DE4120816C2 - Verfahren und Einrichtung zur Überwachung von Tunnelbauwerken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung von Tunnelbauwerken gegen unberechtigte An­ wesenheit von Personen, Fahrzeugen, sowie festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen.

Bei Tunnelbauwerken, insbesondere bei Eisenbahntunneln, ist es zur Gewährleistung eines ungestörten, sicheren Eisen­ bahnbetriebes, und damit zur Gewährleistung der gesundheit­ lichen Unversehrtheit der Reisenden und des Zugpersonals von entscheidender Bedeutung, daß sich im Tunnel keine Personen unberechtigt aufhalten, daß keine sonstigen Hin­ dernisse, wie z. B. verloren gegangene Gegenstände, desgleichen keine explosiven Gase vorhanden sind oder gar Brände statt­ finden. Derartige Hindernisse müssen rechtzeitig entdeckt und Züge an der Einfahrt in einen solchen Tunnel gehindert werden.

Zu diesem Zwecke ist es bekannt, in Straßentunneln spezielle Rauchgaswarnanlagen, Brandmelder und Notrufstationen zu installieren. Durch diese Einrichtungen wird der Tunnelbe­ nutzer, vorzugsweise also der Kraftfahrer, in die Meldekette mit einbezogen.

Bei diesen Verfahren ist es jedoch nachteilig, daß eine Viel­ zahl von einzelnen und dazu für jeden Anwendungsfall auch nach dem physikalischen Prinzip und Aufbau unterschiedliche Sensoren aufgebaut und vernetzt werden müssen.

Außerdem sind diese Verfahren auf Eisenbahntunnel nicht übertragbar, weil der Bahnbetrieb nicht wie der Straßenver­ kehr "auf Sicht" sondern auf "Signalisierung" betrieben wird. Dies bedeutet, daß der Triebfahrzeugführer im Bahn­ betrieb, der vor der Einfahrt in den Tunnel freie Fahrt signalisiert bekommen hat, davon ausgehen muß, daß die Strecke auch tatsächlich frei befahrbar ist. Der Triebfahrzeug­ führer scheidet in den meisten Fällen auch als Melder aus, da die Fahrzeugbeleuchtung nur der Identifikation und nicht der Raumausleuchtung dient und somit Hindernisse nur zufällig entdeckt werden können.

Es ist auch bekannt, daß in den Eisenbahntunneln von Schnell­ fahrtstrecken Luftstömungsmeldeanlagen installiert sind, die in der Lage sind, die Strömungsrichtung und Intensität grob zu erfassen. Diesen Einrichtungen haftet jedoch der Nachteil an, daß Strömungen nur an einem Punkt im Tunnel­ querschnitt erfaßt werden können, die ggf. gar nicht die Grund­ strömung darstellen. So können z. B. heiße Gase, die an der Tunneldecke ziehen, und/oder kalte Luft oder Gase, die am Boden aus der Richtung des Tunneleinganges angesaugt werden, überhaupt nicht erfaßt werden.

Bei Bränden besteht zudem die Gefahr, daß diese Einrichtungen und/oder deren Datenübertragungseinrichtung zerstört werden, da sie im Tunnel aufgebaut sein müssen.

Die Druckschrift DE 38 32 428 A1 betrifft eine Personen- Erfassungsvorrichtung, wobei ein Infraroterfassungssensor, der in vier Einzelsensoren aufgeteilt ist, Erfassungssignale bzgl. der Anwesenheit von Personen und anderen Wärmequellen aufnimmt. Die aufgenommenen Informationen in Form elektrischer Signale werden einer Auswerteeinheit einschließlich eines Verstärkers zugeführt und dort zur weiteren Auswertung aufbereitet. Die aufbereiteten Signale hinsichtlich stationärer oder sich bewegender Wärmequellen innerhalb des Erfassungsbereichs werden einer Ausgabeeinrichtung in Form eines Meldesignals zugeführt. Es wird hierbei auf die Anwesenheit oder Abwesenheit von Personen oder anderen Wärmequellen geschlossen, indem Pegelspitzen und das Andauern unterschiedlicher Ausgangssignale der Einzelsensoren erfasst und miteinander verglichen werden.

