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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines LiDAR Systems, das entsprechende LiDAR System sowie ein Verfahren zum Überwachen eines Überwachungssubjekts. Weiterhin wird ein Computerprogramm mit Programmmitteln und ein elektronisch lesbarer Datenträger bereitgestellt.
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Im Stand der Technik sind LiDAR Systeme bekannt, die in einem Gesichtsfeld oder field of view, FOV, Datenpunkte erzeugen, wobei die Datenpunkte eine Punktwolke aufweisen und jeder der Datenpunkte in der Punktwolke enthält eine Abstandsinformation, wobei die Datenpunkte jeweils verschiedenen lateralen und vertikalen Positionen als Gesichtsfeld des LiDAR Systems entsprechen.
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Weiterhin sind Einbruch oder Gefahrenmeldesysteme bekannt zur Überwachung von Arealen oder Räumen sowie Sicherheitssysteme zur Überwachung von fest installierten Anlagen.
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Derartige Systeme sind bei der Überwachung von nicht standfesten und eher mobilen Überwachungsobjekten jedoch unzweckmäßig und benötigen eine lange Installations- und Aufbauzeit. Oft ist beispielsweise eine Absicherung eines mobilen oder variablen Objekts wie eines Fahrzeugs, eines Flugzeugs, von Material oder Rohstoffen für eine kurze Zeitspanne von Stunden oder Tagen notwendig. Beispielseite kann es notwendig sein, ein Fahrzeug oder Flugzeug über eine Nacht auf einem Rollfeld zu überwachen, um sicherzustellen, dass sich niemand diesem Fahrzeug oder Flugzeug nähert. Hierbei soll die Installation des Systems für die Überwachung für ungeschultes Personal durchführbar sein, gleichzeitig muss das Überwachungssystem aber so flexibel sein, dass unterschiedliche Objektgrößen und Objektorte gesichert werden können.
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Hierfür ist es möglich mehrere 2-D Laserscanner zu verwenden und eine zentrale Verarbeitungseinheit, wobei hierbei ein Prozessablauf durchgeführt wird, bei dem das Sicherheitspersonal oder Anwender des Systems das zu sichernde Objekt umschreiten muss. Hierbei wird die Position derjenigen Person, die um das zu sichernde Objekt läuft, überwacht und durch die Bewegung wird der Sicherheitsbereich festgelegt, der überwacht werden soll. Dieses Verfahren ist aufwendig und macht eine zentrale Verarbeitungseinheit notwendig, und weiterhin ist üblicherweise ein mehrmaliges Umlaufen des Sicherheitsbereichs notwendig, um diesen zu definieren. Diese 2-D Laserscanner müssen hierbei bodennah montiert werden, um ein Durchkriechen zu vermeiden. Weiterhin muss sichergestellt werden, dass kein falscher Alarm bei Kleintieren erzeugt, wird sodass notwendiger Weise oft eine Kamera mit einem Infrarotbereich zusätzlich erforderlich ist, um einen möglichen Alarm zu verifizieren.
