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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befestigen an einem Baustellenmarkierungselement und zum Erkennen einer Bereichsverletzung eines in der Umgebung der Vorrichtung zu überwachenden Bereichs, ein System zum Erkennen einer Bereichsverletzung sowie ein entsprechendes Verfahren.
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Vorrichtungen zum Markieren von Baustellen sind prinzipiell bekannt. Weiterhin sind Verfahren bekannt, um einen Gefahrenbereich zu überwachen. Eine entsprechende Vorrichtung zur Überwachung eines Gefahrenbereichs in der näheren Umgebung eines Baustellenfahrzeugs ist aus
KR 101 322 201 B1 bekannt. Hierbei umfasst das Fahrzeug eine Vorrichtung, um die nähere Umgebung zu erfassen und eine Warnung auszugeben, sobald sich eine Person nähert.
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Die
CN 213 149 949 U beschreibt einen Lichtvorhang zwischen zwei beabstandeten Pfosten, sodass mit insgesamt vier Pfosten ein rechteckiger Gefahren- oder Baustellenbereich abgegrenzt werden kann. Hierbei umfasst jeder Pfosten einen Sender und einen Empfänger, um eine Unterbrechung des Lichtvorhangs zu erkennen.
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Die
EP 0 072 567 B1 schlägt eine Vorrichtung mit einem Lichtvorhang vor, um einen Gefahrenbereich abzugrenzen. An einem Fahrzeug angebrachte Sensoren detektieren den Lichtvorhang und lösen einen Alarm aus, sobald der Lichtvorhang berührt oder durchstoßen wird.
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Die bekannten Systeme sind in der Regel aufwändig, um eine Warnung an ein in einem abgegrenzten Bereich positioniertes Fahrzeug abzugeben und eine Gefahrensituation in der Nähe des Fahrzeugs zu vermeiden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine vereinfachte Vorrichtung zum Erkennen einer Gefahr in der Nähe eines Fahrzeugs zu erkennen, wobei die Vorrichtung zuverlässig eine Bereichsverletzung erkennen kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Befestigen an einem Baustellenmarkierungselement und zum Erkennen einer Bereichsverletzung eines in der Umgebung der Vorrichtung zu überwachenden Bereichs, umfassend
einen Sensor zum Erfassen von Objekten in dem zu überwachenden Bereich;
eine Analyseeinheit zum Auswerten von Sensordaten und zum Ermitteln einer Bereichsverletzung in der Umgebung der Vorrichtung;
eine Kommunikationseinheit zum Erzeugen eines Ausgangssignals für eine Verarbeitungseinheit basierend auf der ermittelten Bereichsverletzung in der Umgebung der Vorrichtung; und
eine Ausgangsschnittstelle zum Senden des Ausgangssignals an die Verarbeitungseinheit in einem Fahrzeug.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Erkennen einer Bereichsverletzung eines in der Umgebung einer Vorrichtung zu überwachenden Bereichs, umfassend
eine Vorrichtung zum Befestigen an einem Baustellenmarkierungselement und zum Erkennen einer Bereichsverletzung eines in der Umgebung der Vorrichtung zu überwachenden Bereichs wie zuvor beschrieben; und
eine Verarbeitungseinheit für ein Fahrzeug, die zum Empfangen von Ausgangssignalen der Vorrichtung und zum Erzeugen eines auf dem Ausgangssignal beruhenden Steuersignals zur Beeinflussung des Fahrzeugs eingerichtet und ausgebildet ist.
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Weitere Aspekte der Erfindung betreffen ein entsprechendes Verfahren und ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodes zum Durchführen von Schritten des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird, sowie ein Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, eine Ausführung des darin beschriebenen Verfahrens bewirkt.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend 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. Insbesondere können das Verfahren und das Computerprogrammprodukt entsprechend der für die Vorrichtung und das System in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie recht einfach ausgestaltet sein kann. Lediglich ein Sensor, eine Analyseeinheit, eine Kommunikationseinheit und eine Ausgangsschnittstelle sind notwendig, um einen Bereich in der Umgebung der Vorrichtung zu überwachen und beim Erkennen einer Bereichsverletzung ein Ausgangssignal an eine Verarbeitungseinheit zu übermitteln. Die Verarbeitungseinheit selbst ist an oder in einem Fahrzeug angeordnet und verarbeitet das Ausgangssignal der Vorrichtung weiter. Auf diese Weise wird viel Rechenleistung und Verarbeitungskapazität in die Verarbeitungseinheit in dem Fahrzeug ausgelagert. Die Vorrichtung selbst ist somit preiswert, robust und kann sehr klein ausgeführt sein. Weiterhin bietet sie den Vorteil, dass sie an gängigen Baustellenmarkierungselementen wie beispielsweise einer Leitbake oder anderen Absperreinrichtungen befestigt werden kann. Somit lassen sich die bestehenden Baustellenmarkierungen, -elemente und Absperrungen einfach nachrüsten.
