Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Detektion einer Gefahr und zur Bestimmung der Gefahrenart mit einem Gefahrenmelder (BM), zumindest aufweisend eine Detektionseinheit (DE) und eine Auswerteinheit (AWE). Die Auswerteinheit (AWE) wertet zumindest zwei von der Detektionseinheit (DE) empfangene Signale (S1, S2, S3, S4) aus, indem gemäss mindestens einer Regel aus den mindestens zwei Signalen (S1, S2, S3, S4) anhand eines Entscheidungsbaumes die Gefahrenart bestimmt wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion einer Gefahr und zur Bestimmung der Gefahrenart mit einem Gefahrenmelder, zumindest aufweisend eine Detektionseinheit und eine Auswerteinheit.
Gefahrenmelder, wie zum Beispiel optische Streulicht-Rauchmelder, optische Extinktions-Rauchmelder, optoakustische Rauchmelder etc., die nicht drahtgebunden sind, sondern via die Luftschnittstelle mit einer weiteren Einheit, beispielsweise einer Gefahrenmeldezentrale, einem Brandmelder, einem Gefahrenmelder etc., Meldungen austauschen, dürfen nur einen sehr kleinen elektrischen Leistungsverbrauch ausweisen, damit zum einen die elektrochemischen Spannungsquellen wie beispielsweise Batterien, Akkumulatoren etc. möglichst geschont werden und damit eine lange Lebensdauer des Gefahrenmelders bis zur nächsten Revision gewährleistet ist und zum anderen möglichst wenig der kostenintensiven elektrochemischen Spannungsquellen bis zur nächsten Revision benötigt werden. Die Verarbeitungseinheit mit dem Mikroprozessor des Gefahrenmelders, die die Signale des Rauchmelders auswertet, darf deshalb nur so wenig wie möglich elektrische Leistung verbrauchen.
In Brandmeldern der neuesten Generation werden mindestens zwei Signale zur Unterscheidung zwischen Feuer und Nicht-Feuer unterschieden, wobei diese mindestens zwei Signale mit speziellen Algorithmen zu einem Endresultat verarbeitet werden. Diese bis jetzt in Brandmeldern verwendeten Algorithmen sind aber entweder sehr umfangreich oder benützen leistungsintensive Operationen wie zum Beispiel eine oder mehrere Quotientenbildungen und führen deshalb zu einem übermässig grossen Stromverbrauch und belasten somit die elektrochemischen Spannungszellen stark. Zusätzlich ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Signale bei den heute benutzten Algorithmen oft sehr langsam. Dies führt zu einer verlängerten Ansprechzeit der Brandmelder und damit zu einer verspäteten Detektion von Feuer. Die Signalverarbeitung mit derartigen Algorithmen mit Quotientenbildung ist zum Beispiel aus den Schriften
Aus den Schriften
Das Dokument
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Die Offenlegungsschrift
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass ein möglichst einfaches und effizientes Auswerteverfahren zur Bestimmung der Rauch- und Feuerart vorgeschlagen wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß jeweils durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Kern der Erfindung ist darin zu sehen, dass zur Detektion einer Gefahr und zur Bestimmung der Gefahrenart mit einem Gefahrenmelder, zumindest aufweisend eine Detektionseinheit und eine Auswerteinheit, die Auswerteinheit des Gefahrenmelders zumindest zwei von der Detektionseinheit empfangene Signale auswertet, indem gemäss mindestens einer Regel aus den mindestens zwei Signalen anhand eines Entscheidungsbaumes die Gefahrenart bestimmt wird. Als Gefahrenart wird eine Rauchart, das Vorliegen von Feuer, die Gasart, die Bewegungsart bzw. die Art eines Lebewesens, die Feuerart etc. betrachtet. Durch die erfindungsgemässe Verwendung eines Entscheidungsbaumes können aufwendige und umfangreiche Rechenoperation vermieden werden. Zunächst wird als eine mindestens erste Regel die Differenz von mindestens zwei Signalen gebildet.
