Titel

Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung eines Ereignisses Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Ereignisses. Hierbei wird im Verfahren eine passende Mutterwavelet zu einem Messwert-Muster bestimmt und in Abhängigkeit von der Mutterwavelet eine Wavelet- Transformation erfasster Messwerte durchgeführt, um das Ereignis zu erkennen.

Die Bestimmung einer passenden Mutterwavelet ist beispielsweise in der Schrift "Compatibility of Mother Wavelet Functions with the Electroencephalographic Signal" von Mahmoud I. Al-kadi et al. offenbart [IEEE EMBS Conference on Biomedical Engineering and Sciences (lECBES), Langkawi, 2012]. Darin wird für ein spezielles Signal die optimalste Mutterwavelet bestimmt, indem eine Vielzahl von Mutterwavelets getestet werden.

Des Weiteren ist beispielsweise aus der Schrift "On the Identification of the pointwise Holder exponent of the generalized multifractional Brownian motion" von Antoine Ayache et al. bekannt, wie der Holder- Exponent eines Signals multifraktal bestimmt werden kann [Stochastic Processes and their Applications, Volume 111, Issue 1, May 2004, Pages 119-156].

Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung mit einer Verarbeitungseinheit und einer Sensoreinheit, wobei die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Ereignisses. Hierbei wird zu Beginn in einem Verfahrensschritt a wenigstens ein erstes Messwert- Muster erfasst und abgespeichert. Dieses erste Messwert-Muster charakterisiert das Ereignis. Anschließend wird in einem Verfahrensschritt b ein Hölder- Exponent in Abhängigkeit von dem ersten Messwert-Muster multifraktal bestimmt. Daraufhin wird in einem Verfahrensschritt c eine Mutterwavelet in Abhängigkeit von dem Hölder-Exponenten bestimmt. In einem anschließenden Verfahrensschritt d wird eine Mehrzahl von Messwerten der Sensoreinheit innerhalb einer Zeitspanne erfasst. Danach werden in einem Verfahrensschritt e transformierte Messwerte durch eine Wavelet-Transformation der erfassten Messwerte in Abhängigkeit von der bestimmten Mutterwavelet erzeugt. In einem Verfahrensschritt f werden daraufhin die transformierten Messwerte mit einem hinterlegten Grenzwert verglichen. Wenn wenigstens einer der transformierten Messwerte den hinterlegten Grenzwert überschreitet, wird in einem

Verfahrensschritt g bestimmt, dass das Ereignis aufgetreten ist, welches durch das erste Messwert- Muster charakterisiert ist. Abschließend wird in einem Verfahrensschritt h ein Signal erzeugt, welches signalisiert, dass das Ereignis aufgetreten ist.

Vorteilhaft ist hierbei, dass je nach erfassten Mess wert- Muster eine optimale Mutterwavelet bestimmt wird, um das Ereignis möglichst exakt zu erkennen. Hierbei wird das Signal- Rausch- Verhältnis verbessert. Insbesondere nichtlineare Messwerte, welche typischerweise bei der Erfassung von Messwerten zugehöriger Ereignisse vorkommen, werden dabei mittels der Bestimmung der Mutterwavelet in Abhängigkeit von dem Hölder-Exponenten besonders gut angenähert. Zudem benötigt solch eine Bestimmung nur eine geringe Anzahl von Messwerten, wodurch eine Erkennung des Ereignisses schneller durchgeführt werden kann. Des Weiteren ist von Vorteil, dass bei der Wavelet-Transformation im Gegensatz zur Fourier-Transformation Informationen sowohl über lokale Drifts, über Tendenzen als auch über kurzfristige Änderungen der Messwerte erhalten bleiben.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass im Verfahrensschritt c die Mutterwavelet bestimmt wird, indem mittels einer Basis-Spline-Skalierungsfunktion in Abhängigkeit von dem Hölder- Exponenten die Mutterwavelet angenähert wird.

