DE10330368A1

DE10330368A1 - Verfahren und Anordnung zur Identifizierung und/oder Differenzierung von durch Sensoren angezeigten Stoffen in Gasgemischen sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium

Info

Publication number: DE10330368A1
Application number: DE2003130368
Authority: DE
Inventors: Christoph Paul Dr. Burghardt
Original assignee: Pronet GmbH
Current assignee: BURGHARDT, CHRISTOPH, DR., 03044 COTTBUS, DE
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2023-07-01
Also published as: WO2005001788A1; DE10330368B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Identifizierung und/oder Differenzierung von durch Sensoren angezeigten Stoffen in Gasgemischen sowie ein entsprechendes Speichermedium, welche insbesondere einsetzbar sind zur Überwachung von Industrieanlagen, insbesondere der chemischen Industrie, für großflächige Überwachung von Schweißkontrollsystemen, als Lecksuchsystem für Raffineriegelände, für den Intrusionsschutz von Containern oder auch zum Energiemanagement von Gebäuden und Anlagen. DOLLAR A Hierfür wird vorgeschlagen, dass bei Ansprechen eines Sensors wenigstens ein Teil der von diesem Sensor erfassten, Stoffe in Gasgemischen charakterisierenden Parameter und/oder wenigstens ein Teil der von diesem Sensor generierten Daten durch ein Computerprogramm automatisch ausgewertet wird und die Identifizierung und/oder Differenzierung von Stoffen anhand vorgebbarer Kriterien und/oder Muster erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren. und eine Anordnung zur Identifizierung und/oder Differenzierung von durch Sensoren angezeigten Stoffen in Gasgemischen sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium, welche insbesondere einsetzbar sind zur Überwachung von Industrieanlagen, insbesondere der chemischen Industrie, für großflächige Überwachung von Schweißkontrollsystemen, als Lecksuchsystem für Raffineriegelände, für den Intrusionschutz von Containern, als Überwachungssystem für Emmissionen und Immissionen oder auch zum Energiemanagement von Gebäuden und Anlagen.
Die Sensorentwicklung nimmt in vielen Bereichen immer mehr an Bedeutung zu. Dabei werden „dumme" Sensoren von einer neuen Generation intelligenter Sensoren verdrängt. Die Entwicklung ist durch modernste Technologien, hoher Integrationsdichte und künstlicher Intelligenz geprägt.

Im Bereich der Brandüberwachung werden bisher am häufigsten die folgenden Arten von Sensoren eingesetzt:

– optische Rauchmelder,
– Ionisationsrauchmelder,
– Flammenmelder,
– Wärmemelder (IR),
– chemische Gassensoren.

Als besonders erfolgversprechend wurden die erst seit kurzem verfügbaren Halbleitergassensoren angesehen. Sie sind robust und langzeitstabil, zeichnen sich durch eine hohe Empfindlichkeit (Erkennung im ppm-Bereich), Auswertbarkeit und geringes Rauschen aus. Außerdem werden sie zu vergleichsweise geringen Preisen angeboten. Trotz dieser Vorteile haben sie sich bisher auf dem Markt nicht durchgesetzt. Der Grund hierfür liegt in der hohen Empfindlichkeit, die dazu führt, daß häufig Alarm ausgelöst wird mit einer hohen Fehlerquote. Das Problem dieser hochempfindlichen Halbleitergassensoren liegt in der Nichtunterscheidbarkeit oder unzulänglichen Unterscheidbarkeit der Alarme.

Um dieses Problem zu lösen, wurde vorgeschlagen, mehrere, für verschiedene Schadstoffe oder Empfindlichkeiten ausgelegte Halbleitergassensoren einzusetzen oder einen Sensor mit verschiedenen Metalloxid-Schichten zu versehen. Geben ein oder mehrere Sensoren ein Signal, so wird aus den verschiedenen, jeweils ansprechenden Sensoren auf die Art des auslösenden Ereignisses geschlossen. Analog wird aus den jeweils ansprechenden Metalloxid-Schichten auf das auslösende Gasgemisch geschlossen. Nachteilig an diesem Verfahren ist insbesondere, dass im ersten Falls stets mehrere Sensoren eingesetzt werden müssen. Beim zweiten Fall stellt es einen Nachteil dar, daß die in einem Sensor verwendeten Metalloxid-Schichten die Menge der unterscheidbaren Gasgemische und damit auch die Einsatzgebiete eines solchen Sensors einschränken.

