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Bereich der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zählervorrichtung und befaßt sich
insbesondere mit einer Vorrichtung zum Zählen der Zahl von Objekten,
die eine gegebene Schwelle von einer Seite auf die andere überqueren.
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Hintergrund
der Erfindung
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Es
gibt zahlreiche Anwendungsfälle,
in denen es wünschenswert
oder notwendig ist, die Zahl von Objekten zu zählen, die eine Schwelle überqueren.
Um z.B. Feuerschutzforderungen genügen zu können, ist es wichtig, die Zahl
der Personen zu kennen, die sich in einem Raum oder Gebäude aufhalten,
und die Erfindung soll aus praktischen Gründen mit Bezug auf eine Vorrichtung
zur Durchführung
dieser Funktion beschrieben werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist jedoch nicht auf den Einsatz in Gebäuden beschränkt, da sie z.B. auch zur Überwachung
von Mengen auf Bahnhöfen
oder in Fußballstadien
eingesetzt werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung braucht sogar
gar nicht zur Zählung
von Menschen verwendet zu werden, sondern kann ebenso gut zur Zählung von
Tieren oder selbst leblosen Objekten benutzt werden, wenn sie eine
gegebene Schwelle überqueren.
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Es
ist vorgeschlagen worden, Menschen zu zählen, wenn sie eine Schwelle überschreiten,
z.B. eine Tür
durchqueren, indem die gesamte Schwelle mittels einer Fernsehkamera
visuell überwacht
wird, und dann eine komplizierte Bildanalyse durchgeführt wird,
um zu bestimmen, welche Teile des Bildes zu zählenden Individuen entsprechen,
und die Richtung, in welcher jedes Individuum die Schwelle überquert. Die
Komplexität
einer solchen Einrichtung spiegelt sich ihren Kosten wider, und
so ist sie in vielen, ja sogar in den meisten Fällen wirtschaftlich nicht tragbar.
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Ein
einfacheres gebräuchliches
System verwendet die "Durchbrechung
einer Lichtschranke". Ein
Strahl von sichtbarem oder infrarotem Licht wird parallel zur Schwelle
von einer Seite her ausgesendet und wird entweder auf der anderen
Seite erfaßt oder
von einem Spiegel auf der anderen Seite auf einen Detektor auf derselben
Seite wie der Strahlenausgang zurückgeworfen. Wenn eine Person
die Schwelle überquert,
wird der Lichtstrahl unterbrochen und so die Gegenwart der Person
festgestellt. Werden zwei solche Strahlen benutzt, und sind sie
in Bewegungsrichtung quer zur Schwelle von einander beabstandet,
zeigt ein Vergleich der beiden Sensoren auch die Richtung an, in
welcher sich eine Person bewegt hat, so daß der Personenzählwert jeweils
um eins aufgestockt oder reduziert werden kann, wenn die Personen
kommen oder gehen.
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EP-A-0828233
offenbart eine Vorrichtung zur Erfassung der Zahl von Menschen,
die einen spezifischen zu überwachenden
Bereich begehen.
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Das
Problem mit bekannten lichtstrahlbrechenden Systemen ist, daß sie nicht
zuverlässig
sind, wenn mehr als eine Person gleichzeitig die Schwelle überqueren
kann. Dies kommt daher, daß die
Systeme nicht zwischen einer einzelnen Person und zwei oder mehr
nebeneinander gehenden Personen unterscheiden können. Daher werden lichtstrahlbrechende
Systeme in der Regel in Verbindung mit Abteilungen eingesetzt, die
die Personen zwingen, in einer Reihe an den Sensoren vorbeizugehen.
Die Teilung einer Eingangs- und Ausgangstür in dieser Art und Weise ist
jedoch nicht akzeptierbar, weil sie die Anzahl von Menschen einschränkt, die
hindurchgehen können,
was im Brandfalle eine ernste Gefahr darstellen kann.