Vorteilhaft ist hierbei, dass mittels der Basis-Spline-Skalierungsfunktion die Mutterwavelet optimal angenähert werden kann. Hierzu ist zudem nur ein geringer Rechenaufwand nötig. Des Weiteren ist von Vorteil, dass bei der Wavelet-Transformation im Gegensatz zur Fourier-Transformation nur ganze Zahlen und keine komplexen Zahlen berechnet werden müssen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass nach dem Verfahrensschritt g ein Verfahrensschritt i abläuft, in welchem bestimmt wird, zu welchen Zeitpunkten innerhalb der Zeitspanne der hinterlegte Grenzwert von den transformierten Messwerten überschritten wird und wobei im Verfahrensschritt h diese Information mit in das erzeugte Signal integriert wird.

Vorteilhaft ist hierbei, dass hierdurch das erkannte Ereignis zusätzlich noch dem Zeitpunkt, an welchem es aufgetreten ist, zugeordnet werden kann. Hierbei ist von Vorteil, dass bei der Wavelet-Transformation im Gegensatz zur Fourier-

Transformation sowohl die Zeit- als auch die Frequenzinformationen der erfassten Messwerte erhalten bleiben.

Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zur Erkennung eines Ereignisses, aufweisend eine Verarbeitungseinheit und eine Sensoreinheit. Hierbei ist die

Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, ein erstes Messwert- Muster, welches das Ereignis charakterisiert, zu erfassen und abzuspeichern. Des Weiteren ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, einen Holder- Exponenten in

Abhängigkeit von dem wenigstens ersten Messwert- Muster multifraktal zu bestimmen und zudem eine Mutterwavelet in Abhängigkeit von dem bestimmten

Hölder-Exponenten zu bestimmen. Zudem ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, eine Mehrzahl von Messwerten der Sensoreinheit innerhalb einer Zeitspanne zu erfassen und transformierte Messwerte durch eine Wavelet- Transformation der erfassten Messwerte in Abhängigkeit von der bestimmten Mutterwavelet zu erzeugen. Des Weiteren ist die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet, die transformierten Messwerte mit einem hinterlegten Grenzwert zu vergleichen und, wenn wenigstens einer der transformierten Messwerte den hinterlegten Grenzwert überschreitet, zu bestimmen, dass das Ereignis innerhalb der Zeitspanne aufgetreten ist, und wobei die Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, ein Signal zu erzeugen, welches signalisiert, dass das Ereignis aufgetreten ist.

Vorteilhaft ist hierbei, dass je nach erfassten Messwert-Muster eine optimale Mutterwavelet bestimmt wird, um das Ereignis möglichst exakt zu erkennen. Hierbei wird das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert. Insbesondere nichtlineare Messwerte, welche typischerweise bei der Erfassung von Messwerten zugehöriger Ereignisse vorkommen, werden dabei mittels der Bestimmung der Mutterwavelet in Abhängigkeit von dem Holder- Exponenten besonders gut angenähert. Zudem benötigt solch eine Bestimmung nur eine geringe Anzahl von Messwerten, wodurch eine Erkennung des Ereignisses schneller durchgeführt werden kann. Des Weiteren ist von Vorteil, dass bei der Wavelet-Transformation im Gegensatz zur Fourier-Transformation Informationen sowohl über lokale Drifts, über Tendenzen als auch über kurzfristige Änderungen der Messwerte erhalten bleiben. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die

Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, die Mutterwavelet durch Annäherung mittels einer Basis-Spline-Skalierungsfunktion in Abhängigkeit von dem Hölder- Exponenten zu bestimmen.

Vorteilhaft ist hierbei, dass mittels der Basis-Spline-Skalierungsfunktion die Mutterwavelet optimal angenähert werden kann. Hierzu ist zudem nur ein geringer Rechenaufwand nötig. Des Weiteren ist von Vorteil, dass bei der Wavelet-Transformation im Gegensatz zur Fourier-Transformation nur ganze Zahlen und keine komplexen Zahlen berechnet werden müssen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die

Verarbeitungseinheit dazu eingerichtet ist, zu bestimmen, zu welchen

Zeitpunkten innerhalb der Zeitspanne der hinterlegte Grenzwert von den transformierten Messwerten überschritten wird, und diese Information mit in das erzeugte Signal zu integrieren.

