Das Sicherheitssystem muss Bedrohungen so früh wie möglich erkennen – eine grundlegende Regel in der Sicherheitstechnik. Wenn Ihr Haus von einem Außenbereich umgeben ist, sollten Außenmelder installiert sein. Damit ein Einbrecher bereits vor dem Öffnen einer Tür oder eines Fensters erkannt wird, müssen die Sirenen ausgelöst und der Sicherheitsdienst bzw. die Polizei möglichst frühzeitig alarmiert werden. Dadurch werden die Chancen, Schaden zu verhindern und die Gesundheit und das Leben von Menschen zu schützen, bedeutend verbessert.
Der Schutz eines Gebiets kann auf zweierlei Weise realisiert werden. Bei einem umzäunten Grundstück mit Zutrittsverbot für Außenstehende werden Bewegungsmelder mit einem breiten horizontalen Sichtwinkel und Erkennungsbereich eingesetzt. Und genau mit einem solchen Gerät hat Ajax sein Angebot an Sicherheitsgeräten für den Außenbereich auf den Markt gebracht: MotionProtect Outdoor. In Fällen, in denen die Erkennungszone begrenzt sein musste, werden Vorhang-Bewegungsmelder verwendet. Sie erkennen eine Bewegung innerhalb einer schmalen Zone und verhindern, dass sich eine Person unbemerkt einer Tür oder einem Fenster nähert, eine Terrasse betritt oder auf einen Balkon klettert. Mithilfe eines unsichtbaren Vorhangs 'umzäunen' sie einen Bereich, in dem sich Menschen frei bewegen können.
Im März 2019 haben wir den ersten Vorhang-Bewegungsmelder von Ajax vorgestellt – den MotionProtect Curtain. In diesem Artikel beschreiben wir den Weg bis zur Marktreife: die Entscheidung bezüglich der Fähigkeiten des neuen Produkts; die Gründe für die Entwicklung von zwei einzigartigen optischen Systemen; die Fähigkeiten des Algorithmus ZOE; sowie die Prototypentwicklung und die Durchführung von Tests, die eine höchst genaue Erkennung von Menschen gewährleisten.
Ein „Vorhang“ ohne Kompromisse
Kunden und Partner aus Italien, Spanien, Portugal, Frankreich und anderen südwesteuropäischen Ländern waren die Initiatoren der Einführung des neuen Geräts. In diesen Ländern sind Panoramafenster und Terrassen sehr beliebt, über die unbemerkt eingebrochen werden können. Um das Einbruchsrisiko zu verringern, wird die äußere Hülle eines Gebäudes durch Schmalwinkel-Bewegungsmelder geschützt. Außerdem dienen „Vorhänge“ dem Schutz von Wertsachen, Geldschränken, Dokumententresoren und Kunstwerken innerhalb von Gebäuden. Wir verwendeten diese Anwendungsszenarien als Ausgangspunkt.
Vor dem Beginn der Entwicklung des MotionProtect Curtain führten wir eine umfassende Marktanalyse mit folgenden Schwerpunkten durch: Technologien und Fähigkeiten der Systeme führender Anbieter; Erwartungen der Sicherheitsexperten und Anwender; Bereiche mit dem Potenzial für technologische oder funktionelle Neuerungen.
Wir stellten fest, dass die besten Melder dieser Klasse mit Abdecküberwachungssystemen ausgestattet waren und einige der Geräte lange Zeit mit Batterien betrieben werden konnten. Im Hinblick auf Reichweite und Zuverlässigkeit der Kommunikation konnte allerdings keines dieser Geräte mit den Ajax-Geräten mithalten. Die Mehrzahl der Vorhangmelder konnte nicht zwischen einem Haustier und einer Person unterscheiden, bestenfalls konnten sie natürliche Störungen wie zum Beispiel warme Luftströme und sich bewegende Blätter herausfiltern. Nur ein Hersteller bot Melder mit Tierimmunität an.
Das war eine Herausforderung! Unser Vorhang-Bewegungsmelder MotionProtect Curtain musste Menschen mit einer Genauigkeit von 100% erkennen und das Ansprechen bei Störungen und Tieren so weit wie möglich verringern. Ungeachtet der Bedingungen am Objekt, musste stets Verlass auf die Alarme sein. Wirksame Erkennung von Abdeckung bei hohem Sabotagerisiko im Außenbereich. Jahrelanger Betrieb mit mitgelieferten Batterien und unterbrechungsfreie Verbindung – die Kunden von Ajax sind an die Zuverlässigkeit und einfache Wartung unserer Geräte gewöhnt. Dabei sollte das Gerät kompakt sein und sowohl im Innen- als auch im Außenbereich einen ansprechenden optischen Eindruck machen.
