EP4449385A1 - Verfahren zum betrieb eines waldbrandfrüherkennungssystems - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines waldbrandfrüherkennungssystems

Info

Publication number
EP4449385A1
EP4449385A1 EP22835393.4A EP22835393A EP4449385A1 EP 4449385 A1 EP4449385 A1 EP 4449385A1 EP 22835393 A EP22835393 A EP 22835393A EP 4449385 A1 EP4449385 A1 EP 4449385A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
terminal
forest fire
early
detection system
fire detection
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP22835393.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten Brinkschulte
Marco Bönig
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.)
Dryad Networks GmbH
Original Assignee
Dryad Networks GmbH
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 Dryad Networks GmbH filed Critical Dryad Networks GmbH
Publication of EP4449385A1 publication Critical patent/EP4449385A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/005—Fire alarms; Alarms responsive to explosion for forest fires, e.g. detecting fires spread over a large or outdoors area
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C3/00—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/02—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places for area conflagrations, e.g. forest fires, subterranean fires
    • A62C3/0271—Detection of area conflagration fires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D47/00—Equipment not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G01K1/024—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers for remote indication
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K3/00—Thermometers giving results other than momentary value of temperature
    • G01K3/08—Thermometers giving results other than momentary value of temperature giving differences of values; giving differentiated values
    • G01K3/14—Thermometers giving results other than momentary value of temperature giving differences of values; giving differentiated values in respect of space
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0257—Hybrid positioning
    • G01S5/0263—Hybrid positioning by combining or switching between positions derived from two or more separate positioning systems
    • G01S5/0264—Hybrid positioning by combining or switching between positions derived from two or more separate positioning systems at least one of the systems being a non-radio wave positioning system
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0284—Relative positioning
    • G01S5/0289—Relative positioning of multiple transceivers, e.g. in ad hoc networks
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/18—Status alarms
    • G08B21/182—Level alarms, e.g. alarms responsive to variables exceeding a threshold
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL 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
    • G08B25/007—Details of data content structure of message packets; data protocols
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL 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
    • G08B25/01—Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems characterised by the transmission medium
    • G08B25/10—Alarm systems in which the location of the alarm condition is signalled to a central station, e.g. fire or police telegraphic systems characterised by the transmission medium using wireless transmission systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S2205/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S2205/001—Transmission of position information to remote stations
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/06—Electric actuation of the alarm, e.g. using a thermally-operated switch

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an early forest fire detection system with the method steps of detecting a temperature using a terminal and sending ID data from the terminal to a server, the position of the terminal being unknown.
  • the invention also relates to a terminal of a forest fire early detection system with an autonomous energy supply, a communication device and a flight control device that is provided and suitable for changing the falling speed of the terminal and/or the direction of flight.
  • end devices It makes more sense to monitor the area using a large number of inexpensive sensors that can be mass-produced and arranged in end devices. These end devices can be manufactured very inexpensively and often only require a small amount of energy, be it because they are not permanently in operation or the sensors themselves are designed to be very energy-efficient.
  • the end devices are part of a network, e.g. a LoRaWAN.
  • the end devices and gateways are distributed in the area to be monitored and deliver data to a base station via radio link.
  • LoRaWAN uses a star network architecture in which all end devices communicate via the most suitable gateway. These gateways take over the routing and, if there is more than one gateway within range of a terminal device and the local network is overloaded, they can also redirect the communication to an alternative.
  • Some other loT protocols e.g. ZigBee or Z-Wave
  • the end devices of the mesh network forward the messages to each other until they reach a gateway, which transfers the messages to the Internet.
  • Mesh networks self-program and dynamically adapt to environmental conditions without the need for a master controller or hierarchy.
  • the end devices of a mesh network In order to be able to forward messages, however, the end devices of a mesh network must be ready to receive either constantly or at regular intervals and cannot be left in the idle state for long periods of time. The result is a higher energy requirement of the end devices for forwarding messages to and from the gateways and a resulting reduction in battery life.
  • the star network architecture of LoRaWAN allows the end devices to switch to the energy-saving idle state for long periods of time and thus ensures that the battery of the end devices is loaded as little as possible and can therefore be operated for several years without changing the battery.
  • the gateway acts as a bridge between simple protocols optimized for battery life (LoRa / LoRaWAN), which are better suited for resource-constrained end devices, and the Internet Protocol (IP) used to provide IoT services and applications. After the gateway has received the data packets from the end device via LoRa / LoRaWAN, it sends them via the internet protocol (IP) to a network server, which in turn has interfaces to loT platforms and applications.
  • IP internet protocol
  • the method according to the invention for operating an early forest fire detection system has two method steps: In the first method step, the temperature is detected by a terminal device.
  • the temperature of the ambient air and the type and concentration of the gases produced during a forest fire are indicators of a forest fire.
  • the type, composition and temperature of the gases produced during a forest fire also point to the development of a forest fire. This makes it possible to detect an emerging forest fire and to initiate its fight at an early stage.
  • ID data is sent from the terminal to a server.
  • Each end device arranged in the early forest fire detection system has a separate, i.e. unique ID, by means of which the respective end device can be clearly identified. If a forest fire is detected, the end device sends ID data to the server.
  • the ID data contains the ID of the respective end device. The server therefore only receives the information as to which end device has detected a forest fire within the early forest fire detection system.
  • the exact position of the terminal is unknown.
  • Exact knowledge of the end position of a terminal device in the surveillance area is irrelevant for the operation of the early forest fire detection system.
  • a scattered distribution of the terminals in the monitoring area is achieved that there is an average distribution of at least 2 terminals/ha, preferably at least 5 terminals/ha and particularly preferably at least 10 terminals/ha. It has been found that such a distribution of terminals in the surveillance area is sufficient to detect a forest fire in the early stages of its development, eg as a smoldering fire. That the forest fire
  • the end device that is detecting and sending its ID data to the server is therefore not located exactly, but only within a specific area that is known.
  • the recorded temperature is compared with a threshold temperature.
  • the threshold temperature describes the temperature above which a forest fire occurs.
  • the threshold temperature can optionally be set individually for each end device and depends on the climatic conditions to which the surveillance area is exposed. If the temperature detected by the end device exceeds the threshold temperature, the end device detects a forest fire.
  • the ID data is sent when the detected temperature exceeds the threshold temperature.
  • the ID data contains the ID of the respective end device.
  • the server receives the information as to which end device has detected a forest fire within the early forest fire detection system. In a further aspect of the invention, the exact position of the terminal remains unknown. The end device that detects the forest fire and sends its ID data to the server is therefore not located exactly, but only within a specific area that is known.
  • the communication path from the terminals to the server is routed via a satellite.
  • a network e.g. LoRaWAN
  • communication can take place via satellites.
  • the terminals are scattered throughout the surveillance area.
  • the terminals are scattered in the surveillance area. This achieves an area-wide arrangement of the terminals within the surveillance area, with the average density being at least 2 terminals/ha, preferably at least 5 terminals/ha and particularly preferably at least 10 terminals/ha.
  • the precise position of the terminals cannot be determined by elements of the early forest fire detection system. For the operation of the early forest fire detection system, however, exact knowledge of the end position of a terminal device in the surveillance area is irrelevant.
  • the average distribution is at least 2 terminals/ha, preferably at least 5 terminals/ha and particularly preferably at least 10 terminals/ha. It has been found that such a distribution of terminals in the surveillance area is sufficient to detect a forest fire in the early stages of its development, eg as a smoldering fire.
  • the ID data is part of a status message for monitoring the functionality of the terminals and/or part of a warning message.
  • a warning message is the message from the end device that the end device has detected a forest fire, while the status message only signals that the end device is functional. Both types of messages are sent from the end device to the server.
  • the warning message and the status message contain the ID data of the sending end device.
  • the status message can optionally contain additional data, e.g. about the energy reserve of the end device.
  • the warning message can also optionally contain additional data, e.g. about the temperature of the ambient air, data about the type and temperature of gases detected and/or other measurement data.
  • the terminals send status reports to the server at regular intervals.
  • a status message signals the functionality of the terminal device.
  • each terminal device sends status reports at regular intervals, eg every 24 hours.
  • the status reports exclusively include data for identifying the terminal device, in particular ID data. The ID data is sufficient to confirm the functionality of the end device.
  • sending the ID status reports consumes at most half of the energy stored in the terminal. This ensures that the end device's energy store still has sufficient energy reserves to send a warning message to the server in the event of a forest fire.
  • the energy for sending a warning message is generated immediately before the warning message is sent.
  • a bimetal lamella and a piezo element are arranged in the end device.
  • this construction combines power generation and temperature sensor in one device, so the end device can be designed to be inexpensive, light and robust.
  • a bimetallic disc has two layers of different metals on top of each other.
  • the two layers are connected to one another by material bonding or by form-fitting material. Due to the different coefficients of thermal expansion of the metals used, one of the layers expands more than the other, causing the bimetallic plate to bend when the temperature changes.
  • This deformation of the bimetal blade due to thermal action is converted into electrical energy by a piezoelectric material, which is deformed or vibrated as the bimetal blade bends.
  • a piezo element generates electrical voltage when force is applied through pressure or vibration, i.e. it uses the kinetic energy that is available in the environment.
  • the output power is largely determined by the mechanical deformation of the bending structure. The greater the deflection, the greater the charge and power generated.
  • the bimetal lamella has a transition temperature at which the bimetal lamella changes from a first latched state to a second latched state.
  • the transition temperature of the bimetal lamella is advantageously the threshold temperature at which the terminal device detects a forest fire.
  • the bimetallic lamella generates electrical energy, which is generated to send the communication unit a warning message via the satellite to the server immediately before the warning message is sent.
  • the terminal device has an autonomous energy supply, a communication device and a flight control device that is provided and suitable for slowing down the falling speed of the terminal device and/or gateway.
  • the energy supply is a battery, which can also be designed to be rechargeable.
  • the use of solar cells is somewhat more complex and expensive, but offers a very long service life.
  • Messages are exchanged between the end device and the gateway by means of the communication device.
  • the flight control device reduces the risk of damage to the terminal devices when the terminal devices fall and/or fly, in particular when they hit their impact position, e.g. on the ground or in a plant.
  • the flight control device is a braking device.
  • the cW value of the end device is different in two different directions.
  • the cW value is a dimensionless measure of the flow resistance of a body around which a medium flows. A different drag coefficient in different directions causes an angular momentum the end device and thus a change in the direction of flight and/or fall of the end devices, the ejected end devices are therefore distributed over a larger area.
  • the flight control device is provided and suitable for changing the air resistance of the terminal device.
  • the flight control device increases the air resistance of the terminal. This reduces the risk of damage to the terminal devices when the terminal devices fall and/or fly, in particular when they hit their impact position, e.g. on the ground or in a plant.
  • the flight control device has a mechanism which is provided and suitable for changing the orientation of the terminal device with respect to a flight direction of the terminal device.
  • the change in orientation also causes a change in the flight and/or fall direction of the terminals, the ejected terminals are distributed over a larger area.
  • a deceleration of the ejected terminals of the rate of fall of the terminals is achieved, as a result of which the risk of damage to the terminals is reduced.
  • the flight control device has a mechanism which is provided and suitable for changing the flight direction of the terminal device, the ejected terminal devices are distributed over a larger area.
  • the flight control device has a mechanism which is intended and suitable for slowing down the fall speed and/or flight speed of the terminal during a flight and/or fall of the terminal, thereby reducing the risk of damage to the terminals upon impact in their impact position is reduced, for example on the ground or in a plant.
  • the flight control device has a mechanism which is intended and suitable for being caught in a plant.
  • a flight control device arranged on the end device reduces the risk of damage to the end devices, at the same time the flight control device positions the end device in such a way that the sensor unit arranged in the end device is arranged at an optimum distance from the objects (plants) to be monitored.
  • the flight control device has a parachute, a wing, a cable device and/or a net.
  • the flight control device reduces the rate of descent and/or flight speed of the terminal during a flight and/or terminal fall, thereby reducing the risk of damage to the terminals upon impact in their impact position, e.g., on the ground or in a plant.
  • Parachute, rope device and net are also suitable to act as a fall arrest device to catch the terminal in a plant.
  • the flight control device can have a so-called ballute, a parachute-like braking parachute system, which is also used to generate air resistance, but has advantages especially when used in low air density and in the supersonic range.
  • Ballutes feature a balloon-like central body surrounded by an annular tube. The ring ensures a defined detachment of the flow and thus ensures a stable flight attitude.
  • the initial deployment is usually supported by active inflation using a gas cartridge or a small pyrotechnic propellant charge. Appropriately installed air inlets then ensure a slight overpressure inside through ram air in order to prevent collapse due to the surrounding flow of outside air.
  • the flight control device is a device for changing the outer shape of the terminal device.
  • the device for changing the external shape of the terminal causes a change, in particular a Increasing the air resistance of the end device. This reduces the risk of damage to the terminal devices when the terminal devices fall and/or fly, in particular when they hit their impact position, for example on the ground or in a plant.
  • the device for changing the outer shape of the end device also or additionally causes a change in the orientation of the end devices during their flight and/or fall. This achieves a change in the flight and/or fall direction of the terminal devices, and the ejected terminal devices are distributed over a larger area.
  • the device for changing the outer shape is provided and suitable for changing the air resistance of the terminal device.
  • the braking device increases the air resistance and thus the flight and/or fall speed of the terminal device. This reduces the risk of damage to the terminal devices when the terminal devices fall and/or fly, in particular when they hit their impact position, e.g. on the ground or in a plant.
  • the device for changing the outer shape is intended and suitable for reducing the rate of fall of the terminal in free fall, thereby reducing the risk of damage to the terminal when it hits its impact position, e.g. on the ground or in a plant becomes.
  • the device for changing the outer shape is intended and suitable for changing the orientation of the terminal in a free fall. This achieves a change in the flight and/or fall direction of the terminal devices, and the ejected terminal devices are distributed over a larger area.
  • the device for changing the outer shape has a folding and/or unfolding mechanism.
  • the folding and/or Unfolding mechanism causes irreversible unfolding or unfolding of the device to change the outer shape.
  • the folding and/or unfolding mechanism is triggered by, for example, a timer, a signal, for example electromagnetically, or a mechanical event, for example by the air flow acting on the end device.
  • the folding and/or unfolding mechanism has a parachute, wings, a net or a rope device.
  • a parachute, wing, net or cable device reduces the rate of descent and/or airspeed of the terminal during flight and/or terminal fall, thereby reducing the risk of terminal damage upon impact in its impact position, e.g. on the ground or in a plant.
  • Parachute, rope device and net are also suitable to act as a fall arrest device to catch the terminal in a plant.
  • the flight control device is a device for changing the orientation of the terminal device in a free fall.
  • the device for changing the orientation of the terminal in a free fall changes the orientation of the terminal in a free fall. This achieves a change in the flight and/or fall direction of the terminal devices, and the ejected terminal devices are distributed over a larger area.
  • the method according to the invention for installing a terminal of an early forest fire detection system has two method steps: In the first method step, an output device is loaded with a large number of terminals.
  • the output device is preferably part of an aircraft, eg a helicopter, airplane, airship, hot air balloon. It is also possible to use ballistic ones Missiles, such as rockets.
  • the output device can also be part of a water or ground vehicle that is also designed for off-road use, or part of a
  • the output device can be part of a manned or unmanned, automatically and/or autonomously controlled and/or remotely controllable means of transport or vehicle.
  • the terminals are output using the output device.
  • the output device outputs the terminals at a point in time individually, in batches and/or as a whole in or above the area in which the early forest fire detection system is to work.
  • the output device or the means of transport transporting the output device has suitable means for determining the position of the output device, e.g. a gyroscope navigation and/or GPS system.
  • the terminals are arranged in an early forest fire detection system in such a way that the early forest fire detection system can monitor an area using the terminals.