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Ziel der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung sucht daher, eine Zählervorrichtung zu stellen,
die kostengünstig
herstellbar ist und dennoch Objekte zählen kann, wenn sie eine Schwelle überqueren,
die breit genug ist, mehrere Objekte gleichzeitig aufzunehmen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung zufolge wird ein Gerät zum Zählen der Anzahl von Objekten
gestellt, die eine gegebene Schwelle von einer Seite zur anderen überqueren,
mit mehreren, zur Anbringung entlang der Schwelle vorgesehenen Sensormitteln, wovon
jedes in der Lage ist, ein einen Abschnitt der Schwelle durchquerendes
Objekt zu erfassen, und mit Prozessormitteln zum Vergleichen der
Detektorsignale von jeweils zwei nebeneinander liegenden Sensormitteln,
so daß verhindert
wird, daß dasselbe Objekt
von den nebeneinander liegenden Sensormitteln jeweils getrennt von
einander gezählt
wird, worin die Sensormittel aus einer regelmäßigen Aufreihung von identischen
Modulen bestehen, wobei jedes Modul mit dem benachbarten Modul verbunden
ist und einen internen Prozessor aufweist, der programmiert ist,
die von dem Modul erzeugten Detektorsignale mit den Detektorsignalen
der benachbarten Module zu vergleichen.
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Die
Sensormittel sind vorzugsweise im Betrieb über der Schwelle angebracht,
und jedes Sensormittel erfaßt,
wann ein Objekt unter ihm hindurchgeht. Die Sensormittel können al-lerdings auch unter der
Schwelle angeordnet sein.
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Das
erfindungsgemäße Gerät kann eine breite
Schwelle überwachen,
weil, anstatt daß die
gesamte Schwelle durch die Durchbrechung eines einzigen Strahles überwacht
wird, jedes Sensormittel einen anderen Abschnitt der Schwelle analysiert. Wenn
zwei Personen gleichzeitig jeweils unterschiedliche Abschnitte der
Schwelle überqueren, dann
werden sie von unterschiedlichen Sensormitteln erfaßt und getrennt
gezählt.
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Die
Verarbeitung der Signale von unterschiedlichen Sensormitteln unabhängig voneinander könnte jedoch
aus Gründen,
die nachstehend erläutert
werden, zu Zählfehlern
führen.
Wenn jeder von einem Sensor überwachte
Bereich nur so breit wie eine Person ist, und wenn die Abschnitte
aneinander grenzen, dann würde
eine Person, die die Schwelle in der Mitte zwischen zwei benachbarten
Sensoren überquert,
von beiden Sensoren erfaßt
werden. Dieses Problem kann aber nicht einfach dadurch vermieden
werden, daß der
Abstand zwischen den Sensoren erhöht wird, weil dann Abschnitte
der Schwelle nicht mehr überwacht
würden,
und es wird dadurch noch verschärft,
daß die
Gestalt von Personen in weiten Grenzen variiert.
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Eine
weitere Quelle für
Fehlzählungen
entsteht dadurch, daß die
Bewegungsrichtung der Menschen über
die Schwelle nicht durch Abteilungen eingeschränkt werden soll. Demzufolge
muß die
Zählvorrichtung
in der Lage sein, einer Person zu erlauben, daß sie in einem Abschnitt der
Schwelle eintritt und diese in einem anderen verläßt.
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Um
zu vermeiden, daß dasselbe
Objekt von zwei oder mehr Sensormitteln jeweils getrennt gezählt wird,
wird die Erfassung einer Person bei der vorliegenden Erfindung dadurch
bewerkstelligt, daß die
Ausgänge
mehrerer benachbarter Sensormittel analysiert werden, um sicherzustellen,
daß die
Person von einem und nur einem der Sensormittel gezählt wird.
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Die
einzelnen Sensormittel können
in jeder beliebigen Form von Sensoren bestehen, z.B. akustische
oder passive Infrarotsensoren, vorgezogen wird jedoch, daß jedes
Sensormittel zwei Infrarotquellen beinhaltet, die entlang einer
rechtwinklig zur Schwelle verlaufenden Linie im Abstand von einander
angeordnet sind, sowie Detektormittel zur Erfassung von Licht, das
von einer unter den Infrarotquellen hindurchgehenden Person reflektiert
wird, wobei die Detektormittel in der Lage sind, das von verschiedenen
Quellen emittierte Licht zu unterscheiden.
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Die
Infrarotquellen senden vorzugsweise Licht derselben Wellenlänge aus,
jedoch zu unterschiedlichen Zeitpunkten, und die Detektormittel
beinhalten jeweils einen einzigen Detektor zur Erfassung von Licht
von beiden Quellen, wenn es von einer unter dem Detektor hindurchgehenden
Person reflektiert wird.