Diese Differenz wird dann zur Bestimmung der Gefahrenart mit Hilfe des Entscheidungsbaumes verwendet, indem als mindestens zweite Regel diese Differenz mit einem vorher definierten Wert verglichen wird. Als mindestens eine dritte Regel wird von dieser Differenz ein weiteres Mal das in der ersten Regel zur Subtraktion benützte Signal subtrahiert. Nun wird wieder die zweite Regel durchgeführt und dann folgt erneut die dritte Regel, etc. Selbstverständlich sind die Signale zur Bestimmung der Gefahrenart bereits vor der Auswertung normiert, d. h. die Langzeitdrift, das Nullpunktssignal etc. wurden bereits berücksichtigt. Durch den Entscheidungsbaum wird geprüft, ob ein Ergebnis durch Vergleich mit einem vorher definierten Wert eine wahre Aussage liefert. Ist dies nicht der Fall wird ein weiterer Iterationsschritt initiiert, d. h. von der bisherigen Differenz wird nochmals das zuerst zur Subtraktion benützte Signal subtrahiert und erneut mit einer vorher definierten Regel überprüft. Ergibt dieser Vergleich eine wahre Aussage wird kein weiterer Iterationsschritt initiiert. Andernfalls wird ein neuer Iterationsschritt eingeleitet. Dies geschieht solange, bis der Vergleich eine wahre Aussage ergibt oder die maximale Anzahl an vorher definierten Iterationsschritten erreicht ist. Der vorher definierte Wert, der für den Vergleich benutzt wird, ist eine reelle Zahl. Dieser vorher definierte Wert ist ein Parameter, der an die Umgebungsbedingungen des Gefahrenmelders angepasst werden kann.
Zur Erhöhung bzw. zur Verminderung der Genauigkeit der Gefahrenartsbestimmung wird in der ersten Regel ein Signal mit einem Genauigkeitsfaktor, eine reelle Zahl, multipliziert. Die Anzahl der Iterationsschritte beim Entscheidungsbaum wird dabei durch diesen Genauigkeitsfaktor, einer reellen Zahl, beeinflusst. Der von der Auswerteinheit bestimmte Wert, errechnet durch Multiplikation des Genauigkeitsfaktors mit einem der Signale und der Subtraktion des anderen Signals, wird dann mit der zweiten Regel mit dem vorher definierten Wert, einer reellen Zahl, verglichen. Nun wird, wie schon oben erwähnt, die dritte Regel angewandt, etc.
Erfindungsgemäss handelt es sich bei dem Gefahrenmelder um einen Gefahrenmelder, der über die Luftschnittstelle mit einer Gefahrenmeldezentrale bzw. mit anderen Einheiten eines mobilen Kommunikationsnetzes kommuniziert. Dabei wird der Gefahrenmelder durch elektrochemische Spannungsquellen mit Strom versorgt. Als Gefahrenmelder kann dabei jeglicher Gefahrenmelder verwendet werden, bei dem zumindest zwei Signale ausgewertet werden. Derartige Gefahrenmelder können Brandmelder, optische Streulicht-Rauchmelder, optische Extinktions-Rauchmelder, optoakustische Rauchmelder, Gasmelder, Intrusionsmelder, Flammenmelder etc. sein.
Ein grosser Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass zum Beispiel eine eindeutige Unterscheidung zwischen Feuer und Nicht-Feuer möglich ist. Die Resultate des Entscheidungsbaumes sind invariant bzw. angenähert invariant gegenüber der Verstaubung bzw. Verschmutzung des Gefahrenmelders, gegenüber der Langzeitabschwächung der Empfindlichkeit, gegenüber der Effizienz der im Gefahrenmelder verwendeten Lichtquellen oder gegenüber den Fotoempfängern oder gegenüber Mikrofonen und allgemein gegenüber sich proportional ändernden Signalgrößen während des Ablaufes des Ereignisses (zum Beispiel ein Brand, ein Gasalarm etc.). Bei nur einem Iterationsschritt wird zum Beispiel die Rauchart bzw. ein vorliegendes Feuer nur aus einer Multiplikation, einer Subtraktion und einem Vergleich bestimmt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mehrere Entscheidungsbäume miteinander kombiniert werden können und somit sind noch differenziertere Aussagen für das Ereignis bzw. die Gefahr möglich.
