DE2818942A1 - Virtuelle lichtschutzzaeune als raumueberwachung mit warn- und schutzzonen - Google Patents

Virtuelle lichtschutzzaeune als raumueberwachung mit warn- und schutzzonen

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DE2818942A1 DE19782818942 DE2818942A DE2818942A1 DE 2818942 A1 DE2818942 A1 DE 2818942A1 DE 19782818942 DE19782818942 DE 19782818942 DE 2818942 A DE2818942 A DE 2818942A DE 2818942 A1 DE2818942 A1 DE 2818942A1
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Description

Virtuelle Lichtschutzzäune als Raumüberwachung mit Warn- und Schutzzonen
Die Erfindung bezieht sich auf virtuelle Lichtschutzzäune als Raumüberwachung mit Warn- und Schutzzonen.
Dem Stand der Technik gehören Einrichtungen an, die unter dem Begriff "Lichtschranken" bekanntgeworden sind. Diese Lichtschranken arbeiten durchweg mit der Unterbrechung eines Lichtstrahles, der gleichzeitig einen Teil der Schutzperipherie darstellt. Leider sind diese Systeme in ihrer Verwendungsmöglichkeit als Schutz- und Sicherheitseinrichtung stark beeinträchtigt, weil sie einerseits den Ort des Eindringens nicht genau angeben können, andererseits leicht außer Kraft zu setzen sind. Außerdem vermögen sie nur geradlinige Konturen zu überwachen.
Um hier vorteilhaftere Lösungen zu bringen, wurde beispielsweise in der DE-Auslegeschrift 21 57 815 eine Einrichtung vorgeschlagen, bei der die Bewegung des Störobjektes rechtwinklig zum Taststrahl und in erster Näherung die Ausdehnung des Objektes in der Projektionsebene in Form einer Linie festgestellt werden kann.
In der DE-AS 21 29 666 wird eine Überwachungseinrichtung vorgeschlagen, die durch Strahlaufspaltung einen Lichtvorhang ohne rotierenden Ablenkmechanismus bildet, wobei ebenfalls über die Größe des Störobjektes in Richtung der Projektionsebene in Form einer Linie Aussagen möglich sind.
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Weiterhin zählt zum Stand der Technik eine aus der DE-Offenlegungsschrift 23 53 702 bekanntgewordene Einbruchsicherung von Flächen, bei der zwischen moduliertem Licht einer Lichtquelle und am Empfänger eine Veränderung der Phasenbeziehung oder der Intensität festgestellt wird, um dadurch das Vorhandensein von Störobjekten festzustellen .
Diese Einbruchsicherung kann über die Größe des Störobjektes keine Aussagen machen, wohl aber über dessen Bewegung im geschützten Raum, wobei der Raum nachteiligerweise materiell abgegrenzt sein muß. Eine genaue örtliche Selektierung ist nicht möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, virtuelle" Lichtschutzzäune mit einem einzigen Gerät zu schaffen, welches die Größe, die Form, die Lage, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung, die Richtung und die Entfernung des Störobjektes feststellt, wobei das Gerät seine Entscheidung in Abhängigkeit von den frei festzulegenden Zonen, Warn- und Schutzzonen, die durch Lichtschutzzäune begrenzt sind, fällt.
Diese Aufgabe findet ihre Lösung darin, daß die Meßstrahlen eines elektro-optischen Entfernungsmessers (10) mittels einer Ablenkeinheit (11) in 2 Koordinaten abgelenkt werden, daß der Durchmesser der Brennflecken mittels einer Vario-Optik (12) gesteuert oder geregelt wird und daß aus den gemessenen und in der Speichereinheit (14) festgehaltenen Entfernungsvektoren mittels eines Rechners (13) jeweils Entfernung, Richtung, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Lage, Größe und Form des angemessenen Objektes ermittelt werden und mit Sollwerten aus der Speichereinheit (14) unter Berücksichtigung der zeitlichen Reihenfolge der Meßwerte verglichen und verarbeitet
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werden zur Feststellung und Identifizierung des in den Warn- oder Schutzbereich eingedrungenen Objektes einerseits zur Auslösung eines Vor- oder Hauptalarms, andererseits zur Einleitung von abwehrmaßnahmen.
