EP1772835A1 - Sensor-Netzwerk sowie Verfahren zur Überwachung eines Geländes - Google Patents

Sensor-Netzwerk sowie Verfahren zur Überwachung eines Geländes Download PDF

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EP1772835A1
EP1772835A1 EP06020917A EP06020917A EP1772835A1 EP 1772835 A1 EP1772835 A1 EP 1772835A1 EP 06020917 A EP06020917 A EP 06020917A EP 06020917 A EP06020917 A EP 06020917A EP 1772835 A1 EP1772835 A1 EP 1772835A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensors
communication
sensor network
programming
terrain
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06020917A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roman Dr. Glöckler
Peter Dr. Kalisch
Gerd Dr. Esser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Diehl Stiftung and Co KG
Original Assignee
Diehl Stiftung and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Diehl Stiftung and Co KG filed Critical Diehl Stiftung and Co KG
Publication of EP1772835A1 publication Critical patent/EP1772835A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B25/00—Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems
    • G08B25/009—Signalling of the alarm condition to a substation whose identity is signalled to a central station, e.g. relaying alarm signals in order to extend communication range
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/18—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength
    • G08B13/189—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems
    • G08B13/194—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using image scanning and comparing systems
    • G08B13/196—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using image scanning and comparing systems using television cameras
    • G08B13/19639—Details of the system layout
    • G08B13/19641—Multiple cameras having overlapping views on a single scene
    • G—PHYSICS
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    • G08B13/19654—Details concerning communication with a camera
    • G08B13/1966—Wireless systems, other than telephone systems, used to communicate with a camera
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    • G08B13/19665—Details related to the storage of video surveillance data
    • G08B13/19669—Event triggers storage or change of storage policy
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    • G08B29/00—Checking or monitoring of signalling or alarm systems; Prevention or correction of operating errors, e.g. preventing unauthorised operation
    • G08B29/18—Prevention or correction of operating errors
    • G08B29/20—Calibration, including self-calibrating arrangements
    • G08B29/22—Provisions facilitating manual calibration, e.g. input or output provisions for testing; Holding of intermittent values to permit measurement

Definitions

  • the invention relates to a sensor network and a method for monitoring a terrain.
  • the invention relates to the problem of securing a terrain against the intrusion of unwanted persons or to monitor activities of any kind within the terrain.
  • the object of the invention is to provide a sensor network, which allows the monitoring and protection of a terrain with the least possible effort and cost. It is another object of the invention to provide a corresponding method for monitoring and securing a terrain with the corresponding advantages.
  • the invention recognizes that, especially when monitoring a large area, it involves an immense effort to install individual sensors in a location-specific manner.
  • the stationary installed sensors must be complex interconnected and connected to a central unit. About the type of interconnection or other coding can then recognize the central unit, from which place of the terrain which signals are obtained.
  • One such system is, for example, the installation of multiple cameras in different locations of a building.
  • at least one programming module is provided for the fixed sensors, with the position detection means of which the position of the sensors can be determined. Once the position has been determined, it is memorized to the respective sensor by programming. The sensor then knows which position it is in. This allows the sensors to be deployed freely; the position is assigned after application.
  • Such a programming module also offers the possibility of using relatively expensive components, such as the components for determining the position in small numbers, while other cheaper components can be arranged in the high-volume sensors.
  • relatively expensive components such as the components for determining the position in small numbers
  • other cheaper components can be arranged in the high-volume sensors.
  • the invention finally recognizes that the complex query of each individual sensor according to the recorded parameters can be significantly simplified if the sensors are equipped with communication means for communication with each other.
  • the recorded information can be communicated as signals, for example, to the adjacently located sensors, which forward the information in turn.
  • Such a sensor network avoids in particular parallel communication paths.
  • the networking of the sensors with each other happens automatically, for example, by determining the strongest communication signal or the communication signal with the best signal-to-noise ratio of the signals received from the surrounding sensors and then set up a corresponding communication link.
  • a sensor network with efficient communication paths with each other and towards the central unit is created.
  • the sensor network described is suitable for both civilian and military applications.
  • the arbitrarilychipridden sensors their position is impressed only after application. Via the self-forming communication paths, a favorable, in particular rapid, forwarding of the detected signals to a central unit is established.
  • the sensors are not limited to the detection of invading persons. Equally well as monitoring relevant parameters pollutant concentrations, smoke, fog, vibrations or biological / chemical agents can be detected. In particular, it is not necessary that all sensors are equipped with the same detectors. It is quite conceivable that different monitoring-relevant parameters are monitored within the terrain by means of different sensors.
  • the position of the deployable or detectable sensors can thereby be impressed by an on-site emergency force manually programming each sensor.
  • the imprint by means of radio communication or optical communication from a central programming module, which knows the position of the individual sensors, conceivable.
  • the programming module is mobile.
  • the programming module can approach the sensors, determine their own position and transmit them to the approached sensor by means of the programming means.
