DE19603828A1 - Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarmes und zur Überwachung eines Gebietes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarmes und ein System zur Überwachung eines Gebietes, insbesondere eines räumlich ausgedehnten Gebietes.

Bekannte Systeme zur Überwachung eines Gebietes, insbesondere zur Überwachung eines waldbrandgefährdeten Gebietes, bestehen aus einer Vielzahl von Türmen, die in einem gewissen Abstand voneinander angebracht sind, und auf die eine Person zur Überwachung dieses Gebietes gesetzt wird. Der Horizont wird mit den Augen abgesucht und auf eventuell auftretende Waldbrände hin überprüft. Im Falle eines auftretenden Feuers, wird eine Alarmeinsatzzentrale über ein vorhandenes Kommunikationsnetzes informiert und weitere Folgefunktionen, wie z. B. die Anforderung eines Löschzuges, werden eingeleitet. Solche bekannten Systeme zur Überwachung eines Gebietes sind aber, da pro Turm eine Person eingesetzt werden muß und weiterhin die Türme in keinem zu großen Abstand voneinander aufgestellt sein dürfen, sehr aufwendig und teuer.

In Systemen zur Überwachung eines Gebietes, die sich nicht auf die Prüfung eines Waldbrandes beziehen, aber z. B. zur Hochwassererkennung, zur Wirbelsturmvorhersage zur Feststellung einer Umweltbelastung oder aber zur Erdbebenerkennung gedacht sind, gibt es derzeit entweder keine Systeme zur Erkennung oder Vorhersage, oder aber sehr aufwendige Systeme wie zum Beispiel bei der Erdbebenerkennung ein seismographisches System, das aber nicht ständig einsatzbereit ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung und ein System zur Erzeugung eines Alarms zu schaffen, das kostengünstig realisierbar ist, bei gleichzeitig geringer Fehlalarmwahrscheinlichkeit.

Dies wird erfindungsgemäß gelöst durch die Lehre des Patentanspruchs 1 und durch die Lehre des Patentanspruchs 6.

Als vorteilhaft erweist sich hierbei, daß die Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarmes vollautomatisch arbeitet und das System zur Übewachung eines Gebietes eine erheblich reduzierte Personenanzahl zur Überwachung eines großen Gebietes benötigt. Ebenfalls vorteilhaft ist, daß die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarmes erheblich reduziert wird und zugleich noch eine sehr schnelle und rasche Erzeugung eines Alarms gewährleistet wird, die dann eine sofortige Schadensbehebung gewährleisten und demgemäß für eine Schadensbegrenzung sorgen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 und den Ansprüchen 7 bis 11 zu entnehmen.

Gemäß Patentanspruch 7 erweist sich als besonders vorteilhaft, daß von der Überwachungszentrale aus eine Steuerung des mindestens einen Sensors an der Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarmsignales vorgenommen werden kann. Damit kann eine weitere Überprüfung der Alarmwahrscheinlichkeit gewährleistet werden, in dem manuell von der Überwachungszentrale aus, z. B. eine Überwachungskamera, in der Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarms auf die Position des wahrscheinlichen Alarmauslösepunktes gerichtet werden kann und somit der Alarm verifiziert werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Folgende Figuren zeigen:

Fig. 1 Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarmes,

Fig. 2 Schematische Darstellung eines System zum Überwachen eines Gebietes.

Eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarmes besteht aus mindestens einem Sensor C1, C2, zur Generierung mindestens eines Eingangssignals (S1, S2). Der mindestens eine Sensor kann beispielsweise eine Videokamera zur Aufnahme von Bildern sein. Diese dient zur Aufnahme von Rauchwolken oder von Rauchsäulen. Eine weitere Möglichkeit ist es, eine Infrarotkamera als Sensor einzusetzen. Diese dient zur Erfassung von Wärmestrahlungen und detektiert somit Wärmequellen, die auf ein Feuer schließen lassen. Die beiden vorgenannten Kameras können in einer eindimensionalen oder aber in einer mehrdimensionalen, z. B. der zweidimensionalen Ausführungsform ausgebildet sein. Eine eindimensionale Kamera nimmt ein 360° Bild der Umgebung auf, wenn sie schwenkbar um die eigene Achse gelagert ist. Desweiteren kann der Sensor ein Laser plus Empfänger sein, der zur spektroskopischen Bestimmung der Verbrennungsprodukte durch Messung der Rückstreuungskomponenten, z. B. Teilchengröße des Winkels und der Wellenlänge dient. Ebenso können mittels eines solchen Lasers und eines zugeordneten Empfängers spektroskopische Bestimmung der Verbrennungsprodukte durch Messung der Dämpfungskomponente vorgenommen werden. Eine weiter nicht näher beschriebene Ausführungsform eines Sensors ist die Verwendung eines Halbleiters, der physikalisch/chemische Bestimmungen von Konzentrationsänderungen in der Luft aufnimmt und somit auf Verbrennungsprodukte schließen läßt. Weitere Sensoren können solche sein, die spezielle umweltverschmutzende Stoffe ermitteln, oder solche, die radioaktive Strahlung messen.

