ist vorgesehen, dass das Baustellenfahrzeug als ein automatisiertes und/oder autonomes Baustellenfahrzeug ausgebildet ist. Insbesondere ist das Baustellenfahrzeug ausgebildet, seine aktuelle Objektinformation bereitzustellen. Bevorzug ist vorgesehen, dass eine Aktion des Baustellenfahrzeugs und/oder eine Meldung an das Baustellenfahrzeug und oder die Person über die Karte koordiniert und geplant werden kann.
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In einer weiteren konkreten Ausführung ist vorgesehen, dass die nicht-zulässige Kollision eine direkte oder indirekte Kollision des Baustellenfahrzeugs und/oder des Baustellenmaterials mit dem mindestens einem Umgebungsobjekt betrifft. Insbesondere ist unter einer direkten Kollision, eine Kollision zu verstehen, welche direkt zwischen dem Baustellenfahrzeug und zumindest einem unmittelbar betroffenen Umgebungsobjekt auftreten kann. Insbesondere ist unter einer indirekten Kollision, eine Kollision zu verstehen, welche beim Bewegen des Baustellenmaterials mit ein oder mehreren der Umgebungsobjekte, insbesondere der Person, und/oder infolge eines durchzuführenden Arbeitsprozesses mittelbar auftreten kann. Bevorzugt wird in Abhängigkeit der Gefahrensituation eine Aktion für das Baustellenfahrzeug und/oder eine Transportplanung für das Baustellenmaterial in dem Baustellenbereich durchgeführt, sodass sowohl direkte Kollisionen als auch indirekte Kollisionen vermieden werden.
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In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass beim Erkennen einer Gefahrensituation eine Risikobewertung der Gefahrensituation durchgeführt wird. Insbesondere wird im Rahmen der Risikobewertung ein Kollisionsrisiko berechnet und mit vorgegebenen Schwellenwerte verglichen, wobei bei einer Überschreitung des Schwellenwertes eine entsprechende Sicherheitsmaßnahme eingeleitet wird. Das Kollisionsrisiko basiert vorzugsweise auf einer Verknüpfung von Schwere einer Situation und Auftretenswahrscheinlichkeit. Die Schwere kann aus den Objektinformationen, insbesondere aus kinematischen, mechanischen und/oder biomechanischen Attributen, der potentiell beteiligten Objekte ermittelt werden. Die Auftretenswahrscheinlichkeit kann aus der aktuellen Ist-Situation, insbesondere der Mission, der Position und/oder Geschwindigkeit, der potentiell beteiligten Objekte ermittelt werden.
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Gemäß dieser Konkretisierung wird eine Bewegung des Baustellenmaterials in Abhängigkeit der Risikobewertung angepasst und/oder koordiniert. Insbesondere wird in Abhängigkeit der Risikobewertung eine risikoarme Sicherheitsmaßnahme für das Baustellenfahrzeug und/oder das betroffene Umgebungsobjekt geplant und eingeleitet. Optional ergänzend kann auch ein EDR (Event Data Recorder) Modus genutzt werden, der kritische Gefahrensituationen aufzeichnet und zur Verbesserung der Risikobewertung beiträgt. Insbesondere können durch eine Risikobewertung potentielle Konflikte abgewägt und entsprechend geeignete Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass für jedes der Objekte des Baustellenbereiches eine dynamisch anpassbare Zugangszone in dem Baustellenbereich definiert wird, wobei jedem der Objekte ein entsprechendes Zugangsrecht für die zugewiesene Zugangszone erteilt wird. Insbesondere erhalten ausschließlich Objekte mit entsprechenden Zugangsrechten einen Zutritt in die entsprechenden Zugangszonen. Damit wird sichergestellt, dass sich nur für den derzeit notwendigen Arbeitsprozess die jeweils relevanten Beteiligten in der Zugangszone aufhalten. Vorzugsweise können neben den Zugangszonen ebenfalls Sicherheitszonen definiert werden, welche Gebiete mit hohen Kollisionsrisiken der sich darin bewegenden und/oder befindlichen Objekte kennzeichnen. Bevorzugt werden die Zugangszonen und ggf. die Sicherheitszonen als virtuelle Zonen in der Karte eingetragen. Insbesondere gelten für jede der Zugangszone und/oder Sicherheitszone gewisse Regeln und Rechte für die einzelnen Objekte. Dabei können innerhalb der einzelnen Zonen bestimmte Aktionen für die jeweiligen Objekte zugelassen oder nicht zugelassen sein. Im Speziellen werden den Zonen Attribute, wie „kritisch - nicht befahrbar“ oder „eingeschränkt befahrbar“ oder „befahrbar und vorsichtig“ zugewiesen. Durch die Definition von Zugangs- und Sicherheitszonen, kann das Risiko von nicht-zugelassenen Kollisionen weiter reduziert werden.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Überwachungssystem zur Überwachung des Baustellenbereichs. Insbesondere ist das Überwachungssystem zur Durchführung des Verfahren, wie bereits zuvor beschrieben, ausgebildet und/oder geeignet.