Mit einem oder mehreren Entscheidungsbäumen kann somit energiesparend, sehr sicher und sehr schnell entschieden werden, ob zum Beispiel ein Feuer vorliegt oder nicht. Die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms wird dadurch stark vermindert und die Gefahrenmelder können damit schneller einen Alarm auslösen und haben einen deutlich niedrigeren Stromverbrauch als bisherige Gefahrenmelder.
Die Erfindung wird anhand eines in einer Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemässen Entscheidungsbaum zur Bestimmung der Rauchart am Beispiel eines Streulichtmelders. Die Differenz c der zwei Streulichtsignale S1 und S2 wird ermittelt, welche durch weitere Differenzbildungen in einem Entscheidungsbaum untersucht wird und dabei als Ergebnis die vorhandene Rauchart liefert. Die Signale S1 und S2 sind normiert und zum Beispiel von der Langzeitdrift, dem Nullpunktssignal etc. befreit worden. Dies wird grundsätzlich vor Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens durchgeführt. Ist nun c kleiner gleich einem vorher definierten Wert p, so handelt es sich um die Rauchart 1, andernfalls wird ein zweiter Iterationsschritt initiiert. Dazu wird die weitere Differenz zwischen c und dem Signal S2 gebildet. In Fig. 1 bis 6 sind diese Subtraktionen in der Form von Computerbefehlen aufgeführt. Dabei bedeuten c eine Variable und S1, S2 Konstanten. Der Computerbefehl c:= c - S2 besagt nun, daß zuerst die Differenz aus c und S2 gebildet werden soll und daß diese neue Differenz dann der Variablen c als neuen Wert zugewiesen werden soll. Ist das neue Ergebnis c kleiner gleich p, so handelt es sich um die Rauchart 2. Ist das Ergebnis grösser als p, so wird das Verfahren solange fortgeführt, bis das erhaltene Ergebnis c eine wahre Aussage ergibt. P als vorher definierter Wert ist eine reelle Zahl und kann auch gleich 0 gesetzt werden.
Die Streulichtsignale ändern sich während eines Brandes laufend, wobei die Änderungen der zwei Streulichtsignale, die zum Beispiel unter unterschiedlichem Streuwinkel gemessen wurden, bei beiden Signalen im Allgemeinen zueinander proportional erfolgen. Auch die Änderungen von Streulichtsignalen, die mit verschiedenen Wellenlängen erzeugt worden sind, ändern sich proportional zueinander während eines Brandes. Es hat sich gezeigt, dass die Resultate des Entscheidungsbaumes bezüglich solcher proportionalen Änderungen invariant sind, wenn p = 0 gewählt wird und annähernd invariant, wenn p nahe bei 0 liegt.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann bevorzugt für Signale von optischen Streulicht-Rauchmeldern, optischen Extinktions-Rauchmeldern, Flammenmeldern oder von optoakustischen Rauchmeldern angewendet werden. Das erfindungsgemässe Verfahren könnte aber auch generell bei Geräten, beispielsweise Gefahrenmeldern, Intrusionsmeldern, Gasmeldern etc., angewendet werden, bei denen mindestens zwei Signale ausgewertet werden müssen.
Figur 2 zeigt einen erfindungsgemässen Entscheidungsbaum mit variierbarer Genauigkeit zur Bestimmung der Rauchart. Soll die Unterscheidung der Rauchart ungenauer bzw. genauer sein, so kann in der ersten Differenz das Signal S1 noch mit einem Genauigkeitsfaktor, beispielsweise k1 = 0,01;..;100, multipliziert werden. Mit k1 < 1 wird die Genauigkeit kleiner, mit k1 > 1 wird sie grösser. Der Vergleich der Ergebnisse c geschieht wie in Figur 1.