  • the remaining "location blur”, which corresponds to the distance between the approximated programming module and the respective sensor, is negligible, but may be taken into account as needed.
  • the position detecting means is a navigation element, in particular a GPS or a Galileo detector.
  • the global position of the programming module and thus the position of the "approached" sensors can be reliably determined.
  • other navigation elements for the position detection means are conceivable, such as in particular radio bearing or the localization of a mobile phone by detecting the dial-in node.
  • the position detection means comprises a triangulation device which determines the position of the sensors by means of reference sensors.
  • the reference sensors themselves are equipped with a navigation element of the type described, which in turn allows their global position to be determined exactly.
  • a navigation element of the type described, which in turn allows their global position to be determined exactly.
  • radio communication it is then possible to deduce the distance of the sensor element on the basis of the field strength information. Especially in open terrain this allows a reliable position determination. The intersection of the distance circles around the reference modules then corresponds to the sought position of the corresponding sensor.
  • each sensor can also be taken into account when applying the sensors. If the sensors are distributed evenly distributed on the ground, which is quite realistic for a large number of sensors, it can already be given a mean distance between the individual sensors.
  • the sensors deployed at the corners of the terrain can be identified by being able to build significantly fewer communication links to the neighbor sensors than the sensors located inside the terrain. If some of the corner sensors are detected exactly in their position with the aid of the reference sensors, then from there again the position of the individual sensors with the aid of a triangulation method and the known mean distance can be determined penetrating into the interior of the sensor network.
  • the mobile programming module is a component of a self-navigating drone.
  • the drone designed, for example, as a land robot or as an unmanned flying object then navigates automatically through or over the terrain with the sensors applied thereon. By communicating with the individual sensors, they can be tracked down, their position determined and impressed on it.
  • the use of an unmanned drone for example, releases ground forces from dangerous use in unexplored terrain.
  • At least one master module equipped with a communication unit is provided in the sensor network, which is designed as an interface between the sensors and an external central unit.
  • Such master modules are deployed with significantly lower numbers than the sensors as such.
  • a master module is provided for its function as an interface with a device which is able to produce in particular a long-range communication link with a remote base camp or a remote central processing unit.
  • the sensors have a communication detector for determining a parameter representing the communication strength.
  • a parameter representing the communication strength can be, for example, the level of the received signal or the signal / noise ratio.
  • the communication detector can be realized for example by an electronic evaluation circuit.
  • the sensor network can be realized in particular in the case of a civil application by means of electrical cable connections, it is expedient to carry out the communication of the sensors wirelessly.
  • the communication means are formed in particular by optical or radio-communicating transmitting and receiving units.
  • the networking of the sensors to the sensor network then takes place, in particular, by selecting those adjacent sensors to which the best reception and transmission conditions prevail on account of the local conditions.
  • the sensors are designed to be ejected.
  • the sensors are then deployed quickly and easily by launching from an aircraft overflying the terrain.
  • the sensors fall, for example, by a parachute braked on the grounds and remain stationary there.
  • the sensors are expediently designed as anchoring stationary itself. This can be realized, for example, by screwing in a ground anchor or by bonding with in particular rocky ground.
  • the shape of the sensors can be designed such that they self-dig into the soil by the accumulation of kinetic energy during impact.
  • the invention has the advantage that a sensor network can be constructed with sensors of simple design, which has a significant cost advantage over directly coupled sensor / actuator active systems, especially in a large-scale use.
  • the invention is suitable for shutting off, monitoring or securing large-area grounds.
  • a typical terrain has a size of about 1 km 2 , on which about 10,000 sensors are deployed.
  • the mean distance between adjacent sensors is about 10 m.
  • about 10 master modules are deployed that are capable of making radio contact to a central unit more than 10 km away.
  • the FIGURE schematically shows a self-crosslinking sensor network 1 comprising individual sensors 3, 3 ', 3 "and an associated master module 5.
  • the individual sensors 3, 3', 3" and the master module 5 are on a terrain 6 Dropped from a terrain 6 over-flying helicopter 8 deployed. During the flight phase, as can be seen from the just dropped sensor 10, a parachute unfolds for safe deployment. After landing the sensors 3 anchor to the ground These are fixed by means of an anchoring 13, not shown here.
  • an unmanned aerial drone 23 overflows the terrain 6 at low altitude.
  • the drone 23 has a radio-enabled programming means 25 and a GPS detector 26 as position detection means. Programming means 25 and position detection means together form the programming module.
  • the drone recognizes 23 by means of the radio-enabled programming means 25 based on the respective communication means the individual sensor 3 '. If the drone 23 has detected a sensor 3 'in the area 6, it determines its own global position by means of the GPS detector 26 and transmits it to the detected sensor 3', where it is impressed. For the determination of the global position, the GPS detector 26 communicates with a satellite 27 in a known manner.
  • the deployed sensors 3, 3 ', 3 in addition to motion detectors, further detectors for detecting shocks with the aid of which intruding vehicles can be identified and Detectors for the detection of biological warfare agents.
  • bio-chips can be used.

