Personenzähleinrichtungen für Versammlungsstätten

Gliederung

1 Gliederung Seite
1.1 Inhalt DVD Seite

2 Einleitung Seite
2.1 Wo und warum werden Personen gezählt Seite
2.1.1 Stadtmarketing und Einzelhandel Seite
2.1.2 Öffentliche Verkehrsmittel Seite
2.1.3 Veranstaltungs- und Gebäudemanagement Seite
2.2 Wann sind automatische Personenzähleinrichtungen interessant Seite
2.3 Anforderungen an eine Personenzähleinrichtung Seite
2.3.1 Datenschutz Seite
2.3.2 Strahlenschutz Seite
2.3.3 Zählgenauigkeit Seite
2.3.4 Eigenschaften der Zählbereiche Seite
2.3.5 Darstellungssoftware Seite
2.4 Personenverhalten Seite

3 Die Personenzählsysteme Seite
3.1 Personenzählsystem mittels Kamerasystemen Seite
3.1.1 Eingesetzte Technik Seite
3.1.2 Die Personenzählung Seite
3.1.3 Montage und Installation Seite
3.1.4 Einrichten des Systems Seite
3.1.5 Ausgabe der Daten Seite
3.1.6 Einsatzgebiete Seite
3.1.7 Anschaffungskosten Seite
3.1.8 Zukunftsaussichten Seite
3.2 Personenzählsystem mittels Infrarotsensoren Seite
3.2.1 Eingesetzte Technik Seite
3.2.2 Die Personenzählung Seite
3.2.3 Montage und Installation Seite
3.2.4 Einrichten des Systems Seite
3.2.5 Ausgabe der Daten Seite
3.2.6 Einsatzgebiete Seite
3.2.7 Anschaffungskosten Seite
3.2.8 Zukunftsaussichten Seite
3.3 Personenzählsystem mittels Wärmekameras Seite
3.3.1 Eingesetzte Technik Seite
3.3.2 Die Personenzählung Seite
3.3.3 Montage und Installation Seite
3.3.4 Einrichten des Systems Seite
3.3.5 Ausgabe der Daten Seite
3.3.6 Einsatzgebiete Seite
3.3.7 Anschaffungskosten Seite
3.3.8 Zukunftsaussichten Seite
3.4 Personenzählsystem mittels Kombination aus Bewegungsmelder und Anwesenheitssensor Seite
3.4.1 Eingesetzte Technik Seite
3.4.2 Die Personenzählung Seite
3.4.3 Montage und Installation Seite
3.4.4 Einrichten des Systems Seite
3.4.5 Ausgabe der Daten Seite
3.4.6 Einsatzgebiete Seite
3.4.7 Anschaffungskosten Seite
3.4.8 Zukunftsaussichten Seite
3.5 Personenzählsystem mittels Laserlichtschranke Seite
3.5.1 Eingesetzte Technik Seite
3.5.2 Die Personenzählung Seite
3.5.3 Montage und Installation Seite
3.5.4 Ausgabe der Daten Seite
3.5.5 Einsatzgebiete Seite
3.5.6 Anschaffungskosten Seite
3.5.7 Zukunftsaussichten Seite
3.6 Personenzählsystem mittels Laserscanner Seite
3.6.1 Eingesetzte Technik Seite
3.6.2 Die Personenzählung Seite
3.6.3 Montage und Installation Seite
3.6.4 Einrichten des Systems Seite
3.6.5 Ausgabe der Daten Seite
3.6.6 Einsatzgebiete Seite
3.6.7 Anschaffungskosten Seite
3.6.8 Zukunftsaussichten Seite
3.7 Personenzählsystem mittels Radar Seite
3.7.1 Eingesetzte Technik Seite
3.7.2 Die Personenzählung Seite
3.7.3 Montage und Installation Seite
3.7.4 Einrichten des Systems Seite
3.7.5 Ausgabe der Daten Seite
3.7.6 Einsatzgebiete Seite
3.7.7 Anschaffungskosten Seite
3.7.8 Zukunftsaussichten Seite
3.8 Personenzählsystem mittels Ultraschall Seite
3.8.1 Eingesetzte Technik Seite
3.8.2 Die Personenzählung Seite
3.8.3 Montage und Installation Seite
3.8.4 Einrichten des Systems Seite
3.8.5 Ausgabe der Daten Seite
3.8.6 Einsatzgebiete Seite
3.8.7 Anschaffungskosten Seite
3.8.8 Zukunftsaussichten Seite
3.9 Weitere Technologien zur Personenzählung Seite
3.9.1 Personendruckmattenzähler Seite
3.10 Erfassungssysteme mit Transponder Seite
3.10.1 Elektronische Tickets Seite
3.10.2 Die RFID-Technik Seite
3.10.2.1 Der Einsatz bei Veranstaltungen Seite
3.10.2.2 Kosten Seite
3.10.3.2 Erfassung auf größere Distanz mit
passiven RFID-Chips Seite
3.10.3 Das Cairos System Seite
3.10.3.1 Die Empfangseinheiten Seite
3.10.3.2 Die Sender Seite
3.10.3.3 Positionsbestimmung Seite
3.10.3.4 Einsatzgebiete Seite
3.10.3.5 Kosten Seite

4 Die Probezählung an der HAW-Hamburg Seite
4.1 Bauliche Gegebenheiten der Personenschleuse Seite
4.2 Die teilnehmenden Zählsysteme Seite
4.3 Messdurchläufe Seite
4.4 Bewertung der Zähldaten Seite
4.5 Ergebnisse der Probezählung an der HAW Seite

5 Gesamtbetrachtung Seite
5.1 Die dargestellten Personenzählsysteme Seite
5.2 Zählfehler Seite
5.3 Auswahl des Montageortes Seite
5.4 Bauliche Maßnahmen zum Erreichen von
hohen Zählgenauigkeiten Seite
5.5 Darstellen der Zähldaten Seite
5.5.1 Zentraler Auswerte-PC Seite
5.5.2 Örtliche anzeige der Zähldaten Seite
5.5.3 Mobile Anzeige der Zähldaten Seite
5.6 Weitere Verwendung der Zähldaten Seite
5.7 Kosten-Nutzen Vergleich Seite
5.8 Standardverfahren zur Ermittlung der Genauigkeit Seite
5.9 Persönliche Beurteilung der automatischen
Personenzähleinrichtungen Seite
5.10 Schlusswort zur Diplomarbeit Seite

