WO2020077376A1 - Verfahren zur bestimmung der kontamination oder beeinträchtigung von personen durch schadstoffe - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Kontamination oder Beeinträchtigung von Personen durch Schadstoffe, a) wobei mittels einer Anzahl von innerhalb eines vorgegebenen örtlich begrenzten Bereichs (R1,..., R4) angeordneten für die jeweiligen Schadstoffe sensitiven Sensoren (S1,..., S15) jeweils ein Schadstoffwert (n; n1,..., n4) zu vorgegebenen Zeitpunkten ermittelt wird, b) wobei aufgrund der so ermittelten Schadstoffwerte (n; n1,..., n4) sowie der Position und Zeit ihrer Ermittlung eine Ausbreitungsrechnung durchgeführt wird, sodass für einzelne Positionen und Zeitpunkte innerhalb des vorgegebenen örtlich begrenzten Bereichs (R1,..., R4) jeweils ein Schadstoffwert zur Verfügung steht, c) wobei zumindest eine Person innerhalb des örtlich begrenzten Bereichs zu einzelnen Zeitpunkten lokalisiert wird und derart für diese Zeitpunkte eine Positionsinformation für die Person erstellt wird, und d) wobei aufgrund der Positionsinformation und der ermittelten Schadstoffwerte (n; n1,..., n4) jeweils die Schadstoffbelastung der Person an ihrer jeweiligen Position über die Zeit ermittelt wird.
Description
Verfahren zur Bestimmung der Kontamination oder
Beeinträchtigung von Personen durch Schadstoffe
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie ein System zur Bestimmung der Kontamination oder Beeinträchtigung von Personen durch Schadstoffe gemäß Patentanspruch 1 bzw. 10.
Die Messung sicherheitskritischer Parameter wie z.B. biologischer, chemischer oder radioaktiver Umgebungsvariablen ist derzeit nur in wenigen Fällen personenbezogen oder objektbezogen durchführbar. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass Personen beispielsweise zur Ermittlung radioaktiver Umgebungsvariablen, Sensoren bei sich tragen. Derartige am Körper getragene Sensoren sind hinsichtlich ihres Einsatzes allerdings limitiert, da größere oder schwerere Sensoren, die für die Messung komplexerer Umgebungsvariablen erforderlich wären, nicht einsetzbar sind. Einfach messbare Umgebungsvariablen wie beispielsweise die radioaktive Belastung einer Person werden typischerweise für jede Person einzeln manuell a posteriori z.B. nach einer beendeten Schicht ausgewertet. Die am Körper getragenen Sensoren sind darüber hinaus zusätzliches Equipment, das die Person tragen muss. Dadurch sind bisher eine Echtzeitüberwachung von sicherheitsrelevanten Umgebungsvariablen und somit der Sicherheit von Personen und das Ergreifen von präventiven bzw. vorausschauenden Maßnahmen nur sehr eingeschränkt möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, diesbezüglich Abhilfe zu schaffen und eine Echtzeitüberwachung der Kontamination oder Beeinträchtigung von Personen durch eine Vielzahl biologischer, chemischer oder radioaktiver Schadstoffe zu ermöglichen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Bestimmung der Kontamination oder Beeinträchtigung von Personen durch Schadstoffe, wobei
a) mittels einer Anzahl von innerhalb eines vorgegebenen örtlich begrenzten Bereichs angeordneten für die jeweiligen Schadstoffe sensitiven Sensoren jeweils ein
Schadstoffwert zu vorgegebenen Zeitpunkten ermittelt wird,
b) aufgrund der so ermittelten Schadstoffwerte sowie der Position und Zeit ihrer Ermittlung eine Ausbreitungsrechnung durchgeführt wird, sodass für einzelne Positionen und Zeitpunkte innerhalb des vorgegebenen örtlich begrenzten Bereichs jeweils ein Schadstoffwert zur Verfügung steht,
c) zumindest eine Person innerhalb des örtlich begrenzten Bereichs zu einzelnen Zeitpunkten lokalisiert wird und derart für diese Zeitpunkte eine Positionsinformation für die Person erstellt wird, und
d) aufgrund der Positionsinformation und der ermittelten Schadstoffwerte jeweils die Schadstoffbelastung der Person an ihrer jeweiligen Position über die Zeit ermittelt wird.
Durch die Verwendung von an geeigneten Orten z.B. fest oder mobil angeordneten physischen Sensoren sowie verschiedenen numerischen Verfahren kann auf die Schadstoffbelastung am Ort einzelner Personen geschlossen werden, als ob die Person einen virtuellen Sensor mit sich geführt hätte. Damit ist es möglich, die Schadstoffbelastung einzelner Personen zu erfassen ohne dabei auf Sensoren zurückzugreifen. Dies erweitert den Einsatzbereich von zu überwachenden sicherheitskritischen Umgebungsvariablen erheblich, da auch jene gemessen werden können, deren Messung große oder schwere Sensoren für eine aussagekräftige Information erfordern würden, wie dies insbesondere bei chemischen oder biologischen Verunreinigungen der Fall ist. Um die für die jeweiligen Schadstoffe sensitiven Sensoren beispielsweise in der umliegenden Infrastruktur integrieren zu können, kann vorgesehen sein, dass in Schritt a) die Schadstoffbelastung mittels Sensoren, insbesondere Sensorboxen, die räumlich verteilt stationär angeordnet sind, ermittelt wird. Um die Position der für die jeweiligen Schadstoffe sensitiven Sensoren innerhalb des vorgegebenen örtlich begrenzten Bereichs frei wählen zu können, kann vorgesehen sein, dass in Schritt a) die Schadstoffbelastung mittels mobiler Sensoren ermittelt wird, wobei die aktuelle Position der Sensoren laufend festgestellt wird.. Durch diese stationär oder mobil innerhalb des vorgegebenen örtlich begrenzten Bereichs angeordneten Sensoren können Umgebungsvariablen mit höherer Präzision in deren direkten Umkreis gemessen werden, als dies beispielsweise bei Sensoren der Fall ist, die von einer Person mitgeführt werden. Um die an einer Position innerhalb des vorgegebenen örtlich begrenzten Bereichs vorherrschende Schadstoffbelastung zuverlässig angeben zu können, kann vorgesehen sein, dass zur Ermittlung der Belastung durch die einzelnen Schadstoffe in Schritt b) eine räumliche Verteilung, insbesondere in Form einer Funktion, des jeweiligen Schadstoffs erstellt wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die räumliche Verteilung durch Interpolation zwischen den von den einzelnen stationären Sensoren ermittelten Schadstoffwerten bestimmt wird.