Halbleitergassensoren werden gegenwärtig z. B. in der Automobilindustrie verwendet, um die Lüftungsklappen bei Mittelklassewagen zu steuern, um so abzusichern, dass keine schädlichen Gase in die Fahrgastzelle dringen. Zur professionellen Brandüberwachung jedoch werden bisher Halbleitergassensoren kaum eingesetzt, da ein Fehlalarm in diesem Falle ganz erhebliche Folgen hätte.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren und eine Anordnung zur Identifizierung und/oder Differenzierung von durch Sensoren angezeigten Stoffen in Gasgemischen sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes computerlesbares Speichermedium bereitzustellen, welche die oben genannten Mängel beheben und insbesondere ein intelligentes System zu schaffen als Gesamtlösung für eine sichere und schnelle Erfassung und Erkennung von Ereignissen, wie beispielsweise Brände und gasförmige Luftveränderungen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in den Ansprüchen 1, 16, 25 sowie 26 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Es ist hierfür vorgesehen, dass bei Ansprechen eines Sensors wenigstens ein Teil der von diesem Sensor erfassten, Stoffe in Gasgemischen charakterisierenden Parameter und/oder wenigstens ein Teil der von diesem Sensor generierten Daten durch ein Computerprogramm automatisch ausgewertet wird und die Identifizierung und/oder Differenzierung von Stoffen anhand vorgebbarer Kriterien und/oder Muster erfolgt.

Eine Anordnung zur Identifizierung und/oder Differenzierung von durch Sensoren angezeigten Stoffen in Gasgemischen ist vorteilhafterweise so eingerichtet, daß sie mindestens einen Prozessor und/oder Chip umfaßt, der (die) derart eingerichtet ist (sind), daß ein verfahren zur Identifizierung und/oder Differenzierung von durch Sensoren angezeigten Zuständen durchführbar ist, wobei bei Ansprechen eines Sensors wenigstens ein Teil der von diesem Sensor erfassten, Stoffe in Gasgemischen charakterisierenden Parameter und/oder wenigstens ein Teil der von diesem Sensor generierten Daten durch ein Computerprogramm automatisch ausgewertet wird und die Identifizierung und/oder Differenzierung von Stoffen anhand vorgebbarer Kriterien und/oder Muster erfolgt.

Ein Computerprogramm zur Identifizierung und/oder Differenzierung von durch Sensoren angezeigten Stoffen in Gasgemischen ermöglicht es einem Computer, nachdem es in den Speicher des Computers geladen worden ist, ein Verfahren zur Identifizierung und/oder Differenzierung von durch Sensoren angezeigten Zuständen durchzuführen, wobei bei Ansprechen eines Sensors wenigstens ein Teil der von diesem Sensor erfassten, Stoffe in Gasgemischen charakterisierenden Parameter und/oder wenigstens ein Teil der von diesem Sensor generierten Daten durch ein Computerprogramm automatisch ausgewertet wird und die Identifizierung und/oder Differenzierung von Stoffen anhand vorgebbarer Kriterien und/oder Muster erfolgt.

Beispielsweise können diese Computerprogramme (gegen Gebühr oder unentgeltlich, frei zugänglich oder passwortgeschützt) downloadbar in einem Daten- oder Kommunikationsnetz bereitgestellt werden. Die so bereitgestellten Computerprogramme können dann durch ein Verfahren nutzbar gemacht werden, bei dem ein Computerprogramm nach Anspruch 25 aus einem elektronischen Datennetz wie beispielsweise aus dem Internet auf eine an das Datennetz angeschlossene Datenverarbeitungseinrichtung heruntergeladen wird.

Um eine Identifizierung und/oder Differenzierung von durch Sensoren angezeigten Stoffen in Gasgemischen durchzuführen, wird vorteilhafterweise ein computerlesbares Speichermedium eingesetzt, auf dem ein Programm gespeichert ist, das es einem Computer ermöglicht, nachdem es in den Speicher des Computers geladen worden ist, ein Verfahren zur Identifizierung und/oder Differenzierung von durch Sensoren angezeigten Stoffen in Gasgemischen durchzuführen, wobei bei Ansprechen eines Sensors wenigstens ein Teil der von diesem Sensor erfassten, Stoffe in Gasgemischen charakterisierenden Parameter und/oder wenigstens ein Teil der von diesem Sensor generierten Daten durch ein Computerprogramm automatisch ausgewertet wird und die Identifizierung und/oder Differenzierung von Stoffen anhand vorgebbarer Kriterien und/oder Muster erfolgt.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß bei der Auswertung durch das Computerprogramm Verfahren der künstlichen Intelligenz eingesetzt werden. Insbesondere können bei der Auswertung durch das Computerprogramm neuronale Netze eingesetzt werden. Das bringt den Vorteil mit sich, daß dadurch die Fehlalarmquote erheblich reduziert wird.