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Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und ein System bereitzustellen, mit dem auf einfache Weise ein Sicherheitsbereich für die Überwachung eines Überwachungsobjekts überwacht werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines LiDAR Systems bereitgestellt, wobei eine Verarbeitungseinheit des LiDAR Systems einen Datensatz empfängt, der eine Vielzahl von Datenpunkten einer Punktwolke aufweist in dem jeder Datenpunkt eine Abstandsinformation enthält und wobei die Vielzahl der Datenpunkte verschiedene laterale Positionen eines Gesichtsfeldes des LiDAR Systems entsprechen. In dem Datensatz mit den Datenpunkten wird ein weiteres LiDAR System identifiziert, das in dem Gesichtsfeld des LiDAR Systems positioniert ist. Ebenso wird der Abstand zu dem weiteren LiDAR System bestimmt und ein Überwachungsvolumen, welches durch das LiDAR System überwacht werden soll, wobei das Überwachungsvolumen für das LiDAR System so unter Berücksichtigung des bestimmten Abstandes festgelegt wird, dass das weitere LiDAR System in dem Überwachungsvolumen enthalten ist. In einem aktiven Betriebsmodus können dann unerwünschte Objekte in dem Überwachungsvolumen erkannt werden und eine Information wird ausgegeben, wenn ein unerwünschtes Subjekt in dem Übergangsvolumen detektiert wird. Beispielsweise könnte die Information an einen zentralen Server gesendet werden. Es könnte auch eine lokale Warnung ausgegeben werden, etwa ein Tonsignal und/oder ein Audiosignal.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren hat jedes LiDAR System Sichtkontakt zu einem weiteren LiDAR System und erkennt dieses. Mithilfe des Abstandes zu dem erkannten weiteren LiDAR System kann das Überwachungsvolumen automatisch definiert werden. Dadurch ist es möglich, durch Aneinanderreihung von derartigen LiDAR Systemen eine beliebig lange Kette von LiDAR Systemen zu erzeugen, die einen Sicherheitsbereich definieren, der von den LiDAR Systemen überwacht werden soll. Eine zentrale Auswerteeinheit ist nicht notwendig, jedes LiDAR System benötigt nur die Präsenz eines weiteren LiDAR Systems im Gesichtsfeld und definiert so selbstständig den eigenen zugehörigen Überwachungsbereich. Die Überwachungsbereiche von allen LiDAR Systemen definieren dann Sicherheitsbereich
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Vorzugsweise umfasst das Überwachungsvolumen eine Verbindungslinie zu dem weiteren LiDAR System auf und das Überwachungsvolumen auf der Verbindungslinie in Richtung des weiteren LiDAR Systems hat eine Tiefe, die mindestens dem Abstand zu dem weiteren LiDAR System entspricht. Damit kann sichergestellt werden, dass das weitere LiDAR System in dem Überwachungsvolumen enthalten ist, sodass es möglich ist, ein geschlossenes Volumen oder einen abgeschlossenen Bereich durch eine Verkettung von mehreren Überwachungsvolumina zu bilden.
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Das Überwachungsvolumen kann hierbei derart bestimmt werden, dass die Verbindungslinie eine der beiden Grenzflächen des Überwachungsvolumen bildet, beispielsweise eine laterale Grenzfläche, wobei das Volumen derart gebildet wird, dass das weitere LiDAR System noch vollständig in dem Überwachungsvolumen enthalten ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine Bewegung oder ein eventuelles Entfernen des weiteren LiDAR Systems von dem überwachenden LiDAR System erkannt und detektiert wird. Es ist möglich, dass detektiert wird, ob sich die Position des weiteren LiDAR Systems ändert, wobei der aktive Betriebsmodus zur Überwachung des Überwachungsvolumens gestoppt wird sobald detektiert wird, wenn sich die Position des weiteren LiDAR Systems ändert. Ebenso ist es möglich, zu detektieren, ob das weitere LiDAR System aus dem Überwachungsvolumen vollständig entfernt wird. Hierbei kann der aktive Betriebsmodus gestoppt werden so bald detektiert wird, dass das weitere LiDAR System aus dem Überwachungsvolumen entfernt wird. Wenn dieser aktive Betriebsmodus gestoppt wird, kann ebenfalls eine Information über die Beendigung des aktiven Betriebsmodus ausgegeben werden, beispielsweise über eine Kommunikationsverbindung an einen zentralen Server (der mit den mehreren LiDAR Systemen kommuniziert), wo dann der Anwender informiert werden kann (etwa durch eine Web-Schnittstelle). Es könnte alternativ oder zusätzlich eine Warnung ausgegeben werden, z.B. über einen Lautsprecher oder eine Lampe des LiDAR Systems.
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Das LiDAR System kann weiterhin einen Datensatz von erlaubten Objekten aufweisen wobei beim Erkennen eines unbekannten Objekts in dem Überwachungsvolumen geprüft wird, ob es sich um ein erlaubtes Objekt handelt, und nur wenn es sich nicht um ein erlaubtes Objekt handelt, wird das unbekannte Objekt als unerwünschtes Objekt erkannt. Hierdurch kann erreicht werden, dass beispielsweise bei Detektion von Tieren im Überwachungsvolumen keine Information über ein unerwünschtes Objekt ausgegeben wird.