Um eine sich innerhalb des örtlich begrenzten Bereichs bewegende Person zuverlässig lokalisieren zu können, kann vorgesehen sein, dass zur Ermittlung der Positionsinformation in Schritt c) die Person ein tragbares Endgerät mit sich führt, wobei die Position des Endgeräts und der Person aktiv über ein Netzwerk aus Lokalisationselementen, insbesondere laufend oder zu vorgegebenen Zeitpunkten, ermittelt wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass das Endgerät über eine drahtlose Datenverbindung mit den Lokalisationselementen in Datenkommunikation steht und derart die Position des Endgeräts und der Person ermittelt wird.
Diese Vorgehensweise ermöglicht eine präzise Lokalisierung von Personen in geschlossenen Räumen oder im Freien, sodass aufgrund der präzise lokalisierten Position die Exposition der Person hinsichtlich der gemessenen und räumlich verödeten Umgebungsvariable quasi in Echtzeit gemessen werden kann.
Eine alternative Form der Lokalisierung mit der einfach und kostengünstig eine metergenaue Positionsinformation der Person bereitgestellt werden kann, kann erzielt werden, wenn zur Ermittlung der Positionsinformation in Schritt c) die Person ein tragbares Endgerät mit sich führt, wobei die Position des Endgeräts und der Person passiv über ein Netzwerk aus Lokalisationselementen, insbesondere mittels Triangulation, vorzugsweise laufend oder in vorgegebenen Zeitabständen, ermittelt wird,
wobei insbesondere vorgesehen ist, dass mittels des Endgeräts die Signalstärke und/oder Feldstärke von einzelnen, insbesondere allen, Lokalisationselementen des Netzwerks aus, insbesondere funkfähigen, Lokalisationselementen detektiert wird und aufgrund der detektierten Signalstärke und/oder Feldstärke die Position des Endgeräts und der Person ermittelt wird.
Eine kostengünstige Lokalisierung von Personen in Räumen oder im Freien bei gleichzeitig metergenauer Verödung der Person kann gewährleistet werden, wenn dass die Person in Schritt c) mittels Satellitennavigation oder Bluetooth Low Energy lokalisiert wird..
Eine zuverlässige Aussage darüber, ob eine Person einer Kontamination oder Beeinträchtigung durch Schadstoffe ausgesetzt war, ist gewährleistet, wenn zur Ermittlung der Schadstoffbelastung der Person in Schritt d) aus den ermittelten Schadstoffwerten für eine Person eine Gesamtbelastung der Person durch Summation oder anderweitige Akkumulation über die einzelnen für die Person an ihrer jeweiligen Position über die Zeit ermittelten Schadstoffbelastungen, insbesondere für einen bestimmten Zeitraum, ermittelt wird.
Um im Fall einer detektierten Kontamination oder Beeinträchtigung der Person durch Schadstoffe die Person zu warnen oder Gegenmaßnahmen ergreifen zu können, kann vorgesehen sein, dass laufend untersucht wird, ob die Gesamtbelastung der Person einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet und sofern dies der Fall ist, eine Alarmierung vorgenommen wird.
Da durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Echtzeitmessung von sicherheitsrelevanten Umgebungsvariablen möglich ist, ist es vorteilhafterweise ebenfalls möglich, präventive oder vorausschauende Maßnahmen zu ergreifen, sodass Personen rechtzeitig alarmiert werden können, bevor sie einer gesundheitsgefährdenden Gesamtbelastung, als punktuelle Belastung oder Einmalbelastung, durch Schadstoffe ausgesetzt sind, die einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Eine besonders zuverlässige Alarmierung der Person bei gleichzeitig geringem technischen Aufwand ist gewährleistet, wenn, sofern eine Schwellenwertüberschreitung der Gesamtbelastung der Person festgestellt wird, eine Alarmierungsinformation an die Person, insbesondere ein mitgeführtes Endgerät, übermittelt wird und dieses eine Alarmmeldung abgibt. Erfindungsgemäß ist weiters ein System zur Bestimmung der Kontamination oder Beeinträchtigung von Personen durch Schadstoffe vorgesehen umfassend
- eine Anzahl von für die jeweiligen Schadstoffe sensitiven Sensoren, die zur Ermittlung eines Schadstoffwerts für den jeweiligen Schadstoff zu vorgegebenen Zeitpunkten ausgebildet sind,
- zumindest ein tragbares, von einer Person mitgeführtes, Endgerät, das insbesondere zur
Datenkommunikation über eine drahtlose Datenverbindung ausgebildet ist,
- ein Netzwerk aus Lokalisationselementen, die zur Lokalisierung des zumindest einen Endgeräts, insbesondere mittels Bluetooth Low Energy, und vorzugsweise zur Bereitstellung einer diesbezüglichen Positionsinformation, ausgebildet sind, und
- eine mit den Sensoren, und insbesondere den Lokalisationselementen, in
Datenkommunikation stehende Verarbeitungseinheit die dazu ausgebildet ist,
- aufgrund der von den Sensoren ermittelten Schadstoffwerte sowie der Position und Zeit ihrer Ermittlung eine Ausbreitungsrechnung durchzuführen und für einzelne Positionen und Zeitpunkte innerhalb eines vorgegebenen örtlich begrenzten Bereichs jeweils einen Schadstoffwert zur Verfügung zu stellen,
- eine Positionsinformation des Endgeräts zu ermitteln oder eine, insbesondere von den Lokalisierungselementen, ermittelte Positionsinformation zu empfangen, und
- aufgrund der Positionsinformation und der ermittelten Schadstoffwerte jeweils die Schadstoffbelastung der Person an ihrer jeweiligen Position, insbesondere laufend oder zu vorgegebenen Zeitpunkten, zu ermitteln.