Aus der Druckschrift DE-OS 21 55 305 ist eine Vorrichtung zum Feststellen stationärer oder sich bewegender Gegenstände mittels eines stationären oder sich bewegenden Elements bei nicht gegebener Sichtbarkeit offenbart, welche aus zumindest einer Infrarotstrahlungs-Quelle, einem konkaven Spiegel, der zur Reflexion von durch einen zu erfassenden Gegenstand ausgesandter Infrarotstrahlung geeignet ist, sowie einem Spiegel besteht, der drehbar angeordnet ist. Eine aufgenommene Infrarotstrahlung wird mittels des konkaven Spiegels bei einem entsprechend empfindlichen Element gebündelt, durch welches die empfangene Infrarotstrahlung beispielsweise durch Aufleuchten einer Lampe zur Anzeige gebracht wird.

Aus der Druckschrift DE 40 01 219 C1 ist ferner eine Überwachungsvorrichtung für einen Personenkorridor bekannt, bei welcher eine Vielzahl von Sensoren und Berechtigungs- Kontrolleinrichtungen vorgesehen ist, deren entsprechende Ausgangssignale einer Auswertungseinrichtung und einer Kontrolleinrichtung zugeführt Werden. Die Überwachungsvorrichtung umfasst ferner zwei Horizontal- Lichtschranken und eine Zeitkontrolleinrichtung zur Überprüfung der zeitlichen Reihenfolge der verschiedenen Signale und zur Freigabe oder Sperrung des Korridors in Abhängigkeit von dem Auswertungsergebnis der Signale.

Die Druckschrift US 4 709 330 offenbart ein System zur Überwachung und zum Führen von Personen in Bauwerken, wobei die Anwesenheit und der Ort einer Person überwacht wird. Der Person kann beispielsweise in Gefahrenfällen oder zu allgemeinen Führungszwecken eine Information hinsichtlich eines einzuhaltenden Wegs oder eines erreichbaren Notausgangs zugeführt werden. Zur Durchführung der Führungsfunktion kann ein zu überwachender Raum in mehrere einzeln überwachte Abschnitte unterteilt werden.

Die Druckschrift DE 38 43 043 A1 offenbart ferner ein Leitverfahren und eine Einrichtung für den Katastrophen- und Umweltschutz, wobei eine Automatisierung des Alarms angestrebt wird. Es erfolgt eine Verifizierung des Alarms, eine Aufklärung vor Ort sowie eine Computer-unterstützte Analyse in Verbindung mit zuvor in Computern abgespeicherten Alarmplänen. Auf diese Weise können Hilfsmaßnahmen nach Angaben einer Einsatzleitung entsprechend den Computer-unterstützten Angaben in kurzer Zeit eingeleitet werden. Ferner schließt die weitgehend automatische Alarmweiterleitung in Verbindung mit einem Computer- unterstützten Maßnahmenkatalog Übermittlungsfehler in Verbindung mit dem Alarm aus.

Aus der Druckschrift US 4 775 853 ist des weiteren eine Vorrichtung zur schnellen Erfassung körperlicher Gegenstände oder bestimmter physikalischer Phänomene bekannt, wobei mittels einer Vielzahl von Sensoren gleichzeitig innerhalb und außerhalb von Räumen Strahlungen im sichtbaren Licht sowie im ultravioletten und infraroten Spektrum erfasst werden können, wobei auch gleichzeitig eine fehlende Bewegung bei einem in üblicher Weise periodisch stattfindenden Vorgang erkannt werden kann. Zu diesem Zweck sind optische Einrichtungen in Verbindung mit Videoverstärkern sowie Abtaströhren vorhanden, die die ausgesandte Strahlung aufnehmen und entsprechende Signale zur weiteren Auswertung bereitstellen.

