Beschreibung:

Die Erfindung betrifft eine Barrierevorrichtung nach den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Anordnung in einem Durchgangsraum nach den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 19.

Eingänge bzw. Ausgänge von öffentlich zugänglichen Gebäuden oder dergleichen, nachfolgend zusammenfassend als Durchgang bezeichnet, weisen im Allgemeinen Barrierevomchtungen auf, um ein reguliertes Betreten bzw. Verlassen zu ermöglichen. Dazu sind die Barrierevomchtungen in einem Durchgangsraum angeordnet, welcher sich vor und hinter der Barrierevorrichtung erstrecken kann und in dem sich Personen oder Gegenstände, nachfolgend zusammenfassend als Objekte bezeichnet, befinden können. Ferner weisen Barrierevomchtungen verstellbare Sperrmittel auf, wie Türen, Sperrbügel, Schranken oder dergleichen. Bevor Personen Ladenlokale, wie beispielsweise Supermärkte, Kioske, Drogerien, etc., oder Hotels, Bürogebäude oder dergleichen betreten können, ist es erforderlich, dass der Zugang freigegeben wird, indem das Sperrmittel aus einer verschließenden Sperrstellung in eine den Durchgang öffnenden Freigabestellung bewegt wird und Objekte dann in die Lage versetzt werden, eine Barriere passieren zu können und zwar in Durchgangsrichtung. Handelt es bei dem Durchgang um einen Eingang, dann ist die Durchgangsrichtung auf ein Betreten ausgerichtet, wohingegen die Durchgangsrichtung im Falle eines Ausgangs auf ein Verlassen ausgerichtet ist.

Infolge einer stetig zunehmenden Verbreitung werden automatisierte Barrierevorrichtungen insbesondere für sogenannte self- check-out Einrichtungen, welche regelmäßig personallos betrieben werden, an Bedeutung gewinnen.

Aus der Praxis bekannt sind automatisierte Barrierevorrichtungen mit Erfassungseinrichtung, welche Signalgeber und Signalempfänger aufweisen. Als Signalgeber sind insbesondere Laserscanner verbreitet, die zur Objekterkennung eine Vielzahl von nebeneinander, ebenenartig ausgerichteten Laserimpulsen in eine Scannerumgebung abgegeben. Die Grenzen, innerhalb derer der Laserscanner die Umgebung abtastet, definieren ein sogenanntes Erfassungsfeld. Die Laserstrahlen werden an Objekten reflektiert, welche sich innerhalb des Erfassungsfeld befinden, und von einem Signalempfänger detektiert. Aus der Ermittlung der Laufzeit der einzelnen, reflektierten Laserstrahlen ist die Position eines Objektes innerhalb des Erfassungsfeldes bestimmbar.

Aus der EP 2 332 805 A1 ist eine Sensoranordnung bekannt mit einem von einer Barriere beabstandet angeordneten Laserscanner. Ausgangspunkt für die Steuerung einer Barrierevorrichtung sind mehrere Zonen, welche innerhalb eines Abtastbereichs abgegrenzt werden. Sobald ein Objekt in einer bestimmten Zone detektiert wird, erfolgt eine entsprechende Regelung der Barrierevorrichtung.

Die bekannten Barrierevorrichtungen eint das Problem einer sehr unpräzisen Regelung. Dies stellt sich in der Praxis beispielsweise so dar, dass Barrieren ohne Bedarf geöffnet werden. Werden beispielsweise Türen unnötigerweise geöffnet, kann dies einen Wärmeverlust im Winter bzw. einen Wärmeeintrag im Sommer bedingen. Ferner sind aus der Praxis beispielsweise Durchgangsschleusen bekannt mit wenigstens zwei in Durchgangsrichtung hintereinander geschalteten Türen, Schranken oder dergleichen, um die unpräzise Regelung der bekannten Vorrichtungen kompensieren zu können. Derartige Schleusenanlagen erhöhen den erforderlichen Raumbedarf bzw. den technischen Aufwand jedoch erheblich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Vorrichtungen zu verbessern, insbesondere in der Art, dass Fehlsteuerungen vermieden werden können, sodass eine Durchgangsfreigabe nur dann erfolgt, wenn diese auch erforderlich ist. Ferner soll eine wirtschaftlich vorteilhafte Lösung vorgeschlagen werden, insbesondere soll der apparative Aufwand minimiert werden.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Barrierevorrichtung nach den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Anordnung einer Barrierevorrichtung nach Anspruch 19. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Alle nachfolgend beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmale haben jeweils eine eigenständige erfinderische Bedeutung. Sie können in beliebiger Kombination zusammen oder auch einzeln und unabhängig voneinander genutzt werden.

Die Erfindung schlägt mit anderen Worten eine hinsichtlich des Erfassungsfeldes zonenunabhängig geregelte Barrierevorrichtung vor. Durch eine Berechnung der Richtung bzw. der Geschwindigkeit eines Objektes kann eine Objektbewegung in Art einer Bewegungsbahn im Durchgangsraum prognostiziert werden, wobei im Wesentlichen unterschieden wird, ob ein Objekt auf eine Barriere zusteuert oder eben nicht, sodass in präziser Weise bestimmbar ist, ob und wenn ja, wann ein Durchgang freizugeben ist, wodurch Fehlsteuerungen der Barrierevorrichtung vermieden werden können. Grundlage ist eine dynamische Positionsbestimmung eines Objektes im Durchgangsraum, im Gegensatz zu einer gering aufgelösten, statischen Positionsbestimmung mittels Zonenabgrenzung im Erfassungsfeld.

Vorschlagsgemäß erfasst das Erfassungsfeld zumindest den Bereich des Durchgangsraums, welcher einer Barriere vorgelagert ist - also in Durchgangsrichtung der Bereich des Durchgangsraums, in welchem sich die Objekte zeitlich vor einem Passieren der Barriere befinden.

Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass unmittelbar aus den berechneten Informationen Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit, abgeleitet von Laufzeiten der Laserstrahlen, zwischen einem sich der Barriere nähernden und einem ruhenden Objekt unterschieden werden kann, wobei die Steuereinheit nur bei einem Objekt in Annäherung zur Barriere einen Wechsel in die Freigabestellung bewirkt. Vorgesehen ist, dass eine Annäherung eines Objektes zudem nur dann eine Freigabe des Durchgangs zur Folge hat, sofern beispielsweise die berechnete Annäherungsrichtung den Schluss zulässt, dass sich ein Objekt konkret auf die Barriere zubewegt. Bei Objekten, die sich an einer Barriere lediglich vorbeibewegen, ohne diese dem Anschein nach passieren zu wollen, veranlasst die Steuereinheit keinen Stellungswechsel des Sperrmittels.

Besonders vorteilhaft im Sinne einer sehr hohen Ortsauflösung kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit die Objektbewegung in Echtzeit bzw. nahezu in Echtzeit ableitet, sodass die Präzision der Steuerung gesteigert und Kollisionen von Objekten mit einer Barriere vermieden werden könnten.

Vorschlagsgemäß ist das Erfassungsfeld im Wesentlichen parallel zur Horizontalebene ausgerichtet, vorzugsweise in einem Winkel zwischen 0 bis 10 °, besonders bevorzugt in einem Winkel zwischen 0 und 3 °. Ferner ist für das Erfassungsfeld nur ei- ne Erfassungsebene vorgesehen, sodass die Konstruktion der Erfassungseinrichtung wirtschaftlich vorteilhaft wesentlich vereinfacht ist.

Es kann vorgesehen sein, dass der Signalgeber in, an oder benachbart zur Barriere angeordnet ist. Je geringer die Distanz zwischen Objekt und Signalgeber, insbesondere dem Objekt und einem Laserscanner, desto präziser die Messung der Laufzeit. Eine derartige Anordnung trüge demnach dazu bei, die Präzision der ermittelten Objektbewegung zu erhöhen, da sich die Objekte, welche beabsichtigen, die Barriere zu passieren, dabei grundsätzlich auf die Barriere, und dementsprechend auf den Signalgeber, zubewegen.

