DE2818942C2 - Verfahren zur Raumüberwachung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Raumüberwachung mittels mindestens einer vorgegebenen virtuellen Schutzzone gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gei :)äß Oberbegriff des Anspruches 4.

Zur Raumüberwachung sind im allgemeinen Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die nach dem Lichtschranken-Prinzip arbeiten. Beim Lichtschranken-Prinzip bildet der Lichtstrahl üblicherweise auch einen Teil der Peripherie der zu überwachenden Schutzzone, wobei die Funktion bzw. das Ansprechen der Raumüberwachungseinrichtung durch das Unterbrechen des Lichtstrahles ausgelöst wird. Verfahren und Vorrichtungen dieser Art vermögen im allgemeinen nur geradlinige Konturen zu überwachen. Nachteilig ist dabei zum anderen, daß damit der genaue Ort eines eindringenden Störobjektes nicht präzfä genug lokalisiert werden kann und das Lichtschranken-Prinzip häufig leicht außer Kraft zu setzen ist.

Ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine entsprechende Vorrichtung ist aus der DE-OS 22 00 914 bekannt. Bei diesem Verfahren wird zwar das Lichtschranken-Prinzip zur Raumüberwachung verlassen. Es wird vielmehr neben dem Sender ein Empfänger vorgesehen, der die von einem Störobjekt reflektierten Lichtstrahlen detektiert. Das Störobjekt muß sich dabei in einer bestimmten vorgegebenen Schutzzone befinden. Bei diesem Stand der Technik ist es daher nicht möglich, beliebige Schutzzonen auch mit unterschiedlichen Konturen vorzusehen und die genaue Lokalisierung des Störobjektes in der entsprechenden Schutzzone festzustellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Raumüberwachung mit virtuellen Schutzzonen zu schaffen, wobei im Hinblick auf die Schutzzonen größtmögliche Flexibilität z. B. für deren Peripherieverlauf oder Tiefenstaffelung möglich ist und zudem das Störobjekt sehr genau für eine entsprechende Signalerzeugung erfaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei der Erfindung verfahrensmäßig durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 und vorrichtungsmäßig durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 4 gelöst.

Ein wesentlicher Erfindungsgedanke kann darin gesehen werden, die Schutzzonen in Form von geometrischen Daten von definierbaren, virtuellen Schutzzäunen abzuspeichern, wodurch die Schutzzonen an natürliche oder künstlich vorgegebene definierte Verläufe anpaßbar sind. Anders als beim reinen Lichtschranken-Prinzip weisen die Schutzzonen Schutzzäune auf, die z. B. in unterschiedlichen Höhen vorgesehene Abtastbereichc aufweisen. Zur Steigerung der Empfindlichkeit für die Erfassung eines Störobjektes im Bereich des definierten

b5 Schutzzaunes, kann der Brcnnfleck-Durchmesser der ausgesandten Strahlen in den Absatzbereichen geregelt werden. Durch Auswertung der von einem Störobjekl reflektierten und empfangenen Strahlen mit den gespei-

cherten Daten für die Schutzzonen und/oder spezifische Störobjekte, kann ein Störobjekt erfaßt und auch qualitativ bewertet werden. Der erfindungsgemäß vorgesehene Entfernungsmesser gestattet daher die präzise Lokalisierung eines entsprechenden Störobjektes und somit auch eine Abstufung in den einzelnen Schutzzonen als Warn- und/oder Alarmzunen.

Elektro-optische Entfernungsmesser sind zwar für sich gesehen z. B. aus den Druckschrifteil DE-PS 25 08 836, DE-OS 25 10 537 und DE-OS 25 46 714 bekannL Diese Druckschriften geben jedoch keinerlei Hinweis auf eine mögliche Verwendung dieser Entfernungsmesser in Verfahren und Vorrichtungen zur Raumüberwachung und speziell nicht zur Raumüberwachung mittels virtueller Schutzzonen.