Ein von dem mindestens einen Sensor C1, C2 generiertes Eingangssignal S1, S2 wird auf mindestens ein neuronales Netz NN1, NN2 zur Detektion eines Ereignisses und zur Ermittlung mindestens eines ersten Ausgangssignals A1, A2 aus dem mindestens einen generierten Eingangssignal S1, S2 mittels Mustererkennung gesendet. Mittels des mindestens einen neuronalen Netzes NN1, NN2 wird eine Aufbereitung der Sensordaten vorgenommen, in dem eine Klassifikation durch Generierung entscheidungsrelevanter Parameter durchgeführt wird. Desweiteren wird eine Mustererkennung durch Vergleich mit gelerntem Wissen, z. B. mittels künstlicher neuronaler Netze durchgeführt. Die so ermittelten mindestens einen ersten Ausgangssignale A1, A2, werden auf eine erste Einheit FL1, zur Erzeugung eines Alarms gegeben. Der Alarm wird als Alarmsignal B aus dem mindestens einen ersten Ausgangssignal A1, A2 in der ersten Einheit FL1, gebildet. Diese erste Einheit kann beispielsweise eine auf Regeln basierende Fuzzy-Logik sein, die auf Grundlage der verwendeten Regeln zu einer Fehlalarmreduzierung führt. Mittels dieser Einheit FL1, wird eine Gesamtentscheidung getroffen und ein Alarmsignal B, und in Abhängigkeit davon, ein Möglichkeitsmaß für den Eintritt des Alarms angeben.

In einer Ausführungsform, bei der mehrere Sensoren und entsprechend mehrere neuronale Netze angebracht sind, wird ein solches System als Multisensorsystem bezeichnet, wie dies im folgenden auch verwendet wird. In der Fig. 1 ist dieses dergestalt angegeben, daß dieses Multisensorsystem als Ganzes durch unterbrochene Linien angezeigt ist. Ein solches Multisensorsystem kann beispielsweise zu einer Waldbranddetektion dienen, wobei eine Videokamera zur Rauchdetektion und eine Infrarotkamera zur Detektion von Wärmestrahlung angebracht ist. Zur Waldbranddetektion werden solche Sensoren auf einem erhöht stehenden Turm angebracht. Zur Sicherheit, daß aber sich nicht direkt unterhalb des Turmes ein Feuer ausbreitet, wird zusätzlich ein weiterer Sensor R, ein sogenannter Rauchsensor angebracht, der ein Signal aufzeichnet A3 und ebenfalls auf die erste Einheit FL1 gibt. Die so zusammengesetzte Multisensorik stellt aber lediglich ein mögliches System dar und kann jederzeit um einen weiteren Sensor der dem Zuvorbeschriebenen entspricht, erweitert werden oder aber einer der genannten Sensoren kann durch einen anderen ersetzt werden. Der Einsatz mancher Sensoren benötigt einen zweiten Turm, so daß beispielsweise auf einem ersten Turm ein Sender angebracht ist und auf einem zweiten Turm ein Empfänger.

Das Alarmsignal B, wird auf eine zweite Einheit FL2 zur weiteren Reduzierung einer Fehlalarmwahrscheinlichkeit des Alarmsignals B gegeben. Die Reduzierung der Fehlalarmwahrscheinlichkeit erfolgt dergestalt, daß weitere Eingangssignale E1, E2, E3, E4, auf diese Einheit gegeben werden und in dieser mittels Verknüpfungsregel eine Fehlalarmwahrscheinlichkeit reduziert wird. Die zusätzlich eingeführten Eingangssignale E1 bis E4 unterliegen unterschiedlichen Bewertungsfaktoren je nach Einfluß der Eingangsgröße. Als Möglichkeit sind hier dargestellt, daß z. B. das erste Eingangssignal E1, die aktuelle Uhrzeit angibt, das zweite Eingangssignal E2 das Datum angibt, daß das dritte Eingangssignal E3 die aktuell vorliegende Außentemperatur angibt und ein viertes Eingangssignal E4 beispielsweise eine Luft- und/oder Bodenfeuchtigkeit angibt. Weitere oder andere Eingangssignale sind jederzeit hierbei vorstellbar und hinzufügbar.