Insbesondere für Sperrmittel in Gestalt von Schranken, Sperrbügeln oder dergleichen kann vorgesehen sein, dass der Signalgeber in Höhe des Sperrmittels angeordnet ist. Insoweit würde sichergestellt, dass die Steuereinheit den Durchgang vorzugsweise für Objekte freigibt, welche eine Höhe einnehmen, die der Anordnungshöhe des Sperrmittels, bezogen auf die die Objekte tragende Bodenoberfläche, weitestgehend entspricht. Fehlsteuerungen, beispielsweise ausgelöst durch entsprechend kleine Tiere, könnten vermieden werden. Eine Verringerung unnötiger Fehlsteuerungen der Barrierevorrichtung geht grundsätzlich mit einer wirtschaftlich vorteilhaften Verlängerung der Standzeit einher. In ersten Versuchen hat sich eine Anordnungshöhe zwischen 20 und 80 cm als vorteilhaft erwiesen.

Für eine weitere Ausgestaltung kann vorgesehen sein, die Präzision der Bewegungsdaten zusätzlich zu steigern, indem die Barrierevorrichtung mehrere Signalgeber aufweist, die im Wesentlichen den Durchgangsraum erfassen. Insbesondere wären durch die Anordnung mehrerer Signalgeber auch solche Bereiche erfassbar, die bei Verwendung nur eines Signalgebers im Erfassungsschatten, sprich auf der einem Signalgeber abgewandten Seite eines Objektes, nachweisbar sind. Derartige Abschattun- gen, also Bereiche, die außerhalb des Erfassungsfeldes liegen, können insbesondere bei Gegenständen problematisch sein, die im Durchgangsraum abgestellt werden und somit einer ungehinderten Objekterfassung durch die Erfassungseinrichtung entgegenstehen. Solange ein zweites hinter dem ersten befindlichen Objekt nicht über einen Erfassungsschatten hinaus in das Erfassungsfeld hineinragt, würde das erste Objekt nicht erkannt werden. Vorteilhafterweise kann zur Verhinderung von Abschattungen ein erster Signalgeber in, an oder benachbart zur Barriere angeordnet sein und ein zweiter Signalgeber im Abstand dazu.

Bei einer Ausgestaltung mit mehreren Signalgebern kann vorgesehen sein, dass die jeweiligen Erfassungsfelder der Signalgeber parallel zueinander ausgerichtet und in vertikaler Richtung zueinander verschoben sind. Dadurch ließe sich eine gezielte Erfassung von Objekten unterschiedlicher Größe, insbesondere unterschiedlicher Höhe, realisieren und Abschattungsbereiche minimieren.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann der Signalgeber um eine im Wesentlichen vertikal ausgerichtete Drehachse rotationsbeweglich gelagert und dazu ausgestaltet sein, ein kreisringartiges Erfassungsfeld um den Signalgeber zumindest abschnittsweise zu erfassen. Ein entsprechend rotierender Signalgeber könnte wenigsten 10 Laserimpulse pro Sekunde abgeben, um eine möglichst realitätsnahe Abbildung der Objekte zu schaffen. Erste Versuche haben gezeigt, dass ein Erfassungsradius von bis zu 5 m besonders geeignet ist, um eine hinreichend hohe Präzision einer Objektbewegung auch noch in Entfernung zum Signalgeber ableiten zu können.

Wirtschaftlich vorteilhaft kann eine Anordnung eines rotierenden Signalgebers beispielsweise in oder an einer Stütze einer Barriere sein, wobei die Stütze einen Sperrbügel, eine Schranke oder dergleichen schwenkbeweglich in Art eines Halteelements hält, sodass sich das Erfassungsfeld in Durchgangsrichtung von vor bis hinter die Barriere erstrecken kann, und zwar auch dann, wenn die Barrierevorrichtung nur einen Signalgeber aufweist. Im Zuge dessen wäre ein großes Erfassungsfeld realisierbar mit minimalem apparativen Aufwand.

Die Erfindung geht aus von der Überlegung, sowohl eine Objektbewegung quantitativ zu erfassen, als auch ein ruhendes, bewegungslos verharrendes Objekt zu erkennen und hinsichtlich des ruhenden Objektes eine Steuerung der Barrierevorrichtung zu veranlassen. Sind die Bewegungsrichtung und die Bewegungsgeschwindigkeit eines Objektes über einen Zeitraum im Wesentlichen Null, könnte ein Objekt als zeitweise verharrendes Objekt erkannt werden. Eine Steuerung kann einerseits darin bestehen, dass für ein ruhendes Objekt beispielsweise zunächst keine Freigabe des Durchgangs erfolgt. Anderseits kann in einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Steuerung eine Freigabe bei einem ruhenden Objekt in Ausnahmefällen dennoch bewirkt, und zwar dann, wenn ein Objekt für eine gewisse Zeitspanne im Abstand zur Barriere verharrt. Dieser Bereich wird vorliegend als Auslösebereich bezeichnet. Erste Versuche haben gezeigt, dass ein Bereich im Abstand bis zu 50 cm in Durchgangsrichtung vor und hinter der Barriere und eine Verweilzeit von wenigstens 5 s besonders geeignet sind.

Für eine weitere Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass für jedes Objekt mehrere Laufzeiten ermittelt werden und somit mehrere Informationen zur Bewegungsrichtung und zur Bewegungsgeschwindigkeit ableitbar sind. Dabei stellt sich grundsätzlich das Problem, dass insbesondere periphere Körperteile von Personen, wie beispielsweise beim Gehen mitschwingende Arme, die Streuung der Bewegungsdaten eines Objektes stark erhöht. Zur Präzisierung der abgeleiteten Objektbewegung kann die Recheneinheit vorteilhaft für eine rechnerische Konkretisierung ausgelegt sein. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit aus den Bewegungsdaten eines Objektes ableitet, welche der ermittelten Bewegungsdaten den Kem eines Objektes abbilden, sodass beispielsweise die beim Gang schwingenden Arme als solche erkannt werden und die Recheneinheit für die Berechnung der Bewegungsrichtung und der Bewegungsgeschwindigkeit vorzugsweise auf die Bewegungsdaten des Objektkerns zurückgreift. Diese Konkretisierung der abgeleiteten Objektbewegung könnte eine deutliche Präzisierung bedingen und somit eine genauere Steuerung der Barrierevorrichtung.

Insbesondere für horizontal verschiebbare Sperrmittel mit mehreren Sperrmittelsegmenten, beispielsweise eine Schiebetür bestehend aus mehreren Türen bzw. Türsegmenten oder dergleichen, welche von einer Wand in Art eines Halteelements gehalten werden, kann vorteilhaftweise die Öffnungsweite an die Objektbewegung angepasst sein. Für eine weitere Ausgestaltung kann daher vorgesehen sein, dass zunächst die Objektbewegung präzise ermittelt wird, um ableiten zu können, welches Sperrmittelsegment in hinreichender Weise zu steuern ist, um einem Objekt einen Durchgang ermöglichen zu können. In der Praxis könnte beispielsweise nur das Türsegment durch die Steuereinheit geöffnet werden, auf welches sich das Objekt insbesondere zubewegt bzw. die Schiebetür nur bis zu einem bestimmten Türsegment geöffnet werden, sodass noch keine separate Steuerbarkeit eines Sperrmittels bzw. eines Sperrmittelsegments dafür erforderlich wäre. Vorteilhafterweise könnte bei dieser Ausgestaltung der Barrierevorrichtung die Öffnungsweite des Durchgangs für eine Freigabe deutlich verkleinert werden, sodass beispielsweise im Winter ein Energieverlaust durch austretende Wärme aus einem Ladenlokal minimiert würde.

Eine separate Steuerbarkeit mehrerer Sperrmittel bzw. mehrerer Sperrmittelsegmente können vorgesehen sein, um beispielsweise zeitgleich mehreren Objekten den Durchgang freigeben zu können. In der Praxis könnte die Barrierevorrichtung dafür beispielsweise zwei separat steuerbare, schwenkbare Sperrbügel aufweisen, wie sie in vielen Ladenlokalen anzutreffen sind, wel- ehe die Steuereinheit unabhängig voneinander öffnen und verschließen könnte, je nachdem inwieweit eine Annäherung von Objekten zu den einzelnen Sperrbügeln erfasst würde.