Andere Vorrichtungen zur Raumüberwachung sind beispielsweise aus der DE-AS 2157 815, der DE-AS 21 29 666 oder der DE-OS 23 53 702 bekannt Diese bekannten Vorrichtungen gestatten teilweise eine Aussage über die Größe eines Störobjektes oder über dessen Bewegung im überwachten Raum. Eine Kon-.bination von derartigen Parametern oder sogar eine qualitative Bewertung der oder des ermittelten Parameters im Hinblick auf die Auslösung eines Signales, ist jedoch mit diesen bekannten Vorrichtungen nicht möglich.

Die Erfindung ermöglicht es demgegenüber, daß aus den gemessenen und in der Speichereinheit mindestens zwischengespeicherten Entfernungsvektoren über einen Rechner z. B. die Entfernung, die Richtung, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung, die Lage oder die Größe und Form des erfaßten Objektes ermittelt wird und mit gespeicherten Soll-Werten in der Speichereinrichtung unter Berücksichtigung der zeitlichen Reihenfolge der Meßwerte verglichen und verarbeitet wird. Auf diese Weise kann das erfaßte Objekt sehr präzise identifiziert werden und in Abhängigkeit von der Abstufung der einzelnen Schutzzonen die Auslösung eines Vor- oder Hauptalarmes bewirkt werden oder andere Abwehrmaßpnhmen eingeleitet werden.

Vorteilhafterweise ist die Erfindung so konzipiert, daß die geometrischen Daten der virtuellen Schutzzäune sowohl manuell wie auch mittels des integrierten Entfernungsmessers ermittelt und anschließend abgespeichert werden können. Zur Anpassung an natürliche Verläufe, für die ein virtueller Schutz/.aun vorgesehen wird, oder zur Vorgabe rein theoretischer Verläufe, können die eingegebenen geometrischen Daten auch über programmierbare, gespeicherte Funktionen miteinander verknüpft werden. Die Konzipierung der Erfindung mit Lichtstrahlen im nicht sichtbaren Bereich erschwert zu.iiindestens jegliche Störmanipulation oder macht diese unmöglich.

Zur weiteren Verbesserung der Erfindung ist der Entfernungsmesser mit einer Vario-Optik ausgerüstet, so daß die Brennfleck-Durchmesser der Schutzzäune über relativ große Entfernungen kontinuierlich verstellbar sind, womit eine hohe Erfassungsgenauigkeit erreicht wird. Die Unterbringung der Ablenkeinrichtung in einem rotierenden Zylinder ermöglicht des weiteren die Herstellung der Vorrichtung in sehr kompakter und kostengünstiger Weise. Eine Trennung der optischen Wege bringt zudem eine Vereinfachung der Vorrichtung und eine Erhöhung der Zuverlässigkeit im Hinblick auf die Auslösung eines Alarmes, da Störeffekte des anderen Strahlenganges hierdurch von vorneherein eliminicrl werden. Im Hinblick ryi die Genauigkeit der Erfassung ist es zweckmäßig, den Entfernungsmesser als Laser-Entfernungsmesser auszulegen.

Die Erfindung schafft daher eine erhöhte Sicherheit bei der Raumüberwachung, da bereits entfernt von der eigentlichen Alarmzone das Verhalten eines Störobjektes festgestellt werden kann und dadurch die Reaktionszeit erheblich verlängert wird. Die virtuellen Schutzzonen sind frei programmierbar und festlegbar, so daß eindringende Störobjekte nie wissen, wann und wo eine derartige Schutzzone durchstoßen wird. Die Kompaktheit der Vorrichtung macht diese zu einem transportablen und autonomen Gerät, das auch für einen Rundumschutz einsetzbar ist. Insbesondere kann bei der Erfindung durch die verlängerte Reaktionszeit der Vorwarnphase auf eine Errichtung gegenständlicher Hindernisse, die einerseits relativ teuer sind und andererseits eine freie Sicht beeinträchtigen, verzichtet werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles schematisch noch näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung:

Fig.2 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Ablenkeinrichtung der Vorrichtung mit getrennten optischen Kanälen;

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel des Aufbaues der Ablenkeinrichtung in einem Hohlzylinder für eine Rundumsicht;

F i g. 4 eine Schemadarstellung von möglichen Schutz- und Warnzonen;

F i g. 5 eine Seitenansicht in schematischer Darstellung zur Kenntlichmachung der Höhe eines virtuellen Schutzzaunes mit sichtbaren Brennflecken und

F i g. 6 ein Ausführungsbeispiel für das Anmessen eines Störobjektes mittels zeitlich aufeinanderfolgender Entfernungsvektoren.