Aus der Druckschrift US 4 772 875 ist eine Vorrichtung zur Erfassung eines unbefugten Eindringens in einen vorbestimmten Bereich offenbart, bei welcher zwei Sensoren vorgesehen sind zur Erfassung unterschiedlicher Bedingungen. Erfasst eine der Sensoren in einem bestimmten Bereich eine Änderung der Bedingung, die auf ein unbefugtes Eindringen schließen lässt, so wird der zweite Sensor auf den selben Zielbereich gerichtet zur gleichzeitigen Erfassung dieses Bereichs. Erfassen beide Sensoren eine Änderung der jeweils vorliegenden Bedingungen, dann wird auf ein unbefugtes Eindringen geschlossen. Die Sensoren können dabei unterschiedliche Bedingungen wie unterschiedliche Strahlungen in den zu überwachenden Bereichen erfassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Überwachungsverfahren und eine Überwachungseinrichtung anzugeben, die gleichermaßen für Straßen- und für Eisenbahntunnel verwendbar sind mit welchen eine automatisierte, kontinuierliche Über­ wachung der Tunnelbauwerke, auch vom Tunneleingang her, möglich ist, und wobei von mindestens einem Überwachungspunkt aus ein größerer Raum in seiner Tiefe überwacht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, das die in Anspruch 1 aufgeführten Verfahrensschritte aufweist. Diese sehen vor, am Eingang des Tunnels einen Infrarotsensor zu installieren, dessen optische Achse in den Tunnel gerichtet ist, und der eine automatisch zyklisch veränderbare Meßgeo­ metrie aufweist.

An den Wendepunkten eines Zyklus, der auch an den Seiten­ wänden des Tunnels liegen kann, trifft die Meßgeometrie auf eine oder mehrere an der Tunnelwand fest oder beweglich installierte, IR-Strahlung aussendende Einrichtung bzw. Einrichtungen (= IR-Marken).

Ferner wird erfindungsgemäß diese Aufgabe mittels einer Einrichtung nach Anspruch 5 zur Durchführung des Verfahrens gelöst.

In den jeweiligen Unteransprüchen sind besondere Ausgestaltungen des Verfahrens und der Einrichtung angegeben.

Die IR-Marken sind derart ausgeführt, daß mindestens eine Marke als Eichquelle zur automatischen Systemkalibrierung benutzt werden kann, um die durch Verschmutzungen der Optik und/oder Infrarotkomponenten oder durch einfache Alterung des Sensors oder durch Störungen der Atmosphäre zwischen Sensor und IR-Marke auftretende Meßsignalverringerung oder -erhöhung ausgleichen zu können.

Mindestens eine der IR-Marken ist derart ausgeführt, daß ihre Strahlungsenergie von der im Tunnel herrschenden Temperatur und/oder Luftströmung abhängt, wobei durch geeignete Anordnung mehrerer IR-Marken nicht nur auf die Strömungsinentsität sondern auch auf die Strömungsrichtung geschlossen werden kann. Diese Aufgabe kann durch geeignete von Marke zu Marke unter­ schiedliche Abdeckung der Strahlungsflächen der Marken oder durch geeignete, automatisierte Bewegung der Marken, z. B. hinter eine Abdeckung, oder durch deren definierte Verdrehung erreicht werden.

Zwischen den einzelnen IR-Marken wird der Raum des Tunnels abgetastet und Gegenstände und Personen in einem Zyklus entdeckt und über mehrere Zyklen deren Ausdehnung und Bewe­ gungsrichtung festgestellt. Durch die räumlich unterschied­ liche Position der IR-Marken und der mit steigender/sinkender Entfernung des Objekts zum Sensor ansteigenden/sinkenden Dämpfung bzw. Verringerung oder Vergrößerung des Meßsignals kann auch die Bewegungsrichtung in der Tunnellängsachse bzw. Tiefe ermittelt werden. Dies ist von besonderer Bedeutung bei unberechtigtem Aufenthalt (Verirrung) von Personen oder Tieren in der absoluten Dunkelheit des Tunnels, oder wenn beispiels­ weise im Zusammenhang mit Unfällen ortsunkundige Personen auf den Gleisen umherirren und sich ggf. anstatt zum Tunnel­ ausgang in Richtung zur Tunnelmitte bewegen.