Ferner kann vorteilhaft die Wechselgeschwindigkeit aus einer den Durchgang verschließenden Sperrstellung in eine den Durchgang öffnenden Freigabestellung der Bewegungsgeschwindigkeit eines Objektes angepasst werden, beispielsweise eine in horizontaler Richtung ausgerichtete Schwenkbewegung einer Schwingtür oder das Einfahren einer Schiebetür, bzw. eine in vertikaler Richtung öffnende Schranke oder ein Vertikaltor. Grundsätzlich ist ein langsameres Öffnen eines Sperrmittels, insbesondere bei schweren Sperrmitteln wie beispielsweise Glastüren, vorteilhaft, um Antriebseinheiten und Bremssysteme schonen und die Standzeit wirtschaftlich vorteilhaft verlängern zu können.

Ein Sperrmittel kann für ein Objekt im Durchgangsraum eine Gefahrenquelle darstellen, insoweit das Objekt insbesondere bei einem Stellungswechsel aus einer Freigabe in eine Sperrung des Durchgangs mit dem beweglichen Sperrmittel kollidieren kann. Dieser Abschnitt des Durchgangsraums wird vorliegend als Kollisionsraum bezeichnet. Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit geeignet, bei der Steuerung des Sperrmittels die momentane und die aus Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit abgeleitete, zu erwartenden Position eines Objektes im Kollisionsraum zu berücksichtigen zur Verhinderung einer Kollision. Es kann vorgesehen sein, dass eine Bewegung eines Sperrmittels bzw. eines Segments eines Sperrmittels bei Kollisionsgefahr nicht erfolgt und/oder die Bewegung des Sperrmittels wird beschleunigt und/oder die Ausprägung der Sperrmittelbewegung, beispielsweise die Öffnungsweite einer Tür, die Schwenkhöhe einer Schranke oder dergleichen, wird angepasst, um eine Kollision vermeiden zu können. Wird beispielsweise ein Einkaufswagen im Kollisionsraum eines Sperrmittels abgestellt, kann vorgesehen sein, dass der Durchgang bei einem weiteren, sich näherndem Objekt nur soweit freigegeben wird, als dass das Sperrmittel nicht mit dem Einkaufswagen kollidiert.

Im Sinne eines Kundenmanagements kann für eine weitere Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Barrierevorrichtung eine Zähleinheit aufweist, welche aus den Objektbewegungsdaten die Anzahl der Objekte ableitet, die die Barriere passiert haben. Auf wirtschaftlich einfache Weise kann somit beispielsweise nachverfolgt werden, wie viele Objekte einen Durchgang innerhalb eines Zeitraums benutzt haben. Ferner kann, vorteilhafterweise in Echtzeit, ermittelt werden, wie viele Objekte sich zu einem bestimmten Zeitpunkt in einem Ladenlokal oder dergleichen aufhalten. Dafür könnte beispielsweise ein miteinander kommunizierendes System mehrerer Barrierevorrichtungen vorgesehen sein, die jeweils in einem Eingang bzw. Ausgang angeordnet sind. Um möglichst wenig Bauraum beanspruchen zu müssen und damit einhergehend wirtschaftlich vorteilhaft kann eine Barrierevorrichtung sein, die sowohl Eingang als auch Ausgang ist und welche die Anzahl der Objekte im Ladenlokal nachhält, insbesondere in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung der Objekte, wie diese die Barrierevorrichtung passiert haben, da jede Passierrichtung einem Betreten oder Verlassen des Ladenlokals zuordnenbar ist. Wird eine Kapazitätsgrenze hinsichtlich einer Maximalzahl an Objekten in einem Ladenlokal, Gebäude oder dergleichen erreicht, kann die Steuereinheit in Rückkopplung mit der Zähleinheit erst dann wieder eine Freigabe veranlassen, nachdem eine entsprechende Objektanzahl das Ladenlokal verlassen hat. Aus der Praxis bekannt ist eine Nachverfolgung der Objektanzahl in einem Ladenlokal beispielsweise mittels Einkaufskörben bzw. Einkaufswagen, welche für einen Einkauf an Kunden ausgegeben werden. Sind alle Körbe oder Einkaufswagen vergeben, kann dies das Erreichen einer Kapazitätsgrenze signalisieren. Allerdings ist dafür erforderlich, dass jeder Kunde, sprich jedes Objekt, entweder einen Einkaufskorb oder einen Einkaufswagen mitführen muss, was insbesondere zu Pandemiezeiten durch zusätzliches Personal sichergestellt werden musste und dementsprechend wirtschaftlich nachteilig ist.

Für eine Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Barrie- revorrichtung Objekte erkennt, die eine Barriere entgegengesetzt zur Durchgangsrichtung passieren. Dazu kann beispielsweise der Durchgang ein Eingang sein und das Erfassungsfeld kann Bereiche des Durchgangsraums erfassen, die in Eingangsrichtung vor und hinter der Barriere liegen bzw. allgemein das Erfassungsfeld Bereiche des Durchgangsraums abdeckt, die in Durchgangsrichtung vor und hinter der Barriere liegen. Wird eine entsprechende Objektbewegung ermittelt, kann vorteilhafterweise eine Alarmvorrichtung vorgesehen sein, welche ein optisches und/oder akustisches Signal erzeugt, beispielsweise dann, wenn ein Kunde ein Ladenlokal oder dergleichen verlässt, ohne zuvor einen Kassenbereich passiert zu haben. Auch kann vorgesehen sein, dass bei einer entsprechenden Objektbewegung die Steuereinheit den Durchgang nicht freigibt. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da auf konstruktiv aufwendige Doppel- Barrierevorrichtungen in Art einer Schleuse verzichtet werden könnte.

Im Sinne der der Erfindung zugrunde liegenden Überlegung kann ein Verfahren zur Freigabe eines Durchgangs in einem Durchgangsraum, in welchem sich Objekte wenigstens zeitweise bewegen, insbesondere wie folgende Schritte beinhalten:

Ein Laserscanner kann Laserimpulse aussenden, welche ein ebenenartiges Erfassungsfeld erzeugen, das im Wesentlichen parallel zur Horizontalebene und wenigstens bereichsweise auf den Durchgangsraum ausgerichtet ist. Die Laufzeit der Laserstrahlen wird ermittelt, nachdem diese von im Durchgangsraum befindlichen Objekten reflektiert wurden. Aus der Laufzeit wird eine Objektbewegung berechnet und zwar eine Bewegungsrichtung und eine Bewegungsgeschwindigkeit der Objekte im Durchgangsraum. In Abhängigkeit von der berechneten Objekt- bewegung wird die Barriere gesteuert, in der Art, dass eine Freigabe erfolgt, ggf. individuell angepasst an ein Objekt, oder der Durchgang versperrt wird.

Eine Barrierevorrichtung oder Anordnung wie oben beschrieben kann vorteilhaft unter Verwendung eines einzigen oder mehrerer kombinierter LIDAR-Sensoren (= Abkürzung für Light detection and ranging oder Light imaging, detection and ranging) zur Erkennung von Objekten, darunter auch bewegliche Objekte wie Personen, verwirklicht werden.