6 Anhang Seite
6.1 Auszug aus dem Bundesdatenschutzgesetz Seite
6.2 Auszug aus dem Skriptum “Radar System Engineering“
Kapitel 7 von Werner Wiesbeck, Universität Karlsruhe,
Institut für Höchstfrequenztechnik und Elektronik Seite
6.3 Auswertung der Probezählung nach Vorgaben von Sick/Lase Seite
6.4 Definition der Poison-Verteilung

2 Einleitung

Die Erfassung von Personenzahlen und -frequenzen findet bereits an zahlreichen öffentlichen Bereichen aus Sicherheitsgründen, wie auch für wirtschaftliche Planungen statt.

Diese Diplomarbeit stellt automatische Personenzähleinrichtungen vor, die berührungslos Menschenbewegungen richtungsabhängig erfassen können und verschafft einen Überblick über die eingesetzten Technologien mit ihren Vor- und Nachteilen. Sie soll Interessenten als Grundlagenwissen und als Entscheidungshilfe bei der eventuellen Ausstattung einer Versammlungsstätte mit einem solchen System dienen.

2.1 Wo und warum werden Personen gezählt

2.1.1 Stadtmarketing und Einzelhandel

In Fußgängerzonen, Einkaufspassagen oder einzelnen Geschäften werden vorwiegend die Personenfrequenzen gemessen oder die Bewegungsstrecken und Verweildauern der Kunden aufgezeichnet.

Verantwortliche für das Städtemarketing beziehungsweise für Einkaufszentren möchten den Erfolg von durchgeführten Werbemaßnahmen an der Anzahl der Besucher messen; Handelsketten vergleichen, neben dem erzielten Umsatz, die Besucherströme ihrer Filialen gegeneinander; Personalbedarfsplanung lässt sich auf Besucher-, statt auf Umsatzbasis durchführen und nach einer fundierten Standortanalyse können die Mietpreise von Ladenlokalen bewertet werden.

Mittels der Verweildauern wird beispielsweise festgestellt, wie ansprechend die Schaufensterdekoration oder die Werbeplakate sind.

2.1.2 Öffentliche Verkehrsmittel

Wenn sich mehrere Betreiber öffentlicher Verkehrsmittel zu einem Verbund zusammenschließen, werden die Einnahmen und die anfallenden Kosten über das Fahrgastaufkommen gerecht verteilt. Außerdem kann die Auslastung der Fahrzeuge ermittelt und anhand der Daten optimiert werden, um im Wettbewerb mit anderen Anbietern von Verkehrsdienstleistungen erfolgreich zu sein.

2.1.3 Veranstaltungs- und Gebäudemanagement

Nicht zuletzt seit den Brandkatastrophen im Düsseldorfer Flughafen oder in zahlreichen Discotheken werden verstärkt Anforderungen an die Betreiber gestellt, für das Gebäude zulässige Personenkapazitäten zu kontrollieren. Sicherheitstechnisch fortschrittliche Gebäude werden bei Gefahr dynamisch evakuiert, das bedeutet beispielsweise, dass die Aufzüge nicht automatisch in das Erdgeschoß fahren, sondern sie halten, wenn es dort brennt, in der ersten Etage, beziehungsweise fahren zur Dachebene. Damit Evakuierungspläne im Ernstfall auch eingehalten werden können, ist es wichtig, dass sich nicht zu viele Personen in den einzelnen Brandabschnitten befinden. Die behördlichen Zulassungen für den Gebäudebetrieb mit Publikumsverkehr werden teilweise davon abhängig gemacht, ob die Einhaltung der Versammlungsstättenverordnung nachgewiesen werden kann^[1].

Betreiber von Versammlungsstätten oder Veranstalter von Events sind verpflichtet, die genehmigte Anzahl an Besucherplätzen nicht zu überschreiten. Mittels eines Personenzählsystems kann die Anzahl, sich in einem Saal befindlicher Personen, ständig überwacht werden und bei Bedarf so genannte Überlaufsäle geöffnet werden um weitere Besucher aufzunehmen.

Dies sind nur einige Beispiele, wo durch den Einsatz einer automatischen Personenzähleinrichtung die Sicherheit in Gebäuden erhöht wird. Falls es zu einem Gefahrenfall kommt, haben die Betreiber, die fundierte Daten über die Auslastung ihres Gebäudes liefern, bessere Positionen bei der Prüfung der Schuldzuweisung, als jene, die nur spekulative Werte darbieten können.

Für die Organisatoren von Veranstaltungen ist es auch von Interesse, wie hoch die Anzahl an Besuchern oder Teilnehmern zu welchem Zeitpunkt war und es steht ihnen frei, daraus Rückschlüsse über das dargebotene Programm oder die zeitliche Abfolge zu schließen. Von Interesse ist dies beispielsweise bei parallel stattfindenden Kongressen ohne verbindliche Anmeldung der Teilnehmer, wobei nur schwierig abzuschätzen ist, wie viele Teilnehmer bei den angebotenen Themen erscheinen und immer wieder Räumlichkeiten überfüllt sind und kleine gegen große Säle getauscht werden müssen. Mit einer automatischen Erfassung der Personenzahl kann diese zentral an einem Platz überwacht und bei Bedarf schnell gehandelt werden. Nach Beendigung der Veranstaltung können, mit einer entsprechenden Software, Statistiken über die Besucherzahlen und ihre Verweildauern erstellt werden.