Ein einzigartiges Bewegungserkennungssystem
Die Bewegungserkennung ist das Kernstück des Vorhangmelders. Die einfachsten Melder verwenden nur einen PIR-Sensor und ein optisches Fokussierelement: einen Spiegel oder eine Fresnellinse. Teurere Modelle sind mit einem zusätzlichen Mikrowellensensor zum Herausfiltern natürlicher Störungen ausgestattet.
Jedes warme Objekt gibt Infrarotstrahlung ab. Eine Linse oder ein Spiegel bündelt diese Strahlung auf einen bestimmten Bereich des pyroelektrischen Sensorelements (PIR-Sensor). Bei seiner Bewegung trifft die vom Objekt abgegebene Strahlung mit veränderter Intensität auf andere Bereiche des Sensors. Durch Analyse dieser Daten entscheidet der Melder, ob es sich um eine Bedrohung oder einen falschen Alarm handelt.
Wir begannen die Entwicklung mit der Prüfung der Fähigkeiten dieser technischen Lösungen. Unter Verwendung der Komponenten der Ajax-Bewegungsmelder MotionProtect und MotionProtect Plus bauten wir Messplätze auf. Ohne Gehäuse oder Verbindung zum Hub – nur die nötigste Hardware zur Sammlung der Informationen über die in einem schmalen Sichtfeld stattfindenden Ereignisse.
Im Labor simulierten wir alles, was ein Vorhangmelder in der Praxis erwarten kann: warme Luftströme, sich bewegende Tiere, Vögel und Büsche und sich im Wind wiegendes Gras sowie das normale (und sogar seltsame) Verhalten von Menschen. 
Dann untersuchten wir, was bei unserem Messaufbau zur Auslösung führte und wie diese Ereignisse 'wahrgenommen' wurden.
Die Ergebnisse eines einzelnen PIR waren kläglich. Ein System aus einem einzelnen PIR-Sensor und Mikrowellensensoren mit einem horizontalen Sichtwinkel von 6 Grad bietet maximalen Schutz vor natürlichen Störungen, kann aber einen Menschen nicht von einem Tier unterscheiden.
Unser „Vorhang“ musste mehr Informationen über die Ereignisse in der Erkennungszone erhalten bzw. erfassen können. Daher verfolgten wir den gleichen Ansatz wie beim Außenbewegungsmelder MotionProtect Outdoor: ein System, das aus zwei PIR-Sensoren besteht. Der Unterschied bestand nur darin, dass keine schmalen multidirektionalen „Strahlen“, sondern separate „fächerförmige“ Zonen verwendet wurden:
Nach dem Aufbau neuer Messplätze simulierten die Entwickler das Verhalten von Menschen, Tieren und Vögeln sowie alle möglichen Arten natürlicher Störungen im Labor. Sie veränderten die Umgebungstemperatur, untersuchten die Wirkung der Geschwindigkeit und Richtung von Bewegung und analysierten dann die von den Sensoren erfassten Daten. Die Ergebnisse waren vielversprechend! Wir hatten nun den Prototyp eines Optiksystems, mit dem wir Haustierimmunität entwickeln konnten.
Aber es war unmöglich, dafür Komponenten zu kaufen. Während die Optiksysteme der Vorhangmelder, die auf der Grundlage von PIR- und Mikrowellensensoren funktionieren, im Handel erhältlich waren, war dies bei gepaarten Fresnellinsen, die Infrarotstrahlung gleichzeitig zwei auf PIR-Sensoren projizieren, nicht der Fall. Damit wir einen Vorhangmelder nach unseren Vorstellungen entwickeln konnten, mussten wir ein neues optisches Element entwickeln und auch für dessen Herstellung sorgen.
Wir bewältigten diese beängstigende Aufgabe mit Unterstützung der F&E-Abteilung von Ajax Systems. Hätten wir einen Dienstleister beauftragt, wäre das Projekt um mehrere Monate verzögert worden. Da das Gerät kompakt sein musste, entschieden wir uns für einen Fokussierspiegel. Wir berechneten Anzahl, Größe und Ausrichtung der zehn Ansprechflächen, die auf zwei Flächen verteilt wurden – eine für jeden PIR-Sensor. Wir mussten den gesamten Weg von Anfang bis Ende gehen: von der Entwicklung der optischen Elemente mithilfe von Spezialsoftware und perfekt polierten Metallmodellen bis zur Serienfertigung von Teilen mit spezieller spiegelnder Beschichtung. Dann bauten wir Messplätze unter Verwendung der neuen optischen Elemente auf und führten praxisnahe Prüfungen durch: mit Menschen, Tieren und Störeinflüssen, die für gewöhnlich inner- und außerhalb von Schutzzonen auftreten.