Die Zutritts- und Auslass-Kontrolle erfolgt entweder schrankenlos oder durch bewegliche Sperrmittel, die bei ihrer Bewegung nicht mit Gegenständen oder Personen kollidieren dürfen. Als Beispiel für körperlich verwirklichte, bewegliche Sperrmittel werden nachfolgend schwenkbewegliche Schranken erwähnt, die in horizontaler Richtung schwenkbeweglich sind und aus Einkaufsmärkten weithin bekannt sind, die beim Schwenken nicht mit Gegenständen oder Personen kollidieren dürfen. Eine schrankenlose Barrierevorrichtung kann beispielsweise eine gedachte Linie als Sperrmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung aufweisen, und die Haltevorrichtung ist in diesem Fall die Einrichtung, in welcher die gedachte Linie definiert ist. Dies kann die automatisierte Steuereinheit sein, die mit der Recheneinheit der Barrierevorrichtung verbunden ist, so dass z. B. eine bestimmte Entfernung von der Erfassungseinrichtung als sogenannte Grenzentfernung eine virtuelle Linie definiert. Für unterschiedliche Winkel, in denen die Lichtstrahlen von der Erfassungseinrichtung ausgesendet bzw. erfasst werden, können unterschiedliche Grenzentfernungen festgelegt sein, so dass der Linienverlauf nicht notwendigerweise im konstanten Abstand kreisbogenförmig um die Erfassungseinrichtung verlaufen muss, sondern auch davon abweichend, z. B. als gerade Linie definiert sein kann. Beispielsweise kann eine schrankenlose Barrierevorrichtung im Ausgangsbereich eines Marktes angeordnet sein, den Kassen nachgeschaltet, so dass die erfindungsgemäße Barrierevorrichtung als Auslasskontrolle dient.

Bei der Anwendung der Barrierevorrichtung als Auslasskontrolle kann beispielsweise die Verweildauer eines Kunden an der Kasse registriert werden, und wenn diese Verweildauer eine bestimmte Mindestzeitdauer unterschreitet und der Kunde anschließend die gedachte Linie passiert, kann eine Alarmierung automatisch ausgelöst werden, so dass die gedachte Linie als Sperrmittel wirkt und verhindern soll, dass Personen den Markt verlassen, ohne bezahlt zu haben. Insbesondere wenn es sich um sogenannte Selbstzahler- oder Scanner-Kassen handelt, an denen die Kunden die gekauften Artikel maschinell registrieren - z. B. mit Hilfe von Barcodes, RFID-Tags oder dergleichen - kann eine derartige Auslass-Kontrolle mittels einer erfindungsgemäßen Barrierevorrichtung installiert sein. Dabei kann die automatisierte Steuereinheit nicht nur mit der Recheneinheit der Barrierevorrichtung verbunden sein, sondern auch mit den Selbstzahleroder Scanner-Kassen in der Art, dass - z. B. unabhängig von oder auch ergänzend zu der Aufenthaltsdauer an der Kasse - die Alarmierung automatisch ausgelöst wird, wenn keine Zahlungstransaktion an einer bestimmten Kasse durchgeführt wurde und die zunächst an der Kasse befindliche Person sich dann zu dem Sperrmittel bewegt, nämlich der erwähnten gedachte Linie.

Ein Stellungswechsel zwischen der Freigabestellung und der Sperrstellung eines Sperrmittels, welcher Stellungswechsel durch die Steuereinheit automatisch veranlasst wird, kann bei einer körperlich verwirklichten Schranke beispielsweise in Form einer horizontalen Schwenkbewegung der Schranke ausgeführt werden. Bei einer körperlosen Schranke kann der Stellungswechsel beispielsweise durch das Umschalten eines Schaltelements verwirklicht sein, beispielsweise um einen Alarm auszulösen oder zu unterdrücken. Beim Ein- und Auslass sollen die Objekte in Position, Entfernung und Bewegungsgeschwindigkeit erkannt werden. Als „Objekte“ werden in diesem Zusammenhang sowohl unbelebte als auch lebende Objekte, insbesondere Personen, bezeichnet.

Bei einer Bewegung in einer als zulässig vordefinierten Richtung soll ein körperlich verwirklichtes Sperrmittel die Barriere öffnen, z. B. eine Schranke in eine Freigabe- oder Offenstellung aufschwenken, sofern der Raum hinter der Schranke in Schwenkrichtung frei ist. Befindet sich jedoch ein Objekt im Bewegungsbereich des Sperrmittels, kann die Bewegung des Sperrmittels eingeschränkt werden: die Bewegung des Sperrmittels kann über einen verringerten Anteil des Bewegungsbereichs erfolgen, um eine Kollision mit dem Objekt zu vermeiden. Oder die Bewegung kann - zumindest bei der Annäherung an das Objekt - mit reduzierter Geschwindigkeit erfolgen, um eine Beschädigung bzw. Verletzung des Objekts zu vermeiden. Oder die Bewegung kann vollständig unterdrückt werden. Bei einer schrankenlosen Bamerevorrichtung unterbleibt eine Alarmierung, wenn eine Bewegung in einer als zulässig vordefinierten Richtung erfasst wird.

Anders als bei der oben genannten Bewegung in einer als zulässig vordefinierten Richtung kann bei einer Bewegung in einer als unzulässig definierten Richtung das Sperrmittel die Barriere geschlossen halten, z. B. kann die erwähnte Schranke in einer Sperr- oder Schließstellung verbleiben. Dies kann bei so genannten Gegenläufern angewendet werden, also Personen, die einen Markt nicht durch den Eingang betreten, sondern ihn durch den Eingang und somit an den Kassen vorbei verlassen möchten. Die Bamerevorrichtung dient hier als Eingangskontrolle. Falls die Schranke nicht bereits geschlossen ist und in ihrer Schließstellung verbleibt, kann die Steuerung der Barrierevorrichtung so ausgestaltet sein, dass die momentan offene Schranke in ihre Schließstellung bewegt wird. Bei einer schrankenlosen Ausgestaltung der Eingangskontrolle kann in diesem Fall ein Alarm ausgelöst werden. Die Barrierevorrichtung kann eines, zwei oder auch mehr Sperrmittel aufweisen, und die Schranken können nebeneinander angeordnet sein, z. B. einander gegenüberliegend und synchron gegenläufig arbeitend in Form einer Doppelschranke zugunsten einer großen Öffnungsweite.

Alternativ dazu oder auch zusätzlich können die Schranken hintereinander angeordnet sein, als „Schleuse“ mit einer alternierenden Freigabe der einzelnen Schranken.

Die Schranken können über ein Funk-System miteinander verbunden sein, sie können daher logisch (per Software) statt physikalisch (per Kabel) Zusammenarbeiten.

Die LIDAR-Sensoren können, sofern sie einen überlappenden Bereich überwachen, per Software „zusammengerechnet“ werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass Abschattungen von hintereinander befindlichen Objekten ausgeschlossen sind, da aus verschiedenen Winkeln überwacht wird.

Die LIDAR-Sensoren können abgesetzt von den Schranken angebracht sein. Der Schwenkbereich der Schranken ist somit unabhängig von den Überwachungsbereichen. So können Wege „um die Ecke“ überwacht werden.

In einer Ausgestaltung erfolgt die Erkennung von Objekten in mindestens zwei Bereichen. Ein überwachter Bereich A (der Schwenkbereich der Schranke) muss frei von Objekten sein, egal ob diese ortsfest oder beweglich sind. Im anderen Bereich B wird die jeweilige Position, Richtung und Geschwindigkeit von Objekten erkannt. Die Schranke wird geöffnet, wenn der Bereich A frei von Objekten ist und sich im Bereich B ein Objekt im richtigen Winkel und mit ausreichender Geschwindigkeit der Schranke nähert. „Parallel-Läufer“ (Objekte, die sich parallel zur Schranke bzw. der Überwachungsgrenze A/B bewegen) lösen keine Öffnung aus.

„Rückläufer“ die eine zufällig geöffnete Schranke durchschreiten, werden durch die Geschwindigkeit und Laufrichtung erkannt und lösen in einer Ausgestaltung der Barrierevorrichtung einen Alarm aus, sobald der Bereich B aus dem Bereich A heraus betreten wird. Diese Art, die erfassten Bewegungen auszuwerten, kann eine körperlich verwirklichte „Schleuse“ mit zwei in Bewegungsrichtung hintereinander angeordneten Schranken ersetzen.