2.2 Wann sind automatische Personenzähleinrichtungen interessant

Es stehen verschiedenste Möglichkeiten zur Verfügung um Personenzahlen zu ermitteln. Einige Verfahren, wie beispielsweise die Handzählung, beruhen auf einer manuellen Vorgehensweise, andere benötigen die Mithilfe beziehungsweise die Kooperation der zu zählenden Personen oder schränken sie in ihrem Bewegungsfluss ein, wie es bei einem Kartenabriss oder bei Drehkreuzen der Fall ist. Häufig ist eine Erfassung der Personenzahl oder ihre Frequenz erwünscht, aber im Idealfall so, dass die Besucher dies nicht wahrnehmen. Zum Beispiel werden es die Aktionäre von großen Bank- oder Industriegesellschaften nur ungern akzeptieren, vor dem Betreten des Saales durch ein Drehkreuz zu gehen.

Eine weitere Eigenschaft der automatischen Zählsysteme ist die permanente Erfassung der Personen. Anders als bei Handzählungen, die häufig nur zu Stoßzeiten stattfinden und bei denen dann die Werte hochgerechnet werden.

Die meisten automatischen Personenzählsysteme funktionieren ohne Kanalisierung des Personenstromes, das bedeutet, dass die Besucher uneingeschränkt den Zählbereich durchlaufen und je nach installiertem System nicht einmal erkennen, dass eine Zählung stattfindet. Die unscheinbare Installation, oder die Montage in nicht erreichbarer Höhe, macht die Systeme sicher vor Vandalismus, und wenn nicht erkennbar ist, dass oder wo man erfasst wird, ist der Anreiz einer Umgehung oder Manipulation der Zählung nicht gegeben.

Die Zählanlagen können nahezu beliebig ausgedehnt und erweitert werden. Neben nur einzelnen Durchgängen können die Zähldaten mehrerer Zugänge zu einem Saal problemlos miteinander verknüpft und an den erforderlichen Orten dargestellt werden. Es können gesamte Gebäudekomplexe mit allen Ein- und Ausgängen, alle Säle und Bereiche für den Publikumsverkehr erfasst werden, selbst die Einbeziehung der Parkplatzsituation ist möglich. Die Werte werden nahezu in Echtzeit den verantwortlichen Personen übermittelt und diese koordinieren bei Bedarf das Personal, den Sicherheitsdienst oder leiten andere erforderliche Maßnahmen ein.

Bei einer Erfassung der Frequentierung von Sanitärräumen kann, zur Reduzierung der Kosten, das Reinigungspersonal flexibel und nach Bedarf eingesetzt werden.

2.3 Anforderungen an eine Personenzähleinrichtung

Wie bereits zuvor erwähnt, sollen die Personenzählsysteme berührungslos und ohne Kanalisierung die Personen erfassen, außerdem sollen sie robust gegen Beschädigungen oder Manipulation sein und möglichst flexibel erweiterbar, um ein weites Einsatzspektrum zu ermöglichen. Daneben werden noch weitere Anforderungen, beispielsweise für die Sicherheit der Passanten, an die Systeme gestellt:

2.3.1 Datenschutz

Ein wichtiges und häufig diskutiertes Thema ist der Datenschutz, deren immer gültige Grundsätze „Datenvermeidung“ beziehungsweise „Datensparsamkeit“ lauten. Ohne ausdrückliche, schriftliche Zustimmung, oder zur Einhaltung eines gültigen Gesetzes wird nach dem Bundesdatenschutzgesetz die Wahrung der Persönlichkeitsrechte gefordert. Das bedeutet, dass es einer gründlichen Prüfung bedarf, ob es zwingend notwendig ist, personenbezogene Daten, wie auch Videomaterial, zu sammeln und aufzuzeichnen. Das hier behandelte Thema wird nicht direkt durch Gesetzestexte geregelt, sondern durch Einzelprüfungen abgedeckt. Die zwei, teilweise zutreffenden, Kapitel aus dem Bundesdatenschutzgesetz „Die Rechte beim Einsatz von Videoüberwachung“ und „Die Rechte beim Einsatz von Chipkarten“ sind als Text mit Erläuterung im Anhang dieser Arbeit zu finden.

Die hier behandelten Personenzähleinrichtungen werden alle dem Datenschutz gerecht, da sie für die Zählfunktion kein Bildmaterial der Personen aufzeichnen, sondern nur ihre Bewegungsverläufe. Die eingesetzten Kamerasysteme erfassen die Zählkandidaten senkrecht von oben und damit ist keine eindeutige Identifizierung der einzelnen Person möglich, da keine Gesichter erkennbar sind.

Bei den beschriebenen Systemen, die bewusst zur eindeutigen Identifizierung von Personen eingesetzt werden, (siehe: Kapitel 3.10 „Erfassungssysteme mit Transponder“) bedarf es einer schriftlichen Belehrung der betroffenen Personen, deren Erhalt sie per Unterschrift bestätigen müssen.

2.3.2 Strahlenschutz

Einige Systeme verwenden für die Erfassung der Personen eine aktive Strahlung, wie Laser, Infrarot, Radar oder Ultraschall. Um gesundheitliche Gefährdungen auszuschließen, müssen diese Geräte den Strahlenschutzbestimmungen entsprechen. Die einzuhaltenden Grenzwerte sind in den DIN und VDE Normen niedergeschrieben; außerdem werden die Empfehlungen der deutschen Strahlenschutzkommission (SSK) sowie der Internationalen Strahlenschutzvereinigung (IRPA) als Richtwerte eingehalten.

Die eingesetzten Laser entsprechen nach Herstellerangaben der Laserklasse 1 und sind somit als augensicher anerkannt. Da es sich um einen für das menschliche Auge unsichtbaren Laserstrahl handelt, der keinen Reflex im Auge wie zum Beispiel ein Lidschlag hervorruft, werden noch zusätzliche Schutzmechanismen eingesetzt um gesundheitliche Gefährdungen auszuschließen. (siehe Kapitel 3.6 „Personenzählsystem mittels Laserscanner“)

2.3.3 Zählgenauigkeit

Die Verwendung von automatischen Personenzähleinrichtungen in Versammlungsstätten ist nur interessant, wenn die erreichbare Zählgenauigkeit ausreicht, um eine qualitative Aussage über die Personenbelegung eines definierten Bereiches zu treffen. Letztendlich ist dies der Faktor der über den Einsatz, beziehungsweise die Anschaffung eines solchen Systems entscheidet, denn, sind die ermittelten Zählwerte nicht ausreichend genau, ist eine solche Investition überflüssig.

