DE29809288U1 - Optische Vermessungs- und Überwachungseinrichtung - Google Patents
Optische Vermessungs- und ÜberwachungseinrichtungInfo
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Description
CE-SYS GmbH Ilmenau
Am Hammergrund 1
98693 Ilmenau
Optische Vermessungs- und Überwachungseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur optischen Vermessung und
Überwachung mit einem Videosensor, gekoppelt mit einer digitalen Bildauswerteeinheit,
einer digitalen Steuereinheit und einer Einrichtung zur Bildfernüberwachung.
Es handelt sich um eine energetisch autarke Vermessungs- und Überwachungsstation, die für optische Vermessungs- und Überwachungsaufgaben von Geländeabschnitten, Bauwerken, techn. Anlagen usw. überall dort eingesetzt werden kann, wo eine Energieversorgung über das Netz oder allein aus einem Energiespeicher nicht wirtschaftlich oder unmöglich ist.
Aus den Ergebnissen der Bildverarbeitung werden verbunden mit sensorisch zu erfassenden Größen, insbesondere Umweltdaten, energieoptimierende Betriebsabläufe für das System realisiert.
Es handelt sich um eine energetisch autarke Vermessungs- und Überwachungsstation, die für optische Vermessungs- und Überwachungsaufgaben von Geländeabschnitten, Bauwerken, techn. Anlagen usw. überall dort eingesetzt werden kann, wo eine Energieversorgung über das Netz oder allein aus einem Energiespeicher nicht wirtschaftlich oder unmöglich ist.
Aus den Ergebnissen der Bildverarbeitung werden verbunden mit sensorisch zu erfassenden Größen, insbesondere Umweltdaten, energieoptimierende Betriebsabläufe für das System realisiert.
Bevorzugtes Einsatzgebiet ist die automatische optische Überwachung von
Lawinen (Lawinenwächter), mit der die Sicherheit in lawinengefährdeten Gebieten erhöht wird.
Weitere vorteilhafte Einsatzgebiete ergeben sich für die automatische
optische Überwachung und Vermessung von technischen Anlagen (Deponien, Klärbecken...), Bauwerken, Baugründen usw., bei denen die Energieversorgung
über das Energienetz oder aus einem Energiespeicher (z.B. Akku) nicht wirtschaftlich oder unmöglich ist.
Im Stand der Technik werden zum Überwachen, Identifizieren, Prüfen und
Bedienen in der industriellen Bildverarbeitung in zunehmenden Maße intelligente Kameras eingesetzt, die mittels integrierten Prozessorsystemen (z.B.
Signalprozessoren, Power PC, Risc-Prozessoren) ihre Identifikations- bzw.
Beobachtungsaufgabe als abgeschlossenes System (embedded System) eigenständig erfüllen und ergebnisabhängig über Standardschnittstellen mit
übergeordneten Systemen kommunizieren.
Im Bereich „Videoüberwachung" sind auch Systeme zur Bildfernübertragung
bekannt, bei denen keine Bildverarbeitung am Kamerastandort erfolgt und die eine Bildspeicherung am Kamerastandpunkt nur bedingt
ermöglichen.
Ebenso sind optische Verkehrsüberwachungseinrichtungen mit Bildfernübertragung
bekannt.
Sowohl die Systeme zur industriellen Bildverarbeitung als auch Systeme zur Bilddatenübertragung sind bisher hinsichtlich des Energieverbrauchs nicht optimiert.
Sowohl die Systeme zur industriellen Bildverarbeitung als auch Systeme zur Bilddatenübertragung sind bisher hinsichtlich des Energieverbrauchs nicht optimiert.
Die Photovoltaik hat mittlerweile einen hohen Akzeptanzwert aufgrund ihrer
sehr umweltfreundlichen Energiewandlungstechnologie erreicht. Derzeit noch bestehende PreisVLeistungsdefizite kommen nur dort zum Tragen, wo
die photovoltaische Energieversorgung in direkter Konkurrenz mit der herkömmlichen Energieversorgung „aus der Steckdose" verglichen wird. In
Gebieten mit fehlender Energieinfrastruktur z.B. dezentrale Urlaubsgebiete (Almhütte), mobile bzw. stationäre dezentrale Feldmeßtechnik (z.B. Wasserstandsanzeige),
Verkehrsleiteinrichtungen (z.B. Verkehrszählung, Parkscheinautomaten, Notrufsäulen, Blinkbaken) sowie dezentrale Sicherheitssysteme
(z.B. Objektsicherung mit Lichtschrankenzaun, CCD-Kamera mit Datenfernübertragung), sind batteriebetriebene Energieversorgungssysteme
bereits im praktischen Einsatz, die teilweise auch schon mit photovoltaischen Modulen energetisch unterstützt werden.
