EP0654771A1 - Verfahren zur Vermeidung von Fehlalarmen in einem Brandmeldesystem, und Brandmeldesystem zur Durchfürhrung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Das Brandmeldesystem enthält Melder mit Sensoren (1) zur Überwachung von Brandkenngrössen. Die Sensoren (1) erzeugen entsprechende Sensorsignale (S), die einer Analysestufe (3) zugeführt werden. In dieser wird die Wahrscheinlichkeit (W) eines zukünftigen Fehlalarms abgeschätzt und bei Vorliegen einer bestimmten Grösse der Wahrscheinlichkeit ein Hinweissignal abgegeben. <IMAGE>

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Fehlalarmen in einem Brandmeldesystem, mit einer Mehrzahl von mit einer Zentrale verbundenen Meldern, welche mindestens einen Sensor zur Überwachung von Brandkenngrössen und zur Abgabe entsprechender Sensorsignale aufweisen, aus denen in einem Signalverarbeitungsprozess Gefahrensignale abgeleitet werden.
• Fehlalarme, die zu den häufigsten Störungen bei Brandschutzsystemen zählen, treten unter anderem deswegen auf, weil sich die Sensoren "täuschen", indem sie nicht zwischen einer auf einen Brand hinweisenden Brandkenngrösse und einem einen Brand nur vortäuschenden Parameter unterscheiden können. Die Hauptursache für diese Täuschung liegt darin, das beide Grössen physikalisch gleich aber verschiedenen Ursprungs sind, dass also die physikalische Grösse "Rauch" beispielsweise einmal von einem Brand, einmal von einem Zigarrenraucher und einmal durch Schweissarbeiten in dem jeweiligen Raum verursacht sein kann. Wenn nun der betreffende Melder auf die Brandkenngrösse Rauch anspricht, dann wird er das in jedem der drei Fälle tun, und es wird nicht möglich sein, die Auslösung von Fehlalarmen durch den Zigarrenraucher oder die Schweissarbeiten durch eine Steigerung der Zuverlässigkeit des Sensors oder einzelner Komponenten von diesem zu verhindern. Da bekannte Systeme aber nahezu ausschliesslich auf eine solche Verbesserung der Zuverlässigkeit gerichtet sind, können sie in aller Regel die Anzahl von Fehlalarmen der beschriebenen Art nicht reduzieren.
• Durch die Erfindung soll nun ein Verfahren angegeben werden, durch dessen Anwendung Fehlalarme weitgehend vermieden oder zumindest spürbar reduziert werden.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Signalverarbeitungsprozess folgende Schritte enthält:
• a. Analyse der Sensorsignale während eines bestimmten ersten Intervalls,
• b. Berechnung der Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms in einem folgenden zweiten Intervall; und
• c. Abgabe eines Hinweises, wenn die Wahrscheinlichkeit einen bestimmten Wert überschreitet.
• Beim erfindungsgemässen Verfahren wird also zur Vermeidung von Fehlalarmen ein gänzlich anderer Weg als bisher eingeschlagen: Man versucht nicht, die Fehlalarme durch Erhöhung der Zuverlässigkeit des Systems oder von dessen Komponenten zu reduzieren, sondern man legt das System so aus, dass Fehlalarme vorausgesagt werden können. Wenn die Wahrscheinlichkeit eines künftigen Fehlalarms einen bestimmten Wert erreicht oder überschreitet, dann erhält der Benutzer einen Hinweis oder eine Warnung und kann darauf entsprechend reagieren.
• Eine wesentliche Schwierigkeit bei einem derartigen Verfahren oder System liegt im Verhältnis zwischen der Zeit für die Entscheidung, ob eine Warnung erfolgen soll oder nicht, und der Zuverlässigkeit dieser Entscheidung. Denn einerseits muss die Entscheidung innerhalb einer möglichst kurzen Zeit getroffen werden, da ein Fehlalarm üblicherweise kurz nach einer Änderung der Umgebungsbedingungen erfolgt. Und andererseits ist die statistische Relevanz der während dieser kurzen Zeit gesammelten Daten nicht gross und kann dies auch gar nicht sein.
• Dieses Problem der Abschätzung der Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms anhand von nur wenig Informationen wird gemäss einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens dadurch gelöst, dass die Länge des zweiten Zeitabschnitts von derselben Grössenordnung gewählt wird wie diejenige des ersten, dass jeder Zeitabschnitt in Teilintervalle geteilt und für jedes Teilintervall der Mittelwert der Signalmaxima ermittelt, und dass aus diesem Mittelwert die Verteilungsfunktion der Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms abgeleitet wird.
• Eine der Hauptanwendungen des erfindungsgemässen Verfahrens liegt in der sogenannten Applikationsfehlerermittlung, durch die der Benutzer auf eventuelle Anwendungsfehler aufmerksam gemacht werden soll. Diese Funktion lässt sich gemäss einer anderen bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens dadurch erfüllen, dass anstatt der Berechnung der Wahrscheinlichkeit gemäss Schritt b. ein Schwellwert festgelegt wird, dass die Sensorsignale mit diesem Schwellwert verglichen und die Überschreitungen des Schwellwerts registriert werden, und dass bei einer bestimmten Anzahl von Überschreitungen ein Applikationsfehlerhinweis abgegeben wird.