Unterstützt wird dies noch dadurch, daß zur Identifizierung und/oder Differenzierung von Stoffen eine Bibliothek von Kriterien und/oder Mustern verwendet wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann optimiert werden, indem die Bibliothek(en) an den Einsatzbereich der Sensoren angepasst wird (werden). In den Bibliotheken sind dann lediglich solche Kriterien und/oder Muster enthalten, die Stoffe, Ereignisse oder Zustände beschreiben, welche in der zu überwachenden Umgebung real auftreten können und entscheidungsrelevant sind.

Des weiteren ist es von Vorteil, wenn als Sensoren Halbleitergassensoren und/oder Metalloxidsensoren verwendet werden. Als vorteilhaft erweist es sich dabei, wenn beim Einsatz von Halbleitergassensoren die automatische Auswertung auf Basis eines Temperaturwechselverfahrens durchgeführt wird.

Nachdem durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Zustand identifiziert wurde, erweist es sich in vielen Fällen als vorteilhaft, daß in Abhängigkeit von identifizierten Stoffen eine Signalisierung der Detektion dieser Stoffe erfolgt. Dieses Vorgehen wird insbesondere Anwendung finden, bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Brandüberwachung und/oder zur Sicherung von geschlossenen Räumen, insbesondere von Containern, gegen unberechtigtes Öffnen und/oder Eindringen.

Alternativ oder parallel zu der Signalisierung kann auch automatisch eine Aktion angestoßen werden, oder die durch das Verfahren gewonnenen Ergebnisse werden nur abgespeichert.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die automatische Auswertung durch das Computerprogramm die Reaktion auf frühere Auswertungsergebnisse berücksichtigt (selbstlernendes System).

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Parameter erfasst und/oder übertragen werden, aus denen der geographische Standort von Sensoren ermittelbar ist. Dabei wird vorteilhafterweise ein Global Positioning System (GPS) eingesetzt. Dieses Vorgehen ist insbesondere dann angebracht, wenn mobile Objekte, wie beispielsweise Container, mit Sensoren ausgestattet sind, da so der jeweilige Standort des Objektes sicher festgestellt werden kann.

Außerdem erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Sensoren und/oder eine die Sensoren umfassende Überwachungseinrichtung über Kommunikationsnetze fernkonfiguriert werden.

Insbesondere bei großflächigen zu überwachenden Bereichen wird die Überwachung dadurch verbessert, daß die Sensoren der Überwachungseinrichtung netzartig in dem zu überwachenden Bereich installiert werden.

Bei der Überwachung besonders wichtiger Bereiche kann die Zuverlässigkeit der Überwachung und die Ausfallsicherheit verbessert werden, indem eine redundante Übertragung der Parameter und/oder der Analyseergebnisse erfolgt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sieht vor, daß die Anordnung

– mindestens einen Sensor,
– mindestens eine Datenverarbeitungseinrichtung,
– mindestens ein Mittel der künstlichen Intelligenz,
– mindestens eine Referenzbibliothek,
– mindestens ein Mittel zur Alarm-Ausgabe und/oder
– mindestens ein Mittel zur visuellen Datenausgabe

umfasst, wobei diese Komponenten der Anordnung durch Mittel zur Datenübertragung miteinander verbunden sind.

Dabei erweist es sich als Vorteil, wenn die Sensoren als Halbleitergassensoren und/oder als Metalloxidsensoren und/oder das (die) Mittel der künstlichen Intelligenz als neuronales Netz ausgebildet sind und/oder wenn die Bibliothek en) Klassifikationsmuster für Veränderungen der Luftzusammensetzung umfasst.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch entsprechende Auswahl der Klassifikationsmuster in den Bibliotheken für verschiedene Verwendungen jeweils spezielle, optimal angepasste Sensorsysteme bereitgestellt werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind jegliche Luftveränderungen identifizierbar; beispielsweise kann das Verfahren eingesetzt werden für den Intrusionschutz von Containern, wenn die Bibliotheken Muster für Luftveränderungen enthalten, die ein Öffnen des Containers signalisieren.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist vorgesehen, daß die Anordnung Mittel umfasst, mit denen der geographische Standort von Sensoren 1 ermittelbar ist. Vorteilhaft ist es dabei insbesondere, wenn die Anordnung Mittel umfasst, mit denen ein Global Positioning System (GPS) nutzbar ist.

