DE10330368B4 - Method and arrangement for identifying and / or differentiating substances displayed by sensors in gas mixtures and a corresponding computer program and a corresponding computer-readable storage medium - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Identifizierung von Stoffen in Gasgemischen,
wobei Parameter
des Gasgemischs durch einen Halbleiter- oder Metalloxidsensor im Temperatur-Wechselverfahren erfasst
werden, und
wobei wenigstens ein Teil der von diesem Sensor
erfassten Parameter durch ein auf einer Datenverarbeitungseinrichtung
installiertes Computerprogramm unter Verwendung von Referenz- und/oder
Klassifikationsmustern ausgewertet und von dem Sensor angezeigte
Stoffe identifiziert werden, und
wobei in Abhängigkeit
der Ergebnisse der Auswertung eine Alarmentscheidung getroffen wird,
dadurch
gekennzeichnet, dass
– in
einem ersten Schritt mittels eines Vergleichs der Werte der erfassten
Parameter mit vorgegebenen Toleranzgrenzen eine Voralarmentscheidung
getroffen wird, und
– in
Abhängigkeit
des Voralarms in einem zweiten Schritt die Auswertung auf der Datenverarbeitungseinrichtung
erfolgt.Method for identifying substances in gas mixtures,
wherein parameters of the gas mixture are detected by a semiconductor or metal oxide sensor in the temperature change process, and
wherein at least a portion of the parameters detected by this sensor are evaluated by a computer program installed on a data processing device using reference and / or classification patterns, and substances identified by the sensor are identified, and
whereby an alarm decision is made depending on the results of the evaluation,
characterized in that
In a first step, a prealarm decision is made by means of a comparison of the values of the detected parameters with predetermined tolerance limits, and
- In response to the pre-alarm in a second step, the evaluation is carried out on the data processing device.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Identifizierung und/oder Differenzierung von durch Sensoren angezeigten Stoffen in Gasgemischen sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium, welche insbesondere einsetzbar sind zur Überwachung von Industrieanlagen, insbesondere der chemischen Industrie, für großflächige Überwachung von Schweißkontrollsystemen, als Lecksuchsystem für Raffineriegelände, für den Intrusionschutz von Containern, als Überwachungssystem für Emmissionen und Immissionen oder auch zum Energiemanagement von Gebäuden und Anlagen.The The invention relates to a method and an arrangement for identification and / or differentiation of substances displayed by sensors in gas mixtures as well as a corresponding computer program and a corresponding computer-readable storage medium, which in particular can be used for monitoring industrial plants, in particular the chemical industry, for large-area monitoring of welding control systems, as leak detection system for Refinery site, for the Intrusion protection of containers, as a monitoring system for emissions and immissions or even for the energy management of buildings and Attachments.
Die Sensorentwicklung nimmt in vielen Bereichen immer mehr an Bedeutung zu. Dabei werden „dumme" Sensoren von einer neuen Generation intelligenter Sensoren verdrängt. Die Entwicklung ist durch modernste Technologien, hoher Integrationsdichte und künstlicher Intelligenz geprägt.The Sensor development is becoming increasingly important in many areas to. This "stupid" sensors of a new generation of intelligent sensors. The development is through state-of-the-art technologies, high integration density and artificial Intelligence shaped.
Im Bereich der Brandüberwachung werden bisher am häufigsten die folgenden Arten von Sensoren eingesetzt:
- – optische Rauchmelder,
- – Ionisationsrauchmelder,
- – Flammenmelder,
- – Wärmemelder (IR),
- – chemische Gassensoren.
- - optical smoke detectors,
- - ionisation smoke detector,
- - flame detector,
- - heat detector (IR),
- - chemical gas sensors.
Als besonders erfolgversprechend wurden die erst seit kurzem verfügbaren Halbleitergassensoren angesehen. Sie sind robust und langzeitstabil, zeichnen sich durch eine hohe Empfindlichkeit (Erkennung im ppm-Bereich), Auswertbarkeit und geringes Rauschen aus. Außerdem werden sie zu vergleichsweise geringen Preisen angeboten. Trotz dieser Vorteile haben sie sich bisher auf dem Markt nicht durchgesetzt. Der Grund hierfür liegt in der hohen Empfindlichkeit, die dazu führt, daß häufig Alarm ausgelöst wird mit einer hohen Fehlerquote. Das Problem dieser hochempfindlichen Halbleitergassensoren liegt in der Nichtunterscheidbarkeit oder unzulänglichen Unterscheidbarkeit der Alarme.When Particularly promising were the recently available semiconductor gas sensors considered. They are robust and long-term stable, are characterized by a high sensitivity (detection in the ppm range), readability and low noise. Furthermore They are offered at comparatively low prices. In spite of These advantages have not yet prevailed on the market. The reason for that This is due to the high sensitivity that causes the alarm to be triggered frequently with a high error rate. The problem of this highly sensitive Semiconductor gas sensors lies in the non-discrimination or inadequate Distinctness of the alarms.