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Das LiDAR System und das weitere LiDAR System können weiterhin jeweils eine Markierung aufweisen zur Identifizierung des jeweiligen LiDAR Systems. Das LiDAR System kann dann das weitere LiDAR System anhand der entsprechenden Markierung in dem Datensatz identifizieren. Ebenso kann das weitere LiDAR System das LiDAR System mit der Markierung identifizieren. Es kann sich hierbei um eine bestimmte geometrische Form, um ein Strichcode, Buchstaben oder Zahlen etc. handeln, die eine eindeutige Identifizierung eines LiDAR Systems ermöglichen.
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Das LiDAR System kann das weitere LiDAR System im Gesichtsfeld lokalisieren.
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In manchen Beispielen wäre es denkbar, dass das LIDAR System auch eine Identität des weiteren LIDAR Systems bestimmt. Z.B. könnte eine Identifikationsnummer basierend auf einer entsprechenden Markierung erkannt werden, etwa über einen Strichcode oder einen anderen maschinenlesbaren Marker. Solche Information könnte an einen zentralen Server übermittelt werden, so dass dieser jedem LIDAR System einer Menge von LIDAR Systemen, die zur Überwachung des Überwachungsobjekts eingesetzt werden, jeweils ein oder mehrere weitere LiDAR Systeme zuordnen kann, die im entsprechenden Gesichtsfeld angeordnet sind. Dadurch kann eine besonders hohe Sicherheit erreicht werden, weil zum Beispiel durch den zentralen Server zusätzlich eine Topologie der Vielzahl von LIDAR Systemen ermittelt werden kann und damit auch eine zentrale Überwachung ermöglicht wird.
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Das Überwachungsvolumen kann in lateraler Richtung im Wesentlichen dem Gesichtsfeld des LiDAR Systems entsprechen und die Tiefe des Überwachungsvolumens über das Gesichtsfeld kann mindestens dem bestimmten Abstand zu dem weiteren LiDAR System entsprechen.
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Weiterhin ist ein LiDAR System mit einer Verarbeitungseinheit vorgesehen, die ausgebildet ist und arbeitet, wie oben näher erläutert wurde. Eine Lokalisierung und optional Identifizierung von weiteren LiDAR Systemen kann basierend auf der Punktwolke stattfinden.
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Zusätzlich wird ein Verfahren zum Überwachen eines Überwachungsobjekts bereitgestellt wobei mehrerer wie oben beschriebe LiDAR Systeme bereitgestellt werden und zusätzlich ein Sicherheitsbereich festgelegt wird zur Überwachung des Überwachungsobjekts. Anschließend können die mehreren LiDAR Systeme derart angeordnet und ausgerichtet werden relativ zu dem Überwachungsobjekt, dass alle möglichen Zugangspunkte zu dem Überwachungsobjekt in einem Gesichtsfeld von zumindest einem der mehreren LiDAR Systeme liegen, und wobei jedes LiDAR System zumindest in einem Gesichtsfeld eines anderen der mehreren LiDAR Systeme angeordnet ist und jedes LiDAR System von dem anderen System als solches identifiziert wurde. Anschließend kann überprüft werden, ob jedes der LiDAR Systeme, das zumindest ein anderes LiDAR System in seinem Gesichtsfeld detektiert hat, wobei wenn dies der Fall ist, die Überwachung des Überwachungsobjekts gestartet werden kann.
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Dadurch kann auf einfache Weise ein Sicherheitsbereich zur Überwachung des Überwachungsobjekts festgelegt werden. Die verschiedenen LiDAR Systeme müssen nur so positioniert werden, dass sie jeweils ein anderes LiDAR System im zugehörigen Gesichtsfeld und Überwachungsvolumen identifizieren können sodass jedes LiDAR System sein eigenes Überwachungsvolumen definieren kann.
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Hier kann jedes LiDAR System ein Überwachungsvolumen aufweisen und die einzelnen Überwachungsvolumina der mehreren LiDAR Systeme können zueinander so ausgerichtet sein, dass sämtliche mögliche Zugänge oder Zutrittswege zu dem Überwachungsobjekt in dem Überwachungsvolumen von zumindest einem der LiDAR Systeme liegen. Die Summe der Überwachungsvolumina kann dann den Sicherheitsbereich definieren.