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Abstract

Es wird ein Sensor-Netzwerk (1) sowie ein Verfahren zur Überwachung eines Geländes (6) angegeben. Das Sensor-Netzwerk (1) weist eine Anzahl von in dem Gelände (6) ausbringbaren ortsfesten Sensoren (3,3',3") und mindestens ein Programmiermodul (25) auf, wobei die ortsfesten Sensoren (3,3',3") jeweils mit einem Kommunikationsmittel ausgestattet sind, wobei das Programmiermodul ein Positionserfassungsmittel und ein Programmiermittel (25) aufweist, wobei mittels des Positionserfassungsmittels die Position der Sensoren (3,3',3") ermittelbar und den Sensoren (3,3',3") jeweils mittels des Programmiermittels (25) über das Kommunikationssmittel einprägbar ist, und wobei die Sensoren (3,3',3") sich selbst vernetzend ausgebildet sind. Das Sensor-Netzwerk (1) sowie das entsprechend damit durchgeführte Verfahren zur Überwachung des Geländes (6) benötigen einfach aufgebaute Sensoren (3,3',3") und sind daher mit einem Kostenvorteil verbunden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Sensor-Netzwerk sowie ein Verfahren zur Überwachung eines Geländes. Die Erfindung bezieht sich auf die Problematik, ein Gelände gegen das Eindringen unerwünschter Personen abzusichern oder Aktivitäten jedweder Art innerhalb des Geländes zu überwachen.
  • Für eine zivile Überwachung eines Geländes ist es bekannt, optische Sensoren, wie beispielsweise Kameras oder Bewegungsmelder anzuordnen, die Aktivitäten bzw. Bewegungen auf dem oder innerhalb des Geländes aufzeichnen oder Folgeaktionen wie das Einschalten einer Beleuchtung auslösen. Im militärischen Bereich muss beispielsweise ein Lager abgesichert und überwacht werden oder aber es muss ein ganzer Geländeabschnitt überquerungssicher gemacht werden. Für den ersten Fall werden wiederum optische Sensoren oder Detektoren jedweder Art verwendet. Für den zweiten Fall werden noch immer verbotenerweise Landminen eingesetzt, die für eine Nutzbarmachung des Geländes später in gefährlicher und aufwändiger Weise wieder entfernt werden müssen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Sensor-Netzwerk anzugeben, welches die Überwachung und Absicherung eines Geländes mit möglichst geringem Aufwand und kostengünstig ermöglicht. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zur Überwachung und Absicherung eines Geländes mit den entsprechenden Vorteilen anzugeben.
  • Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Sensor-Netzwerk mit einer Anzahl von in einem Gelände ausbringbaren ortsfesten Sensoren für überwachungsrelevante Parameter und mindestens einem Programmiermodul, wobei die ortsfesten Sensoren jeweils mit einem Kommunikationsmittel zur Kommunikation untereinander und mit dem Programmiermodul ausgestattet sind, wobei das Programmiermodul ein Positionserfassungsmittel und ein Programmiermittel aufweist, wobei mittels des Positionserfassungsmittels die Position der Sensoren ermittelbar und den Sensoren jeweils mittels des Programmiermittels über das Kommunikationsmittel einprägbar ist, und wobei die Sensoren sich selbst vernetzend ausgebildet sind.
  • Die Erfindung geht dabei in einem ersten Schritt von der Erkenntnis aus, dass zur Überwachung eines insbesondere großräumigen Geländes der genaue Ort bzw. die genaue Position einer Aktivität, wie beispielsweise die Bewegungen einer eindringenden Person, identifiziert werden muss, damit Folgeschritte zur weiteren Aufklärung oder zum Ergreifen einer entsprechenden Gegenmaßnahme, wie dem Ergreifen der detektierten Person, erfolgen können.
  • In einem weiteren Schritt erkennt die Erfindung, dass es insbesondere bei der Überwachung eines großen Geländes einen immensen Aufwand bedeutet, einzelne Sensoren ortsgenau zu installieren. Die ortsfest installierten Sensoren müssen aufwändig zusammengeschaltet und mit einer Zentraleinheit verbunden werden. Über die Art der Verschaltung oder über eine sonstige Kodierung kann dann die Zentraleinheit erkennen, von welchem Ort des Geländes welche Signale erhalten werden. Ein solches System ist beispielsweise die Installation von mehreren Kameras an verschiedenen Orten eines Gebäudes. Eine solch aufwändige mit einem hohen Zeitaufwand verbundene Installation lässt sich jedoch vermeiden, wenn zu den ortsfesten Sensoren mindestens ein Programmiermodul vorgesehen ist, mit dessen Positionserfassungsmittel die Position der Sensoren ermittelbar ist. Ist die Position ermittelt, so wird diese dem jeweiligen Sensor durch Programmierung eingeprägt. Der Sensor weiß dann, an welcher Position er sich befindet. Dies erlaubt, die Sensoren frei auszubringen; die Position wird nach der Ausbringung zugeordnet.
