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2011-10-10

Stationäre Personenzählsysteme: Fast unsichtbar, aber treffsicher

Vor dem Hintergrund der Love Parade-Katastrophe im letzten Jahr rücken Sicherheitssysteme, die ein solches Unglück vielleicht hätten verhindern können, verstärkt in den Mittelpunkt entsprechender Diskussionen. Darunter auch Personenzählsysteme, die in Duisburg nicht zur Anwendung kamen, aber in vielen anderen Bereichen schon zur Sicherheit beitragen. In Bezug auf das Crowd Management werden zur Zeit die Implementierungs-Möglichkeiten erforscht (s. Kasten »Hermes«). Der Beitrag stellt die Möglichkeiten der aktuell verfügbaren Technik vor, auf die aufgebaut werden kann.

Von Manuel Mang, Berlin
Durch den Einsatz qualifizierter Personenzählsysteme ist es möglich, Personenströme zu steuern oder auch die Belegungsdichte in Räumen oder Arealen gezielt zu überwachen. Im Falle einer akuten Gefahrensituation ist dadurch ein effizienter Einsatz der Rettungskräfte steuerbar, da die Leitstelle über einen direkten Zugriff auf die Daten verfügt.
Eine praxiserprobte, sicherheitsrelevante Anwendung der Systeme findet sich an Flughäfen. Die Anforderungen an einen Betreiber umfassen hier unter anderem die Erfassung von Passagieren nach Reisezielen und Herkunft (Incoming, Outgoing, Transfer, EU und Non-EU). Durch die Sicherheits-Kontrollen entstehen oft Zeitverluste in der Personenabfertigung - die automatische Personenerfassung und -zählung soll dabei helfen, dieses Problem lösen. So erachten beispielsweise auch die Berliner Flughäfen die automatische Erkennung von Staubildungen in kritischen Bereichen eines Terminals als wichtige Ergänzung für die Arbeit von Prozessverantwortlichen der Bereiche Aviation und Safety & Security in den Leitstellen. Insbesondere die Durchgänge zu den Wartebereichen für die Passagierkontrolle sind hier interessant, um über automatisch generierte Warnungen mit einer Anpassung der Abfertigungskapazitäten in der Sicherheitskontrolle reagieren zu können oder auf freie Kapazitäten an anderer Stelle hinzuweisen.
Über die an den entsprechenden Gates installierten Systeme zur Personenerfassung lässt sich feststellen, wie viele Personen sich überhaupt in einem Bereich befinden oder auch wie viele Personen nur innerhalb der EU reisen. Leider decken die derzeit am Markt verfügbaren Systeme nicht alle kundenspezifische Anforderungen vollständig ab. Das Hauptproblem bezüglich der technologischen Anforderungen ist die nicht zu 100% genau zu definierende Echtzeitbelegung einzelner Bereiche.

Weitere Anwendungen

Neben der Erfassung von Personenströmen können die Systeme Daten in Gebäuden oder auch in einzelnen Bereichen von Gebäuden zuordnen. Sie können zusätzlich die Verweildauer von Personen in einzelnen Bereichen ermitteln und Personen in einem vorgegebenen Erfassungsbereich verfolgen. Die ermittelten Daten werden zur Analyse und Weiterverarbeitung an übergeordnete Systeme weitergegeben.
Die vorgehaltenen Daten können so beispielsweise zur effizienten Energieoptimierung des Gebäudes genutzt werden (etwa Klimaanlage, Lüftung, Heizung, Stromverbrauch). Aber auch die Steuerung von Personenströmen in Gebäuden ist durch den Einsatz der Personenzählsysteme möglich. Durch die Einbindung von visuellen Anzeigen oder auch durch akustische Signale oder Mitteilungen, die dynamisch mit entsprechenden Informationen versorgt werden, können Personenströme wunschgemäß durch bestimmte Bereiche geleitet werden. Damit kann beispielsweise eine Evakuierung erleichtert werden. Diese Idee ist auch Bestandteil des Programms »Forschung für die zivile Sicherheit« des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Hier wird etwa gefragt, wie die Daten eines Gebäudemanagementsystems zu Rauch- und Hitzeentwicklung, Feuerlöschern oder auch Notausgängen in den Evakuierungsprozess eingebunden werden können. Ziel ist dabei, diese Daten mit automatisierten Personenzählungen zu koppeln, um einfacher und schneller sinnvolle Fluchtwege ermitteln zu können und somit die Effektivität der Rettungsmaßnahmen zu steigern.
Auch im ÖPNV werden die Systeme eingesetzt

