Zum Schutz vor unberechtigtem Eindringen von Personen, Diebstahl, Kidnapping oder Sabotage und terroristischen Anschlägen müssen zahlreiche Gebäude und Liegenschaften rund um die Uhr streng bewacht werden. Beispiel dafür sind Kraftwerke und Industrieanlagen, aber auch staatliche Einrichtungen und der Wohnsitz potentiell gefährdeter Personen. Technische Unterstützung erhalten die Sicherheitsdienste dabei von fest installierten Kamera- und Sensorsystemen, die nicht nur Beobachtungsaufgaben übernehmen, die sonst mit hohem Personalaufwand von zusätzlichen Sicherheitskräften ausgeführt werden müssten, sondern Dank des Einsatzes von Lichtschranken, Bewegungs- und Geräuschmeldern sowie Thermosensoren weit mehr leisten können als die Augen und Ohren eines Menschen. Diese Systeme haben jedoch einen entscheidenden Nachteil: Es ist damit kaum möglich, ein Gelände bis in den letzten Winkel zu erfassen. Immer wieder gelingt es deshalb Eindringlingen, die „blinden Bereiche“ auszunutzen und das Sicherungssystem unbemerkt zu überlisten.

Weitgehend verhindern lässt sich dies durch den Einsatz eines vom Fraunhofer IITB entwickelten Systems auf Basis mobiler Roboter. Die Roboter sind kleine Elektrofahrzeuge, die im Innen- wie im Außenbereich eines Geländes selbstständig patrouillieren können. Mit einem Laserscanner erfasst jeder Roboter seine Umgebung, erkennt Hindernisse und sucht sich ohne weitere Hilfe eines Menschen seinen Weg entlang derKontrollroute. Bevor solch ein Roboter eigenständig auf Patrouille gehen kann, muss er allerdings zunächst das Einsatzgebiet kennen lernen. Geschehen kann dies über eine Joystick-Steuerung, über die der Roboter durch alle Räume, die er später überwachen soll, navigiert wird. Alternativ dazu kann der Roboter auch zufallgesteuert umherfahren und so nach und nach den Einsatzort selbst erkunden. In beiden Fällen scannt er während der Fahrt die gesamte Umgebung mit einem Laserscanner ab und berechnet aus den Scandaten und den Bewegungsdaten seiner Raddreh- und Gyrosensoren einen Geländeplan mit allen befahrbaren Bereichen. Danach kann diese Karte manuell mit zusätzlichen Informationen ergänzt werden: Bereiche, die der Roboter nicht befahren darf, weil sonst ein Fehlalarm ausgelöst würde, können mit entsprechenden Markierungen versehen werden. Wurde ein Hindernis gescannt, das jedoch nur temporär auf der gewünschten Idealroute abgestellt war, kann es manuell wieder aus der Karte entfernt werden. Der so bearbeitete Geländeplan dient künftig als Datenbasis, mit deren Hilfe der Roboter seinen Standort jederzeit selbst bestimmen kann: Mit dem Laserscanner wird die aktuelle Umgebung erfasst, die Daten werden in Echtzeit mit dem gespeicherten Plan abgeglichen und so die derzeitige Position ermittelt. Dieses Verfahren funktioniert innerhalb von Gebäuden zuverlässig. Da im Außenbereich oft nur unscharfe Konturen gescannt werden können, weil sich beispielsweise ein Busch im Wind bewegt, ist der Roboter mit zusätzlicher Navigationssensorik wie GPS und Kompass ausgestattet. Für den Überwachungsbetrieb lassen sich in der Karte Wegpunkte eingeben, die der Roboter auf seiner Patrouille anfahren soll. Den Pfad zwischen den Punkten berechnet der Roboter selbständig und weicht dabei dynamisch auftauchenden Hindernissen aus.

Je nach Aufgabenstellung kann der Roboter als Plattform genutzt werden, um auf ihm die dafür benötigte Sensortechnik zu installieren. Neben einer normalen Beobachtungskamera wurde der Prototyp am Fraunhofer IITB probeweise auch mit einer 360-Grad-Spezialkamera ausgerüstet. Dank dieser Ausstattung wird es für Personen unmöglich, sich dem Roboter unbemerkt zu nähern. Bei Dämmerung „sieht“ der Roboter die Umgebung zusätzlich über eine tageslichtnahe Infrarotkamera mit aktiver Infrarotbeleuchtung durch zahlreiche Leuchtdioden. Mit Hilfe der Erfassungsdaten eines ebenfalls integrierten Grauwertsensors und einer Thermokamera werden Wärmebilder erstellt, auf denen etwa hinter einem Busch versteckte Personen deutlich zu erkennen sind. Darüberhinaus ist der Prototyp mit einem eigenen Computer ausgestattet. So kann der Roboter auch für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen eine kontinuierliche Funkanbindung an die Steuerzentrale nicht möglich ist. Auch lässt sich ein Greifarm in das System integrieren, der den Roboter in die Lage versetzt, die Rohre einer Chemiefabrik selbstständig zu inspizieren. Mit „Schnüffelsensoren“ lassen sich Lecks finden und mit dem Greifarm Proben für chemische Analysen nehmen. In Kombination mit einem ebenfalls am Fraunhofer IITB entwickelten selbstfliegenden Sensorsystem schließlich könnte er künftig auch Überwachungsaufgaben lösen, bei denen weitläufige Areale sowohl vom Boden als auch aus der Luft untersucht werden müssen. Neben seiner Funktion als mobiles Sensorsystem am Boden dient der Roboter dann auch als Startplattform für das Flugsystem.

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Christian Frey
  • Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB
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