Vorteilhaft ist hierbei, dass hierdurch das erkannte Ereignis zusätzlich noch dem Zeitpunkt, an welchem es aufgetreten ist, zugeordnet werden kann. Hierbei ist von Vorteil, dass bei der Wavelet-Transformation im Gegensatz zur Fourier- Transformation sowohl die Zeit- als auch die Frequenzinformationen der erfassten Messwerte erhalten bleiben.

Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung welche dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erkennung eines Ereignisses.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung welche dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Dargestellt ist eine Vorrichtung 10. Die Vorrichtung 10 weist eine

Verarbeitungseinheit 20 und eine Sensoreinheit 30 auf. Die Sensoreinheit 30 kann beispielsweise ein Magnetfeldsensor, ein Beschleunigungssensor, ein

Drehratensensor oder eine beliebige andere Art von Sensor sein. Die

Verarbeitungseinheit 20 ist beispielsweise ein Mikrocontroller und derartig mit der Sensoreinheit 30 verbunden, dass eine Mehrzahl von Messwerten 32 innerhalb einer gewissen Zeitspanne erfassbar sind. Unter Erfassen ist dabei das

Abgreifen der Messwerte 32 sowie das zumindest zeitweise Abspeichern dieser

Messwerte 32 zu verstehen. Insbesondere kann die Verarbeitungseinheit 20 hierfür einen nicht dargestellten internen Speicher oder auch die Vorrichtung 10 eine nicht dargestellte Speichereinheit aufweisen, welche dann mit der

Verarbeitungseinheit 20 bidirektional verbunden ist. Die Verarbeitungseinheit 20 ist dazu eingerichtet, wenigstens ein erstes Messwert-Muster 22 zu erfassen und abzuspeichern. Diese Erfassung kann beispielsweise direkt über die

Sensoreinheit 30 erfolgen oder auch von außen über eine bildlich nicht dargestellte Kommunikationseinheit der Vorrichtung 10. Des Weiteren ist die Verarbeitungseinheit 20 dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von dem ersten Messwert- Muster 22 einen Holder- Exponenten multifraktal zu bestimmen und zudem in Abhängigkeit von dem bestimmten Holder- Exponenten eine

Mutterwavelet zu bestimmen. Die Verarbeitungseinheit 20 ist zudem dazu eingerichtet, die erfassten Messwerte 32 in Abhängigkeit von der bestimmten Mutterwavelet zu transformieren. Hierdurch werden transformierte Messwerte erzeugt. Des Weiteren ist die Verarbeitungseinheit 20 dazu eingerichtet, die transformierten Messwerte mit einem hinterlegten Grenzwert zu vergleichen und bei Überschreitung des hinterlegten Grenzwerts zu identifizieren, dass innerhalb der Zeitspanne das Ereignis aufgetreten ist, welches durch das wenigstens erste Mess wert- Muster 22 charakterisiert ist, sowie ein Signal 42 zu erzeugen, welches signalisiert, dass das Ereignis aufgetreten ist. Optional ist die Verarbeitungseinheit 20 zusätzlich dazu eingerichtet, das erzeugte Signal 42 auszugeben. Dies kann beispielsweise mittels einer bildlich nicht dargestellten, insbesondere drahtlosen, Kommunikationseinheit erfolgen.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erkennung eines Ereignisses.

Hierbei wird zu Beginn in einem Verfahrensschritt a wenigstens ein erstes Messwert-Muster 22 erfasst und abgespeichert. Diese Erfassung kann beispielsweise direkt über eine Sensoreinheit 30 erfolgen, indem das Ereignis abläuft und die währenddessen erfassten Messwerte als Messwert-Muster 22 erfasst werden. Das erste Messwert- Muster 22 kann aber auch beispielsweise von einem Nutzer gestellt und hierdurch erfasst werden. Dieses erste Messwert- Muster 22 charakterisiert das Ereignis. Solch ein Ereignis kann beispielsweise ein Anhalten eines Fahrradfahrers an einer roten Ampel sein, welches durch einen typischen Beschleunigungsverlauf eines am Fahrrad angeordneten Beschleunigungssensors charakterisiert ist. Dieser Beschleunigungsverlauf wird dann als erstes Messwert- Muster 22 erfasst. Alternativ ist natürlich auch jedes andere Ereignis denkbar, welches durch ein Messwert-Muster charakterisiert und mittels eines Sensors detektiert werden kann. Dies könnte beispielsweise auch eine Flachstellenerkennung eines Schienenfahrzeugs, eine Zustandserkennung eines Parkplatzes sein oder ein spezieller Verlauf eines EKG-Signals sein.