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Das Überwachungssystem weist dabei eine Recheneinheit auf. Insbesondere hat die Recheneinheit die Funktion, die Objekte in dem Baustellenbereich, insbesondere die Baustellenfahrzeuge, zu koordinieren und/oder zu steuern.
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Hierzu ist der Recheneinheit die semantische Karte und/oder die Objektliste sowie der Unfalldatensatz bereitgestellt. Die Recheneinheit kann als eine zentrale und/oder stationäre Recheneinheit, wie z.B. ein Baustellencomputer, ausgebildet sein. Alternativ kann die Recheneinheit oder optional ergänzend eine weitere Recheneinheit in dem mindestens einem Baustellenfahrzeug angeordnet sein. Alternativ kann die Recheneinheit jedoch auch eine externe Recheneinheit, insbesondere eine cloudbasierte Recheneinheit, sein.
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Die Recheneinheit weist ein Korrelationsmodul auf, welches zur Ermittlung der Ist-Situation des Baustellenfahrzeugs und/oder des Baustellenmaterials auf Basis der semantischen Karte und/oder Objektliste ausgebildet und/oder geeignet ist. Die semantische Karte und/oder die Objektliste ist vorzugsweise auf dem Korrelationsmodul gespeichert und wird laufend aktualisiert. Bevorzugt ist das Korrelationsmodul dazu ausgebildet, basierend auf ein oder mehreren Objektinformationen eine aktuelle Ist-Situation in Echtzeit zu erfassen. Insbesondere ist das Korrelationsmodul ausgebildet, die semantische Karte mit den Objekten der Baustelle, bevorzugt der Objektliste, zu korrelieren und/oder Beziehungen der einzelnen Objekte zuzuordnen. Das Korrelationsmodul kann wahlweise als ein Hardware- oder Softwaremodul ausgebildet sein.
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Des Weiteren weist die Recheneinheit ein Analysemodul aufweist, welches ausgebildet ist, die Situationsanalyse, insbesondere bei einer Bewegung des Baustellenmaterials durch das Baustellenfahrzeug, durchzuführen, indem die Ist-Situation auf Basis der semantischen Karte und/oder der Objektliste mit dem Unfalldatensatz verglichen und eine Gefahrensituation auf Basis des Vergleichs erkannt wird. Hierzu ist das Analysemodul datentechnisch mit dem Korrelationsmodul verbunden, wobei das Korrelationsmodul die Ist-Situation dem Analysemodul als Eingangsdaten bereitstellt. Das Analysemodul kann wahlweise als ein Hardware- oder Softwaremodul ausgebildet sein.
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Die Recheneinheit weist ein Bewertungsmodul auf, wobei das Bewertungsmodul ausgebildet ist, die Gefahrensituation auf Basis des Vergleichs zu bewerten. Insbesondere ist das Bewertungsmodul zur Durchführung der Risikobewertung ausgebildet und/oder geeignet. Bevorzug ist das Bewertungsmodul datentechnisch mit dem Analysemodul verbunden, wobei das Analysemodul die erkannte Gefahrensituation dem Bewertungsmodul als Eingangsdaten bereitstellt. Das Bewertungsmodul kann wahlweise als ein Hardware- oder Softwaremodul ausgebildet sein.