Ein derartiges Zusammenwirken der verschiedenen Hardwarekomponenten ermöglicht eine Echtzeitsteuerung und Überwachung von sicherheitskritischen Umgebungsvariablen im industriellen, öffentlichen oder privaten Bereich, wie dies bisher beispielsweise bei der Verwendung von am Körper getragenen Sensoren nicht möglich war.
Ein Echtzeitrückschluss auf die Exposition einer Person oder eines Objekts hinsichtlich gemessener Umgebungsvariablen in einem vorgegebenen örtlich begrenzten Bereich ist sichergestellt, wenn die Sensoren innerhalb eines vorgegebenen örtlich begrenzten Bereichs räumlich verteilt stationär, insbesondere als Sensorboxen, angeordnet sind oder mobil angeordnet sind, wobei die Lokalisationselemente und/oder die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet sind, die aktuelle Position der Sensoren laufend festzustellen.
Um ein räumliches Verständnis für beispielsweise die Ausbreitung der Schadstoffe in einem vorgegebenen, örtlich begrenzten Bereich zu entwickeln, kann vorgesehen sein, dass die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, zur Ermittlung der Belastung durch die einzelnen Schadstoffe eine räumliche Verteilung, insbesondere in Form einer Funktion, des jeweiligen Schadstoffs, insbesondere durch Interpolation zwischen den von einzelnen stationären Sensoren ermittelten Schadstoffwerten, zu erstellen.
Um präzise vorherzusagen, ob eine Person einer Kontamination oder Beeinträchtigung durch Schadstoffe ausgesetzt wird, kann vorgesehen sein, dass die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, zur Ermittlung der Schadstoffbelastung der Person aus den ermittelten Schadstoffwerten für eine Person eine Gesamtbelastung der Person durch Summation oder anderweitige Akkumulation über die einzelnen für die Person an ihrer jeweiligen Position über die Zeit ermittelten Schadstoffbelastungen, insbesondere für einen bestimmten Zeitraum, zu ermitteln.
Um eine rechtzeitige Alarmierung von Personen, die Schadstoffen ausgesetzt sind, vorzunehmen oder eine Gegenmaßnahme einzuleiten, kann vorgesehen sein, dass die
Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, laufend zu untersuchen, ob die Gesamtbelastung der Person einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet und sofern dies der Fall ist, eine Alarmierung vorzunehmen.
Eine einfach umzusetzende Alarmierung der Person kann bei einem derartigen System gewährleistet werden, wenn dieses zumindest ein von der Person mitgeführtes Endgerät umfasst, wobei die Verarbeitungseinheit dazu ausgebildet ist, bei Detektion einer Schwellenwertüberschreitung der Gesamtbelastung der Person eine Alarmierungsinformation an das Endgerät zu übermitteln wird und das Endgerät dazu ausgebildet ist, eine dementsprechende Alarmmeldung abzugeben.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Die Erfindung ist im Folgenden anhand von besonders vorteilhaften, aber nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben.
Im Folgenden zeigen:
Fig. 1 schematisch einen mit Sensoren ausgestatteten, vorgegebenen, örtlich begrenzten Bereich,
Fig. 2 schematisch ein Beispiel für das Ergebnis einer Ausbreitungsrechnung im vorgegebenen Bereich zu einem Zeitpunkt,
Fig. 3 schematisch den Weg einer Person, die innerhalb des vorgegebenen Bereichs zu einzelnen Zeitpunkten lokalisiert wurde,
Fig. 4 ein erstes Beispiel für die ermittelte Gesamtbelastung einer Person,
Fig. 5 ein zweites Beispiel für die ermittelte Gesamtbelastung einer Person,
Fig. 6 ein Beispiel einer Industrieanlage mit vier Bereichen bzw. Räumen mit Sensoren, Fig. 7 ein weiteres Beispiel einer Industrieanlage mit einem Bereich bzw. einer Maschinenhalle mit Sensoren,
Fig. 8 ein Beispiel eines Konzentrationsverlaufs entlang eines Schnittes durch die Maschinenhalle in Fig. 7.