Nun stellt sich die Frage was als ausreichende Genauigkeit anerkannt wird, und welche Maßnahmen gegebenenfalls erforderlich sind, um dies zu erreichen. Fest steht, dass eine 100%ige Erfassung nicht möglich sein wird; selbst bei Drehkreuzen kommt es vor, dass sich zwei Personen gleichzeitig in ein Raster drängen; eine Weiterdrehung des Kreuzes erfolgt, ohne dass eine Person durchgegangen ist oder jemand einfach drüber hinweg steigt. Auch das Personal, welches die selben Durchgänge wie die Besucher benutzt, aber von der Erfassung ausgeschlossen werden sollte, führt zu Fehlzählungen.

Ein ganz erhebliches Problem stellt die Feststellung der erreichten Genauigkeit dar, weil im Lifebetrieb diese nur mittels einer Handzählung verglichen werden kann und da diese, besonders bei einer hohen Personenfrequenz, ebenfalls mit einem erheblichen Fehler belastet ist, wird eine objektive Beurteilung nicht möglich. Eine andere Möglichkeit ist, parallel eine Videoaufzeichnung vorzunehmen, die im Nachhinein, gegebenenfalls in Zeitlupe, manuell beliebig häufig ausgezählt wird.

Um die Zählgenauigkeit der verschiedenen Systeme festzustellen, wurde im Rahmen dieser Diplomarbeit eine Probezählung am Fachbereich Medientechnik der HAW- Hamburg durchgeführt. Anders als bei den anderen Vorgehensweisen zur Ermittlung der Genauigkeit wurde bei diesem Projekt der Zählbereich von einer festen Anzahl an Personen durchlaufen, so dass dieser bekannte Wert nur noch mit den ausgegebenen Zähldaten der Systeme verglichen werden musste. Die Probezählung mit den ermittelten Ergebnissen wird in Kapitel 4 „Die Probezählung an der HAW-Hamburg“ behandelt.

2.3.4 Eigenschaften der Zählbereiche

Jeder Zählbereich stellt andere Anforderungen an die eingesetzte Personenzähleinrichtung und es ist auch nicht jedes System gleich gut für die verschiedenen Erfassungsbereiche geeignet.

Bei den meisten Systemen stehen die Montagehöhe und die Erfassungsbreite in direktem Verhältnis. Einige Systeme können bei entsprechender Montagehöhe sehr große Zählbereiche mit nur einem Sensor erfassen, andere sind in ihrer maximalen Montagehöhe begrenzt, so dass beispielsweise bei einer abgehangenen Installation, die lichte Höhe für einen LKW nicht mehr ausreicht. Im Außenbereich ist häufig keine Möglichkeit für eine Montage oberhalb des Durchgangsbereiches gegeben, dann sind Systeme, die im Bodenbereich arbeiten sinnvoll oder es müssen Montagebrücken installiert werden.

Im Idealfall soll das Personenzählsystem auch bei Dunkelheit zuverlässige Werte liefern, da beispielsweise das Licht in Durchgangsschleusen während Veranstaltungen auf das erforderliche Minimum reduziert wird.

Sind Türen vorhanden, sollten die Türflügel nicht in den Zählbereich ragen, da ihre Bewegung das Ergebnis verfälschen kann. Bei Drehtüren wird jede mit einem einzelnen Sensor, der sich davor oder dahinter befindet, ausgestattet, oder es wird der gesamte Bereich, der sich auch über mehrere Durchgänge erstrecken kann, durch gekoppelte Systeme erfasst.

Mit manchen Systemen besteht auch die Möglichkeit, den Personenstrom auf festen, beziehungsweise auf Rolltreppen zu erfassen, wobei die Steigung bei der Einrichtung mit beachtet werden muss.

Sollen die Zähldaten mehrerer Durchgänge gekoppelt werden, so ist eine Vernetzung des Systems erforderlich, um die Daten miteinander zu verknüpfen. Dies ist notwendig, wenn zu einem Raum mehrere Ein- beziehungsweise Ausgänge führen, und man dessen Auslastung überwachen möchte.

Bei der Wahl des Installationsortes eines Personenzählsystems sind viele Kriterien im Voraus zu prüfen, die die Zählgenauigkeit beeinflussen können.

2.3.5 Darstellungssoftware

Je nach Umfang der Personenzählanlage ist der Anspruch an die verwendete Software, oder der Darstellung der Zähldaten, verschieden. Die Werte können direkt vor Ort durch ein Display für jeden einzelnen Durchgang angezeigt werden, oder bei großen Anlagen, die auch ganze Gebäudekomplexe erfassen können, ist eine zentrale Sammlung und Darstellung der Daten sinnvoll.

Es kann nur die Anzahl der Personenbewegungen, gegebenenfalls auch mit Datum und Uhrzeit, angezeigt, oder daraus ein aktueller Füllstand für einen Bereich ermittelt werden. Die Systeme können beim Erreichen eines kritischen Wertes ein Signal auslösen, oder eine Nachricht per Email oder SMS versenden. Auch eine Überwachung kann erfolgen, die einen Alarm auslöst, wenn eine Personenbewegung zu Zeiten stattfindet, in denen sich niemand in dem Bereich aufhalten dürfte.

Bei Bedarf können statistische Auswertungen automatisch erstellt werden, die die Besucherzahlen über definierte Zeiträume darstellen und Vergleiche zu anderen Tagen oder Veranstaltungen erlauben. Auch eine mittlere Aufenthaltsdauer kann aus den Werten generiert werden.

Die eingesetzte Software muss, je nach Anwendungsgebiet des automatischen Personenzählsystems, an die jeweiligen Anforderungen anpassbar sein.

2.4 Personenverhalten

Ein wichtiges Kriterium für die Qualität der Zählung ist das Personenverhalten. Bei der Auswahl des Montageortes sollte dies nicht vernachlässigt werden.