Wie die Fig. 1 zeigt, liegt das Schwergewicht der Erfindung auf der funktionalen Ablenkung von Entfernungsmeßstrahlen und einer nachfolgenden Datenverarbeitung. Die Vorrichtung als transportable Einheit soll z. B. zum Schütze eines Flußverlaufes eingesetzt werden. Der Flußverlauf kann nun auf zweierlei V/eise in die Vorrichtung eingegeben werden:

a) Durch eine Vermessung auf konventionelle Art wird der Flußverlauf bezüglich des gewählten Standortes der Vorrichtung festgehalten und dieser in Form von z. B. Polar-Koordinaten eingegeben.

b) Längs der Schutzperipherie, die mit dem Flußverlauf übereinstimmt, werden an charakteristischen Punkten Reflektoren angebracht. Die Vorrichtung wird nun an einem beliebigen Ort installiert und stellt automatisch die durch die Reflektoren gekennzeichneten Koordinaten bezüglich ihres Standortes fest. Mit Hilfe eines externen Programmschalters können nun die Funktionen ausgewählt werden, mit denen die Vorrichtung automatisch die Peripheriepunkte verbindet.

Im einfachsten F/'le sind dies Geraden. Aber auch Kreis- und Ellipsenbögen sowie freiwählbare Kurven sind denkbar.

Mittels des Programmschalters können gleichzeitig auch die Anzahl der Schutzzonen 43, die durch virtuelle Schutzzäune getrennt sind, sowie deren Breite festgelegt werden, wobei die festgelegte Schutzperipherie den innersten Schutzzaun 40 darstellen kann und alle übrigen im einfachsten Falle durch einen konstanten, aber frei wählbaren Abstand von dem ersteren entfernt liegen. So zeigt die F i g. 4 eine von einem ersten virtuellen

Lichtschutzzaun 40 begrenzte Schutzzone 43 sowie zwei Warnzonen 44,45, welche von einem zweiten und dritten virtuellen Lichtschutzzaun 41,42 begrenzt werden.

Der Programmschalter ermöglicht es überdies, die Höhe des ersten Schutzzaunes 40 festzulegen. Dies geschieht durch die Einstellung der Ablenkeinrichtung in vertikaler Richtung. Die Einstellung der Ablenkeinrichtung in horizontaler Richtung geschieht — bei einem sektorialen Schutz — z. B. automatisch mit Hilfe der äußersten Begrenzungspunkte der Schutzperipherie und dem Standpunkt der Vorrichtung mittels Steuerung der Pulsfolgefrequenz.

Der Programmschalter bietet ferner die Möglichkeit, den Schutzzaun40,41 durch Überdeckender Brennflekken lückenlos bzw. ihn in Art eines Schutzrasters mit kleinen Brennflecken aufzubauen (F i g. 5).

Die eingestellte Vorrichtung tastet nun im kHz-Bereich die Schutz- und Warnperipherien gleichzeitig ab. Wird z. B. (F i g. 4) in der Warnzone 44, 45 ein Eindringling festgestellt, so wird dieser in Größe, Form, Richtung usw. durch vektorielle Entfernungsmessung beschrieben. In dem Programmspeicher des Rechners sind die Koordinaten der Schutzzäune 40, 41, 42 als Sollwerte enthalten. Aber auc. Sollwerte über die vorgenannten Parameter der zu unterscheidenden Eindringlinge können gespeichert sein. Eindringlinge werden bei diesen Bedingungen durch die Veränderung des Er.tfernungsbildes erkannt, da aufgrund eingegebener, eliminierender Parameter andere Objekte wie z. B. Katzen zu keiner Alarmauslösung führen. Fahrzeuge oder dergleichen können dagegen leicht durch Größe. Richtung und Geschwindigkeit erkannt werden.