Fig. 1 zeigt ein erstes Beispiel einer Industrieanlage mit einem Raum bzw. einem vorgegebenen örtlich begrenzten Bereich R1 ; der mit einem erfindungsgemäßen System zur Bestimmung der Kontamination oder Beeinträchtigung von Personen durch Schadstoffe ausgestattet ist. Der Bereich Ri umfasst fünf Türen T1 ; ..., T5, um beispielsweise von außen in die Industrieanlage bzw. den Bereich Ri zu gelangen oder
zwischen verschiedenen Abschnitten des Bereichs Ri der Industrieanlage hindurchzugehen. Im Bereich R Ί sind eine Anzahl von Sensoren Si, S15 angeordnet, die jeweils für einen oder mehrere Schadstoffe von Interesse sensitiv sind und zur Ermittlung einer Schadstoffbelastung durch den bzw. die jeweiligen Schadstoffe ausgebildet sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Sensoren Si, ..., Si5 als stationär angeordnete Sensorboxen in der Industrieanlage bzw. im Bereich R Ί verteilt angeordnet, wobei die Sensoren S1 ; ..., S15 im gezeigten Ausführungsbeispiel an den Seitenwänden W1 ; ..., W4 oder Zwischenwänden oder beispielsweise auch an Einrichtungsgegenständen, die sich im Bereich R, der Industrieanlage befinden, angeordnet sind.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel soll die Beeinträchtigung von Personen, die im Bereich R ! der Industrieanlage beschäftigt sind, durch Kohlendioxid bestimmt werden. Alternativ dazu ist mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise die Beeinträchtigung von Personen durch beliebige andere Schadstoffe wie beispielsweise Stickstoff oder Ammoniak ermittelbar.
Da die bekannten Sensoren zur Bestimmung der C02-Kontamination bzw. - Beeinträchtigung teilweise groß und unhandlich sind, ist es besonders vorteilhaft, dass diese aufgrund der Verwendung eines erfindungsgemäßen Systems nicht von den zu überwachenden Personen mit sich geführt werden brauchen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist an der Seitenwand Wi eine Schadstoff- bzw. C02-Quelle lokalisiert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist weiters ein Netzwerk aus Lokalisationselementen L1 ; ..., L7 an den Seitenwänden W1 ; ..., W4 bzw. Zwischenwänden des Bereichs R, der Industrieanlage angeordnet. Die Lokalisationselemente L1 ; ..., L7 sind zur Lokalisierung von zumindest einem Endgerät E und zur Bereitstellung einer diesbezüglichen Positionsinformation ausgebildet. Beim Endgerät E handelt es sich um ein tragbares von einer Person mitführbares Gerät, das zur Datenkommunikation über eine drahtlose Datenverbindung ausgebildet ist. Bewegt sich die Person im Bereich R, der Industrieanlage und führt dabei ein derartiges Endgerät E mit, kann die Person an jeder Position im Bereich R, lokalisiert werden. Dazu werden die Lokalisationselemente L1 ; ..., L7 durch ein tragbares Endgerät E genutzt, um dieses beispielsweise mittels z.B. GPS- Bluetooth Low Engergy- NFC- oder RFID-Technik, laufend in Echtzeit oder auch in vorgegebenen Zeitabständen zu lokalisieren.
Bei Bluetooth Low Energy handelt es sich um eine Funktechnik, mit der sich Geräte in einem Umkreis von einigen Zehnermetern verbinden können. Dies erlaubt eine kabellose bidirektionale Datenübertragung über Distanzen bis maximal 50 Meter, wobei vorteilhafterweise sehr wenig Energie von den Endgeräten E verbraucht wird. Bluetooth Low Energy-Beacons ermöglichen eine metergenaue Lokalisierung von Personen im Indoor-, Outdoor- oder Indoor-Outdoor-Bereich. Als Endgeräte E können beispielsweise auch Bluetooth Low Energy-fähige Mobiltelefone, Smartphones oder Tablets genutzt werden, die die Personen im Rahmen ihrer üblichen Tätigkeit bereits mit sich führen. Bei Verwendung von Bluetooth Low Energy zur Lokalisierung der Person bzw. des Endgeräts E der Person erfolgt nicht notwendigerweise ein bidirektionaler Datenaustausch zwischen den Lokalisationselemente L1 ; ..., L7, d.h. den Bluetooth Low Energy-Beacons und dem Endgerät E. Vielmehr reicht es aus, wenn lediglich die Feldstärken der Beacons, denen sich das Endgerät E nähert, zur triangulationsbasierten Bestimmung der Position des Endgeräts E, d.h. der Person, verwendet werden. Die Ermittlung der Position des Endgeräts E kann dabei laufend in Echtzeit bestimmt werden, oder sie kann auch in einem Postprocessing-Schritt z.B. am Ende der Schicht eines Arbeiters erfolgen. Alternativ dazu können die Lokalisationselemente L1 ; ..., L7 dazu ausgebildet sein, das Endgerät E jeweils mittels Satellitennavigation (z.B. GPS) oder anderer Technologien aktiv oder passiv zu lokalisieren und eine diesbezügliche Positionsinformation bereitzustellen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das System zur Bestimmung der Kontamination oder Beeinträchtigung von Personen durch Schadstoffe weiters eine mit den Sensoren S1 ; ..., S15 und den Lokalisationselementen L1 ; ..., L7 in Datenkommunikation stehende Verarbeitungseinheit 1. Diese ist im gezeigten Ausführungsbeispiel außerhalb des Bereichs Ri der Industrieanlage angeordnet. Die Verarbeitungseinheit 1 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel beispielsweise in einer Steuerzentrale angeordnet, von der aus die Maschinen, die sich im Bereich R, der Industrieanlage befinden, überwacht bzw. angesteuert werden.