  • the output takes place in the direction of the intended end position of the terminals.
  • the terminals usually do not have their own drive.
  • the impulse exerted on the end devices during output is used to move the end devices to their intended end position.
  • the impulse acting on the terminals can, for example, be exerted on the terminals by a movement of the output device itself.
  • the dispensing takes place several times, in particular the dispensing is repeated.
  • the process of outputting is repeated so frequently that the intended number of terminals are arranged in the area or the partial area of the area in which the early forest fire detection system is intended to work.
  • the dispensing device is moved between a first and a second dispensing. This ensures that the terminals arranged in the output device are distributed over a large area.
  • the distance between the position of the first dispensing and the position of the second dispensing is equidistant to the distance between the position of the second dispensing and the position of a third dispensing. This also ensures that the end devices that are output are distributed as evenly as possible in the area to be monitored.
  • the output device is an aircraft or is positioned in an aircraft during the output.
  • an aircraft a large number of terminals can be distributed quickly and evenly within the area to be monitored.
  • an aircraft can also reach remote areas quickly.
  • the aircraft itself is a helicopter, airplane, airship or hot air balloon. It is also possible to use ballistic missiles, e.g. rockets.
  • the aircraft can be manned or unmanned, automatically and/or autonomously controlled and/or remotely controllable.
  • dispensing takes place in batches.
  • a plurality of terminal devices are therefore dropped at a point in time and/or at an output position. Since damage to the end devices during dispensing and in particular during impact cannot be ruled out, redundancy is achieved by dispensing in batches. An area of the area to be monitored can therefore be monitored by a plurality of terminals.
  • the charges include more than 2, preferably more than
  • the terminals have an output trajectory after the output, wherein after the terminals output the terminals experience a controlled impulse which changes the output trajectory.
  • the impulse acting on the terminals is exerted on the terminals by, for example, the movement of the dispenser itself during dispensing.
  • the impulse can be controlled, for example, by the end devices themselves being driven.
  • the momentum of the terminal devices is preferably controlled by changing the aerodynamics of an individual terminal device, e.g. by arranging a parachute on the terminal device.
  • the terminals of a batch have different output trajectories.
  • the terminal devices issued from a batch therefore also have end positions that differ from one another. This ensures that the end devices that are output are distributed over a large area.
  • the output takes place across the board in several output positions.
  • the output positions are selected in such a way that a comprehensive arrangement of the output terminals is achieved within the forest fire early warning system.
  • the output takes place in several output positions in lines.
  • the lines of the output positions can also be arranged next to one another in meandering fashion to cover an area, in order to achieve uniform coverage of the area to be monitored with the output terminals
  • the output direction includes a directional component that is perpendicular to the direction of movement of the output device stands.
  • the output direction has at least one directional component that is perpendicular to the direction of movement of the output device.
  • the output device preferentially delivers the terminals to the sides that are perpendicular to the direction of movement of the output device.
  • a mechanism is triggered during the flight of the terminal devices, which causes the rate of fall of the terminal devices to be slowed down. This reduces the risk of damage to the terminal devices when the terminal devices fall and/or fly, in particular when they hit their impact position, e.g. on the ground or in a plant.
  • a mechanism is triggered that activates a catching device that is intended and suitable for catching in a plant.
  • a catching device arranged on the end device reduces the risk of damage to the end devices, at the same time the catching device positions the end device in such a way that the sensor unit arranged in the end device is arranged at an optimal distance from the objects (plants) to be monitored.
  • a mechanism is triggered during the flight of the end devices, which causes a change in the aerodynamics in the flight direction of the end devices.
  • the change in aerodynamics causes a change in the direction of flight and/or fall of the terminals, the ejected terminals are therefore distributed over a larger area.
  • the ejected terminals are slowed down in the rate of fall of the terminals, thereby reducing the risk of damage to the terminals.
  • a mechanism is triggered during the flight of the terminals, which changes the orientation of the terminals causes flight direction.
  • the change in orientation also causes a change in the flight and/or fall direction of the terminals, the ejected terminals are distributed over a larger area.
  • a deceleration of the ejected terminals of the rate of fall of the terminals is achieved, as a result of which the risk of damage to the terminals is reduced.
  • the method according to the invention for installing an early forest fire detection system has two method steps: In the first method step, an output device is loaded with a large number of terminals.
  • the dropping device is preferably part of a means of transport such as an aircraft, e.g. a helicopter, airplane, airship, hot air balloon. It is also possible to use ballistic missiles, e.g. rockets, as means of transport.
  • a means of transport can also be a water or ground vehicle, also designed for off-road use, or a hovercraft.
  • the means of transport can be unmanned, that is to say autonomously controlled and/or remotely controllable.
  • the terminals are output by the output device, with each individual terminal that is output being separately traceable.
  • the output device outputs the terminals at a point in time individually, in batches and/or as a whole in or above the area in which the early forest fire detection system is to work.
  • the output device has suitable means for determining the position of the output device, for example a gyroscope navigation and/or GPS system.
  • each end device can be traced before and after it is issued. "Separately traceable" in the sense of this document means that a position is known for each end device. The position of each end device is preferred at the time the end device is output and/or in its end position clearly known within an early forest fire detection system.
  • This position can be the actual position of the end device or a calculated position.
  • the position is known independently of the position of other end devices.
  • each terminal is clearly identifiable, for example, by an ID code assigned to each terminal.
  • each of the terminals is assigned a separate ID.
  • each terminal device receives a separate and distinguishable ID code. This ID can be read, for example, using a barcode on the end device, an RFID chip and/or via NFC.
  • the ID is stored on a central server.
  • the output position of each individual terminal device output is determined and/or stored.
  • the output position is the geographical position at which a terminal is output by the output device.
  • the output position is different from the end position of the output terminal.
  • the output position is usually, but not necessarily, different from the end position of the terminal, with the end position of a terminal designating the position of a terminal within an early forest fire detection system.
  • the end position of the terminal is calculated.
  • the end position of the terminal device within the early forest fire detection system is preferably determined using the ballistic data at the time the terminal device was ejected.
  • the ballistic data include, for example, direction of movement, drop position and height, speed of the Output device and the terminal devices at the time the terminal devices are output, as well as other parameters such as air pressure, humidity, air temperature, wind direction and strength.
  • the end position of the terminal is stored on a central server.
  • each end device sends a corresponding signal to the central server.
  • the location of the forest fire is defined by the positions of the corresponding terminals.
  • the end device sends an ID signal to a central server after the end position of the end device has been reached.
  • the ID signal only has the ID of the terminal device.
  • the ID signal does not have the position of the terminal device, which is not determined by the terminal device itself, but is calculated on the basis of preferably ballistic data during the terminal device's output.
  • the ID signal - usually sent as a data packet - therefore only has a small number of bits and only requires a small amount of energy for transmission.
  • the end position can be determined and verified using data from triangulation measurements with other end devices.
  • the task is also solved by means of the method for determining the position of a terminal of a forest fire early warning system.
  • the method according to the invention for determining the position of a terminal of an early forest fire detection system has four method steps:
  • the terminal is identified.
  • each terminal has a separate and distinguishable ID identifier. This ID can be read, for example, by means of a barcode, QR code, RFID chip and/or NFC arranged on the end device.
  • the output position of the terminal device is detected.
  • the output position is the geographical position at which a terminal is output by an output device.
  • the output position is usually different from the end position of the terminal, with the end position of a terminal designating the (true) position of a terminal within an early forest fire detection system.
  • the output position is assigned to an identified end device.
  • data from the output position and the identification of the terminal device are stored.
  • the output position of each end device is assigned to the respective end device. The output position of each end device is therefore known by means of the method according to the invention.
  • the identification takes place by reading a barcode, QR code, an RFID chip or via NFC, with the barcode and/or the corresponding chips being arranged on or in the terminal device.
  • the reading takes place immediately before the end device is output.
  • GNSS Global Navigation Satellite Systems
  • the ballistic data of an output from the terminal device are determined. In a further development of the invention, the ballistic data include the speed and/or direction of movement at the time when the terminal devices are output, of an output device used to output the terminal device.
  • the ballistic data also includes, for example, the output position and altitude as well as other parameters such as air pressure, humidity, air temperature, wind direction and strength.
  • the ballistic data is at least partially known during the movement of the dispensing device and/or is determined during the movement of the dispensing device.
  • an impact position of the end device is determined from the ballistic data and the output position.
  • the impact position refers to the position of the terminal at which the terminal first touches the ground and/or becomes entangled in a plant after the terminal has been deployed.
  • the impact position of the terminal like the output position of the terminal, is different from the final position of the terminal.
  • the impact position of the terminal device determined using the ballistic data and the output position of the terminal device deviates from the end position of the terminal device.
  • the impact position can be verified using data from triangulation measurements with other end devices, for example by measuring the propagation time of electromagnetic radio signals.
  • the end device is ejected and/or dropped by means of an output device.
  • the output device is preferably part of a means of transport such as an aircraft, e.g. a helicopter, airplane, airship, hot air balloon. It is also possible to use ballistic missiles, e.g. rockets. However, the output device can also be part of a water or ground vehicle, also designed for off-road use, or a hovercraft.
  • the means of transport of the dispensing device can be manned or unmanned, automatically and/or autonomously controlled and/or remotely controllable.
  • the end device performs sensor functions and/or gateway functions during operation of the early forest fire detection system in addition to communicating with other components of the early forest fire detection system.
  • the terminal device is a sensor for detecting a forest fire and has a sensor unit that detects a forest fire using optical and/or electronic methods, for example.
  • a forest fire produces a large number of gases, in particular carbon dioxide and carbon monoxide.
  • the type and concentration of these gases are characteristic of a forest fire and can be detected and analyzed using suitable sensors.
  • the signals detected by the sensor unit are analyzed with regard to the concentration of the composition of the gases.
  • the temperature of the ambient air can be detected by means of the sensor unit.
  • their temperature is an indicator of a forest fire.
  • LoRaWAN uses a star network architecture in which all end devices communicate via the most suitable gateway. These gateways take over the routing and, if there is more than one gateway within range of a terminal device and the local network is overloaded, they can also redirect the communication to an alternative.
  • LoRaWAN The star network architecture of LoRaWAN allows the end devices to switch to the energy-saving idle state for long periods of time and thus ensures that the battery of the end devices is loaded as little as possible and can therefore be operated for several years without changing the battery.
  • a gateway acts as a bridge between simple protocols (LoRa / LoRaWAN) optimized for battery life, which are better suited for resource-constrained end devices, and the Internet Protocol (IP), which is used to provide loT services and applications. After the gateway has received the data packets, e.g.
  • a terminal can also be designed in such a way that it also performs gateway functions in addition to the sensor function.
  • the early forest fire detection system only needs one single component to operate.
  • the output position includes the output position itself, the output position associated with the identification of the terminal, and/or data determined from the output position. Next to the actual output position, the output position is assigned an identification of each individual terminal.
  • the release position can also include the ballistic data of the release position. All of this data is stored.
  • Fig. 1 Forest fire early detection system according to the invention, connection via
  • Fig. 2 b Distribution of the end devices in the forest fire early warning system, deviation of impact position - end position
  • Fig. 3 Terminal according to the invention
  • Fig. 4b Top view of a braking device
  • Fig. 4 c Side view of a braking device
  • 6a Device for changing the orientation of a terminal device and/or gateway 6b: Alternative embodiment of a device for changing the orientation of a terminal device and/or gateway
  • Fig. 7 b Top view of a collecting device
  • Fig. 1 shows an exemplary embodiment of an early forest fire detection system 100 according to the invention.
  • each terminal ED is arranged in an end position EP on the ground of the surveillance area W, in this and in all other exemplary embodiments a forest, but the terminals ED can also have end positions EP in a distance from the ground by being arranged in the plants by means of collecting devices 60 (see Fig. 7, Fig. 8, Fig. 9).
  • the terminals ED are directly connected to a satellite SAT and record the temperature of the ambient air. If the detected temperature exceeds a threshold temperature, the relevant terminal sends ED ID data to the server NS via the satellite SAT and thus detects a forest fire.
  • FIG. 2a An exemplary embodiment of an early forest fire detection system 100 according to the invention in the surveillance area W and the terminals ED arranged therein are shown in FIG.
  • the terminals ED are output using the output device.
  • the terminals ED are dropped in batches (FIG. 2a) in such a way that the output device covers the same distance between the individual drops of a batch.
  • the output trajectories of the individual terminals ED in a batch are different, and the terminals ED in a batch therefore have different impact positions ATF.
  • the individual drops can also take place in a number of delivery positions AP in such a way that a number of delivery positions AP lie along a drop line L1, L2, L3 (FIG. 2a).
  • the drop line L1 has a plurality of output positions AP each of a batch of terminals ED, as do the drop lines L2 and L3. In this way, a large-area distribution of the terminals ED is achieved.
  • a batch of nine terminals ED is dropped for each of the multiple drops at a drop position AP.
  • the batches have more than two, preferably more than five and particularly preferably more than ten terminals ED in such a way that they are dropped across the board, i.e.
  • the installed early forest fire detection system 100 has terminals ED at regular spatial distances from one another (FIG. 2b).
  • the terminal ED itself has a GNSS system and transmits its end position EP in the early forest fire detection system 100 to the internet network server NS.
  • the GPS system requires electrical energy and can fail, particularly during ejection and when the terminal ED hits the ground. Therefore, the determination and calculation of the impact position ATF of the terminal ED takes place within the early forest fire detection system 100.
  • the impact position ATF is different from the (true) end position EP of the terminal ED, which is determined using the inventive method for determining the position of a terminal ED in contrast to the impact position ATF of a terminal ED is not determined.
  • the end position EP differs from the impact position ATF of the terminal device ED.
  • Exact knowledge of the end position EP of a terminal ED in the surveillance area W is irrelevant for the operation of the early forest fire detection system 100 .
  • a scattered distribution of the terminals ED is achieved that there is an average distribution of at least 2 terminals ED/ha, preferably at least 5 terminals ED/ha and particularly preferably at least 10 terminals ED/ha .
  • the average distribution of the terminals ED is 9/ha. It has been found that such a distribution of the terminals ED in the surveillance area W is sufficient to detect a forest fire in the early stages of its formation, e.g. as a smoldering fire.
  • Each end device ED stored in the reservoir has a unique identifier (ID).
  • ID Each ID of each terminal ED is stored on the network server NS.
  • the terminal ED is first clearly identified. This is done by reading a barcode or QR code arranged on the terminal ED.
  • the end device ED can also have an RFID chip whose identifier is read out by means of a reading device based on Near Field Communication (NFC).
  • NFC Near Field Communication
  • the output position AP is determined.
  • the position of the means of transport 1 is usually continuously recorded, also in order to control the movement of the means of transport 1 .
  • the terminal ED becomes whose output position AP is determined by means of a GNSS system arranged in the means of transport 1 and assigned to the respective terminal ED.
  • Output position AP and associated identification of the terminal ED are stored.
  • the impact position ATF of a terminal ED is determined and calculated using the ballistic data at the time the terminal ED is released.
  • the ballistic data include, for example, direction of movement, dropping position and height, speed of the output device 10 and the terminal devices ED at the time the terminal devices ED are output, as well as other parameters such as air pressure, humidity, air temperature, wind direction and strength.
  • the ballistic data are at least partially known during the movement of the means of transport 1 and read in from the database and/or are determined during the movement of the means of transport 1, e.g. by means of the position determination system of the means of transport 1.
  • the terminal ED After reaching the end position of the terminal ED, the terminal ED sends an ID signal to the central server NS, on which the end position is stored together with the ID of the respective terminal ED.
  • a terminal ED sends a status report to the server NS at regular time intervals, the status report only including the data for identification (ID data) of the terminal ED.