Um dieses Problem zu lösen, wurde vorgeschlagen, mehrere, für verschiedene Schadstoffe oder Empfindlichkeiten ausgelegte Halbleitergassensoren einzusetzen oder einen Sensor mit verschiedenen Metalloxid-Schichten zu versehen. Geben ein oder mehrere Sensoren ein Signal, so wird aus den verschiedenen, jeweils ansprechenden Sensoren auf die Art des auslösenden Ereignisses geschlossen. Analog wird aus den jeweils ansprechenden Metalloxid-Schichten auf das auslösende Gasgemisch geschlossen. Nachteilig an diesem Verfahren ist insbesondere, dass im ersten Falls stets mehrere Sensoren eingesetzt werden müssen. Beim zweiten Fall stellt es einen Nachteil dar, daß die in einem Sensor verwendeten Metalloxid-Schichten die Menge der unterscheidbaren Gasgemische und damit auch die Einsatzgebiete eines solchen Sensors einschränken.Around to solve this problem, was proposed several, for various pollutants or sensitivities designed semiconductor gas sensors or a sensor with different metal oxide layers to provide. If one or more sensors give a signal, it will from the different, respectively appealing sensors on the kind of the triggering Event closed. Analog becomes from the respective appealing Closed metal oxide layers on the triggering gas mixture. A disadvantage of this method is in particular that in the first If more than one sensor must always be used. In the second case it is a disadvantage that the in a sensor, metal oxide layers used the amount of distinguishable Gas mixtures and thus the applications of such a sensor limit.
Halbleitergassensoren werden gegenwärtig z. B. in der Automobilindustrie verwendet, um die Lüftungsklappen bei Mittelklassewagen zu steuern, um so abzusichern, dass keine schädlichen Gase in die Fahrgastzelle dringen. Zur professionellen Brandüberwachung jedoch werden bisher Halbleitergassensoren kaum eingesetzt, da ein Fehlalarm in diesem Falle ganz erhebliche Folgen hätte.Semiconductor gas sensors currently z. As used in the automotive industry, the ventilation flaps in mid-range cars to control so as to ensure that no harmful gases in the passenger compartment penetrate. However, to date professional fire monitoring will be Semiconductor gas sensors hardly used, as a false alarm in this case would have very significant consequences.
Auf
dem Gebiet der Erfindung sind im Stand der Technik bereits Lösungen bekannt.
So beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift
In
der deutschen Offenlegungsschrift
Die
deutschen Offenlegungsschriften
In
der Gebrauchsmusterschrift
Die
gattungsbildende Patentschrift
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren und eine Anordnung zur Identifizierung und/oder Differenzierung von durch Sensoren angezeigten Stoffen in Gasgemischen sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium bereitzustellen, welche die bekannten Lösungen verbessern, und so insbesondere ein intelligentes System zu schaffen als Gesamtlösung für eine sichere und schnelle Erfassung und Erkennung von Ereignissen, wie beispielsweise Brände und gasförmige Luftveränderungen.The The object of the invention is thus to provide a method and a Arrangement for identifying and / or differentiating by Sensors displayed substances in gas mixtures and a corresponding Computer program and a corresponding computer-readable storage medium to provide which improve the known solutions, and so in particular to create an intelligent system as a total solution for a safe and fast Detection and detection of events, such as fires and gaseous Air changes.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in den Ansprüchen 1, 13, 21 sowie 22 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.This object is achieved by the features in claims 1, 13, 21 and 22 are solved. Advantageous embodiments of the invention are contained in the subclaims.
Es ist hierfür vorgesehen, dass bei Ansprechen eines Sensors wenigstens ein Teil der von diesem Sensor erfassten, Stoffe in Gasgemischen charakterisierenden Parameter und/oder wenigstens ein Teil der von diesem Sensor generierten Daten durch ein Computerprogramm automatisch ausgewertet wird und die Identifizierung und/oder Differenzierung von Stoffen anhand vorgebbarer Kriterien und/oder Muster erfolgt.It is for this provided that at least one part is responsive to a sensor the substances detected in gas mixtures characterized by this sensor Parameter and / or at least part of the generated by this sensor Data is automatically evaluated by a computer program and the identification and / or differentiation of substances predetermined criteria and / or patterns.
Erfindungsgemäß erfolgt die Identifizierung von Stoffen in Gasgemischen derart, dass Parameter des Gasgemischs durch einen Halbleiter- oder Metalloxidsensor im Temperatur-Wechselverfahren erfasst werden, wenigstens ein Teil der von diesem Sensor erfassten Parameter durch ein auf einer Daten verarbeitungseinrichtung installiertes Computerprogramm unter Verwendung von Referenz- und/oder Klassifikationsmustern ausgewertet und von dem Sensor detektierte angezeigte Stoffe identifiziert werden, und in Abhängigkeit der Ergebnisse der Auswertung eine Alarmentscheidung getroffen wird. Ein wichtiger Aspekt der Erfindung besteht darin, dass das Verfahren zur Identifizierung von Stoffen in Gasgemischen in zwei Schritten abläuft, derart dass
- – in einem ersten Schritt mittels eines Vergleich der Werte der erfassten Parameter mit vorgegebenen Schwellwerten Toleranzgrenzen eine Voralarmentscheidung getroffen wird, und
- – in Abhängigkeit des Voralarms in einem zweiten Schritt die Auswertung auf der Datenverarbeitungseinrichtung erfolgt.