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Ein
bedeutender Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, daß die Verwendung
einer modularen Aufreihung die Notwendigkeit vermeidet, für jede Installation
ein besonderes System zu konstruieren, und sie ermöglicht die Überwachung
einer Schwelle jeder beliebigen Größe durch die Aneinanderreihung
einer entsprechenden Anzahl von Modulen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung soll nun beispielartig näher erläutert werden, mit Bezug auf
die beiliegenden Zeichnungen. Dabei zeigt:
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1: ein schematisches Blockdiagramm einer
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Zählung
von Personen;
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2: ein detaillierteres Blockschaltdiagramm
eines der Sensormodule, und
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3: eine schematische Darstellung
der Anordnung der Infrarotquellen und -Detektoren in einer Sensorreihe
zur Anbringung über
einer Schwelle.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Eine
Zählervorrichtung
gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung ist in 1 dargestellt
und beinhaltet eine Reihe von Sensormodulen 10, welche
in einer Reihe nebeneinander über
einer Schwelle angeordnet sind, wobei jedes Modul in der Lage ist,
eine Person zu erfassen, die einen entsprechenden, unterhalb des
jeweiligen Sensormoduls 10 angeordne ten Abschnitt der Schwelle überquert.
Wie weiter unten noch näher
mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben werden soll,
sind die Module 10 intelligente Module, die in einem geschlossenen Kreis
miteinander verkettet sind und zusätzlich an einem gemeinsamen
Bus angeschlossen sind. Ein Datensteuermodul 12 ist am
selben Datenbus angeschlossen, der wiederum mit einem zentralen
Prozessor 14 kommuniziert, der ein PC oder auch ein eigener
Prozessor sein kann.
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Im
Betrieb erfaßt
jedes Sensormodul 10, wenn eine Person unter ihm von einer
Seite der Schwelle zur anderen hindurchgeht. Nachdem von den Prozessoren
Schritte unternommen worden sind, die gewährleisten, daß dieselbe
Person nicht mehr als einmal gezählt
wird, werden Zählwerte
für die
die Schwelle in der einen oder anderen Richtung überquerende Person in den Modulen
gespeichert. Auf Abfrage vom Datensteuermodul 12 werden
diese Zählwerte
dem Datensteuermodul 12 zugeführt, und die Zählwerte
in den einzelnen Modulen 10 werden wieder zurückgesetzt.
Das Steuermodul 12 führt
zusätzliche
Berechnungen mit den Zählwerten
aus, die es von den einzelnen Sensormodulen 10 erhalten hat,
und bestimmt z.B. die reine Anzahl der sich tatsächlich noch im Raum auf der
einen Seite der Schwelle aufhaltenden Personen. Diese Information wird
auf Anfrage an den zentralen Prozessor 14 weitergeleitet,
der ähnliche
Informationen von anderen Sensorreihen erhalten und auf diese Weise
z.B. die Besetzung verschiedener Bereiche in demselben Gebäude bestimmen
kann. Der zentrale Prozessor kann dann dem Betreiber eine Ausgabeinformation auf
einem Bildschirm oder einem Drucker anzeigen. Zusätzlich kann,
wenn gewünscht,
auch eine visuelle Darstellung am Datensteuermodul 12 geliefert
werden.
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3 zeigt die Position der
Sensoren und Detektoren in drei Modulen 10 der Sensoranordnung. Jedes
Modul beinhaltet zwei Infrarotquellen, z.B. SA1 und SA2, und einen
Detektor, z.B. DA. Die Schwelle ist die Ebene, die durch DA, DB
und DC läuft.
Die Infrarotquellen SA1 bis SC2 sind so synchronisiert, daß diese
nacheinander arbeiten, so daß z.B.
dann, wenn SB1 ein Signal sendet, keine der benachbarten Quellen
SA1, SA2, SB2, SC1 und SC2 dasselbe tut. Strahlt die Quelle SB1
Infrarotlicht aus, und der Detektor DB fängt zu demselben Zeitpunkt Infrarotstrahlung
auf, dann bestimmt das System, daß eine Person in dem Bereich
der Schwelle zugegen ist, der unter dem Modul B liegt. Das von jeder Quelle
SB1 und SB2 ausgestrahlte Licht wird beim Betrieb außerdem so
moduliert, daß der
Detektor DB von anderen Quellen reflektiertes Umgebungslicht unbeachtet
lassen kann.
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Es
versteht sich von selbst, daß anstatt
zweier Quellen und einem Detektor jedes Modul auch zwei Detektoren
und eine Quelle oder sogar zwei Quellen und zwei Detektoren beinhalten
kann. Wichtig ist nur, daß jedes
Modul in der Lage sein sollte, die Bewegungsrichtung einer Person über die
Schwelle zu bestimmen. Hierzu ist es wichtig, die Sensoren und Detektoren
in jedem Modul von einander zu beabstanden, so daß mit Blick
auf die Taktwiederholungsfrequenz jedes Quelle/Detektor-Paares eine Person,
die die Schwelle mit einer realistischen Geschwindigkeit überquert,
zuerst von dem Sensor nur auf der einen Seite der Schwelle erfaßt wird,
dann von beiden Sensoren, und schließlich nur von dem Sensor auf
der anderen Seite.