Ohne spezielle Maßnahmen zur Minimierung des Energiebedarfs ist insbesondere eine photovoltaisch versorgte optische Vermessungs- und Überwachungsstation wirtschaftlich nicht realisierbar.
Ohne spezielle Maßnahmen zur Minimierung des Energiebedarfs ist insbesondere eine photovoltaisch versorgte optische Vermessungs- und Überwachungsstation wirtschaftlich nicht realisierbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine optische Vermessungs- und
Überwachungseinrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der bei vorgegebener Überwachungs- und/oder Vermessungsaufgabe Betriebsarten
realisiert werden, die den tagesdurchschnittliche Energieverbrauch minimieren und damit einen sicheren autarken Betrieb des Systems über
einen längeren Zeitraum auch unter ungünstigen klimatischen Bedingungen und/oder in energetisch nicht erschlossenen Gebieten über einen längeren
Zeitraum ermöglichen.
Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe mit den kennzeichnenden
Merkmalen von Anspruch 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in
den Unteransprüchen angegeben.
Die Einrichtung ist mit einer photovoltaischen Energievermessungseinrichtung
und einem Energiespeicher verbunden und die Steuerung des Betriebsablaufes fur Bildaufnahme, Bildspeicherung und Bildverarbeitung
zur Minimierung des Energiebedarfes erfolgt durch eine digitale Verarbeitungseinheit,
wobei aus Systeminformationen bezüglich der verfügbaren Energiereserven, Umweltdaten (z.B. Temperatur, Sonnenscheindauer,
Tageszeit) und Bildinhaltsinformationen (Überwachungs- und Vermessungsaufgabe) automatisch die für die Situation energetisch günstige Betriebsart
eingestellt wird. Ferngesteuert von einer Zentrale können über eine Datenfernübertragungseinrichtung
Daten ausgetauscht und Betriebszustände eingestellt werden sowie die Überwachungs- und Vermessungsaufgabe
geändert werden.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht die weitgehende Reduzierung
des tagesdurchschnittlichen Energieverbrauchs der Überwachungseinheit. Da der tagesdurchschnittliche Energieverbrauch unmittelbaren Einfluß
auf die Dimensionierung der Solarmodule und der Energiespeicher der photovoltaischen Anlage hat, gelingt es damit eine Anlage zu schaffen, die
sich durch Kompaktheit und Wirtschaftlichkeit auszeichnet, insbesondere im Vergleich zum Aufwand für den Anschluß der Überwachungs- und Vermessungseinrichtung
an zentrale Energieversorgungssysteme.
Die Kompaktheit der Anlage ist ein wesentliches Merkmal für die Einsatzakzeptanz.
Vorteile beim Einsatzfall „Lawinenüberwachung" ergeben sich daraus, daß
neben der automatischen optischen Überwachung der Lawinenentstehung durch Vermessung des lawinenträchtigen Gebietes und durch Verknüpfung
mit weiteren Umweltdaten die Lawinengefahr objektiviert und quantifiziert wird. Darüber hinaus kann der Zeitpunkt und die Umstände des Lawinenabganges
durch optische Bildauswertung erfaßt werden. Durch die Speicherung, Abruf und Auswertung von Bildsequenzen, die die Situation
unmittelbar vor dem Lawinenabgang bzw. nach dem Lawinenabgang dokumentieren, können die Ursache für den Lawinenabgang ermittelt bzw.
entschieden werden, ob Personen vom Lawinenabgang betroffen sind. Entscheidungen über erforderliche Maßnahmen nach einem Lawinenabgang
können so objektiviert werden.
Gegebenenfalls wird die automatische optische Überwachung und Vermessung
durch die Verwendung von im Gelände aufgestellten passiven Reflektoren oder aktiven (Impulse im sichtbaren Bereich, Infrarotbereich ...) bzw.
passiven Markierungen unterstützt.
