Im Projekt MUSERO wird die teleoperierte Erkundung von CBRN-Gefahrenlagen erforscht. Ziel ist es, eine möglichst autonome und gefahrlose Erkundung innerhalb von Krisenszenarien und Gefahrensituationen zu ermöglichen, indem einzelne stoffspezifische Sensoriken zu einem vernetzten Sensorsystem für eine umfassende Lageaufklärung zusammengeführt werden.
Kurzbeschreibung
Im operativen Einsatz stellt die Lokalisierung möglicher Gefahrstoffquellen eine große Herausforderung dar. Im Projekt MUSERO wird unter anderem die Fusion multispektraler Kamerabilder mit laserspektroskopischen Messdaten betrachtet, um per Anomaliedetektion interessante Hotspots zu identifizieren.
Anwendungen
Teleoperierte robotische Aufklärung von CBRN Gefahrenlagen mit dem Fokus auf Oberflächenkontaminationen
Schutz von Einsatzkräften (Analytischen Task Forces) und Bevölkerung bei CBRN Ereignissen
Verbesserte Gefahrenabwehr durch schnelle Lokalisierung von Gefahrenstoffen
Daten und Fakten
ca. 10 m Detektionsabstand vom Fahrzeug bei Schrittgeschwindigkeit
Field of View: 13° X 10°
Über 600 000 im Rahmen des Projekts aufgezeichnete 16 bit Multispektralbilder
Hintergrund
In einer sich ständig weiterentwickelnden technologischen Landschaft ist der Schutz von Mensch und Umwelt vor Gefahrenstoffen von großer Bedeutung. Robotergesteuerte Fahrzeuge können Strecken befahren, die für menschliche Fahrer nicht vertretbare Risiken bergen, wie beispielsweise in Kriegsgebieten oder in unwegsamem Gelände. Bei zusätzlichem Eintreten einer biologischen oder chemischen Gefahrenlage durch vorsätzliche oder fahrlässige Freisetzung sind schwerwiegende Folgen für die Gesundheit der Einsatzkräfte, Bevölkerung und alle Bereiche der Gesellschaft nicht auszuschließen.
Jedoch haben traditionelle CBRN-Spür- und Messgeräte ihre Grenzen. Eine umfassende Lageaufklärung erfordert wesentlich komplexere, stoffspezifische Sensoriken, mit denen zusätzlich die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Umgebung erfasst werden können, insbesondere wenn es darum geht, das Personal vor möglicher Kontamination zu schützen und die Ressourcen effizient zu nutzen. Voraussetzung für die Einsatzfähigkeit solcher zukünftiger Messsysteme ist ein hoher Automatisierungsgrad, der erst durch die Entwicklung von intelligenten, miteinander vernetzten Sensorsystemen erzielt werden kann.
Forschungszielsetzung MUSERO
Berührungslose Gefahrstofflokalisierung mit Hilfe von (laser-) optischer Technologien
Moderne optische Technologie für eine sichere Zukunft: Intelligente Aufklärungssensorik, Datenintegration und automatisierte Bewertung mittels KI-Methoden
Unser Ziel im Projekt MUSERO ist es, diese Herausforderungen durch die Verknüpfung modernster (laser-) optischer Technologie mit fortschrittlichen KI-Datenanalyse-methoden zu adressieren. Hierbei dient die teleoperierte robotische Plattform SHERP, welche u.a. für die Lieferung von Hilfsgütern in Krisengebieten konzipiert wurde, als Demonstrationsplattform.