Unter Unterdrückung eines Fehlalarmes ist hierbei unter anderem zu verstehen, daß Reflexionen, die ausgehend von einem bestimmten Sonnenstand, schnell zu einem Fehlalarm führen einen solchen aber keineswegs begründen sollten. So weiß ein solches System unter Angabe der aktuellen Uhrzeit und des Datums beispielsweise um 17.00 Uhr im September, nachmittags also, daß eine Reflexion durch den Sonnenstand wahrscheinlich sein kann. Diese Eingangsgrößen E1 bis E4, geben in einer Verknüpfung untereinander Aufschluß über die Wahrscheinlichkeit des Eintretens eines möglichen Waldbrandes, aber auch eines möglichen Fehlalarmes. So ist es um 12.00 Uhr mittags an einem Hochsommertag bei Temperaturen um die 30° und einer sehr geringen Luftfeuchtigkeit wahrscheinlicher das ein Feuer ausbricht, als um 24.00 Uhr nachts während eines Wintertages bei 0°C und einer gemäßigten Boden- und Luftfeuchtigkeit. Dennoch soll ein solches System die Sensibilität für solche Feuer nicht ganz verlieren, nur sollte die Wahrscheinlichkeit, daß ein Fehlalarm gesendet wird durch solche Verknüpfungen mit unterschiedlichen Einflußgrößen erhöht werden. Die zweite Einheit FL2 zur Reduzierung einer Fehlalarmwahrscheinlichkeit ist beispielsweise ebenfalls eine Fuzzy-Logik. Diese bildet aus der Multisensorinformation unter Rücksichtnahme auf die Einflußgrößen E1 bis E4 eine Gesamtentscheidung C. Diese Gesamtentscheidung C beinhaltet entweder Alarm aussenden, ja oder nein.

Für den Fall, daß eine solche Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarms beispielsweise zur Überwachung eines Gebietes, dienen soll sind davon auszugehen, daß eine Vielzahl solcher Vorrichtungen vorhanden ist oder zumindest aber, daß sich eine solche Vorrichtung weit von einer weiteren Einsatzzentrale entfernt befindet. Dazu ist zusätzlich an der Vorrichtung ein Netzwerkanschluß N vorgesehen, der zur Übertragung des fehlalarmreduzierten Alarmsignals C über ein Kommunikationsnetz dient. Als Kommunikationsnetz soll sich hierbei vorgestellt werden, daß beispielsweise eine Richtfunkstrecke aufgerichtet ist oder aber, daß ein GSM-Netz oder Dect-Netz oder ein herkömmliches ISDN-Netz oder ein analoges Telefonnetz verwendet wird. Als weitere Möglichkeit können Satelliten verwendet werden, über die dann die Kommunikation abläuft.