Eine weiterer bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung sieht vor, daß die Anordnung fernkonfigurierbar ist.

In weiträumigen, zu überwachenden Gebieten wird vorteilhaft eine Anordnung eingesetzt, wobei die Sensoren 1 der Anordnung netzartig in dem zu überwachenden Bereich installierte sind.

Als weiterer besonderer Vorteil der Erfindung ist anzusehen, dass insbesondere selbstlernende Systeme eine flexible und schnelle Anpassung an die jeweiligen Markterfordernisse erlauben. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Systeme fernkonfigurierbar ausgelegt sind.

Die als Halbleitergassensoren realisierten Sensoren sind robust, langzeitstabil und besitzen darüber hinaus ein sehr gutes Preis-/Leistungsverhältnis.

Neuronale Netze in Verbindung mit einer ausgereifter Elektronik bringen eine neue Qualität an Erkennung mit geringer Fehlalarmquote hervor, wobei die Intelligenz darin besteht, zwischen natürlichen oder künstlichen ungefährlichen Veränderungen der Luft und gefährlichen Ereignissen unterscheiden zu können. Ein neuronales Netz erkennt auch aus den Daten von weitverzweigt installierten Sensoren online die wichtigsten Schad- und Rauchgase bzw. den Sauerstoffgehalt der Luft. Es kann zwischen absolut gefährlichen Brandgasen und witterungsbedingten Veränderungen der Luftzusammensetzung unterschieden werden. Damit können Brände oder austretende Gase geografisch eindeutig sicher und schnell erkannt und die Meldungen an die Leitstellen übertragen werden.

Die Erfindung weist, kurz zusammengefasst, die nachfolgend aufgezählten Vorteile auf:

– hohe Flexibilität der Einsatzbereiche,
– Erkennbarkeit und Klassifikation der Brand- Rauch- und anderer Gase,
– Brandfrüherkennung. Frühzeitige Erkennung des Brandes bereits im Schwelstadium, wo optische Sensoren noch nicht reagieren,
– genaue geografische Zuordnung (auch GPS),
– unabhängig von Wetter und Sichtbedingungen,
– hohe Zuverlässigkeit mit geringen Fehlalarmmeldungen,
– gute Auswertbarkeit mittels elektronischer Systeme und
– vielfältige Einsatzbereiche in Industrie, öffentlichen Einrichtungen und privaten Bereichen.

Die Einsatzgebiete des Systems sind vielfältig. Sie reichen von der Industrie bis hin zur Umweltüberwachung und in den privaten Bereich.

Von der Industrie sind insbesondere zu nennen die chemische Industrie und Laboratorien, die Petrochemie, die großflächige Überwachung von Schweißkontrollsystemen, Lecksuchsysteme für Raffineriegelände, Überwachung von Pipelines unterschiedlicher Gase und Energie Controlling System und Energiemanagement von Gebäuden und Anlagen.

Öffentliche Einrichtungen (Rauchverbotszonen) können damit ebenso überwacht werden wie Waldgebiete (Brand und Umwelteinflüsse) oder Ballungsräume mit starker Luftschadstoffbelastung. Ozonüberwachung, Schadstofferkennung bei Bränden (Dioxin), Parkhausüberwachung (Tiefgaragen), Wetterstationen sind weitere Einsatzbereiche.

Darüber hinaus kann die Erfindung zur Überwachung in bzw. von Luftfahrzeugen eingesetzt werden. Hier vor allem als Brandfrüherkennungssystem, für die Überwachung von Kabelbäumen, des Austritts von Treibstoffen oder zur Rauchverbotsüberwachung.

Als Wald-Monitoring-System (WMS) dient die Erfindung

– der Waldbrandfrüherkennung,
– der automatisierte Nachkontrolle von abgebrannten Waldstücken und/oder
– der Erfassung von Schadstoffen

Die Erfindung ist des weiteren für eine ideale Absicherung von Tunnelanlagen auf Brand und gefährliche Gase (einschl. Smog) geeignet. Dies ist vor allem für das Verkehrswesen (U-Bahn) von Bedeutung.