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Die
in jedem Sensormodul enthaltene materielle Ausstattung ist in 2 dargestellt. Eine Synchronisierungsschaltung 20 empfängt ein
Signal von einer Taktgeberquelle, die allen Modulen 10 gemeinsam
ist und die Zeitpunkte bestimmt, wenn die Sensoren betrieben werden
können,
ohne den Betrieb benachbarter Module zu stören. Zwei Infrarotquellen 24a und 24b in
jedem Modul haben jeweils entsprechende Treiberschaltungen 22a und 22b,
die zu geeigneten Zeitpunkten eine modulierte Folge von Stromimpulsen
an die Quellen senden. Die beiden Quellen 24a und 24b werden
zu unterschiedlichen Zeitpunkten in jedem Zyklus betrieben, so daß ein gemeinsamer
Detektor 26 verwendet werden kann, das Licht von beiden
Quellen zu erfassen, wenn es von einer die Schwelle überquerenden
Person reflektiert wird.
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Der
Ausgang des Detektors 26 wird zuerst von einem Signalprozessor 28 analysiert.
Dieser Teil der materiellen Ausstattung oder "Hardware" ist zuständig für die Bestimmung anhand des
Ausgangssignales vom Detektor, ob eine Person zugegen ist. Insbesondere
kann der Signalprozessor 28 mehrere Signalproben vom Detektor 26 nehmen,
das beste verfügbare
Signal unter den verschiedenen Proben auswählen und dann das beste Signal
mit einem gegebenen Referenzwert vergleichen und bestimmen, ob das
Signal eine gültige
Reflexion von einer die Schwelle überquerenden Person ist.
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Der
Ausgang des Signalprozessors wird dann dem Datenprozessor 30 zugeführt, der
mit den entsprechenden Datenprozessoren der angrenzenden Module
verbunden ist. Datenprozessor 30 analysiert das Muster
der Ausgänge
von seinen eigenen Sensoren, um die Richtung zu ermitteln, in welcher eine
Person die Schwelle überquert
hat, und kommuniziert mit den benachbarten Datenprozessoren 30, um
sicherzustellen, daß die
erfaßte
Person nicht schon von den benachbarten Modulen gezählt worden
ist. Ist er der erste, der diese Person zählt, wird der entsprechende
Wert von zwei in einem Überquerungszähler 32 gespeicherten
Zählwerten
um eins aufgestockt, und es wird ein Sperrsignal an die benachbarten
Module ausgegeben, um zu verhindern, daß diese dieselbe Person mitzählen.
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Jedes
Modul beinhaltet auch eine Kommunikationsschaltung 34,
die über
den gemeinsamen Datenbus 36 mit dem Datensteuermodul 12 verbunden ist.
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Die
verschiedenen Blöcke 20, 22, 28, 30, 32 und 34 führen jeweils
unterschiedliche Funktionen aus und sind aus diesem Grund getrennt
dargestellt, es versteht sich jedoch von selbst, daß all diese Funktionen
von einem einzigen entsprechend programmierten Prozessor ausgeführt werden
können.
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Da
die verschiedenen Module 10 nicht unabhängig arbeiten, sondern miteinander
zusammenwirken, wenn eine die Schwelle überquerende Person erfaßt wird,
kann der im Datenprozessor 30 zur Anwendung gebrachte Erfassungsalgorithmus
so gestaltet werden, daß er
jedes Bewegungsmuster über die
und/oder entlang der Schwelle erkennt.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die Module so angeordnet, daß sie aneinander angrenzende
Abschnitte der Schwelle überwachen,
die so bemessen sind, daß auch
die kleinste Person von wenigstens einem Modul und die größte Person
von nicht mehr als drei Modulen erfaßt wird. Auf diese Weise deaktiviert,
wenn zwei in derselben Richtung laufende Personen vier Sensoren
aktivieren, dasjenige Modul, das eine die Schwelle überquerende
Person zählt,
die Zählung
seiner direkten Nachbarn, wie oben beschrieben, der vierte aktivierte Sensor
wird jedoch nicht deaktiviert und zählt daher eine zweite Person.