  • ID data data for identification
  • This sending of the ID status message only requires a maximum of half of the energy stored in the energy store E of the terminal ED (see FIG. 3). This ensures that the energy store E of the terminal ED still has sufficient energy reserves to send a warning message to the server NS in the event of a forest fire.
  • the early forest fire detection system 100 can have a mesh gateway network which is arranged in a forest W and uses the technology of a LoRaWAN network.
  • the forest fire early detection system 100 then has a multiplicity of terminals ED, which are connected to gateways via a single-hop connection FSK.
  • the gateways are connected to each other and partly to border gateways.
  • the border gateways are connected to the internet network server NS, either via a wired connection WN or via a wireless connection using the internet protocol IP.
  • the LoRaWAN network has a star-shaped architecture in which message packets are exchanged between the terminals ED, which have the sensors for detecting a forest fire, and a central Internet network server NS by means of gateways.
  • the terminals ED can also perform its functions like a gateway.
  • FIG. 3 schematically shows the structure of the terminals ED arranged in the forest fire early warning system 100.
  • the terminal ED has the communication device K, the energy supply E and the sensor S.
  • Each end device ED arranged in the early forest fire detection system 100 has a separate, i.e. unique ID, by means of which the respective end device ED can be clearly identified.
  • the terminal ED is a sensor for detecting a forest fire.
  • the terminal device ED is equipped with an autonomous energy supply E.
  • the energy supply E and the sensor S for detecting the temperature of the ambient air are combined in one device.
  • a bimetal lamella and a piezo element are arranged in the terminal ED.
  • a bimetallic disc has two layers of different metals on top of each other. The two layers are connected to one another by material bonding or by form-fitting material.
  • the energy conversion device is a piezo element and/or an electret-based capacitive converter.
  • This deformation of the bimetal blade due to thermal action is converted into electrical energy by a piezoelectric material, which is deformed or vibrated as the bimetal blade bends.
  • a piezo element generates electrical voltage when force is applied through pressure or vibration, i.e. it uses the kinetic energy that is available in the environment.
  • the output power is largely determined by the mechanical deformation of the bending structure. The greater the deflection, the greater the charge and power generated.
  • the bimetal lamella has a transition temperature at which the bimetal lamella changes from a first latched state to a second latched state.
  • the transition temperature of the bimetal lamella here 80° C., is advantageously the threshold temperature at which the end device ED detects a forest fire.
  • the bimetal lamella generates electrical energy, which is also generated, for example, to send the communication unit K a warning message via the satellite SAT to the server NS immediately before the warning message is sent.
  • the warning message includes the ID data of the terminal ED.
  • the server NS therefore only receives the information as to which terminal ED within the early forest fire detection system 100 exceeded the threshold temperature.
  • the electrical energy generated at the critical temperature can be stored in a supercapacitor.
  • the stored electrical energy can be used in addition to the ID data of the end device ED to send other data, such as the temperature and recorded data from other sensors S that may be arranged in the end device ED, to the server NS.
  • the use of solar cells is somewhat more complex and expensive, but offers a very long service life for the end device ED.
  • a memory and power electronics are also arranged in the end device ED.
  • the energy supply E can also be a supercapacitor, but in the simplest case a battery can also be used, which can also be designed to be rechargeable.
  • the terminal ED then has a continuous power supply E, with which the terminal ED is able to send a status report to the server NS at regular time intervals, here every 24 h, to indicate the functionality of the terminal ED.
  • the status report only has the ID data of the terminal ED, not its end position EP within the early forest fire detection system 100. As explained, the end position EP of a terminal ED is not precisely known.
  • a terminal ED can have additional sensors S.
  • the sensor unit S can also be designed in two stages and have a plurality of sensors for detecting a forest fire.
  • a forest fire produces a large number of gases, in particular carbon dioxide and carbon monoxide.
  • the type and concentration of these gases are characteristic of a forest fire and can be detected and analyzed using suitable sensors.
  • the signals detected by the sensor unit S are analyzed with regard to the concentration of the composition of the gases. If a concentration of the gases is exceeded, a forest fire is detected.
  • the temperature of the gases can be analyzed using the sensor unit S.
  • their temperature is an indicator of a forest fire.
  • the combination of the analyzed concentrations of the composition of the gases and/or the analyzed temperatures indicates the occurrence and/or presence of a forest fire.
  • the type, composition and temperature of the gases produced during a forest fire also point to the development of a forest fire. This makes it possible to detect an emerging forest fire and to initiate its fight at an early stage.
  • the communication device K transmits messages from the terminal ED, in particular measurement data and the ID signal, as a data packet wirelessly to a satellite SAT or a plurality of satellites SAT or, in the case of using a LoRaWAN, by means of a single-hop connection via LoRa (chirping frequency spread modulation) or frequency modulation sent to a gateway G.
  • the communication device K has only one transmission device, the terminal ED can therefore not receive any data via the communication device K.
  • the end device ED is therefore designed to be lighter, simpler and cheaper, and its power consumption is also reduced.
  • the end device ED has a mass of less than 500 g, preferably less than 250 g and particularly preferably less than 200 g. In this embodiment, the mass of the terminal ED is 50g.
  • FIG. 4 An exemplary embodiment of a braking device 30 arranged on a terminal ED is shown in FIG. 4.
  • the terminal ED has a wing T1 in the form of a wing (FIG. 4c) such that the center of mass of the terminal ED with the braking device 30 is not arranged in its geometric center (Fig. 4a, b).
  • the end device ED with the braking device 30 arranged therefore has different cW values in different directions in space.
  • the terminal ED After the terminal ED is released with the braking device 30 in place, it moves towards the ground with increasing speed due to gravity. In flight, the end device ED lays flat with the braking device 30 in place and begins to rotate about an axis passing through the end device ED. This auto-rotation takes place in such a way that the terminal ED is on the inside and the one-sided wing T1 is on the outside. The autorotation enables the end device ED to optimally expose the wing surface to the airflow and thereby reduce the rate of descent.
  • the helical circular surface is generated by the auto-rotation of the wing T 1 with the wing surface around the vertical axis. Air flows through this circular surface of the screw from bottom to top.
  • the flight direction of the terminal ED is also changed in relation to the direction of movement of the means of transport 1, e.g. due to the prevailing air direction (wind direction).
  • the distribution of the plurality of terminals ED ejected in batches within the Forest fire early detection system 100 is thus guaranteed over a larger area.
  • Fig. 5 shows a variant of the previous embodiment (see Fig. 4).
  • the end device ED has the braking device 30 with two support surfaces T1, T2, the area of the two support surfaces T1, T2 being different from one another.
  • the supporting surfaces T1, T2 are arranged on opposite sides of the terminal ED (FIGS. 5a, b), their cross sections are at an angle to one another (FIG. 5c).
  • the terminal ED is also set in rotation, the rate of fall and thus the risk of damage to the terminal ED are reduced.
  • FIG. 6 shows exemplary embodiments of devices arranged on the terminal ED for changing the external shape 40 and devices arranged on the terminal ED for changing the orientation 50.
  • a simple but effective method for changing the orientation during the flight and/or in the event of the terminal ED after it Dropping is an arrangement of the center of mass SP not in the geometric center of the spherical end device ED, but away from it (FIG. 6a).
  • the air resistance of the terminal ED is therefore changed during flight and/or fall.
  • the end device ED thereby gets into a spin during its flight and/or fall and thus changes its direction in relation to the direction of movement of the means of transport 1 , whereby the distribution of the plurality of end devices ED ejected in batches within the early forest fire detection system 100 over a larger area is achieved.
  • Another method for changing the orientation of the terminal ED during flight and/or in the event of its dropping is to shape the terminal ED externally into an external shape that is not spherical (FIG. 6b). As a result, this end device ED also spins during its flight and/or fall and thus changes its direction in relation to the direction of movement of the means of transport 1.
  • a number of effects are achieved by arranging a parachute as a braking device 30 and at the same time as a device for changing the external shape 40 on the terminal ED (FIG. 6c).
  • the parachute 30, 40 is usually wrapped around the terminal ED and opens immediately after the terminal ED is dropped.
  • the parachute 30, 40 increases the air resistance during the flight and/or fall of the terminal ED such that the rate of fall of terminal ED is reduced such that the risk of damage to terminal ED upon impact with the ground is reduced.
  • the air resistance of the terminal ED is increased during its flight and/or fall in such a way that the terminal ED is caught by the prevailing air direction (wind direction).
  • the distribution of the plurality of end devices ED ejected in batches within the early forest fire detection system 100 over a larger area is thus made possible.
  • the parachute 30, 40 can serve as a catching device 60.
  • the parachute 30, 40 is capable of being caught in a plant such as the crown of a tree.
  • the terminal ED is then arranged within the early forest fire detection system 100 in such a way that the terminal ED is at a distance from the ground. The risk of subsequent damage to the terminal ED, for example by animals and/or vandalism, is reduced in this way.
  • FIG. 7 Another exemplary embodiment of a collecting device 60 is shown in FIG. 7.
  • the terminal ED has a spherical shape, and the collecting device 60 is attached to the spherical surface (FIG. 7a).
  • the collecting device 60 has three arms, each of which has a solid ball at one end (FIGS. 7 b, c).
  • the catching device 60 is suitable for getting caught in a plant by the balls getting caught in branches of trees, for example.
  • Fig. 8 shows another embodiment of a collecting device 60, which is designed as a net.
  • the end device ED also has a spherical shape, and the collecting device 60 is attached to the spherical surface (FIG. 8a).
  • the net 60 has a hexagonal external shape (FIG.
  • the meshes of the net 60 being suitable for getting caught in plants.
  • the net 60 is wrapped around the terminal ED before it is dropped and opens immediately after the terminal ED is dropped.
  • the air resistance of the terminal ED is increased during its flight and/or fall, and the flight or fall speed of the terminal ED is thus reduced.
  • FIG. 9 A further exemplary embodiment of a collecting device 60 is shown in FIG. 9.
  • the collecting device 60 has an unfolding and/or folding mechanism.
  • the terminal ED is also designed as a sphere.
  • the collecting device 60 is folded in before the terminal ED is dropped (FIGS. 9a, b) and is not functional.
  • the unfolding and/or folding mechanism unfolds the catching device 60 (FIG. 9c) in such a way that the respective ends of the catching device 60, which are hook-shaped, can get caught in a plant.
  • the catching device 60 is also designed in this exemplary embodiment such that the unfolded catching device 60 (FIG. 9d) increases the air resistance of the terminal ED during its flight and/or fall and thus reduces the flight or fall speed of the terminal ED.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Waldbrandfrüherkennungssystems mit den Verfahrensschritten Erfassen einer Temperatur durch ein Endgerät und Senden von ID-Daten vom Endgerät an einen Server, wobei die Position des Endgerätes unbekannt ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Endgerät eines Waldbrandfrüherkennungssystems mit einer autarken Energieversorgung, einer Kommunikationsvorrichtung und einer Flugsteuerungsvorrichtung, die dafür vorgesehen und geeignet ist, die Fallgeschwindigkeit des Endgerätes und/oder die Flugrichtung zu verändern.

Description

VERFAHREN ZUM BETRIEB EINES WALDBRANDFRÜHERKENNUNGSSYSTEMS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Waldbrandfrüherkennungssystems mit den Verfahrensschritten Erfassen einer Temperatur durch ein Endgerät und Senden von ID-Daten vom Endgerät an einen Server, wobei die Position des Endgerätes unbekannt ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Endgerät eines Waldbrandfrüherkennungssystems mit einer autarken Energieversorgung, einer Kommunikationsvorrichtung und einer Flugsteuerungsvorrichtung, die dafür vorgesehen und geeignet ist, die Fallgeschwindigkeit des Endgerätes und/oder die Flugrichtung zu verändern.
Stand der Technik
Systeme zur Früherkennung von Waldbränden sind bekannt. Dazu wird das zu überwachende Areal mittels Sensoren überwacht. Diese Sensoren sind z.B. drehbare Kameras, die jedoch den Nachteil aufweisen, dass sie in der Nacht weniger effektiv sind. Eine Überwachung mittels in einem Satelliten verbauter IR-Kamera aus einem hohen Orbit weist den Nachteil auf, dass der Satellit nicht geostationär ist, für einen Umlauf also eine gewisse Zeit benötigt, in der das Areal nicht überwacht wird, oder aber die geostationären Satelliten nur Bilder mit einer sehr geringen Auflösung liefern, sodass Waldbrände erst ab einer gewissen Größe also meist zu spät erkannt werden können.. Ein Satellit ist außerdem teuer in Anschaffung, Unterhalt und insbesondere beim Start des Satelliten. Eine Überwachung durch Minisatelliten in einem niedrigen Orbit benötigt üblicherweise eine Mehrzahl von Satelliten, deren Start ebenfalls kostenintensiv ist. Eine Überwachung durch Satelliten ist außerdem während ihres Starts mit einem hohen Kohlendioxid-Ausstoß verbunden.
Sinnvoller ist eine Überwachung des Areals mittels einer Vielzahl preiswerter, in Serie herstellbarer in Endgeräten angeordneter Sensoren. Diese Endgeräte können sehr preiswert hergestellt werden und benötigen häufig nur wenige Mengen Energie, sei es, weil sie nicht permanent in Betrieb sind oder die Sensorik selbst sehr energiesparend ausgeführt ist. Die Endgeräte sind Teil eines Netzwerkes, z.B. eines LoRaWAN. Die Endgeräte und Gateways werden im zu überwachenden Areal verteilt angeordnet und liefern über Funkverbindung Daten an eine Basisstation.
LoRaWAN verwendet eine Stern-Netzwerkarchitektur, bei der alle Endgeräte über das jeweils am besten geeignete Gateway kommunizieren. Diese Gateways übernehmen das Routing und können, wenn sich mehr als ein Gateway in der Reichweite eines Endgerätes befindet, und das lokale Netzwerk überlastet ist, die Kommunikation auch auf eine Alternative umleiten.
Einige andere loT-Protokolle (beispielsweise ZigBee oder Z-Wave) verwenden hingegen sogenannte Mesh-Netzwerkarchitekturen, um die maximale Entfernung eines Endgerätes von einem Gateway zu erhöhen. Die Endgeräte des Mesh-Netzwerks leiten dabei die Nachrichten untereinander weiter, bis diese ein Gateway erreichen, welches die Nachrichten an das Internet übergibt. Mesh-Netzwerke programmieren sich selbst und passen sich dynamisch an die Umgebungsbedingungen an, ohne einen Master-Controller oder eine Hierarchie zu benötigen. Um Nachrichten weiterleiten zu können, müssen die Endgeräte eines Mesh-Netzwerks jedoch entweder ständig oder in regelmäßigen Abständen empfangsbereit sein und können nicht über lange Zeiträume in den Ruhezustand versetzt werden. Die Folge ist ein höherer Energiebedarf der Endgeräte für das Weiterleiten von Nachrichten zu und von den Gateways sowie eine daraus resultierende Verkürzung der Batterielebensdauer.
Die Stern-Netzwerkarchitektur von LoRaWAN erlaubt hingegen den Endgeräten, sich über lange Zeiträume in den stromsparenden Ruhezustand zu versetzen und stellt dadurch sicher, dass die Batterie der Endgeräte so wenig wie möglich belastet wird und somit über mehrere Jahre ohne Batteriewechsel betrieben werden kann. Das Gateway fungiert dabei als Brücke zwischen einfachen und für die Batterielebensdauer optimierten Protokollen (LoRa / LoRaWAN), welche sich besser für ressourcenbeschränkte Endgeräte eignen, und dem Internetprotokoll (IP), das zur Bereitstellung von loT-Diensten und Anwendungen eingesetzt wird. Nachdem das Gateway die Datenpakete vom Endgerät über LoRa / LoRaWAN empfangen hat, sendet es diese über das Internetprotokoll (IP) an einen Netzwerk-Server, der wiederum über Schnittstellen zu loT-Plattformen und Applikationen verfügt.