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Der Sensor überwacht den zu überwachenden Bereich und erfasst Objekte, Gegenstände oder Personen, die in dem Bereich vorhanden sind oder in den Bereich eindringen. Die dabei erzeugten Sensordaten werden von der Analyseeinheit ausgewertet. Auf der Grundlage der Sensordaten wird eine Bereichsverletzung in der Umgebung der Vorrichtung ermittelt, wenn ein Objekt in den zu überwachenden Bereich eintritt. Basierend auf einer ermittelten Bereichsverletzung wird ein Ausgangssignal erzeugt, das für eine Verarbeitungseinheit vorgesehen ist. Die Ausgangsschnittstelle sendet das Ausgangssignal der Kommunikationseinheit an die Verarbeitungseinheit, die in einem Fahrzeug angeordnet ist. Auf diese Weise muss die Vorrichtung lediglich Objekte in dem zu überwachenden Bereich erkennen und ermitteln, dass diese Objekte nicht zur statischen Umgebung der Vorrichtung gehören, sondern in den zu überwachenden Bereich eindringen und somit eine Bereichsverletzung hervorrufen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist der verwendete Sensor eine Kamera oder ein optischer Sensor, ein Infrarotsensor, ein Ultraschallsensor, ein Radarsensor oder ein Lidarsensor. Eine günstige und effiziente Überwachung eines Bereichs erfolgt durch Ultraschallsensoren, die besonders effektiv in einem bevorzugten Überwachungsbereich mit einer Ausdehnung von maximal 5 Metern, bevorzugt maximal 3 Metern, eingesetzt werden können.
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Standardmäßig können diese Sensoren einen Bereich überwachen, der sich zwischen dem Boden und dem oberen Ende eines Baustellenmarkierungselements erstreckt. Vorzugsweise ist der Überwachungsbereich somit auf eine Höhe von wenigstens 1 Meter, bevorzugt wenigstens 1,5 Meter, weiter bevorzugt wenigstens 2 Meter, beschränkt. Alternativ und ebenso bevorzugt kann der Sensor dazu eingerichtet sein, einen zu überwachenden Bereich oberhalb der Vorrichtung zu erfassen. Ist die Vorrichtung beispielsweise am oberen Ende einer Leitbake, einer Absperrung oder eines anderen Baustellenmarkierungselements angeordnet, so kann der Bereich oberhalb der Vorrichtung bzw. des Baustellenmarkierungselements überwacht werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Absperr- oder Markierungselemente eingesetzt werden, um einen Bereich zwischen Baustelle und Fahrbahn abzugrenzen, und Baustellenfahrzeuge, wie beispielsweise Bagger mit ihren Werkzeugen, den Verkehr gefährden könnten, wenn sie den Arbeitsbereich verlassen und auf die Fahrbahn schwenken. In diesen Fällen ist eine Überwachung mit Erfassung der Höhe vorteilhaft.
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Bevorzugt werden hierzu Sensoren eingesetzt, die Ultraschallsensoren sind und eine ellipsoide Öffnung aufweisen. Der Überwachungsbereich, auch field of view genannt, beträgt hierbei vorzugsweise wenigstens 90 Grad, wobei bevorzugt eine Seite waagerecht und eine Seite vertikal ausgerichtet ist. Alternativ und ebenso bevorzugt kann ein größerer Bereich überwacht werden, beispielsweise bis 180 Grad oder darüber hinaus. Abweichend oder in Kombination mit den zuvor genannten Sensoren können auch solche Ausführungen eingesetzt werden, welche einen Überwachungsbereich von weniger als 90 Grad aufweisen, gängige Sensoren verfügen über einen Überwachungsbereich von ca. 45 Grad, Vorteilhafterweise ist der Sensor so ausgebildet, dass der erfasste Überwachungsbereich oberhalb der Vorrichtung viertelkreisförmig oder halbkreisförmig ist. Auch hierzu eignen sich Ultraschallsensoren besonders gut, da sie günstig sind.