Durch diese vorgeschlagenen Maßnahmen ist nun eine Sicherheitseinrichtung geschaffen, die ein Maximum an Sicherheit und ein Minimum an Fehlalarmen garantiert. Ein Maximum an Sicherheit deswegen, weil bereits entfernt von der Schutzzone das Verhalten von Störobjekten festgestellt werden kann und damit die Reaktionszeit der Abwehr auf ein höchstmögliches Maß gebracht wird. Bei den heutigen Sicherheitseinrichtungen ist diese Reaktionszeit durch ein zu spätes Erkennen des Eindringlings für eine erforderliche Abwehr oft zu gering. Die virtuellen Lichtschutzzäune, die beispielsweise den Schutzraum durch verschiedene Warnzonen absichern/ sind an keinerlei materielle Begrenzungen gebunden, sondern sind frei programmierbar, so daß der Eindringling nie weiß, wann und wo er einen Lichtschutzzaun durchstößt. Die vorgeschlagene Einrichtung ist weder überlistbar noch kann man sie dedekti^ren, weil sie sich z. B. tief in einem Schutzraum befindet und nicht sichtbar ist. Daher kann sie auch nicht zerstört werden, was bei allen bekannten Einrichtungen jedoch der Fall ist, insbesondere bei den Lichtschranken, weil sich letztere direkt an der Gefahrenzone befinden und deshalb nicht selbst geschützt sind.
Das vorgeschlagene Gerät nach der Erfindung besitzt aufgrund seiner Größe und Philosophie die Möglichkeit eines universellen Einsatzes als leichtes, transportables und autonomes Gerät. Es kann, da der Lichtstrahl in 2 Koordi-
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naten ablenkbar ist, jedem Flächenprofil folgen und ermöglicht einen effektiven Rundumschutz. Durch die Vermessung mit den angegebenen zu ermittelnden Parametern ist eine optimale Unterscheidung zwischen realen und imaginären Tätern gegeben. Als wesentlicher
dem
Vorteil - neben Hauptvorteil eines sicheren Schutzes muß jedoch gelten, daß durch die Erhöhung der Reaktionszeit infolge der Beobachtung in den Warnzonen, auf materielle Hindernisse wie Schutzzonen, Gräben usw., die teuer sind und die die Freisicht beträchtlich einschränken, verzichtet werden kann. Infolge der genauen lokalen Feststellung in 3 Koordinaten kann der Eindringling z. B. durch einen gesteuerten Scheinwerfer sichtbar und identifiziert festgehalten werden.
Die Erfindung ist nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben, in den Ansprüchen festgehalten und in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm des beschriebenen Ausführungsbeispiels
Fig. 2 ein Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel einer Ablenkeinheit für das Gerät mit getrennten optischen Kanälen in schematischer Darstellung
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel des Aufbaues der Ablenkeinheit in einem Hohlzylinder für eine Rundumsicht
Fig. 4 eine Schemadarstellung von möglichen Schutz- und Wariizonen
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Fig. 5 eine Seitenansicht in schematischer Darstellung zur Kenntlichmachung der Höhe eines virtuellen Lichtschutzzaunes mit sichtbaren Brennflecken
Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel für das Anmessen eines Störobjektes mittels zeitlich aufeinanderfolgender Entfernungsvektoren
Wie die Figur 1 zeigt, liegt das Schwergewicht der Erfindung auf der funktionalen Ablenkung von Entfernungsmeßstrahlen und einer nachfolgenden Datenverarbeitung. Das Gerät als transportable Einheit soll z. B. zum
Schütze eines Flußverlaufes eingesetzt werden. Der Flußverlauf kann nun auf zweierlei Weise dem Gerät eingegeben werden.