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In einer weiteren konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Recheneinheit ein Planungsmodul aufweist, welches ausgebildet ist, die Sicherheitsmaßnahme auf Basis der Gefahrensituation für das Baustellenfahrzeug und/oder das Umgebungsobjekt zu planen. Insbesondere wird die Sicherheitsmaßnahme durch das Planungsmodul geplant, wenn eine nicht-zulässige Kollision als wahrscheinlich bewertet wird und/oder ein Schwellenwert bei der Risikobewertung überschritten wird. Vorzugsweise ist das Planungsmodul ausgebildet, als Sicherheitsmaßnahme eine entsprechende Aktion für die potenziell beteiligten Objekte, insbesondere die Baustellenfahrzeuge, zu planen und/oder zu koordinieren und/oder eine entsprechende Meldung an die potenziell beteiligten Objekte, insbesondere die Personen, auszugeben. Hierzu ist das Planungsmodul vorzugsweise datentechnisch mit dem Bewertungsmodul verbunden, wobei das Bewertungsmodul die bewertete Gefahrensituation dem Planungsmodul als Eingangsdaten bereitstellt. Das Planungsmodul kann wahlweise als ein Hardware- oder Softwaremodul ausgebildet sein. Im Speziellen ist das Planungsmodul als ein sogenannter „Emergency-Planer“ ausgebildet. Dabei kann das Planungsmodul vorzugsweise als eine Erweiterung eines allgemeinen Missions-Planungsmoduls verstanden werden, wobei das Missions-Planungsmodul zur Planung von Missionen ausgebildet und/oder geeignet ist. In einer konkreten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Überwachungssystem mindestens eine Erfassungseinheit aufweist, welche zur signaltechnischen und/oder bildtechnischen Erfassung zumindest einer Objektinformation des Baustellenmaterials und/oder des Baustellenfahrzeugs und/oder der Person ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Erfassungseinheit kann mindesteins eine Sensorvorrichtung und/oder mindestens eine Sende- und/oder Empfangsvorrichtung aufweisen. Beispielsweise ist die mindestens eine Sensorvorrichtung als ein Kamera-, Radar-, Lidarsensor oder dergleichen ausgebildet. Beispielsweise ist die Sende- und/oder Empfangsvorrichtung als eine Antenne, ein Tracker oder dergleichen ausgebildet. Bevorzugt ist die Erfassungseinheit ausgebildet, Positionen und/oder Eigenschaften und/oder Zustände der einzelnen Objekte in dem Baustellenbereich zu erfassen. Die Erfassungseinheit kann vorzugsweise in dem Baustellenbereich ortsfest angeordnet. Alternativ kann die Erfassungseinheit oder eine weitere Erfassungseinheit durch die Person und/oder das Baustellenfahrzeug mitgeführt und/oder an diesen angeordnet sein. Bevorzugt ist die Erfassungseinheit datentechnisch mit der Recheneinheit verbunden, wobei die Erfassungseinheit ausgebildet ist, die erfassten Objektinformationen an die Recheneinheit, vorzugsweise drahtlos, zu übermitteln.
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In einer weiteren konkreten Realisierung ist vorgesehen, dass das Überwachungssystem eine Steuerungseinheit auf, welche zur Steuerung des mindestens einen Baustellenfahrzeugs ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere dient die Steuerungseinheit dazu, eine Bewegung und/oder einen Arbeitsprozess des Baustellefahrzeugs zu steuern. Bevorzugt ist die Steuerungseinheit als ein Steuergerät des Baustellenfahrzeugs ausgebildet. Dabei ist die Steuerungseinheit ausgebildet, das mindestens eine Baustellenfahrzeug in Abhängigkeit der Gefahrensituation zu steuern. Insbesondere ist die Steuerungseinheit hierzu mit dem Planungsmodul datentechnisch verbunden, wobei die Steuerungseinheit ausgebildet ist, das Baustellefahrzeug entsprechend der geplanten Sicherheitsmaßnahme anzusteuern.
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Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Computerprogramm, wobei das Computerprogramm ausgebildet ist, das Verfahren zur Überwachung des Baustellenbereichs durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner, einer Prozessoreinheit oder dem Überwachungssystem, insbesondere der Recheneinheit, ausgeführt wird.