Problem IT-Anbindung

Die je Zählbereich erfassten Daten werden mittels einer zu definierenden IT-Struktur in Echtzeit an ein Hintergrundsystem übermittelt. Hier erfolgt die sofortige Berechnung und Bereitstellung der Daten für das Monitoring. Über definierte Schnittstellen können die Daten für die weitere Be- und Verarbeitung, wie zum Beispiel statistische Hochrechnungen, zur Verfügung gestellt werden.
Die Kommunikation der Daten in den unterschiedlichen IT-Strukturen eines Gebäudes stellt die Systemlösung vor eine besondere Herausforderung. Unterschiedliche Schnittstellen zur Gebäudetechnik und zur Sicherheitstechnik müssen harmonisiert und berücksichtigt werden. Möglich ist der Datentransport über Ethernet oder über einen Datenbus (zum Beispiel: CAN, RS 485 oder RS 232), als Luftschnittstellen werden üblicherweise WLAN, GSM, GPRS oder UMTS genutzt. Die Auswahl wird aufgrund der zu transportierenden Datenmenge, die Verfügbarkeit der Daten und der bereits vorhandenen Infrastruktur betroffen. Die sicherheitsrelevanten Ermittlungen zu Belegungszahlen unter der Berücksichtigung von permanenten Zu- und Abgängen in den betroffenen Einrichtungen und Gebäuden sind zwingend mit komplexen Anforderungen an die Bewältigung des entstehenden Datenvolumens und der erforderlichen Verarbeitungsgeschwindigkeit im Echtzeitverfahren gekoppelt.
und koordinieren dabei Zu- und Abbringer. Bei der Fahrgastzählung wird zum Beispiel der Auslastungsgrad von Fahrzeugen in Korrelation mit der Linie, der Uhrzeit und dem Wochentag erhoben. Die ermittelten Daten können zur Abrechnung von Verkehrsleistungen zwischen Erbringer und Besteller und zur Anpassung der Kapazitäten dienen. Zum Einsatz kommen hier unterschiedliche Sensortechnologien. Die eingesetzte Sensortechnologie richtet sich nach den Anforderungen an die Zählgenauigkeit, die im Verkehrsvertrag definiert wird.

Die Technologie

Der Markt für Personenzählsysteme wird aktuell von drei unterschiedlichen Sensortechnologien bestimmt. Die weitest verbreitete Technologie ist der Infrarotsensor, mit dem eine Genauigkeit von 95% gewährleistet werden kann. Die Funktion des Sensors beruht auf der Tatsache, dass jede Person die auf sie fallende Strahlung (kurzwellige Infrarotstrahlung) reflektiert. Der Sensor besteht aus einer Sender- und einer Empfängerkomponente. Der Sender strahlt infrarotes Licht in Richtung Fußboden aus. Dieses Licht wird von Personen, die den Erfassungsbereich des Sensors durchqueren oder sich in ihm aufhalten, in den Empfänger reflektiert.
Mit den derzeit ebenfalls am Markt verfügbaren 3D-Laser-Sensoren wird eine mittlere Zählgenauigkeit von 95 - 98% erreicht. Die Funktionsweise des Abstandssensors beruht auf der Laufzeitmessung von Laserimpulsen, dem sogenannten TOF-Verfahren (Time of Flight). Die von einem Laser emittierten Impulse werden von einem unter dem Sensor befindlichen Objekt zurück in den Sensor reflektiert. Aus der Laufzeit der Laserimpulse (Sensor - Objekt - Sensor) wird der Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt berechnet. Die Erfassungszonen des Sensors sind mit einem inneren und einem äußeren Vorhang versehen, so dass die Bewegungsrichtung erkannt werden kann. Die durch die 3D-Laser-Sensoren ermittelten Personen werden durch geeignete mathematische Modelle erfasst und ausgewertet.
Ein neueres Verfahren ist die 3D-Sensor-Technologie, die das Zählen von Personen mit einem Personenzähler, der auf Stereo-Kameras basiert, ermöglicht. Das System zeichnet sich durch eine hohe Zählgenauigkeit aus, bei der absolute Genauigkeiten von bis zu 98% erreicht werden können. Vorteile bietet außerdem die Reproduzierbarkeit durch Live-Video-Streaming, das unter anderem zur Zähldatenevaluierung genutzt werden kann. Darüber hinaus können eine räumliche Videoüberwachung und eine automatische Videoanalyse mit Hilfe von Klassifikatoren auf bestimmte Szenarien und Zielgruppen maßgeschneidert werden. Das integrierte Tracking Modul verfolgt den Bewegungsverlauf der Objekte. Die einzusetzende Sensorik sollte dabei so platziert werden, dass alle zu zählende und zu überwachende Bereiche durchgängig erfasst werden.

