Such- und Rettungsdrohne dringt in die Baumkronen des Waldes ein

Drohnen können bei der Suche nach Menschen, die in Wäldern verloren oder gestrandet sind, oft schneller und effizienter sein als Überflüge mit Hubschraubern oder Flugzeugen oder Rettungsteams, die über das Gelände laufen. Ihre Wirksamkeit wird jedoch durch die Unfähigkeit der Bordtechnologie begrenzt, visuell in die Baumkronen dichter Bäume einzudringen. Das kann sich bald ändern.

Spezialisierte Such- und Rettungsdrohne, die in den Wald eindringt

Eine Studie von Forschern des Fachbereichs Informatik der Johannes Kepler Universität in Österreich hat ein Drohnen-Such- und Rettungssystem entwickelt, das Waldhindernisse überqueren kann, um bodennahes Gelände auf menschliche Anwesenheit zu scannen. Die Ergebnisse ihrer Tests sind in einem Bericht zu finden, der unter dem informativen (aber beredten) Titel „An Autonomous Drone for Search and Rescue in Forests Using Airborne Optical Sectioning“ veröffentlicht wurde. Sie beschreiben ihren Aufbau eines Systems mit einem unbemannten Fluggerät (UAV), das mit Wärmebildkameras ausgestattet ist. Diese werden mit der integrierten Bildverarbeitungstechnologie gepaart, die Videostreams sofort analysiert, um die vielversprechendsten Suchoptionen basierend auf verfügbaren Bodendaten zu bestimmen und autonom auszuführen.

Grundsätzlich „spezifiziert das System die Röntgenstrahlen“ seines Blicks durch die Bäume, um direkt nach menschlicher Wärme unten zu suchen, und entscheidet dann, was die beste Suchaktion als nächstes ist.

Auf die Gefahr hin, bei der Beschreibung der beteiligten Hardware zu klobig zu werden, verwendete das Team der Johannes Kepler University eine deutsche MikroKopter Okto XL 6S12-Drohne mit Teledyne FLIR und eine Vue Pro-Kamera mit 9 mm Festbrennweite 13,5 µm. (Lass uns eine Pause zum Atmen machen.) Dann hüpften sie auf ein Raspberry Pi 4B System-on-a-Chip und einen Intel Neural Computer Stick 2, zusammen mit anderen Geräten, die ein SixFarb 3G / 4G / LTE-Kommunikationsmodul enthielten – alle montiert auf einem rotierenden Träger. Gimbal, der die Kamera während des Fluges in Bodennähe positioniert.

So funktioniert die Montage: Das System auf dem Chip steuert den Flug der Drohne und steuert ihre Wärmebildkamera. Anschließend werden die aufgenommenen Bilder aus dem Speicher der Kamera heruntergeladen und vorverarbeitet und ein kombiniertes endgültiges Bild der folgenden Elemente erstellt. All dies geschieht innerhalb von Sekunden, während die Drohne weiterfliegt.

Ultraschnelle On-Board-Technologie kommt Bäumen nahe und verarbeitet Bilder, um menschliche Wärmesignaturen zu lokalisieren

Dabei löscht ein von den Forschern entwickelter Computer-Bildgebungsalgorithmus, der als optionales Airborne Sectioning (AOS) bekannt ist, im Wesentlichen die Baumkronen aus den Rohbildern der Wärmebildkamera. Dadurch kann die Drohne den Boden darunter deutlich sehen. Deep-Learning-Klassifizierungsalgorithmen übernehmen die Aufgabe und identifizieren alle Wärmebilder, die menschliche Wärmesignaturen enthüllen.

Das Bordsystem kann zwar durch die Navigationsanweisungen der den Flug überwachenden Notfallmanager gespeist werden, ist aber darauf ausgelegt, auf Basis eigener Bordanalysen autonome Suchentscheidungen zu treffen. Es ist zum Beispiel so programmiert, dass es einen sofortigen zweiten Durchgang über eine Zone durchführt, um anfängliche Messwerte zu überprüfen oder zu entwerten, die auf die Anwesenheit von Personen schließen lassen. Wenn das UAV bestätigt, dass sich Personen unten befinden, sendet das Kommunikationsmodul eine Warnung für Rettungsteams, die zum Standort eilen, indem ein AOS-Wärmebild der erkannten Person verwendet wird; die betreffenden GPS-Koordinaten; und die Vertrauensbewertung des neuronalen Netzes, dass der Standort korrekt ist.

Das AOS-System wurde in 17 Feldversuchen mit Flügen über verschiedene Waldtypen und Wetterbedingungen getestet. In den voreingestellten Flugmodi lag die UAV-Erkennungsrate bei 86% – 30 von 34 spielenden Personen gingen verloren. Bei Einsätzen, bei denen sie im vollautonomen Betrieb belassen wurde, erwiesen sich die eigenen Flugentscheidungen der Rettungsdrohne als perfekt und fanden acht der acht vermissten Personen.

Foto: Oliver Bimber

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