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Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet ein Speichermedium, wobei das Speichermedium das Computerprogramm wie vorher beschrieben umfasst.
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Weitere Vorteile, Wirkungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den beigefügten Figuren und deren Beschreibung. Dabei zeigen:
- 1 eine stark schematisierte Darstellung eines Baustellenbereichs als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 den Baustellenbereich in gleicher Darstellung wie 1 als Darstellung einer semantischen Karte;
- 3 eine stark schematisierte Darstellung eines Überwachungssystems zur Überwachung des Baustellenbereichs gemäß 1;
- 4 eine stark schematisierte Darstellung einer Recheneinheit des Überwachungssystems gemäß 3;
- 5 die semantische Karte des Baustellenbereichs gemäß 2 mit unterschiedlich markierten Zonen;
- 6 eine schematische Darstellung eines Endgeräts des Überwachungssystems gemäß 3.
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1 zeigt in einer stark schematisierten Darstellung eine perspektivische Ansicht eines Baustellenbereichs 1 einer Baustelle. Der Baustellenbereich 1 kann beispielsweise in mindestens eine Fläche 2 für ein Bauwerk 3 und mindestens eine bauzeitlich genutzte Fläche 4 unterteilt sein. Beispielsweise kann das Bauwerk 3 als eine Grube ausgebildet sein.
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In dem Baustellenbereich 1 sind mehrere Objekte, insbesondere zwei Personen 5a, b, Baustellenmaterial 6a, b sowie ein Baustellenfahrzeug 7, angeordnet. Beispielsweise ist das Baustellenmaterial 6a, b durch zwei Materialhügel, wie z.B. ein Kies- oder Sandhaufen, gebildet. Die beiden Personen 5a, b sind dabei aus der Sicht des Baustellenfahrzeugs 7 durch mindestens einen der Materialhügel verdeckt. Das Baustellenfahrzeug 7 ist dabei in der Lage das Baustellenmaterial 6a, b zu bewegen und/oder zu bearbeiten Beispielsweise ist das Baustellenfahrzeug 7 als ein automatisierter oder autonomer Bagger ausgebildet.
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An den Baustellenbereich 1 grenzt ein öffentlich zugänglicher Bereich 8, wie z.B. eine Straße oder ein Fußgängerwerg, an, wobei der Baustellenbereich 1 von dem öffentlichen Bereich abgegrenzt oder abgetrennt ist.
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2 zeigt eine semantische Karte des Baustellenbereichs 1, wobei die Karte eine fusionierte und vereinfachte Repräsentation des Baustellenbereichs 1 sowie der in dem Baustellenbereich 1 befindlichen Objekte 5a, b; 6a, b; 7 ist. Die Karte enthält dabei die Objekte 5a, b; 6a, b; 7 mit deren zugehörigen Objektinformationen, wobei die Objektinformationen beispielsweise neben Eigenschaften auch feste und veränderliche Pfade, Regionen und/oder Regeln für die einzelnen Objekte 5a, b; 6a, b; 7 umfassen.
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Hierzu können die Objekte 5a, b; 6a, b; 7 sowie deren Objektinformationen signaltechnisch und/oder bildtechnisch identifiziert bzw. erfasst und in der Karte gekennzeichnet werden. Beispielsweise können die Objektinformationen aus Sensordaten von verschiedenen Sensoren erhalten werden. Die Zuordnung der Objektinformationen kann manuell aber auch automatisch erfolgen. Durch beispielsweise Bilder kombiniert mit 3D-Vermessungstechnik als Eingangswert kann über Klassifikationsalgorithmen ein Objekt konfiguriert werden und ggf. noch von einem Operator nachbearbeitet werden. Objekte, welche entdeckt, jedoch nicht identifiziert werden können, können ebenfalls als unbekanntes Objekt in die Karte eingetragen werden. Die Objekte können dabei über Tracking verfolgt werden, wobei die Objektinformationen regelmäßig einem Update unterzogen und ggf. neue Objekte hinzugefügt und in einer Objektliste aktualisiert werden. Die Objekte können dabei entsprechend aus den aktualisierten Objektlisten in die Karte übernommen werden, wobei dabei die Pfade der Objekte in der Karte aktualisiert werden.