Im Bauwesen stellt die Überwachung von Schächten und Röhren oder die Nachkontrolle bei Schweißarbeiten eine wichtige Anwendung dar. Ebenso ist die Erfindung einsetzbar zur Brandfrüherkennung in Gebäuden (Bibliotheken, Hotels), zur Erkennung und Unterscheidung verschiedener Brände (Kabelbrand, Papierbrand), zur Überwachung von Elektroverteilern sowie zur Früherkennung von Gasleitungs-Defekten. wobei speziell bei Gasleitungen die Gefahrenfrüherkennung und eine spezielle Überwachung von Verbindungsstellen der Leitungen wie Ventilen, Muffen wichtige Aspekte sind, die durch die Erfindung gewährleistet werden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
1 Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 Veranschaulichung der räumlichen Verteilung der Module des erfindungsgemäßen Überwachungssystems und der Kommunikation zwischen diesen Modulen,
3 Veranschaulichung des modularen Aufbaus des erfindungsgemäßen Überwachungssystems,
4 Darstellung einer beispielhaften Brandüberwachung in einem U-Bahn-Tunnel,
5 Darstellung eines beispielhaften Einsatzes der Erfindung zur Tunnelüberwachung.
Im Folgenden soll die Erfindung beispielhaft an dem Spezialfall der Brandüberwachung mehr detailliert erläutert werden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Erfindung nicht auf die Brandüberwachung eingeschränkt ist, sondern vielmehr ebenso gut zur Überwachung chemischer Anlagen oder als Lecksuchsystem für Raffineriegelände eingesetzt werden kann.
Anhand von 1 und 3 werden der prinzipielle Ablauf bei der Datenerfassung und Auswertung sowie der modulare Aufbau des erfindungsgemäßen Überwachungssystems verdeutlicht:
Zur Gasanalyse werden bevorzugt Halbleitersensoren 1 mit einer langer Lebensdauer und sehr hoher Empfindlichkeit (ppm Bereich) verwendet. Von diesen Halbleitersensoren 1 werden in einem ersten Schritt beispielsweise folgende physikalische Parameter während der Zustandsüberwachung erfasst:

– Schadstoffanteil der Luft (Gasanalyse)
– Temperatur
– Luftfeuchtigkeit und
– erforderlichenfalls der geografischer Standort.

Dies kann beispielsweise mit dem Temperaturwechselverfahren erfolgen.
In einem zweiten Schritt werden die erfassten Daten bereits im Sensor 1 permanent analysiert. Dies gewährleistet kurze Reaktionszeiten in der Datenerfassung. Die Analyse umfasst dabei beispielsweise einen Vergleich des in der aktuellen Messung bestimmten Schadstoffanteils mit dem Schadstoffanteil der Messung des vorhergehenden Taktes und mit einem „Normalwert". Weichen die Werte der aktuellen Messung von vorgegebener Toleranzgrenzen – also von den beiden Vergleichswerten – um einen bestimmten Betrag ab, findet eine Vor-Alarmentscheidung statt und es erfolgt eine Übertragung der Daten an eine Leitstelle/Zentrale 2, wo u. a. eine Datenverarbeitungseinrichtung installiert ist. Die Datenübertragung kann dabei über ein Bussystem 4 oder Glasfasernetze 5 erfolgen, wobei diese Art der Datenübertragung insbesondere verwendet werden wird, wenn der Sensor 1 in einer festen Struktur 6 installiert ist, während bei einer Installation des Sensors 1 in einer mobilen Struktur 7 eine drahtlose Datenübertragung über Funk 8 oder anderen drahtlosen Übertragungsmöglichkeiten (z. B. GPRS) benutzt werden wird (vgl. 2).
Durch eine auf dieser Datenverarbeitungseinrichtung installiertes Computerprogramm werden die übertragenen Daten ausgewertet. Gegebenenfalls werden die Ergebnisse der Auswertung durch ein Mittel zur visuellen Datenausgabe 9 visualisiert. Dies kann als kombinierte 2D-Anzeige von raumbezogenen Sensordaten und/oder als 3D-Visualisierung von Gassensoren und von deren Auswertung durch Neuronale Netze 10 erfolgen.
Bei positiver Vor-Alarmentscheidung erfolgt anschließend eine Klassifikation der Daten. Hierbei werden vorteilhafterweise Mittel der künstlichen Intelligenz, wie etwa neuronale Netze 10, eingesetzt, die z. B. durch eine umfangreiche Referenzbibliothek 11 unterstützt werden. In einer solchen Bibliothek 11 sind Sensordaten, Messkurven, Analyseergebnisse u. ä. für die Luftveränderungen durch unterschiedlichste Stoffe, wie bspw. Benzin, Diesel, Ölen, Papierbrand, Reifenbrand, Zigarettenrauch und dergleichen, als Referenz- bzw. Klassifikationsmuster gespeichert.
In Abhängigkeit der Ergebnisse der Auswertung wird im folgenden Schritt eine Alarmentscheidung getroffen und bei Erfüllung von Kriterien, die in der Regel von dem überwachenden Ereignis abhängen und entsprechend vorgegeben werden können, über ein Mittel zur Alarm-Ausgabe 12 Alarm ausgelöst und so der Eintritt eines zu überwachenden Ereignisses signalisiert. In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wird durch den Alarm gleichzeitig signalisiert, um welches Ereignis es sich handelt. Es kann beispielsweise signalisiert werden, ob ein Kabelbrand, Sprayer, ein Waggonbrand, eine festgefahrene Bremse, Dioxin, Ölbrand o. ä. detektiert wurde.
In jeder Stufe des Verfahrens können die Daten bzw. Analyseergebnisse oder Visualisierungen auch zu vorgegebenen Stellen übermittelt werden. Hierfür können das Internet (e-mail) oder SMS genutzt werden.
Durch dieses Vorgehen wird durch Verknüpfung der Daten mit lernfähigen Netzen (Neuronale Netze) eine hohe (Eigen- )Intelligenz des Systems erreicht. Ein neuronales Netz erkennt aus den Daten der Sensoren online die wichtigsten Schad- und Rauchgase bzw. den Sauerstoffgehalt der Luft. Es kann dadurch zwischen absolut gefährlichen Brandgasen und anderen Veränderungen der Luftzusammensetzung unterscheiden.
Dieses Verfahren gewährleistet insbesondere