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Wenn der Raum oberhalb der Vorrichtung und somit bevorzugt oberhalb eines Baustellenmarkierungselements (wenn die Vorrichtung am oberen Ende positioniert ist) überwacht wird, kann zusätzlich auch der Untergrund, d. h. ein Bereich unterhalb der Höhenposition der Vorrichtung überwacht werden. Beispielsweise kann hierzu ein drehbarer Ultraschallsensor oder optischer Sensor eingesetzt werden. In diesem Fall kann der Nutzer selbst den Bereich bzw. Raum auswählen, der überwacht werden soll.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Analyseeinheit dazu ausgebildet, die Richtung eines Objekts zu erkennen, welches die Bereichsverletzung des zu überwachenden Bereichs auslöst. Typischerweise wird die Vorrichtung an Baustellenmarkierungselementen montiert, die einen Arbeitsbereich oder Baustellenbereich kennzeichnen und absperren. Eine weitere Einsatzmöglichkeit der Vorrichtung ist es, auf größeren Baustellen, die mit einem Zaun umrandet sind, einen Zugangsbereich oder beispielsweise eine Zufahrt zu überwachen. In diesem Fall wird lediglich ein Überwachungsbereich aufgespannt, der einer optischen Schranke entspricht. Ein in den zu überwachenden Bereich eintretendes Objekt oder eine Person löst eine Bereichsverletzung aus. Dabei kann es wichtig sein zu erkennen, ob die Person oder das Objekt in den Arbeitsbereich hineintritt oder aus dem Arbeitsbereich heraustritt. Lediglich beim Eintreten in den Arbeitsbereich ist es notwendig, ein Ausgangssignal an die Verarbeitungseinheit in einem Fahrzeug, insbesondere einem Baustellenfahrzeug, zu übermitteln. Nur beim Eintreten in den Arbeitsbereich kann eine Gefahr ausgehen, die erkannt werden und Maßnahmen zur Verhinderung der Gefahr auslösen muss. Um bevorzugt die Richtung eines in den zu überwachenden Bereich eintretenden Objekts oder einer Person zu erkennen, können vorzugsweise zwei Sensoren verwendet werden, die zwei nebeneinander liegende Überwachungsbereiche aufspannen. Dies kann beispielsweise durch zwei nebeneinander angeordnete Ultraschallsensoren oder andere Sensoren erfolgen. Bevorzugt kann ein optischer Sensor, beispielsweise eine Kamera, verwendet werden, um die Richtung eines eintretenden Objekts oder einer Person zu detektieren, indem in der Analyseeinheit beispielsweise zwei oder mehrere zeitlich hintereinander aufgenommene Bilder ausgewertet werden können.
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Auf einigen Baustellen oder in einigen Arbeitsbereichen ist eine Gefahr erst dann gegeben, wenn eine vorgegebene Anzahl von Personen oder Objekten diesen Bereich betritt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die Analyseeinheit deshalb eine Zähleinheit mit einem Speicher, um in den zu überwachenden Bereich eintretende Objekte oder Personen und/oder hervorgerufene Bereichsverletzungen zu zählen. Hierbei ist wiederum ein Erkennen der Richtung des Auslösens einer Bereichsverletzung durch Eintritt der Objekte vorteilhaft. Der Speicher ermöglicht es, einen Zählerstand zu speichern. Eine Verarbeitungseinheit der Zähleinheit, die beispielsweise ein Zählwerk oder eine CPU sein kann, erhöht oder erniedrigt den Wert im Speicher abhängig von der Richtung des Durchtritts durch den zu überwachenden Bereich. Hierbei kann ein vom Benutzer vorzugebender Schwellenwert verwendet werden, ab dem ein Ausgangssignal für eine Verarbeitungseinheit in der Kommunikationseinheit erzeugt wird. Alternativ kann die Analyseeinheit so ausgebildet sein, dass erst ab einem vorgegebenen Schwellenwert eine Bereichsverletzung ermittelt wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Analyseeinheit dazu ausgebildet, den Abstand zu einem in dem Bereich detektierten Objekt zu erkennen. Damit ist eine Aussage möglich, wie weit ein in den Bereich eintretendes Objekt von der Vorrichtung entfernt ist. Beim Erkennen eines statischen Objekts bietet dies die Möglichkeit, den Erfassungsbereich zu begrenzen. So kann beispielsweise bei der Befestigung der Vorrichtung an einer Leitbake lediglich der Bereich bis zur nächsten Leitbake, die ebenfalls eine Vorrichtung tragen kann, als Überwachungsbereich definiert werden. Hierzu wird dem Bereich vorzugsweise ein Grenzwert vorgegeben, bis zu dem der Erfassungsbereich reicht. Lediglich Objekte in diesem definierten Bereich werden dann als Auslöser für eine Bereichsverletzung detektiert. Alternativ und ebenfalls bevorzugt kann der maximale Abstand bzw. die maximale Ausdehnung des Erfassungsbereichs durch eine Kalibrationsmessung erfolgen. Hierbei wird mittels der Vorrichtung der Abstand zu der äußeren Grenze, beispielsweise einer benachbarten Leitbake, gemessen. Der gemessene Abstandswert wird als Maximalwert und damit Grenzwert für den Überwachungsbereich verwendet und vorzugsweise zwischengespeichert. Hierzu eignen sich insbesondere Ultraschallsensoren.