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Wie in dem Ausführungsbeispiel gezeigt, werden auf der Karte die beiden Personen 5a, b, das Baustellenmaterial 6a, b sowie das Baustellenfahrzeug 7 automatisch, z.B. mittels Posenschätzung, oder aber vorab manuell als Objekte gekennzeichnet. Zusätzlich kann der öffentliche Bereich 8 in der Karte gekennzeichnet oder manuell eingetragen werden. Des Weiteren kann der Baustellenbereich 1 in eine feine Rasterung unterteilt werden.
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3 zeigt eine stark schematisierte Darstellung eines Überwachungssystems 9 zur Überwachung des Baustellenbereichs 1. Das Überwachungssystem 1 weist einen Baustellencomputer 10 sowie mehrere mit dem Baustellencomputer 10 datentechnisch verbundene Erfassungseinheiten 11a, b, c zur Erfassung der Objekte 5a, b; 6a, b; 7 bzw. deren zugehörigen Objektinformationen in dem Baustellenbereich 1 auf.
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Dabei kann eine erste Erfassungseinheit 11a beispielsweise durch ein mobiles Endgerät 12, z.B. ein Smartphone, gebildet sein, welches jeweils durch die Personen 5a, b mitgeführt werden kann. Eine zweite Erfassungseinheit 11b kann dabei als eine Kamera des Baustellenfahrzeugs 7 ausgebildet sein, welche beispielsweise zur videotechnischen Überwachung der Fläche 2 dient. Eine dritte Erfassungseinheit 11c ist als eine Kamera einer Überwachungsvorrichtung 12 ausgebildet, welche beispielsweise zur videotechnischen Überwachung des Baustellenbereichs 1 dient.
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Die Überwachungsvorrichtung 12, das Baustellenfahrzeug 7 sowie das Endgerät 13 weisen jeweils eine Sende- und/oder Empfangseinheit 14a, b, c auf, welche drahtlos, z.B. über ein entsprechendes WLAN, mit einer weiteren Sende- und/oder Empfangseinheit 15 des Baustellencomputers 10 verbunden sind, um jeweils entsprechende Objektinformationen, wie Positionen, Eigenschaften, Zustände der Objekte 5a, b; 6a, b; 7, an den Baustellencomputer 10 zu übermitteln.
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Der Baustellencomputer 10 weist eine Recheneinheit 16 auf, welche, wie in 4 näher erläutert, zur Verarbeitung der Objektinformationen dient. Der Baustellencomputer 10 weist zudem eine Datenbank 17 auf, welche datentechnisch mit der Recheneinheit 16 verbunden ist. Beispielsweise kann die Datenbank 17 auf einem fest in dem Baustellencomputer 10 installierten Datenträger hinterlegt sein.
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Das Baustellenfahrzeug 7 weist zudem eine Steuerungseinheit 18 auf, welche ausgebildet ist, das Baustellenfahrzeug 7, insbesondere auf Basis der durch die zweite Erfassungseinheit 14b erfassten Bild- und/oder Objektinformationen in dem Baustellenbereich 1 zu steuern. Des Weiteren weisen das Baustellenfahrzeug 7 und das Endgerät 12 jeweils eine Ausgebeeinheit 19a, b auf, welche zur akustischen und/oder optischen Ausgabe von Informationen ausgebildet sind.
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4 zeigt in einer schematischen Blockdarstellung, die Recheneinheit 16 des Baustellencomputers 10, wie in 3 beschrieben. Die Recheneinheit 16 weist ein Korrelationsmodul 20 auf, welches datentechnisch mit der weiteren Sende- und/oder Empfangseinheit 15 verbunden ist. Die Sende- und/oder Empfangseinheit 15 ist ausgebildet, die Objektinformationen und/oder Bilddaten der Objekte in dem Baustellenbereich 1 dem Korrelationsmodul 20 bereitzustellen.