- In a first step, by means of a comparison of the values of the detected parameters with predetermined threshold values of tolerance limits, a prealarm decision is made, and
- - In response to the pre-alarm in a second step, the evaluation is carried out on the data processing device.
Eine Anordnung zur Identifizierung von durch Sensoren angezeigten Stoffen in Gasgemischen ist erfindungsgemäß so eingerichtet, dass sie mindestens einen Halbleiter- oder Metalloxidsensor und mindestens eine Datenverarbeitungseinrichtung umfasst, wobei die Anordnung derart eingerichtet ist, dass ein Verfahren zur Identifikation von Stoffen in Gasgemischen durchführbar ist, wobei Parameter des Gasgemischs durch den mindestens einen Halbleiter- oder Metalloxidsensor im Temperatur-Wechselverfahren erfasst werden, wenigstens ein Teil der von dem mindestens einen Sensor erfassten Parameter durch ein auf einer Datenverarbeitungseinrichtung installiertes Computerprogramm unter Verwendung von Referenz- und/oder Klassifikationsmustern ausgewertet und von dem mindestens einen Sensor angezeigte Stoffe identifiziert werden, und in Abhängigkeit der Ergebnisse der Auswertung eine Alarmentscheidung getroffen wird, und wobei das Verfahren zwei Schritte umfasst, wobei
- – in einem ersten Schritt mittels eines Vergleich der Werte der erfassten Parameter mit vorgegebenen Toleranzgrenzen eine Voralarmentscheidung getroffen wird, und
- – in Abhängigkeit des Voralarms in einem zweiten Schritt die Auswertung auf der Datenverarbeitungseinrichtung erfolgt.
- In a first step, a prealarm decision is made by means of a comparison of the values of the detected parameters with predetermined tolerance limits, and
- - In response to the pre-alarm in a second step, the evaluation is carried out on the data processing device.
Ein Computerprogramm zur Identifizierung von durch Sensoren angezeigten Stoffen in Gasgemischen ermöglicht es einem Computer, nachdem es in den Speicher des Computers geladen worden ist, ein Verfahren zur Identifikation von Stoffen in Gasgemischen durchzuführen, wobei Parameter des Gasgemischs durch einen Halbleiter- oder Metalloxidsensor im Temperatur-Wechselverfahren erfasst werden, und wobei wenigstens ein Teil der von diesem Sensor erfassten Parameter durch ein auf einer Datenverarbeitungseinrichtung installiertes Computerprogramm unter Verwendung von Referenz- und/oder Klassifikationsmustern ausgewertet und von dem Sensor angezeigte Stoffe identifiziert werden, und in Abhängigkeit der Ergebnisse der Auswertung eine Alarmentscheidung getroffen wird, und wobei das Verfahren zwei Schritte umfasst, wobei
- – in einem ersten Schritt mittels eines Vergleich der Werte der erfassten Parameter mit vorgegebenen Toleranzgrenzen eine Voralarmentscheidung getroffen wird, und
- – in Abhängigkeit des Voralarms in einem zweiten Schritt die Auswertung auf der Datenverarbeitungseinrichtung erfolgt.
- In a first step, a prealarm decision is made by means of a comparison of the values of the detected parameters with predetermined tolerance limits, and
- - In response to the pre-alarm in a second step, the evaluation is carried out on the data processing device.
Beispielsweise können diese Computerprogramme (gegen Gebühr oder unentgeltlich, frei zugänglich oder passwortgeschützt) downloadbar in einem Daten- oder Kommunikationsnetz bereitgestellt werden. Die so bereitgestellten Computerprogramme können dann durch ein Verfahren nutzbar gemacht werden, bei dem ein Computerprogramm nach Anspruch 21 aus einem elektronischen Datennetz wie beispielsweise aus dem Internet auf eine an das Datennetz angeschlossene Datenverarbeitungseinrichtung heruntergeladen wird.For example can these computer programs (for a fee or free of charge, free accessible or password protected) be provided downloadable in a data or communication network. The computer programs thus provided can then be processed by a method be made available, in which a computer program according to claim 21 from an electronic data network such as from the Internet on a connected to the data network data processing device is downloaded.