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Neben der Abstandsmessung kann mit Ultraschallsensoren beispielsweise das Echo über eine definierte Zeitspanne gemessen werden. Zum Erkennen eines Hindernisses oder eines Objekts in dem Erfassungsbereich kann dabei die Echokurve über der Zeit ermittelt werden. Größere Hindernisse werden dann in Abhängigkeit der Stärke des Echos ermittelt. Auf diese Weise können in den Überwachungsbereich eintretende Objekte erkannt, aber auch Grenzen des Überwachungsbereichs festgelegt werden.
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Vorzugsweise ist die Analyseeinheit also so ausgebildet, dass eine Bereichsverletzung erkannt wird, wenn der Abstand zu dem in dem Bereich detektierten Objekt kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert oder Grenzwert ist. Der Schwellenwert oder Grenzwert kann dann der Abstand zur nächsten Leitbake oder zum nächsten Baustellenmarkierungselement sein.
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Der Überwachungsbereich wird also in der Parametrierung so eingekürzt, dass beispielsweise benachbarte Leitbaken oder Baustellenmarkierungselemente keine Warnung erzeugen und lediglich der Raum zwischen zwei benachbarten Leitbaken überwacht wird. Beispielsweise können Threshold-Werte für alle Abstände, die größer als der Abstand zur benachbarten Leitbake sind, also größer als der aktuell gemessene Abstand, auf ein Maximum gesetzt werden. Auf diese Weise ist es möglich, variable Abstände zwischen zwei benachbarten Vorrichtungen bzw. zwischen Vorrichtung und benachbartem Baustellenmarkierungselemente zuzulassen. Auf diese Weise ist es möglich, das Arbeitsgebiet oder das Baustellengebiet, auch Perimeter genannt, so gut wie möglich bzw. so gut wie nötig zu beschreiben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann jede Vorrichtung ein Identifikationsmerkmal aufweisen, das die Vorrichtung eindeutig identifiziert. Auf diese Weise kann die Verarbeitungseinheit in einem Fahrzeug erkennen, in welchem Überwachungsbereich eine Bereichsverletzung erfolgt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Kommunikationseinheit dazu ausgebildet, Daten betreffend die Position der Vorrichtung in dem Ausgangssignal zu integrieren, die der Verarbeitungseinheit im Fahrzeug bereitgestellt werden. Die Position der Vorrichtung kann von einem Benutzer eingegeben werden. Alternativ und bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine Positionserkennungseinheit, wie beispielsweise eine GPS-Einheit, um die Position selbstständig zu ermitteln. Die Position kann dann mit entsprechenden Koordinaten beschrieben werden. Beim Vorliegen von Positionsdaten der Vorrichtung kann in der Verarbeitungseinheit im Fahrzeug eine weitergehende Entscheidung und Beurteilung der übermittelten Ausgangssignale erfolgen und entsprechend ein Steuersignal zur Steuerung der Bewegung des Fahrzeugs erzeugt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Kamera als Sensor. Weiter bevorzugt umfasst das Ausgangssignal, das in der Kommunikationseinheit erzeugt wird, ein Bild der Umgebung der Vorrichtung. In diesem Fall können von der Ausgangsschnittstelle Bilder an die Verarbeitungseinheit in einem Fahrzeug gestreamt werden. Vorzugsweise kann die Vorrichtung dazu ausgebildet sein, die Bilder an die Verarbeitungseinrichtung lediglich in Grautönen zu übermitteln, also in so genannten Schwarz-Weiß-Bildern, wenn kein Hindernis oder Objekt in den zu überwachenden Bereich eindringt. Wird eine Bereichsverletzung durch ein Objekt erkannt, können die erzeugten Bilder in Farbe übermittelt werden. Alternativ ist es möglich, vollständige Bilder der Umgebung zu übermitteln oder lediglich Bilder des identifizierten Objekts, das eine Bereichsverletzung auslöst. Die jeweiligen Bilder können in der Verarbeitungseinheit im Fahrzeug visualisiert werden, sodass der Fahrer des Fahrzeugs ein Bild der Umgebung der Vorrichtung erhält. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Fahrer sofort die Situation und Umgebung der Vorrichtung nicht nur überwachen kann, sondern auch eine einfache Bewertung vornehmen kann. Insbesondere, wenn lediglich beim Vorliegen einer Bereichsverletzung Farbbilder übertragen werden, kann der Fahrer schnell und einfach eine Bereichsverletzung erkennen.