  • Das Vorsehen eines derartigen Programmiermoduls bietet zudem die Möglichkeit, relativ teuere Komponenten wie die Komponenten zur Bestimmung der Position in geringer Stückzahl einzusetzen, während andere günstigere Komponenten in den Sensoren mit hoher Stückzahl angeordnet werden können. Durch eine günstige Serienproduktion der Sensoren verbunden mit einer Reduktion der teuren Komponenten auf eine geringe Stückzahl wird ein kostengünstiges Gesamtsystem geschaffen.
  • Ferner erkennt die Erfindung schließlich, dass sich die aufwändige Abfrage jedes einzelnen Sensors nach den aufgenommenen Parametern wesentlich vereinfachen lässt, wenn die Sensoren mit Kommunikationsmitteln zur Kommunikation untereinander ausgestattet sind. In diesem Fall können nämlich in einfacher Art und Weise die aufgenommenen Informationen als Signale beispielsweise den benachbart angeordneten Sensoren mitgeteilt werden, die die Informationen ihrerseits weiterleiten. Durch ein solches Sensor-Netzwerk werden insbesondere parallele Kommunikationswege vermieden. Auch ist es nicht notwendig, von jedem einzelnen Sensor zu einer Zentraleinheit eine jeweilige Kabelverbindung zu setzen. Die Vernetzung der Sensoren untereinander geschieht dabei selbsttätig, indem beispielsweise das stärkste Kommunikationssignal oder das Kommunikationssignal mit dem besten Signal-Rauschverhältnis der von den umliegenden Sensoren empfangenen Signale ermittelt und dann eine entsprechende Kommunikationsverbindung eingerichtet wird. Je nach Art der gewählten Kommunikations-Kopplungsparameter entsteht dann ein Sensor-Netzwerk mit effizienten Kommunikationspfaden untereinander und hin zu der Zentraleinheit.
  • Das beschriebene Sensor-Netzwerk eignet sich sowohl für zivile als auch für militärische Anwendungen. Den beliebig auszubringenden Sensoren wird ihre Position erst nach Ausbringung aufgeprägt. Über die sich selbst ausbildenden Kommunikationspfade wird eine günstige, insbesondere rasche Weiterleitung der detektierten Signale zu einer Zentraleinheit eingerichtet. Die Sensoren sind nicht eingeschränkt zur Detektion eindringender Personen. Ebenso gut können als überwachungsrelevante Parameter Schadstoffkonzentrationen, Rauch, Nebel, Erschütterungen oder biologische/chemische Kampfstoffe detektiert werden. Es ist dabei insbesondere auch nicht erforderlich, dass alle Sensoren mit gleichen Detektoren ausgestattet sind. Es ist durchaus vorstellbar, dass mittels verschiedener Sensoren unterschiedliche überwachungsrelevante Parameter innerhalb des Geländes überwacht werden.
  • Den aussetz- oder ausbringbaren Sensoren kann dadurch ihre Position eingeprägt werden, indem eine vor Ort befindliche Einsatzkraft jeden Sensor manuell programmiert. Auch ist die Einprägung mittels Funkkommunikation oder optischer Kommunikation von einem zentralen Programmiermodul aus, welches die Position der einzelnen Sensoren kennt, vorstellbar. Sind jedoch die Ortskoordinaten der Sensoren nach deren Ausbringung zunächst unbekannt (z.B. nach einem Abwurf der Sensoren aus einem Flugzeug), so ist es von Vorteil, wenn das Programmiermodul mobil ist. In diesem Fall kann sich das Programmiermodul den Sensoren annähern, die eigene Position ermitteln und diese mittels des Programmiermittels dem angefahrenen Sensor übermitteln. Die verbleibende "Ortunschärfe", die dem Abstand zwischen dem angenäherten Programmiermodul und dem jeweiligen Sensor entspricht, ist vernachlässigbar, kann jedoch bei Bedarf auch berücksichtigt werden.
  • Zweckmäßigerweise ist zur Erfassung der eigenen Position des Programmiermoduls das Positionserfassungsmittel ein Navigationselement, insbesondere ein GPS- oder ein Galileo-Detektor. Auf diese Art und Weise ist die globale Position des Programmiermoduls und damit die Position der "angefahrenen" Sensoren sicher ermittelbar. Auch sind andere Navigationselemente für das Positionserfassungsmittel vorstellbar, wie insbesondere Funkpeilung oder die Lokalisierung eines Mobiltelefons durch Feststellung des Einwahlknotens.