Wird z. B. in der Warnzone 44 eine Person aufgrund typischer Parameter über die Entfernungsvektoren }■> identifiziert, so wird ein Voralarm ausgelöst, dem der iiiliirm folge

lenkt die Lichtimpulse 22 horizontal ab. Da die Spiegel Hc vorteilhafterweise mit konstanter Drehzahl rotieren, geschieht die Festlegung der Brennfleckdichtc am ersten virtuellen Schutzzaun 40 und die horizontale Ablenkung durch die Steuerung und Regelung der Pulsfolgefrequenz. Über die rotierende Ablenkeinheit lic gelangen die Lichtimpulse nach außen, werden am Störobjekt 60 reflektiert und treten wieder über die Ablenkeinrichtung 1 lcempfängerseitig in die Vorrichtung 100 ein. Diesmal befindet sich zwischen Hc und der Eingangsoptik 24 ein schmalbandiges Interferenzfilter 25 zur Unterdrückung des Fremdlichtes. Von der Optik 24 gelangt das reflektierte Licht 23 über die Ablenkeinheit 11 b. 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 116 nehmen stets zueinander die gleiche Stellung ein. Darüber hinaus stehen sie in einer funktionalen Beziehung zum rotierenden Spiegel Uc. Aus der Zeitdifferenz zwischen vom Sender 20 ausgehendem und zum Detektor 21 zurückkehrendem Lichtimpuls — im Ausführungsbeispiel also eine Laufzeitmessung — wird die Entfernung zum Störobjekt 60 errechnet.

Mit der Stellung der Spiegel lla, Ub, lic liegen gleichzeitig die Horizontal- und Vertikalwinkel fest. Bei der nächsten Messung mittels des nächsten Lichtimpulses 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 eines Störobjektes 60 die Entfernung, die Richtung, Geschwindigkeit und Beschleunigung ermittelt werden (siehe F i g. 6). Bei einem Körper ist somit auch die Größe, die Form und die Lage feststellbar. Die ermittelten Werte werden mit Werten in der Speichereinheit 14 verglichen und als Folge davon

olgen kann, "wenn die Person den ersten ein entsprechendes Signa! erzeugt oder cmc Maßnahme

virtuellen Licht-Schutzzaun 40 an der Schutzperipherie durchbricht. So gibt es dann z. B. in der Nacht die Möglichkeit, die Person gezielt mit einem Scheinwerfer anzuleuchten und dadurch zu identifizieren oder zu vertreiben.

Gemäß F i g. 1 weist eine Vorrichtung 100 einen elektrooptischen Entfernungsmesser 10 mit optischen Kanälen auf. die jeweils aus der Ablenkeinrichtung lla bzw. !!bund Hc sowie der zugehörigen Vario-Optik 12 bzw. Optik 24 bestehen. Die Kanäle sind optisch völlig voneinander getrennt. Des weiteren ist ein Rechner 13 ah Microprozessor einer Speichereinheit 14 mit Meßdatenspcicher. Ergebnisspeicher und Programmspeieher, und eine Steuer- und Regeleinheit 15 sowie dem externen Programmschalter 16 vorgesehen. Vereinfachenderweise wurde das Interface in die Speichereinheit 14 mit integriert.

Der Sender 20 z. B. eine Laserdiode, emittiert mit einer regelbaren Pulsfolgefrequenz optische Lichtimpulse 22. die mittels der Ablenkeinrichtung Ha, z.B. einem regelbaren Schwingspiegel, vertikal abgelenkt werden. In einer nachfolgenden Vario-Optik 12 werden mittels des Programmschalters 16 die Brennfleck-Durchmesser 50 für einen ersten virtuellen Licht-Schutzzaun 40 eingestellt. Die Vario-Optik 12 regelt ihrerseits den Brennfleck 50 entlang des ersten virtuellen Schutzzaunes 40 in Abhängigkeit von der Entfernung zur Vorrichtung 100. Die anschließende Ablenkeinrichtung lic, die z.B. aus zwei symmetrisch aufgebauten rotierenden Spiegeln besteht und mittels eines Elektromotors 28 über ein Getriebe 27 angetrieben werden.

eingeleitet.