Derzeit werden diese Endgeräte und Gateways einzeln manuell z.B. an Bäumen angeordnet und ihre Position zur Lokalisierung eines auftretenden Waldbrandes erfasst. Insbesondere in schwer zugänglichen Gegenden ist allerdings dieses Verfahren ineffektiv. Vor allem ist diese Art der Installation des Sensornetzes sehr zeitaufwändig und daher kostenintensiv.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Installation eines Waldbrandfrüherkennungs- und/oder Waldbrandgefahrenüberwachungssystems bereitzustellen, mit dem ein Waldbrandfrüherkennungs- und/oder Waldbrandgefahrenüberwachungssystem kostengünstig, schnell und zuverlässig installiert und eingerichtet werden kann. Es ist ebenfalls Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Endgerät und/oder Gateway bereitzustellen, mit dem ein Waldbrandfrüherkennungs- und/oder Waldbrandgefahrenüberwachungssystem kostengünstig, schnell und zuverlässig installiert und eingerichtet werden kann. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Endgerätes und/oder Gateways eines Waldbrandfrüherkennungs- und/oder Waldbrandgefahrenüberwachungssystems bereitzustellen, mit dem ein Waldbrandfrüherkennungs- und/oder Waldbrandgefahrenüberwachungssystem kostengünstig, schnell und zuverlässig installiert und eingerichtet werden kann.
Beschreibung der Erfindung Die Aufgabe wird mittels des Verfahrens zum Betrieb eines
Waldbrandfrüherkennungssystems gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Waldbrandfrüherkennungssystems weist zwei Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt erfolgt ein Erfassen der Temperatur durch ein Endgerät. Insbesondere die Temperatur der Umgebungsluft sowie Art und Konzentration der bei einem Waldbrand entstehenden Gase sind Indikatoren für einen Waldbrand. Art, Zusammensetzung und Temperatur der bei einem Waldbrand entstehenden Gase lassen gerade auch auf das Entstehen eines Waldbrandes schließen. Damit ist es möglich, einen entstehenden Waldbrand zu erfassen und dessen Bekämpfung frühzeitig einzuleiten.
Im zweiten Verfahrensschritt erfolgt ein Senden von ID-Daten von dem Endgerät an einen Server. Ein jedes im Waldbrandfrüherkennungssystem angeordnete Endgerät hat eine separate, d.h. eindeutige ID, mittels der das jeweilige Endgerät eindeutig identifizierbar ist. Im Falle der Detektion eines Waldbrandes sendet das Endgerät ID-Daten an den Server. Die ID-Daten enthalten die ID des jeweiligen Endgerätes. Der Server erhält also nur die Information, welches Endgerät innerhalb des Waldbrandfrüherkennungssystems einen Waldbrand detektiert.
Erfindungsgemäß ist die genaue Position des Endgerätes unbekannt. Für den Betrieb des Waldbrandfrüherkennungssystems ist die genaue Kenntnis der Endposition eines Endgerätes im Überwachungsgebiet unerheblich. Mittels einer flächendeckenden Ausgabe der Endgeräte wird eine derartige verstreute Verteilung der Endgeräte im Überwachungsgebiet erreicht, dass eine mittlere Verteilung von mindestens 2 Endgeräte / ha, bevorzugt mindestens 5 Endgeräte / ha und besonders bevorzugt mindestens 10 Endgeräte / ha beträgt. Es hat sich herausgestellt, dass eine derartige Verteilung der Endgeräte im Überwachungsgebiet ausreichend ist, um einen Waldbrand schon in der Frühphase seiner Entstehung, z.B. als Schwelbrand, zu erkennen. Das den Waldbrand detektierende und seine ID-Daten an den Server sendende Endgerät ist also nicht genau lokalisiert, sondern lediglich innerhalb eines bestimmten Bereiches, der aber bekannt ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die erfasste Temperatur mit einer Schwelltemperatur verglichen. Die Schwelltemperatur bezeichnet die Temperatur, bei deren Überschreiten ein Waldbrand auftritt. Die Schwelltemperatur ist optional individuell für jedes Endgerät einstellbar und abhängig von den klimatischen Bedingungen, denen das Überwachungsgebiet ausgesetzt ist. Überschreitet die durch das Endgerät erfasste Temperatur die Schwelltemperatur, erfasst das Endgerät einen Waldbrand. In einer weiteren Gestaltung der Erfindung erfolgt das Senden der ID-Daten, wenn die erfasste Temperatur die Schwelltemperatur überschreitet. Die ID-Daten enthalten die ID des jeweiligen Endgerätes. Der Server erhält die Information, welches Endgerät innerhalb des Waldbrandfrüherkennungssystems einen Waldbrand detektiert. In einem weiteren Aspekt der Erfindung bleibt die genaue Position des Endgerätes weiterhin unbekannt. Das den Waldbrand detektierende und seine ID-Daten an den Server sendende Endgerät ist also nicht genau lokalisiert, sondern lediglich innerhalb eines bestimmten Bereiches, der aber bekannt ist.
In einerweiteren Ausführung der Erfindung ist der Kommunikationspfad der Endgeräte zum Server über einen Satelliten geführt. Neben der Verwendung eines Netzwerkes, z.B. LoRaWAN, zur Kommunikation der Endgeräte mit einem Server kann die Kommunikation über Satelliten erfolgen.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Endgeräte verstreut im Überwachungsgebiet verteilt. In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Endgeräte im Überwachungsgebiet verstreut. Dadurch wird eine flächendeckende Anordnung der Endgeräte innerhalb des Überwachungsgebietes erreicht, wobei die die mittlere Dichte mindestens 2 Endgeräte / ha, bevorzugt mindestens 5 Endgeräte / ha und besonders bevorzugt mindestens 10 Endgeräte / ha beträgt. In einer Weiterbildung der Erfindung ist die genaue Position der Endgeräte durch Elemente des Waldbrandfrüherkennungssystems unbestimmbar. Für den Betrieb des Waldbrandfrüherkennungssystems ist die genaue Kenntnis der Endposition eines Endgerätes im Überwachungsgebiet allerdings unerheblich. Mittels einer flächendeckenden Ausgabe der Endgeräte wird eine derartige verstreute Verteilung der Endgeräte erreicht, dass die mittlere Verteilung von mindestens 2 Endgeräte / ha, bevorzugt mindestens 5 Endgeräte / ha und besonders bevorzugt mindestens 10 Endgeräte / ha beträgt. Es hat sich herausgestellt, dass eine derartige Verteilung der Endgeräte im Überwachungsgebiet ausreichend ist, um einen Waldbrand schon in der Frühphase seiner Entstehung, z.B. als Schwelbrand, zu erkennen.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung sind die ID-Daten Teil einer Statusmeldung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Endgeräte und/oderTeil einer Warnmeldung. Eine Warnmeldung ist die Meldung des Endgerätes, dass das Endgerät einen Waldbrand detektiert, während die Statusmeldung lediglich die Funktionsfähigkeit des Endgerätes signalisiert. Beide Arten von Meldungen werden vom Endgerät an den Server versendet. Die Warnmeldung und die Statusmeldung enthalten die ID-Daten des sendenden Endgerätes. Die Statusmeldung kann optional zusätzliche Daten z.B. über den Energievorrat des Endgerätes enthalten. Die Warnmeldung kann weiterhin optional zusätzliche Daten z.B. über die Temperatur der Umgebungsluft, Daten über Art und Temperatur von erfassten Gasen und/oder weitere Messdaten enthalten.
In einer Weiterbildung der Erfindung senden die Endgeräte in regelmäßigen Abständen Statusmeldungen an den Server. Eine Statusmeldung signalisiert die Funktionsfähigkeit des Endgerätes. Zur kontinuierlichen Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Endgerätes und damit des Waldbrandfrüherkennungssystems sendet ein jedes Endgerät Statusmeldungen in regelmäßigen Abständen, z.B. alle 24 h. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Statusmeldungen ausschließlich Daten zur Identifikation des Endgerätes, insbesondere ID-Daten. Die ID-Daten sind ausreichend, um die Funktionsfähigkeit des Endgerätes zu bestätigen. In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung verbraucht das Senden der ID- Statusmeldungen maximal die Hälfte der im Endgerät gespeicherten Energie. Damit ist gewährleistet, dass der Energiespeicher des Endgerätes noch ausreichend Energiereserven aufweist, um im Falle eines auftretenden Waldbrandes eine Warnmeldung an den Server zu versenden.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird die Energie für den Versand einer Warnmeldung unmittelbar vor dem Versand der Warnmeldung generiert. Dazu ist in dem Endgerät eine Bimetall-Lamelle und ein Piezoelement angeordnet. Vorteilhafterweise sind durch diese Konstruktion Energieerzeugung und Temperatursensor in einem Gerät vereint, das Endgerät kann daher kostengünstig, leicht und robust ausgeführt werden.
Eine Bimetall-Lamelle weist zwei übereinander liegenden Schichten unterschiedlicher Metalle auf. Die beiden Schichten sind miteinander stoffschlüssig oder durch formschlüssiges Material verbunden. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Metalle dehnt sich eine der Schichten stärker aus als die andere, wodurch sich die Bimetall-Lamelle bei Temperaturänderungen biegt. Diese Deformation der Bimetall-Lamelle aufgrund thermischer Einwirkung wird von einem piezoelektrischen Material in elektrische Energie umgewandelt, die verformt oder erschüttert wird, wenn sich die Bimetall-Lamelle krümmt. Ein Piezo-Element erzeugt bei Krafteinwirkung durch Druck oder Vibration elektrische Spannung, nutzen also in der Umgebung vorhandene Bewegungsenergie. Die Ausgangsleistung wird maßgeblich durch die mechanische Deformation der Biegestruktur bestimmt. Je größer die Auslenkung, desto größer sind die generierte Ladung und Leistung. Die Bimetall-Lamelle weist dabei eine Sprungtemperatur auf, bei der die Bimetall-Lamelle von einem ersten Rastzustand in einen zweiten Rastzustand übergeht. Die Sprungtemperatur der Bimetall-Lamelle ist vorteilhafterweise die Schwelltemperatur, bei der das Endgerät einen Waldbrand detektiert. Beim Übergang erzeugt die Bimetall-Lamelle elektrische Energie, die zum Versand der Kommunikationseinheit einer Warnmeldung über den Satelliten an den Server zeitlich unmittelbar vor dem Versand der Warnmeldung erzeugt wird. Die Aufgabe wird weiterhin mit dem erfindungsgemäßen Endgerät eines Waldbrandfrüherkennungs- und/oder Waldbrandgefahrenüberwachungssystems gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungen der Erfindung dargelegt.
Das erfindungsgemäße Endgerät weist eine autarke Energieversorgung, eine Kommunikationsvorrichtung sowie eine Flugsteuerungsvorrichtung auf, die dafür vorgesehen und geeignet ist, die Fallgeschwindigkeit des Endgerätes und/oder Gateways abzubremsen.
Mittels der autarken Energieversorgung sind Endgerät ohne ein Versorgungsnetz autonom betreibbar. Daher können Endgeräte insbesondere in unwegsame und mit üblichen Funknetzen nicht erreichbare Gegenden hinein verteilt und vernetzt werden. Die Energieversorgung ist im einfachsten Fall eine Batterie, die auch wiederaufladbar gestaltet sein kann. Etwas aufwändiger und kostenintensiver, aber eine sehr lange Lebensdauer bietende Energieversorgung ist der Einsatz von Solarzellen.
Mittels der Kommunikationsvorrichtung werden Mitteilungen, z.B. Messdaten, zwischen Endgerät und Gateway ausgetauscht.
Mittels der Flugsteuerungsvorrichtung wird die Gefahr von Beschädigungen der Endgeräte beim Fall und/oder Flug der Endgeräte insbesondere beim Auftreffen in ihrer Auftreffposition z.B. am Erdboden oder in einer Pflanze vermindert. In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Flugsteuerungsvorrichtung eine Bremsvorrichtung.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist der cW-Wert des Endgerätes in zwei unterschiedlichen Richtungen unterschiedlich. Der cW-Wert ist ein dimensionsloses Maß für den Strömungswiderstand eines von einem Medium umströmten Körpers. Ein unterschiedlicher cW-Wert in unterschiedlichen Richtungen bewirkt eine Drehimpuls auf das Endgerät und damit eine Änderung der Flug- und/oder Fallrichtung der Endgeräte, die ausgeworfenen Endgeräte werden daher über eine größere Fläche verteilt.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Flugsteuerungsvorrichtung dafür vorgesehen und dazu geeignet, den Luftwiderstand des Endgerätes zu verändern. Insbesondere erhöht die Flugsteuerungsvorrichtung den Luftwiderstand des Endgerätes. Dadurch wird die Gefahr von Beschädigungen der Endgeräte beim Fall und/oder Flug der Endgeräte insbesondere beim Auftreffen in ihrer Auftreffposition z.B. am Erdboden oder in einer Pflanze vermindert.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist die Flugsteuerungsvorrichtung einen Mechanismus auf, der dafür vorgesehen und dazu geeignet ist, die Orientierung des Endgerätes zu einer Flugrichtung des Endgerätes zu verändern. Die Veränderung der Orientierung bewirkt ebenfalls eine Änderung der Flug- und/oder Fallrichtung der Endgeräte, die ausgeworfenen Endgeräte werden über eine größere Fläche verteilt. Ebenso wird ein Abbremsen der ausgeworfenen Endgeräte der Fallgeschwindigkeit der Endgeräte erzielt, wodurch die Gefahr von Beschädigungen der Endgeräte verringert wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Flugsteuerungsvorrichtung einen Mechanismus auf, der dafür vorgesehen und dazu geeignet ist, die Flugrichtung des Endgerätes zu verändern, die ausgeworfenen Endgeräte werden über eine größere Fläche verteilt.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist die Flugsteuerungsvorrichtung einen Mechanismus auf, der dafür vorgesehen und dazu geeignet ist, die Fallgeschwindigkeit und/oder Fluggeschwindigkeit des Endgerätes während eines Fluges und/oder Falls des Endgerätes abzubremsen, wodurch die Gefahr von Beschädigungen der Endgeräte beim Auftreffen in ihrer Auftreffposition z.B. am Erdboden oder in einer Pflanze verringert wird. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Flugsteuerungsvorrichtung einen Mechanismus auf, der dafür vorgesehen und dazu geeignet ist, sich in einer Pflanze zu verfangen. Eine am Endgerät angeordnete Flugsteuerungsvorrichtung reduziert die Gefahr von Beschädigungen der Endgeräte, gleichzeitig positioniert die Flugsteuerungsvorrichtung das Endgerät derart, dass die im Endgerät angeordnete Sensoreinheit in optimaler Entfernung von den zu überwachenden Objekten (Pflanzen) angeordnet ist.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist die Flugsteuerungsvorrichtung einen Fallschirm, einen Flügel, eine Seilvorrichtung und/oder ein Netz auf. Die Flugsteuerungsvorrichtung reduziert die Fallgeschwindigkeit und/oder Fluggeschwindigkeit des Endgerätes während eines Fluges und/oder Falls des Endgerätes, wodurch die Gefahr von Beschädigungen der Endgeräte beim Auftreffen in ihrer Auftreffposition z.B. am Erdboden oder in einer Pflanze verringert wird. Fallschirm, Seilvorrichtung und Netz sind ebenfalls dazu geeignet, als Auffangvorrichtung zu fungieren, um das Endgerät in einer Pflanze zu verfangen.