Figur 3 zeigt einen weiteren erfindungsgemässen Entscheidungsbaum mit variierbarer Genauigkeit zur Bestimmung der Rauchart, wobei hier die Streulichtsignale S3 und S4 ausgewertet werden, der Genauigkeitsfaktor k2 benutzt wird und der für den Vergleich benützte Wert q beträgt. Sollen mehr als zwei Signale miteinander verglichen werden, so wird das erfindungsgemässe Verfahren analog mit mehr als zwei Signalen angewendet. Wie bereits in den Figuren 1 und 2 dargelegt, wird in einem ersten Schritt die Differenz d mit einem vorher definierten Wert q verglichen und bei weiteren Schritten des Entscheidungsbaumes wird jeweils das Ergebnis d mit diesem Wert verglichen.
Figur 4 zeigt einen erfindungsgemässen Entscheidungsbaum mit variierbarer Genauigkeit zum Bestimmen ob Feuer vorliegt. Mit den Faktoren k1, k2 kann die Anzahl der Iterationen beim Entscheidungsbaum variiert werden und damit auch die Feineinteilung der Raucharten bzw. die Genauigkeit des Entscheidungsbaumes bestimmt werden. Die Faktoren k1, k2 sind dabei reelle Zahlen. Sind die an einem bestimmten Standort des Rauchmelders auftretenden Raucharten, die von Feuer und von Nicht-Feuer stammen können, bekannt, so kann durch geeignete Wahl von k1, k2 der Entscheidungsbaum dahingehend vereinfacht werden, dass nur noch zwischen Feuer und Nicht-Feuer unterschieden wird. Durch Variation der für den Vergleich herangezogenen Parameter p und q kann das Durchlaufen des Entscheidungsbaumes ebenfalls beeinflußt werden und die Alarmierungseigenschaften des Brandmelders können so den Umgebungsbedingungen optimal angepaßt werden. Diese Anpassung von p, q kann im Brandmelder nach seiner Installation in einem Gebäude erfolgen.
Figur 5 zeigt einen minimalen Entscheidungsbaum mit variierbarer Genauigkeit zur Bestimmung der Rauchart. Sehr häufig unterscheiden sich die Raucharten von Feuer und Nicht-Feuer so, dass zum Beispiel bei Nicht-Feuer kleine Signale S1 detektiert werden und bei echten Feuern zum Beispiel generell eher grosse Signale S1 vorhanden sind. Die Signale S2 sind bei beiden Situationen nahezu gleich groß. Für solche Fälle kann durch die geeignete Wahl von k1, k2 ein minimaler Entscheidungsbaum aufgestellt werden. In diesem minimalen Fall besteht der Entscheidungsbaum also nur noch aus einer Multiplikation, einer Subtraktion und einem Vergleich. Die Figur b) zeigt dabei die Einzeloperationen.
Figur 6 zeigt zwei miteinander verknüpfte Entscheidungsbäume. Zwei oder auch mehrere Entscheidungsbäume können miteinander verknüpft werden und ergeben so eine differenzierte Auswertung eines Ereignisses bzw. eines Brandes. Da die Resultate der einzelnen Entscheidungsbäume invariant (für p = q = 0) oder annähernd invariant (für p, q nahe bei 0) bezüglich proportionaler Änderungen sind, ist auch die Kombination der Resultate der verknüpften Entscheidungsbäume invariant bzw. annähernd invariant bezüglich solcher Änderungen.
Figur 7 zeigt einen erfindungsgemässen Brandmelder BM mit einer Empfangseinheit EE und einer Sendeeinheit SE zum Kommunizieren mit weiteren Einheiten GMZ, wie zum Beispiel einer Gefahrenmeldezentrale, einem weiteren Brandmelder etc. Der Brandmelder weist zumindest eine Detektionseinheit DE und eine Auswerteinheit AWE zum Durchführen des Verfahrens gemäss den Figuren 1 bis 6 auf.
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.