  • In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Positionserfassungsmittel ein Triangulationsgerät, welches mittels Referenzsensoren die Position der Sensoren ermittelt. Dabei sind beispielsweise die Referenzsensoren selbst mit einem Navigationselement der beschriebenen Art ausgestattet, wodurch sich deren globale Position wiederum exakt bestimmen lässt. Durch die Vorgabe fester Bezugspunkte (Positionen der Referenzsensoren) wird es dann möglich, die "feingranulare" Position der einzelnen Sensoren in der Fläche mit Hilfe von geometrischen Triangulationsmethoden zu bestimmen. Beispielsweise sendet hierzu ein Sensor mit unbekannter Position im Netzwerk ein Erkennungssignal, das von drei Referenzmodulen mit bekannter Position empfangen wird. Bei einer Funkkommunikation lässt sich dann anhand der Feldstärkeinformation auf die Entfernung des Sensorelements schließen. Besonders im freien Gelände ermöglicht dies eine zuverlässige Positionsbestimmung. Der Schnittpunkt der Entfernungskreise um die Referenzmodule entspricht dann der gesuchten Position des entsprechenden Sensors.
  • Alternativ kann auch bei der Ausbringung der Sensoren bereits die von jedem Sensor belegte Fläche berücksichtigt werden. Werden die Sensoren gleich verteilt am Boden ausgebracht, was bei einer großen Sensoranzahl durchaus realistisch ist, so kann bereits hieraus eine mittlere Distanz zwischen den einzelnen Sensoren angegeben werden. Durch die Vernetzung der Sensoren untereinander zu dem Sensor-Netzwerk, bei der beispielsweise die jeweils stärksten Nachbarn miteinander in Kontakt stehen, ergibt sich ein relativ feines geometrisches Netz. Die an den Eckpunkten des Geländes ausgebrachten Sensoren können dadurch identifiziert werden, dass sie deutlich weniger Kommunikationsverbindungen zu den Nachbar-Sensoren aufbauen können als die im Inneren des Geländes angeordneten Sensoren. Werden einige der Eck-Sensoren mit Hilfe der Referenz-Sensoren exakt in ihrer Position erfasst, so kann von dort aus wiederum die Position der einzelnen Sensoren mit Hilfe eines Triangulationsverfahrens und der bekannten mittleren Entfernung ins Innere des Sensor-Netzwerks vordringend ermittelt werden.
  • Bei einem mobilen Programmiermodul ist die Art und Weise, wie es sich den einzelnen Sensoren nähert, für die Erfindung an sich nicht relevant. Insbesondere für einen militärischen Einsatz des Sensor-Netzwerks ist es jedoch vorteilhaft, wenn das mobile Programmiermodul ein Bauteil einer selbst navigierenden Drohne ist. Die beispielsweise als ein Landroboter oder als unbemanntes Flugobjekt ausgestaltete Drohne navigiert dann selbsttätig durch bzw. über das Gelände mit den darauf ausgebrachten Sensoren. Durch Kommunikation mit den einzelnen Sensoren können diese im Gelände aufgespürt, dabei ihre Position ermittelt und diesen aufgeprägt werden. Der Einsatz einer unbemannten Drohne entbindet beispielsweise Bodentruppen vor einem gefährlichen Einsatz in unerforschtem Gelände.
  • Zweckmäßigerweise ist im Sensor-Netzwerk mindestens ein mit einer Kommunikationseinheit ausgestattetes Mastermodul vorgesehen, welches als ein Interface zwischen den Sensoren und einer externen Zentraleinheit ausgebildet ist. Derartige Mastermodule werden mit deutlich geringerer Stückzahl als die Sensoren als solche ausgebracht. Ein Mastermodul ist für seine Funktion als Interface mit einer Einrichtung versehen, die insbesondere eine langreichweitige Kommunikationsverbindung mit einem entfernt liegenden Basislager oder einer entfernten Zentraleinheit herzustellen in der Lage ist.
  • Vorteilhafterweise weisen die Sensoren einen Kommunikationsdetektor zur Ermittlung eines die Kommunikationsstärke repräsentierenden Parameters auf. Dies kann beispielsweise der Pegel des erhaltenen Signals oder das Signal/Rauschverhältnis sein. Die Vorgabe dieser Parameter, die zur Herstellung der Kommunikationsverbindung zu den benachbarten Sensoren verwendet werden, definiert gewissermaßen die "Vernetzung" des Sensor-Netzwerks. Der Kommunikationsdetektor kann beispielsweise durch eine elektronische Auswerteschaltung realisiert sein.
  • Ob schon das Sensor-Netzwerk insbesondere im Falle einer zivilen Anwendung mittels elektrischer Kabelverbindungen realisiert werden kann, ist es zweckmäßig, die Kommunikation der Sensoren drahtlos vorzunehmen. Hierfür sind die Kommunikationsmittel insbesondere durch optische oder funkkommunizierende Sende- und Empfangseinheiten gebildet. Die Vernetzung der Sensoren zu dem Sensor-Netzwerk erfolgt dann insbesondere durch Auswahl derjenigen benachbarten Sensoren, zu denen aufgrund der lokalen Gegebenheiten die besten Empfangs- und Sendebedingungen herrschen.
  • Für die Überwachung und Sicherung eines großräumigen Geländes ist es zweckmäßig, wenn die Sensoren abwerfbar ausgebildet sind. Die Sensoren werden dann rasch und einfach durch Abwurf aus einem das Gelände überfliegenden Luftfahrzeug ausgebracht. Die Sensoren fallen dabei beispielsweise durch einen Fallschirm abgebremst auf das Gelände und bleiben dort ortsfest liegen.