Treffsicherheit

Die Ermittlung einer Echtzeitbelegung von Gebäuden oder bestimmten Teilbereichen eines Gebäudes - sogar eines Raumes - stellt die höchsten Anforderungen an ein Personenzählsystem dar. Dabei liegt der Anspruch weniger bei der Analyse-Software, als in der Qualität der gesammelten Daten. Aktuelle Kriterien zur Evaluierung von Personenzählsystemen können aus dem Bereich der Verkehrstechnik zum Vergleich herangezogen werden. Hier setzt der VDV (Verband Deutscher Verkehrsunternehmen) mit den Schriften 457 und 458 den zu erfüllenden Maßstab*. Ziel der VDV-Schriften ist es, auf Basis einheitlicher statistischer Grundlagen sowie standardisierter Rahmenbedingungen für technische Lösungen einheitliche Standards für Datenformate und Schnittstellen zu schaffen, um unternehmensübergreifend vergleichbare Ergebnisse zu erzielen.
Bei aktuellen Ausschreibungen wird eine Zählgenauigkeit von 95% bis 99% gefordert. Da bislang kein barrierefreies Zählsystem existiert, das ohne Zählfehler arbeitet, sind zur Zählfehlerbewertung die Ausprägung des Fehlerbildes, das angewandte Ausgleichsverfahren und etwaige Hardwarefunktionen mit automatischer Fehlerbehebung offenzulegen. Es sollten ausschließlich Systeme zum Einsatz kommen, die die originären Rohdaten aus den Zählsensoren, etwa durch den Einsatz von Korrekturverfahren, nicht beeinflussen.
Die Ermittlung eines Korrekturverfahrens ist dann notwendig, wenn Zählfehler zu korrigieren sind, die aufgrund der eingesetzten Zähltechnik entstehen. Dieser Korrekturfaktor muss ständig überprüft und den Gegebenheiten des zu überwachenden Bereiches angepasst werden. Diese Arbeiten sind sehr zeit- und kostenintensiv, da sie immer mit zusätzlichem Personalaufwand verbunden sind.
Die neueste Sensortechnologie lässt jedoch bereits heute erkennen, dass künftig noch genauere Zählungen bis hin zur Identifikation von Personen zu erwarten sind. Damit werden dann Sicherheitsanwendungen wie die Raumzonenverfolgung und Flächenbilanzierung auch ohne Vereinzelungsanlagen möglich sein.
Über unseren Autor:
Manuel Mang ist Geschäftsführer der INTERAUTOMATION Deutschland GmbH, die Hard- und Softwarelösungen zur Erfassung und Analyse von Personen- und Betriebsdaten in den Bereichen Zeiterfassung, Automatische Personenzählung und Personenidentifikation liefert. Kontakt: vertrieb@interautomation.de


Hermes - Erforschung eines Evakuierungsassistenten für den Krisenfall

Auch von den Geschehnissen der Love Parade 2010 beeinflusst, will das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) herausfinden, wie sich Katastrophen dieser Art verhindern lassen. Ziel des im Rahmen der zivilen Sicherheitsforschung geförderten Projektes »Hermes«, das vom Jülich Supercomputing Centre (JSC) koordiniert wird, ist es, die Sicherheit von Personen bei Großveranstaltungen mit Hilfe eines Evakuierungsassistenten zu verbessern. Dieser Assistent soll Entscheidungsträger wie Betreiber, Sicherheitsdienste, Polizei und Feuerwehr durch frühzeitige Stauprognosen unterstützen, um die Lage besser einzuschätzen zu können und somit das Sicherheitspersonal und die Rettungskräfte optimal einzusetzen.
Durch die Kopplung an Gefahrenmanagementsysteme sowie die Personenzählung mittels automatisierter Bildverarbeitung soll es erstmals möglich sein, Simulationsergebnisse zu erhalten, die auf der aktuellen Gefahrenlage beruhen. Durch den Einsatz eines Parallelcomputers wird - auf Basis der vorliegenden Informationen zur Personenverteilung und Verfügbarkeit der Rettungswege - eine Simulation zur Prognose der Bewegung aller Personen während der nächsten 15 Minuten erstellt und in Intervallen von einer Minute aktualisiert, so dass die Simulationsergebnisse unmittelbar für das Crowd Management zur Verfügung stehen. Die Einsatzkräfte vor Ort werden über ein Kommunikationsmodul mit den notwendigen und aktuellen Informationen versorgt. Zur Optimierung der zugrunde liegenden Modelle der Fußgängerdynamik werden zur Zeit umfangreiche Feldstudien und Laborexperimente durchgeführt.
cs

Quellen: www.bmbf.de/de/6293.php www2.fz-juelich.de/jsc/appliedmath/ped/projects/hermes-de/
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