Alternativ dazu kann die Verarbeitungseinheit 1 auch direkt im Bereich R Ί angeordnet sein, in dem sich die Personen bewegen, für die eine Kontamination oder Beeinträchtigung durch Schadstoffe festgestellt werden soll.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel führt die Verarbeitungseinheit 1 aufgrund der von den Sensoren Si, Si5 ermittelten Schadstoffwerte sowie der Position und Zeit der Ermittlung der Schadstoffwerte eine Ausbreitungsrechnung durch. Auf diese Weise stellt die Verarbeitungseinheit 1 für einzelne Positionen und Zeitpunkte innerhalb eines vorgegebenen örtlich begrenzten Bereichs, d.h. im Ausführungsbeispiel innerhalb des Bereichs Ri, jeweils einen Schadstoffwert für einzelne Positionen und Zeitpunkte zur Verfügung. Bewegt sich nun eine Person im Bereich R, wird sie mit Hilfe des tragbaren Endgeräts E lokalisiert und aufgrund der von den Lokalisierungselementen L1 ; ..., L7 bereitgestellten Positionsinformation und der von den Sensoren S1 ; ..., S15 ermittelten Schadstoffwerte bestimmt die Verarbeitungseinheit 1 jeweils die Schadstoffbelastung der Person an ihrer jeweiligen Position über die Zeit.
Die Verarbeitungseinheit 1 kann optional auch die Position des Endgeräts E, d.h. der Person mittels Triangulation bestimmen, wenn z.B. als Lokalisationselemente L1 ; ..., L7, Bluetooth Low Energy-Beacons eingesetzt werden.
Fig. 2 zeigt das Ergebnis einer Ausbreitungsrechnung, die aufgrund der von den Schadstoffsensoren Si, ..., Si5 ermittelten Schadstoffwerte für einen Zeitpunkt durchgeführt wurde. Dabei ist in Fig. 2 auf einem Grundriss des in Fig. 1 dargestellten Bereichs Ri der Industrieanlage die Kontamination durch C02 in Form von Isolinien jeweils gleicher C02-Konzentration für einen Zeitpunkt dargestellt.
Wie in Fig. 2 ersichtlich ist, herrscht um die in Fig. 1 dargestellte Kontaminationsquelle Qi die höchste C02-Konzentration, die sich in Richtung der Seitenwand W3 des Bereichs Ri der Industrieanlage, die der Seitenwand W1 ; an der sich die Kontaminationsquelle Qi befindet, gegenüberliegt, ausbreitet. Die C02-Konzentration fällt dabei, wie in Fig. 2 dargestellt ist, in Richtung der Seitenwand W3 bzw. der Seitenwand W2, W4, die normal zu den beiden Seitenwand W1 ; W3 des Bereichs Ri angeordnet sind, ab. Die räumliche Verteilung der einzelnen Schadstoffe bzw. des C02 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel in Form einer Funktion des Schadstoffs dargestellt, wobei die räumliche Verteilung durch Interpolation zwischen den von den einzelnen stationären Sensoren S1 ; ..., S15 ermittelten Schadstoffwerten bestimmt wird. In Fig. 3 ist auf dem Grundriss des in Fig. 1 dargestellten Bereichs Ri der Industrieanlage der Bewegungspfad einer Person, die ein Endgerät E bei sich trägt, eingezeichnet. Die Person bewegt sich dabei von der Tür Ti an der Seitenwand Wi in Richtung der
Seitenwand W3, anschließend in Richtung der Seitenwand W2, danach wieder in Richtung der Seitenwand V\l und anschließend erneut in Richtung der Seitenwand W2 bevor sie an der aktuellen Position des Endgeräts E, die in Fig. 1 dargestellt ist, anhält. Während sich die Person im Bereich R Ί fortbewegt, wird sie mit Hilfe des mitgeführten Endgeräts E zu vorgegebenen Zeitpunkten lokalisiert und von den
Lokalisierungselementen L1 ; ..., L7 oder der Verarbeitungseinheit 1 wird derart für diese Zeitpunkte eine Positionsinformation für die Person erstellt. Aufgrund dieser Positionsinformation und der ermittelten Schadstoffwerte, die von den Sensoren S1 ; ..., S15 gemessen werden, wird die Schadstoffbelastung der Person an ihrer jeweiligen
Position über die Zeit ermittelt. Die Exposition hinsichtlich der gemessenen und räumlich verödeten Umgebungsvariable kann somit in Echtzeit gemessen werden, was im gezeigten Ausführungsbeispiel mit Triangulation rund um bestehende Sensoren durchgeführt wird.
Die Ermittlung der Gesamtbelastung erfolgt im gezeigten Ausführungsbeispiel durch Summation der für die einzelnen Positionen und Zeitpunkte ermittelten Schadstoffbelastungen in Form einer Gesamtbelastung, der die Person ausgesetzt ist. In Fig. 3 ist eine derartige Gesamtbelastung für die Person auf ihrem in Fig. 1 dargestellten Weg durch den Bereich Ri der Industrieanlage bis zur aktuellen Position, an der sich das Endgerät E in Fig. 1 befindet, dargestellt. Alternativ dazu kann auch die Einmalbelastung bzw. die punktuelle Belastung einer Person an einzelnen Positionen und Zeitpunkten ermittelt werden. Anhand von Fig. 2 und Fig. 3a ist ersichtlich, dass während sich die Person in der Nähe der Schadstoffquelle Qi aufgehalten hat bzw. aufhält, die Beeinträchtigung der Person durch das C02, das von der Schadstoffquelle Qi abgegeben wird, am größten ist, sodass die durch Summation über die einzelnen Schadstoffbelastungen der Person an ihrer jeweiligen Position bzw. einem jeweiligen Zeitpunkt ermittelte Gesamtbelastung stark ansteigt, während sie langsamer ansteigt, wenn sich die Person von der Schadstoffquelle Qi entfernt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verarbeitungseinheit 1 vorteilhafterweise dazu ausgebildet, laufend zu untersuchen, ob die Gesamtbelastung der Person einen vorgegebenen Schwellenwert Th überschreitet und sofern dies der Fall ist, eine Alarmierung oder eine alternative Maßnahme vorzunehmen.