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Weiterhin ist ein Computerprogramm vorgesehen, welches Programmmittel umfasst und in eine Speichereinheit einer Verarbeitungseinheit eines LiDAR Systems ladbar ist, um alle Schritte der oben beschriebenen Verfahren durchzuführen, wenn die Programmmittel von der Verarbeitungseinheit ausgeführt werden.
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Zusätzlich wird ein elektronisch lesbarer Datenträger bereitgestellt mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen. Diese Steuerinformationen sind derart ausgebildet, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Verarbeitungseinheit eines LiDAR Systems ein oben oder nachfolgend im Detail beschriebenes Verfahren durchführen.
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Die oben dargestellten Merkmale und die nachfolgend beschriebenen Merkmale können nicht nur in den entsprechend explizit dargestellten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in anderen Kombinationen, sofern es nicht explizit anders erwähnt ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt schematisch, wie mit der Verwendung von mehreren LiDAR Systemen ein Sicherheitsbereich zur Überwachung eines Überwachungsobjekts festgelegt werden kann.
- 2 zeigt schematisch die Bestimmung eines Überwachungsvolumens für ein LiDAR System zur Überwachung eines Überwachungsobjekts.
- 3 zeigt schematisch die Schritte eines Verfahrens, welches von jedem der LiDAR Systeme zur Überwachung eines Sicherheitsbereichs durchgeführt werden kann.
- 4 zeigt schematisch ein Flussdiagramm mit den Schritten, welche durchgeführt werden können zur Überwachung eines Überwachungsobjekts in einen Sicherheitsbereich.
- 5 zeigt schematisch einen Aufbau eines LiDAR Systems, welches in 1 oder 2 gezeigt ist.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Weiterhin sind die Figuren schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. Die in den Figuren dargestellten Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt, sondern sind vielmehr derart wiedergegeben, dass die Funktion und der Zweck für den Fachmann verständlich werden. Die in den Figuren dargestellten Verbindungen zwischen funktionellen Einheiten können als direkte oder indirekte Verbindung implementiert werden, wobei die Verbindung drahtlos oder drahtgebunden sein kann. Die funktionellen Einheiten können als Hardware, Software, Firmware oder als Kombination aus Hardware und Software oder Firmware implementiert werden.
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1 zeigt schematisch einen Aufbau wie bei Überwachung eines Übergangsobjekts 50 vorgegangen werden kann. Das Überwachungsobjekt 50 kann ein Fahrzeug, ein Flugzeug sein, kann eine Lagerstelle für Material oder Rohstoffe oder sonstiges sein, und das Objekt 50 soll mit einem mobilen variablen System überwacht werden, um der Zutritt zu einem Sicherheitsbereich 20 zu überwachen, in welchem sich das Überwachungsobjekt 50 befindet. Hierfür sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 4 LiDAR Systeme 100, 200, 300 und 400 vorgesehen. Jedes der LiDAR Systeme weist ein Überwachungsvolumen 150, 250, 350 und 450 auf. Jedes der LiDAR Systeme 100 bis 400 hat ein Gesichtsfeld, das zumindest so groß ist wie das bestimmte Überwachungsvolumen 150 bis 450, jedoch kann das Gesichtsfeld auch größer sein als das in 1 dargestellte jeweilige Überwachungsvolumen. Das Überwachungsvolumen des LiDAR Systems 100, das Volumen 150 ist derart ausgerichtet, dass in dem Überwachungsvolumen ein weiteres LiDAR System liegt, hier das LiDAR System 200, dessen Überwachungsvolumen wiederum gestrichelt dargestellt ist. In diesem Überwachungsvolumen liegt das LiDAR System 300, dessen Überwachungsvolumen 350 gepunktet dargestellt ist, wobei sich in diesem Überwachungsvolumen wiederum das LiDAR System 400 befindet. Das Überwachungsvolumen 450 des LiDAR Systems 400 ist strichpunktiert dargestellt und ist derart, dass in diesem Überwachungsvolumen das LiDAR System 100 liegt.
