WO2023156281A1 - System mit einem akustischen sensor und verfahren zur echtzeitfähigen erfassung meteorologischer daten - Google Patents

System mit einem akustischen sensor und verfahren zur echtzeitfähigen erfassung meteorologischer daten Download PDF

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WO2023156281A1
WO2023156281A1 PCT/EP2023/053155 EP2023053155W WO2023156281A1 WO 2023156281 A1 WO2023156281 A1 WO 2023156281A1 EP 2023053155 W EP2023053155 W EP 2023053155W WO 2023156281 A1 WO2023156281 A1 WO 2023156281A1
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WO
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sound
designed
information
processing unit
precipitation
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Application number
PCT/EP2023/053155
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Inventor
Kevin Hock
Christoph SLADECZEK
Mario SEIDENECK
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01W—METEOROLOGY
    • G01W1/00—Meteorology
    • G01W1/02—Instruments for indicating weather conditions by measuring two or more variables, e.g. humidity, pressure, temperature, cloud cover or wind speed
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/22—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01W—METEOROLOGY
    • G01W1/00—Meteorology
    • G01W1/14—Rainfall or precipitation gauges
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N20/00—Machine learning

Definitions

  • the application relates to a system with an acoustic sensor and a method for real-time capturing of meteorological data, for example for integration in robotic systems or for example for integration in unmanned or manned aircraft.
  • Weather forecasts are based on complex simulation models and depend on precise measurement data. Against the background of climate change, the assessment of severe weather conditions and their local effects in the form of extreme weather is of particular importance. Due to the stationary distribution of the weather stations, however, there is a lack of spatially and temporally high-resolution local weather information. In addition, some weather data is evaluated as an average over time and is not available in real time. There is currently no concept that enables an economical, resource-efficient and infrastructure-independent measurement of weather information. A comprehensive distribution of sensors is not economically feasible in view of energy consumption, maintenance and upkeep costs.
  • a system according to claim 1, a method according to claim 36 and a computer program according to claim 37 are provided.
  • a system comprises one or more sound transducers, the one or more sound transducers comprising at least one sound sensor (for example a sound pressure sensor and/or a sound pressure gradient sensor) which is designed to determine sound pressure information (for example to determine sound pressure and/or to determine a sound pressure gradient).
  • the system also includes a processing unit that is designed to determine weather information as a function of the sound pressure information that was determined by the at least one sound sensor.
  • the one or more transducers are configured to be installed on a mobile unit.
  • a method is also provided.
  • the procedure includes:
  • One or more sound transducers which include the at least one sound sensor, are designed to be installed on a mobile unit.
  • a computer program with a program code for carrying out the method described above is also provided.
  • a novel sensor system which, depending on an acoustic analysis, carries out spatiotemporal high-resolution monitoring of local weather events or storm events.
  • weather data is typically measured at weather stations that have a fixed distribution across the country. Even if weather conditions are large-scale events, their local impact is strongly influenced by location-dependent factors. High-resolution local data is missing.
  • FIG. 1 shows a system according to an embodiment.
  • FIG 2 shows a system according to an embodiment that includes a noise reduction module.
  • FIG 3 shows a system according to an embodiment, in which the one or more acoustic transducers comprise at least one acoustic wave generator.
  • FIG. 4 shows a system according to an embodiment, further comprising a sending interface and a receiving interface.
  • FIG. 1 shows a system according to an embodiment.
  • the system includes one or more sound transducers, wherein the one or more sound transducers include at least one sound sensor 110 that is designed to determine sound pressure information. Furthermore, the system includes a processing unit 120, which is designed to determine weather information as a function of the sound pressure information that was determined by the at least one sound sensor 110.
  • the one or more transducers are configured to be installed on a mobile unit.
  • the sound sensor can be a sound pressure sensor and/or a sound pressure gradient sensor, for example.
  • the determination of the sound pressure information can be, for example, a determination of sound pressure and/or a determination of a sound pressure gradient (a gradient of the sound pressure).
  • the mobile unit can be a movable unit, for example.
  • the mobile unit can be, for example, a vehicle, such as an aircraft.
  • the mobile or movable unit can be, for example, a motorized unit, such as a (flying) drone, a powered aircraft or a helicopter, or, for example, a motor vehicle.
  • the mobile unit can also be a non-motorized vehicle, such as a hot air balloon or a glider,
  • the mobile unit can also be a portable unit, such as a portable module or a case, to which the one or more sound sensors can be attached, for example.
  • the at least one sound sensor 110 can be designed, for example, to determine sound pressure information at least in the infrasound frequency range and in the audible sound frequency range, and/or the at least one sound sensor 110 can be designed, for example, to determine sound pressure information at least in the audible sound frequency range and in the ultrasonic frequency range. determine the frequency range.
  • the at least one sound sensor 110 can be designed, for example, to determine sound pressure information in the infrasound frequency range and in the audible sound frequency range and in the ultrasonic frequency range. According to one specific embodiment, the at least one sound sensor 110 can be designed, for example, to determine sound pressure information in a frequency range f with 0 sfsx, where 100 kHz £ ⁇ £1 MHz.
  • the processing unit 120 can be designed, for example, to determine the weather information, precipitation information and/or wind information and/or temperature information as a function of the sound pressure information determined by the at least one sound sensor 110.
  • the processing unit 120 can be designed, e.g. for determining the weather information, to determine the precipitation information depending on the sound pressure information that was determined by the at least one sound sensor 110.
  • Processing unit 120 can be configured, for example, to determine at least one of the following pieces of precipitation information to determine the precipitation information: a precipitation type, a droplet size and/or grain size of the precipitation, a composition of the precipitation, a kinetic energy of the precipitation, a direction of origin of the precipitation.
  • the processing unit 120 can be designed, for example, to determine at least the kinetic energy of the precipitation and/or at least one raindrop size of the precipitation in order to determine the precipitation information.
  • Processing unit 120 can be designed, for example, to determine an approximation of cloud height and/or information regarding condensation nuclei and/or particle load in the air as a function of the kinetic energy of the precipitation and/or as a function of the raindrop size of the precipitation.
  • the processing unit 120 for determining the weather information can be designed, for example, to determine the wind information as a function of the sound pressure information that was determined by the at least one sound sensor 110 .
  • the processing unit 120 can be designed, for example, to determine at least one of the following wind information items in order to determine the wind information item: a horizontal and/or vertical speed of the wind, one or more directional vectors related to the wind, a wind type.
  • the processing unit 120 for determining the weather information can be designed, for example, to determine the temperature information as a function of the sound pressure information determined by the at least one sound sensor 110 .
  • the processing unit 120 can be designed, for example, to determine an acoustic virtual temperature in order to determine the temperature information.
  • Fig. 2 shows a system according to an embodiment, which further comprises a background noise suppression module 215, which can be configured, for example, to subject the sound pressure information determined by the at least one sound sensor 110 to a method for reducing background noise in order to have one or more background noise suppressed to receive sound signal.
  • the noise suppression module 215 can be designed, for example, to transfer the noise-suppressed signal to the processing unit 120.
  • the processing unit 120 can be designed to determine the weather information as a function of the one or more noise-suppressed signals.
  • the noise suppression module 215 can be configured, for example, to apply one or more noise suppression filters to at least one received sound signal that has a signal representation of the sound pressure information determined by the at least one sound sensor 110 in order to determine the one or more noise-suppressed signals.
  • the processing unit 120 may be configured, for example, to determine the weather information based on the sound pressure information detected by the at least one sound sensor 110 using a machine-trained module that was trained using machine learning or using deep learning.
  • the one or more acoustic transducers comprise at least one acoustic wave generator 305 for generating acoustic waves.
  • system of FIG. 3 may additionally include the noise cancellation module 215 of FIG. 2 .
  • system of FIG. 3 may be configured not to include the noise cancellation module 215 of FIG. 2 .
  • the at least one sound wave generator 305 can also be designed, for example, to determine sound pressure information, and/or the at least one sound sensor 110 can also be designed, for example, to generate sound waves.
  • the at least one acoustic sensor 110 in the system may be arranged to receive acoustic pressure information dependent on the acoustic waves generated by the at least one acoustic wave generator 305 .
  • Processing unit 120 can be designed, for example, to determine the weather information as a function of the sound pressure information that depends on the sound waves that were generated by the at least one sound wave generator 305 and that were determined by the at least one sound sensor 110.
  • the at least one sound sensor 110 can be a plurality of sound sensors forming a two- or three-dimensional arrangement.
  • the processing unit 120 can be designed, for example, to determine direction-dependent information depending on the sound pressure information determined by the plurality of sound sensors and depending on the two-dimensional or three-dimensional arrangement of the plurality of sound sensors.
  • the processing unit 120 can be designed, for example, to determine the weather information as a function of the direction information.
  • the processing unit 120 can be designed, for example, to determine the weather information as a function of a distance between the at least one sound wave generator 305 and the at least one sound sensor 110.
  • the sound waves that were generated by the at least one sound wave generator 305 can be, for example, emitted ultrasonic waves and/or, for example, emitted infrasound waves and/or, for example, emitted auditory sound waves.
  • Processing unit 120 can be configured, for example, to generate a wind speed and/or a direction vector of a Windes and/or a to determine acoustic virtual temperature and/or a raindrop size and/or an amount of precipitation.