– kurze Reaktionszeiten in der Datenerfassung,
– die Möglichkeit, verschiedene Gase mit einem einzigen Sensorsystem zu erkennen,
– eine schnelle Sensorregeneration auch bei hohen Fremdgasbelastungen sowie
– eine geringe Fehlalarmwahrscheinlichkeit durch Erkennung von Klassifikationsmustern.

Die Erfindung ist vorteilhaft beispielsweise zur Überwachung öffentlicher Verkehrsmittel einsetzbar, wie am Anwendungsbeispiel S- u. U-Bahn deutlich wird.
Dabei kann zwischen den Nutzeffekten innerhalb der Fahrzeuge, wie etwa

– Brandschutz, Sprayeralarm durch Lösungsmittel und/oder
– Emissionserkennung, Immissionsschutz und den Nutzeffekten außerhalb der Fahrzeuge, wie beispielsweise
– Brandüberwachung von Tunnelanlagen (vgl. 4)
– Erkennung von defekten Waggonbremsen und elektrischen Leitungen durch Gasemission (Abstand ca. 200 bis 500 m)

Die Überwachung von Tunnelanlagen ist in 4 skizziert. In dem U-Bahn-Tunnel 13 zwischen einem ersten Bahnhof 14 und einem zweiten Bahnhof 15 sind in Abständen, die der speziellen Situation in dem U-Bahn-Tunnel 13 angepasst sind, Sensoren 16 angebracht. Diese sind durch Datenübertragungsmittel 17 (Kabel oder Funk) mit einem Datenbus 18 verbunden, welcher wiederum (durch Datenübertragungsmittel 17) mit der Zentralen Leitstelle 2 verbunden ist. Unter Umständen kann die Leitstelle 2 auch in bereits vorhandene (Überwachungs-)Systeme integriert werden.
Eine Strukturdarstellung für eine beispielhafte Tunnelüberwachung ist in 5 wiedergegeben. Hierbei werden die Sensoren 19 über ein glasfasergestütztes BUS-System 20 entlang der Tunneltrasse 21 in einem Abstand von 100 bis 500 m angeordnet. Es kann sich als praktisch erweisen, wenn mehrere Sensoren 19 zu einem Sensor-Cluster 22 zusammengefasst werden. Die Sensoren 19 sind über diese Sensor-Cluster 22 durch Datenverbindung, z. B. über ein Glasfaserkabel 20, welches in der Tunneltrasse 21 verlegt ist, mit einer oder mehreren Leitstellen 2 verbunden. Als praktisch erweist es sich, wenn an jedem Tunneleingang je eine Leitstelle 2 eingerichtet ist. Um die Ausfallsicherheit zu erhöhen, können in den Leitstellen 2 redundante Serverfarmen (z. B. Linux-Cluster) eingerichtet sein. Als Redundanzsystem zur weiteren Erhöhung der Ausfallsicherheit wird ein Funknetz 23 eingesetzt, über welches die Sensoren 19 bzw. Sensor-Cluster 22 mit der oder den Leitstellen 2 verbunden sind.
Die Vorteile, die sich durch diese Struktur ergeben, sind

– eine hohe Ausfallsicherheit durch Parallelmeldung über Funk,
– die Möglichkeit, eine unbegrenzte Anzahl an Sensoren einzusetzen und
– die Erkennung unterschiedlichster Emissionen, indem eine große Schadstoffbibliothek zugrundegelegt wird.