1. Durch eine Vermessung auf konventionelle Art wird der Flußverlauf bezüglich des gewählten Standortes des
Schutzgerätes festgehalten und diesem in Form - beispielsweise von Polar-Koordinaten - eingegeben.
2. Längs der Schutzperipherie, die mit dem Flußverlauf übereinstimmt, werden an charakteristischen Punkten Reflektoren angebracht. Das Schutzgerät wird nun an einem beliebigen Ort installiert und stellt automatisch die durch die Reflektoren gekennzeichneten Koordinaten bezüglich seines Standortes fest.
Mit Hilfe des externen Programmschalters werden nun die Funktionen ausgewählt, mit denen das Schutzgerät automatisch die Peripheriepunkte verbindet. Im einfachsten Falle sind dies Geraden. Aber auch Kreis-
und Ellipsenbögen sowie freiwählbare Kurven sind denkbar .
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Mittels des Programmschalters werden gleichzeitig die Anzahl der Zonen, die durch virtuelle Lichtschutzzäune getrennt sind, sowie deren Breite festgelegt, wobei die festgelegte Schutzperipherie den innersten Lichtschutzzaun darstellt und alle übrigen im einfachsten Falle durch einen konstanten aber frei wählbaren Abstand von dem ersteren entfernt liegen.
Der Programmschalter ermöglicht überdies die Höhe des ersten Lichtschutzzaunes festzulegen. Dies geschieht durch die Einstellung der Ablenkeinheit in vertikaler Richtung. Die Einstellung der Ablenkeinheit in horizontaler Richtung geschieht - bei einem sektorialen Schutz z. B. automatisch mit Hilfe der äußersten Begrenzungspunkte der Schutzperipherie und dem Gerätestandpunkt durch Steuerung der Pulsfolgefrequenz.
Der Programmschalter gibt ferner die Möglichkeit, den Lichtschutzzaun durch Überdecken der Brennflecken lückenlos beziehungsweise ihn als ein Lichtschutzraster mit kleinen Brennflecken aufzubauen.
Das eingestellte Gerät tastet nun im kHz-Bereich die Schutz- und Warnperipherien gleichzeitig ab. Wird z. B. in der Warnzone ein Eindringling festgestellt, so wird dieser-in Größe, Form, Richtung usw. durch vektorielle Entfernungsmessung beschrieben. In dem Programmspeicher des Rechners sind die Koordinaten der Lichtschutzzäune als Sollwerte enthalten, aber auch Sollwerte über die vorgenannten Parameter der zu unterscheidenden Eindringlinge. Ein einfallendes Blatt z. B. wird allein durch seine Größe eliminiert. Ein großer, fliegender Vogel erreicht nicht den Boden und wird daher vom Menschen, der ja die Warnzone - die beispielsweise 10 m breit ist - überspringen müßte, unterschieden und ebenfalls
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eliminiert.
Schnee und Regen kommen von oben und geben bei entsprechender Dichte gleichzeitig ein globales Entfernungssignal ähnlich einer entlang der Schutzperipherie gezogenen Mauer. Eindringlinge werden bei diesen Bedingungen durch die Veränderung des Entfernungsbildes erkannt. Kriechende Katzen sind beispielsweise zu klein, dagegen wird ein kriechender Hund erkannt werden, aber sich durch sein von einem kriechenden Menschen unterscheidendes Verhalten keinen Alarm auslösen. Fahrzeuge und dergleichen können leicht durch Größe, Richtung und Geschwindigkeit erkannt werden.
Wird z. B. in der Warnzone ein Mensch durch seine typischen Parameter über die Entfernungsvektoren identifiziert, so wird ein Voralarm ausgelöst, dem der Hauptalarm folgt, wenn er den ersten virtuellen Lichtschutzzaun an der Schutzperipherie durchbricht. Jetzt gibt es bei Nacht die Möglichkeit, ihn gezielt mit einem Scheinwerfer zu beleuchten und dadurch zur Identifizierung festzuhalten und zu vertreiben.