  • Um eine Lageveränderung der ausgebrachten Sensoren beispielsweise auf glattem, felsigem oder losem Untergrund zu verhindern, sind die Sensoren zweckmäßigerweise als sich selbst ortsfest verankernd ausgebildet. Dies kann beispielsweise durch Einschrauben eines Erdankers oder durch Verklebung mit insbesondere felsigem Untergrund realisiert sein. Ebenso kann die Form der Sensoren so ausgestaltet sein, dass sich diese durch die Akkumulation der kinetischen Energie beim Aufprall selbständig in den Boden eingraben.
  • Die Erfindung bietet den Vorteil, dass mit einfach aufgebauten Sensoren ein Sensor-Netzwerk aufgebaut werden kann, welches insbesondere bei einem großflächigen Einsatz einen signifikanten Kostenvorteil gegenüber direkt gekoppelten Sensor/Aktor-Wirksystemen aufweist.
  • Weiter ist ein direktes Verfolgen von Objekten, wie insbesondere einer eingedrungenen Person, innerhalb des Sensor-Netzwerks möglich. Man erhält zu jeder Zeit eine genaue Positionsinformation über das Objekt. Das sich bewegende Objekt hinterlässt eine Spur entlang der Sensoren, die es passiert.
  • Weiter ist insbesondere bei der Detektion von Schadstoffen oder biologischen wie chemischen Kampfstoffen neben einer Aussage über das lokale Auftreten einer Bedrohung durch die Verarbeitung mehrere Sensordaten die Gewinnung von weiteren Informationen, beispielsweise über das Ausbreitungsverhalten der Bedrohung durch Luftströmungen, ermöglicht.
  • Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Überwachung eines Geländes gelöst, wobei eine Anzahl von Sensoren ortsfest in dem Gelände ausgebracht werden und wenigstens ein Programmiermodul eingesetzt wird, wobei sich die Sensoren durch Kommunikation selbst zu einem Sensor-Netzwerk vernetzen, wobei das Programmiermodul die Position der Sensoren ermittelt und diesen aufprägt, und wobei das Sensor-Netzwerk mittels der Sensoren ortspositionszugeordnet überwachungsrelevante Parameter überwacht.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den auf ein Verfahren gerichteten Unteransprüchen zu entnehmen. Diesbezügliche Vorteile können dem zum Sensor-Netzwerk Vorgesagten entnommen werden.
  • Die Erfindung eignet sich beispielhaft dazu, großräumige Gelände abzusperren, zu überwachen oder zu sichern. Ein solches typisches Gelände hat etwa eine Größe von 1 km2, auf welchem etwa 10.000 Sensoren ausgebracht werden. Der mittlere Abstand zwischen benachbarten Sensoren beträgt dabei etwa 10 m. Zusätzlich zu den 10.000 Sensoren werden etwa 10 Mastermodule ausgebracht, die in der Lage sind, Funkkontakt zu einer mehr als 10 km entfernten Zentraleinheit herzustellen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt in einer schematischen Übersichtsdarstellung die einzige Figur
    ein in einem Gelände ausgebrachtes Sensor-Netzwerk aus abwerfbaren Sensoren.
  • In der Figur ist schematisch ein sich selbst vernetzendes Sensor-Netzwerk 1 aus einzelnen Sensoren 3,3',3" sowie einem dazugehörigen Mastermodul 5 dargestellt. Die einzelnen Sensoren 3, 3',3" sowie das Mastermodul 5 sind auf einem Gelände 6 durch Abwurf aus einem das Gelände 6 überfliegenden Hubschrauber 8 ausgebracht. Dabei entfaltet sich während der Flugphase, wie an dem soeben abgeworfenen Sensor 10 erkennbar ist, zum sicheren Ausbringen ein Fallschirm. Nach dem Auftreffen der Sensoren 3 auf den Boden verankern sich diese mittels einer hier nicht näher dargestellten Verankerung 13 ortsfest.
  • Das dargestellte zu überwachende und abzusichernde Gelände 6 ist relativ einsehbar und weist einen durchlaufenden Weg 15, eine Baumgruppe 16, einen Grasbewuchs 17, einen einzeln stehenden Baum 18 sowie einen Geröllhügel 19 auf. Insgesamt sind bereits sechs Sensoren 3,3',3" sowie ein Mastermodul 5 ausgebracht, wobei der Sensor 10 sich gerade noch in der Flugphase befindet.