  • the processing unit 120 can be configured, for example, to determine the wind speed and/or to determine the direction vector of the wind and/or to determine the acoustic, virtual temperature and/or to determine the raindrop size and/or to determine the amount of precipitation at least one to determine the following precipitation information: a precipitation type, a droplet size and/or grain size of the precipitation, a composition of the precipitation, a kinetic energy of the precipitation, a direction of origin of the precipitation.
  • the at least one processing unit 120 can be designed, for example, to determine aeroacoustic features of air flows using the sound pressure information determined by the at least one sound sensor 110 and to determine the weather information as a function thereof.
  • the system can comprise, for example, a housing through which directed air currents can be brought about in a targeted manner.
  • the one or more sound transducers can comprise at least one vibroacoustic sound receiver for determining vibroacoustic sound waves.
  • the processing unit 120 can be designed, for example, to determine the weather information as a function of the vibroacoustic sound waves.
  • the background noise suppression module 215 of FIG. 2 can be designed, for example, to carry out the background noise suppression as a function of the vibroacoustic sound waves that were determined by the at least one vibroacoustic sound receiver.
  • the processing unit 120 can be designed, for example, to determine information about precipitation as a function of the vibroacoustic sound waves.
  • the processing unit 120 can be designed, for example, to recognize one or more acoustic events depending on the sound pressure information that was determined by the at least one sound sensor 110 .
  • the multiple acoustic events can be, for example, the occurrence of a special type of sound.
  • a specific noise can be recognized.
  • the specific sound can be any type of sound, such as a human voice, an animal sound, a sound of fire, etc.
  • the processing unit 120 can be designed, for example, to classify the sound pressure information that was determined by the at least one sound sensor 110 .
  • the processing unit 120 may be configured to recognize the one or more acoustic events using a machine-trained unit that has been trained using machine learning or using deep learning.
  • the transmission interface 412 can be designed, for example, to receive the sound pressure information from the at least one sound sensor 110 and to transmit it to the receiving interface 418.
  • the reception interface 418 can be designed, for example, to receive the sound pressure information from the transmission interface 412 and to transfer it to the processing unit 120 .
  • system of FIG. 4 may additionally include the noise cancellation module 215 of FIG. 2 .
  • system of FIG. 4 may be configured not to include the noise cancellation module 215 of FIG. 2 .
  • the sound pressure information can be transmitted wirelessly from the transmission interface 412 to the reception interface 418, for example.
  • the sound pressure information can be transmitted from the transmission interface 412 to the reception interface 418, for example by cable.
  • the system may include the mobile unit, for example.
  • the at least one sound sensor 110 can be mounted on the mobile unit, for example.
  • the system may include two or more mobile units that include said mobile unit.
  • the at least one sound sensor 110 can be, for example, at least two sound sensors that can be mounted on different mobile units of the two or more mobile units.
  • the mobile unit may be an aircraft.
  • the mobile device may be a mobile robotic device.
  • the mobile unit may be a flying drone.
  • the wind speed and/or wind direction are determined using a stationary or aircraft or robot-based acoustic sensor system.
  • an approximation of the amount of precipitation and size of the raindrops as well as other parameters is also derived additionally or alternatively.
  • the local environment can be monitored for acoustic anomalies in parallel and/or independently.
  • an acoustic event detection is provided.
  • the prevailing weather event and/or its impact can be communicated in embodiments, e.g.
  • a new type of sensor system is provided in embodiments, which can determine ultrasonic measurement technology and/or the audible frequency range (auditory sound) and/or infrasound.
  • the sensor system can be designed to cope with difficult, adverse conditions that result from use at a stationary observation station or at a mobile robotic or (unmanned) aircraft platform.
  • an acoustic sensor is provided in embodiments which, for example, can have a sensor design suitable for the application, no highly sensitive, mechanical components required, as they are required in previous anemometer types.
  • the acoustic sensor can make the use of multiple sensors obsolete and accordingly enable a more compact and, above all, low-maintenance design.
  • the measurement system in combination with AI-based signal processing (AI: artificial intelligence), may be able to detect complex interactions of weather information from one or more signals.
  • AI artificial intelligence
  • the measurement system may be able to detect complex interactions of weather information from one or more signals.
  • the local weather situation may be analyzed in detail, but its direct impact on the environment can also be monitored.
  • provision can be made for the water content of river courses or imminent landslides to be identified by means of a water absorption of the soil.
  • the use of robotic or aircraft platforms can be provided, for example. This enables the system to be used flexibly and quickly, completely independently of the local network infrastructure.
  • multiple carrier platforms can be deployed simultaneously.
  • a measurement network with dynamically adaptable spatiotemporal resolution can be operated in any application area.
  • one or more of the following parameters can be determined in detail using the novel acoustic sensor system:
  • precipitation/precipitation type e.g. rain, snow, sleet and hail
  • composition of precipitation such as sleet Kinetic energy of precipitation.
  • sleet Kinetic energy of precipitation such as sleet Kinetic energy of precipitation.
  • Type of wind / wind type e.g. gusts, turbulent air currents, etc.
  • Temperature parameters e.g. a virtual acoustic temperature, also referred to as acoustic virtual temperature).
  • the acoustic sensor can have an electroacoustic sound transducer, which can, for example, detect the highest possible frequency range from infrasound through audible sound to ultrasound.
  • the detection range can cover a range 0 Hz $f x, where x can have a value of 100 kHz £ x £ 1 MHz.
  • the detection range can cover 0 Hz f s 500 kHz.
  • a sensor system according to the invention can, for example in both embodiments, implement an adaptable method for reducing background noise in order to prepare the acoustic signals for further signal processing.
  • the sensor system according to the invention can be specially adapted for the respective area of application.
  • the information from the robot train controller about the currently active actuators of the carrier system is recorded, acoustic filters are derived from this and these are applied.
  • the weather measurement data of the acoustic sensor itself can be evaluated for filter generation or filter adaptation.
  • a special arrangement of the sound converters can also be used, for example, to create targeted air flows and to derive a noise filter by evaluating aeroacoustic properties. For example, shielding of certain sound transducer components of the new sensor system can also be used to reduce interference
  • the interaction of the meteorological elements with the attachment of the sensor system can lead to vibroacoustic processes.
  • acoustic filters to reduce background noise can also be derived and applied to the acoustic signals of the sound receiver.
  • the first exemplary embodiment relates to an acoustic sensor system with acoustic measurement sections.
  • the first exemplary embodiment can, for example, consist of a single combination of a sound receiver and a sound source or a two-dimensional or three-dimensional array of these sound transducers.
  • dynamic adaptive directional characteristics of the sound receiver can be achieved by means of digital signal processing.
  • sound sources in the form of electroacoustic actuators can also function as sound receivers and vice versa.
  • the electroacoustic sound transducers can be dynamically controlled or used as an actuator or as a sensor depending on the situation.
  • the wind is measured, for example, via one or more ultrasonic measuring sections, each consisting of an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver opposite at a defined distance.
  • These measurement sections form a corresponding ultrasound array, for example in two- or three-dimensional spatial orientations.
  • the wind speed and the directional vector of the wind are derived by emitting signals, for example pulse-like signals, sweeps, individual sinusoidal tones, and/or signal (pseudo)random sequences along the measurement sections.
  • signals for example pulse-like signals, sweeps, individual sinusoidal tones, and/or signal (pseudo)random sequences along the measurement sections.
  • signals for example pulse-like signals, sweeps, individual sinusoidal tones, and/or signal (pseudo)random sequences along the measurement sections.
  • signals for example pulse-like signals, sweeps, individual sinusoidal tones, and/or signal (pseudo)random sequences along the measurement sections.
  • the use of a multidimensional alignment
  • the wind is measured, for example, via one or more infrasound measurement sections, each consisting of an infrasound transmitter and an opposite infrasound receiver at a defined distance.
  • These measurement sections form a corresponding infrasound array, e.g. in two- or three-dimensional spatial orientations.
  • the wind speed and the directional vector of the wind are derived by emitting signals, for example pulse-like signals, sweeps, individual sinusoidal tones, and/or signal (pseudo)random sequences along the measurement sections.
  • signals for example pulse-like signals, sweeps, individual sinusoidal tones, and/or signal (pseudo)random sequences along the measurement sections.
  • signals for example pulse-like signals, sweeps, individual sinusoidal tones, and/or signal (pseudo)random sequences along the measurement sections.
  • signals for example pulse-like signals, sweeps, individual sinusoidal tones, and/or signal (pseudo)random sequences along the
  • the wind is measured, for example, via one or more audible sound measurement sections each consisting of an audible sound transmitter and an audible sound receiver opposite at a defined distance.
  • These measurement sections form, for example, a corresponding audible sound array in two- or three-dimensional spatial orientations.
  • the wind speed and the directional vector of the wind are derived by emitting signals, for example pulse-like signals, sweeps, individual sinusoidal tones, and/or signal (pseudo)random sequences along the measurement sections.
  • signals for example pulse-like signals, sweeps, individual sinusoidal tones, and/or signal (pseudo)random sequences along the measurement sections.
  • a combination of two or three of the above three variants is provided.
  • the same ultrasonic transducers and/or infrasonic transducers and/or audible transducers can be used as in the wind measurement.
  • the frequency of the radiated ultrasonic signals and/or infrasound signals and/or audible sound signals can be varied.
  • the interaction of the raindrop size with the respective wavelength of the ultrasonic wave and/or infrasound wave and/or audible sound wave results in scattering and thus damping effects.