Nach vier Monaten der Entwicklung des neuen Melders hatten wir ein geeignetes Optiksystem. Es hatte einen horizontalen Erfassungswinkel von 6Grad und konnte Bewegungen in einer Entfernung von 11 Metern erkennen. Und was am wichtigsten war: es erfasste genügend Daten, um einen Menschen von einem Haustier oder Vogel zu unterscheiden und besaß die Fähigkeit, die durch natürliche Ereignisse hervorgerufene Auslösung von falschen Alarmen zu minimieren.
Professioneller Sabotageschutz
Neben der Entwicklung des Bewegungserkennungssystems arbeiteten wir an einer Abdecküberwachung. Abdecken ist eine typische Sabotagetaktik, die bei Außensicherheitssystemen angewendet wird: das Sichtfeld der inaktiven Bewegungsmelder wird (durch Abdecken oder Überstreichen der Linse) blockiert, wonach unbemerktes Eindringen in den geschützten Bereich möglich ist. Unser Vorhangmelder musste die Fähigkeit besitzen, solche Bedrohungen zu erkennen. Aufgrund der geringen Gehäuseabmessungen und Leistungsaufnahme war der Einbau mehrerer Paare von Infrarotsendern und Maskierungssensoren keine Option (MotionProtect Outdoor ist mit drei dieser Sensoren ausgestattet), also mussten wir wieder eine spezielle Lösung finden.
Für den Vorhangmelder MotionProtect Curtain wurde ein weiteres einzigartiges Optiksystem entwickelt, das die von einer einzelnen Quelle abgegebene Infrarotstrahlung in zwei Strahle trennt: ein Strahl erkennt das Auftauchen eines Objekts vor dem Melder (Abdeckung), während der zweite das Überstreichen des Gehäuses mit transparentem Lack erkennt. Auf diese Weise wird durch die kontinuierliche Abdecküberwachung sehr wenig Strom verbraucht und die autonome Betriebsdauer des Geräts nicht wesentlich beeinträchtigt.
Der Melder wurde mit zwei Manipulationsschutzeinrichtungen ausgestattet: die erste reagiert auf das Öffnen des Gehäuses, und die zweite auf Versuche, das Gerät vom SmartBracket-Halter zu nehmen.
In Verbindung mit der häufigen Abfrage des Melders durch den Hub, der einen Verbindungsabbruch zum Gerät in weniger als einer Minute erkennen kann, bieten diese Systeme einen 100-prozentigen Schutz gegen Sabotage.
Vom Versuchsstand zum Melder
Die Prototypen der nächsten Generation verdienten bereits die Bezeichnung „Ajax-Melder“. Sie hatten zwar noch kein Gehäuse, besaßen aber bereits ein Optiksystem, ein Abdecküberwachungssystem, einen Prozessor, einen Speicher und ein Funkmodul sowie die Fähigkeit, als Teil eines Sicherheitssystems zu funktionieren. Diese Phase der Entwicklung umfasste mehrere Parallelprozesse. Die Ingenieure arbeiteten an der Optimierung der Konfiguration der internen Komponenten, modifizierten die Leiterplatten und durchdachten den Produktions- und Montage-/Bestückungsprozess. Die Entwicklung des Gehäuses war abgeschlossen – die interne Auslegung und äußere Gestaltung.
Nach zehn Monaten der Entwicklung hatten wir funktionierende Melder in additiv gefertigten Gehäusen, was dem Endprodukt in Bezug auf Hardware schon sehr nahe kam. Jetzt waren wir sicher, dass das Design für eine Großserienproduktion tauglich war, und konnten mit der Entwicklung eines neuen Signalanalysealgorithmus beginnen.
Der Algorithmus ZOE
Die Grundlage für die Entwicklung der neuen Software waren die Algorithmen SmartDetect und LISA, die in Ajax-Bewegungsmeldern für den Innen- und Außenbereich verwendet wurden, sowie das Wissen, wie das Optiksystem von MotionProtect Curtain Menschen, Tiere, Vögel und natürliche Störungen erkennt. Wir verwendeten 30 identische Melder, auf denen wir Firmware mit einer Entwurfsversion des Algorithmus ZOE installierten, sodass die Geräte selbst entscheiden konnten, welches Signal als Alarm zur Übermittlung an den Hub zu betrachten war und welches Signal eine Störung war und ignoriert werden konnte. Und wir haben sie mit speziellen „Black-Boxen“ ausgestattet, die dazu dienten, alle ursprünglichen Daten zum Auslösezeitpunkt im Speicher des Melders zu halten.