Um eine Identifizierung von durch Sensoren angezeigten Stoffen in Gasgemischen durchzuführen, wird vorteilhafterweise ein computerlesbares Speichermedium eingesetzt, auf dem ein Programm gespeichert ist, das es einem Computer ermöglicht, nachdem es in den Speicher des Computers geladen worden ist, ein Verfahren zur Identifizierung von durch Sensoren angezeigten Stoffen in Gasgemischen durchzuführen, wobei Parameter des Gasgemischs durch einen Halbleiter- oder Metalloxidsensor im Temperatur-Wechselverfahren erfasst werden, wenigstens ein Teil der von diesem Sensor erfassten Parameter durch ein auf einer Datenverarbeitungseinrichtung installiertes Computerprogramm unter Verwendung von Referenz- und/oder Klassifikationsmustern ausgewertet und von dem Sensor angezeigte Stoffe identifiziert werden, und in Abhängigkeit der Ergebnisse der Auswertung eine Alarmentscheidung getroffen wird, und wobei das Verfahren zwei Schritte umfasst, wobei
- – in einem ersten Schritt mittels eines Vergleich der Werte der erfassten Parameter mit vorgegebenen Toleranzgrenzen eine Voralarmentscheidung getroffen wird, und
- – in Abhängigkeit des Voralarms in einem zweiten Schritt die Auswertung auf der Datenverarbeitungseinrichtung erfolgt.
- In a first step, a prealarm decision is made by means of a comparison of the values of the detected parameters with predetermined tolerance limits, and
- - In response to the pre-alarm in a second step, the evaluation is carried out on the data processing device.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass bei der Auswertung durch das Computerprogramm Verfahren der künstlichen Intelligenz eingesetzt werden. Insbesondere können bei der Auswertung durch das Computerprogramm neuronale Netze eingesetzt werden.A preferred embodiment the method according to the invention provides that in the evaluation by the computer program procedure the artificial one Intelligence be used. In particular, in the evaluation by the computer program neural networks are used.
Das bringt den Vorteil mit sich, dass dadurch die Fehlalarmquote erheblich reduziert wird. Unterstützt wird dies noch dadurch, dass zur Identifizierung und/oder Differenzierung von Stoffen eine Bibliothek von Kriterien und/oder Mustern verwendet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann optimiert werden, indem die Bibliothek(en) an den Einsatzbereich der Sensoren angepasste wird (werden). In den Bibliotheken sind dann lediglich solche Kriterien und/oder Muster enthalten, die Stoffe, Ereignisse oder Zustande beschreiben, welche in der zu überwachenden Umgebung real auftreten können und entscheidungsrelevant sind.The brings with it the advantage that thereby the false alarm rate considerably is reduced. supports This is further characterized by being for identification and / or differentiation of substances a library of criteria and / or patterns is used. The inventive method can be optimized by adding the library (s) to the application area the sensors are (are) adapted. In the libraries are then contain only those criteria and / or patterns, the substances, Describe events or states which in the to be monitored Environment can occur real and relevant to the decision.
Nachdem durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Zustand identifiziert wurde, erweist es sich in vielen Fällen als vorteilhaft, daß in Abhängigkeit von identifizierten Stoffen eine Signalisierung der Detektion dieser Stoffe erfolgt. Dieses Vorgehen wird insbesondere Anwendung finden, bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Brandüberwachung und/oder zur Sicherung von geschlossenen Räumen, insbesondere von Containern, gegen unberechtigtes Öffnen und/oder Eindringen.After this by the method according to the invention a condition has been identified, it turns out in many cases as advantageous that in Dependence on identified substances signaling the detection of these Substances takes place. This procedure will find particular application when using the method according to the invention for fire monitoring and / or for securing closed rooms, in particular containers, against unauthorized opening and / or intrusion.
Alternativ oder parallel zu der Signalisierung kann auch automatisch eine Aktion angestoßen werden, oder die durch das Verfahren gewonnenen Ergebnisse werden nur abgespeichert.alternative or parallel to the signaling can also automatically an action initiated or the results obtained by the procedure only saved.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die automatische Auswertung durch das Computerprogramm die Reaktion auf frühere Auswertungsergebnisse berücksichtigt (selbstlernendes System).In another preferred embodiment the method according to the invention is provided that the automatic evaluation by the computer program the reaction on earlier Evaluation results taken into account (self-learning system).
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Parameter erfasst und/oder übertragen werden, aus denen der geographische Standort von Sensoren ermittelbar ist. Dabei wird vorteilhafterweise ein Global Positioning System (GPS) eingesetzt. Dieses Vorgehen ist insbesondere dann angebracht, wenn mobile Objekte, wie beispielsweise Container, mit Sensoren ausgestattet sind, da so der jeweilige Standort des Objektes sicher festgestellt werden kann.One Another advantage of the invention is that parameters are detected and / or transmitted from which the geographical location of sensors can be determined is. This is advantageously a Global Positioning System (GPS) used. This procedure is particularly appropriate when mobile objects, such as containers, equipped with sensors are, as the respective location of the object determined safely can be.
Außerdem erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Sensoren und/oder eine die Sensoren umfassende Überwachungseinrichtung über Kommunikationsnetze fernkonfiguriert werden.In addition, proves it is advantageous if the sensors and / or one of the sensors comprehensive monitoring device via communication networks be configured remotely.
Insbesondere bei großflächigen zu überwachenden Bereichen wird die Überwachung dadurch verbessert, daß die Sensoren der Überwachungseinrichtung netzartig in dem zu überwachenden Bereich installiert werden.Especially for large-scale monitoring Areas will be monitoring improved by that Sensors of the monitoring device reticulate in the monitored Area to be installed.