  • the variation in frequency can be used to more accurately capture the droplet size distribution.
  • the second exemplary embodiment relates to an acoustic sensor system without dedicated measurement sections.
  • This embodiment can consist, for example, of a single sound receiver or, for example, of a two- or three-dimensional array. In this way, dynamic adaptive directional characteristics of the sound receiver can be achieved by means of digital signal processing. Furthermore, the version can have a vibroacoustic sound receiver, for example, in order to record the vibrations of the robotic system or aircraft.
  • e.g. sound receivers for infra e.g. sound receivers for infra, audible and ultrasonic can be used.
  • sound receivers for infra e.g. sound receivers for infra
  • targeted air currents can be guided and/or aeroacoustic characteristics of the air currents can be recorded or derived.
  • information about the prevailing wind such as wind speed and direction as well as turbulent winds, can be recognized and analyzed by means of cascaded signal processing.
  • the precipitation falls on the sensor housing or possibly nearby components of the carrier system.
  • information about the precipitation such as the type and composition, can be determined.
  • the acoustic data of all sound receivers of both exemplary embodiments can also be used, for example, for automatic acoustic recognition or detection of acoustic events.
  • the sensor system can have algorithms of machine learning (machine learning) and/or deep learning (deep learning). In this way it is possible to draw further conclusions about the weather event and to recognize the occurrence of at least one signal class to be monitored.
  • machine learning machine learning
  • deep learning deep learning
  • the sensor system can have algorithms of machine learning (machine learning) and/or deep learning (deep learning). In this way it is possible to draw further conclusions about the weather event and to recognize the occurrence of at least one signal class to be monitored.
  • animal noises or gas leaks conceivable applications can also be the monitoring of the environment for the (immediate) effects of weather events. For example, river courses and/or dams and/or the terrain can be monitored for signs of landslides.
  • the processed sensor data can be provided via a wired and/or wireless interface. If eg If there is no connection, according to one embodiment, the data can be temporarily stored for later transmission. Furthermore, this data can be the starting point for autonomous reactions of the robotic systems or the unmanned aircraft.
  • An acoustic sensor system according to the invention can also be used in combination sensors, for example in combination with hazardous goods sensors.
  • aspects have been described in the context of a device, it is understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also constitute a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps may be performed by hardware apparatus (or using a hardware Apparatus), such as a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the major process steps may be performed by such an apparatus.
  • embodiments of the invention may be implemented in hardware, or in software, or at least partially in hardware, or at least partially in software.
  • Implementation can be performed using a digital storage medium such as a floppy disk, a DVD, a BluRay disk, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or a FLASH memory, a hard disk or other magnetic or optical Memory are carried out on which electronically readable control signals are stored, which can interact with a programmable computer system in such a way or interaction that the respective method is carried out. Therefore, the digital storage medium can be computer-readable.
  • some embodiments according to the invention comprise a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system in such a way that one of the methods described herein is carried out.
  • embodiments of the present invention can be implemented as a computer program product with a program code, wherein the program code is effective to perform one of the methods when the computer program product runs on a computer.
  • the program code can also be stored on a machine-readable carrier, for example.
  • exemplary embodiments include the computer program for performing one of the methods described herein, the computer program being stored on a machine-readable carrier.
  • an exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a computer program that has a program code for performing one of the methods described herein when the computer program runs on a computer.
  • a further exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a data carrier (or a digital storage medium or a computer-readable medium) on which the computer program for carrying out one of the methods described herein is recorded.
  • the data carrier or digital storage medium or computer-readable medium is typically tangible and/or non-transitory.
  • a further exemplary embodiment of the method according to the invention is therefore a data stream or a sequence of signals which represents the computer program for carrying out one of the methods described herein.
  • the data stream or sequence of signals may be configured to be transferred over a data communication link, such as the Internet.
  • Another embodiment includes a processing device, such as a computer or programmable logic device, configured or adapted to perform any of the methods described herein.
  • a processing device such as a computer or programmable logic device, configured or adapted to perform any of the methods described herein.
  • Another embodiment includes a computer on which the computer program for performing one of the methods described herein is installed.
  • a further exemplary embodiment according to the invention comprises a device or a system which is designed to transmit a computer program for carrying out at least one of the methods described herein to a recipient.
  • the transmission can take place electronically or optically, for example.
  • the recipient may be a computer, mobile device, storage device, or similar device.
  • the device or the system can, for example, comprise a file server for the transmission of the computer program to the recipient.
  • a programmable logic device e.g., a field programmable gate array, an FPGA
  • a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform any of the methods described herein.
  • the methods are performed on the part of any hardware device. This can be hardware that can be used universally, such as a computer processor (CPU), or hardware that is specific to the method, such as an ASIC.
  • An anemometer is a measuring instrument for measuring local
  • An anemometer can have different designs (mechanical anemometer, hot-wire anemometer, etc.).
  • the atmospheric boundary layer also known as the peplosphere, describes the lowest layer of the earth's atmosphere directly adjacent to the earth's surface.

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Abstract

Ein System wird bereitgestellt. Das System umfasst ein oder mehrere Schallwandler, wobei die ein oder mehreren Schallwandler wenigstens einen Schallsensor (110) umfassen, der zur Ermittlung von Schalldruckinformation ausgebildet ist. Des Weiteren umfasst das System eine Verarbeitungseinheit (120), die zur Bestimmung von Wetterinformation abhängig von der Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor (110) ermittelt wurde, ausgebildet ist. Die ein oder mehreren Schallwandler sind ausgebildet, auf einer mobilen Einheit installiert zu werden.

Description

System mit einem akustischen Sensor und Verfahren zur echtzeitfähigen Erfassung meteorologischer Daten
Beschreibung
Die Anmeldung betrifft eine System mit einem akustischen Sensor und ein Verfahren zur echtzeitfähigen Erfassung meteorologischer Daten, beispielsweise zur Integration in Robotiksystemen oder beispielsweise zur Integration in unbemannten oder bemannten Luftfahrzeugen.
Wettervorhersagen basieren auf komplexen Simulationsmodellen und leben von genauen Messdaten. Vor dem Hintergrund des klimatischen Wandels kommt der Bewertung von Unweterlagen und deren lokaler Auswirkungen in Form von Extremwetter eine besondere Bedeutung zu. Durch die stationäre Verteilung der Weterstationen fehlt es jedoch an räumlich und zeitlich hochaufgelösten lokalen Weterinformationen. Darüber hinaus werden einige Wetterdaten als Mittelung über die Zeit bewertet und sind nicht in Echtzeit verfügbar. Aktuell existiert kein Konzept, welches eine wirtschaftliche, ressourceneffiziente und von der Infrastruktur unabhängige Messung von Wetterinformationen ermöglicht. Eine flächendeckende Verteilung von Sensoren ist mit Blick auf Energieverbrauch, Wartung und Unterhaltskosten nicht wirtschaftlich realisierbar.
Durch den klimatischen Wandel steigen die Häufigkeit und damit das Gefährdungspotenzial von extremen Weterereignissen, Naturkatastrophen oder anthropogenen Umweltkatastrophen. Symptomatisch hierfür sind lokale Unweterereignisse, deren Intensität dazu führt, dass Infrastrukturen zerstört werden und Gefahr für Leib und Leben besteht. Um möglichst frühzeitig gezielte Maßnahmen zum Schutz der Bevölkerung und der kritischen Infrastruktur in die Wege leiten zu können, sind lokale, hochaufgelöste, meteorologische Echtzeitdaten von entscheidender Relevanz.
Obwohl in Deutschland bereits ein im globalen Vergleich sehr dichtes Sensornetz aus Niederschlagsradaren und Niederschlagsmessgeräten, sog. Pluviometern, betrieben wird, bleibt die exakte Erfassung des lokalen Wettergeschehens trotzdem eine große Herausforderung. Ursächlich hierfür ist die hohe raumzeitliche Variabilität dieser Wetterphänomene. Bei herkömmlicher Messung mittels Pluviometer kommen Messfehler durch Wind, Schnee oder Verdunstung hinzu. Niederschlagsradare erreichen zwar eine ausreichende räumliche und zeitliche Auflösung, jedoch ist die Bestimmung der Regenrate anhand der Radarreflektivität deutlich erschwert, da die Tropfengrößenverteilung meist unbekannt ist. Weiterhin werden solche Radarsysteme durch Abschatungseffekte oder Rückstreuungen des Radarstrahls gestört. Um die geringe raumzeitliche Auflösung zu adressieren, gibt es erste Forschungsprojekte, wie bspw. das BMBF-geförderte Vorhaben »HoWa-innovativ« [1], [3]. Dabei waren anhand der Signaldämpfung zwischen Richtfunkantennen der Mobilfunkmasten Rückschlüsse auf die Regenintensität möglich. Diese Methode ist jedoch auf das verwendete Funknetz (CML) angewiesen, welches aktuell in etwa der Bevölkerungsdichte folgt. Infolgedessen weisen weniger dicht besiedelte Regionen wiederum eine verringerte räumliche Auflösung der Niederschlagsüberwachung auf. Problematisch daran ist, dass neben einem reduzierten Sicherheitsniveau ländlicher Regionen die dort herrschende Wettersituation auch ursächlich für Auswirkungen in dicht besiedelten Gebieten sein kann. Weiterhin zeigte sich, dass die Datenaufbereitung sehr aufwendig ist und ein spezielles Funknetz voraussetzt (siehe [2], [3], [4]).