Außerdem kann die Flugsteuerungsvorrichtung eine sog. Ballute aufweisen, ein fallschirmähnliches Bremsschirmsystem, das ebenfalls zur Luftwiderstandsgenerierung dient, jedoch speziell bei der Anwendung bei geringer Luftdichte und im Überschallbereich Vorteile aufweist. Ballutes weisen einen ballonartigen Zentralkörper auf, der von einem ringförmigen Schlauch umgeben ist. Der Ring stellt ein definiertes Ablösen der Strömung sicher und sorgt damit für eine stabile Fluglage. Die initiale Entfaltung wird meist durch aktives Aufblasen mittels einer Gaskartusche oder eines kleinen pyrotechnischen Treibsatzes unterstützt. Anschließend sorgen entsprechend angebrachte Lufteinlässe durch Stauluft für einen leichten Überdruck im Inneren, um ein Kollabieren durch die umgebende Außenluftströmung zu verhindern.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Flugsteuerungsvorrichtung eine Vorrichtung zur Veränderung der äußeren Form des Endgerätes. Die Vorrichtung zur Veränderung der äußeren Form des Endgerätes bewirkt eine Änderung, insbesondere eine Erhöhung, des Luftwiderstandes des Endgerätes. Dadurch wird die Gefahr von Beschädigungen der Endgeräte beim Fall und/oder Flug der Endgeräte insbesondere beim Auftreffen in ihrer Auftreffposition z.B. am Erdboden oder in einer Pflanze vermindert.
Die Vorrichtung zur Veränderung der äußeren Form des Endgerätes bewirkt außerdem oder zusätzlich eine Veränderung der Orientierung der Endgeräte während ihres Flugs und/oder Falls. Damit wird eine Änderung der Flug- und/oder Fallrichtung der Endgeräte erreicht, die ausgeworfenen Endgeräte werden über eine größere Fläche verteilt.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Veränderung der äußeren Form dafür vorgesehen und dafür geeignet, den Luftwiderstand des Endgerätes zu verändern. Insbesondere erhöht die Bremsvorrichtung den Luftwiderstand und damit die Flug- und/oder Fallgeschwindigkeit des Endgerätes. Dadurch wird die Gefahr von Beschädigungen der Endgeräte beim Fall und/oder Flug der Endgeräte insbesondere beim Auftreffen in ihrer Auftreffposition z.B. am Erdboden oder in einer Pflanze vermindert.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Veränderung der äußeren Form dafür vorgesehen und dafür geeignet, die Fallgeschwindigkeit des Endgerätes in freien Fall zu verringern, wodurch die Gefahr von Beschädigungen der Endgeräte beim Auftreffen in ihrer Auftreffposition z.B. am Erdboden oder in einer Pflanze verringert wird.
In einerweiteren Gestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Veränderung der äußeren Form dafür vorgesehen und dafür geeignet, die Orientierung des Endgerätes einem freien Fall zu verändern. Damit wird eine Änderung der Flug- und/oder Fallrichtung der Endgeräte erreicht, die ausgeworfenen Endgeräte werden über eine größere Fläche verteilt.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung zur Veränderung der äußeren Form einen Klapp- und/oder Entfaltungsmechanismus auf. Der Klapp- und/oder Entfaltungsmechanismus bewirkt ein irreversibles Aufklappen bzw. Entfalten der Vorrichtung zur Veränderung der äußeren Form. Ausgelöst wird der Klapp- und/oder Entfaltungsmechanismus durch z.B. einen Timer, ein Signal, z.B. elektromagnetisch, oder ein mechanisches Ereignis, z.B. durch die am Endgerät angreifende Luftströmung.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weist der Klapp- und/oder Entfaltungsmechanismus einen Fallschirm, Flügel, ein Netz oder eine Seilvorrichtung auf. Fallschirm, Flügel, ein Netz oder eine Seilvorrichtung reduzieren die Fallgeschwindigkeit und/oder Fluggeschwindigkeit des Endgerätes während eines Fluges und/oder Falls des Endgerätes, wodurch die Gefahr von Beschädigungen der Endgeräte beim Auftreffen in ihrer Auftreffposition z.B. am Erdboden oder in einer Pflanze verringert wird. Fallschirm, Seilvorrichtung und Netz sind ebenfalls dazu geeignet, als Auffangvorrichtung zu fungieren, um das Endgerät in einer Pflanze zu verfangen.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Flugsteuerungsvorrichtung eine Vorrichtung zur Veränderung der Orientierung des Endgerätes in einem freien Fall. Die Vorrichtung zur Veränderung der Orientierung des Endgerätes einem freien Fall verändert die Orientierung des Endgerätes in einem freien Fall. Damit wird eine Änderung der Flug- und/oder Fallrichtung der Endgeräte erreicht, die ausgeworfenen Endgeräte werden über eine größere Fläche verteilt.
Die Aufgabe wird außerdem mittels des Verfahrens zur Installation eines Endgerätes eines Waldbrandfrüherkennungssystems gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Installation eines Endgerätes eines Waldbrandfrüherkennungssystems weist zwei Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt wird eine Ausgabevorrichtung mit einer Vielzahl von Endgeräten beladen. Die Ausgabevorrichtung ist vorzugsweise Teil eines Luftfahrzeugs, z.B. ein Helikopter, Flugzeug, Luftschiff, Heißluftballon. Möglich ist auch die Verwendung von ballistischen Flugkörpern, z.B. Raketen. Die Ausgabevorrichtung kann aber auch Teil eines Wasseroder Bodenfahrzeugs sein, das auch geländegängig ausgeführt, oder Teil eines
Hovercrafts. Die Ausgabevorrichtung kann Teil eines bemannten oder unbemannten, automatisch und/oder autonom gesteuerten und/oder aus der Ferne steuerbaren Transportmittels oder Fahrzeugs sein.
Im zweiten Verfahrensschritt werden die Endgeräte mittels der Ausgabevorrichtung ausgegeben. Die Ausgabevorrichtung gibt die Endgeräte zu einem Zeitpunkt einzeln, in Chargen und/oder in Gesamtheit in bzw. über dem Areal aus, in dem das Waldbrandfrüherkennungssystem arbeiten soll. Die Ausgabevorrichtung oder das die Ausgabevorrichtung transportierende Transportmittel verfügt dazu über geeignete Mittel zur Positionsbestimmung der Ausgabevorrichtung, z.B. ein Kreiselnavigations- und/oder GPS- System. Die Endgeräte sind nach der Ausgabe durch die Ausgabevorrichtung in einem Waldbrandfrüherkennungssystem derart angeordnet, dass das Waldbrandfrüherkennungssystem mittels der Endgeräte ein Areal überwachen kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt das Ausgeben in Richtung der vorgesehen Endposition der Endgeräte. Die Endgeräte verfügen üblicherweise nicht über einen Eigenantrieb. Der beim Ausgeben auf die Endgeräte ausgeübte Impuls wird genutzt, die Endgeräte auf ihre vorgesehene Endposition zu bewegen. Der auf die Endgeräte wirkende Impuls kann z.B. durch eine Eigenbewegung der Ausgabevorrichtung auf die Endgeräte ausgeübt werden.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung erfolgt das Ausgeben mehrfach, insbesondere wird das Ausgeben wiederholt. Der Vorgang des Ausgebens wird derart häufig wiederholt, dass die vorgesehene Anzahl Endgeräte in dem Areal oder dem Teilfläche des Areals angeordnet sind, in dem das Waldbrandfrüherkennungssystem arbeiten soll. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Bewegung der Ausgabevorrichtung zwischen einem ersten und einem zweiten Ausgeben. Damit wird sichergestellt, dass die in der Ausgabevorrichtung angeordneten Endgeräte über einen großen flächigen Bereich verteilt werden.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Abstand zwischen der Position des ersten Ausgebens und der Position des zweiten Ausgebens äquidistant zum Abstand zwischen der Position des zweiten Ausgebens und der Position eines dritten Ausgebens. Damit wird ebenfalls erreicht, dass die ausgegebenen Endgeräte möglichst gleichmäßig in dem zu überwachenden Areal verteilt sind.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Ausgabevorrichtung ein Fluggerät oder während der Ausgabe in einem Fluggerät positioniert. Mittels eines Fluggerätes kann eine große Anzahl Endgeräte schnell und gleichmäßig innerhalb des zu überwachenden Areals verteilt werden. Gleichzeitig kann ein Fluggerät auch entlegene Gebiete schnell erreichen. Das Fluggerät selbst ist ein Helikopter, Flugzeug, Luftschiff oder Heißluftballon. Möglich ist auch die Verwendung von ballistischen Flugkörpern, z.B. Raketen. Das Fluggerät kann bemannt oder unbemannt, automatisch und/oder autonom gesteuert und/oder aus der Ferne steuerbar sein.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung erfolgt das Ausgeben in Chargen. Zu einem Zeitpunkt und/oder an einer Ausgabeposition wird also eine Mehrzahl Endgeräte abgeworfen. Da eine Beschädigung der Endgeräte während des Ausgebens und insbesondere während des Aufpralls nicht auszuschließen ist, wird durch das Ausgeben in Chargen eine Redundanz erreicht. Ein Bereich des zu überwachenden Areals kann also durch eine Mehrzahl von Endgeräten überwacht werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfassen die Chargen mehr als 2, bevorzugt mehr als
5 und besonders bevorzugt mehr als 10 Endgeräte. Zu einem Zeitpunkt und/oder an einer Ausgabeposition wird daher eine Mehrzahl Endgeräte ausgegeben. Ein Bereich des zu überwachenden Areals kann also durch eine Mehrzahl von Endgeräten überwacht werden.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung weisen die Endgeräte nach der Ausgabe eine Ausgabeflugbahn auf, wobei die Endgeräte nach der Ausgabe der Endgeräte einen gesteuerten Impuls erfahren, der die Ausgabeflugbahn verändert. Der auf die Endgeräte wirkende Impuls wird z.B. durch die Eigenbewegung der Ausgabevorrichtung während des Ausgebens auf die Endgeräte ausgeübt. Die Steuerung des Impulses kann z.B. durch einen Eigenantrieb der Endgeräte erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Steuerung des Impulses der Endgeräte durch eine Veränderung der Aerodynamik eines einzelnen Endgerätes z.B. durch die Anordnung eines Fallschirmes am Endgerät.
In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Endgeräte einer Charge unterschiedliche Ausgabeflugbahnen auf. Die ausgegebenen Endgeräte einer Charge weisen daher auch zueinander unterschiedliche Endpositionen auf. Damit wird sichergestellt, dass die ausgegebenen Endgeräte über einen großen flächigen Bereich verteilt werden.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung erfolgt die Ausgabe in mehreren Ausgabepositionen flächendeckend. Die Ausgabepositionen sind derart gewählt, dass eine flächendeckende Anordnung der ausgegebenen Endgeräte innerhalb des Waldbrandfrüherkennungssystems erreicht wird.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung erfolgt die Ausgabe in mehreren Ausgabepositionen in Linien. Die Linien der Ausgabepositionen können zur Bedeckung einer Fläche auch nebeneinander in Mäanderform angeordnet sein, um eine gleichmäßige Bedeckung des zu überwachenden Areals mit den ausgegebenen Endgeräten zu erreichen
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Ausgaberichtung eine Richtungskomponente, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Ausgabevorrichtung steht. Um eine flächendeckende Anordnung ausgeworfener Endgeräte im zu überwachenden Areal zu erreichen, weist die Ausgaberichtung zumindest eine Richtungskomponente auf, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Ausgabevorrichtung steht. Die Ausgabevorrichtung gibt die Endgeräte bevorzugt zu den Seiten ab, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Ausgabevorrichtung angeordnet sind.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung wird während des Flugs der Endgeräte ein Mechanismus ausgelöst, der ein Abbremsen der Fallgeschwindigkeit der Endgeräte bewirkt. Dadurch wird die Gefahr von Beschädigungen der Endgeräte beim Fall und/oder Flug der Endgeräte insbesondere beim Auftreffen in ihrer Auftreffposition z.B. auf dem Erdboden oder in einer Pflanze vermindert.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung wird während des Flugs der Endgeräte ein Mechanismus ausgelöst, der eine Auffangvorrichtung aktiviert, die dafür vorgesehen und dafür geeignet ist, sich in einer Pflanze zu verfangen. Eine am Endgerät angeordnete Auffangvorrichtung reduziert die Gefahr von Beschädigungen der Endgeräte, gleichzeitig positioniert die Auffangvorrichtung das Endgerät derart, dass die im Endgerät angeordnete Sensoreinheit in optimaler Entfernung von den zu überwachenden Objekten (Pflanzen) angeordnet ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird während des Flugs der Endgeräte ein Mechanismus ausgelöst, der eine Veränderung der Aerodynamik in Flugrichtung der Endgeräte bewirkt. Die Veränderung der Aerodynamik bewirkt eine Änderung der Flug- und/oder Fallrichtung der Endgeräte, die ausgeworfenen Endgeräte werden daher über eine größere Fläche verteilt. Außerdem wird ein Abbremsen der ausgeworfenen Endgeräte der Fallgeschwindigkeit der Endgeräte erzielt, wodurch die Gefahr von Beschädigungen der Endgeräte verringert wird.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird während des Flugs der Endgeräte ein Mechanismus ausgelöst, der eine Veränderung der Orientierung der Endgeräte zur Flugrichtung bewirkt. Die Veränderung der Orientierung bewirkt ebenfalls eine Änderung der Flug- und/oder Fallrichtung der Endgeräte, die ausgeworfenen Endgeräte werden über eine größere Fläche verteilt. Ebenso wird ein Abbremsen der ausgeworfenen Endgeräte der Fallgeschwindigkeit der Endgeräte erzielt, wodurch die Gefahr von Beschädigungen der Endgeräte verringert wird.
Die Aufgabe wird weiterhin mittels des Verfahrens zur Installation eines Waldbrandfrüherkennungssystems gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungen der Erfindung dargelegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Installation eines Waldbrandfrüherkennungssystems weist zwei Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt erfolgt ein Beladen einer Ausgabevorrichtung mit einer Vielzahl von Endgeräten. Die Abwurfvorrichtung ist vorzugsweise Teil eines Transportmittels wie beispielsweise ein Luftfahrzeug, z.B. ein Helikopter, Flugzeug, Luftschiff, Heißluftballon. Möglich ist auch die Verwendung von ballistischen Flugkörpern, z.B. Raketen als Transportmittel. Ein Transportmittel kann aber auch ein Wasser- oder Bodenfahrzeug sein, auch geländegängig ausgeführt, oder ein Hovercraft. Das Transportmittel kann unbemannt, also autonom gesteuert und/oder aus der Ferne steuerbar sein.
Im zweiten Verfahrensschritt erfolgt ein Ausgeben der Endgeräte durch die Ausgabevorrichtung, wobei jedes einzelne der ausgegebenen Endgeräte separat nachverfolgbar ist. Die Ausgabevorrichtung gibt die Endgeräte zu einem Zeitpunkt einzeln, in Chargen und/oder in Gesamtheit in bzw. über dem Areal aus, in dem das Waldbrandfrüherkennungssystem arbeiten soll. Die Ausgabevorrichtung verfügt dazu über geeignete Mittel zur Positionsbestimmung der Ausgabevorrichtung, z.B. ein Kreiselnavigations- und/oder GPS-System. Außerdem ist jedes Endgerät vor und nach dem Ausgeben nachverfolgbar. „Separat nachverfolgbar“ im Sinne dieser Schrift bedeutet, dass zu jedem Endgerät eine Position bekannt ist. Bevorzugt ist die Position eines jeden Endgerätes zum Zeitpunkt der Ausgabe des Endgerätes und/oder in seiner Endposition innerhalb eines Waldbrandfrüherkennungssystems eindeutig bekannt. Bei dieser Position kann sich um die tatsächliche Position des Endgerätes handeln oder um eine berechnete Position. Die Position ist unabhängig von der Position weiterer Endgeräte bekannt. Weiterhin ist jedes Endgerät eindeutig identifizierbar beispielsweise durch eine jedem Endgerät zugewiesene ID-Kennung. Die Endgeräte sind nach der Ausgabe durch die Ausgabevorrichtung in einem Waldbrandfrüherkennungssystem derart angeordnet, dass das Waldbrandfrüherkennungssystem mittels der Endgeräte ein Areal überwachen kann.