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Das erfindungsgemäße System umfassend die oben beschriebene Vorrichtung und eine Verarbeitungseinheit für ein Fahrzeug hat den Vorteil, dass die Vorrichtung selbst relativ einfach, klein und kompakt ausgebildet sein kann. Die Verarbeitungseinheit für ein Fahrzeug ist dazu ausgebildet, Ausgangssignale der Vorrichtung zu empfangen und beruhend auf diesen Ausgangssignalen Steuersignale zu erzeugen, die für eine Beeinflussung des Fahrzeugs verwendet werden. Die Analyse, Bewertung und Interpretation der Ausgangssignale erfolgt in der Verarbeitungseinheit für das Fahrzeug. Die Verarbeitungseinheit kann ein externes Gerät sein, das in einem Fahrzeug nachgerüstet werden kann. Alternativ und bevorzugt kann die Verarbeitungseinheit in einem Fahrzeug bereits integriert sein. Beispielsweise ist es möglich, die Verarbeitungseinheit in Software zu implementieren und in einem (bereits vorhandenen) Steuergerät oder Verarbeitungsgerät des Fahrzeugs ablaufen zu lassen. Somit ist kein zusätzlicher Hardware-Aufwand notwendig.
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Darüber hinaus weist das System den Vorteil auf, dass die Elemente der Vorrichtung, die zur Überwachung eines Bereichs notwendig sind, nicht im Fahrzeug integriert sein müssen. Eine zusätzliche oder nachträgliche Ausstattung eines Fahrzeugs mit derartigen Sensoren ist aufwändig und kostspielig, da in der Regel mehrere dieser Sensoren am Fahrzeug angeordnet sein müssen, um eine Rundumbeobachtung der Umgebung des Fahrzeugs vornehmen zu können. Die Erfindung geht einen anderen Weg, indem mittels der Vorrichtungen, die beispielsweise an Baustellenmarkierungselementen angeordnet und befestigt sein können, der Raum und die Umgebung um das Fahrzeug herum überwacht werden können. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass mehrere Absperrelemente oder Baustellenmarkierungselemente, die zur Absperrung dienen, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüstet werden. Auf diese Weise kann ein individuell anpassbarer Bereich oder Raum abgesperrt werden, der dadurch überwacht wird, dass lediglich Bereiche zwischen zwei benachbarten Vorrichtungen überwacht werden. Auf diese Weise kann das System sehr effizient und effektiv arbeiten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Systems kann das in der Verarbeitungseinheit erzeugte Steuersignal zur Beeinflussung des Fahrzeugs ein Sperrsignal umfassen. Das Sperrsignal dient dazu, eine Bewegung des Fahrzeugs zu sperren oder zu verhindern. Das Sperrsignal kann entweder ein sofortiges oder ein verzögertes Sperren oder Verhindern der Bewegung hervorrufen. Dies kann in Abhängigkeit weiterer Parameter erfolgen. Beispielsweise kann ein verzögertes Sperren einzelner Fahrzeugfunktionen oder -bewegungen vorgesehen sein, wenn der Abstand zwischen Fahrzeug und Vorrichtung groß ist (oberhalb eines vordefinierten Grenzwerts liegt) und damit zu rechnen ist, dass eine Person, die eine Bereichsverletzung hervorruft, nicht sofort, sondern erst nach einer geraumen Zeit in den unmittelbaren Arbeitsbereich des Fahrzeugs gelangt und somit einer unmittelbaren Gefahr ausgesetzt sein könnte.