Für die Messung von Niederschlag auf großen Gewässern wurden Hydrofone in über einem Meter Wassertiefe bereits eingesetzt. Auf Basis einfacher Spektralanalysen wurden hydroakustische Signale, hervorgerufen durch das Auftreffen von Regentropfen auf die Wasseroberfläche, ausgewertet und eine Approximation der Regentropfengröße angestrebt (siehe [5]). In einem anderen Ansatz wurde das durch Regentropfen verursachte Geräusch als fest definierter Trigger für die Überschreitung eines statischen Schwellwerts ausgewertet (siehe [7]). Beiden Ansätzen ist gemein, dass keine intelligenten Rückschlüsse auf charakteristische Merkmale getroffen werden konnten. Darüber hinaus sind beide Verfahren standortgebunden und können somit nicht flexibel eingesetzt werden.
Neben Niederschlägen ist lokaler Wind in der atmosphärischen Grenzschicht, der Peplosphäre, ein wesentlicher Faktor für die Entwicklung von Unweterereignissen. In Ermangelung meteorologischer Daten wurden in der Literatur Messverfahren mittels Drohnen evaluiert (Drohne = unbemanntes Luftfahrzeug). Differenzdrucksensoren sind demnach nur für flugzeugähnliche Drohnen im stetigen Vorwärtsflug und bei Windeinfall innerhalb eines begrenzten Winkelbereichs geeignet. Hingegen sind klassische mechanische Anemometer auf eine zweidimensionale Messung limitiert und wegen ihres klobigen Aufbaus nicht nutzbar. Hitzdrahtanemometer unterliegen diesen Nachteilen nicht. Allerdings sind sie sehr fragil und anfällig. Für einen universellen Einsatz an Robotersystemen bzw. (unbemannten) Luftfahrzeugen sind diese Sensorarten nicht geeignet.
Im Stand der Technik sind Aufbauten beschrieben, bei denen ein Ultraschallanemometer an einem Multikopter befestigt wird (siehe [6], [8]). Jedoch sind derartige Aufbauten sehr aufwendig und nur begrenzt einsetzbar. Darüber hinaus erlaubt diese Ultraschall- Sensorart keine vollautomatisierte, adaptive Auswertung der vorherrschenden Wettersituation.
Eine System nach Anspruch 1 , ein Verfahren nach Anspruch 36 und ein Computerprogramm nach Anspruch 37 werden bereitgestellt.
Ein System wird bereitgestellt. Das System umfasst ein oder mehrere Schallwandler, wobei die ein oder mehreren Schallwandler wenigstens einen Schallsensor (beispielsweise einen Schalldrucksensor und/oder einen Schalldruckgradientensensor) umfassen, der zur Ermittlung von Schalldruckinformation (beispielsweise zur Ermitlung von Schalldruck und/oder zur Ermittlung eines Schalldruckgradienten) ausgebildet ist. Des Weiteren umfasst das System eine Verarbeitungseinheit, die zur Bestimmung von Wetterinformation abhängig von der Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor ermittelt wurde, ausgebildet ist. Die ein oder mehreren Schallwandler sind ausgebildet, auf einer mobilen Einheit installiert zu werden.
Des Weiteren wird ein Verfahren bereitgestellt. Das Verfahren umfasst:
Ermitteln von Schalldruckinformation unter Verwendung von wenigstens einem Schallsensors.
Bestimmung von Wetterinformation abhängig von der Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor ermittelt wurde, durch eine Verarbeitungseinheit.
Ein oder mehrere Schallwandler, die den wenigstens einen Schallsensor umfassen, sind dabei ausgebildet, auf einer mobilen Einheit installiert zu werden.
Ferner wird ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens bereitgestellt.
In einer Ausführungsform wird ein neuartiges Sensorsystem bereitgestellt, das abhängig von einer akustischen Analyse ein raumzeitlich hochaufgelöstes Monitoring von lokalen Wetterereignissen bzw. Unwetterereignissen durchführt.
Obwohl die Wetterlage umgangssprachlich oftmals durch die Geräusche ihrer meteorologischen Elemente beschrieben wird, spielen akustische Sensoren in der Messung von Weterphänomenen keine Rolle. Weterdaten werden typischerweise in Wetterstationen gemessen, die eine feste Verteilung über das Land aufweisen. Auch wenn Wetterlagen großflächige Ereignisse sind, ist ihre lokale Auswirkung stark von ortsabhängigen Faktoren geprägt. Dabei fehlen hochaufgelöste lokale Daten.
Für eine zuverlässigere Wettervorhersage ist es besonders relevant, die aktuellen Eigenschaften von Niederschlägen und des Winds zu kennen. Akustische Sensoren in Verbindung mit maßgeschneiderter Signalverarbeitung und Kl bergen das Potenzial, die Stärke vorherrschender multipler meteorologischer Elemente auf Basis des akustischen Verhaltens Vorhersagen zu können. Durch die Möglichkeit der Miniaturisierung akustischer Sensoren basieren einige der Ausführungsformen darauf, ein solches intelligentes Sensorsystem in der Kombination mit Robotiksysteme oder (unbemannter) Luftfahrzeuge als hochauflösendes Wettermesssystem einzusetzen. Ein solches Messsystem kann dabei sowohl orts- als auch infrastrukturunabhängig sein und kann komplexe Zusammenhänge in Echtzeit erfassen, was vollkommen neue Einsatzmöglichkeiten eröffnet.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein System gemäß einer Ausführungsform.
Fig. 2 zeigt ein System gemäß einer Ausführungsform, das ein Störschallunterdrückungsmodul umfasst.
Fig. 3 zeigt ein System gemäß einer Ausführungsform, in dem die ein oder mehreren Schallwandler wenigstens einen Schallwellengenerator umfassen.
Fig. 4 zeigt ein System gemäß einer Ausführungsform, das des Weiteren eine Sendeschnittstelle und eine Empfangsschnittstelle umfasst.
Fig. 1 zeigt ein System gemäß einer Ausführungsform.
Das System umfasst ein oder mehrere Schallwandler, wobei die ein oder mehreren Schallwandler wenigstens einen Schallsensor 110 umfassen, der zur Ermittlung von Schalldruckinformation ausgebildet ist. Des Weiteren umfasst das System eine Verarbeitungseinheit 120, die zur Bestimmung von Wetterinformation abhängig von der Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor 110 ermittelt wurde, ausgebildet ist.
Die ein oder mehreren Schallwandler sind ausgebildet, auf einer mobilen Einheit installiert zu werden.
Bei dem Schallsensor kann es sich beispielsweise um einen Schalldrucksensor und/oder um einen Schalldruckgradientensensor handeln.
Bei der Ermittlung der Schalldruckinformation kann es sich beispielsweise um eine Ermittlung von Schalldruck und/oder um eine Ermittlung eines Schalldruckgradienten (eines Gradienten des Schalldrucks) handeln.
Bei der mobilen Einheit kann es sich beispielsweise um eine bewegliche Einheit handeln.
Die mobile Einheit kann beispielsweise ein Fahrzeug, z.B. ein Luftfahrzeug sein.
Die mobile bzw. bewegliche Einheit kann beispielsweise eine motorisierte Einheit sein, wie etwa eine (fliegende) Drohne, ein Motorflugzeug oder ein Hubschrauber, oder aber beispielsweise ein Kraftfahrzeug. Beispielsweise kann die mobile Einheit aber auch ein nicht-motorisiertes Fahrzeug sein, wie etwa ein Heißluftballon oder ein Segelflugzeug,
Bei der mobilen Einheit kann es sich aber auch um eine tragbare Einheit handeln, wie etwa ein tragbares Modul oder ein Koffer, an dem beispielsweise die ein oder mehreren Schallsensoren befestigt sein können.
Gemäß einer Ausführungsform kann der wenigstens eine Schallsensor 110 z.B. ausgebildet sein, Schalldruckinformation zumindest im Infraschall-Frequenzbereich und im Hörschall-Frequenzbereich zu ermitteln, und/oder kann der wenigstens eine Schallsensor 110 z.B. ausgebildet sein, Schalldruckinformation zumindest im Hörschall- Frequenzbereich und im Ultraschall-Frequenzbereich zu ermitteln.
In einer Ausführungsform kann der wenigstens eine Schallsensor 110 z.B. ausgebildet sein, Schalldruckinformation im Infraschall-Frequenzbereich und im Hörschall- Frequenzbereich und im Ultraschall-Frequenzbereich zu ermitteln. Gemäß einer Ausführungsform kann der wenigstens eine Schallsensor 110 z.B. ausgebildet sein, Schalldruckinformation in einem Frequenzbereich f mit 0 s f s x zu ermiteln, wobei 100 kHz £ x £ l MHz.
In einer Ausführungsform kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, zur Bestimmung der Wetterinformation Niederschlagsinformation und/oder Windinformation und/oder Temperaturinformation abhängig von der Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor 110 ermittelt wurde, zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. zur Bestimmung der Wetterinformation ausgebildet sein, die Niederschlagsinformation abhängig von der Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor 110 ermittelt wurde, zu bestimmen. Dabei kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, zur Bestimmung der Niederschlagsinformation wenigstens eine der folgenden Niederschlagsinformationen zu bestimmen: einen Niederschlagstyp, eine Tropfengröße und/oder Korngröße des Niederschlags, eine Zusammensetzung des Niederschlags, eine kinetische Energie des Niederschlags, eine Herkunftsrichtung des Niederschlags.