In einer Weiterbildung wird jedem der Endgeräte eine separate ID zugewiesen. Zur eindeutigen Identifizierung eines jeden Endgerätes erhält jedes Endgerät eine separate und unterscheidbare ID-Kennung. Diese ID ist z.B. durch einen am Endgerät angeordneten Barcode, ein RFID-Chip und/oder per NFC auslesbar.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird die ID auf einem zentralen Server gespeichert. In einer weiteren Gestaltung der Erfindung wird die Ausgabeposition jedes einzelnen ausgegebenen Endgerätes ermittelt und/oder gespeichert. Die Ausgabeposition ist die geographische Position, an der ein Endgerät durch die Ausgabevorrichtung ausgegeben wird. In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Ausgabeposition unterschiedlich zur Endposition des ausgegebenen Endgerätes. Die Ausgabeposition ist üblicherweise, aber nicht zwingend von der Endposition des Endgerätes verschieden, wobei die Endposition eines Endgerätes die Position eines Endgerätes innerhalb eines Waldbrandfrüherkennungssystems bezeichnet. Durch Erfassung der Ausgabeposition und der Identifizierung eine jeden Endgerätes ist die Ausgabeposition eines jeden Endgerätes genau bestimmbar und auf dem zentralen Server speicherbar.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird die Endposition des Endgerätes berechnet. Die Bestimmung der Endposition des Endgerätes innerhalb des Waldbrandfrüherkennungssystems wird bevorzugt mittels der ballistischen Daten während des Zeitpunktes des Auswerfens des Endgerätes bestimmt. Die ballistischen Daten beinhalten z.B. Bewegungsrichtung, Abwurfposition und -höhe, Geschwindigkeit der Ausgabevorrichtung und der Endgeräte zum Zeitpunkt des Ausgebens der Endgeräte sowie weitere Parameter wie Luftdruck, Luftfeuchte, Lufttemperatur, Windrichtung und - stärke.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Endposition des Endgerätes auf einem zentralen Server gespeichert. Bei Detektion eines Waldbrandes durch ein oder mehrere Endgeräte sendet jedes Endgerät ein entsprechendes Signal an den zentralen Server. Der Ort des Waldbrandes ist durch die Positionen der entsprechenden Endgeräte definiert.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sendet das Endgerät nach Erreichen der Endposition des Endgerätes ein ID-Signal an einen zentralen Server. Das ID-Signal weist in einer Weiterbildung der Erfindung nur die ID des Endgerätes auf. Insbesondere weist das ID-Signal nicht die Position des Endgerätes auf, die nicht durch das Endgerät selbst bestimmt wird, sondern aufgrund von bevorzugt ballistischen Daten während der Ausgabe des Endgerätes berechnet ist. Das ID-Signal - üblicherweise als Datenpaket gesendet - weist daher nur eine geringe Anzahl an Bits auf und benötigt für den Versand nur geringe Energie. Zusätzlich kann die Endposition mittels Daten aus Triangulationsmessungen mit anderen Endgeräten ermittelt und verifiziert werden.
Die Aufgabe wird ebenfalls mittels des Verfahrens zur Positionsbestimmung eines Endgerätes eines Waldbrandfrüherkennungssystems gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Positionsbestimmung eines Endgerätes eines Waldbrandfrüherkennungssystems weist vier Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt erfolgt eine Identifikation des Endgerätes. Zur eindeutigen Identifizierung eines jeden Endgerätes weist jedes Endgerät eine separate und unterscheidbare ID- Kennung auf. Diese ID ist z.B. durch einen am Endgerät angeordneten Barcode, QR-Code, ein RFID-Chip und/oder per NFC auslesbar. Im zweiten Verfahrensschritt erfolgt ein Erfassen der Ausgabeposition des Endgerätes. Die Ausgabeposition ist die geographische Position, an der ein Endgerät durch eine Ausgabevorrichtung ausgegeben wird. Die Ausgabeposition ist üblicherweise von der Endposition des Endgerätes verschieden, wobei die Endposition eines Endgerätes die (wahre) Position eines Endgerätes innerhalb eines Waldbrandfrüherkennungssystems bezeichnet.
Im dritten Verfahrensschritt erfolgt ein Zuordnen der Ausgabeposition zu einem identifizierten Endgerät. Durch Erfassung der Ausgabeposition und der Identifizierung eine jeden Endgerätes ist die Ausgabeposition eines jeden Endgerätes genau bestimmbar.
Im vierten Verfahrensschritt erfolgt ein Speichern von Daten aus der Ausgabeposition und der Identifikation des Endgerätes. Zusätzlich wird die Ausgabeposition eines jeden Endgerätes dem jeweiligen Endgerät zugeordnet. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher die Ausgabeposition eines jeden Endgerätes bekannt.
In einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Identifikation durch Auslesen eines Barcodes, QR-Code, eines RFID-Chips oder per NFC, wobei der Barcode und/oder die entsprechenden Chips am oder im Endgerät angeordnet sind. Das Auslesen erfolgt unmittelbar vor dem Ausgeben des Endgerätes.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird Ausgabeposition mittels GPS ermittelt. Mittels GPS ist die Ausgabeposition eines Endgerätes mit einem Fehler von weniger als 10 m bestimmbar. Zur Anwendung neben dem GPS können weitere frei verfügbare Satellitennavigationssysteme (GNSS = Global Navigation Satellite Systems) zur Bestimmung der Ausgabeposition genutzt werden, z.B. das russische GLONASS und/oder das GNSS Galileo der EU. In einer weiteren vorteilhaften Gestaltung der Erfindung werden die ballistischen Daten einer Ausgabe des Endgerätes ermittelt. In einer Weiterbildung der Erfindung umfassen die ballistischen Daten die Geschwindigkeit und/oder Bewegungsrichtung zum Zeitpunkt des Ausgebens der Endgeräte einer zur Ausgabe des Endgerätes verwendeten Ausgabevorrichtung. Weiterhin beinhalten die ballistischen Daten z.B. Ausgabeposition und -höhe sowie weitere Parameter wie Luftdruck, Luftfeuchte, Lufttemperatur, Windrichtung und -stärke. Die ballistischen Daten sind zumindest teilweise während der Bewegung der Ausgabevorrichtung bekannt und/oder werden während der Bewegung der Ausgabevorrichtung ermittelt.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden aus den ballistischen Daten und der Ausgabeposition eine Auftreffposition des Endgerätes ermittelt. Die Auftreffposition bezeichnet die Position des Endgerätes, an der das Endgerät nach dem Ausgeben des Endgerätes zum ersten Mal den Erdboden berührt und/oder sich in einer Pflanze verfängt. Die Auftreffposition des Endgerätes ist wie die Ausgabeposition des Endgerätes verschieden von der Endposition des Endgerätes. Die mittels der ballistischen Daten und der Ausgabeposition des Endgerätes ermittelte Auftreffposition des Endgerätes weicht von der Endposition des Endgerätes ab.
Für den Betrieb des Waldbrandfrüherkennungssystems ist die genaue Kenntnis der Endposition eines Endgerätes im Überwachungsgebiet unerheblich. Mittels einer flächendeckenden Ausgabe der Endgeräte wird eine derartige verstreute Verteilung der Endgeräte erreicht, dass die mittlere Verteilung von mindestens 2 Endgeräte / ha, bevorzugt mindestens 5 Endgeräte / ha und besonders bevorzugt mindestens 10 Endgeräte / ha beträgt. Es hat sich herausgestellt, dass eine derartige Verteilung der Endgeräte im Überwachungsgebiet ausreichend ist, um einen Waldbrand schon in der Frühphase seiner Entstehung, z.B. als Schwelbrand, zu erkennen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die aus den ballistischen
Daten und der Ausgabeposition ermittelte Auftreffposition mittels Daten aus Triangulationsmessungen mit anderen Endgeräten verifiziert. Zusätzlich kann die Auftreffposition mittels Daten aus Triangulationsmessungen mit anderen Endgeräten verifiziert werden, z.B. über Messungen der Laufzeit von elektromagnetischen Funksignalen.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird das Endgerät mittels einer Ausgabevorrichtung ausgeworfen und/oder fallengelassen. Die Ausgabevorrichtung ist vorzugsweise ein Teil eines Transportmittels wie beispielsweise ein Luftfahrzeug, z.B. ein Helikopter, Flugzeug, Luftschiff, Heißluftballon. Möglich ist auch die Verwendung von ballistischen Flugkörpern, z.B. Raketen. Die Ausgabevorrichtung kann aber auch Teil eines Wasser- oder Bodenfahrzeug sein, auch geländegängig ausgeführt, oder ein Hovercraft. Das Transportmittel der Ausgabevorrichtung kann bemannt oder unbemannt, automatisch und/oder autonom gesteuert und/oder aus der Ferne steuerbar sein.
In einer weiteren Gestaltung der Erfindung führt das Endgerät im Betrieb des Waldbrandfrüherkennungssystems neben der Kommunikation mit anderen Komponenten des Waldbrandfrüherkennungssystems Sensor-Funktionen und/oder Gateway-Funktionen aus.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das Endgerät ein Sensor zur Erkennung eines Waldbrandes und weist eine Sensoreinheit auf, die z.B. mittels optischer und/oder elektronischer Verfahren einen Waldbrand erkennt. Ein Waldbrand erzeugt neben starker Rauchbildung eine Vielzahl von Gasen, insbesondere Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Art und Konzentration dieser Gase sind bei einem Waldbrand charakteristisch und lassen sich mittels geeigneter Sensoren detektieren und analysieren. Die von der Sensoreinheit erfassten Signale werden hinsichtlich der Konzentration der Zusammensetzung der Gase analysiert. Außerdem kann mittels der Sensoreinheit die Temperatur der Umgebungsluft erfasst werden. Neben Art und Konzentration der bei einem Waldbrand entstehenden Gase ist deren Temperatur ein Indikator für einen Waldbrand. In Kombination der analysierten Konzentrationen der Zusammensetzung der Gase und/oder aus den analysierten Temperaturen wird auf das Entstehen und/oder Vorhandensein eines Waldbrandes geschlossen. Art, Zusammensetzung und Temperatur der bei einem Waldbrand entstehenden Gase lassen gerade auch auf das Entstehen eines Waldbrandes schließen.
LoRaWAN verwendet eine Stern-Netzwerkarchitektur, bei der alle Endgeräte über das jeweils am besten geeignete Gateway kommunizieren. Diese Gateways übernehmen das Routing und können, wenn sich mehr als ein Gateway in der Reichweite eines Endgerätes befindet, und das lokale Netzwerk überlastet ist, die Kommunikation auch auf eine Alternative umleiten.
Die Stern-Netzwerkarchitektur von LoRaWAN erlaubt den Endgeräten, sich über lange Zeiträume in den stromsparenden Ruhezustand zu versetzen und stellt dadurch sicher, dass die Batterie der Endgeräte so wenig wie möglich belastet wird und somit über mehrere Jahre ohne Batteriewechsel betrieben werden kann. Ein Gateway fungiert dabei als Brücke zwischen einfachen und für die Batterielebensdauer optimierten Protokollen (LoRa / LoRaWAN), welche sich besser für ressourcenbeschränkte Endgeräte eignen, und dem Internetprotokoll (IP), das zur Bereitstellung von loT-Diensten und Anwendungen eingesetzt wird. Nachdem das Gateway die Datenpakete, z.B. Messdaten, vom Endgerät über LoRa / LoRaWAN empfangen hat, sendet es diese über das Internetprotokoll (IP) an einen Netzwerk-Server, der wiederum über Schnittstellen zu loT-Plattformen und Applikationen verfügt.
Ein Endgerät kann auch derartig ausgeführt sein, dass es neben der Sensorfunktion zusätzlich Gateway-Funktionen ausführt. Das Waldbrandfrüherkennungssystem benötigt dann zum Betrieb nur eine einzige Komponente neben dem Netzwerkserver.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Ausgabeposition die Ausgabeposition selbst, die der Identifikation des Endgerätes zugeordnete Ausgabeposition, und/oder aus der Ausgabeposition ermittelte Daten. Neben der eigentlichen Ausgabeposition wird die Ausgabeposition einer Identifikation eines jedes einzelnen Endgerätes zugeordnet. Zusätzlich kann die Ausgabeposition auch die ballistischen Daten der Ausgabeposition umfassen. Alle diese genannten Daten werden gespeichert.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele de erfindungsgemäßen Endgerätes und dem erfindungsgemäßen Waldbrandfrüherkennungssystems sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 : Erfindungsgemäßes Waldbrandfrüherkennungssystem, Verbindung über
Satellit
Fig. 2 a: Erfindungsgemäßes Waldbrandfrüherkennungssystem, drei Ausgabelinien
Fig. 2 b: Verteilung der Endgeräte im Waldbrandfrüherkennungssystem, Abweichung Auftreffposition - Endposition
Fig. 3: Erfindungsgemäßes Endgerät
Fig. 4 a: Seitenansicht einer Bremsvorrichtung
Fig. 4 b: Draufsicht einer Bremsvorrichtung
Fig. 4 c: Seitenansicht einer Bremsvorrichtung
Fig. 5 a: Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform einer Bremsvorrichtung
Fig. 5 b: Draufsicht einer alternativen Ausführungsform einer Bremsvorrichtung
Fig. 5 c: Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform einer Bremsvorrichtung
Fig. 6 a: Vorrichtung zur Änderung der Orientierung eines Endgerätes und/oder Gateways Fig. 6 b: Alternative Ausführungsform einer Vorrichtung zur Änderung der Orientierung eines Endgerätes und/oder Gateways
Fig. 6 c: Alternative Ausführungsform einer Vorrichtung zur Änderung der äußeren Form eines Endgerätes und/oder Gateways
Fig. 7 a: Seitenansicht einer Auffangvorrichtung
Fig. 7 b: Draufsicht einer Auffangvorrichtung
Fig. 7 c: Draufsicht einer Auffangvorrichtung
Fig. 8 a: Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Auffangvorrichtung
Fig. 8 b: Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer Auffangvorrichtung
Fig. 9 a: Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Auffangvorrichtung, eingeklappt
Fig. 9 b: Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer Auffangvorrichtung, eingeklappt
Fig. 9 c: Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Auffangvorrichtung, ausgeklappt
Fig. 9 d: Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Auffangvorrichtung, ausgeklappt
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Waldbrandfrüherkennungssystems 100. In diesem Ausführungsbeispiel ist jedes Endgerät ED in einer Endposition EP auf dem Erdboden des Überwachungsgebietes W, in diesem und in allen weiteren Ausführungsbeispielen ein Wald, angeordnet, die Endgeräte ED können aber auch Endpositionen EP in einer Entfernung vom Erdboden aufweisen, indem sie mittels Auffangvorrichtungen 60 (s. Fig. 7, Fig. 8, Fig. 9) in den Pflanzen angeordnet sind. Die Endgeräte ED sind direkt mit einem Satelliten SAT verbunden und erfassen die Temperatur senden der Umgebungsluft. Wenn die erfasste Temperatur eine Schwelltemperatur überschreitet, sendet das betreffende Endgerät ED ID-Daten über den Satelliten SAT an den Server NS und detektiert somit einen Waldbrand. Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Waldbrandfrüherkennungssystems 100 im Überwachungsgebiet W und der darin angeordneten Endgeräte ED zeigt Fig. 2. Zur Installation des Waldbrandfrüherkennungssystems 100 wird eine Ausgabevorrichtung mit einer Vielzahl von Endgeräten ED beladen. Die Endgeräte ED werden mittels der Ausgabevorrichtung ausgegeben. Der Abwurf der Endgeräte ED erfolgt in Chargen (Fig. 2 a) derart, dass die Ausgabevorrichtung zwischen den einzelnen Abwürfen einer Charge eine gleiche Distanz zurücklegt. Die Ausgabeflugbahn der einzelnen Endgeräte ED einer Charge sind dabei unterschiedlich, die Endgeräte ED einer Charge weisen daher unterschiedliche Auftreffpositionen ATF auf. Die einzelnen Abwürfe können außerdem in mehreren Ausgabepositionen AP derart erfolgen, dass jeweils mehrere Ausgabepositionen AP entlang einer Abwurflinie L1 , L2, L3 (Fig. 2 a) liegen. So weist die Abwurflinie L1 eine Mehrzahl von Ausgabepositionen AP jeweils einer Charge von Endgeräten ED auf, ebenso jeweils die Abwurflinien L2 und L3. Auf diese Weise wird eine großflächige Verteilung der Endgeräte ED erreicht.