Die Größe des, zur Erfassung der Zählkandidaten, erforderlichen Messfeldes variiert je nach verwendetem Zählsystem stark. Während der Aufenthaltsdauer in dem Messfeld wird ermittelt, ob es sich um eine Person handelt und in welche Richtung sie sich bewegt. Um dies eindeutig feststellen zu können, ist eine geradlinige Bewegung mit möglichst konstanter Geschwindigkeit wünschenswert. Dies bedeutet, dass keine Personen im Zählbereich stehen bleiben und dort verweilen sollten. Solche Zählkandidaten werden als Liniensteher oder Linienzappler bezeichnet und beeinträchtigen die Zählgenauigkeit.

Wenn es sich bei dem Zählbereich um einen breiten Durchgang handelt, kann es zu so genannten Querläufern kommen, die sich annähernd senkrecht zur Zählrichtung bewegen, und somit keiner Bewegungsrichtung eindeutig zugeordnet werden können.

Es gibt Bereiche, in denen es vorhersehbar ist, dass es gehäuft zu solchen Situationen kommt, dort sollte von einer Montage des Zählsystems abgesehen werden. In dem Kapitel 5.3 „Auswahl des Montageortes“ wird dies noch ausführlicher dargestellt.

3 Die Personenzählsysteme

Die Ermittlung von Personenanzahlen kann auf verschiedenste Weise erfolgen. Vorgehensweisen, bei denen Eintrittskarten entwertet, Stempel vergeben oder ein Eintrittsgeld kassiert wird, werden hier nicht weiter angesprochen, da dies nicht als berührungslose Erfassung der Personenzahl gewertet werden kann, ebenso wie der Einsatz von Drehkreuzen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Obwohl bei großem Personenaufkommen sehr ungenau und mit hohem Personalaufwand verbunden, ist die Handzählung, mit simplen Handzählgeräten, die bei Betätigung eines Druckknopfes den Zähler um eins erhöhen, eine übliche Vorgehensweise. Eine Handzählung kann flexibel und nach Bedarf stattfinden, es muss lediglich, für eine hohe Qualität der Zählung, eine ausreichende Anzahl an trainiertem Personal zur Verfügung stehen. Dabei ist an jedem breiteren Durchgang mindestens eine Person je Bewegungsrichtung erforderlich. Die Auswertung der Zählwerte erfolgt, je nach Kommunikationsgeschwindigkeit, mit einer erheblichen Verzögerung, da die Zählpersonen ihre ermittelten Werte weiterleiten müssen und diese dann miteinander verknüpft werden. Dies ist, beispielsweise zur Überwachung einer Saalbelegung, unattraktiv.

Diese manuellen Möglichkeiten werden, zur Vollständigkeit, lediglich angedeutet, Ausführlicher sollen hier automatische, berührungslose Personenzähleinrichtungen behandelt werden. Diese verwenden Sensoren zur Erfassung der Personen, mit unterschiedlichsten Technologien, die man in aktive und passive Sensoren einteilen kann:

Aktive Sensoren senden eine elektromagnetische Welle aus, und ermitteln, durch eine Analyse der reflektierten Welle, eine Personenanzahl, und gegebenenfalls noch Zusatzinformationen, wie beispielsweise die Körpergrößen oder auch Strukturen der Zählkandidaten. Diese Systeme verwenden Laser-, Infrarot- oder Radarstrahlung, beziehungsweise Ultraschall.

Passive Sensoren lassen sich in optische und in wärmeempfindliche Sensoren unterteilen. Bei den optischen Systemen kommen Kameras zum Einsatz, deren Videobilder durch eine Software analysiert werden. Die wärmeempfindlichen Sensoren registrieren die vom menschlichen Körper abgestrahlte Wärme um eine Personenzählung durchzuführen.

Die Reihenfolge, in der die Systeme im Folgenden dargestellt werden, ist willkürlich gewählt und soll keine Bewertung bezüglich ihrer Funktionalität widerspiegeln.

3.1 Personenzählsystem mittels Kamerasystemen

Mehrere Anbieter haben Personenzählsysteme entwickelt, deren Grundlage die Videobildverarbeitung ist. Die Kamerasysteme zeichnen sich durch eine gewisse Flexibilität aus, die es ermöglicht auf bauliche Veränderungen, mit überschaubarem Aufwand zu reagieren. Die Personenzählung ist bei manchen Herstellern eine Weiterentwicklung, beziehungsweise Abwandlung von bestehenden Systemen, die zur Verhaltensanalyse für Marketingzwecke konzipiert wurden. Kameras zählen zu den passiven Sensoren, da von ihnen keine Strahlung wie beispielsweise beim Laser ausgeht und sind somit ohne Gesundheitsrisiken.

Hier werden die Systeme von drei verschiedenen Herstellen näher dargestellt: Crosscan ist ein Zweig des jungen Unternehmens Monowise, welches sich als IT-Systemhaus vorstellt.

DisplayCom, mit Sitz in Jena, entwickelt und vertreibt Lösungen zur Ortung, Wiedererkennung und Verfolgung von bewegten beziehungsweise zeitweilig verharrenden Objekten im Raum^[1].

Vitracom wurde im Mai 2000 als Spin-Off aus dem Fraunhofer-Institut für Informations- und Datenverarbeitung mit dem Ziel gegründet, dort entwickelte Verfahren zur intelligenten Videoüberwachung in markt- und kundengerechte Lösungen umzusetzen. Die Schwerpunkte liegen auf der Entwicklung von High-End Bildverarbeitungssoftware, mit besonderem Augenmerk auf der Sicherheitstechnik sowie der automatischen Besucherfrequenzmessung^[1].

3.1.1 Eingesetzte Technik

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Alle kamerabasierenden Personen-zählsysteme arbeiten mit handelsüblichen Kameras. Crosscan setzt Netzwerkkameras ein. Diese Farbkameras haben eine Auflösung von bis zu 640 × 480 Bildpunkten und liefern 30 Bilder in der Sekunde. Ursprünglich eingesetzte Kameras lieferten sogar nur 15 Bilder pro Sekunde. Die Übertragung des Signals erfolgt datenreduziert im Motion JPEG oder MPEG-4 Format.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

DisplayCom verwendet Kameras mit einer Auflösung von 768 × 576 Bildpunkten. Bei Anwendungen mit Tag- und Nacht-Messungen werden Schwarzweiß Kameras mit Empfindlichkeiten nahe des Infrarotbereiches bevorzugt. Ist mit schwierigen Lichtverhältnissen zu rechnen werden Wide Dynamic Range Farbkameras eingesetzt. Bei anspruchsvollen, beziehungsweise niedrigen Montagebedingungen, können auch Platinen- oder Stabkameras verwendet werden.

