DE3819411C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen und zum Sichern von großflächigen Arealen mit flächenartig verteilt gelagerten Materialien - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwa­ chen und zum Sichern von natürlichen Arealen oder künst­ lich angelegten Flächen mit darauf verteilt gelagerten insbesondere brennbaren Materialien. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur Erkennung von Gefahren und Störungen, die von Materia­ lien und Gegenständen ausgehen, die an ihren Lagerorten großflächig verteilt gelagert sind, stellt sich die Aufgabe, diese Lagerflächen durch automatisch arbeitende Einrichtungen vollständig und permanent zu überwachen, z. B. auf abnormale Temperaturanstiege.

In diesem Zusammenhang sind z. B. automatische Brandmelder und großflächig wirkende Feuerlöscheinrichtungen in Kauf­ häusern bekannt oder auch ein System thermischer Sonden in Getreidelagern, in denen die Gefahr der Selbsterhitzung besteht. Desweiteren sind Überwachungssysteme bekannt, die in zeitlichen Abständen photooptische Bilder einer Ober­ fläche aufnehmen und durch anschließende Bildauswertung insbesondere kritische Veränderungen der aufgenommenen Oberfläche analysieren, z. B. Wärmebilder von Fassaden, Flüssen, Landschaften.

So wird in der DE-PS 32 36 215 ein Verfahren zur Erfassung des Be­ triebszustandes rotierender Drehtrommeln zur Durchführung thermi­ scher Prozesse beschrieben mit einem einen Infrarotsensor enthal­ tenden optischen System, mit dem die Oberfläche der Drehtrommel berührungslos abgetastet und die von dieser ausgehende Infrarot­ strahlung gemessen wird, wobei die Meßwerte nach Maßgabe der Meßgrößen eines Referenzstrahlers bekannter Temperatur korrigiert werden. Auf diese Weise können der augenblickliche Betriebszustand der Drehtrommel überwacht und Unregelmäßigkeiten, beispielsweise Ringbrüche oder Materialansatze im Inneren der Drehtrommel, früh­ zeitig erkannt werden.

Bei überdachten Arealen und geschlossenen Räumen nutzen die bekannten Brandmelder typische Brandkennzeichen, z. B. die Rauchentwicklung von Brandherden zu deren Erkennung, wobei eine große Anzahl optischer Sensoren oberhalb der zu überwachenden Fläche installiert sind. Diese geben bei lokal auftretendem Rauch eine entsprechende Alarmmeldung und können gleichzeitig automatisch Löschmaßnahmen auslö­ sen, wobei dann z. B. durch ein in der Raumdecke der zu überwachenden Fläche eingebautes Verteilersystem feuerlö­ schende Mittel, wie Wasser, Schaum, CO₂ auf den Brand­ herd geleitet werden.

So ist aus der US-PS 3,588,893 eine Feuerlöscheinrichtung für grö­ ßere Flachen von beispielsweise Warenhäusern bekannt mit mehre­ ren schwenkbeweglichen Sensoren, die an der Decke befestigt sind und die durch Steuervorrichtungen Teilbereiche von Flächen abta­ sten. Bei Ausbruch eines Brandes werden durch andere Steuerein­ richtungen schwenkbewegliche Düsen auf den Brandherd entspre­ chend der Koordination der Sensoren ausgerichtet.

Weiterhin ist aus der DE-OS 36 10 323 eine automatische Feuerlö­ scheinrichtung für eine bestimmte Überwachungszone bekannt, mit einem Infrarotdetektor, der eine infrarote Lichtenergie erkennt, welche von einer Flamme in analoger Form abgestrahlt wird, und der ent­ sprechend der von der Flamme abgestrahlten Energie, d. h. in Ab­ hängigkeit von der Intensität der Infrarotstrahlen Erkennungsdaten an eine Steuereinrichtung leitet. Vertikale und horizontale Steuereinrich­ tungen steuern unabhängig voneinander Erkennungselemente, um so die Lage der Flammen zu erkennen. Eine Düsenanordnung zum Ver­ sprühen einer Feuerlöschflüssigkeit wird von den Erkennungselemen­ ten auf die Flammenposition ausgerichtet, wobei Prioritäten bei meh­ reren Flammen derart gesetzt werden, daß zunächst die größere Flamme gelöscht wird.

Bei dieser bekannten Art eines Flächenüberwachungssystems ist eine große Anzahl von Sensoren mit einzelnen Halterun­ gen und Verkabelungen erforderlich, wenn eine gute Auflö­ sung der Gesamtfläche in eine Vielzahl kleiner Einzelflä­ chen erfolgen soll. Zur Identifizierung eines örtlich auftretenden Gefahrenherdes müssen dazu alle Sensoren in einer Meßwertaufbereitungsanlage aufwendig verschaltet werden. Kommt es zu einer größeren Brandausbreitung, bestellt die Gefahr, daß nicht nur ein Teil der Sensoren mit ihren Halterungen, sondern auch deren Verkabelung zer­ stört werden und anschließend unter entsprechendem Kosten­ aufwand erneuert werden müssen.