In einer Ausführungsform kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, zur Bestimmung der Niederschlagsinformation zumindest die kinetische Energie des Niederschlags und/oder zumindest eine Regentropfengröße des Niederschlags zu bestimmen. Dabei kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, eine Approximation einer Wolkenhöhe und/oder Information betreffend Kondensationskeime und/oder Partikelbelastung der Luft abhängig von der kinetischen Energie des Niederschlags und/oder abhängig von der Regentropfengröße des Niederschlags zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Verarbeitungseinheit 120 zur Bestimmung der Wetterinformation z.B. ausgebildet sein, die Windinformation abhängig von der Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor 110 ermitelt wurde, zu bestimmen. Dabei kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, zur Bestimmung der Windinformation wenigstens eine der folgenden Windinformationen zu bestimmen: eine horizontale und/oder vertikale Geschwindigkeit des Windes, ein oder mehrere Richtungsvektoren betreffend den Wind, einen Windtyp.
In einer Ausführungsform kann die Verarbeitungseinheit 120 zur Bestimmung der Wetterinformation z.B. ausgebildet sein, die Temperaturinformation abhängig von der Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor 110 ermittelt wurde, zu bestimmen. Dabei kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, zur Bestimmung der Temperaturinformation eine akustische virtuelle Temperatur zu bestimmen.
Fig. 2 zeigt ein System gemäß einer Ausführungsform, das ferner ein Störschallunterdrückungsmodul 215 umfasst, das z.B. ausgebildet sein kann, die Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor 110 ermittelt wurde, einem Verfahren zur Reduktion von Störgeräuschen zu unterziehen, um ein oder mehrere störschallunterdrückte Schallsignals zu erhalten. Dabei kann das Störschallunterdrückungsmodul 215 z.B. ausgebildet sein, das störschallunterdrückte Signal der Verarbeitungseinheit 120 zu übergeben. So kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, die Wetterinformation abhängig von den ein oder mehreren störschallunterdrückten Signalen zu bestimmen.
In einer Ausführungsform kann das Störschallunterdrückungsmodul 215 z.B. ausgebildet sein, ein oder mehrere Störschallunterdrückungsfilter auf wenigstens ein empfangenes Schallsignal anzuwenden, dass eine Signalrepräsentation der Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor 110 ermittelt wurde, aufweist, um die ein oder mehreren störschallunterdrückten Signale zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, die Weterinformation abhängig von der Schalldruckinformation, die von dem mindestens einen Schallsensor 110 detektiert wurde, mittels eines Maschinen-trainierten Moduls zu bestimmen, das mittels maschinellem Lernen oder mittels Tiefenlernen trainiert wurde.
Fig. 3 zeigt ein System gemäß einer Ausführungsform, in dem die ein oder mehreren Schallwandler wenigstens einen Schallwellengenerator 305 zur Erzeugung von Schallwellen umfassen.
In einer speziellen Ausführungsform kann das System der Fig. 3 zusätzlich das Störschallunterdrückungsmodul 215 der Fig. 2 umfassen. In einer alternativen Ausführungsform kann das System der Fig. 3 ausgebildet sein, das Störschallunterdrückungsmodul 215 der Fig. 2 nicht zu umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der wenigstens eine Schallwellengenerator 305 zudem z.B. ausgebildet sein, Schalldruckinformation zu ermitteln, und/oder der wenigstens eine Schallsensor 110 kann zudem z.B. ausgebildet sein, Schallwellen zu erzeugen.
In einer Ausführungsform kann der wenigstens eine Schallsensor 110 im System z.B. angeordnet sein, Schalldruckinformation, die von den Schallwellen abhängt, die von dem wenigstens einen Schallwellengenerator 305 erzeugt wurden, zu empfangen. Dabei kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, die Wetterinformation abhängig von der Schalldruckinformation, die von den Schallwellen abhängt, die von dem wenigstens einen Schallwellengenerator 305 erzeugt wurden, und der von dem wenigstens einen Schallsensor 110 ermittelt wurde, zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der wenigstens eine Schallsensor 110 eine Mehrzahl von Schallsensoren sein, die eine zwei- oder dreidimensionale Anordnung bilden. Dabei kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, abhängig von der von der Mehrzahl von Schallsensoren ermittelten Schalldruckinformation und abhängig von der zwei- oder dreidimensionalen Anordnung der Mehrzahl von Schallsensoren richtungsabhängige Information zu bestimmen. Dabei kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, die Wetterinformation abhängig von der Richtungsinformation zu bestimmen.
In einer Ausführungsform kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, die Wetterinformation abhängig von einem Abstand zwischen dem wenigstens einen Schallwellengenerator 305 und dem wenigstens einen Schallsensor 110 zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform kann es sich bei den Schallwellen, die von dem wenigstens einen Schallwellengenerator 305 erzeugt wurden, z.B. um abgestrahlte Ultraschallwellen und/oder z.B. um abgestrahlte Infraschallwellen und/oder z.B. um abgestrahlte Hörschallwellen handeln. Dabei kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, abhängig von der Schalldruckinformation, die von den Ultraschallwellen und/oder von den Infraschallwellen und/oder von den Hörschallwellen abhängt, die von dem wenigstens einen Schallwellengenerator 305 erzeugt wurden, eine Windgeschwindigkeit und/oder einen Richtungsvektor eines Windes und/oder eine akustische virtuelle Temperatur und/oder eine Regentropfengröße und/oder eine Niederschlagsmenge zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit und/oder zur Bestimmung des Richtungsvektors des Windes und/oder zur Bestimmung der akustischen, virtuellen Temperatur und/oder zur Bestimmung der Regentropfengröße und/oder zur Bestimmung der Niederschlagsmenge wenigstens eine der folgenden Niederschlagsinformationen zu bestimmen: einen Niederschlagstyp, eine Tropfengröße und/oder Korngröße des Niederschlags, eine Zusammensetzung des Niederschlags, eine kinetische Energie des Niederschlags, eine Herkunftsrichtung des Niederschlags.
In einer Ausführungsform kann die wenigstens eine Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, aeroakustische Merkmale von Luftströmungen mittels der von dem wenigsten einen Schallsensor 110 ermittelten Schalldruckinformation zu bestimmen und davon abhängig die Wetterinformation zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das System z.B. ein Gehäuse umfassen, durch das gezielt geführte Luftströmungen hervorgerufen gerufen werden.
In einer Ausführungsform kann der ein oder mehrere Schallwandler wenigstens einen vibroakustischen Schallempfänger zur Ermittlung von vibroakustischen Schallwellen umfassen. Dabei kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, die Weterinformation abhängig von den vibroakustischen Schallwellen zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Störschallunterdrückungsmodul 215 der Fig. 2 z.B. ausgebildet sein, die Störschallunterdrückung abhängig von den vibroakustischen Schallwellen durchzuführen, die von dem wenigstens einen vibroakustischen Schallempfänger ermittelt wurden.
In einer Ausführungsform kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, abhängig von den vibroakustischen Schallwellen Information über Niederschlag zu bestimmen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, abhängig von der Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor 110 ermittelt wurde, ein oder mehrere akustische Ereignisse zu erkennen. Bei den mehreren akustischen Ereignissen kann es sich beispielsweise um ein Auftreten von einer speziellen Art von Schall handeln. Beispielsweise kann ein spezielles Geräusch erkannt werden. Bei dem speziellen Geräusch kann es sich um jede Art von Geräusch handeln, wie z.B. die Stimme eines Menschen, ein Tiergeräusch, ein Brandgeräusch, etc.
In einer Ausführungsform kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, die Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor 110 ermittelt wurde, zu klassifizieren.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Verarbeitungseinheit 120 z.B. ausgebildet sein, die ein oder mehreren akustischen Ereignisse mittels einer Maschinen-trainierten Einheit zu erkennen, die mitels maschinellem Lernen oder mittels Tiefenlernen trainiert wurde.
Fig. 4 zeigt ein System gemäß einer Ausführungsform, das des Weiteren eine Sendeschnittstelle 412 und eine Empfangsschnittstelle 418 umfasst. Die Sendeschnitstelle 412 kann z.B. ausgebildet sein, die Schalldruckinformation vom dem wenigstens einen Schallsensor 110 zu erhalten und zu der Empfangsschnittstelle 418 zu übertragen. Die Empfangsschnittstelle 418 kann z.B. ausgebildet sein, die Schalldruckinformation von der Sendeschnittstelle 412 zu empfangen und an die Verarbeitungseinheit 120 zu übergeben.
In einer speziellen Ausführungsform kann das System der Fig. 4 zusätzlich das Störschallunterdrückungsmodul 215 der Fig. 2 umfassen. In einer alternativen Ausführungsform kann das System der Fig. 4 ausgebildet sein, das Störschallunterdrückungsmodul 215 der Fig. 2 nicht zu umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Übertragung der Schalldruckinformation von der Sendeschnittstelle 412 zu der Empfangsschnitstelle 418 z.B. drahtlos erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Übertragung der Schalldruckinformation von der Sendeschnittstelle 412 zu der Empfangsschnittstelle 418 z.B. kabelgebunden erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das System z.B. die mobile Einheit umfassen. Dabei kann der wenigstens eine Schallsensor 110 z.B. auf der mobilen Einheit montiert sein. In einer Ausführungsform kann das System z.B. zwei oder mehr mobile Einheiten umfassen, die die besagte mobile Einheit umfassen. Dabei kann es sich bei dem wenigstens einen Schallsensor 110 z.B. um mindestens zwei Schallsensoren handeln, die auf unterschiedlichen mobilen Einheiten der zwei oder mehr mobilen Einheiten montiert sein können.