Desgleichen ist in diesem Zusammenhang die Erfassung der Bewegung von Gasen, Rauch etc. von wesentlicher Bedeutung.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einer Ausführungsbei­ spiel dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Eisenbahntunnel im Querschnitt mit einem IR-Sensor in der Tunnelmitte, und den Bereich, der zwischen zwei IR-Marken abgetastet wird,

Fig. 2a schematisch eine IR-Marke, bei der die Luft durch ein umgebendes Rohr strömt und dabei die IR-Marke umspült,

Fig. 2b schematisch eine IR-Marke mit umgebenden Rohr, das an der sensorabgekehrten Seite geschlossen ist,

Fig. 3 schematisch einen Tunnel, in dem zwei gegenein­ ander gerichtete Sensoren den Raum zwischen ihnen nahzu voll erfassen, mit angedeuteter Auswerte­ station und Meldestation außerhalb des Tunnels.

In Fig. 1 ist mit 2 ein Eisenbahntunnel bezeichnet, der sche­ matisch im Querschnitt gezeigt ist. Am Boden des Tunnels liegen zwei Gleise 15; 16. Auf dem Gleis 15 Läuft eine Person 7, die z. B. unberechtigt dorthin gelangt sein kann.

Zwischen den Gleisen ist ein IR-Sensor 1 installiert, dessen optische Achse 3 schräg nach oben in den Raum zeigt und schwenkbar ist. Die Achse 3 überstreicht dabei einen Abtast­ bereich 4, was durch die Vielzahl der Pfeile angedeutet ist.

An den gegenüberliegenden Tunnelwänden sind je eine IR-Marke 5 angebracht. Ihre Positionen an den Wänden definieren die Um­ kehrpunkte der optischen Achsen im Abtastbereich 4. In der bereits beschriebenen Weise dienen die IR-Marken 5 zur Kalibrierung der gesamten Meßeinrichtung.

Wenn entlang der Tunnelwand mehr als zwei IR-Marken in Tunnel­ längsrichtung hintereinander im Abtastbereich 4 angeordnet sind, lassen sich durch die Veränderung der von ihnen erhal­ tenen Signale die Bewegungsrichtung von Fremdkörpern im Tunnel bzw. die Zugrichtung von Gasen, Rauchschwaden oder dgl. erkennen.

Durch eine Ausführungsform der IR-Marken in der in den Fig. 2a; 2b gezeigten Form können, neben der direkten Erfassung des IR-Temperaturprofils des Tunnelraumes durch den IR-Sensor 1, die Luftströmungsintensität und Luftströmungsrichtung erfaßt werden. Fig. 2a zeigt eine IR-Marke 5, die in einem offenen Rohr 17 angeordnet ist, und deren Temperaturstrahlung bei konstant gehaltener Heizleistung, abhängig von der Intensität der durch das Rohr fließenden Luftströmung, ansteigt bzw. abfällt und dadurch die Ermittlung der Strömungsintensität über die absolute Temperatur ermöglicht.

Von wesentlicher Bedeutung ist es bei diesem Verfahren auch, daß die IR-Marke 5 auf der luftströmungszugewandten Seite zwangsläufig eine niedrigere Temperatur abstrahlt als auf der luftströmungsabgewandten Seite. Durch eine geeignete Ein­ richtung 18 wird die IR-Marke kurzzeitig derart gedreht, daß der IR-Sensor 1 auch die zur Tunnelmitte weisende Abstrah­ lungsfläche erfassen kann. Aus der positiven oder ggf. nega­ tiven Temperaturdifferenz der beiden Seitenflächen der IR- Marke 5 kann die Strömungsrichtung ermittelt werden. Die Temperatur der IR-Marke muß bei fehlender Luftströmung stets höher sein, als die im Tunnel herrschende Raumtemperatur.

Die räumliche Anordnung der Rohre 17 und 17a kann in der bereits beschriebenen Weise an einander gegenüberliegenden Tunnelwänden erfolgen, sie können aber auch auf der gleichen Tunnelseite nebeneinander bzw. hintereinander angebracht sein.