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Wenn die Position der Vorrichtung bekannt ist und an die Verarbeitungseinheit übermittelt wird, kann also eine Einschränkung der Bewegung und der Funktionen des Fahrzeugs in Abhängigkeit der Entfernung erfolgen. Weiterhin kann eine Einschränkung oder Sperrung der Bewegung eines Fahrzeugs auch in Abhängigkeit der Reichweite der Werkzeuge des Fahrzeugs möglich sein. Bei einem Bagger mit langem Ausleger kann beispielsweise eine Drehbewegung des Auslegers und ein Verfahren des gesamten Fahrzeugs sofort verhindert werden, während eine Bewegung des Auslegers nach unten oder oben, ohne Rotation, noch zulässig sein kann und erst verzögert verhindert werden kann.
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Das Steuersignal zur Beeinflussung des Fahrzeugs kann dabei mehrere Stufen vorsehen. Beispielsweise könnte in einer ersten Stufe lediglich die Fahrbewegung des Fahrzeugs gestoppt werden. Ein Fahren ist dann nicht mehr möglich oder erlaubt, ein Arbeiten, beispielsweise eines Baggers, jedoch zulässig und möglich. In einer anderen Stufe könnte die Fahrbewegung des Fahrzeugs gestoppt oder ein Anfahren verzögert werden. Ebenso könnte ein Arbeiten mit einem Werkzeug verzögert sein. Eine andere Stufe könnte vorsehen, dass kein Fahren erlaubt ist, sondern gesperrt, und ein Arbeiten nur in einer vorgegebenen Höhe möglich ist, wenn bewegliche Elemente oberhalb einer Grenze von beispielsweise 3 Metern bewegt werden. Fußgänger würden in diesem Fall beispielsweise nicht erfasst werden. Eine weitere Stufe der Einschränkung kann vorsehen, dass weder ein Fahren des Fahrzeugs noch ein Arbeiten mit beweglichen Teilen oder Komponenten möglich ist. Beispielsweise ließe sich eine Baggerschaufel nicht mehr bewegen, ein Aufbau oder Turm eines Baggers nicht mehr drehen. Ein statisches Arbeiten wie beispielsweise Bohren oder Fräsen wäre aber nach wie vor möglich.
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Ein Baustellenmarkierungselement umfasst beispielsweise eine Leitbake oder eine Absperreinrichtung für eine Baustelle, beispielsweise einen Zaun.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 das erfindungsgemäße System zum Erkennen einer Bereichsverletzung mit einer Vorrichtung und einer Verarbeitungseinheit für ein Fahrzeug;
- 2 eine beispielhafte Anordnung der Vorrichtung;
- 3a, 3b eine Prinzipskizze einer Ausführungsform des Systems; und
- 4 ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes System 10 zum Erkennen einer Bereichsverletzung eines zu überwachenden Bereichs. Das System 10 umfasst eine Vorrichtung 20 zum Erkennen der Bereichsverletzung und eine Verarbeitungseinheit 30, die an einem Fahrzeug 40 angeordnet und befestigt ist. In dem gezeigten Beispiel ist das Fahrzeug 40 ein Bagger 42 mit einer Schaufel 44, die an einem Auslegerarm 46 an einem Turm 48 angeordnet ist.
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Die Vorrichtung 20 ist an einem Baustellenmarkierungselement 12 befestigt, das hier in Form einer Leitbake 14 gezeigt ist.
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Die Vorrichtung 20 umfasst einen Sensor 22 zum Erfassen von Objekten oder Personen in einem zu überwachenden Bereich sowie eine Analyseeinheit 24, um Sensordaten von dem Sensor 22 auszuwerten und eine Bereichsverletzung in der Umgebung der Vorrichtung 20 zu ermitteln. Eine Kommunikationseinheit 26 ist mit der Analyseeinheit 24 verbunden und erzeugt ein Ausgangssignal für die Verarbeitungseinheit 30. Das Ausgangssignal basiert auf der ermittelten Bereichsverletzung in der Umgebung der Vorrichtung 20. Eine Ausgangsschnittstelle 28, die mit der Kommunikationseinheit 26 verbunden ist, empfängt das Ausgangssignal und sendet es an die Verarbeitungseinheit 30 in dem Fahrzeug 40. Die Ausgangsschnittstelle 28 ist eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle, um das Ausgangssignal drahtlos mittels eines Kommunikationsprotokolls an die Verarbeitungseinheit 30 zu senden. Beispielsweise kann eine GSM-Verbindung, eine Nahfeldverbindung, eine Infrarotverbindung, eine Bluetoothverbindung, eine WLAN-Verbindung oder eine ähnliche Mobilfunkverbindung aufgebaut und benutzt werden.