Die erfindungsgemäße Einrichtung verwendet
- eine photovoltaische Anlage zur autarken elektrischen Energieversorgung
mit zusätzlichem Energiespeicher zur Überbrückung von Zeiten mit geringer photovoltaischer Energiegewinnung (Nacht, geringe Sonneneinstrahlung);
- eine Einrichtung zur Bildaufnahme, Bildspeicherung, automatische Bildinhaltsauswertung
und automatische optische Vermessung von Objekten
(Stand-Allon-Bildverarbeitungssystemen);
(Stand-Allon-Bildverarbeitungssystemen);
-6-
- eine Datenübertragungseinheit zur Datenübertragung und Fernsteuerung,
insbesondere Funkmodem sowie
- Elemente zur Steuerung des Betriebsablauf durch eine digitale Verarbeitungseinheit
(Rechner).
Die gegenüber herkömmlichen Systemen weiterführende Reduzierung des
tagesdurchschnittlichen Energieverbrauchs gelingt durch
- Die Anwendung eines energiesparenden aufgabenbezogenen (Bildinhalt),
zeitlichen und umweltbedingungsabhängigen Betriebsregimes, realisiert durch eine digitale Verarbeitungseinheit, die nach einer vorgegebenen
Strategie stets die energetisch günstigste Betriebsart selbsttätig einstellt, eine
Alarmsituation durch Bildinhaltsauswertung auch in Verbindung mit anderen Umweltgrößen erkennt, die Betriebsart darauf einstellt, ein Reaktion auslöst
(z.B. Alarmmeldung an Zentrale, exzessivere Bilddatenspeicherung ...) oder/und durch Fernsteuerung beeinflußt werden kann.
- Den Einsatz von Low-Power-Bauelemente für alle Baugruppen des
Systems, insbesondere durch die Anwendung von Aktiv-Pixel-CMOS-Bildsensoren
(deutlich geringere Leistungsaufnahme in Vergleich zu CCD-Sensoren), die ohne zusätzliche elektrische oder mechanische Shutter
eine gute Bildqualität auch bei hoher Beleuchtungsdynamik (Gegenlicht, stark wechselnde Beleuchtungsverhältnisse...) ermöglichen.
- einen in speziellen Fällen möglichen Verzicht auf eine mechanische
Schwenk-Neige-Vorrichtung durch Nutzung der Random-Acces-Eigenschaften
der CMOS-Bildsensoren (digitaler Zoom)
- Die Anwendung von Bildauswerte- und Bildkompressionsalgorithmen, die
vorzugsweise in programmierbaren Low-Power-Schaltkreisen (z.B. FPGA,
LCA) hardwaremäßig realisiert sind und möglichst geringe Anforderungen an die Rechenleistung der zu verwendenden Rechnerkonfiguration stellen
(Rechenleistung direkt proportional zur elektrischen Verlustleistung).
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausfuhrungsbeispieles näher
erläutert, in den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild fur das Zusammenwirken der Baugruppen
der Vermessungs- und Überwachungsstation
und
und
Figur 2 die gerätetechnische Anordnung der Baugruppen in der Station.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist eine digitale Steuereinheit über Informationsschnittstellen
mit einem Stand-Alon-Bildverarbeitungssystem, einer Vorrichtung zur Datenfernübertragung und weiteren Sensoren zur Erfassung
von Umweltdaten verbunden. Die Energieversorgung der Baugruppen erfolgt durch eine photovoltaische Anlage mit zugehörigem Energiespeicher.
Die Anordnung der Station erläutert Figur 2. Die Systemkomponenten der
Vorrichtung sind in einem Mast untergebracht. Die photovoltaischen Elemente sind im oberen Mastbereich auf den Umfang angeordnet. Dabei
sind die Längen- und die Querschnittsmaße der photovoltaischen Elemente bezüglich der erforderlichen Flächen zur Bereitstellung der notwendigen
elektrischen Energie optimiert. Der Energiespeicher wird vorteilhaft im Fuß
des Mastes untergebracht, der sich im Erdbereich befindet. Es ist auch möglich, daß der Energiespeicher wärmeleitend (z.B. über einen
Betonblock) mit dem Erdreich verbunden ist. Die Gerätesektion und der Energiespeicher sind mittels eines Transportsystems in vertikaler Richtung
beweglich.