Bei der Überwachung besonders wichtiger Bereiche kann die Zuverlässigkeit der Überwachung und die Ausfallsicherheit verbessert werden, indem eine redundante Übertragung der Parameter und/oder der Analyseergebnisse erfolgt.at the surveillance Particularly important areas can be the reliability of the monitoring and Resilience can be improved by using a redundant transmission the parameter and / or the analysis results.
Eine bevorzuge Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sieht vor, daß die Anordnung
- – mindestens ein Mittel der künstlichen Intelligenz,
- – mindestens eine Referenzbibliothek,
- – mindestens ein Mittel zur Alarm-Ausgabe und/oder
- – mindestens ein Mittel zur visuellen Datenausgabe
- - at least one means of artificial intelligence,
- - at least one reference library,
- - at least one means for alarm output and / or
- - at least one means of visual data output
Dabei erweist es sich als Vorteil, wenn das (die) Mittel der künstlichen Intelligenz als neuronales Netz ausgebildet sind und/oder wenn die Bibliothek(en) Klassifikationsmuster für Veränderungen der Luftzusammensetzung umfasst.there it proves to be an advantage if the (the) means of artificial Intelligence are designed as a neural network and / or when the Library (s) Classification pattern for changes in air composition includes.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch entsprechende. Auswahl der Klassifikationsmuster in den Bibliotheken für verschiedene Verwendungen jeweils spezielle, optimal angepasste Sensorsysteme bereitgestellt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind jegliche Luftveränderungen identifizierbar; beispielsweise kann das Verfahren eingesetzt werden für den Intrusionschutz von Containern, wenn die Bibliotheken Muster für Luftveränderungen enthalten, die ein Öffnen des Containers signalisieren.One Another advantage of the invention is that by appropriate. Selection of classification patterns in the libraries for different uses each provided special, optimally adapted sensor systems become. By the method according to the invention are any air changes identifiable; For example, the method can be used for the Intrusion protection of containers, if the libraries patterns for air changes contain an opening of the container.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, daß die Anordnung Mittel umfasst, mit denen der geographische Standort von Sensoren ermittelbar ist. Vorteilhaft ist es dabei insbesondere, wenn die Anordnung Mittel umfasst, mit denen ein Global Positioning System (GPS) nutzbar ist.In another preferred embodiment of the arrangement according to the invention it is provided that the arrangement comprises means with which determine the geographical location of sensors bar is. It is advantageous in particular if the arrangement comprises means with which a Global Positioning System (GPS) can be used.
Eine weiterer bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sieht vor, daß die Anordnung fernkonfigurierbar ist.A Another preferred embodiment of inventive arrangement provides that the Arrangement is remotely configurable.
In weiträumigen, zu überwachenden Gebieten wird vorteilhaft eine Anordnung eingesetzt, wobei die Sensoren der Anordnung netzartig in dem zu überwachenden Bereich installierte sind.In spacious, to be monitored Regions is advantageously used an arrangement, wherein the sensors the arrangement installed like a net in the area to be monitored are.
Als weiterer besonderer Vorteil der Erfindung ist anzusehen, dass insbesondere selbstlernende Systeme eine flexible und schnelle Anpassung an die jeweiligen Markterfordernisse erlauben. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Systeme fernkonfigurierbar ausgelegt sind.When Another particular advantage of the invention is to be considered, in particular self-learning systems a flexible and fast adaptation to the respective Allow market requirements. It is also advantageous if the Systems are designed to be remotely configurable.
Die als Halbleitergassensoren realisierten Sensoren sind robust, langzeitstabil und besitzen darüber hinaus ein sehr gutes Preis-/Leistungsverhältnis.The Sensors realized as semiconductor gas sensors are robust, long-term stable and own it In addition, a very good price / performance ratio.
Neuronale Netze in Verbindung mit einer ausgereifter Elektronik bringen eine neue Qualität an Erkennung mit geringer Fehlalarmquote hervor, wobei die Intelligenz darin besteht, zwischen natürlichen oder künstlichen ungefährlichen Veränderungen der Luft und gefährlichen Ereignissen unterscheiden zu können. Ein neuronales Netz erkennt auch aus den Daten von weitverzweigt installierten Sensoren online die wichtigsten Schad- und Rauchgase bzw. den Sauerstoffgehalt der Luft. Es kann zwischen absolut gefährlichen Brandgasen und witterungsbedingten Veränderungen der Luftzusammensetzung unterschieden werden. Damit können Brände oder austretende Gase geografisch eindeutig sicher und schnell erkannt und die Meldungen an die Leitstellen übertragen werden.neural Networks in conjunction with sophisticated electronics bring one new quality At detection with low false alarm rate, the intelligence it consists of, between natural or artificial harmless changes the air and dangerous To distinguish events. A neural network also detects from the data of widely branched installed sensors online the most important pollutants and fumes or the oxygen content of the air. It can be between absolutely dangerous Fire gases and weather-related changes in air composition be differentiated. With that you can fires or escaping gases are clearly identified geographically safe and fast and the messages are transmitted to the control centers.