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Das Korrelationsmodul ist dabei ausgebildet, die Objektinformationen in die semantische Karte und/oder eine Objektliste, beispielsweise mit Methoden der Bildverarbeitung, zu übertragen. Dabei werden die Objektinformationen sämtlicher durch die jeweiligen Erfassungseinheiten 11a, b, c erfassten Objekte, miteinander fusioniert, um eine Ist-Situation des Baustellenmaterials 6a, b, des Baustellenfahrzeugs 7, der Personen 5a, b sowie weiterer ggf. in dem Baustellenbereich 1 angeordneter Objekte zu ermitteln. Die so erstellten Karten bzw. Objektlisten können weiterhin als Eingangssignal für ein Analysemodul 21 genutzt werden.
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Hierzu ist das Analysemodul 21 datentechnisch mit dem Korrelationsmodul 20 verbunden, wobei auf dem Analysemodul 21 ein Überwachungsalgorithmus ausgeführt wird, welcher eine Situationsanalyse der Ist-Situation durchführt. Hierzu vergleicht das Analysemodul 21 auf Basis der semantischen Karte und/oder der Objektliste die ermittelte Ist-Situation mit einem auf der Datenbank 17 hinterlegten Unfalldatensatz. Zudem kann das Korrelationsmodul 20 den Objekten des Baustellenbereichs Beziehungen zuordnen, wobei die Beziehungen bei der Situationsanalyse berücksichtigt werden. Der Umfalldatensatz umfasst dabei beispielsweise historische Daten betreffend eine nicht-zulässige Kollision zwischen potenziell beteiligten Objekten, wobei bei einer drohenden nicht-zulässigen Kollision zwischen mindestens zwei Objekten, eine Gefahrensituation auf Basis des Vergleichs erkannt wird. Dabei können sowohl direkte als auch indirekte Kollisionen zwischen den einzelnen Objekten berücksichtigt werden.
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Die Situationsanalyse dient somit zur Detektion eines potentiellen Konfliktes zwischen einzelnen Objekten. Dabei wird auf Basis des Unfalldatensatzes verglichen, ob für die aktuelle Ist-Situation ein kritisches Beispiel in der Datenbank 17 existiert. Beispielhaft für eine indirekte Kollision ist eine Verschüttung der Personen 5a, b beim Abtragen der Materialhügel 6a, b durch das Baustellenfahrzeug 7, wenn die Personen 5a, b sich hinter den Materialhügel bewegen und nicht durch die Erfassungseinheit 14b des Baustellenfahrzeugs 14a erfasst werden können. Konkret, führt das Baustellenfahrzeug 7 einen Arbeitsprozess an einem der Materialhügel 6a, b aus, indem das Baustellenfahrzeug 7 beispielsweise Material abträgt und befindet sich beispielsweise eine Person 5a, b hinter dem Materialhügel 6a, b und/oder ist nicht im direkten Sichtfeld der Erfassungseinheit 14a bzw. des Fahrers, und kommt es aufgrund des Arbeitsvorgangs zum Verschütten der Person 5a, b, gilt dies als indirekte Kollision. Analog kann beispielsweise auch das Auspendeln bei einem als Kran ausgebildeten Baustellenfahrzeug 7 als indirekte Kollision gesehen werden, sofern es aufgrund des Pendelvorgangs zu einer Kollision mit einem anderen Objekt, Fahrzeug oder Person kommt.
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Die Recheneinheit 16 weist zudem ein Bewertungsmodul 23 auf, welches ausgebildet ist, eine Risikobewertung der Gefahrensituation durchzuführen. Insbesondere wird im Rahmen der Risikobewertung ein Kollisionsrisiko berechnet und mit vorgegebenen Schwellenwerte verglichen, wobei bei einer Überschreitung des Schwellenwertes eine entsprechende Sicherheitsmaßnahme eingeleitet wird. Hierfür wird die Ist-Situation aus der Karte bzw. der Objektliste eingelesen, wobei auf Basis der Gefahrensituation geprüft wird, ob das Risikoniveau auf der Karte noch handhabbar ist. Dabei können den Objekten in dem Baustellenbereich 1 neben den Beziehungen auch Risikowerte und Unfallwahrscheinlichkeiten, insbesondere durch das Korrelationsmodul 20, zugeordnet sein, um das Risiko bei einer Kollision bewerten zu können. Beispielsweise können statisch fixierten und/oder temporären Elementen, wie z.B. Stromverteiler oder dem Baustellenmaterial 6a, b geringere Risikowerte zugeordnet werden als den Personen 5a, b, da eine Kollision keinen Unfall im engeren Sinne darstellt, jedoch zu Sachschäden und/oder zu Verzögerungen im Baubetrieb führen kann.