Wie in Fig. 3a ersichtlich ist, überschreitet die kumulative Gesamtbelastung der Person an der Position, an der sie sich aktuell im Bereich R Ί befindet, den vorgegebenen Schwellenwert Th für die Gesamtbelastung, was von der Verarbeitungseinheit 1 festgestellt wird. Die Verarbeitungseinheit 1 ist dazu ausgebildet, bei Detektion einer derartigen Schwellenwertüberschreitung der Gesamtbelastung der Person eine
Alarmierungsinformation abzugeben.
Die Alarmierungsinformation wird im gezeigten Ausführungsbeispiel an ein von der Person mitgeführtes Endgerät E, beispielsweise ein Smartphone oder Tablet, übermittelt, das dazu ausgebildet ist, eine der Alarmierungsinformation entsprechende Alarmmeldung abzugeben. Dies ist besonders vorteilhaft, da mit dem erfindungsgemäßen System bzw. Verfahren zur Bestimmung der Kontamination oder Beeinträchtigung von Personen durch Schadstoffe eine Überwachung der Person in Echtzeit möglich ist und die Gesamtbelastung der Person nicht erst beispielsweise manuell nach einer beendeten Schicht ausgewertet werden muss. Somit sind auch präventive bzw. vorausschauende
Maßnahmen möglich und die Person kann alarmiert werden, bevor deren Gesamtbelastung ein gesundheitsschädliches Ausmaß annimmt.
Diese Ausgestaltung der Verarbeitungseinheit 1 ermöglicht vorteilhafterweise auch eine Integration in bzw. Kombination mit bereits bestehenden Sicherheitsleitsystemen, wie z.B. für den Brandschutz.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen zwei weitere Beispiele für die ermittelte Gesamtbelastung einer Person durch Summation oder Akkumulation über die einzelnen für die Personen an ihrer jeweiligen Position über die Zeit ermittelten Schadstoffbelastungen. Dazu ist in den Fig. 4 und Fig. 5 jeweils die lokale Schadstoffbelastung der Person mit C02 sowie die Gesamtbelastung dargestellt.
Wie in Fig. 4 ersichtlich ist, war die Person über einen kurzen Zeitraum einer hohen Schadstoffbelastung durch C02 ausgesetzt, sodass die Gesamtbelastung der Person von einem zunächst niedrigen Niveau rasch angestiegen ist, was zu einer Überschreitung des vorgegebenen Schwellenwerts Th an dem mit einem Pfeil gekennzeichneten Zeitpunkt führte, wodurch eine Alarmmeldung an die Person abgegeben wurde und sich diese aus dem Bereich der Schadstoffquelle entfernt hat, sodass die Gesamtbelastung der Person anschließend zur anfänglichen, geringen Anstiegsrate zurückkehrte.
In Fig. 5 ist ersichtlich, dass die Person im Laufe ihrer Bewegung innerhalb des vorgegebenen örtlich begrenzten Bereichs wiederholt kleinere Schadstoffquellen passiert hat, an denen die lokale C02-Konzentration lokale Spitzenwerte erreicht. Dies führte vom anfänglich konstanten, geringen Anstieg der Gesamtbelastung jeweils zu einem starken Anstieg im Zeitraum, in dem die Person den lokalen Schadstoffquellen ausgesetzt war, wobei die Gesamtbelastung der Person, als sie zum dritten Mal der lokalen C02-Quelle ausgesetzt war, den Schwellenwert Th für die Gesamtbelastung überschritten hat, sodass eine Alarmmeldung an die Person abgegeben wurde und diese den Gefahrenbereich bzw. den Bereich der Schadstoffquelle verlassen hat.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel für eine Industrieanlage mit vier Räumen bzw. abgegrenzten Bereichen R1 ; ..., R4. Jeder der Bereichen R1 ; ..., R4 ist über jeweils eine Tür T1 ; ..., T4 von einem Flur F aus begehbar. Weiters befindet sich in jedem der Räume bzw. Bereiche R1 ; ..., R4 ein Sensor S1 ; ..., S4, der für Schadstoffe von Interesse sensitiv ist und zur Ermittlung der Schadstoffbelastung durch den bzw. die jeweiligen Schadstoffe ausgebildet ist. Die Sensoren Si, ..., S4 ermitteln für den jeweiligen Bereich R1 ; ..., R4 die jeweiligen Schadstoffwerte und eine Ausbreitungsrechnung wird aufgrund dieser Schadstoffwerte sowie der Positions- und Zeitinformation durchgeführt. Da es sich bei den Räumen bzw. Bereichen R1 ; ..., R4 um vergleichsweise kleine Räume handelt, wird für die Ausbreitungsrechnung die nächste Informationsquelle bzw. der nächstliegende Sensor Si, ..., S4 herangezogen und der jeweils bestimmte Schadstoffwert verwendet, wobei die Konzentration n1 ; ..., n4 des Schadstoffs bei derartigen kleinen Bereichen R1 ; ..., R4 als konstant im jeweiligen Bereich R1 ; ..., R4 angesehen wird. Somit wird beispielsweise für einzelne Positionen und Zeitpunkte innerhalb des Bereichs R, jeweils eine Konzentration
des Schadstoffs von Interesse zur Verfügung gestellt.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel einer Maschinenhalle, in der der räumlich begrenzte Bereich R Ί eine vergleichsweise große Grundfläche aufweist. Der Bereich R, bzw. die Maschinenhalle weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Tür T, auf, durch die die Maschinenhalle betreten werden kann, sowie eine Abluftanlage AL, durch die Abluft aus der Maschinenhalle ins Freie transportiert wird. Weiters sind in der Maschinenhalle zwei Sensoren S1 ; S2 angeordnet, bei denen es sich um stationäre Sensorboxen handelt und eine Schadstoffquelle Qi befindet sich in der Nähe des Sensors Si.