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Wie in 1 zu erkennen ist wurde durch die Positionierung der verschiedenen LiDAR Systeme ein geschlossener Kreis erreicht, sodass alle Seiten zum Zugang zu dem Überwachungsobjekt 50 überwacht werden. Wenn eine Person den Sicherheitsbereich 20 betreten will, muss sie zwangsläufig eines der Überwachungsvolumina 150 bis 450 durchqueren. Für das System 200 ist schematisch die Abstandslinie 260 dargestellt die das LiDAR System 200 verwendet, um den Abstand zu dem LiDAR System 300 zu bestimmen. Vorzugsweise enthält das Gesichtsfeld 250 des LiDAR Systems 200 vollständig.
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In dem in 1 dargestellten Beispiel ist es möglich, sich dem Überwachungsobjekt von allen Seiten beziehungsweise Himmelsrichtungen zu nähern. Es ist auch möglich, durch die Geometrie der Umgebung, beispielsweise Gebäude oder sonstige natürliche Gegenstände wie Berge oder Hügel, dass kein geschlossener Ring notwendig ist um den Sicherheitsbereich 20, in welchem sich das Überwachungsobjekt 50 befindet, komplett zu überwachen. Ist beispielsweise ein Überwachungsobjekt 50 nur von zwei Seiten zugänglich, könnte es ausreichend beispielsweise die Systeme 100, 200 und 300 bereitzustellen unter der Annahme, dass ein Zugang zu dem Objekt 50 bei der Ausrichtung von 1 von rechts oben aus Richtung des LiDAR Systems 400 nicht möglich ist. Hierfür würde dann das Überwachungsvolumen des LiDAR Systems 300 derart abgeändert, dass es in Richtung des LiDAR Systems 200 positioniert ist und dieses erfasst und erkennt. Die LiDAR Systeme 200 und 300 würden sich damit gegenseitig erfassen und erkennen, sodass sichergestellt ist bei einem nicht geschlossen Kreis, dass jedes LiDAR System ein weiteres LiDAR System erkennt, um somit das Überwachungsvolumen automatisch definieren zu können.
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2 zeigt schematisch genauer wie jedes der LiDAR Systeme von 1, hier ein Beispiel das LiDAR System 100 sein Überwachungsvolumen bestimmt. Das LiDAR System 100 kann durch eine Bedienperson so ausgerichtet werden, dass das Gesichtsfeld so ausgerichtet ist, dass das LiDAR System in seinem Gesichtsfeld das weitere LiDAR System 200 identifizieren kann. Hierbei wird das LiDAR System den Abstand zu dem weiteren LiDAR System bestimmen und wird nun das Überwachungsvolumen derart festlegen, dass das weitere LiDAR System 200 zumindest vollständig in dem Überwachungsvolumen enthalten ist. Die gestrichelte Linie 151 stellt eine mögliche Außenkante des Überwachungsvolumens dar, da hiermit sichergestellt wird, dass das LiDAR System 200 noch vollständig in dem Überwachungsvolumen 150 enthalten ist. Vorzugsweise ist der Öffnungswinkel des Überwachungsvolumens beziehungsweise die Ausrichtung des Überwachungsvolumens derart, dass das Überwachungsvolumen 150 noch geringfügig über die Begrenzungsflächen des LiDAR Systems 200 hinausgeht, wie es durch die beiden Außenkanten 152 und 153 des Überwachungsvolumens dargestellt ist. Damit ist es vollständig in dem Überwachungsvolumen enthalten. Das Überwachungsvolumen kann entweder kreissegmentförmig ausgebildet sein mit der Mindesttiefe d wie durch die Kreislinie 154 symbolisch dargestellt. Jedoch ist auch eine dreiecksförmige Form des Überwachungsvolumens möglich, wie es durch die geradlinige Grenzfläche 155 des segmentförmigen Überwachungsvolumen dargestellt ist. Das Überwachungsobjekt 40 ist schematisch ebenfalls dargestellt, wobei das Überwachungsobjekt 40 ganz oder teilweise in dem Überwachungsvolumen enthalten sein kann. Dies ist jedoch nicht zwingend der Fall, da es vor allem notwendig ist, den Zutrittsbereich und mögliche Zutrittswege zu dem Überwachungsobjekt zu überwachen. Wie in 2 dargestellt ist, kann jedes der LiDAR Systeme eine Markierung 170, 270 aufweisen, wodurch jedes LiDAR System das andere LiDAR System eindeutig identifizieren kann. Diese Markierung kann jede eindeutig identifizierbare Form aufweisen, welche dabei hilft, ein LiDAR System in der Punktwolke eines anderen LiDAR Systems eindeutig als solches zu identifizieren. Eine Objekterkennung kann auf der Punktwolke implementiert werden. Es könnten auch aktive Beacons verwendet werden, die z.B. Licht im Detektionsbereich des anderen LiDAR Systems aussenden. Es wäre denkbar, maschinengelernte Algorithmen zur Erkennung der benachbarten LiDAR Systeme zu verwenden.
