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Drohne hilft bei Hochwasser- und Küstenschutz

GigE-Kamera liefert Echtzeit-Bilder für eine effizientere Notfallrettung

Die Technische Universität Braunschweig entwickelt ein automatisiertes Erkundungssystem zur Unterstützung der Einsatzkräfte im Katastrophenfall. Hauptkomponente ist die Drohne Hugin, mit einer Manta G-917 an Bord. Diese Drohnen sind in der Lage, Daten und Bilder in Echtzeit aus der Luft an ein bodengestütztes System zu liefern, sodass Ersthelfer schnelle und effiziente Entscheidungen treffen können, die sonst nicht möglich wären.

 

Die Herausforderung

Komplexe Situation und Zeitdruck

Starkregenereignisse und Unwetter mit Überschwemmungen haben in den letzten Jahren deutlich zugenommen. Wenn große Mengen Regen in kürzester Zeit fallen, übersteigen die Wassermassen vielerorts die Kapazitäten der Kanalisation und lassen Gewässer ansteigen und über die Ufer treten, oft mit zerstörerischer Kraft und verheerenden Auswirkungen. Dann stehen die Einsatzkräfte vor Ort vor der Aufgabe, die Hilfs- und Schutzmaßnahmen möglichst effizient zu koordinieren. Das betroffene Gelände ist jedoch oft unzugänglich und die Lage unüberschaubar. Echtzeit-Daten und Bilder aus der Luft, ggf. kombiniert mit weiteren Sensordaten z.B. über die Beschaffenheit des Bodens, würden den Einsatzkräften wertvolle Informationen liefern. Sie könnten gezielt dort eingreifen, wo es am meisten Sinn macht.

Anhand der Bilder könnten zudem wichtige Entscheidungen getroffen und Fragen beantwortet werden, wie z. B.: Muss gewarnt werden, sind Sperrungen erforderlich, an welchen Stellen sind Sandsäcke notwendig, und über welche Wege sind diese Regionen überhaupt zugänglich? In Zukunft möchte die Stadtentwässerung Braunschweig das System der TU Braunschweig auch zur Langzeitbeobachtung von Hochwasserschutzmaßnahmen und zur Überprüfung von Prognosemodellen nutzen.

 

Die Lösung

Erkundungssystem mit Luftbildaufnahmen

Die Ingenieure Martin Becker, Simon Batzdorfer und Markus Bobbe vom Institut für Flugführung der Technischen Universität Braunschweig (TUBS) und Jan Schattenberg, Hannes Harms und Julian Schmiemann vom Institut für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge, ebenfalls TUBS, haben sich dieser Thematik angenommen und ein automatisiertes Erkundungssystem entwickelt. Das DLR Raumfahrtmanagement förderte das Projekt der TU-Ingenieure mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie im Umfang von rund einer Million Euro, in dem in Kooperation mit dem Partner AirRobot GmbH & Co. KG aus Arnsberg an einem Explorationssystem gearbeitet wurde. Die Erstellung von Luftaufnahmen in Katastrophengebieten, wie z.B. Überschwemmungsgebieten, durch ein automatisiert fliegendes, unbemanntes Luftfahrzeug (UAV/Drohne) spielt bei dem Erkundungssystem eine bedeutende Rolle. Die Bilder aus der Luft liefert eine Manta-Kamera von Allied Vision an Bord der Drohne „Hugin“.Als Auge dient der Drohne Hugin eine Allied Visions GigE-Vision Kamera Manta G-917. In Kombination mit bodengestützten Systemen können so Informationen über die Situation in den betroffenen Gebieten gesammelt werden, um die Einsatzkräfte vor Ort zu unterstützen.

Die Bedienung des Systems muss im Notfall schnell und intuitiv erfolgen. Damit die Einsatzkräfte möglichst wenig Aufwand bei der Steuerung der Drohne haben, ermittelt das System die Flugbahn basierend auf wenigen Parametern. Der verantwortliche Einsatzleiter kann an der Bodenstation des Systems ganz einfach den Bereich, der beflogen werden soll, wählen. Die Flugplanung ergibt sich dann anhand des Öffnungswinkels der Kamera und der notwendigen Überlappung zur photogrammetrischen Verarbeitung. Die Durchführung und (live) Auswertung erfolgt anschließend automatisiert

Der Nutzen

Überblick und Kontrolle behalten

ährend des Fluges werden, je nach Anwendung, aus Flughöhen von in der Regel 100 m, Einzelbilder gemacht, die dann in der Datenverarbeitung im System zu einem Gesamtbild zusammengefügt werden. Auch wechselnde Lichtverhältnisse sind dank automatischer Belichtungsanpassung handhabbar. Da eine umfassende Bildvorverarbeitung in der Kamera stattfindet (wie z.B. Bildoptimierung, Belichtungskorrektur, Weißabgleich, Farbkorrekturen, Binning, Decimation), werden bereits aussagekräftige, zweidimensionale Bilder an die am Boden befindliche Bodenstation übermittelt. In Katastrophenfällen können Einsatzkräfte die Lage anhand der Aufnahmen schneller und besser einschätzen. Da sie sehen können, an welchen Stellen Schutzmaßnahmen ergriffen oder verstärkt werden müssen, können sie erforderliche Schritte in die Wege leiten.

Im Notfall muss die Bedienung des Systems schnell und intuitiv sein.

Die Kamera: Manta G-917

Hochauflösende GigE Vision-Kamera

Die Kamera enthält einen 1'' Sony ICX814 Sensor mit EXview HAD II Technologie und 9,2 Megapixel Auflösung. Der Sensor zeichnet sich durch hervorragende Bildqualität und hohe Auflösung aus, sodass die generierten Aufnahmen auch Details am Boden erkennen lassen. Entscheidende Kriterien für die Wahl der Kamera waren die vorhandene Ethernet-Schnittstelle und die Global Shutter-Sensortechnologie.

Highlights auf einen Blick

  • Daten und Bilder in Echtzeit ermöglichen schnelle Entscheidungen.

  • Luftbildaufnahmen unterstützen das Rettungsteam am Boden.

  • Die Manta-Kamera liefert informationsreiche, zweidimensionale Bilder.