Anschließend wird in einem Verfahrensschritt b ein Holder- Exponent in

Abhängigkeit von dem ersten Messwert- Muster 22 multifraktal bestimmt. Der Holder- Exponent sollte dabei einen Wert zwischen 0,5 und 2 annehmen, um eine quadratintegrierbare Funktion zu ermöglichen.

Daraufhin wird in einem Verfahrensschritt c eine Mutterwavelet in Abhängigkeit von dem Holder- Exponenten bestimmt. Die Bestimmung der Mutterwavelet erfolgt beispielsweise mittels einer Basis-Spline-Skalierungsfunktion, welche sich in Abhängigkeit von dem bestimmten Holder- Exponenten an die Mutterwavelet annähert.

Die Basis-Spline-Skalierungsfunktion lautet: wobei r(o + 1) folgende Gammafunktion ist: und wobei % folgende einseitige Energiefunktion ist: und wobei Δ ⁺¹ der fraktale Operator der endlichen Differenzen und a der Holder- Exponent sind. Die somit in Abhängigkeit vom Holder- Exponenten bestimmte Basis-Spline-Skalierungsfunktion wird anschließend als Mutterwavelet verwendet.

In einem anschließenden Verfahrensschritt d wird eine Mehrzahl von

Messwerten 32 der Sensoreinheit 30 innerhalb einer Zeitspanne erfasst. Für das Beispiel des Fahrradfahrers wird beispielsweise ein Beschleunigungssensor mit einer Abtastfrequenz von etwa 500 Hz über einen gewissen Zeitbereich abgetastet. Dieser gewisse Zeitbereich ist hierbei so zu wählen, dass wenigstens das Ereignis innerhalb des gewissen Zeitbereichs auftreten kann.

Danach werden in einem Verfahrensschritt e transformierte Messwerte durch eine Wavelet-Transformation der erfassten Messwerte 32 in Abhängigkeit von der bestimmten Mutterwavelet erzeugt.

In einem Verfahrensschritt f werden daraufhin die transformierten Messwerte mit einem hinterlegten Grenzwert verglichen.

Wenn wenigstens einer der transformierten Messwerte den hinterlegten

Grenzwert überschreitet, wird in einem Verfahrensschritt g identifiziert, dass das Ereignis aufgetreten ist, welches durch das erste Messwert-Muster 22

charakterisiert ist.

Abschließend wird in einem Verfahrensschritt h ein Signal 42 erzeugt, welches signalisiert, dass das Ereignis aufgetreten ist. Optional läuft zwischen dem Verfahrensschritt g und dem Verfahrensschritt h ein Verfahrensschritt i ab, in welchem bestimmt wird, zu welchen Zeitpunkten innerhalb der Zeitspanne der hinterlegte Grenzwert von den transformierten Messwerten überschritten wird. Diese Information wird im Verfahrensschritt h dann in das erzeugte Signal 42 integriert.

Ferner kann optional das erzeugte Signal 42 noch intern verarbeitet werden oder auch ausgegeben werden, insbesondere mittels einer bildlich nicht dargestellten Kommunikationseinheit, um auf das erkannte Ereignis entsprechend zu reagieren. So kann beispielsweise, wenn erkannt wird, dass ein Fahrradfahrer an einer roten Ampel anhält, eine Höhenverstelleinheit eines Sattels angesteuert werden, um die Höhe des Sattels in eine Absteigeposition zu versetzen.