  • Die am Boden angelangten Sensoren 3,3',3" haben sich bereits mit ihren Nachbarn vernetzt, wobei zur Ausbildung der jeweiligen Kommunikationsverbindung 20 jeweils derjenige Nachbar ausgewählt wurde, mit welchem die stärkste Komunkiationsverbindung erreicht werden konnte. Alle Sensoren 3, 3',3",10 und das Mastermodul 5 weisen jeweils als Kommunikationsmittel eine Sende- und eine Empfangseinheit für eine Funkverbindung mit einer vorgegebenen Radiofrequenz auf. Die Kommunikationsverbindungen 20 wurden durch Auswahl desjenigen Nachbarn eingerichtet, dessen Sendesignal mit der höchsten Feldstärke empfangen werden konnte. So ist beispielsweise der am vorderen Rand des Geländes 6 mittig angeordnete Sensor 3 gegenüber dem in der linken hinteren Ecke angeordneten Sensor 3 durch die dazwischenliegende Baumgruppe 16 abgeschattet. Ebenso ist der mittig angeordnete Sensor 3" gegenüber dem Mastermodul 5 durch die dazwischenliegende Geröllhalde 19 abgedeckt. Diese Sensoren 3',3" weisen aus diesem Grund keine Kommunikationsverbindung 20 auf.
  • Zur Einprägung der jeweiligen Position der ausgebrachten Sensoren 3 überfliegt eine unbemannte Flugdrohne 23 in niedriger Höhe das Gelände 6. Die Drohne 23 weist ein funkfähiges Programmiermittel 25 sowie als Positionserfassungsmittel einen GPS-Detektor 26 auf. Programmiermittel 25 und Positionserfassungsmittel bilden zusammen das Programmiermodul. Beim Überfliegen des Geländes 6 erkennt die Drohne 23 mittels des funkfähigen Programmiermittels 25 anhand des jeweiligen Kommunikationsmittels den einzelnen ausgebrachten Sensor 3'. Hat die Drohne 23 einen Sensor 3' im Gelände 6 erkannt, so ermittelt sie mittels des GPS-Detektors 26 die eigene globale Position und überträgt diese auf den erkannten Sensor 3', wo er eingeprägt wird. Für die Ermittlung der globalen Position kommuniziert der GPS-Detektor 26 in bekannter Art und Weise mit einem Satelliten 27.
  • Das nach Einrichtung der einzelnen Kommunikationsverbindungen 20 gebildete Sensor-Netzwerk 1 kommuniziert mit einer Zentraleinheit 29, die sich im dargestellten Beispiel an Bord des Hubschraubers 8 befindet, mittels des Mastermoduls 5. Hierzu weist das Mastermodul 5 nicht dargestellt ein Funk-Kommunikationsmittel zur Herstellung einer langreichweitigen Funkverbindung auf. Auf diese Weise können die Informationen des Sensor-Netzwerks 1 nicht nur mittels eines darüberfliegenden Hubschraubers 8 sondern auch durch eine weit entfernte Basisstation empfangen werden. Die Kommunikation des Mastermoduls 5, welches als Interface zwischen dem Sensor-Netzwerk 1 und der Zentraleinheit 29 wirkt, ist schematisch durch Wellen 28 angedeutet.
  • Fällt die Drohne 23 beispielsweise durch einen Abschuss aus, so sind in dem Gelände 6 einige Referenzsensoren 3" ausgebracht, die über einen eigenen GPS-Detektor 32 verfügen. Weiter umfasst das Mastermodul 5 zusätzlich eine Triangulationsgerät 30. Mittels der ausgesetzten Referenzsensoren 3',3", die eine Referenzposition bilden, kann durch Feldstärkemessungen auf die Lage der weiteren umgebenden Sensoren 3,3' geschlossen werden. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, das Sensor-Netzwerk 1 zur Absicherung der Überwachung des Geländes 6 auch dann in Betrieb zu setzen, wenn das eigentliche, im vorliegenden Fall in der Drohne 23 vorgesehene Programmiermodul 25 ausfällt. Nachdem durch Triangulation mittels der Referenzsensoren 3" das Mastermodul 5 die Position der einzelnen Sensoren 3, 3' ermittelt hat, können die jeweiligen Positionen den Sensoren 3',3" entweder mittels des Mastermoduls 5 oder mittels der überfliegenden Zentraleinheit 29 eingeprägt werden.
  • Ist das Sensor-Netzwerk 1 etabliert, so kann mit Bewegungsdetektoren, die auf den einzelnen Sensoren 3,3',3" angeordnet sind, mittels Infrarotstrahlung 34 die Bewegung einer eingedrungenen Person 36 nachverfolgt werden. Da die genaue Position jedes Sensors 3,3',3" bekannt ist, kann auf diese Art und Weise die Spur der eingedrungenen Person 36 innerhalb des Geländes 6 nachvollzogen werden. Entsprechend können Gegenmaßnahmen, wie beispielsweise das Aufgreifen der Person 36 vorgenommen werden.