Wird die Vorrichtung 100 für eine Rundumsicht (Fig. 3) benutzt, dr^nn tritt anstelle des rotierenden Spiegels lic ein Spiegel lic, der in einem rotierenden Hohlzylinder 30 sitzt.

Der Spiegel lic stellt in Fig. 3 einen Doppelspicgel 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 (Fig. 1) wird z. B. dann einen Alarm auslösen, wenn ein als Eindringling erkanntes Störobjekt 60 identifiziert ist und den ersten virtuel'en Licht-Schutzzaun 40 durchbrochen hat oder durchbricht. Hierbei ist der gemessene Entfernungsvektor gleich dem gespeicherten Entfernungsvektor. Auch kann vorwarnend das Verhalten des Störobjektes dahingehend interpretiert werden, daß in Kürze ein Schutzzaun durchbrochen wird. Ein durch die Vorrichtung ausgelöster Alarm kann sowohl optisch wie akustisch oder auch physikalisch oder körperlicher Natur sein.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Raumüberwachung mittels mindestens einer vorgegebenen virtuellen Schutzzone, bei dem die senderseitig abgegebenen Lichtstrahlen mindestens partiell von einem in der virtuellen Schutzzone befindlichen Störobjekt reflektiert werden und empfangsseitig benachbart zum Sender als Störobjekt detektiert werden, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schutzzonen in Form geometrischer Daten von als Warn- und/oder Alarmzonen definierten, virtuellen Schutzzäunen gespeichert werden,
daß mindestens die vorgebbaren Schutzzäune in Abtastbereiche unterteilt werden,
daß die Lichtstrahlen zur Abtastung der Abtastbereiche in vorgebbare Horizontal- und Vertikalwinkel abgelenkt werden,

daß für die Abtastbereiche der Brennfleck-Durchmesser der abgelenkten Strahlen gesteuert oder geregelt wirJ, jvd

daß aus den gespeicherten geometrischen Daten des virtuellen Schutzzaunes und der Laufzeit der abgelenkten und von einem Störobjekt reflektiert empfangenen Strahlen, Parameter des Störobjektes ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen Daten der virtuellen Schutzzäune manuell oder mittels Entfernungserfassung abgespeichert werden und daß die geometrischen Daten gegebenenfalls entsprechend programmierbarer, abgespeicherter Funktionen zur Festlegung der virtuellen Schutzzäune miteinander verknüpft werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche ! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtstrahlen im nichtsichtbaren Bereich verwendet werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Sender und einem Empfänger für die zur Überwachung verwendeten Lichtstrahlen, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Entfernungsmesser (10) vorgesehen ist, der eine Ablenkeinrichtung (lla, 116, Wc) zur Ablenkung der Lichtstrahlen in vorgebbare Horizontalwinkel (φ) und Vertikalwinkel (χ) und eine Einrichtung (12) zur Einstellung der Brennfleck-Durchmesser der Strahlen für die Abtastbereiche aufweist,
daß eine Speichereinrichtung (14) vorgesehen ist, in die mindestens die vorgebbaren geometrischen Daten der Schutzzäune (40,41) eingebbar sind, und
daß ein Rechner (13) zum Vergleich und zur Verarbeitung der in der Speichereinrichtung (14) gespeicherten Daten mit den über den Entfernungsmesser (10) aus der Laufzeit der abgelenkten und an einem Störobjekt reflektierten Strahlen ermittelten Daten, vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12) zur Einstellung der Brennfleck-Durchmesser der Lichtstrahlen als Vario-Optik ausgelegt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkeinrichtung (lla, Mb, Wc)als in einem rotierenden Zylinder (30) vorgesehenes Spiegel- oder Prismensystem aufgebaut ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Weg für die abgestrahlten Lichtstrahlen getrennt vom optischen Weg der empfangenen, reflektierten Lichtstrahlen vorgesehen ist

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsmesser (10) als Laser-Entfernungsmesser aufgebaut ist.