Der Bedarf an unterschiedlicher Sensortechnologien wird im Projekt beispielhaft durch die Kombination von optischer Multispektralsensorik und Stand-Off Laserspektroskopie adressiert. Dadurch können spektrale Signaturen vom UV- bis in den thermalen Spektralbereich erfasst und mit den selektiven Spektroskopiedaten fusioniert werden. Diese Verknüpfung soll zukünftig nicht nur eine verbesserte Lokalisierung von Gefahrenstellen ermöglichen, sondern auch die automatisierte Gewinnung erster Informationen für eine automatisierte Bewertung der gesammelten Messdaten. Auf diese Weise kann für Einsatzkräfte zusätzlich eine berührungslose stoffspezifische Detektion von chemischen und biologischen Kontaminationen in Krisen- und Gefahrenlagen realisiert werden. Dies führt zu einer schnelleren Erkennung potenzieller Gefahren und einer frühzeitigen Einleitung gezielter Gegenmaßnahmen, ohne das Personal zu gefährden.
Anwendungsgebiete und mögliche Plattformen für das MUSERO-System
Bereits mit Beginn des Projekts wird ein intensiver Austausch mit behördlichen Instanzen sowie Rettungskräften und Feuerwehren angestrebt. Neben der Anwendung im Rahmen der Gefahrenabwehr sind zudem die Umweltüberwachung in der Nähe von potentiellen, nicht manifestierten Freisetzungsquellen (bspw. Chemiekomplexe) sowie die dynamische Messdatenerfassung im Umfeld von gefahrträchtigen Anlagen zu sehen. Exemplarisch dient hier der Versuchsbetrieb des DLR-Geländes in Lampoldshausen
Wissenschaftliche Arbeitsziele
Innerhalb des MUSERO Projekts werden die folgenden thematischen Schwerpunkte und wissenschaftlichen Arbeitsziele adressiert:
Anwendungsorientierter Ablauf
Von der Lokalisierung von Gefahrstoffen bis zur visuell aufbereiteten Auswertung spektroskopischer Informationen
Odometriegestützte (Laser-) Spektroskopie für eine präzise Lokalisierung von Gefahrstoffen entlang eines zurückgelegten Pfads
Ortsbezogene Analysen mit dem Ziel einer flächengenaue Gefahrstoffquellenkartierung
Betrachtung und Bewertung von Technologien für die berührungslose Detektion von großflächigen CBE Kontaminationen auf Oberflächen
Anwendungsnahe Weiterentwicklung vorhandener (laser-) optischer Sensortechnologien und Steigerung des Automatisierungsgrades der spektroskopischen, stoffspezifischen Sensoriken
Datenfusion
Fusionierung und Vernetzung von optischen kamerabasierten Daten mit laserspektroskopischen Messdaten
KI-Datenanalyse, unter anderem basierend auf der Anomaliedetektion zur Lokalisierung von sogenannten "Hotspots" bzw. CBE Gefahrenquellen
Visualisierung und Erprobung
Erste Visualisierungskonzepte zur Aufbereitung und Darstellung der georeferenzierten, spektroskopischen Informationen
Erprobung und Demonstration des Systems durch Befahren typischer Einsatzstrecken und in praktischen Betriebsumgebungen, u.a. im Rahmen des gewöhnlichen Versuchsbetriebs in Lampoldshausen
Innovationsgehalt
Präzise Erfassung spektraler Signaturen und Positionsdaten, auch unter variablen Umgebungsbedingungen mit unterschiedlichen (laser-) optischen Sensortechnologien
Verknüpfung der spektralen und odometrischen Informationen zur berührungslosen Lokalisierung von CBRN-Gefahrenstellen bzw. Gefahrstoffnachweis, einschließlich Bewertung des Mehrwerts durch die Verknüpfung von (laser-) optischen Sensoriken
KI- bzw. ML-basierte Datenfusion und -analyse für eine automatisierte Lagebewertung unter Berücksichtigung von Möglichkeiten zur Detektion potentiellen Gefahrstoffen und unbekannten Substanzen
Visualisierung der Ergebnisse und Bestimmung der Zuverlässigkeit und Vertrauenswürdigkeit der Messergebnisse, bis hin zu einem intelligenten Sensorsystem für automatisierte und autonome Anwendungen