Die Erfindung weist, kurz zusammengefasst, die nachfolgend aufgezählten Vorteile auf:
- – hohe Flexibilität der Einsatzbereiche,
- – Erkennbarkeit und Klassifikation der Brand-Rauch- und anderer Gase,
- – Brandfrüherkennung. Frühzeitige Erkennung des Brandes bereits im Schwelstadium, wo optische Sensoren noch nicht reagieren,
- – genaue geografische Zuordnung (auch GPS),
- – unabhängig von Wetter und Sichtbedingungen,
- – hohe Zuverlässigkeit mit geringen Fehlalarmmeldungen,
- – gute Auswertbarkeit mittels elektronischer Systeme und
- – vielfältige Einsatzbereiche in Industrie, öffentlichen Einrichtungen und privaten Bereichen.
- - high flexibility of the application areas,
- - recognizability and classification of fire smoke and other gases,
- - Early fire detection. Early detection of the fire already in the smoldering stage, where optical sensors are not yet reacting,
- - exact geographical allocation (also GPS),
- - regardless of weather and visibility conditions,
- - high reliability with low false alarms,
- - good readability by means of electronic systems and
- - diverse applications in industry, public institutions and private sectors.
Die Einsatzgebiete des Systems sind vielfältig. Sie reichen von der Industrie bis hin zur Umweltüberwachung und in den privaten Bereich.The Fields of application of the system are manifold. They range from industry up to environmental monitoring and in the private area.
Von der Industrie sind insbesondere zu nennen die chemische Industrie und Laboratorien, die Petrochemie, die großflächige Überwachung von Schweißkontrollsystemen, Lecksuchsysteme für Raffineriegelände, Überwachung von Pipelines unterschiedlicher Gase und Energie Controlling System und Energiemanagement von Gebäuden und Anlagen.From In particular, the chemical industry should be mentioned in the industry and laboratories, petrochemicals, large-scale monitoring of welding control systems, Leak detection systems for Refinery site, monitoring of pipelines of different gases and energy controlling system and Energy management of buildings and facilities.
Öffentliche Einrichtungen (Rauchverbotszonen) können damit ebenso überwacht werden wie Waldgebiete (Brand und Umwelteinflüsse) oder Ballungsräume mit starker Luftschadstoffbelastung. Ozonüberwachung, Schadstofferkennung bei Bränden (Dioxin), Parkhausüberwachung (Tiefgaragen), Wetterstationen sind weitere Einsatzbereiche.Public Facilities (no smoking zones) can also be monitored are like forest areas (fire and environmental influences) or agglomerations with heavy air pollutant load. Ozone monitoring, pollutant detection in fires (Dioxin), parking garage monitoring (Underground car parks), weather stations are other areas of application.
Darüber hinaus kann die Erfindung zur Überwachung in bzw. von Luftfahrzeugen eingesetzt werden. Hier vor allem als Brandfrüherkennungssystem, für die Überwachung von Kabelbäumen, des Austritts von Treibstoffen oder zur Rauchverbotsüberwachung.Furthermore the invention can be used for monitoring be used in or by aircraft. Here especially as Early fire detection system, for monitoring of harnesses, the leakage of fuel or for smoking ban monitoring.
Als Wald-Monitoring-System (WMS) dient die Erfindung
- – der Waldbrandfrüherkennung,
- – der automatisierte Nachkontrolle von abgebrannten Waldstücken und/oder
- – der Erfassung von Schadstoffen.
- - early forest fire detection,
- - Automated follow-up of burnt forest and / or
- - the detection of pollutants.
Die Erfindung ist des weiteren für eine ideale Absicherung von Tunnelanlagen auf Brand und gefährliche Gase (einschl. Smog) geeignet. Dies ist vor allem für das Verkehrswesen (U-Bahn) von Bedeutung.The Invention is further for an ideal protection of tunnels for fire and dangerous Gases (including smog). This is especially for the transportation (Subway) of importance.
Im Bauwesen stellt die Überwachung von Schächten und Röhren oder die Nachkontrolle bei Schweißarbeiten eine wichtige Anwendung dar. Ebenso ist die Erfindung einsetzbar zur Brandfrüherkennung in Gebäuden (Bibliotheken, Hotels), zur Erkennung und Unterscheidung verschiedener Brände (Kabelbrand, Papierbrand), zur Überwachung von Elektroverteilern sowie zur Früherkennung von Gasleitungs-Defekten. Wobei speziell bei Gasleitungen die Gefahrenfrüherkennung und eine spezielle Überwachung von Verbindungsstellen der Leitungen wie Ventilen, Muffen wichtige Aspekte sind, die durch die Erfindung gewährleistet werden.in the Construction issues surveillance of shafts and tubes or follow-up welding is an important application Likewise, the invention can be used for early fire detection in buildings (Libraries, hotels), to recognize and distinguish different Fires (cable fire, Paper fire), for monitoring of electrical distributors and for the early detection of gas line defects. Being special For gas pipes, the early detection of danger and a special monitoring of junctions of pipes such as valves, joints important Aspects are that guaranteed by the invention.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:The Invention will be described below with reference to the figures of Drawings on several embodiments explained in more detail. It shows:
Im Folgenden soll die Erfindung beispielhaft an dem Spezialfall der Brandüberwachung mehr detailliert erläutert werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Erfindung nicht auf die Brandüberwachung eingeschränkt ist, sondern vielmehr ebenso gut zur Überwachung chemischer Anlagen oder als Lecksuchsystem für Raffineriegelände eingesetzt werden kann.in the The following is an example of the invention of the special case of fire control explained in more detail become. It is important to take into account that the invention is not limited to fire monitoring, but just as good for monitoring chemical installations or as a leak detection system for refinery premises can.