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3 zeigt schematisch die Schritte eines Verfahrens, die von jedem LiDAR System 100 bis 400 von 1 durchgeführt werden können, um anschließend die Überwachung des Überwachungsobjekts 40, 50 in dem Sicherheitsbereich gewährleisten zu können. In einem ersten Schritt S31 wird jedes LiDAR System ein Datensatz empfangen. Wie bei LiDAR Systemen bekannt, weist ein Datensatz eine Vielzahl von Datenpunkten einer Punktwolke auf, wobei jeder Datenpunkt der Punktwolke ebenfalls eine Abstandsinformation beinhaltet zu dem messenden System. In einem weiteren Schritt S32 wird in dem Datensatz ein weiteres LiDAR System identifiziert, beispielsweise mithilfe der Markierung 170, 270 oder mithilfe einer vordefinierten Geometrie, die die weiteren LiDAR Systeme haben. Diese Geometrie kann derart spezifisch sein, dass eine einfache Identifizierung über die Geometrie möglich ist, auch ohne Vorsehen der Markierungen 170, 270. In einem weiteren Schritt wird dann der Abstand d von dem LiDAR System zum weiteren LiDAR System bestimmt, das heißt bezugnehmend auf 1 oder 2 der Abstand des Systems 200 zum System 100 etc.
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Mit der Kenntnis des Abstandes ist es dann möglich, das Überwachungsvolumen zu bestimmen derart, dass das weitere LiDAR System zumindest in dem Überwachungsvolumen enthalten ist. In einem Schritt S35 ist es dann möglich unerwünschte Objekte in dem Überwachungsvolumen in einem aktiven Betriebsmodus zu erkennen und in dem Schritt S36 wird dann eine Information ausgegeben, wenn ein unerwünschtes Objekt in dem Überwachungsvolumen detektiert wurde.
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Der aktive Betriebsmodus kann beispielsweise gestartet werden, wenn ein weiteres LiDAR System in dem Gesichtsfeld eines LiDAR Systems detektiert wurde oder wenn eine Bedienperson diesen aktiviert hat, wenn das LiDAR System anzeigt, dass das weitere LiDAR System erfolgreich erkannt wurde und das Überwachungsvolumen erfolgreich festgelegt wurde. Beispielsweise könnte ein Startbefehl für den aktiven Modus von einem zentralen Server erhalten werden, der einer Anwendung ausführt, welche die Überwachung des Überwachungsobjekts betrifft. Wenn dieser Startbefehl für den aktiven Modus erhalten wird, obwohl das LIDAR System kein weiteres LIDAR System erkennt, so könnte ein Fehler zurückgegeben werden.
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Nachdem der aktive Modus gestartet wird, kann kontinuierlich (zum Beispiel mit einer bestimmten Wiederholrate) überprüft werden, ob jeweils ein weiteres LiDAR System, das in Schritt S32 identifiziert wurde, noch sichtbar ist. Wenn dieses weitere LiDAR System nicht mehr sichtbar ist, kann eine entsprechende Information an beispielsweise einen zentralen Server ausgegeben werden. Es könnte auch eine Warnung ausgegeben werden, zum Beispiel ein Warnton oder ein Blinken, usw.
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4 zeigt schematisch ein Verfahren mit den Schritten zur Überwachung des Überwachungsobjekts mithilfe von mehreren LiDAR Systemen.
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In einem ersten Schritt S41 werden mehrere LiDAR Systeme bereitgestellt, wie sie oben erläutert wurden. Die LiDAR Systeme könnten z.B. an einem zentralen Server registriert werden.