Im folgenden wird anhand von Fig. 2 ein Gesamtsystem am Beispiel der Verwendung für eine Waldbranddetektion eingehend erläutert. Ein System zur Überwachung eines Gebietes setzt sich aus mindesten einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Alarmsignals I, wie dieses mit Patentanspruch 1 näher erläutert wurde, zusammen. Eine solche Vorrichtung mit ihrem mindestens einen Sensor C1, C2 mit ihrem mindestens einen neuronalen Netz NN1, NN2 mit ihrer ersten Einheit FL1 und mit ihrer zweiten Einheit FL2 befinden sich verteilt in dem zu überwachenden Gebiet. In dem hier dargestellten Beispiel sind drei solche Vorrichtungen I angegeben, die sich auf einem Turm erhöht in einem Wald befinden. Von diesen Vorrichtungen I aus, wird ein fehlalarmreduziertes Alarmsignal C mittels eines Kommuninkationsnetzes zum Übertragen des Alarmsignals an eine Überwachungszentrale Z gesendet. In der Überwachungszentrale Z werden die empfangenen fehlalarmreduzierten Alarmsignale C der einzelnen Vorrichtungen I gemeldet. Von dort aus kann man manuell eine Prüfung des Alarmes erfolgen, die beispielsweise in der Überwachungszentrale Z als Mittel RM vorgesehen sind, die eine Steuerung des mindestens einen Sensors C1, C2 in der Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarmsignals ermöglichen. Über solche Mittel können beispielsweise die Sensoren in der Vorrichtung I auf einen speziellen Punkt hinbewegt werden und dort durch Einsatzes eines Zooms einen vermeindlichen Brandherd näher einsehen. In der Überwachungszentrale Z erfolgt ebenfalls die Koordinatenbestimmung des gemeldeten Alarms um dann einen weiteren Maßnahmenkatalog einzuleiten. Ein solcher Maßnahmenkatalog kann beispielsweise die Bestellung der Feuerwehr, die Einleitung von Rettungsmaßnahmen oder jedwede andere Form sein. Vor der Weitergabe des Alarms wird demgemäß eine Verifikation des gemeldeten Alarms vorgenommen, woraus folgt, daß die Fehlalarmwahrscheinlichkeit weiter reduziert wird.

Einer jeden Überwachungszentrale Z kann eine endliche Anzahl von Vorrichtungen zur Erzeugung eines Alarmsignals I zugeordnet werden. Als weitere Ausgestaltung kann eine solche Überwachungszentrale Z aber auch vollautomatisch arbeiten und eine weitere Verifikation durchführen und einen Alarm automatisch, beispielsweise an eine weitere Zentrale, weiterleiten, wie z. B. die Feuerwehr. Von der Überwachungszentrale Z aus können weitere Eingangssignale E6, zur Erweiterung des Maßnahmenkatalogs herangezogen werden. So kann beispielsweise eine aktuelle Windgeschwindigkeit in der Nähe der Überwachungszentrale Z gemessen werden und somit eine weitere Komponente dem Alarm zugeordnet werden, nämlich beispielsweise die vermutete Ausbreitungsrichtung des Feuers. Ebenso kann eine solche Eingangsgröße E6 sein, einen möglichen Flächenutzungsplan einzulesen, der dann sogleich anzeigt, welche gefährdete oder zu schützenden Gebiete sich unmittelbar in der Nähe des Brandherdes befinden.

Das vorgenannte Beispiel wurde nun ausschließlich auf Waldbranderkennung hin beschrieben, so soll aber dies nicht darauf beschränkt bleiben, beispielsweise ergeben sich große Anwendungsfelder auch bei der Hochwassererkennung. Aktuelle Meßfühler und auch Kameras zur Überwachung können bei Hochwasserfrühbekämpfung und -vorhersage ebenfalls eingesetzt werden und können ebenfalls zu einer Erhöhung des Alarms führen. Ein weiters Anwendungsfeld ist eine Wirbelsturmvorhersage und ebenfalls eine Erdbebenerkennung. In diesen beiden vorangenannten Fällen wird auch mindestens ein Sensor an einem Punkt angebracht. Es findet eine Vorverarbeitung mittels neuronaler Netze statt und eine weiter auf Regeln basierte Entscheidung wird ebenfalls gefällt. Ein weiteres Anwendungsfeld stellt die Vorhersage oder die Warnung vor Umweltbelastungen oder Umweltverschmutzung dar. Hierbei sei nur beispielhaft aufgeführt, Smog frühzeitig vorherzusagen oder aber über eine radioaktive Verseuchung frühzeitig zu alarmieren. Jedwede andere Umweltverschmutzung soll aber hier auch mit erfaßt werden.