Die Erkennung der Objekte und deren Verhalten basiert in einer Ausgestaltung der Bamerevorrichtung auf einer Clusteranalyse, welche die Datenpunkte des LIDAR zu einer Objekt-Aufenthaltsposition verrechnet. Von verschiedenen Arten der Clusteranalyse erscheint eine solche Clusteranalyse für den Einsatz in der Praxis vorteilhaft und gut geeignet, die angesichts der anfallenden Datenmenge (Anzahl der Datenpunkte) geeignet ist, auf einem Mikrocontroller mit begrenztem Speicher und begrenzter Verarbeitungsgeschwindigkeit zu arbeiten. Nach diesen Kriterien kann die zu verwendende Clusteranalyse vorzugsweise ausgewählt werden.

Die Datenaustausch zwischen den LIDAR-Sensoren geschieht in einer Ausgestaltung der Bamerevorrichtung über ein Funksystem und somit kabellos.

Es sind in einer Ausgestaltung der Bamerevorrichtung Mechanismen vorhanden, die auf Grundlage der gelieferten Daten einen Ausfall des Systems (z.B. der Rotation) oder des Lasers erkennen können. Die Steuerungseinheit kann in der Art ausgestaltet sein, dass in einem solchen Fall automatisch eine Fehlermeldung erzeugt und an eine Zentrale übermittelt wird, so dass Wartungsarbeiten ausgelöst werden können. Wird ein Ausfall der Rotation oder Taktung eines LIDAR-Sensors erkannt, wird in einer Ausgestaltung der Barrierevorrichtung der Laser automatisch im Sinne der Lasersicherheit abgeschaltet, um eine aus dem Bewegungsstillstand folgende punktuelle Disposition durch den Laserstrahl (z.B. Auge, direkt oder auch nach einer Reflektion) zu verhindern.

Da nicht nur der Rotationsantrieb, sondern auch der Laser selbst einem Alterungsprozess unterworfen ist, sind in einer Ausgestaltung der Barrierevorrichtung Marker vorhanden, die dabei helfen, die Strahlintensität als Teil der Betriebsarten zu überwachen. Diese Marker können spezielle Reflexionselemente sein, die eigens im Erfassungsbereich einer Erfassungseinrichtung angeordnet werden, oder als Marker kann ein ohnehin im Erfassungsbereich einer Erfassungseinrichtung angeordnetes Element verwendet werden, z. B. eine Wand oder Säule eines Gebäudes, wobei in diesem Fall zunächst ein Kalibrierung durchgeführt wird, um die reflektierte Strahlintensität als Sollwert zu hinterlegen. Bei einer vorbestimmten Abweichung von den Sollwerten kann eine Anzeige automatisch ausgelöst werden, die als Verschleißanzeige bezeichnet werden kann. Proaktiv kann dann ein Austausch der betroffenen Komponenten erfolgen, bevor eine Fehlfunktion auftritt. Die betroffenen Komponenten können beispielsweise die Marker sein, z. B. im Falle von Beschädigungen, oder es kann der Laser selbst sein, z. B. aufgrund der erwähnten Alterung.

Die vorstehend stichwortartig beschriebenen Weiterentwicklungen und Verbesserungen können einzeln verwirklicht sein, oder es können zwei oder mehrere davon in beliebiger Kombination verwirklicht sein, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen, z. B. in Form von Alternativen, wie dies anhand der entweder als Doppelschranke nebeneinander oder als Schleuse hintereinander angeordneten Schranken erläutert wurde. Die beschriebenen Weiterentwicklungen und Verbesserungen können insbesondere vorteilhaft bei einem Gegenstand verwirklicht werden, wie er in der DE 20 2022 101 749 U1 beschrieben ist, sie können jedoch auch bei anders ausgestalteten Zutritts- und Auslass-Kontrollsystemen angewendet werden, sofern dies nicht aufgrund einer technischen Unmöglichkeit ausgeschlossen ist.

Ergänzend wird auf folgendes hingewiesen:

Mit der Verfügbarkeit von „Time-of-Flight“-Sensoren (ToF) ist es möglich, über die Laufzeit einer elektromagnetischen Welle, also einer Zeit-Messung und der Konstante der Ausbreitungsgeschwindigkeit, eine direkte Entfernungsmessung zu erhalten. Ein noch präziseres Verfahren wäre zwar über eine interferometri- sche Messung möglich, hierbei sind aber eine Referenzierung, exakte Kenntnis und Stabilität der Wellenlänge sowie weitergehende Voraussetzungen für eine Anwendung notwendig. Beides sind eindimensionale Messungen.

Räumlich Messungen mittels ToF-Verfahren sind mit Kamerasystemen möglich. Hierbei wird ein Punktmuster in den Raum projiziert. Durch die einzelnen Messungen jedes Punktes lässt sich auf die Räumlichkeit der Kontur zurück schließen. Das ist eine Matrixmessung, wobei jedes Feld einer Entfernung entspricht. Diese 3D-Messung erfordert einen komplexen Aufbau des Sensors.

Eine zweidimensionale Entfernungsbestimmung erreicht man, mittels eines rotierenden ToF-Sensors. Jeder Winkel liefert dann eine Entfernungs-Information senkrecht zur Rotationsachse. Dieses Verfahren ist lediglich eine mechanische Herausforderung aufgrund der Rotation. Der eigentliche ToF-Sensor arbeitet weiterhin eindimensional. Dadurch ist es möglich, die Elektronik sehr einfach zu gestalten, was sich in den Kosten wiederspiegelt. Die „LIDAR“- Sensoren finden daher weite Verbreitung, z.

B. auch in Consumer-Produkten, z.B. in autonom fahrenden Staubsaug-Robotern, bei denen der Sensor einerseits fest mit dem mobilen Gerät verbunden ist, andererseits auch selbst mo- bil angebracht. Das Gerät soll so Hindernisse in seinem Fahrtweg erkennen. Das rotatorische Prinzip der „LIDAR“- Sensoren liefert Winkelinformationen und Entfernungen relativ zur Fahrtrichtung.

Die vorliegende Erfindung geht andere Wege. Hier wird das LIDAR fest verbaut, um sich bewegende Objekte zu erkennen. Im Unterschied zu Lichtschranken, die nur eindimensional arbeiten und für eine räumliche Überwachung mehrfach vorhanden und justiert sein müssen, oder einfachen Radar-Sensoren, die nur sich bewegende Objekte ohne Richtungserkennung detektie- ren können, ermöglicht ein fixierter und parallel zur Ebene, auf welcher sich die Objekte bewegen, angebrachter LIDAR-Sensor nicht nur die Überwachung einer kompletten zweidimensionalen Fläche, sondern erkennt Objekte unabhängig davon, ob sie ruhen oder sich bewegen. Da die Messung rotierend erfolgt, liefern sich bewegende Objekte ihre Ortsveränderung innerhalb der Rotationsgeschwindigkeit und damit neben ihrer Geschwindigkeitsinformation auch noch ihre Bewegungsrichtung.