Diese Anordnung ermöglicht eine Temperierung der Bauelemente durch
einen passiven Wärmetransport. Es ist ferner möglich, das Wärmetransportsystem zur Steigerung der Wirksamkeit erforderlichenfalls aktiv
auszuführen. Mit dem Wärmetransportsystem wird ein Wärmetransport vom unteren Mastbereich in den oberen Mastbereich ermöglicht. Im Sommer,
wenn das Erdreich kühler als der obere Mastbereich dann ermöglicht es die Wärmeabfuhr in das Erdreich und bei kalter Umgebung, wenn das Erdreich
eine höhere Temperatur als der oberer Mastbereich aufweist, erfolgt der Wärmetransport in umgekehrte Richtung in den oberen Bereich der Anordnung.
Im Inneren des oberen Mastbereiches ist mindestens ein Bildsensor angeordnet.
Die optische Achse von Sensor und Objektiv sind vorzugsweise parallel bzw. im spitzen Winkel zur Achse des Mastes angeordnet, wobei in diesen
Fall das Bildfeld mittels optischer Umlenkeinrichtungen (Spiegel, Prismen) auf den Sensor abgebildet wird. Falls es spezielle Aufgaben erfordern,
können auch mehrere Bildsensoren angebracht werden. Durch eine horizontale und vertikale Justiermöglichkeit können unterschiedliche Beobachtungsbereiche
festgelegt und gegebenenfalls Panoramabilder aufgenommen werden.
Im Mast sind außerdem weitere Sensoren zur Erfassung von Umweltmeßgrößen
wie Temperatur, Luftdruck und dergleichen angeordnet.
Die Antenne der Datenübertragungseinheit ist im oberen Bereich angebracht
und verfugt über die erforderlichen Schutzmaßnahmen gegen Witterungseinflüsse und Blitzschlag.
Über Informationsschnittstellen ist eine digitale Steuereinheit mit einem
Stand-Alon-Bildverarbeitungssystem, einer Vorrichtung zur Datenfernübertragung
und weiteren Sensoren zur Erfassung von Umweltdaten und weiteren Größen verbunden, beispielsweise Temperatur, Luftdruck, Strahlung,
akustischen Größen oder chemische Größen, insbesondere Gase.
Die digitale Steuereinheit realisiert eigenständig nach vorgegebener aber
auch per Datenübertragung änderbarer Strategie ein energiesparendes Betriebsregime für das System durch Aktivieren und Deaktivieren von
Systemkomponenten.
Berücksichtigt werden dabei:
Berücksichtigt werden dabei:
- die Tageszeitabhängigkeit zur Einstellung energetisch optimaler Betriebsregime
bei Tag und bei Nacht,
- Die Witterungsabhängigkeit zur Einstellung energetisch optimaler
Betriebsregime in Abhängigkeit von Sonnenintensität, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und dergleichen sowie
- die Situationsabhängigkeit durch die Einstellung energetisch optimaler
Betriebsregime, wobei durch Bildinhaltsauswertung z.B. zwischen Alarmsituationen,
normale Beobachtungssituationen und Standbybetrieb unterschieden wird.
Die digitale Steuereinheit ermöglicht den Empfang und die Übergabe von
Steuer- und Statusinformationen an die Systemkomponenten. Hierzu erfolgt eine Kommunikation mit einer externen Zentrale. Die Kommunikation kann
• ·
- io-
entweder durch aktive Meldung bei einer von der Einrichtung erkannten
Alarmsituation oder passiv auf Anruf von der Zentrale erfolgen.
Die digitale Steuereinheit beeinflußt auch das Wärmetransportsystem zur Regelung des Temperaturmanagents für die Einhaltung einer möglichst günstigen Innentemperatur des Mastes.
Die digitale Steuereinheit beeinflußt auch das Wärmetransportsystem zur Regelung des Temperaturmanagents für die Einhaltung einer möglichst günstigen Innentemperatur des Mastes.
Mit der Bildverarbeitungseinheit erfolgt die Bildinhaltsauswertung zur
Feststellung z. B. einer Alarmsituation. Dies kann beispielsweise das Erfassen einer Bewegung in einem definierbaren Bildbereich oder einen Objektvermessung
nach vorgegebenen Kriterien (z.B. Objektlage, Objektgröße).