Bei jedem der mehrfachen Abwürfe an einer Abwurfposition AP wird eine Charge von neun Endgeräten ED abgeworfen. Die Chargen weisen mehr als zwei, bevorzugt mehr als fünf und besonders bevorzugt mehr als zehn Endgeräten ED derart auf, dass der Abwurf flächendeckend erfolgt, m.a.W. das installierte Waldbrandfrüherkennungssystem 100 weist in möglichst regelmäßigen räumlichen Abständen zueinander Endgeräte ED auf (Fig. 2 b).
Für eine korrekte Funktion des Waldbrandfrüherkennungssystems 100 ist die Kenntnis der Endposition EP des Endgerätes ED innerhalb des Waldbrandfrüherkennungssystems 100 wichtig. Im einfachsten Fall weist das Endgerät ED selbst ein GNSS-System auf und übermittelt seine Endposition EP im Waldbrandfrüherkennungssystem 100 an den Internetnetzwerkserver NS. Das GPS-System benötigt allerdings elektrische Energie und kann ausfallen, insbesondere während des Auswerfens und dem Auftreffen des Endgerätes ED auf dem Erdboden. Daher erfolgt die Bestimmung und Berechnung der Auftreffposition ATF des Endgerätes ED innerhalb des Waldbrandfrüherkennungssystems 100. Die Auftreffposition ATF ist unterschiedlich zur (wahren) Endposition EP des Endgerätes ED, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Positionsbestimmung eines Endgerätes ED im Gegensatz zur Auftreffposition ATF eines Endgerätes ED nicht ermittelt wird. Die Endposition EP weist gegenüber der Auftreffposition ATF des Endgerätes ED eine Abweichung auf.
Für den Betrieb des Waldbrandfrüherkennungssystems 100 ist die genaue Kenntnis der Endposition EP eines Endgerätes ED im Überwachungsgebiet W unerheblich. Mittels der flächendeckenden Ausgabe der Endgeräte ED durch die Ausgabevorrichtung 10 wird eine derartige verstreute Verteilung der Endgeräte ED erreicht, dass eine mittlere Verteilung von mindestens 2 Endgeräte ED / ha, bevorzugt mindestens 5 Endgeräte ED / ha und besonders bevorzugt mindestens 10 Endgeräte ED / ha beträgt. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die mittlere Verteilung der Endgeräte ED 9 / ha. Es hat sich herausgestellt, dass eine derartige Verteilung der Endgeräte ED im Überwachungsgebiet W ausreichend ist, um einen Waldbrand schon in der Frühphase seiner Entstehung, z.B. als Schwelbrand, zu erkennen.
Jedes im Reservoir gelagerte Endgerät ED weist eine eindeutige Kennung (ID) auf. Jede ID eines jeden Endgerätes ED ist auf dem Netzwerkserver NS gespeichert. Zur Positionsbestimmung eines Endgerätes ED nach Erreichen der Endposition des Endgerätes ED wird zunächst das Endgerät ED eindeutig identifiziert. Dies erfolgt durch Auslesen eines auf dem Endgerät ED angeordneten Barcodes oder QR-Codes. Das Endgerät ED kann auch einen RFID-Chip aufweisen, dessen Kennung mittels eines Lesegerätes basierend auf Near Field Communication (NFC) ausgelesen wird.
Beim Auswurf des Endgerätes ED wird die Ausgabeposition AP bestimmt. Die Position des Transportmittels 1 wird üblicherweise ständig erfasst, auch um die Bewegung des Transportmittels 1 zu steuern. Zum Zeitpunkt des Auswerfens des Endgerätes ED wird deren Ausgabeposition AP mittels eines in dem Transportmittel 1 angeordneten GNSS- Systems ermittelt, und dem jeweiligen Endgerät ED zugeordnet. Ausgabeposition AP und zugeordnete Identifikation des Endgerätes ED werden gespeichert.
Die Bestimmung und Berechnung der Auftreffposition ATF eines Endgerätes ED erfolgt mittels der ballistischen Daten während des Zeitpunktes des Ausgebens des Endgerätes ED. Die ballistischen Daten beinhalten z.B. Bewegungsrichtung, Abwurfposition und -höhe, Geschwindigkeit der Ausgabevorrichtung 10 und der Endgeräte ED zum Zeitpunkt des Ausgebens der Endgeräte ED sowie weitere Parameter wie Luftdruck, Luftfeuchte, Lufttemperatur, Windrichtung und -stärke. Die ballistischen Daten sind zumindest teilweise während der Bewegung des Transportmittels 1 bekannt und von der Datenbank eingelesen und/oder werden während der Bewegung des Transportmittels 1 z.B. mittels des Positionsbestimmungssystems des Transportmittels 1 ermittelt.
Das Endgerät ED sendet nach Erreichen der Endposition des Endgerätes ED ein ID-Signal an den zentralen Server NS, auf dem die Endposition zusammen mit der ID des jeweiligen Endgerätes ED gespeichert wird.
Im Betrieb des Waldbrandfrüherkennungssystems 100 sendet ein Endgerät ED in regelmäßigen zeitlichen Abständen eine Statusmeldung an den Server NS, wobei die Statusmeldung nur die Daten zur Identifikation (ID-Daten) des Endgerätes ED umfassen. Dieses Versenden der ID-Status-Meldung erfordert nur maximal die Hälfte der im Energiespeicher E des Endgerätes ED (s. Fig. 3) gespeicherten Energie. Damit ist gewährleistet, dass der Energiespeicher E des Endgerätes ED noch ausreichend Energiereserven aufweist, um im Falle eines auftretenden Waldbrandes eine Warnmeldung an den Server NS zu versenden.
Das Waldbrandfrüherkennungssystem 100 kann anstatt einer Satellitenkommunikation (s. Fig. 1 ) ein in einem Wald W angeordnetes Mesh-Gateway-Netzwerk aufweisen, das die Technologie eines LoRaWAN- Netzwerks nutzt. Das Waldbrandfrüherkennungssystems 100 dann weist eine Vielzahl von Endgeräten ED auf, die über eine Single-Hop-Verbindung FSK mit Gateways verbunden sind. Die Gateways sind untereinander verbunden sowie teilweise mit Grenz-Gateways. Die Grenz-Gateways sind mit dem Internetnetzwerkserver NS verbunden, entweder über eine drahtgebundene Verbindung WN oder über eine drahtlose Verbindung mittels Internetprotokoll IP. Das LoRaWAN- Netzwerk weist eine sternförmige Architektur auf, in der mittels Gateways Nachrichtenpakete zwischen den die Sensoren zur Erkennung eines Waldbrandes aufweisenden Endgeräte ED und einem zentralen Internetnetzwerkserver NS ausgetauscht werden. Die Endgeräte ED können auch wie ein Gateway dessen Funktionen ausführen.
Figur 3 zeigt schematisch den Aufbau der im Waldbrandfrüherkennungssystem 100 angeordneten Endgeräte ED. Das Endgerät ED weist die Kommunikationsvorrichtung K, die Energieversorgung E und den Sensor S auf. Ein jedes im Waldbrandfrüherkennungssystem 100 angeordnete Endgerät ED hat eine separate, d.h. eindeutige ID, mittels der das jeweilige Endgerät ED eindeutig identifizierbar ist.
Das Endgerät ED ist ein Sensor zur Erkennung eines Waldbrandes. Um das Endgerät ED auch in unwirtlichen und insbesondere ruralen Gegenden fernab von Energieversorgung installieren und betreiben zu können, ist das Endgerät ED mit einer autarken Energieversorgung E ausgestattet. In diesen Ausführungsbeispiel ist Energieversorgung E und der Sensor S zur Erfassung der Temperatur der Umgebungsluft in einem Gerät kombiniert. Dazu ist in dem Endgerät ED eine Bimetall-Lamelle und ein Piezoelement angeordnet. Eine Bimetall-Lamelle weist zwei übereinander liegenden Schichten unterschiedlicher Metalle auf. Die beiden Schichten sind miteinander stoffschlüssig oder durch formschlüssiges Material verbunden. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der verwendeten Metalle dehnt sich eine der Schichten stärker aus als die andere, wodurch sich die Bimetall-Lamelle bei Temperaturänderungen biegt. Die Energiekonversionsvorrichtung ist ein Piezo-Element und/oder ein elektret-basierter kapazitiver Konverter. Diese Deformation der Bimetall-Lamelle aufgrund thermischer Einwirkung wird von einem piezoelektrischen Material in elektrische Energie umgewandelt, die verformt oder erschüttert wird, wenn sich die Bimetall-Lamelle krümmt. Ein Piezo- Element erzeugt bei Krafteinwirkung durch Druck oder Vibration elektrische Spannung, nutzen also in der Umgebung vorhandene Bewegungsenergie. Die Ausgangsleistung wird maßgeblich durch die mechanische Deformation der Biegestruktur bestimmt. Je größer die Auslenkung, desto größer sind die generierte Ladung und Leistung. Die Bimetall-Lamelle weist dabei eine Sprungtemperatur auf, bei der die Bimetall-Lamelle von einem ersten Rastzustand in einen zweiten Rastzustand übergeht. Die Sprungtemperatur der Bimetall- Lamelle, hier 80°C, ist vorteilhafterweise die Schwelltemperatur, bei der das Endgerät ED einen Waldbrand detektiert. Beim Übergang erzeugt die Bimetall-Lamelle elektrische Energie, die beispielsweise auch zum Versand der Kommunikationseinheit K einer Warnmeldung über den Satelliten SAT an den Server NS zeitlich unmittelbar vor dem Versand der Warnmeldung erzeugt wird. Die Warnmeldung umfasst die ID-Daten des Endgerätes ED. Der Server NS erhält also nur die Information, bei welchem Endgerät ED innerhalb des Waldbrandfrüherkennungssystems 100 die Schwelltemperatur überschritten wurde.
Optional kann die bei der Sprungtemperatur erzeugte elektrische Energie in einem Superkondensator gespeichert werden. Die gespeicherte elektrische Energie kann genutzt werden, um neben den ID-Daten des Endgerätes ED weitere Daten, wie z.B. die Temperatur und erfasste Daten von ggf. im Endgerät ED angeordneten weiteren Sensoren S, an den Server NS zu versenden.
Etwas aufwändiger und kostenintensiver, aber eine sehr lange Lebensdauer des Endgerätes ED bietende Energieversorgung E ist der Einsatz von Solarzellen. Neben der Energiekonversion durch die Solarzelle ist zusätzlich ein Speicher sowie eine Leistungselektronik im Endgerät ED angeordnet. Die Energieversorgung E kann auch ein Superkondensator sein, zur Anwendung kann aber auch im einfachsten Fall eine Batterie kommen, die auch wiederaufladbar gestaltet sein kann. Das Endgerät ED verfügt dann über eine kontinuierliche Energieversorgung E, mit der das Endgerät ED in der Lage ist, in regelmäßigen zeitlichen Abständen, hier alle 24 h, eine Statusmeldung zum Anzeigen der Funktionsfähigkeit des Endgerätes ED an den Server NS zu versenden. Die Statusmeldung weist lediglich die ID-Daten des Endgerätes ED auf, nicht dessen Endposition EP innerhalb des Waldbrandfrüherkennungssystems 100. Die Endposition EP eines Endgerätes ED ist wie dargelegt nicht genau bekannt.
Außerdem kann ein Endgerät ED weitere Sensoren S aufweisen. Die Sensoreinheit S kann auch zweistufig ausgeführt sein und eine Mehrzahl von Sensoren zur Erkennung eines Waldbrandes aufweisen. Ein Waldbrand erzeugt neben starker Rauchbildung eine Vielzahl von Gasen, insbesondere Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Art und Konzentration dieser Gase sind bei einem Waldbrand charakteristisch und lassen sich mittels geeigneter Sensoren detektieren und analysieren. Die von der Sensoreinheit S erfassten Signale werden hinsichtlich der Konzentration der Zusammensetzung der Gase analysiert. Bei Überschreiten einer Konzentration der Gase wird ein Waldbrand detektiert.
Außerdem kann mittels der Sensoreinheit S die Temperatur der Gase analysiert werden. Neben Art und Konzentration der bei einem Waldbrand entstehenden Gase ist deren Temperatur ein Indikator für einen Waldbrand. In Kombination der analysierten Konzentrationen der Zusammensetzung der Gase und/oder aus den analysierten Temperaturen wird auf das Entstehen und/oder Vorhandensein eines Waldbrandes geschlossen. Art, Zusammensetzung und Temperatur der bei einem Waldbrand entstehenden Gase lassen gerade auch auf das Entstehen eines Waldbrandes schließen. Damit ist es möglich, einen entstehenden Waldbrand zu erfassen und dessen Bekämpfung frühzeitig einzuleiten.
Mittels der Kommunikationsvorrichtung K werden Mitteilungen des Endgerätes ED, insbesondere Messdaten und das ID-Signal, als Datenpaket drahtlos an einen Satelliten SAT oder eine Mehrzahl an Satelliten SAT oder Im Falle der Verwendung eines LoRaWAN mittels einer Single-Hop-Verbindung über LoRa (Zirpenfrequenzspreizungsmodulation) oder Frequenzmodulation an ein Gateway G versendet. Die Kommunikationsvorrichtung K weist lediglich eine Sendevorrichtung auf, das Endgerät ED kann über die Kommunikationsvorrichtung K daher keine Daten empfangen. Das Endgerät ED ist daher leichter, einfacher und kostengünstiger ausgelegt, außerdem ist dessen Stromverbrauch vermindert. Das Endgerät ED weist eine Masse von weniger als 500g, bevorzugt weniger 250g und besonders bevorzugt weniger 200g auf. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Masse des Endgerätes ED 50g.
Ein Ausführungsbeispiel einer an einem Endgerät ED angeordneter Bremsvorrichtung 30 zeigt Fig. 4. Das Endgerät ED weist einen Flügel T1 in Form einer Tragfläche (Fig. 4 c) derart auf, dass der Masseschwerpunkt des Endgerätes ED mit Bremsvorrichtung 30 nicht in dessen geometrischem Mittelpunkt angeordnet ist (Fig. 4 a, b). Das Endgerät ED mit angeordneter Bremsvorrichtung 30 weist daher unterschiedliche cW-Werte in unterschiedliche Raumrichtungen auf.
Nach der Ausgabe des Endgerätes ED mit angeordneter Bremsvorrichtung 30 bewegt es sich mit zunehmender Geschwindigkeit infolge der Schwerkraft in Richtung Erdboden. Im Flug legt sich Endgerät ED mit angeordneter Bremsvorrichtung 30 flach und geht in eine Drehung um eine durch das Endgerät ED verlaufende Achse über. Diese Autorotation erfolgt so, dass das Endgerät ED innen und der einseitige Flügel T1 außen liegt. Die Autorotation ermöglicht es dem Endgerät ED, die Flügelfläche optimal dem Luftstrom auszusetzen und dadurch die Sinkgeschwindigkeit zu vermindern. Durch die Autorotation des Flügels T 1 mit der Flügelfläche um die senkrechte Achse wird die Schraubenkreisfläche erzeugt. Diese Schraubenkreisfläche wird von unten nach oben mit Luft durchströmt.