• Die Erfindung betrifft weiter ein Brandmeldesystem zur Durchführung des genannten Verfahrens, mit einer Zentrale, mit an diese angeschlossenen Meldern, welche Sensoren für Brandkenngrössen aufweisen und entsprechende Sensorsignale abgeben, und mit Mitteln zu deren Verarbeitung.
• Das erfindungsgemässe Brandmeldesystem ist dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Mittel zur Verarbeitung der Sensorsignale Mittel zu deren Registrierung während des ersten Intervalls, Mittel zum Vergleich der Sensorsignale mit einem Schwellwert und Mittel zur Registrierung der Überschreitungen des Schwellwerts durch die Sensorsignale aufweisen.
• Nachfolgend soll nun die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen näher erläutert werden; dabei zeigt:
• Fig. 1 ein Blockschema der Signalverarbeitung; und
• Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung einer speziellen Funktion, der sogenannten Applikationsfehlerermittlung.
• In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 den oder einen Sensor eines Brandmelders, an dessen Ausgang ein Sensorsignal S erhältlich ist. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Block 2, in dem die Quantisierung der Sensorsignale S erfolgt, das kontinuierliche Sensorsignal also abgetastet wird. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Stufe zur Signalanalyse, an deren Ausgang ein die Wahrscheinlichkeit für einen Fehlalarm angebendes Signal W erhältlich ist. Üblicherweise erfolgt die Signalanalyse nicht im Melder sondern in der Zentrale, an die die Melder mit den Sensoren 1 angeschlossen sind. Dabei ist es nicht von Bedeutung, ob die Zentrale das Sensorsignal S in quantisierter Form erhält oder nicht; im letzteren Fall würde die Quantisierung in der Zentrale erfolgen, was in der Figur durch die den Sensor 1 mit der Analysestufe 3 direkt verbindende, gestrichelt eingezeichnete Leitung angedeutet ist.
• In der Analysestufe 3 wird zuerst ein Intervall festgelegt, über welches das Sensorsignal analysiert werden soll. Die Länge dieses Intervalls kann sich im Minuten-, Tages, Wochen- oder sogar Monatsbereich bewegen. Vorzugsweise wird nicht nur ein Intervall festgelegt, sondern eine Reihe von Intervallen mit unterschiedlicher Länge. Letzteres erfolgt dadurch, dass man die Intervalle in Subintervalle unterteilt, und so weiter, so dass in der Regel ein Intervallraster zur Verfügung steht, in dessen einzelnen verschieden gerasterten Subintervallen das Sensorsignal analysiert wird.
• Anschliessend wird ein zweites Intervall von vorzugsweise der gleichen Länge wie das erste oder ein Intervallraster mit dem ersten Intervallraster entsprechenden Längen festgelegt und es wird das Ergebnis der Analyse des Sensorsignals in den einzelnen Subintervallen des ersten Intervalls auf die entsprechenden Subintervalle des zweiten Intervalls übertragen. Und zwar derart, dass man untersucht, ob aus dem Verhalten oder Verlauf des Signals in einem ersten Intervall ein Indiz ableitbar ist, dass im entsprechenden zweiten Intervall ein Fehlalarm ausgelöst werden könnte, und wie gross die Wahrscheinlichkeit dafür ist.
• Eine Hauptvoraussetzung dafür, aus dem Verhalten des Sensorsignals S in einem ersten Intervall auf das Verhalten in einem zweiten Intervall schliessen zu können, ist das Vorliegen eines stationären Zustands. Man geht also davon aus, dass während der Beobachtung und Registrierung des Signals stationäre Zustände geherrscht haben, und dass dies auch in Zukunft, während des zweiten Intervalls der Fall sein wird.
• Die Festlegung von Intervallen verschiedener Länge ist deswegen empfehlenswert, weil die Gewichtung eines Signals bezüglich seiner Relevanz für einen eventuellen Alarm sehr stark vom zeitlichen Bezug abhängig ist. Wenn also beispielsweise an einem einzigen Tag 20 Ereignisse, also Überschreitungen irgendeines Schwellwerts, auftreten, dann sind das, bezogen auf ein Intervall von der Länge eines Tages 20 voneinander unabhängige Ereignisse. Bezogen auf ein Halbjahres- oder Jahresintervall handelt es sich hingegen um eine Häufung von Ereignissen, die keinesfalls als voneinander unabhängig betrachtet werden können.
• Damit ein Ereignis nicht mehrfach gezählt wird, wird bei der Betrachtung der aus mehreren Subintervallen zusammengesetzten Intervalle in der Analysestufe 3 nur das Ereignis mit der grössten Amplitude pro Subintervall berücksichtigt. Das führt zwar dazu, dass in einem gegebenen Subintervall alle Ereignisse mit Amplituden unterhalb des Maximums nicht berücksichtigt werden, ist aber nicht weiter kritisch, weil diese Ereignisse in kürzeren Intervallen und Subintervallen detektiert werden. Aus den Maximalwerten der einzelnen Subintervalle wird dann ein für das jeweilige Intervall repräsentativer Mittelwert gebildet. Aus diesem Mittelwert wird schliesslich die Wahrscheinlichkeit für einen Fehlalarm abgeleitet.
• Wenn man von der Annahme ausgeht, dass die Verteilungsfunktion dieser Wahrscheinlichkeit eine exponentielle Funktion ist, und wenn man ein Intervall der Länge T in Subintervalle unterteilt und aus dem Mittelwert der Signalmaxima in den Subintervallen den Parameter λ der normierten Verteilungsfunktion $\text{f(λ, x) = λ exp(- λx)}$