Ein schwerwiegender Nachteil eines Flächenüberwachungs­ systems mit einer großen Anzahl - z. B. mehrere hundert - von einzelnen Sensoren mit ausgedehnter Verkabelung ist die Anfälligkeit für Fehlalarme und die Schwierigkeit von Funktionsüberprüfungen. Damit sinkt die Sicherheit der Überwachungssysteme.

Überwachungssysteme mit Kameras mit selektiver Sensibili­ tät für Lichtwellen zwischen Ultraviolett bis Infrarot - z. B. zur Aufnahme von Thermobildern - erfordern ein tech­ nisch aufwendiges und kostspieliges Bildauswertungsver­ fahren, um kritische Veränderungen auf einer überwachten Fläche zu lokalisieren und daran orientierte örtliche Maß­ nahmen zur Gefahrenabwehr einzuleiten. An die spektrale Empfindlichkeit der Optik und das Bildauflösevermögen des Auswertesystems sind höchste Anforderungen zu stellen. Kameras dieser Bauweise haben aufgrund verschleißanfälli­ ger Komponenten typische Lebensdauern von nur wenigen tausend Betriebsstunden.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die beschriebenen, zum Stande der Technik gehörenden Überwachungssysteme durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zu ersetzen, die die Nachteile des hohen Installationsaufwandes, der Fehl­ alarmanfälligkeit, der problematischen Meßwertaufbereitung sowie der mangelnden Betriebssicherheit vermeidet und ins­ besondere eine hohe Anpassungsfähigkeit an verschiedene Aufgaben hat und unter Nutzung elektronischer Datenverar­ beitung in Bezug auf die Auswertung der Meßergebnisse eine hohe Flexibilität aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren und mit einer Vorrichtung gelöst, die mit vorteilhaften Ausge­ staltungen in den Ansprüchen 1 bis 15 gekennzeichnet sind.

Daher wird insbesondere durch das Verfahren des periodi­ schen Abtastens der zu überwachenden Fläche mit Hilfe eines motorisch bewegten Sensors eine Lösung vorgeschla­ gen, die einfach zu installieren und außerdem weitgehend sicher ist gegenüber Störeinflüssen, die von Ereignissen innerhalb der zu überwachenden Fläche ausgehen. Durch gleichzeitige Zuordnung jeweils eines Orts- und Zeitwertes zu den einzelnen Meßwerten wird eine klare Identifizierung aller Ereignisse ermöglicht, wobei durch den Einsatz von Referenzmeßstellen Störgrößen im Bereich der Meßwertüber­ tragungsstrecke eliminiert werden.

Durch optische bzw. rechnerische Korrekturen werden dabei mögliche Projektionsfehler automatisch ausgeglichen und etwaige störende, systemfremde Einzelereignisse werden durch ein eingespeichertes Plausibilitätsprogramm heraus­ gefiltert und belasten nicht den weiteren Gang der an­ schließenden Meßwertaufbereitung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Zeichnung zeigt beispielhaft eine Ausführung der Er­ findung: Eine Lagerfläche (1) von z. B. 150×100 m² wird von einem Meßwertaufnehmer (2) überwacht, der sich auf einem nicht näher dargestellten Mast oder Gebäude befin­ det, welche stationär außerhalb und im Abstand oberhalb der Fläche (1) angeordnet sind. Der Meßwertaufnehmer (2) enthält einen der zu überwachenden Fläche zugewandten Sensorkopf (3), der sowohl um seine horizontale Querachse als auch um die Vertikalachse dreh- bzw. schwenkbar ist. Dabei tastet ein Meßstrahl (4) die Lagerfläche (1) auf gekrümmten Linien Zeile für Zeile ab, wobei der Meßstrahl zwischen einer linken Extremlage (4a) und einer rechten Extremlage (4b) periodisch hin- und her schwenkt bzw. durch Rotation diesen Bereich durchläuft. Durch hinrei­ chend kleine optische Divergenz des Meßstrahles kann der einzeln erfaßte Meßfleck auf der Lagerfläche z. B. auf 0,5 m² ausgelegt werden, so daß die Lagerfläche in z. B. 30.000 Meßpunkten auf auftretende Anomalien, z. B. Tempe­ raturanstiege, überwacht wird. Dabei überstreicht der Meß­ strahl (4) einen in der Nähe der zu überwachenden Fläche (1) installierten Referenzstrahler (5), dessen Meßwert zur Korrektur von Störgrößen im Strahlengang des Meßstrahls (4) dient, indem der vom Referenzstrahler (5) erhaltene Meßwert mit einem direkt über Signalleitung (10) dem Microprozessor (7) zugeleiteten Referenzwert verglichen wird. Der Meßwertaufnehmer (2) leitet die vom Sensorkopf (3) erhaltenen Werte über eine Leitungsverbindung (6) an eine entfernt aufgestellte Meßwertaufbereitungsanlage (7) weiter.