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Die Vorrichtung 20 umfasst weitere optionale Elemente. In der hier gezeigten Vorrichtung 20 ist ein optionaler Lautsprecher 50 vorgesehen, der ein akustisches Warnsignal ausgeben kann, wenn eine Bereichsverletzung von der Vorrichtung 20 erkannt wird. Eine optionale Signalleuchte 52 kann ebenfalls angesteuert werden, wenn eine Bereichsverletzung ermittelt wird. Die Signalleuchte 52 erzeugt ein optisches Warnsignal. Wird die Vorrichtung 20 an einer Leitbake 14 montiert, kann auch eine Leuchte 16 der Leitbake als Signalleuchte dienen. Ein optionales GPS-Modul 54 kann in der Vorrichtung 20 integriert sein, um die genaue Position der Vorrichtung zu bestimmen und in dem Ausgangssignal zu integrieren. Die Verarbeitungseinheit 30 erhält dann zusätzliche Informationen über die Position der Vorrichtung 20.
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2 zeigt schematisch ein Bild von einer Baustelle, bei der ein Baustellenareal 70 von einer Mehrzahl von Baustellenmarkierungselementen 12 in Form von Leitbaken 14 umrahmt ist. In der hier gezeigten Ausführungsform sind alle Leitbaken 14 mit Vorrichtungen 20 ausgestattet. Zwischen zwei benachbarten Leitbaken 14 wird jeweils ein zu überwachender Bereich 60 definiert, der von dem Sensor 22 der Vorrichtung beobachtet wird. Der zu überwachende Bereich 60 des Sensors 22 ist durch eine geeignete Parametrisierung so eingekürzt, dass die benachbarte Leitbake 14 keine Warnung und keine Bereichsverletzung hervorrufen kann. Es wird lediglich der Bereich oder Raum zwischen zwei benachbarten Baken 14 überwacht.
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Es ist möglich, in einer Initialisierungsmessung oder Kalibrierungsmessung den Abstand zur benachbarten Leitbake zu messen und in der Vorrichtung 20 zu hinterlegen. Somit können Threshold-Werte für alle Abstände größer als der aktuell gemessene Abstand auf ein Maximum gesetzt werden. Hierdurch lassen sich auf einfache Weise variable Abstände zwischen benachbarten Leitbaken berücksichtigen.
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Sobald das Eintreten eines Objekts oder einer Person 38 in den Bereich 60 registriert wird, etwa durch Auswerten der Sensordaten in der Analyseeinheit 24, wird ein in der Vorrichtung 20 erzeugtes Ausgangssignal an ein Baustellenfahrzeug, beispielsweise einen Bagger 42, übermittelt. Hierbei wird das Ausgangssignal von der Vorrichtung 20 an die Verarbeitungseinheit 30 in dem Baustellenfahrzeug gesendet.
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Die Überwachung des Bereichs 60 kann auf einfache Weise durch Ultraschallsensoren erfolgen. Vorteilhafterweise umfasst die Vorrichtung 20 zwei Ultraschallsensoren, die bevorzugt benachbart zueinander angeordnet sind, sodass eine Richtung des Eintritts einer Person 38 in den Bereich 60 ermittelt werden kann. Lediglich wenn ein Eintritt in den Bereich 60 in Richtung Baustellenareal 70 erfolgt, wird bevorzugt eine Bereichsverletzung des Bereichs 60 erkannt und ein Ausgangssignal erzeugt. Zusätzlich zu dem an die Verarbeitungseinheit 30 gesendeten Ausgangssignal kann eine akustische Warnung mittels Lautsprecher und/oder eine optische Warnung mittels Signalleuchte 52 oder Leuchte 16 ausgegeben werden.
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In einer alternativen Ausführungsform können die Leitbaken 14 und die damit ausgerüsteten Vorrichtungen 20 eine Kamera umfassen, sodass durch Aufnahme mehrerer Bilder ein Erkennen bewegter Hindernisse in dem zu überwachenden Bereich 60 möglich ist. Auch hier kann auf einfache Weise eine Richtung ermittelt werden. Zudem bietet der Einsatz von Kameras die Möglichkeit, die eindringenden Personen zu klassifizieren. Tritt beispielsweise ein Bauarbeiter in den Bereich 60 ein, der etwa durch einen getragenen Helm identifiziert werden kann, so kann keine Übermittlung des Ausgangssignals erfolgen. Alternativ kann dem Ausgangssignal eine zusätzliche Information beigefügt werden, sodass die Verarbeitungseinheit 30 am Fahrzeug 40 diese zusätzliche Information verarbeiten kann. In diesem Fall kann der Führer des Fahrzeugs 40 beispielsweise optisch oder akustisch gewarnt werden. Eine Beschränkung der Bewegung des Fahrzeugs 40, etwa der Fahrbewegung oder des Drehens des Turms 48, muss jedoch nicht erfolgen. Die Arbeiten in der Baustelle können fortgesetzt werden.