Das System von Vitracom mit dem Namen SiteView unterstützt alle gängigen analogen CCD-Kameras mit mindestens 380 TV-Linien. Die Kamera kann ein Schwarzweiß- oder Farbbild liefern. Empfohlen wird eine Schwarzweiß Kamera wegen der höheren Bildqualität. SiteView nutzt keine Farbanteile des Bildes zur Auswertung, daher würde eine Farbkamera etwas leisten, was nicht genutzt würde.

Kameras mit höherer Bildqualität bieten den Vorteil, dass Beleuchtungsänderungen besser ausgeglichen werden können.

Die Auswertung der Bilder wird von Rechnern übernommen. Bei Crosscan reicht ein handelsüblicher Windows PC mit einem Ethernet Netzwerkanschluss aus. Auf diesen PC wird die Software installiert, und über einen Router wird auf die Netzwerkkamera zugegriffen. Die Software kann nur mit einem eingesteckten USB-Dongle betrieben werden. Das ist ein kleiner USB-Stecker der in den Rechner gesteckt werden muss, und nur wenn dieser angeschlossen ist, kann das Programm gestartet werden. Damit ist die Software vor unberechtigter Nutzung geschützt. Im Betrieb ist die Systemleistung eines Pentium 4 Prozessors mit 2GHz nur circa zu drei Prozent ausgelastet. Für eine Personenzählung reicht ein Videostream mit 128 kBit/sek (Standart DSL Uploadgeschwindigkeit) aus.

Bei den beiden anderen Systemen werden speziell auf die Ansprüche konzipierte Geräte eingesetzt.

Bei DisplayCom, das so genannte Com-Meter, verarbeitet analoge BAS und FBAS Videosignale. Je nach Szenerie und Personendurchfluss können in einem Rechner bis zu vier Sensoren integriert werden. Das bedeutet, auf den Geräten können, bei guten Umgebungsverhältnissen und geringem Personenstrom, bis zu vier Bildgrabber gleichzeitig laufen. Eine Angabe der Rechenleistung in MFLOPS (Million Floating Point Operations per Second / dt. Millionen Fließkomma-Operationen pro Sekunde) auszudrücken reicht nicht aus, da die Performance zum großen Teil von der Architektur der Programme und deren Cachezugriffen abhängig ist. Einen Eindruck vermittelt folgendes Beispiel: Ein Celeron 2 Prozessor 800 MHz (16 KB L1 Cache, 128 KB L2 Cache), 256 MB SD-RAM, 20GB Festplatte, verarbeitet bei der Vollauflösung von 768 × 576 Bildpunkten circa acht Bilder in der Sekunde. Dabei läuft gleichzeitig noch ein Servermodul für die Objektspurenaufbereitung, die Kommunikation mit der Datenbank und diverse Linux Skripte.

Viracom bietet drei verschiedene Geräte zur Überwachung und Zählung an. SiteView ECO ist für die Personenzählung ausgelegt. SiteView ST/EP besitzt neben der Zählfunktion noch die Möglichkeit, die Verweildauer von Objekten in bestimmten Feldern, beispielsweise vor Schaufenstern oder Plakatwänden, zu registrieren und hat eine Alarmfunktion, bei der beispielsweise nachts bei Bewegung ein Alarm ausgegeben wird, und das Videobild mit dem Täter darauf sichtbar übertragen wird. SiteView Ahead ist speziell für die Personenzählung bei höchstem Besucheraufkommen entwickelt. Die Software ist Linux basierend. Das Gerät hat einen Kameraeingang über eine Cinch-Buchse (75Ω) und verarbeitet FBAS Signale mit den Fernsehnormen PAL und NTSC. Es werden bis zu 25 Bilder in der Sekunde mit der maximalen Auflösung von 384 × 288 Pixel ausgewertet.

3.1.2 Die Personenzählung

Die Vorgehensweise zur Personenerkennung aus einem Videobild wird von den Entwicklern nicht detailliert erläutert, um Betriebsgeheimnisse zu wahren. Daher kann hier nur mäßig dargestellt werden, wie die Erfassung der Personenzahl in einem Videobild erfolgt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Zunächst wird ein statisches Hintergrundbild erfasst, in dem sich keine Personen, oder bewegliche Objekte befinden dürfen. Mit diesem Hintergrundbild kann dann ein Differenzbild erzeugt werden, sobald eine Änderung im Videobild eintritt, sprich, sich ein Objekt im Bild bewegt. Dazu wird von dem aktuellen Bild das gespeicherte Hintergrundbild subtrahiert, und es bleiben als Daten nur die zusätzlichen Objekte übrig, die genauer analysiert werden müssen. Durch verschmelzen der nebeneinander liegenden Pixel werden die Konturen verwischt, beziehungsweise weicher. Dadurch ist die aufzuschlüsselnde Datenmenge bereits erheblich reduziert. Diese kleineren Ausschnitte werden nun auf typische Merkmale untersucht, die vorhanden sein müssen, damit das Objekt als Person identifiziert wird. Diese Merkmale sind beispielsweise ein runder Kopf, die von oben gesehene Fläche, eine der menschlichen Bewegung entsprechende Dynamik, sowie weitere typische Konturen und Verhältnisse. Erkannte Formen werden mit Referenzen aus einer Datenbank verglichen. Im Gradientenbild, das ist ein Bild in dem nur die Kanten dargestellt sind, werden die gefundenen Werte nochmals überprüft. Die Anzahl mehrerer, dicht beieinander gehende Personen kann über die von oben gesehene Fläche geschätzt werden.

