28. Oktober 2021
Integrated Positioning System

DLR tes­tet Po­si­ti­ons­be­stim­mung für zu­künf­ti­ge Ka­ta­stro­phen­e­in­sät­ze

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Das Integrated Positioning System (IPS) als Helmtechnologie
Das In­te­gra­ted Po­si­tio­ning Sys­tem (IPS) als Helm­tech­no­lo­gie
Bild 1/3, Credit: © DLR. Alle Rechte vorbehalten

Das Integrated Positioning System (IPS) als Helmtechnologie

Mit dem In­te­gra­ted Po­si­tio­ning Sys­tem (IPS) wur­de ei­ne Tech­no­lo­gie ent­wi­ckelt, das die Po­si­ti­on der Ein­satz­kräf­te in kom­ple­xen Ge­bäu­den oh­ne glo­ba­les Na­vi­ga­ti­ons­sa­tel­li­ten­sys­tem (GNSS) oder Mo­bil­funk be­stim­men lässt.
IPS im Einsatz
IPS im Ein­satz
Bild 2/3, Credit: © DLR. Alle Rechte vorbehalten

IPS im Einsatz

Wäh­rend der Mess­läu­fe er­hielt der Ope­ra­tor auf sei­nem Dis­play In­for­ma­tio­nen zu sei­ner Po­si­ti­on in Form ei­ner 3D-Tra­jek­to­rie und konn­te dies zu­gleich als Ori­en­tie­rung nut­zen.
Demonstration in der Villa Mumm
De­mons­tra­ti­on in der Vil­la Mumm
Bild 3/3, Credit: © DLR. Alle Rechte vorbehalten

Demonstration in der Villa Mumm

Die op­ti­schen Kom­po­nen­ten des Helm­sys­tems muss­ten so an­ge­passt wer­den, dass sie so­wohl bei Hit­ze und Hel­lig­keit im Frei­en als auch in licht­schwa­chen, küh­len Kel­ler­räu­men ei­ne vi­su­el­le Li­ve-Ver­or­tung ge­währ­leis­ten kön­nen. Ne­ben den Her­aus­for­de­run­gen an das Sys­tem, galt es auch für den Ope­ra­tor, sich den An­for­de­run­gen des Ge­bäu­des zu stel­len und da­bei so­wohl die mit­ge­führ­te Tech­nik als auch die vor­ge­ge­be­nen zeit­li­chen und räum­li­chen Ab­läu­fe im Blick zu ha­ben.
  • Das Integrated Positioning System (IPS) wurde als optisches Navigations- und Inspektionssystem am DLR-Institut für Optische Sensorsysteme entwickelt.
  • IPS eignet sich für den Einsatz in Umgebungen, in denen keine Positionsbestimmung über ein globales Navigationssatellitensystem oder Mobilfunk möglich ist.
  • Zukünftig könnte IPS auch in Katastrophenszenarien zum Einsatz kommen. Erste Tests beim Bundesamt für Kartographie und Geodäsie verliefen erfolgreich.
  • Schwerpunkte: Sicherheit, Künstliche Intelligenz, Optische Sensorsysteme, Navigation, Katastrophenschutz

Nach Katastrophen müssen sich Hilfskräfte in den zerstörten Infrastrukturen bewegen können, um Personen zu retten und die Schadenslage zu dokumentieren. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat mit dem Integrated Positioning System (IPS) eine Technologie entwickelt, das die Position der Einsatzkräfte in komplexen Gebäuden ohne globales Navigationssatellitensystem (GNSS) oder Mobilfunk bestimmen lässt. Erstmals wurde IPS als Helmtechnologie auch in einem fahrenden Auto getestet.

Helmtechnologie für den Einsatz in komplexen Gebäudestrukturen

Das am DLR-Institut für Optische Sensorsysteme entwickelte IPS ist ein optisches Navigations- und Inspektionssystem für den Einsatz in Umgebungen, in denen keine Positionsbestimmung über ein globales Navigationssatellitensystem oder Mobilfunk möglich ist. Basis ist ein Multi-Sensor-Ansatz, der verschiedene Messtechniken so miteinander verknüpft, dass Fehler des jeweiligen anderen Systems minimiert und Messfehler deutlich reduziert werden. „Das funktioniert ähnlich wie das Zusammenspiel der menschlichen Sinnesorgane Auge und Gleichgewichtssinn“, erklärt Dr. Anko Börner vom DLR-Institut für Optische Sensorsysteme in Berlin. Dabei ist die Technologie sehr kompakt, klein und leicht, sodass es auf einem Helm mitgeführt werden kann und die Nutzerinnen und Nutzer die Hände frei haben. Somit ist das System ideal für schwer zugängliche Bereiche.

Bislang haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler diese Technologie erfolgreich in Tunneln, Bergwerken, Wäldern oder Industrieanlagen getestet. „In einem weiteren Schritt haben wir nun zeigen können, dass IPS in komplexen Gebäudestrukturen funktioniert“, sagt Börner. Bei der eigenen Bestimmung der Position kommt das System ohne zusätzliches "Vorwissen" über die Umgebung und ohne äußere Bezugspunkte aus. „Zukünftig könnte die IPS-Helmtechnologie auch bei Katastrophenszenarien zum Einsatz kommen“, fügt Börner hinzu. „Technologien, die bestimmen, wo sich Hilfs- und Einsatzkräfte befinden, sind Grundvoraussetzung für einen erfolgreichen Einsatz.“

Test-Einsatzort: Bundesamt für Kartographie und Geodäsie

Wie IPS funktioniert, demonstrierten die DLR-Forschenden in der Villa Mumm – ein mehr als 100 Jahre altes Gebäude in Frankfurt am Main, das heute Sitz des Bundesamts für Kartographie und Geodäsie (BKG) ist. „Da die Villa derzeit komplett restauriert wird, bot sie uns als Baustelle eine optimale Testumgebung“, erklärt Dr. Anko Börner. In dem Gebäude wurde das IPS in 15- bis 30-minütigen Navigationsläufen auf mehreren Ebenen des Gebäudes innerhalb definierter zeitlicher und räumlicher Vogaben erprobt. Bereits während der Messläufe erhielt der Operator auf seinem Display Informationen zu seiner Position in Form einer 3D-Trajektorie und konnte dies zugleich als Orientierung nutzen. Dafür mussten die optischen Komponenten des Helmsystems so angepasst werden, dass sie sowohl bei Hitze und Helligkeit im Freien als auch in lichtschwachen, kühlen Kellerräumen eine visuelle Live-Verortung gewährleisten können. Neben den Herausforderungen an das System, galt es auch für den Operator, sich den Anforderungen des Gebäudes zu stellen und dabei sowohl die mitgeführte Technik als auch die vorgegebenen zeitlichen und räumlichen Abläufe im Blick zu haben.

Im Anschluss an die erfolgreichen Testläufe in der Villa erprobten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erstmals das an einem Helm montierte System auch in einem Szenario, in dem ein Mitglied eines Rettungsteams mit einem Fahrzeug an das Untersuchungsobjekt herangefahren wurde. Diese zusätzliche Funktion von IPS ermöglicht es, bereits die Fahrt zum Einsatzort für die Vorbereitung zu nutzen. Zukünftig könnte somit bei realen Szenarien das System wesentlich schneller betriebsbereit sein.

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