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In einem Schritt S42 wird ein Sicherheitsbereich zur Überwachung des Überwachungsobjekts 40, 50 festgelegt und in einem Schritt S43 ist es dann möglich die mehreren LiDAR Systeme so anzuordnen und auszurichten relativ zu dem Überwachungsobjekt, dass alle möglichen Zugangspunkte oder Zugangswege zu dem Überwachungsobjekt in einem Gesichtsfeld von zumindest einem der mehreren LiDAR Systeme liegen und jedes LiDAR System zumindest in dem Gesichtsfeld eines anderen LiDAR Systems angeordnet und als solches erkannt wurde. Dies kann z.B. als „Daisy-Chain“-Topologie der LiDAR Systeme erreicht werden, weil jedes LiDAR System ein benachbartes LiDAR System „sieht“; es kann insbesondere eine geschlossene „Daisy-Chain“-Topologie werden, d.h. das Überwachungsobjekt ist komplett umschlossen von Bereichen, die jeweils von mindestens einem Gesichtsfeld der LiDAR Systeme in der geschlossenen „Daisy-Chain“ Topologie angeordnet sind. Eine Verletzung der geschlossenen „Daisy-Chain“ Topologie wird dann erkannt, wenn zumindest eines der LiDAR Systeme kein benachbartes LiDAR System mehr erkennt (beispielsweise durch einen Betriebsfehler oder eine Hindernis im Sichtfeld); dies kann in einer Warnung oder einer Beendigung des aktiven Betriebsmodus resultieren.
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Im Schritt S44 wird überprüft, ob jedes der LiDAR Systeme das zumindest eine andere LiDAR System in seinem Gesichtsfeld detektiert hat und somit in einem aktiven Betriebsmodus arbeiten kann, wobei wenn alle LiDAR Systeme in dem aktiven Betriebsmodus arbeiten, das Überwachen des Überwachungsobjekts gestartet werden kann.
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5 zeigt schematisch eine Architektur eines LiDAR Systems. Beispielhaft sind die Systemkomponenten des LiDAR Systems 100 dargestellt, wobei jedes der LiDAR Systeme 100 bis 400 diese Systemkomponenten aufweisen kann.
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Das hier System 100 weist eine Messeinheit 110 auf, welche die lichtbasierte Abstandsmessung in einem Gesichtsfeld durchführt, wobei das Licht im Gesichtsfeld entweder in pulsierter Form oder als kontinuierliche Welle ausgegeben werden kann. Das reflektierte Licht wird dann von der Messeinheit detektiert und die Entfernungsbestimmung kann erfolgen für die verschiedenen Punkte eines dreidimensionalen Gesichtsfeldes mit einer definierten seitlichen oder lateralen Breite und einer bestimmten Höhe in der vertikalen Richtung. Wie die Abstandsmessung und die Erzeugung einer 3-D Punktwolke erfolgt, ist dem Fachmann bei LiDAR Systemen bekannt und wird hier nicht näher erläutert. Das LiDAR System 100 weist weiterhin eine Eingabe-Ausgabeeinheit 120 auf, mit der beispielsweise Informationen an andere Einheiten und Anwender des Systems ausgegeben werden können, beispielsweise dass das System in einem aktiven Betriebsmodus arbeitet oder eben in einem passiven Betriebsmodus ohne Überwachungsfunktion. Zusätzlich können Alarme ausgegeben werden, falls unerwünscht Objekte detektiert werden etc. Die Kommunikation des LiDAR Systems mit externen Systemen kann drahtgebunden oder drahtlos erfolgen. Weiterhin ist eine Verarbeitungseinheit 130 vorgesehen die als Prozessoreinheit oder Mikrocontroller implementiert sein kann oder als applikationsspezifische Schaltung oder als FPGA. Die Verarbeitungseinheit 130 ist mit einer Speichereinheit 140 gekoppelt und kann beispielsweise in der Speichereinheit 140 gespeicherte Computerprogramme laden und ausführen. In der Speichereinheit 140 kann weiterhin eine Sammlung von erlaubten Objektformen gespeichert sein, damit festgestellt werden kann, ob eine detektierte Form im Überwachungsvolumen einem unerwünschten Objekt entspricht oder nicht. Eine Person kann beispielsweise ein ungewünschtes Objekt sein, im Falle eines Tieres, wie einer Katze oder kleineren Tieren können diese anhand ihrer Form erkannt werden und nicht als unerwünschte Objekte identifiziert werden. Mittels des LiDAR Systems 100 wird also „on-device“ Verarbeitung von Daten ermöglicht. Insbesondere können ein oder mehrere benachbarte LiDAR Systeme lokal beim LiDAR System erkannt werden, z.B. indem die Punktwolke die dort lokal gemessen wird, ausgewertet wird. Eine zentrale Servereinheit, die entfernt angeordnet ist, ist für diese Aufgabe nicht erforderlich.