Aufbauend auf einem sehr preiswerten Sensor sind damit Informationen verfügbar, die sonst nur mit sehr viel aufwändigeren Systemen zu erzielen wären. Dazu zählen zum Beispiel Kamerasysteme, die über eine Bildverarbeitung Objekte oder Personen lokalisieren oder sogar tracken können. Eine Bildverarbeitung erfordert jedoch einen hohen Aufwand und somit auch mehr Energie. Hinzu kommt, dass eine Kamera in der Regel „Überkopf ¹ angebracht sein muss, damit Objekte damit verfolgt werden können. Die orthogonale Anbringung zur Überwachungsebene ist wegen der begrenzten Raumhöhe aber häufig nicht möglich, insbesondere wenn die Kamera in einer vor Vandalismus und versehentlichen Beschädigungen sicheren Höhe angeordnet werden soll. Unter Umständen können Kameras wegen der Lichtverhältnisse (Sonneneinstrahlung) auch jahres- und / oder tageszeitlich bedingt störanfällig sein. Die erfindungsgemäße Barriereanlage auf LIDAR-Basis arbeitet dagegen parallel zur Bewegungsebene. Die Detektionshöhe über der Überwachungs- oder Bewegungsebene kann ganz individuell angepasst werden. Weil eine Montage zur Draufsicht entfällt, lässt sich dieses System auch einfach installieren und ist gleichzeitig für winkelige, z.B. L-förmige, Bereiche geeignet. Durch den preislichen Vorteil können mehrere LIDAR-Sensoren einfach kombiniert werden und so die Lokalisation oder das Tracking von Objekten im überwachten Bereich optimieren. Eine Kombination zweier oder mehrerer LIDAR’s ist auf einfache Weise durchführbar. Da jedes System ortsfest montiert und somit fixiert ist, sind auch die Positionen zueinander unveränderbar. Die von einem LIDAR-Sensor gelieferten Daten entsprechen Polarkoordinaten, welche automatisch in ein anderes, z.B. kartesisches, Koordinatensystem transformiert werden können. Diese Transformation wird in der Art durchgeführt, dass dabei auch die kartesische Position jedes einzelnen LIDAR-Sensors mit verrechnet wird. Somit kann jeder einzelne Messpunkt jedes einzelnen LIDAR’s im gemeinsamen Koordinatensystem eingetragen werden. Welcher LIDAR-Sensor welchen Messpunkt geliefert hat, spielt keine Rolle; die X-Y-Daten können einfach aggregiert werden.

Es ist davon auszugehen, dass die Messungen fehlerbehaftet sind und auch die zu lokalisierenden Objekte eine gewisse Ausdehnung haben. Es dürften daher niemals identische Positionen geliefert werden. Deshalb wird jedes Objekt durch eine Punktwolke repräsentiert, die eine bestimmte Ausdehnung hat. Idealerweise kann man davon ausgehen, dass das Zentrum dieser Punktwolke die Position des Objektes repräsentiert. Die Genauigkeit dieser Repräsentation nimmt mit der Anzahl der Messpunkte, egal von welchem LIDAR-Sensor diese stammen, statistisch betrachtet zu.

Falls von den mehreren LIDAR-Sensoren einer verdeckt oder ausgefallen sein sollte, nimmt die Genauigkeit der Lokalisation etwas ab, weil sich die Punktwolke verschiebt. Ein völliger Ausfall ist allerdings nicht zu befürchten, so dass die Funktion der Barriereanlage nach wie vor gewährleistet werden kann.

Was die Auswertung der Punktwolke/n betrifft, ist von mehreren Punktwolken auszugehen, da sich verschiedene Objekte in der überwachten Ebene befinden können. Diese Punktwolken erfordern eine Differenzierung, so dass nicht alle Messungen zu einer einzigen Punktwolke zusammengefasst werden, sondern jede einzelne Punktwolke ein Objekt repräsentiert und die Auswertung eine lokalisierte Position ihres Objektes liefert. Ein mathematisch-numerisches Verfahren dazu ist die Cluster-Analyse, mittels welcher sich Anzahl und Dichte der Punktwolken so wählen lassen, dass man optimale Positionen erhält, welche die Objekte in der Ebene korrekt repräsentieren.

Geschieht die Lokalisierung ausreichend schnell, lässt sich über die Zeit nicht nur die Bewegungsgeschwindigkeit ermitteln, sondern durch die Ortsveränderung auch die Bewegungsrichtung einesen Objektes - bzw. bei ausbleibender Ortsveränderung dessen Ruheposition. Insbesondere diese beiden Eigenschaften liefern sonst nur wesentlich aufwändigere Systeme. Damit stehen bei einer erfindungsgemäß ausgestalteten Barriereanlage mit technisch einfachen und kostengünstigen Mitteln Informationen zur Verfügung, die eine qualifizierte Aussage über die detek- tierten Objekte ermöglichen.

Wie oben beschrieben, liefert ein einziger Sensor oder liefern mehrere Sensoren Positionen eines stehenden oder beweglichen Objektes in einem gemeinsamen Koordinatensystem. Dabei spielt es keine Rolle, wie viele LIDAR’s Daten liefern, solange mindestens ein LIDAR aktiv ist. Das spielt für die Ausfallsicherheit und Zuverlässigkeit der Barriereanlage eine große Rolle. Wird ein Sensor oder ein Teilsegment eines Sensors zeitweise verschaffet, ist der Einfluss auf die Positionsbestimmung des Objekts nur gering, solange das Objekt auch von einem oder mehreren anderen Sensoren detektiert wird oder die Verschattung nur wenige Sekunden dauert. Dies ist relevant für Bereiche, die einer hohen Bewegungsdynamik der Objekte unterliegen, wie es zu Beispiel in Ein- oder Ausgangsbereichen mit Personen der Fall ist.

Dadurch, dass einzelne Personen lokalisierbar sind, die sich auf der Bewegungs- oder Überwachungsebene befinden, und dass darüber hinaus diese Personen in ihrer Dynamik erfasst werden, können neben untypisch schnellen Bewegungen oder lange ruhenden Positionen nicht nur die Anzahl der Personen erfasst werden, sondern auch deren Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit. Aus dieser Gruppen-, Teilgruppen oder Einzel- Betrachtung lassen sich viele Rückschlüsse gewinnen. Bewegen sich beispielsweise viele Objekte/Personen schnell und gemeinsam in eine Richtung, kann man von einer Fluchtbewegung ausgehen, so dass die Steuereinheit automatisch einen Notfallmodus der Barriereanlage aktivieren kann, in welchem sämtlichen Schranken automatisch geöffnet werden und ggf. ein zusätzlicher Alarm ausgelöst wird. Bewegt sich ein einzelnes Objekt unzulässig entgegen einer vorgegebenen Richtung, kann bei Personen dieses als „Rückläufer“ oder „Gegenläufer“ erkannt werden. Bleiben einzelne Personen ruhend für eine gewisse Zeit auf gegenüberliegenden Seiten einer Grenze oder Trennlinie stehen, könnte auch diese Situation erkannt werden und zu einer automatischen Alarmierung führen, z.B. um einem Versuch entgegenzuwirken, eine unerlaubte Übergabe durch eine Abgrenzung hindurch zu bewirken.

Weiterhin ist eine saldierende Zählung der Objekte möglich, um zu erkennen, wie viele Personen sich zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem Ort aufhalten. Selbst wenn Ein- und Ausgangsbereich identisch sind, ermöglicht die Richtungserkennung eine gleichzeitige Zählung von Zu- und Abgängen. Die Auswertung der Bewegungsmuster kann mittels einer Kl erfolgen, die „normale“ Dynamiken von untypischen unterscheiden kann. Aber auch eine einfache Zählung bei Überschreiten virtueller Grenzen ist durchführbar.

Erfolgt der Einsatz im Bereich von Zutrittssystemen, die mit Sperrmitteln in Form von Schranken oder Türen einen Zu- oder Ausgang öffnen oder verschließen, können diese Funktionen einfach auf Basis der Bewegungsdynamik automatisch ausgelöst werden. Bewegt sich eine Person mit einer bestimmten Geschwindigkeit und Richtung auf die Barriereanlage zu, kann dieses Bewegungsmuster genutzt werden, um einen Öffnungs- o- der Schließvorgang auszulösen. Bewegt sich eine Person nur sehr langsam oder in einer weniger direkten Richtung darauf zu, ist eine Auslösung noch nicht notwendig und eine unnötige Betätigung kann unterbleiben.

Im Fall einer rotierenden oder schwenkbeweglichen Schranke ist es möglich, diese nicht vollständig, langsamer oder gar nicht auszulösen, um eine Kollision im Schwenkbereich mit ruhenden oder eintretenden Personen zu verhindern. Die automatische Kollisionsüberwachung kann so ausgestaltet sein, dass eine antizipierende Überwachung verwirklicht ist, bei der auf Grundlage der Objektgeschwindigkeit und -richtung sowie der Geschwindigkeit, mit welcher das Sperrmittel bewegt wird, eine mögliche Kollision vorausberechnet wird und deshalb die Bewegung des Sperrmittels abgebrochen, verzögert oder erst gar nicht gestartet wird.