Aufgrund der Bremsvorrichtung 30 wird also nicht nur die Fallgeschwindigkeit des Endgerätes ED und die somit Gefahr von Beschädigungen von Endgerät ED verringert, sondern auch die Flugrichtung des Endgerätes ED in Bezug zur Bewegungsrichtung des Transportmittels 1 verändert, z.B. durch die vorherrschende Luftrichtung (Windrichtung). Die Verteilung der in Chargen ausgeworfenen Mehrzahl von Endgerätes ED innerhalb des Waldbrandfrüherkennungssystems 100 über einen größeren Flächenbereich wird so gewährleistet.
Fig. 5 zeigt eine Variante des vorigen Ausführungsbeispiels (s. Fig. 4). Das Endgerät ED weist die Bremsvorrichtung 30 mit zwei T ragflächen T1 , T2 auf, wobei die Fläche der beiden T ragflächen T1 , T2 zueinander unterschiedlich ist. Die T ragflächen T1 , T2 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten des Endgerätes ED angeordnet (Fig. 5 a, b), ihre Querschnitte weisen zueinander einen Winkel auf (Fig. 5 c). Nach Abwurf des Endgerätes ED mit angeordneter Bremsvorrichtung 30 wird das Endgerät ED ebenfalls in Rotation versetzt, die Fallgeschwindigkeit und damit die Gefahr von Beschädigungen des Endgerätes ED werden vermindert.
Ausführungsbeispiele von am Endgerät ED angeordneten Vorrichtungen zur Veränderung der äußeren Form 40 sowie am Endgerät ED angeordneten Vorrichtungen zur Veränderung der Orientierung 50 zeigt Fig. 6. Eine einfache aber wirkungsvolle Methode zur Änderung der Orientierung während des Flugs und/oder Falls des Endgerätes ED nach dessen Abwurf ist eine Anordnung des Masseschwerpunktes SP nicht im geometrischen Mittelpunkt des kugelförmigen Endgerätes ED, sondern davon entfernt (Fig. 6 a). Der Luftwiderstand des Endgerätes ED wird daher während des Flugs und/oder Falls verändert. Das Endgerät ED gerät dadurch während seines Flugs und/oder Falls in Trudeln und verändert so seine Richtung in Bezug zur Bewegungsrichtung des Transportmittels 1 , wodurch die Verteilung der in Chargen ausgeworfenen Mehrzahl von Endgerätes ED innerhalb des Waldbrandfrüherkennungssystems 100 über einen größeren Flächenbereich erreicht wird.
Eine weitere Methode zur Änderung der Orientierung während des Flugs und/oder Falls des Endgerätes ED nach dessen Abwurf ist die äußere Formgebung des Endgerätes ED in eine äußere Form, die nicht kugelförmig ist (Fig. 6 b). Auch dieses Endgerät ED gerät dadurch während seines Flugs und/oder Falls in Trudeln und verändert so seine Richtung in Bezug zur Bewegungsrichtung des Transportmittels 1. Durch Anordnung eines Fallschirmes als Bremsvorrichtung 30 und zugleich Vorrichtung zur Veränderung der äußeren Form 40 am Endgerät ED (Fig. 6 c) werden mehrere Effekte erzielt. Der Fallschirm 30, 40 ist üblicherweise um das Endgerät ED gewickelt und öffnet sich unmittelbar nach dem Abwurf des Endgerätes ED. Der Fallschirm 30, 40 erhöht den Luftwiderstand während des Flugs und/oder Falls des Endgerätes ED des Endgerätes ED derart, dass die Fallgeschwindigkeit von Endgerät ED so verringert ist, dass die Gefahr einer Beschädigung von Endgerät ED beim Aufprall auf den Boden verringert ist.
Gleichzeitig wird der Luftwiderstand des Endgerätes ED während seines Flugs und/oder Falls derart erhöht, dass das Endgerät ED durch die vorherrschende Luftrichtung (Windrichtung) erfasst wird. Die Verteilung der in Chargen ausgeworfenen Mehrzahl von Endgerätes ED innerhalb des Waldbrandfrüherkennungssystems 100 über einen größeren Flächenbereich wird so ermöglicht.
Zusätzlich kann der Fallschirm 30, 40 als Auffangvorrichtung 60 dienen. Der Fallschirm 30, 40 ist dazu geeignet, sich in einer Pflanze, z.B in der Krone eines Baumes, zu verfangen. Das Endgerät ED ist dann innerhalb des Waldbrandfrüherkennungssystems 100 derart angeordnet, dass das Endgerät ED einen Abstand zum Erdboden aufweist. Die Gefahr nachträglicher Beschädigungen des Endgerätes ED durch z.B. Tiere und/oder Vandalismus wird so verringert.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Auffangvorrichtung 60 zeigt Fig. 7. Das Endgerät ED weist eine Kugelform auf, die Auffangvorrichtung 60 ist auf der Kugeloberfläche befestigt (Fig. 7 a). Die Auffangvorrichtung 60 weist drei Arme auf, die jeweils an einem Ende eine massive Kugel aufweisen (Fig. 7 b, c). Die Auffangvorrichtung 60 ist dazu geeignet, sich in einer Pflanze zu verfangen, indem sich die Kugeln in Ästen von z.B. Bäumen verhaken. Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Auffangvorrichtung 60, die als Netz ausgebildet ist. Das Endgerät ED weist ebenfalls eine Kugelform auf, die Auffangvorrichtung 60 ist auf der Kugeloberfläche befestigt (Fig. 8 a). Das Netz 60 weist eine sechseckige äußere Form auf (Fig. 8 b), wobei die Maschen des Netzes 60 geeignet sind, sich in Pflanzen zu verfangen. Das Netz 60 ist vor dessen Abwurf um das Endgerät ED gewickelt und öffnet sich unmittelbar nach dem Abwurf des Endgerätes ED. Zusätzlich wird der Luftwiderstand des Endgerätes ED während seines Flugs und/oder Falls erhöht und somit die Flug- bzw. Fallgeschwindigkeit des Endgerätes ED vermindert.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Auffangvorrichtung 60 zeigt Fig. 9. Die Auffangvorrichtung 60 weist einen ein Entfaltungs- und/oder Klappmechanismus auf. Das Endgerät ED ist ebenfalls als Kugel ausgeführt. Die Auffangvorrichtung 60 ist bei Lagerung des Endgerätes ED im Reservoir des Transportmittels 1 vor dem Abwurf des Endgerätes ED eingeklappt (Fig. 9 a, b) und nicht funktionstüchtig. Nach dem Abwurf des Endgerätes ED klappt der Entfaltungs- und/oder Klappmechanismus die Auffangvorrichtung 60 derart aus (Fig. 9 c), dass sich die jeweiligen Enden der Auffangvorrichtung 60, die hakenförmig ausgeführt sind, in einer Pflanze verfangen können. Die Auffangvorrichtung 60 ist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls derart ausgebildet, dass die ausgeklappte Auffangvorrichtung 60 (Fig. 9 d) den Luftwiderstand des Endgerätes ED während seines Fluges und/oder Falls erhöht und somit die Flug- bzw. Fallgeschwindigkeit des Endgerätes ED vermindert.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Transportmittel / Fahrzeug
10 Ausgabevorrichtung
21, 22, 23, 24, 25, 26, Ausstoßvorrichtung
27
AP Ausgabeposition
ATF Auftreffposition
EP Endposition
ED Endgerät
G Gateway
K Kommunikationsvorrichtung
E Energieversorgung
S Sensoreinheit
30 Bremsvorrichtung
40 Vorrichtung zur Veränderung der äußeren Form
50 Vorrichtung zur Veränderung der Orientierung
60 Auffangvorrichtung
70 Waidbrandfrüherkennungssystem-Installationsvorrichtung
T1, T2 T ragfläche
SP Masseschwerpunkt
L1, L2, L3, L4, L5 Abwurflinie
SAT Satellit
FSK Frequenzmodulation
IP Internetprotokoll
MHF Multi-Hub-Funknetzwerk
NS I n te rn etn etzwe rkse rve r
W Überwachungsgebiet
WN Drahtgebundene Verbindung
BGD Grenz-Gateway 100 Waldbrandfrüherkennungs- und/oder
Waldbrandgefahrenüberwachungssystem

Claims

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PAT E N TA N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum Betrieb eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) mit den Verfahrensschritten
• Erfassen einer Temperatur durch ein Endgerät (ED)
• Senden von ID-Daten von dem Endgerät (ED) an einen Server (NS), wobei die Position des Endgerätes (ED) unbekannt ist.
2. Verfahren zum Betrieb eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste Temperatur mit einer Schwelltemperatur verglichen wird.
3. Verfahren zum Betrieb eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Senden der ID-Daten erfolgt, wenn die erfasste Temperatur die Schwelltemperatur überschreitet.
4. Verfahren zum Betrieb eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Endgerätes (ED) unbekannt bleibt.
5. Verfahren zum Betrieb eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikation vom Endgerät (ED) zum Server (NS) über eine Satellitenverbindung erfolgt. 39
6. Verfahren zum Betrieb eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Endgeräten (ED) in einem Überwachungsgebiet (W) verstreut sind.
7. Verfahren zum Betrieb eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die genaue Position der Endgeräte (ED) durch Elemente des
Waldbrandfrüherkennungssystems (100) unbestimmbar ist.
8. Verfahren zum Betrieb eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die ID-Daten Teil einer Statusmeldung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Endgeräte (ED) und/oder Teil einer Warnmeldung sind.
9. Verfahren zum Betrieb eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Endgeräte (ED) in regelmäßigen Abständen Statusmeldungen an den Server (NS) senden.
10. Verfahren zum Betrieb eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach
Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Statusmeldungen ausschließlich Daten zur Identifikation des Endgerätes (ED) umfassen.
11. Verfahren zum Betrieb eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach
Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass 40 das Senden der ID-Statusmeldungen maximal die Hälfte der im Endgerät (ED) gespeicherten Energie verbraucht. Verfahren zum Betrieb eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Energie für den Versand einer Warnmeldung unmittelbar vor dem Versand der Warnmeldung generiert wird. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) mit
• einer autarken Energieversorgung (E),
• einer Kommunikationsvorrichtung (K) und
• einer Flugsteuerungsvorrichtung (30), die dafür vorgesehen und geeignet ist die Fallgeschwindigkeit des Endgerätes (ED) und/oder die Flugrichtung zu verändern. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugsteuerungsvorrichtung (30) eine Bremsvorrichtung ist. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der cW-Wert des Endgerätes (ED) in zwei unterschiedlichen Richtungen unterschiedlich ist. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungs- und/oder Waldbrandgefahrüberwachungssystems (100) nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung (30) dafür vorgesehen und dazu geeignet ist, den Luftwiderstand des Endgerätes (ED) zu verändern. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung (30) einen Mechanismus aufweist, der dafür vorgesehen und dazu geeignet ist, die Orientierung des Endgerätes (ED) zu einer Flugrichtung des Endgerätes (ED) zu verändern. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung (30) einen Mechanismus aufweist, der dafür vorgesehen und dazu geeignet ist, die Flugrichtung des Endgerätes (ED) zu verändern. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung (30) einen Mechanismus aufweist, der dafür vorgesehen und dazu geeignet ist, die Fallgeschwindigkeit und/oder die Fluggeschwindigkeit des Endgerätes (ED) während eines Fluges und/oder Falls des Endgerätes (ED) abzubremsen. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung (30) einen Mechanismus aufweist, der dafür vorgesehen und dazu geeignet ist, sich in einer Pflanze zu verfangen. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung (30) einen Fallschirm, einen Flügel, eine Seilvorrichtung und/oder ein Netz aufweist.
22. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flugsteuerungsvorrichtung (30) eine Vorrichtung (40) zur Veränderung der äußeren Form des Endgerätes (ED) ist.
23. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach Anspruch 22 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (40) zur Veränderung der äußeren Form dafür vorgesehen und dafür geeignet ist, den Luftwiderstand des Endgerätes (ED) zu verändern.
24. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach Anspruch 23 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (40) zur Veränderung der äußeren Form dafür vorgesehen und dafür geeignet ist, die Fallgeschwindigkeit des Endgerätes (ED) in freien Fall zu verringern.
25. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 24 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (40) zur Veränderung der äußeren Form dafür vorgesehen und dafür geeignet ist, die Orientierung des Endgerätes (ED) in einem freien Fall zu verändern.
26. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der Ansprüche 22 bis 25 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (40) zur Veränderung der äußeren Form einen Klapp- und/oder Entfaltungsmechanismus aufweist.
27. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach Anspruch 26 dadurch gekennzeichnet, dass der Klapp- und/oder Entfaltungsmechanismus einen Fallschirm, Flügel, ein Netz oder eine Seilvorrichtung aufweist. 43 Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 27 dadurch gekennzeichnet, dass die Flugsteuerungsvorrichtung eine Vorrichtung (50) zur Veränderung der Orientierung des Endgerätes (ED) in einem freien Fall ist. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach Anspruch 28 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (50) zur Veränderung der Orientierung des Endgerätes (ED) in einem freien Fall dafür vorgesehen und dafür geeignet ist, den Luftwiderstand des Endgerätes (ED) zu verändern. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach Anspruch 29 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (50) zur Veränderung der Orientierung des Endgerätes (ED) in einem freien Fall dafür vorgesehen und dafür geeignet ist, die Fallgeschwindigkeit des Endgerätes (ED) in freien Fall zu verringern. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der Ansprüche 28 bis 30 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (50) zur Veränderung der Orientierung des Endgerätes (ED) in einem freien Fall dafür vorgesehen und dafür geeignet ist, die äußere Form des Endgerätes (ED) und/oder Gateways zu verändern. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der Ansprüche 28 bis 31 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (50) zur Veränderung der Orientierung des Endgerätes (ED) in einem freien Fall einen Klapp- und/oder Entfaltungsmechanismus aufweist. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach Anspruch 32 44 dadurch gekennzeichnet, dass der Klapp- und/oder Entfaltungsmechanismus einen Fallschirm, Flügel, ein Netz oder eine Seilvorrichtung aufweist. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der Ansprüche 16 bis 33 dadurch gekennzeichnet, dass die die Flugsteuerungsvorrichtung eine Auffangvorrichtung (60) ist, die dafür vorgesehen und dafür geeignet ist, sich in einer Pflanze zu verfangen. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach Anspruch 34 dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangvorrichtung (60) einen Klapp- und/oder Entfaltungsmechanismus aufweist. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach Anspruch 35 dadurch gekennzeichnet, dass der Klapp- und/oder Entfaltungsmechanismus einen Fallschirm, Flügel, ein Netz oder eine Seilvorrichtung aufweist. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der Ansprüche 34 bis 36 dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangvorrichtung (60) dafür vorgesehen und dafür geeignet ist, den Luftwiderstand des Endgerätes (ED) zu verändern. Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach Anspruch 37 dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangvorrichtung (60) dafür vorgesehen und dafür geeignet ist, die Fallgeschwindigkeit des Endgerätes (ED) in freien Fall zu verringern. 45 Endgerät (ED) eines Waldbrandfrüherkennungssystems (100) nach einem oder mehreren der Ansprüche 34 bis 38 dadurch gekennzeichnet, dass die Auffangvorrichtung (60) dafür vorgesehen und dafür geeignet ist, die äußere Form des Endgerätes (ED) zu verändern.
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