Videobasierte Systeme zur Brandfrüherkennung

Einige große Brände aus dem Letzten Jahr zeigen, wie wichtig es, das richte System zur Brandfrüherkennung zu haben. So entstanden beispielsweise acht Millionen Euro Schaden beim Brand einer Kunststofffabrik in Lippstadt. Einen niedersächsischen Automobilzulieferer kostete ein nächtliches Feuer in der Produktionshalle rund drei Millionen Euro. Und mehr als 600 Millionen Euro zerstörte ein Großbrand in einer Bremer Schiffswerft. Wären diese Brände mit der richtigen Früherkennung vermeidbar gewesen – oder handelt es sich um ebenso tragische wie teure Ausreißer in der Brandstatistik?

Obgleich die drei Beispiele aus dem Vorjahr verheerend sind: In Deutschland führt fast jeder dritte Brand zu Sachschäden von mehr als 500.000 Euro. Die Vermutung liegt also nahe, dass die Brandmeldetechnik häufig veraltet oder nicht ideal auf die Rahmenbedingungen ausgerichtet ist. Zwar ist das Angebot groß, aber die Lösungen müssen sich auch für ihre jeweilige Umgebung eignen. Hohe Innenräume sind zum Beispiel problematisch: Punktrauchmelder detektieren den Rauch erst sehr spät, mitunter steht dann schon der gesamte Raum in Flammen. Andere Technologien sind wiederum fehleranfällig und lösen versehentlich Alarme aus. Zwar stehen die Kosten für den Einsatz von Feuerwehr und Krankenwagen in keinem Verhältnis zu möglichen Schäden eines spät oder gar nicht erkannten Brandes, dennoch summieren sich wiederholte Falschalarme schnell. Nicht zuletzt rettet eine frühzeitige Branderkennung oftmals Leben und sollte schon deshalb gut durchdacht sein.

Eine relativ neue Technologie sind videobasierte Brandfrüherkennungssysteme, die bestehende Branderkennungslösungen ergänzen und sich insbesondere für Umgebungen eignen, in denen herkömmliche Techniken versagen – wie in hohen Fabrik- oder auch Montagehallen.

Die Systeme sind einfach aufgebaut: Die auf einer gewöhnlichen CCTV-Kamera installierte Analysesoftware scannt kontinuierlich die Umgebung und erkennt beginnende Brände und Rauchentwicklung somit im Videobild. Der selbstlernende Algorithmus weiß dabei Rauch von Staub, Dämpfen oder anderen Unregelmäßigkeiten zu unterscheiden. Damit ist die videobasierte Brandfrüherkennung präziser als herkömmliche Lösungen und die Zahl der Falschalarme extrem niedrig.

Staub und Dämpfe beeinträchtigen allerdings nicht nur die Zuverlässigkeit herkömmlicher Technologien, sie verkürzen auch deren Lebensdauer. Bei videobasierten Systemen muss höchstens die Linse oder das Gehäuse gereinigt werden. Allerdings hat eine Verschmutzung keine Auswirkungen auf die Lebensdauer und kommt eher selten vor. Denn im Unterschied zu anderen Raucherkennungstechniken, besteht bei der Videoanalyse kein physischer Kontakt mit dem Rauch. Die Kamera erfasst die Gefahr direkt an der Quelle und unmittelbar zum Zeitpunkt und Ort des Entstehens. Bei Anschluss des Systems an das Videomanagement-System erhält der Mitarbeiter im Kontrollraum somit in Echtzeit einen optischen Eindruck vom betreffenden Ort. So kann er die Art und Schwere des Brandes schnell einschätzen und weiß, ob sich Personen in der Gefahrenzone befinden.

Hohe Decken oder große Innenräume – wie sie nicht nur in der Produktion, sondern auch Museen oder Flugterminals vorkommen – sind für herkömmliche Rauchmelder eine große Herausforderung. Der Rauch steigt entweder nicht ausreichend hoch oder nicht schnell genug auf, um rechtzeitig von den an der Decke montierten Punkt- oder Lichtstrahlmeldern erfasst zu werden. Glasfassaden und -decken, wie sie heute in vielen modernen Gebäuden eingesetzt werden, sind eine weitere Erschwernis. Denn unterhalb der Decke bildet sich oft eine warme Luftschicht („Stratifizierung“), die den Rauch daran hindert, die Decke zu erreichen. Der Rauch erreicht also erst die Melder, wenn das Feuer bereits sehr groß ist, weil sich die Wärmebedingungen im Raum verändern.

Die visuelle Rauchfrüherkennung funktioniert hingegen temperaturunabhängig und erkennt aufsteigenden Rauch aus großer Entfernung. Ein qualmender Mülleimer oder ein Schwelbrand an einer Maschine werden bereits in der Schwelphase entdeckt.

Eine weitere herausfordernde Umgebung für Brandmelder sind chemische Anlagen der Öl- und Gasbranche, der Holzverarbeitung oder der Abfallentsorgung. Dort sind herkömmliche Rauchmelder oft nutzlos, da sie erst reagieren, wenn der Schaden bereits eingetreten ist. Somit können selbst kleine Feuer schnell folgenschwer sein.

Auf der anderen Seite ist die Zahl der Falschalarme beispielsweise bei Lichtstrahl- oder Punktrauchmeldern hoch. So lösen sie bei Prozessen mit Dampfkomponenten (mitunter auch bei feuchten Witterungsbedingungen) leicht einen Alarm aus. Ähnliches gilt für Umgebungen mit starken Chemikalien, Lackdämpfen, flüchtigen Sprays oder Staubpartikeln. Bei der videobasierten Raucherkennung unterscheiden Software-Algorithmen zwischen einer Rauchfahne und Chemikalien, Dämpfen oder Staubwolken und alarmieren bereits zehn bis 60 Sekunden nach Auftreten des ersten Rauchs über die drohende Gefahr. Je nach Umgebung kann der entstehende Brand sogar bei laufender Produktion gelöscht werden. Der visuelle Eindruck vom Einsatzort hilft auch hier, eine sichere Entscheidung über den bestmöglichen Einsatz zu treffen.

Damit videobasierte Rauchfrüherkennungssysteme wie der „Early Bird Smoke Catcher“ bestmöglich arbeiten können, muss eine Reihe äußerer Faktoren beachtet werden. Wie alle Videokameras sollte das System vor direkter Sonneneinstrahlung in die Linse sowie vor Reflexionen durch einfallendes Sonnenlicht geschützt sein. Auch Niederschlag, Schnee oder Nebel erschweren die Raucherkennung. Deshalb sollte das System derzeit noch in Innenräumen oder einem überdachten Bereich installiert werden. Eine neue Version der Technologie, die in wenigen Wochen erscheint und über einen verbesserten Algorithmus verfügt, eignet sich dann auch für Freilager und andere Anwendungsfälle im Außenbereich.

Für eine hundertprozentige Effizienz ist zudem eine künstliche Beleuchtung sinnvoll – bei einem guten Hintergrundkontrast ist eine Beleuchtungsstärke von 15 Lux ausreichend. Zu guter Letzt ist ein freies Sichtfeld wichtig, damit die Kamera aufsteigenden Rauch „sehen“ kann. Bis zu 250 Quadratmeter können mit einer installierten Kamera erkannt werden, sofern keine Hindernisse im Sichtfeld sind. Sind diese drei Rahmenbedingungen erfüllt, steht einer funktionierenden Rauchfrüherkennung nichts mehr im Weg. Und damit auch der Vermeidung verheerender wirtschaftlicher Folgen für Unternehmen.