Das Com-Meter von DisplayCom unterstützt auch eine Unterscheidung von Personengrößen, wenn bestimmte Installationsgegebenheiten vorliegen. So kann eine Unterscheidung nur bis zu einer Montagehöhe der Kamera bis sechs Meter erfolgen. Erkannt wird durch die Seitenansicht der Person, wenn sie in das Bild eintritt. Dazu werden weitwinklige Objektive eingesetzt. Bei größeren Montagehöhen können kleine Personen von der Bildverarbeitung mittels Filtergrößen als Störkontur behandelt werden und werden dann nicht explizit gezählt.

Beim Eintritt eines Objektes in den Bildausschnitt wird diesem eine Identitätsnummer vergeben, die das Objekt während des Aufenthaltes im Bild beibehält. Durch das stetige Analysieren eines Objektes und dessen Kontur werden die Werte stabilisiert.

Es findet eine Hintergrundanpassung durch die fortlaufende Adaption an die Beleuchtung statt. Bei starken Lichtwechseln werden Parameter automatisch geändert um eine schnelle Anpassung zu ermöglichen. Das Videosystem von DisplayCom reagiert automatisch auf Streu- und Schlagschatten mit verschiedenen Algorithmen zu deren Unterdrückung. Das Com-Meter arbeitet mit acht bis zwanzig Bildern in der Sekunde. Dies ist unter anderem abhängig von der Kamerahöhe, da dies Einfluss auf die Relativgeschwindigkeit der Personen und somit auf die Wiederfindung dieser im darauf folgenden Videobild hat, damit ein lückenloses Tracking der Spur möglich ist.

Bei Crosscan werden von der Software alle Farben verarbeitet. DisplayCom arbeitet mit allen Arten von Kameras, je nach Einsatz und Anforderungen. SiteView analysiert nur Schwarzweiß Bilder.

Da es immer wieder Personen gibt, die im Bereich der Zähllinien herumstehen und sich nur wenig bewegen, hat SiteView den so genannten Hysteresebereich. Dieser ist gekennzeichnet durch die beiden dünnen Linien, die in Abbildung 3.1.2b sichtbar sind.

Damit Mehrfachzählungen derselben Person vermieden werden, wird diese erst dann gezählt, wenn sie den kompletten Hysteresebereich durchquert hat. Die Breite dieses Bereiches ist einstellbar.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Abbildung 3.1.2c zeigt ein Konturenbild, welches vom SiteView-Ahaed stammt. Dieses Bild stellt das Ergebnis einer Konturextraktion dar, vergleichbar mit einer Comic-Zeichnung. Das System detektiert Köpfe von Personen anhand kreisförmiger Kantenstrukturen und verfolgt diese. Durch dieses Verfahren lassen sich auch Personengruppen gut auflösen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Von allen Herstellern wird eine durchschnittliche Zählgenauigkeit von 95% angegeben. Die Genauigkeit hängt stark von der Personendichte und deren Verhalten ab. Dauerhaft höhere Genauigkeiten, annähernd an 100%, sind nur in definierten Bereichen wie zum Beispiel Schleusen oder schmalen Eingängen bei weitestgehender Vereinzelung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

möglich.

3.1.3 Montage und Installation

Für die Personenzählung ist die Kamera so zu montieren, dass sie senkrecht nach unten gerichtet ist. Für die Objektivauswahl spielt die Montagehöhe und die zu beobachtende Fläche eine entscheidende Rolle. Beim SiteView System wird das Objektiv so gewählt, dass praktisch der Bildausschnitt bei jeder Montagehöhe gleich groß bleibt. Mit einer Kamera wird so eine Messbreite von circa drei Meter erfasst. Eine hohe Montagehöhe ist von Vorteil, da dadurch eher eine Draufsicht auf die Personen ermöglicht wird als mit einem Weitwinkelobjektiv bei geringen Montagehöhen.

Da die Auswahl an verschiedenen Objektiven bei Netzwerkkameras sehr gering ist, muss beim Crosscan- System die Software die Höhenunterschiede je nach Installation ausgleichen.

Von DisplayCom wird als Richtwert ein Höhen- Breitenverhältnis von 1:2,0 bis 1:2,5 angegeben. Das bedeutet bei einer Kamerahöhe von 10m, eine maximale Messbreite von 25m. Die Mindestmontagehöhe beträgt 2,30m.

Um Details auf einem Videobild darzustellen ist auch eine ausreichende Beleuchtungsstärke erforderlich. DisplayCom fordert beim Einsatz von Schwarzweiß Kameras 0,1 Lux bei einer Blende von 1,2. Bei Wide Dynamic Range Farbkameras sollen 1,2 Lux bei einer Blende von 1,2 vorliegen. Diese Werte sind auf einen Videopegel von 50% bezogen. Bei totaler Dunkelheit können auch Infrarot-Scheinwerfer für SW-NIRR (schwarzweiß - near Infraredrage) Kameras, beziehungsweise Infrarotsensoren eingesetzt werden. Diese SW-NIRR Kameras sind hochempfindlich im nahen Infrarotbereich und somit tauglich für Tag- und Nachtmessungen bei sehr wenig Licht (0,03 Lux).

Die meisten Sensoren sind empfindlicher als das menschliche Auge. So geringe Lichtverhältnisse sind aus Sicherheitsgründen in öffentlichen Gebäuden oder bei Veranstaltungen nicht zulässig.

Das SiteView-Ahead Gerät hat einen FBAS Videoeingang. Zum Erweitern des Messbereiches sind weitere SiteView-Ahead Geräte notwendig.

Beim Com-Meter können, wie zuvor schon beschrieben, bis zu vier Kameras angeschlossen werden. Zur Kostenersparnis für den Kunden können auch bis zu vier Kameras an einen Quad angeschlossen werden. Dieser Quad wandelt dann die vier Videosignale zu einem Videosignal um und legt dabei die Videobilder nebeneinander. Dabei hat nachher das Signal aller vier Bilder dieselbe Auflösung wie zuvor ein einzelnes Videosignal. Der Zusammenschluss mehrerer Kameras ist nur dann sinnvoll, wenn die Auflösungen aufgrund niedriger Kamerahöhen ebenfalls geringer ausfallen können.