Die beschriebenen Funktionen der erfindungsgemäßen Barriereanlage sind möglich, da jeder einzelne LIDAR-Sensor eine Drehbewegung von mehreren Umdrehungen pro Sekunde durchführt, dabei seine Radien abscannt und bei einer Reflektion die Entfernung und den Winkel liefert. Sowohl die Umrechnung in kartesische Objektpositionen als auch die Clusteranalyse ist in einer Ausgestaltung der Barriereanlage auf Basis von Microcon- trollern realisiert, die alle Objekteigenschaften herausfiltern und verdichten. Das geschieht fortlaufend in definiert kurzen Zeiten, so dass zuverlässig die Geschwindigkeit und Richtung der Ob- jekte automatisch ermittelt werden. Eine biometrische Auswertung ist damit nicht möglich. Die Bewegungsprofile ließen sich prinzipiell speichern. Eine Zuordnung zu Personen ist aber nicht möglich. Außer der Registrierung der Anzahlen von Personen, Störungen oder anderen Zyklen zu Servicezwecken erfolgt keine Sammlung von Daten. Trotz der fortlaufenden Berechnungen ist kein aufwändiges System notwendig, beispielsweise kein auf einer PC-Architektur basierendes Rechnersystem. Da alle Berechnungen und Steuervorgänge auf Microcontrollern möglich sind, ist auch nur ein minimaler Energieaufwand sowie ein kleiner Bauraum erforderlich. Das System, insbesondere bezogen auf seine eigenen Rechen- und Steuereinheiten, ist sehr energiesparsam, und weil es auch kein komplexes Betriebssystem erfordert, ist es sehr ausfallsicher und wartungsarm ausgestaltet.

Aus der niederen Geodäsie sind Methoden bekannt, wie durch Trilateration und/oder Triangulation Orte in einer Ebene bestimmt werden können. Die Orte sind Landmarken oder ähnlich unveränderbare Punkte. Das bedeutet, dass geodätische Messungen, wenn Sie nicht zu identischen Ergebnissen kommen, im Wesentlichen auf Messfehler zurückzuführen sind, da die Orte sich üblicherweise nicht verändert haben. Deshalb werden in der Geodäsie Verfahren der Ausgleichsrechnung eingesetzt, die letztlich auf die „Methode der Summe der kleinsten Quadrate“ zurückgeht. Dabei werden die gefunden Positionen soweit „verschoben“ bis der Fehler ein Minimum erreicht.

Bei der erfindungsgemäßen Barriereanlage sind die Messungen ebenfalls fehlerbehaftet, allerdings sind die gemessenen - nämlich hier: die gescannten - Positionen in den meisten Fällen als nicht statisch anzusehen. Die geodätischen Verfahren wären eventuell anwendbar, würden aber schlechtere Ergebnisse liefern, weil „Ausreißer“ oder andere Störungen kaum gefiltert werden könnten. Die erfindungsgemäß vorgesehene automatische Auswertung der Messdaten baut darauf auf, dass die Messungen einen Cluster bilden und der von diesem Cluster repräsen- tierte Ort im Zentrum des Clusters liegt. Es werden möglichst viele Messungen durchgeführt und es wird von der Annahme ausgegangen, dass die allermeisten repräsentierten Orte sich im Zentrum des jeweils gebildeten Clusters befinden. Dabei ist vorteilhaft, dass es keine Rolle spielt, welcher Sensor wie oft Datenpunkte zur „Cluster-Wolke“ beigetragen hat. Dementsprechend können viele Messgeräte / LIDARs gleichzeitig Daten liefern. Einzige Voraussetzung ist, dass die Daten im gleichen, und zwar vorteilhaft in einem kartesischen, Bezugssystem vorliegen. Diese Bedingung kann erfüllt werden, wenn der jeweilige Ort der einzelnen LIDARs und deren relative Position zueinander ebenfalls bekannt ist.

Ein LIDAR liefert mit jeder Messung eine Entfernung und einen Winkel. Es bildet darum ein Polarkoordinaten-System ab, welches in ein kartesisches transformiert werden kann, und durch Verschiebung mit dem Offset können die Zentren der mehreren LIDARs in ein allen LIDARs gemeinsames Zentrum überführt werden. Alle Messungen der mehreren LIDARs werden bei diesem System zusammengeführt und einer Clusteranalyse unterzogen. Das ist ein grundlegender Unterschied zu den geodätischen Verfahren der Trilateration und Triangulation und der Ausgleichsrechnung. In einer geodätischen Ausgleichsrechnung ist jeder Messpunkt nur einmal vorhanden. Bei der Cluster- Analyse ist es sogar vorteilhaft, wenn jeder Punkt mehrfach und am besten auch von verschiedenen LIDARs, also aus verschiedenen Richtungen, erfasst wird. Die Clusteranalyse, wie sie auch in vielen Big-Data-Anwendungen verwendet wird, bildet den gesuchten Ort direkt ab. Man kann davon ausgehen, dass Fehler durch die Vielzahl der Messungen des identischen Objektes sich aufgrund der Statistik weitgehend herausmitteln.

In einer Ausgestaltung der Barriereanlage weist diese ein preisgünstiges (Consumer-)LIDAR auf mit einer Messfrequenz von 4500Hz, also 4500 Messungen über 360° pro Sekunde. Da das LIDAR mit ca. 10 Umdrehungen pro Sekunde rotiert, wird die 360° Rotationsebene 10 mal pro Sekunde mit ca. 450 Messungen erfasst. Jeder Reflektionsort innerhalb der Rotationsebene wird also bis zu 10 mal pro Sekunde erfasst. Durch die kurze Zykluszeit von 0.1s und die zu erwartenden maximalen Bewegungsgeschwindigkeit von Personen von ca. 2m/s kann mit einer maximalen Abweichung aufeinanderfolgender Positionen von 200mm gerechnet werden. Dieser Wert, der kleiner ist als die zu erwartende Objektausdehnung, ist akzeptabel, insbesondere weil aufeinander folgende Messungen relativ zueinander nahezu eine identische Abweichung aufweisen würden, also kaum Einfluss auf die Richtungs- und Geschwindigkeitsmessung haben.

Aufeinander folgende Ortsmessungen und deren zeitlicher Abstand liefern eine Objektgeschwindigkeit. Da mehrere Messungen pro Sekunde erfolgen, kann auch die Objektgeschwindigkeit mit guter Genauigkeit bestimmt werden. Weiterhin liefern die aus der Clusteranalyse aufeinanderfolgend abgeleiteten Orte eines Objektes auch eine Aussage über dessen Bewegungsrichtung. Es ist zu erwarten, dass die Anzahl der gefundenen Cluster der Anzahl der Objekte innerhalb des Scan-Bereiches entspricht. Passieren die Objekte eine vorher bestimmte Grenze (Durchschreiten), erlaubt die Inkrementierung, oder Dekrementierung (in Gegenrichtung) z.B. eine Zählung. Nimmt man jetzt noch die Ausdehnung eines Clusters in der Auswertung hinzu, lassen sich Objekte und deren Verhalten ausreichend genau differenzieren (Mensch oder Ware).

Alle ermittelten Parameter wie Ausdehnung, Geschwindigkeit, Richtung oder Position zusammen erlauben eine Verhaltensanalyse / Beurteilung des LIDAR-gescannten Objektes. Der LIDAR- Scanner ist vergleichsweise preiswert erhältlich, und die beschriebene Auswertung der gemeinsamen LIDAR-Daten mittels einer Embedded-Electronic möglich ist, also ohne PC-Einsatz, so dass eine möglichst wirtschaftliche Ausgestaltung der Barriereanlage unterstützt wird. Für die Speicherung von Daten und / oder für die Übermittelung von Daten können handelsübliche und dementsprechend preisgünstige Komponenten verwendet werden, die ggf. PC-Technik aufweisen können. Der Einsatz von so wenig PC-Technik wie möglich in einer erfindungsgemäßen Barriereanlage ist vorteilhaft, da ein größeres, komplexeres Betriebssystem als Universalwerkzeug betrachtet werden kann, welches bei Angriffen von außen viele Möglichkeiten für Missbrauch bietet. Eine Embedded-Electronic ist hingegen sehr stark auf ihren Einsatzzweck spezialisiert, bietet deshalb wenig zusätzliche Funktionalität und somit kaum Raum für Schädliches.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von rein schematischen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 und 2 Punktkurven desselben, von zwei LIDAR-Sensoren einer Barriereanlage erfassten Objekts in zwei verschiedenen Polarkoordinatensystemen,

Fig. 3 und 4 jeweils die Punktkurven des erfassten Objekts, transformiert in kartesische Koordinatensysteme, Fig. 5 die beiden Punktkurven, transformiert in ein gemeinsames kartesisches Koordinatensystem, und Fig. 6 die Darstellung der Position eines aus den beiden Punktkurven berechneten Objekts in dem Koordinatensystem der Fig. 5.