Gemäß einer Ausführungsform kann die mobile Einheit z.B. ein Luftfahrzeug sein.
In einer Ausführungsform kann die mobile Einheit z.B. eine mobile Robotikeinheit sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann die mobile Einheit z.B. eine fliegende Drohne sein.
Nachfolgend werden spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
In Ausführungsformen werden mithilfe eines stationären oder Luftfahrzeug- bzw. Robotergestützten, akustischen Sensorsystems die Windgeschwindigkeit und/oder Windrichtung bestimmt.
Gemäß einer Ausführungsform wird zudem oder alternativ auch eine Approximation der Niederschlagsmenge und Größe der Regentropfen sowie weiterer Parameter abgeleitet.
In einer Ausführungsform kann parallel dazu und/oder unabhängig davon die lokale Umgebung auf akustische Anomalien überwacht werden.
Gemäß mancher Ausführungsformen ist eine akustische Ereigniserkennung vorgesehen.
Das vorherrschende Wetterereignis und/oder seine Auswirkung können in Ausführungsformen übermitelt werden, z.B. dem Bevölkerungs- und Katastrophenschutz.
Um diese Ziele zu realisieren, wird in Ausführungsformen eine neuartige Sensorik bereitgestellt, die Ultraschallmesstechnik und/oder den hörbaren Frequenzbereich (Hörschall) und/oder Infraschall ermiteln kann. Das Sensorsystem kann dabei ausgebildet sein, erschwerten, widrigen Bedingungen gewachsen zu sein, welche sich aus dem Einsatz an einer stationären Beobachtungsstation oder an einer mobilen Robotik- bzw. (unbemannter) Luftfahrzeugplattform ergeben.
Da in Ausführungsformen ein akustischer Sensor vorgesehen ist, der z.B. ein für den Einsatz geeignetes Sensordesign aufweisen kann, sind keine hochempfindlichen, mechanischen Komponenten erforderlich, wie sie bei bisherigen Anemometertypen erforderlich sind. Der akustische Sensor kann dabei den Einsatz multipler Sensoren obsolet machen und entsprechend eine kompaktere und vor allem wartungsarme Konstruktion ermöglichen.
In einer Ausführungsform kann das Messsystem in Kombination mit Kl-basierter Signalverarbeitung (Kl: künstliche Intelligenz) in der Lage sein, komplexe Wechselwirkungen von Wetterinformationen aus einem oder mehreren Signalen zu erkennen. So kann in einer Ausführungsform, z.B. nicht nur die lokale Wetterlage detailliert analysiert werden, sondern auch deren unmittelbare Auswirkung auf die Umgebung überwacht werden. Beispielsweise kann z.B. vorgesehen sein, dass mittels einer Wasseraufnahme des Bodens der Wassergehalt von Flussläufen oder drohende Erdrutsche erkannt werden.
Gemäß mancher Ausführungsformen kann z.B. eine Nutzung von Robotik- bzw. Luftfahrzeugplattformen vorgesehen sein. Hierdurch wird ein flexibler und schneller Einsatz des Systems komplett unabhängig von der örtlichen Netzinfrastruktur möglich.
In einer Ausführungsform können mehrere Trägerplattformen simultan eingesetzt werden. Auf diese Weise kann z.B. ein Messnetzwerk mit dynamisch anpassbarer raumzeitlicher Auflösung in jedem beliebigen Einsatzgebiet betrieben werden.
Anhand der genannten multimodalen Fortschritte ergeben sich deutliche Vorteile für den Einsatz im Bevölkerungs- und Katastrophenschutz. Insbesondere können die aufgezeigten Fortschritte praxisbezogene Nachteile bestehender Systeme überwinden.
In Ausführungsformen können ein oder mehrere der nachfolgenden Parameter mitels dem neuartigen akustischen Sensorsystem detailliert bestimmt werden:
Niederschlags-Parameter:
- Art des Niederschlags/Niederschlagstyp (beispielsweise Regen, Schnee, Graupel und Hagel)
Tropfen- bzw. Korngröße(n) des Niederschlags
Zusammensetzung des Niederschlags, wie bspw. Schneeregen Kinetische Energie des Niederschlags. Abhängig davon werden einer Ausführungsform eine Approximation der Wolkenhöhe und/oder Rückschlüsse auf Kondensationskeime bzw. Partikelbelastung der Luft bestimmt)
- Herkunftsrichtung des Niederschlags
Wind-Parameter:
Horizontale und/oder vertikale Geschwindigkeit des Windes
Richtungsvektor(en) betreffend den Wind
Art des Windes / Windtyp (z.B. Böen, Turbulente Luftströmungen, etc.)
Temperatur-Parameter (z.B. eine virtuelle akustische Temperatur, auch als akustische virtuelle Temperatur bezeichnet).
Nachfolgend werden zwei spezielle Ausführungsformen der Sensorik beschrieben, welche sowohl alleinstehend betrachtet oder in einem kombinierten Sensorsystem vereint werden können. Durch eine derartige Kombination können beispielsweise noch detaillierte und ergänzende meteorologische Parameter und Zusammenhänge echtzeitfähig erfasst werden.
Zunächst werden Gemeinsamkeiten der beiden konkreten Ausführungsbeispiele beschrieben.
Beispielsweise kann der akustische Sensor bei beiden Ausführungsbeispielen einen elektroakustischen Schallwandler aufweisen, welcher beispielsweise einen möglichst hohen Frequenzbereich vom Infraschall über den Hörschall bis hin zum Ultraschall erfassen können. Beispielsweise kann der Erfassungsbereich einen Bereich 0 Hz $ f x abdecken, wobei x ein Wert 100 kHz £ x £ 1 MHz aufweisen kann. Z.B. kann der Erfassungsbereich 0 Hz f s 500 kHz abdecken.
In Ausführungsformen kann ein erfindungsgemäßes Sensorsystem beispielsweise in beiden Ausführungsformen ein anpassungsfähiges Verfahren zur Reduktion von Störgeräuschen implementieren, um die akustischen Signale für die weitere Signalverarbeitung aufzubereiten. Hierdurch kann das erfindungsgemäße Sensorsystem für das jeweilige Einsatzgebiet besonders angepasst werden. Einerseits können z.B. hierzu die Informationen der Roboter-ZFIugkontroller über die aktuell aktive Aktorik des Trägersystems erfasst, daraus akustische Filter ableitet und diese angewendet werden. Andererseits können die Daten der Wettermessung des akustischen Sensors selbst zur Filtergenerierungen bzw. Filteradaption ausgewertet werden. Durch eine spezielle Anordnung der Schallwandler können z.B. außerdem gezielte geführte Luftströmungen bedingt und durch Auswertung aeroakustischer Eigenschaften ein Störschallfilter abgeleitet werden. Es können beispielsweise auch Abschirmungen gewisser Schallwandlerkomponenten des neuen Sensorsystems zur Reduktion von Störeinflüssen eingesetzt werden
Durch Interaktion der meteorologischen Elemente mit der Befestigung des Sensorsystems kann es zu vibroakustischen Vorgängen kommen. Gleiches gilt für vibroakustische Effekte durch ein Robotik- oder Flugsystem. Durch Ausnutzung der entstehenden vibroakustischen Ereignisse können ebenfalls akustische Filter zur Reduktion von Störgeräuschen abgeleitet und auf die akustischen Signale der Schallempfänger angewandt werden.
Das erste Ausführungsbeispiel betrifft eine akustische Sensorik mit akustischen Messstrecken.
Das erste Ausführungsbeispiel kann beispielsweise mittels einer einzigen Kombination aus einem Schallempfänger und einer Schallquelle oder einem zwei- bzw. dreidimensionalen Array dieser Schallwandler bestehen. Auf diese Weise können mittels digitaler Signalverarbeitung dynamische adaptive Richtcharakteristiken der Schallempfänger erzielt werden. In speziellen Ausführungsbeispielen können Schallquellen in Form von elektroakustischen Aktoren auch als Schallempfänger und andersherum fungieren können. Somit können die elektroakustischen Schallwandler dynamisch situationsbedingt als Aktor oder als Sensor angesteuert bzw. eingesetzt werden können.