Von der Meßwertaufbereitungsanlage (7) führt eine Leitung (8) zu einer Meldestation, die bei Überschreiten von fest­ gelegten Grenzen der Meßwerte akustische und/oder optische Störmeldungen auslöst. Eine weitere Leitung (9) führt von der Meßwertaufbereitungsanlage (7) zu in der Nähe der Fläche (1) befindlichen Sicherungseinrichtungen und akti­ viert diese im Störfall.

Claims (15)

1. Verfahren zum Überwachen und zum Sichern von großflächigen Arealen im natürlichen Zustand oder künstlich angelegter freier oder überdachter Flächen mit flächenartig verteilt gelagerten ins­ besondere brennbaren Materialien, die ständig oder vorüberge­ hend deponiert sind, wobei die Flächen mit wenigstens einem mit Abstand oberhalb der Flächen befindlichen, auf charakteristische physikalische Erscheinungen ansprechenden Sensor überwacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die zu überwachende Flä­ che (1) durch stetiges Verschwenken des oberhalb der Fläche (1) installierten Sensors (3) systematisch und periodisch wiederho­ lend Punkt für Punkt abgetastet wird und die erhaltenen Meßda­ ten mit Zuordnung zu ihren Flächenkoordinaten und dem Zeit­ punkt der Messung eine Meßwertaufbereitungs- und Datenverarbeitungsanlage (7) zugeführt werden, von der bei Überschreitung von vorgegebenen Grenz­ werten der Gefahrenherd identifiziert wird und örtlich gezielte Maßnahmen zur Gefahrenabwehr für die gelagerten Materialien und/oder für deren Umgebung eingeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (1) zeilenförmig in parallel zueinander liegenden Linien abgetastet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (1) in konzentrischen Kreisen oder in einer Spiralbahn abgetastet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß den einzelnen vom Sensor (3) empfangenen Meßwerten ein entsprechender Ortswert und ein Zeitwert zugeordnet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Korrektur der Meßdaten mindestens ein Sende-Normal konstanter Emissionsstärke als Referenzmeß­ stelle (5) vom Sensor (3) periodisch abgetastet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Projektionsfehlern im Strahlengang zwischen Meßpunkt und Sensor (3) die Meßwerte automatisch entsprechend korrigiert werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltenen Meßdaten einzeln oder in Gruppen hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit ihres Eintretens au­ tomatisch an definierten Plausibilitätskriterien gemessen werden und daß im Falle der Nichtübereinstimmung die betreffenden Daten bei der Ergebnisdarstellung und der weiteren Verarbeitung nicht berücksichtigt werden.

8. Vorrichtung zum Überwachen und zum Sichern von Flächen mit darauf gelagerten insbesondere brennbaren Materialien, mit we­ nigstens einem auf charakteristische physikalische Erscheinun­ gen ansprechenden und im Abstand oberhalb der Fläche befind­ lichen Sensor, zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (3) auf einer festen Abstützung montiert ist und daß sich seine Position innerhalb oder außerhalb der Umrandungs­ linie der zu überwachenden Fläche (1) und mit Abstand oberhalb dieser Fläche (1) befindet, wobei er in jedem Fall so stationiert ist, daß unter Ausführung von Schwenkbewegungen des Sensors (3) und/oder eines mit diesem zusammenarbeitenden Spiegelsy­ stems direkte Sichtverbindung zwischen jedem Punkt der Lager­ fläche und dem Sensor (3) oder dem mit diesem zusammenar­ beitenden Spiegelsystem herstellbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkopf (3) und/oder das mit ihm zusammenarbeitende Spie­ gelsystem um mindestens zwei Raumachsen schwenkbeweglich gelagert und motorisch bewegbar ist.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Sensorkopf (3) und/oder das mit diesem zusammen­ arbeitende Spiegelsystem mit einem Positionsgeber gekoppelt ist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich mindestens eine Referenzmeßstelle (5) in Form eines konstanten Sende-Normals innerhalb eines gemein­ samen Schutzgehäuses mit dem Sensor und im Meßbereich des Sensorkopfes (3) befindet.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich mindestens eine Referenzmeßstelle (5) in Form eines konstanten Sende-Normals etwa zentral innerhalb der Umrandungslinie und in Höhe der zu überwachenden Fläche (1) befindet.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor (3) und der oder die Positions­ geber mit einer räumlich entfernt installierten Meßwertaufberei­ tungs- und Datenverarbeitungsanlage (7) verbunden sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwert­ aufbereitungs- und Datenverarbeitungsanlage (7) einen Prozessor enthält, der bei Grenzwertüberschreitungen, die durch den Sensor (3) erfaßt werden, den Gefahrenort, die Gefahrenart und die Eintritts­ zeit des Ereignisses festhält und abrufbar speichert oder unmit­ telbar akustisch meldet oder optisch anzeigt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertaufbereitungs- und Datenverarbeitungsanlage (7) einen Prozessor ent­ hält, der bei gemeldeter Gefahr flächig wirkende oder örtlich ge­ zielte Maßnahmen zur Gefahrenabwehr auslöst.