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Optional kann die Recheneinheit 16 ein Markierungsmodul 23 aufweisen, welches ausgebildet ist, die Karte unter Berücksichtigung der identifizierten Objekte und der Ist-Situation in Zugangszonen Z1 und/oder Sicherheitszonen Z2, wie in den 5, 6 dargestellt, einzuteilen, wobei Innerhalb dieser Zonen Z1, Z2 Aktionen für die jeweiligen Objekte zugelassen und/oder nicht zugelassen sind. Dabei können die einzelnen Zonen Z1, Z2 in Risikostufen unterteilt und/oder mit Attributen wie beispielsweise „kritisch - nicht befahrbar“ oder „eingeschränkt befahrbar“ oder „befahrbar und vorsichtig“ versehen werden.
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Der Bereich in denen sich die Personen 5a, b befinden, wird dabei als eine Sicherheitszone Z2 mit dem Attribut „kritisch - nicht befahrbar“ sowie ein daran angrenzender Bereich als eine Sicherheitszone Z2 mit dem Attribut „kritisch“ markiert. Der Bereich in dem sich das Baustellenfahrzeug 7 befindet wird unter Berücksichtigung des Aktionsradius der Schaufel als Sicherheitszone Z2 mit dem Attribut „nicht betretbar“ klassifiziert. Die Bereiche mit dem Baustellenmaterial 6a, b werden als Zugangszone Z1 mit dem Attribut „befahrbar und vorsichtig“ markiert. Beispielsweise erhalten die Fahrzeuge, wie das Baustellenfahrzeug 7, die in der Lage sind das Baustellenmaterial 6a, b zu bewegen/bearbeiten einen entsprechenden Zugang für die Zugangszonen Z1. Beispielsweise lässt sich ein Sandhaufen nur mit geeignetem Behälter mit einem Kran transportieren. Sofern diese Zuordnung für dieses Material nicht freigegeben ist, darf der Kran beispielsweise auch nicht über die Zugangszone Z1 des Sandhaufens manövriert werden. Je nach Ausprägung der Attribute, können die einzelnen Sicherheitszonen Z2 entsprechend farbig unterschieden werden.
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Optional kann eine Schnittstelle von dem Baustellenbereich 1 zu dem öffentlichen Bereich 8, als weitere Sicherheitszone Z2 mit dem Attribut „vorsichtig“ markiert werden. Diese Schnittstelle weist oftmals kritische Stellen auf, an denen es zu Unfällen, häufig mit Personenschaden kommt. Dies geschieht beispielsweise beim Ein- bzw. Ausfahren, Rückwärtsfahren oder beim Be- und Entladen von Baustellenfahrzeugen. Alternativ oder optional ergänzend sind auch Schnittstellen zu tieferliegenden Gebieten berücksichtigt, wobei das Baustellefahrzeug 7 beispielsweise durch Unachtsamkeit oder fehlerhaftes Manövrieren in einen abschüssigen Bereich kippen kann.
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Des Weiteren weist die Recheneinheit 16 ein Planungsmodul 24 auf, welches ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Gefahrensituation bzw. deren Risikobewertung eine Sicherheitsmaßnahme zu planen. Das Planungsmodul 24 kann dabei als ein eigenständiges Planungsmodul der Recheneinheit 16 ausgebildet sein. Alternativ ist das Planungsmodul 16 als eine Erweiterung eines Missions-Planungsmoduls, nicht dargestellt, ausgebildet, welches zur Planung von Missionen für das Baustellenfahrzeug 7 dient. Dabei kann das Missions-Planungsmodul mit der Datenbank 17 verbunden sein, um auf Basis der auf der Datenbank 17 hinterlegten Daten, insbesondere dem Umfalldatensatz, eine Mission zu planen. Alternativ oder optional ergänzend ist dem Missions-Planungsmodul die semantische Karte, insbesondere mit den Zonen Z1, Z2, bereitgestellt, um auf Basis der semantischen Karte eine Mission zu planen.
