28. April 2015

Pro­jekt VA­BE­NE ++: DLR un­ter­stützt Ret­tungs­kräf­te bei Ein­satz­übung

Be­hand­lungs­platz im ers­ten Ein­satz­ab­schnitt
Bild 1/9, Credit: DLR (CC-BY 3.0).

Behandlungsplatz im ersten Einsatzabschnitt

La­ge­bild des Be­hand­lungs­plat­zes im ers­ten Ein­satz­ab­schnitt der Übung. Auf­ge­nom­men mit ei­nem Ok­to­ko­pter/UAV (Un­man­ned Ae­ri­al Ve­hic­le).
Ak­tu­el­le La­ge­kar­te
Bild 2/9, Credit: DLR (CC-BY 3.0).

Aktuelle Lagekarte

Ak­tu­el­le La­ge­kar­te des Übungs­ge­bie­tes mit hin­ter­leg­ten tak­ti­schen In­for­ma­tio­nen für die Ein­satz­kräf­te.
Ein­satz­fahr­zeu­ge
Bild 3/9, Credit: DLR (CC-BY 3.0).

Einsatzfahrzeuge

La­ge­bild des Be­reit­stel­lungs­raums auf­ge­nom­men mit ei­nem Ok­to­ko­pter/UAV (Un­man­ned Ae­ri­al Ve­hic­le).
Luft­bild des Be­reit­stel­lungs­raums
Bild 4/9, Credit: DLR (CC-BY 3.0).

Luftbild des Bereitstellungsraums

Luft­bild des Be­reit­stel­lungs­raums auf­ge­nom­men mit dem 3K-Sys­tem vom DLR-For­schungs­flug­zeug Cess­na 208B Grand Ca­ra­van.
Ok­to­ko­pter/UAV
Bild 5/9, Credit: DLR (CC-BY 3.0).

Oktokopter/UAV

Der DLR-Ok­to­ko­pter.
In­ter­na­tio­na­le Be­su­cher­grup­pe
Bild 6/9, Credit: DLR (CC-BY 3.0).

Internationale Besuchergruppe

Luft­bild der in­ter­na­tio­na­len Fach­be­su­cher­grup­pe auf­ge­nom­men mit ei­nem Ok­to­ko­pter/UAV (Un­man­ned Ae­ri­al Ve­hic­le). Der DLR-Pi­lot ist in der Mit­te der Be­su­cher­grup­pe zu er­ken­nen.
DLR-Mess­fahr­zeug
Bild 7/9, Credit: DLR (CC-BY 3.0).

DLR-Messfahrzeug

Das DLR-Mess­fahr­zeug an der Zu­fahrt zum Be­reit­stel­lungs­raum. An der Spit­ze des aus­fahr­ba­ren, 13 Me­ter lan­gen Mas­tes sind ei­ne Ka­me­ra und ein WLAN-Funk­mo­dul zur Da­ten­über­tra­gung an­ge­bracht.
Al­go­rith­mus zur Fahr­zeu­ger­ken­nung
Bild 8/9, Credit: DLR (CC-BY 3.0).

Algorithmus zur Fahrzeugerkennung

Al­go­rith­mus/Pro­gramm zur au­to­ma­ti­schen Fahr­zeu­ger­ken­nung in Vi­deo­bil­dern.
Das Team
Bild 9/9, Credit: DLR (CC-BY 3.0).

Das Team

Das VA­BE­NE-Team vor Ort. Von links nach rechts: Han­nes Rö­mer (DFD), Joa­chim Cars­ten Mül­ler (KN), Gel­lert San­dor Mat­ty­us (MF), Kars­ten Kozem­pel (TS), Ste­fan Au­er(MF), Ro­nald Nip­pold (TS), Mus­har­af Ali (OS), Ro­man Grü­ner (TS), Fa­bi­an Hen­kel (DFD), Louis Tou­ko (TS), Wen­xi Cao (DFD), Tho­mas Wie­demann (MF).