Anhand
von
Zur Gasanalyse werden bevorzugt Halbleitersensoren
- – Schadstoffanteil der Luft (Gasanalyse)
- – Temperatur
- – Luftfeuchtigkeit und
- – erforderlichenfalls der geografischer Standort.
For gas analysis, semiconductor sensors are preferred
- - Pollutant content of the air (gas analysis)
- - temperature
- - Humidity and
- - if necessary, the geographical location.
Dies kann beispielsweise mit dem Temperaturwechselverfahren erfolgen.This can be done, for example, with the thermal cycling process.
In
einem zweiten Schritt werden die erfassten Daten bereits im Sensor
Durch
ein auf dieser Datenverarbeitungseinrichtung installiertes Computerprogramm
werden die übertragenen
Daten ausgewertet. Gegebenenfalls werden die Ergebnisse der Auswertung
durch ein Mittel zur visuellen Datenausgabe
Bei
positiver Vor-Alarmentscheidung erfolgt anschließend eine Klassifikation der
Daten Hierbei werden vorteilhafterweise Mittel der künstlichen
Intelligenz, wie etwa neuronale Netze
In
Abhängigkeit
der Ergebnisse der Auswertung wird im folgenden Schritt eine Alarmentscheidung
getroffen und bei Erfüllung
von Kriterien, die in der Regel von dem überwachenden Ereignis abhängen und
entsprechend vorgegeben werden können, über ein
Mittel zur Alarm-Ausgabe
In jeder Stufe des Verfahrens können die Daten bzw. Analyseergebnisse oder Visualisierungen auch zu vorgegebenen Stellen übermittelt werden. Hierfür können das Internet (e-mail) oder SMS genutzt werden.In every stage of the process the data or analysis results or visualizations also to given Posts transmitted become. Therefor can the internet (e-mail) or SMS are used.
Durch dieses Vorgehen wird durch Verknüpfung der Daten mit lernfähigen Netzen (Neuronale Netze) eine hohe (Eigen-)Intelligenz des Systems erreicht. Ein neuronales Netz erkennt aus den Daten der Sensoren online die wichtigsten Schad- und Rauchgase bzw. den Sauerstoffgehalt der Luft. Es kann dadurch zwischen absolut gefährlichen Brandgasen und anderen Veränderungen der Luftzusammensetzung unterscheiden.By this approach is done by linking the data with adaptive Networks (neural networks) achieved a high (self-) intelligence of the system. One Neural network recognizes from the data of the sensors online the most important Harmful and flue gases or the oxygen content of the air. It can thereby between absolutely dangerous Fumes and other changes distinguish the air composition.
Dieses Verfahren gewährleistet insbesondere
- – kurze Reaktionszeiten in der Datenerfassung,
- – die Möglichkeit, verschiedene Gase mit einem einzigen Sensorsystem zu erkennen,
- – eine schnelle Sensorregeneration auch bei hohen Fremdgasbelastungen sowie
- – eine geringe Fehlalarmwahrscheinlichkeit durch Erkennung von Klassifikationsmustern.
- - short reaction times in the data acquisition,
- The ability to detect different gases with a single sensor system,
- - Fast sensor regeneration even at high external gas loads and
- A low false alarm probability by recognition of classification patterns.
Die Erfindung ist vorteilhaft beispielsweise zur Überwachung öffentlicher Verkehrsmittel einsetzbar, wie am Anwendungsbeispiel S- u. U-Bahn deutlich wird. Dabei kann zwischen den Nutzeffekten innerhalb der Fahrzeuge, wie etwa
- – Brandschutz, Sprayeralarm durch Lösungsmittel und/oder
- – Emissionserkennung, Immissionsschutz
- – Brandüberwachung
von Tunnelanlagen (vgl.
4 ) - – Erkennung von defekten Waggonbremsen und elektrischen
- - Fire protection, spray alarm by solvents and / or
- - Emission detection, pollution control
- - Fire supervision of tunnel installations (cf.
4 ) - - Detection of defective wagon brakes and electrical
Leitungen durch Gasemission (Abstand ca. 200 bis 500 m) unterschieden werden.cables be distinguished by gas emission (distance about 200 to 500 m).