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Beispielsweise kann eine Bewegung des Baustellenfahrzeugs 7 in Abhängigkeit der Risikobewertung durch das Planungsmodul 24 angepasst und/oder koordiniert werden, wenn eine nicht-zulässige Kollision wahrscheinlich und/oder absehbar ist. Beispielsweise kann als Sicherheitsmaßnahme eine Warnung, eine Missions-Änderung oder ein Not-Stopp durch das Planungsmodul 24 geplant werden. Dabei können Varianten, Konfigurationen, Maßnahmen und/oder Aktionen, wie z.B. Maschine aus, oder Warnung etc., berechnet und an die entsprechenden Teilnehmer übermittelt werden.
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Das Planungsmodul 24 kann dabei beispielsweise über die weitere Sende- und/oder Empfangseinheit 15 die Sicherheitsmaßnahme an das Baustellenfahrzeug 7 und/oder das Endgerät 12 übermitteln, wobei je nach Schwere der Risikobewertung wahlweise eine Warnmeldung über die Ausgabeeinheiten 14a, b ausgegeben wird und/oder ein entsprechendes NotManöver für das Baustellefahrzeug 7 durch die Steuerungseinheit 18 durchgeführt wird.
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Es wird somit ein Verfahren sowie eine entsprechende Recheneinheit 16 zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen, welche ein Kollisionsrisiko laufend ermittelt, gegenüber einem Schwellwert vergleicht und in Folge Unfallverhinderungsmaßnahmen einleitet ohne den laufenden Betrieb zu stören. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Verfahren vorgeschlagen wird, welches nicht auf Personen oder Objekte beschränkt ist, sondern auch auf Bauabschnitte, die Gefahrenstellen, beispielsweise tiefer- oder höherliegende Gebiete, oder Zonen in denen gefährliche Flüssigkeiten/Materialien gelagert sind, angewendet werden kann. Zudem können verdeckte und nicht sichtbare Objekte und Personen berücksichtigt werden. Des Weiteren kann der Baustellenbereich 1 in Zonen Z1, Z2 eingeteilt werden, die sich einem Projektplan anpassen, sodass die Unfallgefahr weitere reduziert werden kann.
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Die Situationsanalyse, die Risikobewertung sowie die Planung der Sicherheitsmaßnahmen kann dabei bevorzugt zentral durch die Recheneinheit 16 erfolgen. Alternativ oder ergänzend ist es jedoch auch denkbar, die Situationsanalyse, die Risikobewertung und/oder die Planung der Sicherheitsmaßnahmen auf dem Endgerät 12 bzw. dem Baustellenfahrzeug 7 selbst auszuführen. Hierzu können die entsprechenden Module bzw. die gesamte Recheneinheit 10 in dem Endgerät 12 bzw. dem Baustellenfahrzeug 7 integriert sein. Beispielseise kann das Planungsmodul 24 entsprechend unmittelbar mit der jeweiligen Ausgabeeinheit 19a, b und/oder dem Steuerungsmodul 18, wie in 4 angedeutet, kommunizieren.
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In einer weiteren möglichen Umsetzung kann das Überwachungssystem 9 auf eine Master-Slave-Architektur basieren. Dabei kann der Baustellencomputer 10 oder ein ausgewähltes Fahrzeug die „Master“-Funktion übernehmen, wobei weitere intelligente Maschinen bzw. Fahrzeuge die „Slave“-Funktion übernehmen. Da der „Master“ zentral die konsolidierten Informationen sammelt, bewertet und verwaltet, können potentielle Konflikte grundsätzlich vermieden werden.
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6 zeigt eine schematische Darstellung des Endgerätes 12. Das Endgerät 12 ist dabei als Smartphone ausgebildet, wobei die Ausgabeeinheit 19a durch einen Bildschirm des Gerätes gebildet ist. Dabei kann die Karte des Baustellenbereichs 1 mit den Objekte 5a, b; 6a, b; 7 und den entsprechenden Zonen Z1, Z2 vereinfacht in einer Vogelperspektive dargestellt werden, dadurch können die relevanten Informationen schnell durch die jeweilige Person 5a, b erfasst werden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Szene der 1 bzw. 5 dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018208642 A1 [0003]