Bei Crosscan können über einen Router problemlos mehrere Kameras angeschlossen werden, solange die Übertragungsgeschwindigkeit von mindestens 128 kBit/sek gewährleistet ist.

Auch bei den Kamerasystemen sollte der Montageort sorgfältig ausgewählt werden um eine zuverlässige Personenzählung zu gewährleisten. Starke Sonneneinstrahlung führt zu Sättigung von Bereichen, so dass Hintergrund und Person gleiche Intensität aufweisen. Ist mit starker Sonneneinstrahlung zu rechnen, werden von DisplayCom Wide Dynamic Range Farbkameras eingesetzt um eine Unterscheidung zu ermöglichen. Auch sehr große beziehungsweise lange Personenschatten führen zu Ungenauigkeiten, da in der Regel zur Reduktion sowohl die Person als auch deren Schatten im Messbereich sein muss.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

So genannte Querläufer, Liniensteher und Linienzappler führen bei reiner Linienzählung immer zu Mehrfachzählungen. Darum wird durch das Trackingverfahren die Bewegung der Person während der gesamten Aufenthaltsdauer im Bild verfolgt.

Auf eine stabile Befestigung ist zu achten, da eine Eigenbewegung der Kamera, beispielsweise bei starkem Wind beim Außeneinsatz, zu Beeinträchtigungen der Zählung führen kann.

Sinnvoller ist es, diese problematischen Situationen durch die Auswahl von geeigneten Montageorten zu umgehen.

3.1.4 Einrichten des Systems

Ein Vorteil bei der Personenzählung mit Kamerasystemen ist, dass die so genannten Zähllinien frei konfigurierbar sind. Bei Bedarf können diese schnell per Software verlegt werden, ohne den Installationsort der Kamera zu verändern. Dies ist natürlich nur in dem Bildausschnitt der Kamera möglich. Die Zähllinien sind in ihrer Länge variabel. Anwendung findet dies beispielsweise wenn bauliche Veränderungen vorgenommen werden oder kurzzeitig Bereiche ausgeblendet werden sollen. Das Com-Meter besitzt eine automatische Anpassung bei Szenenveränderungen, wie zum Beispiel neue Stände oder Infodisplays im Messbereich. Dadurch muss das System nur einmal eingerichtet werden.

Bei DisplayCom erfolgt die Einrichtung der Kamera durch Messen der extrinsischen Parameter wie die Kamerahöhe und gegebenenfalls der Neigungswinkel im Raum.

Mit den im Vorfeld bestimmten intrinsischen Parametern der Objektive ist es möglich, sowohl eine optische Entzerrung vorzunehmen, als auch perspektivisch zu entzerren und ein Bezugssystem zu schaffen indem mehrere Kameras sich überlappen. Dies geschieht in Weltkoordinaten, diese sind problemspezifisch, vom System losgelöst und an die Umgebung angepasst.

Alle wichtigen Parameter der Messumgebung werden über ein Frontend auf Windowsbasis eingegeben. Dazu zählen noch Parameter für die eingesetzten Objektive, Maskenbilder und die Algorithmenauswahl. Weiterhin werden die zu zählenden Objektgrößen und ihre Geschwindigkeit bestimmt. Ebenso die Bereiche, die überhaupt ausgewertet werden sollen (region of interest). Für den Datenzugriff via Netzwerk müssen selbstverständlich noch diverse Servereinstellungen wie beispielsweise die Vergabe von IP-Adressen vorgenommen werden. Die frei wählbaren Zähllinien müssen außerdem noch parametriert werden.

Beim SiteView sind dies bis zu zehn Zähllinien. Dort sind ähnliche Einstellungen erforderlich. Sind die Zählgeräte mit dem Internet verbunden, können Änderungen der Einstellung, beziehungsweise ein Prüfen der Komponenten, online vom Hersteller oder dessen Partner geschehen.

Bei der Probezählung an der HAW-Hamburg war die Vorgängerversion IMAY des aktuellen Crosscan vertreten. Dort war bei der richtigen Montagehöhe keine weitere Parametrierung notwendig. Die Zähllinie wird nicht eingerichtet, sondern liegt mittig im Videobild.

Bei der neuen Version nimmt die Software eine automatische Parametrierung vor, indem ein in der Größe und Farbe definiertes Quadrat auf den Fußboden mittig unter die Netzwerkkamera gelegt wird.

3.1.5 Ausgabe der Daten

Bei allen Systemen werden nur die Daten in dem System gespeichert, und kein Videobild. Dies wurde aus Datenschutzgründen so eingerichtet. Auf dem Bildschirm ist ein kleines Lifebild sichtbar, aber da der Sichtwinkel der Kamera senkrecht von oben ist, können Details wie die Gesichter von Personen nicht erkannt werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Ausgabe der Daten geschieht nahezu in Echtzeit. Beim SiteView System wird die Person nach dem Durchqueren des Hysteresebereiches gezählt. Wie in der Abbildung 3.1.5a zu sehen werden diese virtuellen Linien im Videobild angezeigt. Die an den Enden der dicken Linie angeordneten, mit einem Schrägstrich getrennten Zahlen sind die Werte für beide Richtungen. Die Bezeichnung am anderen Ende der Messlinie ist die Zuordnung für die Auswertung der Zähldaten.

Das Gerät hat Funktionen für tägliche und wöchentliche Statistiken implementiert und es ist kompatibel mit gängigen Tabellenkalkulationsprogrammen. Die Daten werden im ASCII- Format ausgegeben und können somit auch durch andere Software verarbeitet werden. Es werden Datum, Uhrzeit und Richtung eines Zähllinienübertrittes gespeichert. Auf die Daten kann einfach per Web-Browser zugegriffen werden.

[...]

^[1] Quelle: Wienand Public, Juni´99 http://www.publicount.de/news/public/d_public_1999.pdf

^[1] Quelle: http://www.displaycom.de/www/start/index.php?siteid=122lang=de 16.02.05

^[1]Quelle: http://www.vitracom.de/index_d.htm 16.02.05