Von einer Beleuchtung des Störobjektes wird man auch dann Gebrauch machen, wenn seine Identifikation im Warnbereich nicht eindeutig sein sollte.
Das GerätTTDetzt sich aus einem elektro-optischen Entfernungsmesser 10, dessen optische Kanäle, die jeweils aus der Ablenkeinheit 11a bzw. 11b und lic sowie der zugehörigen Vario-Optik 12 bzw. Optik 24 bestehen, optisch völlig voneinander getrennt sind sowie dem Rechner 13 als Microprozessor der Speichereinheit 14 - aus Meßdatenspeicher, Ergebnisspeicher und Programmspeicher - der Steuer- und Regeleinheit 15 sowie dem externen Programmschalter 16 zusammen. Vereinfachenderweise wurden die Interfaces gleich in die Speichereinheit 14 integriert.
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Der Sender 20, ζ. B. eine Laserdiode, emittiert mit einer regelbaren Pulsfolgefrequenz optische Impulse 22, die mittels der Ablenkeinheit lla, z. B. einem regelbaren Schwingspiegel, vertikal abelenkt werden. In der nachfolgenden Vario-Optik 12 werden mittels des Programmschalters 16 die Brennfleckdurchmesser 50 für den 1. virtuellen Lichtschutzzaun 40 eingestellt. Die Vario-Optik 12 regelt ihrerseits den Brennfleck 5O entlang des 1. virtuellen Lichtschutzzaunes 40 in Abhängigkeit von der Entfernung zum Schutzgerät 100. Die anschließende Ablenkeinheit lic, die z. B. aus 2 symmetrisch aufgebauten rotierenden Spiegeln besteht und mittels eines Elektromotors 28 über ein Getriebe angetrieben werden, lenkt die Pulse 22 horizontal ab. Da die Spiegel lic vorteilhafterweise mit konstanter Drehzahl rotieren, geschieht die Festlegung der Brennfleckdichte am 1. virtuellen Lichtschutzzaun 4O und die horizontale Ablenkung durch die Steuerung und Regelung der Pulsfolgefrequenz. Über die rotierende Ablenkeinheit lic gelangen die Pulse ins Freie, werden am Störobjekt 60 reflektiert und treten wieder über die Ablenkeinheit lic empfängerseitig in das Gerät 100 ein. Diesmal befindet sich zwischen lic und der Eingangsoptik 24 ein schmalbandiges Interferenzfilter 25 zur Unterdrückung des Fremdlichtes. Von der Optik 24 gelangt das reflektierte Licht 23 über die Ablenkeinheit lib, die z. B. wieder einen regelbaren Schwingspiegel darstellt, zum Detektor 21. Der optische Eingangs- und Ausgangskanal müssen äquivalent aufgebaut sein. D.h. die beiden Schwingspiegel lla und 11b nehmen stets zueinander die gleiche Stellung ein. Darüber hinaus stehen sie in einer funktionalen Beziehung zum rotierenden Spiegel lic.
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Aus der Zeitdifferenz zwischen vom Sender 20 ausgehenden und zum Detektor 21 zurückkehrenden Lichtimpuls - im Ausführungsbeispiel also eine Laufzeitmessung - wird die Entfernung zum Störobjekt 60 errechnet.
Aus der partiellen Lage der Spiegel lla, 11b, lic, liegen gleichzeitig die Horizontal- und Vertikalwinkel fest. Bei der nächsten Messung mittels des nächsten Impulses werden die neuen Entfernungen und Winkel festgestellt. Durch eine dritte Anmessung des Störobjektes geschieht dasselbe. Aus diesen drei Messungen können nun z. B. für einen Punkt 60 die partielle Entfernung, die Richtung, Geschwindigkeit und Beschleunigung ermittelt werden. Hat man einen Körper, so ist auch Größe, Form und Lage feststellbar. Die ermittelten Werte werden mit solchen in der Speichereinheit 14 verglichen und die entsprechenden Maßnahmen ab- und eingeleitet.