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Das oben beschriebene Verfahren und das beschriebene System ist flexibel einsetzbar und es ist möglich, verschiedene Objekte mit unterschiedlichen Größen zu überwachen, da der Sicherheitsbereich individuell und flexibel über die Anzahl der verwendeten LiDAR Systeme definiert werden kann. Die Anzahl der verwendeten LiDAR Systeme ist beliebig je nach Größe des zu sichernden Objekts. Weiterhin ist eine sehr einfache Inbetriebnahme möglich, da jedes LiDAR System nur ein weiteres LiDAR System in seinem Überwachungsvolumen detektieren muss. Ein zentraler Server, der mit den verschiedenen LiDAR Systemen kommuniziert und die Daten auswertet und die Überwachung durchführ, wird nicht benötigt. Die Bedienperson muss jedes LiDAR System daher nur so aufstellen, dass in dem Gesichtsfeld das weitere LiDAR System zu liegen kommt. Ein vollständiges Umrunden des Sicherheitsbereichs zur Definition dieses Sicherheitsbereiches ist nicht notwendig. Weiterhin erfolgt keine Alarmauslösung bei Objekten wie beispielsweise Kleintieren, da durch das LiDAR System dreidimensionale Daten erzeugt werden, mit denen die Objekte sehr gut identifiziert und klassifiziert werden können, um welchen Typ von Objekt es sich handelt. Durch den Entfall eines zentralen Servers kann auch ein höherer Sicherheitsstandard erreicht werden, da Angriffsvektoren zur Kompromittierung der Sicherheit auf den zentralen Server bzw. der Kommunikationsverbindung zwischen den LiDAR Systemen und dem zentralen Server entfallen. Beispielsweise könnte jedes LiDAR System, sofern es lokal kein weiteres LiDAR System erkennt, nachdem es im aktiven Betriebsmodus war, auch eine lokale Warnung - etwa einen Audio oder visuelle Warnung - ausgeben.
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Die verschiedenen LiDAR Systeme können an ihrer Eingabe-Ausgabeeinheit mit einer weiteren Kommunikationseinheit verbunden sein, über die ein Benutzer des Systems informiert wird, wenn sich entweder jemand ungewünscht dem Sicherheitsbereich nähert oder wenn beispielsweise ein LiDAR System detektiert, dass ein weiteres LiDAR System aus dem Gesichtsfeld entfernt wurde. Die Verarbeitungseinheit 130 kann somit derart ausgebildet sein, dass immer überwacht wird, dass in dem aktiven Betriebszustand das weitere LiDAR System im Gesichtsfeld detektiert wird und von der Lage her unverändert bleibt.
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Es wird somit eine mobile Überwachungslösung bereitgestellt für Fahrzeuge Maschinen oder Rohstoffe durch eine Kettenschaltung oder Aneinanderschaltung von unabhängigen LiDAR Modulen, die jeweils eine Verarbeitungseinheit aufweisen.
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Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.
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Beispielsweise wurden voranstehend Techniken beschrieben, bei denen ein LIDAR System ein weiteres LIDAR System durch Verarbeitung einer Punktwolke erkennt. In manchen Beispielen wäre es denkbar, dass das LIDAR System das weitere LIDAR System alternativ oder zusätzlich durch Verwendung von Kamerabildern einer Kamera identifiziert, das heißt zum Beispiel in einem 2-D Bild lokalisiert und optional eine Identität feststellt. Die Überwachung auf Eindringen eines unerwünschten Objekts davon unberührt basierend auf der Punktwolke erfolgen.