Proben für den Ernstfall: Es sieht dramatisch aus, was sich am 25. April 2015 auf dem ehemaligen Flugplatz in Kitzingen abspielt: mehrere Verletzte werden versorgt, das Bayerische Rote Kreuz (BRK) schickt seine Rettungsdienste, Notärzte und Schnelleinsatztruppen aus, ein Flugzeug kreist über dem Unglücksort. In einer Halle ist eine Tribüne eingestürzt, zeitgleich kommt es vor einer in der Nähe gelegenen Lagerhalle zu einem Unfall, bei dem Gefahrenstoffe freigesetzt werden. All das ist Teil einer Übung des BRK, das mit Unterstützung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und anderen Partnern wie dem internationalen Forschungsprojekt CRISMA den Ernstfall erprobt.

Luftgestützte Verkehrserfassung

Im Rahmen des Projekts VABENE ++ stellte das DLR verkehrsbeobachtende Infrastruktur sowie aktuelle Bilder und Karten über die Verkehrslage und das Einsatzgeschehen für die Übung des BRK zur Verfügung, bei der auch zahlreiche Fachbesucher aus sieben Nationen anwesend waren. Neben der Sensorik auf dem Boden kam dieses Mal ein DLR-Forschungsflugzeug zum Einsatz, um das Geschehen am Boden detailliert zu verfolgen. "Bei dieser Übung fliegen wir nicht mit einem Hubschrauber, sondern mit einem Flächenflugzeug", sagt Dominik Rosenbaum vom DLR-In­sti­tut für Me­tho­dik der Fer­ner­kun­dung (IMF), "aber der flexible Einsatz unterschiedlicher Fluggeräte ist ebenfalls eine Aufgabe, die wir meistern".

"Die zur automatischen Erfassung der Straßenverkehrslage aus den Luftaufnahmen eingesetzten Verfahren sind sowohl bei dem Cessna-System als auch auf dem Hubschrauber-System gleich", erläutert Prof. Dr. Peter Reinartz, Leiter der Abteilung Photogrammetrie und Bildanalyse am Institut für Methodik der Fernerkundung. "Wir verwenden Machine-Learning-Algorithmen zur Detektion der Fahrzeuge in den Luftaufnahmen, die vor dem Flug auf die Erkennung von Fahrzeugen in den Bildern trainiert wurden. Ist ein Detektor erst einmal trainiert, so funktioniert die Erfassung und Geschwindigkeitsbestimmung der Fahrzeuge im Flug in Echtzeit." Für diese Aufgabe haben die Wissenschaftler das Forschungsflugzeug mit einem Kamerasystem, PCs zur Bildauswertung und einem Mikrowellen-Datenlink zur direkten Übertragung der Verkehrsdaten und Luftbilder zu den Einsatzkräften am Boden ausgestattet.

"Mit unserer Cessna 208 B Caravan stellen wir ein hoch flexibles und robustes Flugzeug zur Verfügung, das wir in Kombination mit dem optischen Sensor hinsichtlich der Einsatzdauer und der Beweglichkeit optimal über einem potentiellen Katastrophengebiet einsetzen können", so die Piloten Klaus Dietl und Thomas van Marwick von der DLR-Forschungsflugabteilung.