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Zusätzlich zur
Deaktivierung der Zählung
der benachbarten Module ist es in manchen Fällen vorteilhaft, wenn ein
Modul Signale sendet, die nicht nur seine unmittelbaren Nachbarn
deaktivieren, sondern den unmittelbaren Nachbarn auch anweisen,
das nächste
Modul in der Reihe zu deaktivieren. Dies ist dann erforderlich,
wenn zwei Personen zur gleichen Zeit die Schwelle überschreiten,
jedoch in entgegengesetzten Richtungen. Angenommen z.B., in der
Reihe in 3 erzeugt das
Modul B die Signalfolge SB1, SB1 + SB2, SB2, während das Modul A die Signalfolge
SA2, SA1 + SA2, SA1 abgibt. Da dies Zählungen zweier in entgegengesetzten
Richtungen laufenden Personen sind, schaltet keine der beiden die
andere ab. Da das System aber zulassen muß, daß eine Person von bis zu drei
benachbarten Modulen erfaßt wird,
darf das Modul B nicht nur die Zählung
im Modul C deaktivieren, sondern auch in dem (in der Zeichnung nicht
dargestellten) nächsten
Nachbarn von C.
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Eine
Person, die die Sensoranordnung in einem Winkel durchquert, kann
z.B. die Sensoren der Reihe aus 3 in
der Reihenfolge SA1, SB1 + SB2, SB2 auslösen. Diese Situation muß durch
die Kombination von SB1 + SB2 ohne vorherige Auslösung von SB1
alleine oder SB2 alleine erkannt werden. Hier schaut das Modul B
zu seinem Nachbarmodul A und stellt fest, daß eine SA1-Erfassung am benachbarten Modul
A stattgefunden hat. Das B-Modul nimmt daher an, daß die Person
von der Seite 1 her eingetreten ist. Im weiteren Verlauf erfolgt
dann die SB2-Erfassung, und die Person wird vom Modul B als eine Person
gezählt,
die die Schwelle von der Seite 1 zur Seite 2 überquert hat, und die benachbarten
Module werden in der zuvor beschriebenen Art und Weise gesperrt.
Die Richtung, aus welcher eine Person über die Schwelle tritt, kann
auf diese Weise von einem Modul zum anderen weitergegeben werden,
bis die Person die Schwelle von einer Seite zur anderen wieder verläßt.
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Die
Erfindung liegt selbstverständlich
nicht in dem in den Modulen zur Anwendung gebrachten Algorithmus,
sondern in der Tatsache, daß ein
Vergleich der Ausgänge
mehrerer benachbar ter Sensoren angestellt wird, bevor ein Zählwert um
eins weitergezählt
wird.
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Ebenso
versteht es sich von selbst, daß, wenn
die Erfassung gültiger Übergänge im wesentlichen
anhand der Erkennung des Musters bzw. der Reihenfolge der Erfassung
durch die verschiedenen Sensoren in einer Reihe erfolgt, sie sich
auch für
eine Anwendung von sogenannter künstlicher
Intelligenz anhand eines neuronalen Netzes statt mittels eines digitalen
Datenprozessors eignet, um eine logische Analyse der Signalfolge
vorzunehmen.
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Da
der Algorithmus, wann gezählt
werden soll, wann das benachbarte Modul gesperrt werden soll, und
wann Daten über
teilweise Überquerungen von
einem Modul zum anderen weitergegeben werden sollen, für alle Module
derselbe ist, können
diese im wesentlichen identisch sein und sich nur in der Abstimmung
ihrer Synchronisierungsschaltung von einander unterscheiden. Ein
Taktgebersignal kann vier Signale enthalten, die in Phasenquadratur
stehen, und kann die Synchronisationsschaltungen der verschiedenen
Module an unterschiedlichen Phasen desselben Taktsignales anschließen. Das
bedeutet, daß eine
Infrarotquelle gleichzeitig mit einer vier Module weiter entfernten
Quelle arbeitet, dieser Abstand ist jedoch ausreichend groß, daß sich die
Module nicht gegenseitig stören.
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Da
die Module identisch sind, kann jede beliebige Zahl von Modulen
zu einer Reihe zusammengeschaltet werden, so daß jede beliebige Schwellenlänge durch
den Einsatz der passenden Zahl von Modulen verarbeitet werden kann.
Für jede
Reihe ist nur ein Datensteuermodul 12 erforderlich, und
dasselbe Datensteuermodul kann ungeachtet der Anzahl von Modulen
ver wendet werden. Diese Lösung
gewährleistet
einen einfachen Aufbau und einfache Wartung.