Für die Ausbreitungsrechnung wird im gezeigten Ausführungsbeispiel der Luftstrom genutzt, der durch die Abluftanlage AL entsteht, wenn Luft aus der Maschinenhalle bzw.
dem Bereich R, ins Freie transportiert wird. Fig. 8 zeigt den Konzentrationsverlauf in der Maschinenhalle entlang eines Schnitts AA. Dabei ist ersichtlich, dass die vom Sensor Si in der Nähe der Schadstoffquelle Qi gemessene Konzentration des Schadstoffs bzw. des C02 am höchsten ist, während sie in Richtung der Position der Abluftanlage abfällt und am Sensor S2 einen vergleichsweise niedrigen Wert aufweist.
Die in Fig. 6 und Fig. 7 dargestellten Beispiele von Industrieanlagen stellen mit ihrer Anordnung an vielen kleinen vorgegebenen, örtlich begrenzten Bereichen R1 ; ..., R4 bzw. einem einzigen, großen Bereich R, jeweils Extremsituationen dar, die in großen Industriekomplexen selbstverständlich auch kombiniert auftreten und ebenfalls mit einem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. System zur Bestimmung der Kontamination oder Beeinträchtigung von Personen durch Schadstoffe überwacht werden können.
Alternativ zu stationären Sensoren kann bei einem erfindungsgemäßen System bzw. Verfahren die Schadstoffbelastung auch mittels mobiler Sensoren S1 ; ..., S15 ermittelt werden, wobei die aktuelle Position der Sensoren Si, ..., Si5 dabei laufend festgestellt wird. Dies kann beispielsweise mit Hilfe des Netzwerks aus Lokalisierungselementen L1 ; ..., L7 erfolgen. In diesem Fall können die Sensoren Si, ..., Si5 zur Datenkommunikation über eine drahtlose Datenverbindung ausgebildet sein. Die Lokalisationselemente L1 ; ..., L7 oder die Verarbeitungseinheit 1 können in diesem Fall zur Lokalisierung der Sensoren Si, ..., Si5 insbesondere mittels NFC- oder RFID-Technik ausgebildet sein und stellen eine diesbezügliche Positionsinformation für jeden Sensor Si, ..., Si5 zur Verfügung. Alternativ dazu kann eine Ermittlung der Position der Sensoren Si, ..., Si5, wie bereits eingangs beschrieben, mittels Triangulation erfolgen.
Claims
1. Verfahren zur Bestimmung der Kontamination oder Beeinträchtigung von Personen durch Schadstoffe,
a) wobei mittels einer Anzahl von innerhalb eines vorgegebenen örtlich begrenzten Bereichs (Ri, R4) angeordneten für die jeweiligen Schadstoffe sensitiven Sensoren (Si, S15) jeweils ein Schadstoffwert (n; n1 ; n4) zu vorgegebenen Zeitpunkten ermittelt wird,
b) wobei aufgrund der so ermittelten Schadstoffwerte (n; n1 ; ..., n4) sowie der Position und Zeit ihrer Ermittlung eine Ausbreitungsrechnung durchgeführt wird, sodass für einzelne
Positionen und Zeitpunkte innerhalb des vorgegebenen örtlich begrenzten Bereichs (R1 ; ..., R4) jeweils ein Schadstoffwert zur Verfügung steht,
c) wobei zumindest eine Person innerhalb des örtlich begrenzten Bereichs zu einzelnen Zeitpunkten lokalisiert wird und derart für diese Zeitpunkte eine Positionsinformation für die Person erstellt wird, und
d) wobei aufgrund der Positionsinformation und der ermittelten Schadstoffwerte (n; n1 ; ..., n4) jeweils die Schadstoffbelastung der Person an ihrer jeweiligen Position über die Zeit ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) die
Schadstoffbelastung mittels Sensoren (Si, ..., Si5), insbesondere Sensorboxen, die räumlich verteilt stationär angeordnet sind, ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) die Schadstoffbelastung mittels mobiler Sensoren (S1 ; ..., S15) ermittelt wird, wobei die aktuelle Position der Sensoren (S1 ; ..., S15) laufend festgestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der
Belastung durch die einzelnen Schadstoffe in Schritt b) eine räumliche Verteilung, insbesondere in Form einer Funktion, des jeweiligen Schadstoffs erstellt wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die räumliche Verteilung durch Interpolation zwischen den von den einzelnen stationären Sensoren (S1 ; ..., S15) ermittelten Schadstoffwerten (n) bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Positionsinformation in Schritt c) die Person ein tragbares Endgerät (E) mit sich führt, wobei die Position des Endgeräts (E) und der Person aktiv über ein
Netzwerk aus Lokalisationselementen (L1 ; L15), insbesondere laufend oder zu vorgegebenen Zeitpunkten, ermittelt wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass das Endgerät (E) über eine drahtlose Datenverbindung mit den Lokalisationselementen (L1 ; ..., L15) in Datenkommunikation steht und derart die Position des Endgeräts (E) und der Person ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Positionsinformation in Schritt c) die Person ein tragbares Endgerät (E) mit sich führt, wobei die Position des Endgeräts (E) und der Person passiv über ein Netzwerk aus Lokalisationselementen (L1 ; ..., L15), insbesondere mittels Triangulation, vorzugsweise laufend oder in vorgegebenen Zeitabständen, ermittelt wird,
wobei insbesondere vorgesehen ist, dass mittels des Endgeräts (E) die Signalstärke und/oder Feldstärke von einzelnen, insbesondere allen, Lokalisationselementen (L1 ; ..., L15) des Netzwerks aus, insbesondere funkfähigen, Lokalisationselementen (L1 ; ..., L15) detektiert wird und aufgrund der detektierten Signalstärke und/oder Feldstärke die Position des Endgeräts (E) und der Person ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Person in Schritt c) mittels Satellitennavigation oder Bluetooth Low Energy lokalisiert wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Schadstoffbelastung der Person in Schritt d) aus den ermittelten Schadstoffwerten für eine Person eine Gesamtbelastung (£n) der Person durch Summation oder anderweitige Akkumulation über die einzelnen für die Person an ihrer jeweiligen Position über die Zeit ermittelten Schadstoffbelastungen, insbesondere für einen bestimmten Zeitraum, ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass laufend untersucht wird, ob die Gesamtbelastung der Person einen vorgegebenen Schwellenwert (Th) überschreitet und sofern dies der Fall ist, eine Alarmierung vorgenommen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass, sofern eine Schwellenwertüberschreitung der Gesamtbelastung (£n) der Person festgestellt wird, eine Alarmierungsinformation an die Person, insbesondere ein mitgeführtes Endgerät (E), übermittelt wird und dieses eine Alarmmeldung abgibt.