In einer Ausführungsform erfolgt die Messung des Winds beispielsweise über eine oder mehrere Ultraschallmessstrecken bestehend aus je einem Ultraschalltransmitter und gegenüberliegend einem Ultraschallempfänger in einem definierten Abstand. Diese Messstrecken bilden z.B. in zwei- oder dreidimensionalen räumlichen Ausrichtungen ein entsprechendes Ultraschallarray. Durch Abgabe von Signalen, beispielsweise pulsartigen Signalen, Sweeps, einzelne Sinustöne, und/oder Signal-(Pseudo-)Zufallsfolgen entlang der Messstrecken wird die Windgeschwindigkeit sowie der Richtungsvektor des Winds abgeleitet. Weiterhin ist ein Rückschluss auf die virtuelle akustische Temperatur möglich. Beispielsweise kann die Nutzung einer mehrdimensionalen Ausrichtung parallel zur Validierung der Messdaten genutzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Messung des Winds beispielsweise über eine oder mehrere Infraschallmessstrecken bestehend aus je einem Infraschalltransmiter und gegenüberliegend einem Infraschallempfänger in einem definierten Abstand. Diese Messstrecken bilden z.B. in zwei- oder dreidimensionalen räumlichen Ausrichtungen ein entsprechendes Infraschallarray. Durch Abgabe von Signalen, beispielsweise pulsartigen Signalen, Sweeps, einzelne Sinustöne, und/oder Signal-(Pseudo-)Zufallsfolgen entlang der Messstrecken wird die Windgeschwindigkeit sowie der Richtungsvektor des Winds abgeleitet. Weiterhin ist ein Rückschluss auf die virtuelle akustische Temperatur möglich. Beispielsweise kann die Nutzung einer mehrdimensionalen Ausrichtung parallel zur Validierung der Messdaten genutzt werden.
In einer Ausführungsform erfolgt die Messung des Winds beispielsweise über eine oder mehrere Hörschallmessstrecken bestehend aus je einem Hörschalltransmitter und gegenüberliegend einem Hörschallempfänger in einem definierten Abstand. Diese Messstrecken bilden z.B. in zwei- oder dreidimensionalen räumlichen Ausrichtungen ein entsprechendes Hörschallarray. Durch Abgabe von Signalen, beispielsweise pulsartigen Signalen, Sweeps, einzelne Sinustöne, und/oder Signal-(Pseudo-)Zufallsfolgen entlang der Messstrecken wird die Windgeschwindigkeit sowie der Richtungsvektor des Winds abgeleitet. Weiterhin ist ein Rückschluss auf die virtuelle akustische Temperatur möglich. Beispielsweise kann die Nutzung einer mehrdimensionalen Ausrichtung parallel zur Validierung der Messdaten genutzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Kombination von zwei oder drei der obigen drei Varianten (Ultraschall, Infraschall, Hörschall) vorgesehen.
Um Niederschläge zu erfassen, können beispielsweise die gleichen Ultraschallwandler und/oder Infraschallwandler und/oder Hörschallwandler genutzt werden, wie bei der Windmessung. Die Frequenz der abgestrahlten Ultraschallsignale und/oder Infraschallsignale und/oder Hörschallsignale kann variiert werden. Durch die Wechselwirkung der Regentropfengröße mit der jeweiligen Wellenlänge der Ultraschallwelle und/oder Infraschallwelle und/oder Hörschallwelle kommt es zu Streuungs- und damit Dämpfungseffekten. Somit kann die Regentropfengröße und die Niederschlagsmenge approximiert werden. Die Variation der Frequenz kann genutzt werden, um die Größentropfenverteilung genauer zu erfassen. Das zweite Ausführungsbeispiel betrifft eine akustische Sensorik ohne dedizierte Messstrecken.
Diese Ausführung kann z.B. aus einem einzigen Schallempfänger oder z.B. aus einem zwei- bzw. dreidimensionalen Array bestehen. Auf diese Weise können mittels digitaler Signalverarbeitung dynamische adaptive Richtcharakteristiken der Schallempfänger erzielt werden. Weiterhin kann z.B. die Ausführung über eine vibroakustische Schallempfänger verfügen, um die Schwingungen des Robotiksystems bzw. Luftfahrzeugs zu erfassen.
Zur Messung des Winds können z.B. Schallempfänger für Infra-, Hör- und Ultraschall genutzt werden. Durch die Interaktion der Luftströmungen durch den Wind mit dem speziellen Gehäuse und/oder der Anordnung der Schallempfänger können gezielte geführte Luftströmungen bedingt und/oder aeroakustische Merkmale der Luftströmungen erfasst oder abgeleitet werden. Durch kaskadierter Signalverarbeitung können auf diese Weise Informationen über den vorherrschenden Wind, wie beispielsweise die Windgeschwindigkeit und -richtung sowie turbulente Winde erkannt und analysiert werden.
In der Anwendung des neuartigen Sensorsystems fällt der Niederschlag auf das Sensorgehäuse oder gegebenenfalls in der Nähe liegende Bauteile des Trägersystems. Durch die Signalanalyse der akustischen Sensorkomponenten sind Informationen über den Niederschlag wie die Art und die Zusammensetzung bestimmbar.
Die akustischen Daten aller Schallempfänger beider Ausführungsbeispiele können neben der Messung meteorologischer Parameter z.B. auch für eine akustische automatische Erkennung bzw. Detektion von aktustischen Ereignissen genutzt werden. Hierzu kann das Sensorsystem z.B. über Algorithmen des Machine Learing (Maschinenlernen) und/oder Deep Learning (Tiefenlernen) verfügen. Auf diese Weise ist es möglich, weitere Rückschlüsse auf das Wetterereignis zu gewinnen sowie das Auftreten von mindestens einer zu überwachenden Signalklasse zu erkennen. Denkbare Anwendungsfälle können hier neben der Detektion von menschlicher Sprache, Tiergeräuschen oder Gasleckagen auch die Überwachung der Umgebung auf die (unmitelbaren) Auswirkungen von Wetterereignissen sein. So können z.B. Flussläufe und/oder Dämme und/oder das Gelände nach Anzeichen von Erdrutschen überwacht werden.
In Ausführungsformen kann die Bereitstellung der aufgearbeiteten Sensordaten durch eine kabelgebundene und/oder durch eine drahtlose Schnittstelle erfolgen. Wenn z.B. keine Verbindung besteht, können die Daten gemäß einer Ausführungsform zur späteren Übertragung zwischengespeichert werden. Weiterhin können diese Daten z.B. Ausgangspunkt für autonome Reaktionen der Robotiksysteme oder der unbemannten Luftfahrzeuge sein.
Mögliche Verwendungsmöglichkeiten liegen sowohl bei Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben als auch meteorologische Forschungseinrichtungen sowie Betreiber kritischer Infrastrukturen. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ergibt sich durch Anbieter von vertikalen Mobilitätslösungen, da eine entsprechende Sensorik für die Wetervorhersage von Bedeutung ist. Auch kann ein erfindungsgemäßes, akustisches Sensorsystem in Kombinationssensoren eingesetzt werden, bspw. in Kombination mit Gefahrgut-Sensorik.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschrite durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software oder zumindest teilweise in Hardware oder zumindest teilweise in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer BluRay Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart Zusammenwirken können oder Zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinen-lesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger oder das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise greifbar und/oder nicht flüchtig.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei- Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor Zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei. Glossar
Anemometer Ein Anemometer ist ein Messinstrument zur Messung lokaler
Windgeschwindigkeit. Ein Anemometer kann hierfür verschiedene Bauformen (Mechanischer Anemometer, Hitzdrahtanemometer, u.v.m.) aufweisen.
CML Commercial Microwave Link (CML) (kommerzielle Mikrowellen-
Verbindung) beschreibt kommerzielle Richtfunkstrecken zwischen Mobilfunkfasten, welche meist mit einer Frequenz zwischen 18 und
27 GHz arbeiten. Die Dichteverteilung dieses Funknetzes folgt grob der Bevölkerungsdichte.
Peplosphäre Die atmosphärische Grenzschicht, auch als Peplosphäre bezeichnet, beschreibt die unterste Schicht der Erdatmosphäre direkt angrenzend an die Erdoberfläche.
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Claims

Patentansprüche System, umfassend: ein oder mehrere Schallwandler, wobei die ein oder mehreren Schallwandler wenigstens einen Schallsensor (110) umfassen, der zur Ermittlung von Schalldruckinformation ausgebildet ist, und eine Verarbeitungseinheit (120), die zur Bestimmung von Wetterinformation abhängig von der Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor (110) ermittelt wurde, ausgebildet ist, wobei die ein oder mehreren Schallwandler ausgebildet sind, auf einer mobilen Einheit installiert zu werden. System nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Schallsensor (110) ausgebildet ist, Schalldruckinformation zumindest im Infraschall-Frequenzbereich und im Hörschall-Frequenzbereich zu ermitteln, und/oder wobei der wenigstens eine Schallsensor (110) ausgebildet ist, Schalldruckinformation zumindest im Hörschall-Frequenzbereich und im Ultraschall-Frequenzbereich zu ermitteln. System nach Anspruch 2, wobei der wenigstens eine Schallsensor (110) ausgebildet ist, Schalldruckinformation im Infraschall-Frequenzbereich und im Hörschall- Frequenzbereich und im Ultraschall-Frequenzbereich zu ermitteln. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der wenigstens eine Schallsensor (110) ausgebildet ist, Schalldruckinformation in einem Frequenzbereich f mit 0 f s x zu ermitteln, wobei 100
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System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, zur Bestimmung der Wetterinformation Niederschlagsinformation und/oder Windinformation und/oder Temperaturinformation abhängig von der Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor (110) empfasst wurde, zu bestimmen. System nach Anspruch 5, wobei die Verarbeitungseinheit (120) zur Bestimmung der Wetterinformation ausgebildet ist, die Niederschlagsinformation abhängig von der Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor (110) ermitelt wurde, zu bestimmen, wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, zur Bestimmung der Niederschlagsinformation wenigstens eine der folgenden Niederschlagsinformationen zu bestimmen: einen Niederschlagstyp, eine Tropfengröße und/oder Korngröße des Niederschlags, eine Zusammensetzung des Niederschlags, eine kinetische Energie des Niederschlags, eine Herkunftsrichtung des Niederschlags. System nach Anspruch 6, wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, zur Bestimmung der Niederschlagsinformation zumindest die kinetische Energie des Niederschlags und/oder zumindest eine Regentropfengröße des Niederschlags zu bestimmen, wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, eine Approximation einer Wolkenhöhe und/oder Information betreffend Kondensationskeime und/oder Partikelbelastung der Luft abhängig von der kinetischen Energie des Niederschlags und/oder abhängig von der Regentropfengröße des Niederschlags zu bestimmen. System nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Verarbeitungseinheit (120) zur Bestimmung der Wetterinformation ausgebildet ist, die Windinformation abhängig von der Schalldruckinformation, der von dem wenigstens einen Schallsensor (110) ermittelt wurde, zu bestimmen, wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, zur Bestimmung der Windinformation wenigstens eine der folgenden Windinformationen zu bestimmen: eine horizontale und/oder vertikale Geschwindigkeit des Windes, ein oder mehrere Richtungsvektoren betreffend den Wind, einen Windtyp. System nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Verarbeitungseinheit (120) zur Bestimmung der Wetterinformation ausgebildet ist, die Temperaturinformation abhängig von der Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor (110) ermittelt wurde, zu bestimmen, wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, zur Bestimmung der Temperaturinformation eine akustische virtuelle Temperatur zu bestimmen. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das System ein Störschallunterdrückungsmodul (215) umfasst, das ausgebildet ist, die Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor (110) ermittelt wurde, einem Verfahren zur Reduktion von Störgeräuschen zu unterziehen, um ein oder mehrere störschallunterdrückte Schallsignale zu erhalten, wobei das Störschallunterdrückungsmodul (215) ausgebildet ist, die ein oder mehreren störschallunterdrückten Signale der Verarbeitungseinheit (120) zu übergeben, wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, die Wetterinformation abhängig von den ein oder mehreren störschallunterdrückten Signalen zu bestimmen.