Zwei neue Verfahren für die Fahrzeugerkennung

Damit die gesamte Schadenslage besser eingeschätzt und Einsatzkräfte wirkungsvoll koordiniert werden können, sind jedoch auch Lageinformationen vom Boden erforderlich. Die Einsatzleitung muss zum Beispiel wissen, welche Fahrzeuge sich aktuell wo befinden beziehungsweise wann sie wieder verfügbar sein werden. Bei der Übung erfolgt diese Erfassung automatisch über eine Fahrzeugerkennung in Videobildern. Die Bildübertragung nutzt ein an der HU Berlin entwickeltes, autarkes WLAN-Funknetzwerk. "Im Notfall steht selten ein stabiles Netz zur Datenübermittlung zur Verfügung. Darüber hinaus sind Frequenzen notwendigerweise für die Kommunikation der Rettungsdienste weitgehend reserviert. Daher sind unsere Verfahren gezielt darauf ausgelegt, auch unter Einschränkungen wie besonders niedrigen Auflösungen und Bildwiederholfrequenzen robuste Ergebnisse zu erzielen", erläutert Prof. Dr. Karsten Lemmer, Direktor des DLR-Instituts für Verkehrssystemtechnik. Die Schwierigkeit besteht insbesondere darin, dass bei sehr niedrigen Bildwiederholraten Fahrzeuge nicht vollständig erfasst werden, weil in den entsprechenden Zeitabschnitten teilweise keine Bildaufnahme erfolgt. "Die beiden Algorithmen sollen hier Abhilfe schaffen und eine exakte Bestimmung der Fahrzeuganzahl auch bei solch schwierigen Bedienungen gewährleisten. Zu diesem Zweck werden verschiedene Merkmale in den Bildern erhoben und miteinander verglichen. Die Bildlücken können somit durch die Berechnung von Wahrscheinlichkeiten geschlossen werden", sagt Ronald Nippold vom Institut für Verkehrssystemtechnik.

Optimiertes Lagebild durch ergänzende Sensorik

In Ergänzung zur bodengestützten Fahrzeugerkennung wurden durch das Deutsche Fernerkundungsdatenzentrum (DFD)Methoden zur automatisierten Abschätzung der Belegung von Bereitstellungsräumen auf der Basis von Luftbildern angewandt und mit den Auswertungen der bodengestützten Erfassung verglichen. Weiterhin wurden während der Kampagne erste Funktionalitäten des am Zentrum für Satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) entwickelten neuen webbasierten Kartenerstellungsprozess getestet, wodurch aktuelle Luftbild- sowie thematische Lagekarten mit Informationen zur momentanen Belegung von Bereitstellungsräumen in Nahe Echtzeit vor Ort und automatisiert erstellt werden konnten.

Parallel zur Live-Übertragung durch Kameras am Boden und den Aufnahmen aus dem Flugzeug lieferte auch eine an einem Oktokopter befestigte Kamera vom DLR-Institut für Kommunikation und Navigation Bilder des Geschehens. Auf diese Weise ergibt sich einerseits ein umfassender Überblick über die Gesamtsituation. Andererseits ergänzen die terrestrischen oder bodennahen Aufnahmen diesen Lageüberblick mit umfassenden Detailinformationen und können somit die Einsatzleitung bei Entscheidungen gezielt unterstützen.

"Wir sind zufrieden mit dem Ablauf und den Ergebnissen, die wir in dieser Übung erzielen konnten“, sagt Nippold. „Die Algorithmen haben gut funktioniert und auch die Umplanung auf das Flugzeug hat reibungslos geklappt". Die Erkenntnisse und Daten aus der Übung können nun sowohl die Forscher als auch die Rettungskräfte für ihre Arbeit zukünftig nutzen.

Kontakt
  • Jasmin Begli
    Kom­mu­ni­ka­ti­on Braun­schweig, Cochs­tedt, Sta­de, Trau­en
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)

    Kom­mu­ni­ka­ti­on und Pres­se
    Telefon: +49 531 295-2108
    Lilienthalplatz 7
    38108 Braunschweig
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  • Prof. Dr.-Ing. Karsten Lemmer
    Mit­glied des Vor­stands
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    Telefon: +49 2203 601-4250
    Linder Höhe
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  • Prof. Dr. Peter Reinartz
    Ab­tei­lungs­lei­ter
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    In­sti­tut für Me­tho­dik der Fer­ner­kun­dung
    Pho­to­gram­me­trie und Bild­ana­ly­se
    Münchener Straße 20
    82234 Weßling
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  • Ronald Nippold
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    In­sti­tut für Ver­kehrs­sys­tem­tech­nik
    DLR-In­sti­tut für Ver­kehrs­sys­tem­tech­nik
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    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    In­sti­tut für Me­tho­dik der Fer­ner­kun­dung, Pho­to­gram­me­trie und Bild­ana­ly­se
    In­sti­tut für Me­tho­dik der Fer­ner­kun­dung, Pho­to­gram­me­trie und Bild­ana­ly­se
    Telefon: +49 8153 28-2678

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