Aufgabe der Datenübertragungseinheit ist der Daten- und Befehlsaustausch
zwischen Station und Zentrale.
Claims (8)
1. Einrichtung zur optischen Vermessung und Überwachung mit einem Videosensor, gekoppelt mit einer digitalen Bildauswerteeinheit, einer digitalen
Steuereinheit und einer Einrichtung zur Bildfernübertragung, gekoppelt mit einer photovoltaischen Energieversorgungseinrichtung und zugehöngem
Energiespeicher, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel angeordnet sind, mit denen die Steuerung des Betriebsablaufs für Bildaufnahme, Bildspeicherung
und Bildauswertung und Datenfernübertragung durch aufgabenbezogenes Aktivieren und Deaktivieren von Systemkomponenten durch eine digitale
Verarbeitungseinheit so erfolgt, daß der tagesdurchschnittliche Energiebedarf des Gesamtsystems minimal wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für alle
Baugruppen Low-Power-Bauelemente verwendet werden.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Betriebsabläufe durch das Ergebnis von Bildinhaltsauswertungen festgelegt werden, die von der zum System gehörenden Bildverarbeitungseinheit
durchgeführt werden.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Betriebsabläufe witterungsabhängig festgelegt werden.
- 12-
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Betriebsabläufe tageszeitabhängig festgelegt werden.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bildaufnahme und Auswertung für Infrarotbilder erfolgt.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß ein telemetrischer Datentransfer, insbesondere über Mobilfunk-Telefonnetze erfolgt.
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß als Bildsensoren Aktiv-Pixel-CMOS-Sensoren
verwendet werden.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Elemente der photovoltaischen Energieversorgungseinrichtung
an einem Turm angeordnet sind.
10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Energiespeicher in dem Bereich des Mastes angeordnet ist, der sich im Erdbereich befindet.
11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die optische Achse der Bildsensoren parallel zur Achse des Turmes angeordnet ist.
• ·
• ·
&Igr; 2. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die optische Achse der Bildsensoren unter einem feststehenden Winkel zur Achse des Turmes angeordnet ist.
13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Projektion des zu beobachtenden Bildfeldes aus den Bildsensor durch Drehen und/oder Kippen einer optischen Umlenkeinheit
erfolgt.
14. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die optische Umlenkeinheit eine Mikrospiegelmatrix beinhaltet.
15. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die optische Umlenkeinheit mehrere Mikrospiegelmatritzen
beinhaltet.
16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere Mikrospiegelmatritzen so angeordnet sind, daß unterschiedliche Bildfelder nicht überlappend gleichzeitig auf dem
Sensor abgebildet werden.
17. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere Mikrospiegelmatritzen so angeordnet sind, daß unterschiedliche Bildfelder sequentiell auf dem Sensor abgebildet
werden.
&Igr; 8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Energiespeicher wärmeleitend mit dem Erdreich verbunden ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29809288U DE29809288U1 (de) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | Optische Vermessungs- und Überwachungseinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29809288U DE29809288U1 (de) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | Optische Vermessungs- und Überwachungseinrichtung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29809288U1 true DE29809288U1 (de) | 1998-09-03 |
Family
ID=8057572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29809288U Expired - Lifetime DE29809288U1 (de) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | Optische Vermessungs- und Überwachungseinrichtung |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE29809288U1 (de) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001008415A1 (de) * | 1999-07-23 | 2001-02-01 | Bernhard Schmid | Einrichtung für einen datenaustausch mittels funknetz, vorzugsweise mittels mobil-telefonnetz |
| CN103840757A (zh) * | 2014-03-26 | 2014-06-04 | 电子科技大学 | 用于光伏发电设备的太阳跟踪方法及装置 |
| DE102021111221A1 (de) | 2021-04-30 | 2022-11-03 | Ralf Schlegel | System und Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung |
-
1998
- 1998-05-22 DE DE29809288U patent/DE29809288U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN103840757B (zh) * | 2014-03-26 | 2016-03-23 | 电子科技大学 | 用于光伏发电设备的太阳跟踪方法及装置 |
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|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19981015 |
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| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20010719 |
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| R157 | Lapse of ip right after 6 years |
Effective date: 20041201 |