Die Fig. 1 und 2 zeigen dasselbe, allerdings von zwei verschiedenen LIDAR-Sensoren erkannte Objekt, das sich im Erfassungsbereich einer Barriereanlage befindet. Da die LIDARs an verschieden Orten angebracht sind, erfassen sie das identische Objekt aus verschiedenen Winkeln und aus verschiedenen Entfernungen. Fig. 1 zeigt das Objekt als eine gebogen verlaufende Punktkurve, die sich im unteren rechten Quadranten und in einer Entfernung zwischen 600 und 800 von einem ersten LIDAR- Sensor befindet. Fig. 2 zeigt dasselbe Objekt als Punktkurve im oberen rechten Quadranten und in einer Entfernung zwischen 400 und 500 von einem zweiten LIDAR-Sensor. Die Einheit für die Entfernung beträgt rein beispielhaft in beiden Fällen mm. Beide LIDAR-Sensoren liefern ihre Messergebnisse jeweils in einem Polarkoordinatensystem, in welchem der jeweilige LIDAR- Sensor sich im Koordinatenursprung befindet.

Die Darstellung der Messungen ist nicht 100% korrekt, sondern rein illustrativ und schematisch wiedergegeben. Abweichend von den dargestellten Punktkurven, die zum Koordinatenursprung hin konkav verlaufen, würden bei vom Sensor erfassten Personen die Punktkurven mit ihrer Biegung genau entgegengesetzt verlaufen, also konvex in Bezug auf den Koordinatenursprung. Dies ist jedoch für die Beschreibung des Verfahrens, wie die Messwerte ausgewertet werden, unerheblich.

Die Fig. 3 und 4 zeigen dasselbe Objekt aus den beiden Polarkoordinatensystem der Fig. 1 und 2 nach einer Transformation in kartesische Koordinatensysteme. Dabei repräsentiert Fig. 3 die Messwerte des ersten LIDAR-Sensors und stellt die Transformation der Fig. 1 in kartesische Koordinaten dar, während Fig. 3 die Messwerte des zweiten LIDAR-Sensors gemäß Fig. 2 als Transformation in kartesische Koordinaten darstellt. Der Pol des Polarkoordinatensystems ist dabei der Ursprung des kartesischen Systems. Auch in den kartesischen Koordinatensystemen der Fig. 3 und 4 befinden sich die LIDAR-Sensoren jeweils im Koordinatenursprung, wo sich die Null-Linien kreuzen. Abgesehen von den jeweiligen Punktkurven, die für den ersten LIDAR- Sensor wiederum im unteren rechten Quadranten und für den zweiten LIDAR-Sensor im oberen rechten Quadranten liegen, zeigen die Fig. 3 und 4 auch die LIDAR-Sensoren selbst, jeweils durch einen Punkt im Koordinatenursprung repräsentiert.

Die Orte der stationären LIDAR-Systeme zueinander sind bekannt. Deshalb lassen sich ausgehend von den Darstellungen der Fig. 3 und 4 die einzelnen, verschiedenen kartesischen LIDAR-Koordinatensysteme durch eine Offset-Transformation in ein gemeinsames Koordinatensystem überführen, das in Fig. 5 dargestellt ist. Die Position des ersten LIDAR-Sensors ist oben links in diesem Koordinatensystem als Punkt dargestellt und die diesem ersten LIDAR-Sensor zugeordnete Punktkurve verläuft bogenförmig von links unten aufwärts nach rechts oben. Der zweite LIDAR-Sensor ist unten links in diesem Koordinatensystem als Punkt dargestellt, die ihm zugeordnete Punktkurve verläuft bogenförmig von links oben abwärts nach rechts unten und kreuzt die Punktkurve des ersten LIDAR-Sensors.

Die Überführung in ein gemeinsames Koordinatensystem vereinfacht die Zusammenführung der verschiedenen LIDAR-Daten.

Da erkannte Objekte immer eine Ausdehnung haben, welche die Strahldicke des LIDAR-Laserstrahls übersteigt, und weil das LIDAR sehr schnell und unter unterschiedlichen Winkeln die Objektoberflächen erfasst, ergibt sich in kurzer Zeit ein Punktmuster, welches die erfasste Oberfläche abbildet und bei dem dargestellten Beispiel als Bogen oder Kurve wiedergegeben ist. Das von der Oberfläche reflektierte Punktmuster - die dargestellte Punktkurve - entspricht der Oberflächen-Struktur des Objektes und kann, da es aus verschiedenen Winkeln erfasst wurde, stark unterschiedlich sein. Eine Interpolation der Oberflächenlinien wie der dargestellten Punktkurve bestimmt die Position des Objektes deshalb nur unzureichend.

Der Informationsgehalt der erfassten Punkte liegt jedoch in Ihrer Ausdehnung. Da diese wiederum aus verschiedenen Winkeln erfasst wurde, kann mittels einer Cluster-Analyse den „Kern“ der Ausdehnungen mit ausreichend guter Genauigkeit automatisch ermittelt werden. Dieser „Kem“ oder Schwerpunkt entspricht dem wahrscheinlichsten oder typischen Ort des Objektes und kann in sehr guter Näherung als Objektlokalisation betrachtet werden.

Fig. 6 zeigt die Darstellung von Fig. 5, wobei jedoch zusätzlich als Ergebnis der Cluster-Analyse der berechnete „Kern“ oder Schwerpunkt als wahrscheinlichster Ort des Objektes eingezeichnet ist. Für das dargestellte Beispiel liegt dieser Ort annähernd im Schnittpunkt der beiden Punktkurven. Die Clusteranalyse ist in der Lage, gleichzeitig mehrere Häufungen zu erfassen. Daher können bei Verwendung mehrerer LIDAR-Sensoren die mehreren Punktkurven, die aus der Erfassung desselben Objekts resultieren, verarbeitet werden und auch mehrere Objekte gleichzeitig erfasst werden. Dabei ist unwesentlich, wie viele LIDAR-Sensoren beteiligt sind. Jeder übermittelte Koordinatenpunkt geht in die Clusteranalyse ein. Weiterhin ist unwesentlich, ob einzelne LIDARs verschaffet oder einzelne LIDAR-Messungen verloren werden, da die große Anzahl einzelner Messwerte oder Messpunkte, ausgehend von der Drehzahl und der Messfrequenz der LIDAR-Sensoren, eine hohe Fehlertoleranz der Barriereanlage bewirkt. Der Einfluss auf die Lokalisation ist nur sehr gering, da die Messungen sehr schnell aufeinander folgen. Auch eine gleichzeitige Bewegung eines Objektes hat deshalb keinen nennenswerten Einfluss, da die Messfrequenz hoch gegenüber der Bewegungsgeschwindigkeit ist und zusätzlich mit der Anzahl der LIDARs skaliert. Letzteres reicht sogar aus, dass die schnell wiederholte Lokalisation eines Objektes für eine gleichzeitige Geschwindigkeits- und Richtungs- Bestimmung dienen kann. Aus diesen Daten Können Bewe- gungs- und Stillstandsmuster automatisch berechnet werden. So kann etwa die Steuereinheit einer Barriereanlage zielgerichtet automatisch reagieren oder Alarme auslösen.