11 . System nach Anspruch 10, wobei das Störschallunterdrückungsmodul (215) ausgebildet ist, ein oder mehrere Störschallunterdrückungsfilter auf wenigstens ein empfangenes Schallsignal anzuwenden, dass eine Signalrepräsentation der Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor (110) ermittelt wurde, aufweist, um die ein oder mehreren störschallunterdrückten Signale zu bestimmen.
12. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, die Wetterinformation abhängig von der Schalldruckinformation, die von dem mindestens einen Schallsensor (110) ermittelt wurde, mittels eines Maschinen-trainierten Moduls zu bestimmen, das mitels maschinellem Lernen oder mittels Tiefenlernen trainiert wurde.
13. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die ein oder mehreren Schallwandler wenigstens einen Schallwellengenerator (305) zur Erzeugung von Schallwellen umfassen.
14. System nach Anspruch 13, wobei der wenigstens eine Schallwellengenerator (305) zudem ausgebildet ist, Schalldruckinformation zu ermitteln, und/oder wobei der wenigstens eine Schallsensor (110) zudem ausgebildet ist, Schallwellen zu erzeugen.
15. System nach Anspruch 13 oder 14, wobei der wenigstens eine Schallsensor (110) im System angeordnet ist, Schalldruckinformation, die von den Schallwellen abhängt, die von dem wenigstens einen Schallwellengenerator (305) erzeugt wurden, zu ermitteln, wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, die Weterinformation abhängig von der Schalldruckinformation, die von den Schallwellen abhängt, die von dem wenigstens einen Schallwellengenerator (305) erzeugt wurden, und der von dem wenigstens einen Schallsensor (110) ermittelt wurde, zu bestimmen.
16. System nach Anspruch 15, wobei der wenigstens eine Schallsensor (110) eine Mehrzahl von Schallsensoren sind, die eine zwei- oder dreidimensionale Anordnung bilden, wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, abhängig von der von der Mehrzahl von Schallsensoren ermittelten Schalldruckinformation und abhängig von der zwei- oder dreidimensionalen Anordnung der Mehrzahl von Schallsensoren richtungsabhängige Information zu bestimmen, und wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, die Wetterinformation abhängig von der Richtungsinformation zu bestimmen.
17. System nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, die Weterinformation abhängig von einem Abstand zwischen dem wenigstens einen Schallwellengenerator (305) und dem wenigstens einen Schallsensor (110) zu bestimmen.
18. System nach einem der Ansprüche 15 bis 16, wobei es sich bei den Schallwellen, die von dem wenigstens einen Schallwellengenerator (305) erzeugt wurden, um abgestrahlte Ultraschallwellen und/oder abgestrahlte Infraschallwellen und/oder abgestrahlte Hörschallwellen handelt, wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, abhängig von der Schalldruckinformation, die von den Ultraschallwellen und/oder von den Infraschallwellen und/oder von den Hörschallwellen abhängt, die von dem wenigstens einen Schallwellengenerator (305) erzeugt wurden, eine Windgeschwindigkeit und/oder einen Richtungsvektor eines Windes und/oder eine akustische virtuelle Temperatur und/oder eine Regentropfengröße und/oder eine Niederschlagsmenge zu bestimmen.
19. System nach Anspruch 18, wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit und/oder zur Bestimmung des Richtungsvektors des Windes und/oder zur Bestimmung der akustischen, virtuellen Temperatur und/oder zur Bestimmung der Regentropfengröße und/oder zur Bestimmung der Niederschlagsmenge wenigstens eine der folgenden Niederschlagsinformationen zu bestimmen: einen Niederschlagstyp, eine Tropfengröße und/oder Korngröße des Niederschlags, eine Zusammensetzung des Niederschlags, eine kinetische Energie des Niederschlags, eine Herkunftsrichtung des Niederschlags.
20. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die wenigstens eine Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, aeroakustische Merkmale von Luftströmungen mittels der von dem wenigsten einen Schallsensor (110) ermittelten Schalldruckinformation zu bestimmen und davon abhängig die Wetterinformation zu bestimmen.
21. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das System ein Gehäuse umfasst, durch das gezielt geführte Luftströmungen hervorgerufen gerufen werden.
22. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der ein oder mehrere Schallwandler wenigstens einen vibroakustischen Schallempfänger zum Ermitteln von vibroakustischen Schallwellen umfassen, wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, die Weterinformation abhängig von den vibroakustischen Schallwellen zu bestimmen. 23. System nach Anspruch 22, des Weiteren abhängig von Anspruch 10 oder 11 , wobei das Störschallunterdrückungsmodul (215) ausgebildet ist, die Störschallunterdrückung abhängig von den vibroakustischen Schallwellen durchzuführen, die von dem wenigstens einen vibroakustischen Schallempfänger ermittelt wurden.
24. System nach Anspruch 22 oder 23, wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, abhängig von den vibroakustischen Schallwellen Information über Niederschlag zu bestimmen.
25. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, abhängig von der Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor (110) ermitelt wurde, ein oder mehrere akustische Ereignisse zu erkennen.
26. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, die Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor (110) ermittelt wurde, zu klassifizieren.
27. System nach Anspruch 25 oder 26, wobei die Verarbeitungseinheit (120) ausgebildet ist, die ein oder mehreren akustischen Ereignisse mittels einer Maschinen-trainierten Einheit zu erkennen, die mitels maschinellem Lernen oder mitels Tiefenlernen trainiert wurde. 28. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das System eine Sendeschnittstelle (412) umfasst, die ausgebildet ist, die Schalldruckinformation vom dem wenigstens einen Schallsensor (110) zu erhalten und zu einer Empfangsschnittstelle (418) zu übertragen, wobei das System die Empfangsschnittstelle (418) umfasst, die ausgebildet ist, die Schalldruckinformation von der Sendeschnittstelle (412) zu empfangen und an die Verarbeitungseinheit (120) zu übergeben.
29. System nach Anspruch 28, wobei die Übertragung der Schalldruckinformation von der Sendeschnittstelle (412) zu der Empfangsschnittstelle (418) drahtlos erfolgt.
30. System nach Anspruch 28, wobei die Übertragung der Schalldruckinformation von der Sendeschnittstelle (412) zu der Empfangsschnitstelle (418) kabelgebunden erfolgt.
31. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das System die mobile Einheit umfasst, wobei der wenigstens eine Schallsensor (110) auf der mobilen Einheit montiert ist.
32. System nach Anspruch 31 , wobei das System zwei oder mehr mobile Einheiten umfasst, die die besagte mobile Einheit umfassen, wobei es sich bei dem wenigstens einen Schallsensor (110) um mindestens zwei Schallsensoren handelt, die auf unterschiedlichen mobilen Einheiten der zwei oder mehr mobilen Einheiten montiert sind.
33. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mobile Einheit ein Luftfahrzeug ist.
34. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mobile Einheit eine mobile Robotikeinheit ist.
35. System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die mobile Einheit eine fliegende Drohne ist.
36. Verfahren, umfassend:
Ermitteln von Schalldruckinformation unter Verwendung von wenigstens einem
Schallsensors (110),
Bestimmung von Wetterinformation abhängig von der Schalldruckinformation, die von dem wenigstens einen Schallsensor (110) ermittelt wurde, durch eine Verarbeitungseinheit (120), wobei ein oder mehreren Schallwandler, die den wenigstens einen Schallsensor (110) umfassen, ausgebildet sind, auf einer mobilen Einheit installiert zu werden.
37. Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 36
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