Sowohl in Tunneln als auch in großflächigen Waldgebieten können die Sensoren netzartig installiert werden. Die Sensoren analysieren konstant die Luftbeschaffenheit. Entwickelt sich ein lokaler Brandherd, wird diese Information sofort in der Leitstelle 2 ausgewertet. Dadurch, daß mittels GPS die genaue Lage jedes Sensors bestimmt werden kann, ist es möglich, das Feuer und seine Größe auf den Meter genau zu lokalisieren. Für die Feuerwehr ein Zeitgewinn. Zudem kann automatisch eine Nachkontrolle des betroffenen Gebietes erfolgen.
Die Sensoren ermitteln nicht nur Gase, sondern auch Luftfeuchtigkeit und Temperaturen. Waldbrandwarnstufen können beispielsweise individuell und genau ermittelt und letztendlich sogar entsprechend objektiviert werden.
Ein weiteres Einsatzgebiet liegt in der Überwachung von hochwertiger Technik wie z. B. der Überwachung von IT-Technik oder der Datenschranküberwachung in Rechenzentren. Hier spielen vor allem die Früherkennung von kritische Situationen wie Überhitzung, Schwelbränden und Bränden eine Rolle. Dadurch wird ein rechtzeitiges Herunterfahren der Technik (stromlos schalten) bzw. die Löschung (z. B. mit Stickstoff) durch aktive Steuerung gewährleistet. Außerdem ist eine Überwachung hinsichtlich des Zustandes der Batterien, Stromausfall und/oder Sabotage möglich.
Dies kann als Fernüberwachung erfolgen; ebenso können die im Zusammenhang mit der Tunnelüberwachung erwähnten redundanten Komponenten (doppelte Übertragung parallel über Kabel und Funk, redundante Serverfarmen) eingesetzt werden.
Ein weiteres Einsatzgebiet der Erfindung liegt im Bereich des Intrusionschutzes. Da durch eine entsprechend eingerichtete Bibliothek jegliche Luftveränderungen identifiziert werden könne, kann das Verfahren auch für den Intrusionschutz von Containern im Schiffs- oder Luftverkehr eingesetzt werden. Die dabei verwendeten Bibliotheken müssen dazu Muster für Luftveränderungen enthalten, die ein Öffnen des Containers signalisieren. Verbunden mit Mitteln, die den geografischen Standort der Container ermitteln lassen, wird damit ein schnelles und zielgerichtetes Reagieren auf unberechtigtes Öffnen eines Containers ermöglicht.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführungsform nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von der erfindungsgemäßen Anordnung und dem erfindungsgemäßen Verfahren auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

1: Sensor, Halbleitergassensor
2: Leitstelle/Zentrale
3: Modul zur Datenbearbeitung und Visualisierung
4: Bussystem
5: Glasfasernetz
6: feste Strukturen
7: mobile Strukturen
8: Funk
9: Mittel zur visuellen Datenausgabe
10: neuronales Netz
11: Bibliothek, Referenzbibliothek
12: Mittel zur Alarm-Ausgabe
13: U-Bahntunnel
14: erster Bahnhof
15: zweiter Bahnhof
16: Sensor
17: Datenübertragungsmittel
18: Datenbus
19: Sensor
20: glasfasergestützes Bus-System
21: Tunneltrasse
22: Sensor-Cluster
23: Funknetz