1 1. System zur Bestimmung der Kontamination oder Beeinträchtigung von Personen durch Schadstoffe, insbesondere mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend
- eine Anzahl von für die jeweiligen Schadstoffe sensitiven Sensoren (Si, ..., Si5), die zur Ermittlung eines Schadstoffwerts (n; n1 ; ..., n4) für den jeweiligen Schadstoff zu vorgegebenen Zeitpunkten ausgebildet sind,
- zumindest ein tragbares, von einer Person mitgeführtes, Endgerät (E), das insbesondere zur Datenkommunikation über eine drahtlose Datenverbindung ausgebildet ist,
- ein Netzwerk aus Lokalisationselementen (L1 ; ..., L15), die zur Lokalisierung des zumindest einen Endgeräts (E), insbesondere mittels Bluetooth Low Energy, und vorzugsweise zur Bereitstellung einer diesbezüglichen Positionsinformation, ausgebildet sind, und
- eine mit den Sensoren (S ..., S15), und insbesondere den Lokalisationselementen (L1 ; ..., L15), in Datenkommunikation stehende Verarbeitungseinheit (1 ) die dazu ausgebildet ist,
- aufgrund der von den Sensoren (Si, ..., Si5) ermittelten Schadstoffwerte (n) sowie der Position und Zeit ihrer Ermittlung eine Ausbreitungsrechnung durchzuführen und für einzelne Positionen und Zeitpunkte innerhalb eines vorgegebenen örtlich begrenzten Bereichs jeweils einen Schadstoffwert (n) zur Verfügung zu stellen, - eine Positionsinformation des Endgeräts (E) zu ermitteln oder eine, insbesondere von den Lokalisierungselementen (L1 ; ..., L7), ermittelte Positionsinformation zu empfangen, und
- aufgrund der Positionsinformation und der ermittelten Schadstoffwerte (n; n1 ; ..., n4) jeweils die Schadstoffbelastung der Person an ihrer jeweiligen Position, insbesondere laufend oder zu vorgegebenen Zeitpunkten, zu ermitteln.
12. System nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (S1 ; ..., S15) innerhalb eines vorgegebenen örtlich begrenzten Bereichs (R1 ; ..., R4)
- räumlich verteilt stationär, insbesondere als Sensorboxen, angeordnet sind oder
- mobil angeordnet sind, wobei die Lokalisationselemente (L1 ; ..., L7) und/oder die
Verarbeitungseinheit (1 ) dazu ausgebildet sind, die aktuelle Position der Sensoren (S1 ; ..., S15) laufend festzustellen.
13. System nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (1 ) dazu ausgebildet ist,
- zur Ermittlung der Belastung durch die einzelnen Schadstoffe eine räumliche Verteilung, insbesondere in Form einer Funktion, des jeweiligen Schadstoffs, insbesondere durch
Interpolation zwischen den von einzelnen stationären Sensoren ermittelten
Schadstoffwerten (n; n1 ; n4), zu erstellen und/oder
- zur Ermittlung der Schadstoffbelastung der Person aus den ermittelten Schadstoffwerten (n; n1 ; n4) für eine Person eine Gesamtbelastung (£n) der Person durch Summation oder anderweitige Akkumulation über die einzelnen für die Person an ihrer jeweiligen Position über die Zeit ermittelten Schadstoffbelastungen, insbesondere für einen bestimmten Zeitraum, zu ermitteln.
14. System nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (1 ) dazu ausgebildet ist, laufend zu untersuchen, ob die
Gesamtbelastung (£n) der Person einen vorgegebenen Schwellenwert (Th) überschreitet und sofern dies der Fall ist, eine Alarmierung vorzunehmen.
15. System nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14 umfassend zumindest ein von der Person mitgeführtes Endgerät (E), wobei die Verarbeitungseinheit (1 ) dazu ausgebildet ist, bei Detektion einer Schwellenwertüberschreitung der Gesamtbelastung (£n) der Person eine Alarmierungsinformation an das Endgerät (E) zu übermitteln wird und das Endgerät (E) dazu ausgebildet ist, eine dementsprechende Alarmmeldung abzugeben.
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