Testgeräte wurden unter realen Bedingungen in der Ukraine, Italien, Spanien, Griechenland und auf Zypern geprüft: auf städtischen und vorstädtischen Grundstücken sowie in Wohnungen, Häusern und Büros, wobei die Vorhangmelder unter schwierigsten Bedingungen funktionieren mussten. Das Sonnenlicht fällt in die Linse, das Gehäuse füllt sich mit Regenwasser, Bäume, Büsche und hohes Gras erscheinen im Sichtfeld und Tiere verschiedener Größe lösen ständig Fehlalarme aus. Da Sommer war, zog das F&E-Team für mehrere Tage in ein gigantisches industrielles Kühllager mit Temperaturen von -20 °C, um den Gerätebetrieb unter extremen Bedingungen zu testen.
Im Laufe eines Monats hatten wir ZOE perfektioniert: Nach dem Empfang falscher Alarme verglichen wir die Daten aus den „Black-Boxen“ mit den Bedingungen bei der Erkennung, korrigierten den Code und aktualisierten die Prüfobjekte. Mit jeder neuen Version des Algorithmus wurde die Anzahl der falschen Alarme verringert, bis wir absolute Genauigkeit bei der Erkennung von Menschen und eine effektive Filterung von Störungen erreicht hatten.
So funktioniert ZOE
Das Bewegungserkennungssystem des Vorhangmelders MotionProtect Curtain bietet zwei Betriebsarten: mit aktiver Haustierimmunität und ohne.
Bei aktivierter Haustierimmunität stellen die PIR-Sensoren unabhängige Datenquellen dar. Sobald sich eine Person in der Erkennungszone befindet und zwei Strahlenfächer durchquert, werden von zwei Sensoren Signale mit der charakteristischen Symmetrie und Abdeckung abgegeben. Der Algorithmus ZOE analysiert die Daten sofort mittels eines Vergleichs der Signalparameter und folgert, dass ein Eindringling am Werk ist. Tiere, Blendwirkung, im Wind flatternde Blätter und Luftströme lösen anders geartete Signale aus, die von MotionProtect Curtain als Fehlalarme erkannt werden. In dieser Betriebsart kann der Vorhangbewegungsmelder im Außenbereich eingesetzt werden.
Bei deaktivierter Haustierimmunität fungieren zwei PIR-Sensoren als einzelnes Erkennungssystem: MotionProtect Curtain arbeitet mit höchster Empfindlichkeit und maximaler Erkennungsreichweite. Für die Auslösung genügt bereits, dass eine Person einen der Strahlenbereiche durchquert. Aufgrund der Tatsache, dass der Algorithmus ZOE die Signaleigenschaften in dieser Betriebsart nicht vergleicht, ist der Schutz gegen Fehlalarme weniger effektiv. Wir empfehlen, MotionProtect Curtain mit deaktivierter Haustierimmunität nur innerhalb von Räumlichkeiten zu verwenden, in denen keine potenziellen Quellen für die Auslösung falscher Alarme vorhanden sind.
Nach 14 Monaten der Entwicklung wurde der zweite Vorhangmelder, MotionProtect Curtain, in das Produktsortiment von Ajax aufgenommen. Mit höchst genauer Erkennung von Menschen, effektiver Tierimmunität und Schutz gegen Fehlalarme. Für den Innen- und Außenbereich und mit Abdecküberwachung. Mit zuverlässiger und sicherer Jeweller-Technik und herausragender Autonomie. Ist über die App fernkonfigurierbar. Für den Schutz einer Wohnung, eines freistehenden Hauses und Gewerbe- oder Produktionseinrichtungen.
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Technische Daten
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Sensorelement |
Zwei PIR-Sensoren |
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Erfassungswinkel |
Horizontal – 6° Vertikal – 90° |
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Bewegungserfassungsabstand |
Bis zu 11/10/9 m (bei aktivierter Haustierimmunität bis zu 6/5/3 m) abhängig von den Empfindlichkeitseinstellungen |
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Empfindlichkeit |
Einstellbar, 3 Stufen |
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Haustierimmunität |
Gewicht unter 15 kg, Höhe unter 40 cm |
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Sabotageschutz |
Abdecküberwachung rund um die Uhr Täuschungsschutz Meldung von Funkstörungen Manipulationssicher |
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Übertragungsreichweite |
Bis zu 1.700 m Freifeld |
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Batterielebensdauer |
Bis zu 3 Jahre |
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Betriebstemperaturbereich |
Von -25 °C bis 60 °C |
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Betriebsfeuchte |
Bis zu 95 % |
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Schutzklasse |
IP54 |
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Maße |
134 х 44 х 34 mm |
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Gewicht |
118 g |
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Kompatibilität |
Funktioniert nur mit Hub und Hub Plus |