  

  berechnet, dann ist die Wahrscheinlichkeit P für einen Fehlalarm während eines Subintervalls m und für einen gegebenen Schwellwert L gegeben durch
  
  $\text{P (T/m, L) =∫λ exp (-λx)= exp (-λL) (Integral von L bis unendlich).}$

  

  
  
• Die Wahrscheinlichkeit der Vermeidung eines Fehlalarms ist während eines Subintervalls:
  
  $\overline{\text{P}}{\text{(T/m, L) = 1 - e}}^{\text{-λL}}$

  

  
  
  und während des gesamten Intervalls:
  
  $\overline{\text{P}}{\text{(T, L) = (1 - e}}^{\text{-λL}}{\text{)}}^{\text{m}}$

  

  
  
  In der Praxis legt der Benutzer fest, bis zu welchem Ausmass das System Fehlalarme verhindern soll. Wenn beispielsweise 9 von 10 Fehlalarmen verhindert werden sollen, dann setzt man P gleich 0.9. Dieser Wert und die Anzahl m der Subintervalle definiert die Bedingung für die Abgabe einer Warnung durch das System:
  Warnung, wenn:
  
  ${\text{λL ≧ - In[1 - P}}^{\text{1/m}}\text{(T,L)]}$

  

  
  
  Für P = 0.9 und 10 Subintervalle berechnet sich das Verhältnis Schwellwert L zu Mittelwert 1/λ zu:
  
  ${\text{λL = - In(1 - 0.9}}^{\text{1/10}}\text{) = 4.55}$

  

  
  