Die Überwachung
von Tunnelanlagen ist in
Eine
Strukturdarstellung für
eine beispielhafte Tunnelüberwachung
ist in
Die Vorteile, die sich durch diese Struktur ergeben, sind
- – eine hohe Ausfallsicherheit durch Parallelmeldung über Funk,
- – die Möglichkeit, eine unbegrenzte Anzahl an Sensoren einzusetzen und
- – die Erkennung unterschiedlichster Emissionen, indem eine große Schadstoffbibliothek zugrundegelegt wird.
- - a high reliability by parallel message via radio,
- - the ability to use an unlimited number of sensors and
- - the detection of different emissions by using a large pollutant library.
Sowohl
in Tunneln als auch in großflächigen Waldgebieten
können
die Sensoren netzartig installiert werden. Die Sensoren analysieren
konstant die Luftbeschaffenheit. Entwickelt sich ein lokaler Brandherd,
wird diese Information sofort in der Leitstelle
Die Sensoren ermitteln nicht nur Gase, sondern auch Luftfeuchtigkeit und Temperaturen. Waldbrandwarnstufen können beispielsweise individuell und genau ermittelt und letztendlich sogar entsprechend objektiviert werden.The Sensors detect not only gases, but also humidity and temperatures. For example, forest fire alert levels can be individual and accurately determined and ultimately even objectified accordingly become.
Ein weiteres Einsatzgebiet liegt in der Überwachung von hochwertiger Technik wie z. B. der Überwachung von IT-Technik oder der Datenschranküberwachung in Rechenzentren. Hier spielen vor allem die Früherkennung von kritische Situationen wie Überhitzung, Schwelbränden und Bränden eine Rolle. Dadurch wird ein rechtzeitiges Herunterfahren der Technik (stromlos schalten) bzw. die Löschung (z. B. mit Stickstoff) durch aktive Steuerung gewährleistet. Außerdem ist eine Überwachung hinsichtlich des Zustandes der Batterien, Stromausfall und/oder Sabotage möglich.One Another area of application is the monitoring of high quality Technology such. B. the monitoring of IT technology or data cabinet monitoring in data centers. Above all, the early detection play here of critical situations like overheating, smoldering and burn one Role. This will be a timely shutdown of the technique (de-energize) or the deletion (eg with nitrogen) ensured by active control. Furthermore is a surveillance regarding the condition of the batteries, power failure and / or Sabotage possible.
Dies kann als Fernüberwachung erfolgen; ebenso können die im Zusammenhang mit der Tunnelüberwachung erwähnten redundanten Komponenten (doppelte Übertragung parallel über Kabel und Funk, redundante Serverfarmen) eingesetzt werden.This can be used as remote monitoring respectively; as well the redundant ones mentioned in connection with tunnel monitoring Components (double transmission in parallel over Cable and radio, redundant server farms).
Ein weiteres Einsatzgebiet der Erfindung liegt im Bereich des Intrusionschutzes. Da durch eine entsprechend eingerichtete Bibliothek jegliche Luftveränderungen identifiziert werden könne, kann das Verfahren auch für den Intrusionschutz von Containern im Schiffs- oder Luftverkehr eingesetzt werden. Die dabei verwendeten Bibliotheken müssen dazu Muster für Luftveränderungen enthalten, die ein öffnen des Containers signalisieren. Verbunden mit Mitteln, die den geografischen Standort der Container ermitteln lassen, wird damit ein schnelles und zielgerichtetes Reagieren auf unberechtigtes öffnen eines Containers ermöglicht.Another field of application of the invention lies in the area of intrusion protection. Since any air changes can be identified by a properly equipped library, the procedure can also be used for the intrusion protection of containers in shipping or air traffic. The libraries used for this purpose must contain patterns for air changes that signal an opening of the container. Connected with Mit This enables a quick and targeted response to unauthorized opening of a container, which determines the geographic location of the containers.
- 11
- Sensor, HalbleitergassensorSensor, Semiconductor gas sensor
- 22
- Leitstelle/ZentraleControl center / center
- 33
- Modul zur Datenbearbeitung und Visualisierungmodule for data processing and visualization
- 44
- Bussystembus system
- 55
- Glasfasernetzfiber-optic network
- 66
- feste Strukturenfirm structures
- 77
- mobile Strukturenmobile structures
- 88th
- FunkWireless
- 99
- Mittel zur visuellen Datenausgabemedium for visual data output
- 1010
- neuronales Netzneural network
- 1111
- Bibliothek, ReferenzbibliothekLibrary, reference library
- 1212
- Mittel zur Alarm-Ausgabemedium for alarm output
- 1313
- U-BahntunnelSubway Tunnel
- 1414
- erster Bahnhoffirst railway station
- 1515
- zweiter Bahnhofsecond railway station
- 1616
- Sensorsensor
- 1717
- DatenübertragungsmittelData transmission means
- 1818
- Datenbusbus
- 1919
- Sensorsensor
- 2020
- glasfasergestützes Bus-Systemfiber-optic bus system
- 2121
- Tunneltrassetunnel route
- 2222
- Sensor-ClusterSensor Cluster
- 2323
- Funknetzradio network
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