  • Im Übrigen enthalten die ausgebrachten Sensoren 3,3',3" neben Bewegungsdetektoren weitere Detektoren zum Aufspüren von Erschütterungen, mit deren Hilfe eindringende Fahrzeuge identifiziert werden können und Detektoren zum Aufspüren von biologischen Kampfstoffen. Hierbei können insbesondere Bio-Chips zum Einsatz kommen.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Sensor-Netzwerk
    3,3'
    Sensoren
    3"
    Referenzsensor
    5
    Mastermodul
    6
    Gelände
    8
    Hubschrauber
    10
    Sensor (abgeworfen)
    13
    Verankerung
    15
    Weg
    16
    Baumgruppe
    17
    Grasbewuchs
    18
    Baum
    19
    Geröllhügel
    20
    Kommunikationsverbindung
    23
    Drohne
    25
    Programmiermittel
    26
    GPS-Detektor
    27
    Satellit
    28
    Wellen
    29
    Zentraleinheit
    30
    Triangulationsgerät
    32
    GPS-Detektor
    34
    Infrarot-Strahlung
    36
    Person

Claims (14)

  1. Sensor-Netzwerk (1) mit einer Anzahl von in einem Gelände (6) ausbringbaren ortsfesten Sensoren (3,3',3'') für überwachungsrelevante Parameter und mindestens einem vorzugsweise mobilen Programmiermodul, wobei die ortsfesten Sensoren (3,3',3") jeweils mit einem Kommunikationsmittel zur Kommunikation untereinander und mit dem Programmiermodul ausgestattet sind, wobei das Programmiermodul ein Positionserfassungsmittel und ein Programmiermittel (25) aufweist, wobei mittels des Positionserfassungsmittels die Position der Sensoren (3,3',3") ermittelbar und den Sensoren (3,3,3"') jeweils mittels des Programmiermittels (25) über das Kommunikationsmittel einprägbar ist, und wobei die Sensoren (3,3',3") sich selbst vernetzend ausgebildet sind.
  2. Sensor-Netzwerk (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Positionserfassungsmittel ein Navigationselement, insbesondere ein GPS- oder ein Galileo-Detektor (26,32), ist, und/oder dass das Positionserfassungsmittel ein Triangulationsgerät (30) umfasst und einige Sensoren (3,3',3") als Referenzsensoren (3") zur Festlegung einer Position ausgebildet sind, wobei die Referenzsensoren (3") vorzugsweise ein Navigationselement, insbesondere einen GPS- oder einen Galileo-Detektor (26,32), aufweisen.
  3. Sensor-Netzwerk (1) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das mobile Programmiermodul (25) ein Bauteil einer selbstnavigierenden Drohne (23) ist.
  4. Sensor-Netzwerk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens ein mit einer Kommunikationseinheit ausgestattetes Mastermodul (5) vorgesehen ist, welches als ein Interface zwischen den Sensoren (3,3',3") und einer externen Zentraleinheit (29) ausgebildet ist.
  5. Sensor-Netzwerk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Sensoren (3,3',3") einen Kommunikationsdetektor zur Ermittlung eines die Kommunikationsstärke repräsentierenden Parameters aufweisen.
  6. Sensor-Netzwerk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kommunikationsmittel durch optisch- oder funkkommunizierende Sende- und Empfangseinheiten gebildet sind.
  7. Sensor-Netzwerk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Sensoren (3,3',3") abwerfbar ausgebildet sind und/oder dass die Sensoren (3,3',3") sich selbst ortsfest verankernd ausgebildet sind.
  8. Verfahren zur Überwachung eines Geländes (6), wobei eine Anzahl von Sensoren (3,3',3") ortsfest in dem Gelände (6) ausgebracht und wenigstens ein Programmiermodul eingesetzt wird, wobei sich die Sensoren (3,3',3") durch Kommunikation selbst zu einem Sensor-Netzwerk (1) vernetzen, wobei das Programmiermodul die Position der Sensoren (3,3') ermittelt und diesen aufprägt, und wobei das Sensor-Netzwerk (1) mittels der Sensoren (3,3',3") ortspositionszugeordnet überwachungsrelevante Parameter überwacht.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Programmiermodul zu den Sensoren (3,3',3"), insbesondere selbsttätig, navigiert und dabei deren Position ermittelt und aufprägt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Positionserfassungsmittel seine jeweilige Position und/oder die Position der Sensoren (3,3',3") mittels eines Navigationselements, insbesondere mittels eines GPS- oder Galileo-Detektors (26,32), bestimmt und/oder dass das Positionserfassungsmittel die Position der Sensoren (3,3',3") mittels Triangulation anhand von Referenzsensoren (3") ermittelt, wobei die Referenzsensoren (3'') ihre Position vorzugsweise mittels eines Navigationselements, insbesondere mittels eines GPS- oder Galileo-Detektors (26,32), bestimmen.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zusätzlich zu den Sensoren (3,3',3") wenigstens ein Mastermodul (5) ausgebracht wird, über welches die Sensoren (3,3',3") mit einer externen Zentraleinheit (29) kommunizieren.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Sensoren (3,3',3") eine Kommunikationsstärke repräsentierende Parameter detektieren und sich anhand der detektierten Parameter vernetzen.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kommunikation mittels Funk oder mittels optischer Signale erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Sensoren (3,3',3'') abgeworfen werden und/oder dass sich die Sensoren (3,3',3'') nach dem Ausbringen selbst im Gelände (6) verankern.
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