Wird das Gerät 100 für eine Rundumsicht benutzt, dann tritt anstelle des rotierenden Spiegels lic ein Spiegel lic, der aber in einem rotierenden Hohlzylinder 30 sitzt. Der Spiegel lic stellt im Ausführungsbeispiel einen Doppelspiegel dar, dessen erzielbare Ablenkwinkel wegen der Zentralwelle auf 180° festgelegt sind. Man kann aber ebensogut Prismen sowohl für die horizontale als vertikale Ablenkung benutzen.
Die Ausgabeeinheit 17 wird nur dann einen Alarm anregen, wenn ein als Eindringling erkanntes Störobjekt 60 identifiziert ist und den ersten virtuellen Lichtschutzzaun 40 durchbricht - wobei der gemessene Entfernungsvektor =· der gespeicherte Entfernungsvektor ist - oder sein Verhalten dahingehend interpretiert wird, daß dies in Kürze geschieht. Die Alarmeinrichtung kann, wie schon beschrieben, optisch mit einem Scheinwerfer, aber auch mit einer automatisch gesteuerten Schußwaffe gekoppelt sein. Der Alarm selbst kann in Form eines Sirenentones oder einer optischen Blinkanzeige gegeben werden.
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Claims (6)

Virtuelle Lichtschutzzäune als Raumüberwachung mit Warn- und Schutzzonen Patentansprüche
1./Virtuelle Lichtschutzzäune als Raumüberwachung mit Warn- 'J und Schutzzonen dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrahlen eines elektro-optischen Entfernungsmessers (1O) mittels einer Ablenkeinheit (11) in 2 Koordinaten abgelenkt werden, daß der Durchmesser der Brennflecken mittels einer Vario-Optik (12) gesteuert oder geregelt wird und daß aus den gemessenen und in der Speichereinheit (14) festgehaltenen Entfernungsvektoren mittels eines Rechners (13) jeweils Entfernung, Richtung, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Lage, Größe und Form des angemessenen Objektes ermittelt werden und mit Sollwerten aus der Speichereinheit (14) unter Berücksichtigung der zeitlichen Reihenfolge der Meßwerte verglichen und verarbeitet werden zur Feststellung und Identifizierung des in den Warn- oder Schutzbereich eingedrungenen Objektes einerseits zur Auslösung eines Vor- oder Hauptalarms, andererseits zur Einleitung von Abwehrmaßnahmen.
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ORIGINAL INSPECTED
2. Virtuelle Lichtschutzzäune nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in die Speichereinheit (14) zur Sollwertfestlegung jede gewünschte Peripherieform entweder von Hand oder mit Hilfe des Entfernungsmessers (10) mittels des Rechners (13) über charakteristische Punkte aus der Peripherie, die durch wählbare im Speicher (14) gespeicherte Funktionen miteinander verbunden werden, eingegeben werden kann.
3. Virtuelle Lichtschutzzäune nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsmesser-Optik (12,24) eine Ablenkeinheit (11) für die Meßstrahlen zur einstellbaren vertikalen und horizontalen Ablenkung mit einer Steuer— und Regeleinheit (15) zugeordnet ist.
4. Virtuelle Lichtschutzzäune nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinheit (11) ein Spiegel— oder Prismensystem in einem rotierenden Zylinder (3O) darstellt.
5. Virtuelle Lichtschutzzäune nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sende- und Empfangskanal vom Lichtsender (20) bis zum Lichtdetektor
(21) optisch völlig voneinander getrennt aufgebaut ist.
6. Virtuelle Lichtschutzzäune nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsmesser (10) einen Laserimpulsmesser darstellt.
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