Detektion, Lokalisierung und Volumenschätzung von Deflagrationen mit einem Multikamerasystem

Abstract

Mit der starken Einschränkung des Löschmittels Halon aufgrund seiner ozonschädigenden Wirkung muss bei der automatisierten Bekämpfung schlagartiger Verbrennungsvorgänge mittelfristig auf alternative Löschmittel zurückgegriffen werden. Die als geeigneter Ersatz zur Verfügung stehenden chemischen Löschgase weisen zwar keine ozonschädigende Wirkung auf, haben jedoch eine geringere Löschwirkung sowie, mehr noch als Halon, gesundheitlich äußerst bedenkliche Eigenschaften. Eine weitere Alternative stellt das Löschen mit Wassernebel dar. Wassernebel zeichnet sich durch eine hohe Effizienz aus und ist dabei gesundheitlich unbedenklich. Die volle Löschwirkung kann jedoch im Gegensatz zu Löschgasen nur lokal appliziert werden und erfordert deshalb bei einem automatisierten Löschvorgang nicht nur ein auslösendes Detektionssignal, sondern zusätzlich auch Informationen über den Ort sowie möglicherweise weitere Parameter wie das Volumen der Deflagration. Diese Informationen können durch die aktuell für die Detektion von Deflagrationen verwendeten Infrarot-, Ultraviolett- oder Drucksensoren nicht zur Verfügung gestellt werden. Um diese Lücke zu schließen, wurde in vorhergehenden Arbeiten bereits ein Algorithmus für die Detektion von Deflagrationen in den Bildern von Hochgeschwindigkeitskameras entwickelt. Die Verwendung mehrerer Kameras ermöglichte zudem auch eine Lokalisierung der Deflagration. Der Algorithmus weist zum aktuellen Zeitpunkt jedoch noch mehrere Schwachpunkte sowie Nachteile gegenüber den oben genannten Sensoren auf. Um diese zu beseitigen, werden im Rahmen dieser Arbeit mehrerer Verbesserungen und Erweiterungen am Algorithmus vorgenommen. Neben einer deutlich robusteren, eigens an den Anwendungsfall angepassten Lokalisierung wird eine Methode für die Schätzung des aktuellen Volumens der Deflagration entwickelt. Die entsprechenden Algorithmen profitieren dabei auch von einer zusätzlich eingeführten, präziseren Segmentierung. Basierend auf der Ortsinformation wird auch die Abstandsabhängigkeit der Sensitivität ausgeglichen. Um die Spezifität des Multikamerasystems deutlich zu erhöhen, wird es durch die bisher verwendeten Infrarotsensoren ergänzt. Der berechnungsintensive Anteil des Algorithmus wird zudem auf einem Field Programmable Gate Array implementiert, wodurch dessen Berechnungszeit massiv gesenkt und in ein hartes Echtzeitsystem übertragen werden kann. Das resultierende Detektionssystem wird anhand von Experimenten mit realen Deflagrationen sowie Simulationen und Versuchen mit realen Objekten bekannter Form und Position evaluiert. Die Ergebnisse bestätigen, dass das System die an es gestellten Anforderungen erfüllen kann. Insbesondere ist es nun bezüglich Sensitivität, Spezifität und Detektionszeit ebenbürtig zu den bisher verwendeten Sensoren, kann dabei aber zusätzlich weitere Informationen wie die Position der Deflagration liefern. Ein Einsatz von Löschsystemen auf Basis von Wassernebel für die Bekämpfung von Deflagrationen ist somit nun seitens der Detektionstechnik prinzipiell möglich.