Im folgenden wird näher auf die erste Einheit FL1 und auf die zweite FL2 (ohne Zeichnung) eingegangen. Diese zwei Einheiten sind vorzugsweise eine auf Regel basierende Fuzzy-Logik. Darunter ist sich vorzustellen, daß geeignete Parameter ausgesucht werden. Hier beispielsweise wieder auf eine Waldbranderkennung ausgerichtet, ist ein erster Parameter die Dauer der Trockenheit, ein zweiter Parameter die aktuelle Luftfeuchtigkeit, ein dritter Parameter die Windgeschwindigkeit. So wird beispielsweise eine solche Regel für eine solche Fuzzy-Logik folgendermaßen aussehen können. Wenn der erste Parameter die Dauer der Trockenheit < als drei Tage ist und eine Luftfeuchtigkeit < als 40% ist und eine Windgeschwindigkeit größer als 30 Km/h ist, dann ist die Wahrscheinlichkeit der Waldbrandgefahr groß. In einem entgegengesetzt gelagerten Fall, wenn die Dauer der Trockenheit < als ein Tag ist und die Luftfeuchtigkeit < als 60% ist und die Windgeschwindigkeit < als 30 Km/h groß ist, ist die Waldbrandgefahr gering. Als weiters Beispiel für eine solche Regel für die zweite Einheit FL2 läßt sich folgendes angeben. Wenn die Uhrzeit 12.00 Uhr mittags beträgt, das Datum den 18. August anzeigt, die Temperatur < 30° ist, die Luft- und Bodenfeuchtigkeit sehr gering ist, dann ist die Waldbrandgefahr sehr groß. Ist die Uhrzeit 12.00 Uhr mittags, das Datum der 18. Dezember, die Temperatur 0°C und die Luft- und Bodenfeuchtigkeit < 40%, so ist die Waldbrandgefahr gering. Die somit aufgestellte Regel wird bei gleichlautenden Multisensorsignal zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. Bei einem von dem Multisensorsignal ausgegebene Alarmsignal, wird bei Vorausgabe der zuerst genannten Regel sicherlich sofort ein Alarm weitergeleitet werden, bei der zweite aufgestellten Regel wird voraussichtlich eine Überprüfung des Signals erfolgen müssen. Da nun aber auch im Winter die Möglichkeit eines Waldbrandes existiert, insbesondere bei Waldbrand durch Fremdeinwirkung, darf ein solches Alarmsignal nicht nur wegen solcher Einflußgrößen unterdrückt werden.

Demnach muß die Bewertung der zusätzlichen Einflußgrößen bei einem Alarmsignal geringer sein als das Alarmsignal selber, um dann einer Überwachungszentrale eine Verifikation eines solchen Alarmsignals zu überlassen.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarmsignals,

• - mit mindestens einem Sensor (C1, C2) zur Generierung eines Eingangssignals (S1, S2),
• - mit mindestens einem neuronalen Netz (NN1, NN2) zur Detektion eines Ereignisses und zur Ermittlung eines mindestens einen ersten Ausgangssignals (A1, A2) aus dem mindestens einen generierten Eingangssignal (S1, S2) mittels Mustererkennung und
• - mit einer ersten Einheit (FL1) zur Erzeugung eines Alarmsignals (B) aus dem mindestens einen ersten Ausgangssignal (A1, A2).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einer zweiten Einheit (FL2) zur Reduzierung einer Fehlalarmwahrscheinlichkeit des Alarmsignals (B) unter Berücksichtigung mindesten eines weiteren Eingangssignals (E1, E2, E3, E4) und zur Ausgabe eines fehlalarmreduzierten Alarmsignals (C).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der mindestens eine Sensor (C1, C2) eine Videokamera ist oder eine Infrarotkamera ist oder ein Rauchdetektor ist oder ein Laser mit Empfänger ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die erste Einheit (FL1) und die zweite Einheit (FL2) eine auf Regeln basierende Fuzzy-Logik ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der ein Netzwerkanschluß (N) vorgesehen ist, zur Übertragung des fehlalarmreduzierten Alarmsignals (C) über ein Kommunikationsnetz.

6. System zur Überwachung eines Gebietes
mit mindestens einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zur Erzeugung eines fehlalarmreduzierten Alarmsignals, mit einem Kommunikationsnetz zum Übertragen des Alarms an eine Überwachungszentrale (Z)
mit der Überwachungszentrale (Z) zur Überprüfung des Alarmsignals und zum Auslösen von Folgefunktionen.

7. System nach Anspruch 6, mit Mitteln (RM) in der Überwachungszentrale (Z) zur Steuerung des mindestens einen Sensors (C1, C2) in der Vorrichtung zum Erzeugen eines Alarmsignals.

8. Verwendung der Vorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 3 zur Waldbranderkennung.

9. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zur Hochwasservorhersage oder Hochwassererkennung.

10. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zur Wirbelsturmvorhersage oder zur Erdbebenerkennung.

11. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zur Erkennung von Umweltverschmutzungen oder Umweltbelastungen.