Claims

Verfahren zur Identifizierung und/oder Differenzierung von durch Sensoren angezeigten Stoffen in Gasgemischen, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ansprechen eines Sensors wenigstens ein Teil der von diesem Sensor erfassten Stoffe in Gasgemischen charakterisierenden Parameter und/oder wenigstens ein Teil der von diesem Sensor generierten Daten durch ein Computerprogramm automatisch ausgewertet wird und die Identifizierung und/oder Differenzierung von Stoffen anhand vorgebbarer Kriterien und/oder Muster erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung durch das Computerprogramm Verfahren der künstlichen Intelligenz eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Auswertung durch das Computerprogramm die Reaktion auf frühere Auswertungsergebnisse berücksichtigt (selbstlernendes System).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung durch das Computerprogramm neuronale Netze eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Identifizierung und/oder Differenzierung von Stoffen eine Bibliothek von Kriterien und/oder Mustern verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bibliothek en) an den Einsatzbereich der Sensoren angepasst wird (werden).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch Sensoren Daten erfasst und/oder übertragen werden, aus denen der geographische Standort dieser Sensoren ermittelbar ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des geographischen Standorts von Sensoren ein Global Positioning System (GPS) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren und/oder eine die Sensoren umfassende Überwachungseinrichtung über Kommunikationsnetze fernkonfiguriert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren der Überwachungseinrichtung netzartig in einem zu überwachenden Bereich installiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine redundante Übertragung der Parameter und/oder der Analyseergebnisse erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensoren Halbleitergassensoren und/oder Metalloxidsensoren verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Auswertung auf Basis eines Temperaturwechselverfahrens durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von identifizierten Stoffen eine Signalisierung der Detektion dieser Stoffe erfolgt.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 – zur Brandüberwachung und/oder – zur Sicherung von geschlossenen Räumen, insbesondere von Containern, gegen unberechtigtes Öffnen und/oder Eindringen.
Anordnung mit mindestens einem Prozessor und/oder Chip, der (die) derart eingerichtet ist (sind), daß ein Verfahren zur Identifizierung und/oder Differenzierung von durch Sensoren angezeigten Stoffen in Gasgemischen durchführbar ist, wobei bei Ansprechen eines Sensors wenigstens ein Teil der von diesem Sensor erfassten, Stoffe in Gasgemischen charakterisierenden Parameter und/oder wenigstens ein Teil der von diesem Sensor generierten Daten durch ein Computerprogramm automatisch ausgewertet wird und. die Identifizierung und/oder Differenzierung von Stoffen anhand vorgebbarer Kriterien und/oder Muster erfolgt.
Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung – mindestens einen Sensor (1), – mindestens eine Datenverarbeitungseinrichtung, – mindestens ein Mittel der künstlichen Intelligenz, – mindestens eine Referenzbibliothek (11), – mindestens ein Mittel zur Alarm-Ausgabe (12) und/oder – mindestens ein Mittel zur visuellen Datenausgabe (9) umfasst, wobei diese Komponenten der Anordnung durch Mittel zur Datenübertragung miteinander verbunden sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (1) als Halbleitergassensoren und/oder als Metalloxidsensoren ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das (die) Mittel der künstlichen Intelligenz als neuronales Netz (10) ausgebildet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bibliothek en) Klassifikationsmuster für Veränderungen der Luftzusammensetzung umfasst.
Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung Mittel umfasst, mit denen der geographische Standort von Sensoren (1) ermittelbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung Mittel umfasst, mit denen ein Global Positioning System (GPS) nutzbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung fernkonfigurierbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (1) der Anordnung netzartig in einem zu überwachenden Bereich installierte sind.
Computerprogramm, das es einem Computer ermöglicht, nachdem es in den Speicher des Computers geladen worden ist, ein Verfahren zur Identifizierung und/ oder Differenzierung von durch Sensoren angezeigten Stoffen in Gasgemischen durchzuführen, wobei bei Ansprechen eines Sensors wenigstens ein Teil der von diesem Sensor erfassten, Stoffe in Gasgemischen charakterisierenden Parameter und/oder wenigstens ein Teil der von diesem Sensor generierten Daten durch ein Computerprogramm automatisch ausgewertet wird und die Identifizierung und/oder Differenzierung von Stoffen anhand vorgebbarer Kriterien und/ oder Muster erfolgt.
Computerlesbares Speichermedium, auf dem ein Programm gespeichert ist, das es einem Computer ermöglicht, nachdem es in den Speicher des Computers geladen worden ist, ein Verfahren zur Identifizierung und/oder Differenzierung von durch Sensoren angezeigten Stoffen in Gasgemischen durchzuführen, wobei bei Ansprechen eines Sensors wenigstens ein Teil der von diesem Sensor erfassten, Stoffe in Gasgemischen charakterisierenden Parameter und/oder wenigstens ein Teil der von diesem Sensor generierten Daten durch ein Computerprogramm automatisch ausgewertet wird und die Identifizierung und/oder Differenzierung von Stoffen anhand vorgebbarer Kriterien und/ oder Muster erfolgt.
Verfahren, bei dem ein Computerprogramm nach Anspruch 25 aus einem elektronischen Datennetz wie beispielsweise aus dem Internet auf eine an das Datennetz angeschlossene Datenverarbeitungseinrichtung heruntergeladen wird.