  Dieses Ergebnis besagt, dass der Mittelwert der in einem gegebenen Intervall gesammelten Daten 22% des Alarm-Schwellwerts nicht übersteigen soll, wenn das System innerhalb des nächsten Intervalls derselben Länge einen Fehlalarm mit der Wahrscheinlichkeit 0.9 vermeiden soll.
• Bei der praktischen Implementierung wird man die Bandbreite der Intervalle so wählen, dass das kürzeste durch die kürzeste Reaktionszeit eines Benutzers, das sind typischerweise 10 Minuten, definiert ist, und das längste durch die maximal zu erwartende Dauer der stationären Zustände, beispielsweise also 6 Monate. Wenn man ausgehend vom kürzesten Intervall die Intervallänge jeweils verdoppelt, dann ergibt das von 10 Minuten bis 6 Monaten 15 Intervalle. Die Mittelwerte für jedes Intervall erhält man durch Filterung der Maxima der Subintervalle mit einem digitalen Tiefpassfilter. Dieser Mittelwert wird zusammen mit dem vorläufigen Maximum jeweils pro Intervall gespeichert.
• Der Algorithmus für die Warnung ist sehr einfach: Das System berechnet die Mittelwerte und überprüft, ob diese einen gegebenen, zur Wahrscheinlichkeit der Vermeidung eines Fehlalarms P korrespondierenden Schwellwert überschreitet. Dieser kann für jedes Intervall verschieden sein. Wenn, wie weiter oben angegeben, 9 von 10 Fehlalarmen verhindert werden sollen, dann wird das System, sobald es feststellt, dass der Mittelwert innerhalb eines Intervalls von beispielsweise einer Stunde einen Wert von 22% des Schwellwerts überschritten hat, einen Hinweis abgeben und eine Intervention innerhalb der nächsten Stunde verlangen. Beträgt das Intervall 1 Monat, dann würde der Hinweis anders aussehen, weil die Intervention dann nicht so dringend wäre.
• In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine sehr einfache Funktion des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt. Diese Funktion ist eine sogenannte Applikationsfehlerermittlung oder -meldung, die den Benutzer auf eventuelle Anwendungsfehler aufmerksam machen soll. Der Grundgedanke ist dabei der, dass automatisch ermittelt wird, ob und wie oft ein Melder innerhalb eines bestimmten Intervalls eine bestimmte, noch keinen Alarm auslösende Gefahrenstufe überschreitet. Denn dann besteht die Gefahr, dass irgendwann ein Fehlalarm ausgelöst wird.
• Die obere Hälfte von Fig. 2 zeigt das Diagramm eines über der Zeit t aufgetragenen Sensorsignals S, wobei auf der Ordinate ein Schwellwert G1 für die erwähnte niedrige Gefahrenstufe eingezeichnet ist. Ein Detektor zählt jedes Überschreiten des Schwellwerts G1 und liefert an einen Zähler 4 einen entsprechenden Impuls In. Der Zähler 4 zählt die Impulse In über das gewählte Zeitintervall T von beispielsweise 24 Stunden und meldet am Ende des Zeitintervalls den Zählerstand der im dargestellten Beispiel gleich 5 ist, an einen Vergleicher 5 weiter. Dieser vergleicht den erhaltenen Zählerstand mit einem eingestellten Wert und gibt bei Überschreiten dieses Werts eine Hinweismeldung der Art "ungeeignete Anwendung" oder dergleichen ab.
• Das dargestellte Ausführungsbeispiel kann weiter ausgebaut werden, indem beispielsweise das Signal S quantisiert und damit ermittelt wird, wie lange die Überschreitung des Schwellwerts G1 durch das Signal S jeweils gedauert hat. Selbstverständlich können auch die anderen, höheren Gefahrenstufen für die Applikationsfehlerermittlung berücksichtigt werden, indem man auch das Überschreiten dieser Gefahrenstufen für die Hinweismeldung berücksichtigt.

Claims (10)

1. Verfahren zur Vermeidung von Fehlalarmen in einem Brandmeldesystem, mit einer Mehrzahl von mit einer Zentrale verbundenen Meldern, welche mindestens einen Sensor zur Überwachung von Brandkenngrössen und zur Abgabe entsprechender Sensorsignale aufweisen, aus denen in einem Signalverarbeitungsprozess Gefahrensignale abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalverarbeitungsprozess folgende Schritte enthält:

   a. Analyse des Sensorsignals (S) während eines bestimmten ersten Intervalls,

   b. Berechnung der Wahrscheinlichkeit (W) eines Fehlalarms in einem folgenden zweiten Intervall; und

   c. Abgabe eines Hinweises, wenn die Wahrscheinlichkeit einen bestimmten Wert überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Intervall etwa gleich lang gewählt wird wie das erste.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsignal (S) über mehrere, verschieden lange Intervalle analysiert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Intervall in eine Anzahl gleich langer Subintervalle unterteilt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Subintervall der Maximalwert des Sensorsignals (S) ermittelt und dass aus den Maximalwerten aller Subintervalle ein Mittelwert für das betreffende Intervall berechnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund des Ausmasses, bis zu dem Fehlalarme verhindert werden sollen, ein Schwellwert festgelegt wird, bei dessen Überschreiten durch den Mittelwert der Hinweis abgegeben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anstatt der Berechnung der Wahrscheinlichkeit gemäss Schritt b. ein Schwellwert (G1) festgelegt wird, dass die Sensorsignale (S) mit diesem Schwellwert verglichen werden, und bei einer bestimmten Anzahl von Überschreitungen ein Applikationsfehlerhinweis abgegeben wird.
8. Brandmeldesystem zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 7, mit einer Zentrale, mit an diese angeschlossenen Meldern, welche Sensoren für Brandkenngrössen aufweisen und entsprechende Sensorsignale abgeben, und mit Mitteln zu deren Verarbeitung, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Mittel zur Verarbeitung der Sensorsignale (S) Mittel zu deren Registrierung während des ersten Intervalls, Mittel zum Vergleich der Sensorsignale mit einem Schwellwert (G1) und Mittel (4) zur Registrierung der Überschreitungen des Schwellwerts durch die Sensorsignale aufweisen.
9. Brandmeldesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Verarbeitung der Sensorsignale (S) Mittel zur Unterteilung des ersten Intervalls in gleich lange Subintervalle, Mittel zur Bestimmung der Maxima des Sensorsignals in den Subintervallen und Mittel zur Bildung eines Intervallmittelwerts aus den Maxima enthalten.
10. Brandmeldesystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bildung des Intervallmittelwerts durch ein digitales Tiefpassfilter gebildet sind.

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