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Wird die in den Bereich 60 eintretende Person 38 als Kind erkannt, beispielsweise aufgrund der Größe, so kann das an die Verarbeitungseinheit 30 übermittelte Ausgangssignal einen weiteren Parameter umfassen. Die Verarbeitungseinheit erzeugt dann ein Steuersignal, das ein Sperrsignal umfasst und ein Fahren des Baustellenfahrzeugs oder ein Bewegen der Werkzeuge des Fahrzeugs 40 sofort verhindert.
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3 a und b zeigen schematisch eine Baustelle mit einem Baustellenareal 70, das neben einer Straße 72 angeordnet ist. Ein Bauzaun 74 ist mit einer Vorrichtung 20 ausgerüstet, sodass eine Absicherung des Baustellenareals 70 gegenüber der Straße 72 erfolgen kann. Die Vorrichtung 20 umfasst einen Sensor 22, der als Ultraschallsensor ausgebildet ist. Der Ultraschallsensor spannt einen Beobachtungsbereich 60 auf, der sich bevorzugt halbkreisförmig oberhalb des Bauzauns 74 erstreckt. Auf diese Weise kann zuverlässig verhindert werden, dass der Auslegerarm 46 des Baggers 42 im Baustellenareal 70 durch Drehen des Turms 48 in Richtung Straße 72 bewegt wird. Sobald der Auslegerarm 46 den Bereich 60 erreicht, wird von der Vorrichtung die Bereichsverletzung erkannt und ein Ausgangssignal an die Verarbeitungseinheit des Baggers 42 gesendet. Daraufhin wird ein Steuersignal in der Verarbeitungseinheit 30 erzeugt, das eine weitere Bewegung des Baggers 42 ausschließt.
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4 zeigt schematisch einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen einer Bereichsverletzung des zu überwachenden Bereichs 60. Ein erster Schritt S10 betrifft das Erfassen von Objekten oder Personen in dem zu überwachenden Bereich 60 mittels eines Sensors 22. Ein Schritt S12 umfasst das Auswerten von Sensordaten mittels einer Analyseeinheit 24. In einem Schritt S14 erfolgt ein Ermitteln einer Bereichsverletzung in der Umgebung des Sensors 22 aus den Daten des Sensors. In einem Schritt S16 wird ein Ausgangssignal für eine Verarbeitungseinheit basierend auf der ermittelten Bereichsverletzung in der Umgebung der Vorrichtung 20 erzeugt. Dies erfolgt bevorzugt mittels der Kommunikationseinheit 26. In einem Schritt S18 wird das Ausgangssignal an die Verarbeitungseinheit 30 in einem Fahrzeug 40 mittels der Ausgangsschnittstelle 28 gesendet.
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Optional umfasst das Verfahren weitere Schritte, die in der Verarbeitungseinheit 30 abgearbeitet werden. In einem Schritt S20 wird das Ausgangssignal der Vorrichtung 20 empfangen. Ein Schritt S22 betrifft das Erzeugen eines auf dem Ausgangssignal beruhenden Steuersignals zur Beeinflussung des Fahrzeugs 40. Diese Beeinflussung kann ein Sperren einer Bewegung des Fahrzeugs 40 umfassen. Bei einem Bagger 42 kann beispielsweise die Drehbewegung des Turms 48 verhindert werden.
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Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
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In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Schnittstelle, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- System
- 12
- Baustellenmarkierungselement
- 14
- Leitbake
- 16
- Leuchte
- 20
- Vorrichtung
- 22
- Sensor
- 24
- Analyseeinheit
- 26
- Kommunikationseinheit
- 28
- Ausgangsschnittstelle
- 30
- Verarbeitungseinheit
- 38
- Person
- 40
- Fahrzeug
- 42
- Bagger
- 44
- Schaufel
- 46
- Auslegerarm
- 48
- Turm
- 50
- Lautsprecher
- 52
- Signalleuchte
- 54
- GPS-Modul
- 60
- Bereich
- 70
- Baustellenareal
- 72
- Straße
- 74
- Bauzaun
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 101322201 B1 [0002]
- CN 213149949 U [0003]
- EP 0072567 B1 [0004]