Fig. 3 zeigt schematisch einen Tunnel 2, bei dem an jedem Ein­ gang ein Sensor 1 zwischen den Gleisen 15; 16 installiert ist. Die optischen Achsen 3 der Sensoren sind gegeneinander gerichtet und erfassen den gesamten Tunnelraum nahezu voll­ ständig. An der Eisenbahnstrecke ist außerdem die Auswerte­ station 8 gezeigt, der die Signale der Sensoren 1 zugeführt werden. Das Ergebnis der Signalauswertung wird an eine Melde­ station 9 gegeben, von der aus ein entsprechendes Gleissignal 12 gesteuert wird, das dem Zug 11 die Fahrt freigibt oder blockiert.

Claims (10)

1. Verfahren zur Überwachung von Tunnelbauwerken gegen unberechtigte Anwesenheit von Personen, Fahrzeugen, festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen, mittels einer Überwachungseinrichtung mit zumindest einem im Tunnel angeordneten Infrarotsensor und einer als definierte Eichquelle dienenden IR-Marke, mit dem Schritt des Erfassens der Temperaturmeßwerte des Infrarotsensors und Übermitteln der Temperaturmeßwerte an eine Auswertestation, gekennzeichnet durch die Schritte:
Ausrichten der optischen Achse (3) des Infrarotsensors (1) von dem einen Eingang des Tunnels (2) zum anderen Eingang des Tunnels (2),
Ablenken der optischen Achse (3) des Infrarotsensors (1) (= Abtaststrahl) automatisch zyklisch derart, daß der Raum zwischen zwei seitlich installierten IR-Marken (5) nach Wärmequellen (7) abgetastet wird,
Bereitstellen einer definierten Eichquelle durch zumindest eine der IR-Marken (5) und Ergänzen der der Auswertestation (8) übermittelten Temperaturmeßwerte mit Raumkoordinaten, und
Übermitteln der in der Auswertestation (8) ermittelten Werte an eine Meldestation (9), von der aus entsprechende Maßnahmen koordiniert werden können.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt des Bestimmens des jeweiligen Umkehrpunkts der optischen Achse (3) mittels der seitlich angebrachten IR- Marken (5).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Schritt des automatischen Kalibrierens der Überwachungseinrichtung mittels der IR-Marken (5).

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch den Schritt des Speicherns und Vergleichens der Meßwerte jedes aufeinanderfolgenden Meßzyklus mittels der Auswertestation (8).

5. Einrichtung zur Überwachung von Tunnelbauwerken gegen unberechtigte Anwesenheit von Personen, Fahrzeugen, festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffen, mit
zumindest einem im Tunnel angeordneten Infrarotsensor, und
einer als definierte Eichquelle dienenden IR-Marke, wobei
die Temperaturmeßwerte des Infrarotsensors einer Auswertestation übermittelt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
die optische Achse (3) des Infrarotsensors (1) von dem einen Eingang des Tunnels (2) zum anderen Eingang des Tunnels (2) gerichtet ist,
die optische Achse (3) des Infrarotsensors (1) (= Abtaststrahl) automatisch zyklisch derart abgelenkt wird, daß der Raum zwischen zwei seitlich installierten IR-Marken (5) nach Wärmequellen (7) abgetastet wird, wobei
zumindest eine der IR-Marken (5) die definierte Eichquelle bildet und die der Auswertestation (8) übermittelten Temperaturmeßwerte mit Raumkoordinaten ergänzt werden, und
die in der Auswertestation (8) ermittelten Werte einer Meldestation (9) übermittelt werden, von der aus entsprechende Maßnahmen koordiniert werden können.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlich angebrachten IR-Marken (5) den jeweiligen Umkehrpunkt der optischen Achse (3) definieren.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-Marken (5) derart aufgebaut sind, daß ihre Temperatur von der Geschwindigkeit und der Richtung der sie umgebenden Luftströmung abhängt.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung über die IR-Marken (5) automatisch kalibriert wird.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertestation (8) die Meßwerte jedes aufeinanderfolgenden Meßzyklus abspeichert und vergleicht.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß aus der räumlichen Größe und Temperatur eines auftretenden Temperaturmusters auf die Ursache des Temperaturanstiegs oder Temperaturabfalls geschlossen werden kann und somit Personen, Fahrzeuge, heiße Gase und Brände unterschieden werden können.