Mit „ARGUS-Augen“

Künstliche Intelligenz revolutioniert Lagebeurteilung für Rettungskräfte bei Flächenbränden.

Langanhaltende Trocken- und Hitzephasen nehmen aufgrund des Klimawandels immer weiter zu. Damit steigt auch die Wahrscheinlichkeit für Wald- und Flächenbrände, die das Leben von Mensch und Tier gefährden. Ein Forschungsteam der Westfälischen Hochschule hat mit ARGUS nun eine hochleistungsfähige Künstliche Intelligenz entwickelt, die die Arbeit von Feuerwehr und Rettungskräften bei der Lagebewertung um ein Vielfaches beschleunigt.

Im Juni 2023 waren in der EU 118.000 Hektar Land von Waldbränden betroffen – damit liegt das Waldbrandgeschehen deutlich über dem europäischen Durchschnitt der vergangenen 17 Jahre. Um die damit einhergehenden materiellen Schäden und Gefahren für das Leben einzudämmen, wird es für Rettungskräfte immer wichtiger, schnell ein verlässliches Bild der Lage zu erhalten. Die Westfälische Hochschule mit dem Team um Professor Dr.-Ing. Hartmut Surmann hat jetzt eine Künstliche Intelligenz (KI) auf Basis einer Gruppe tiefer neuronaler Netze entwickelt, mit der sich Drohnen-Einsätze bei Wald- und Vegetationsbränden deutlich effizienter gestalten lassen. So können die Rettungskräfte nicht nur schnell einen Überblick gewinnen, sondern die Lage auch mit einer bisher nicht dagewesenen Präzision erfassen.

Ausschnitt aus der neuen Lagedarstellung. Zu sehen ist ein Infrarotbild eines Vegetationsbrandes in Viersen, im Hintergrund ist das korrespondierende RGB-Bild zu erkennen. Bild: Hartmut Surmann / Westfälische Hochschule

Für das Training der tiefen neuronalen Netze sammelten die Forschenden in den letzten fünf Jahren gemeinsam mit dem Deutschen Rettungsrobotik-Zentrum sowie den Feuerwehren Dortmund und Viersen bei Übungen und Einsätzen vielfältige Datensätze. Diese wurden zum Trainieren der neuronalen Netze aufbereitet und ermöglichten die Klassifizierung von Feuer, Menschen und einer großen Bandbreite an Fahrzeugen, besonders aus der Vogelperspektive von Aufklärungs-Drohnen.

Das Projektteam lernte auf Basis dieser Daten nicht nur die KI selbst an, sondern entwickelte auch eine webbasierte Benutzerschnittstelle, um diese und die zugrundeliegenden Trainingsdaten sowie die Drohnenaufnahmen nutzbar zu machen. Die Web-App selbst trägt den Namen ARGUS. Der Name ist allerdings nicht an den Namen des 100-äugigen Riesen aus der griechischen Mythologie angelehnt, sondern steht für ARGUS – Aerial Rescue and Geospatial Utility System. Die KI sowie die Anwendung stellen die Forschenden seit diesem Monat als OpenSource System in einer ersten Version über die Plattform github zur Verfügung. Drohnen, die schon jetzt vielfältig bei Feuerwehren zum Einsatz kommen, können so noch zielgerichteter verwendet werden.

Die hohe Effizienz bei der Lageaufklärung wird dadurch erreicht, dass die Drohnen zwar vom Menschen überwacht werden, aber selbständig mit hoher Geschwindigkeit das Einsatzgebiet abfliegen. Während die Drohnen bei einer manuellen, von Menschen gesteuerten Inspektion mit einem Meter pro Sekunde sehr langsam fliegen, erreichen sie im autonomen Betrieb Geschwindigkeiten bis zu zehn Metern pro Sekunde. Dabei produzieren sie sehr große Datenmengen von etwa einem Gigabyte pro Minute mit hohen Bildauflösungen. Menschliche Anwenderinnen und Anwender wären mit der Geschwindigkeit und Detailtiefe der entstandenen Bilder überfordert. Die von dem Forschungsteam sowie den Anwenderinnen und -anwendern entwickelte KI und Methodik unterstützt genau hier: Sie wertet die Bilddaten selbständig aus und bereitet diese für die Einsatzkräfte in Form von Lagekarten im Browser auf.

Aktuell bietet die Software neben der beschriebenen KI und dem Erstellen von Übersichtskarten viele weitere Funktionen, wie beispielsweise das Auslesen von Temperaturen aus Infrarot-Bildern, das interaktive Erkunden von 360°-Fotos, sowie die Möglichkeit, Vorher-Nachher-Vergleiche der Einsatzstelle mit Satellitenbildern zu betrachten. Darüber hinaus lag ein weiteres Augenmerk auf einer möglichst einfachen Bedienung, da die Systeme nicht nur von Fachleuten, sondern auch durch Einsatzkräfte nutzbar sein sollen.

„Das Forschungsteam hat mit ARGUS einen Meilenstein in der Aufklärungsarbeit von Feuerwehr und Rettungskräften erreicht. In den nächsten Jahren werden wir die KI aber noch weiter testen und weiterentwickeln“, so Prof. Dr. Hartmut Surmann. Das Deutsche Rettungsrobotik-Zentrum hat gemeinsam mit der Feuerwehr Dortmund z. B. bereits ein Einsatzfahrzeug, den sogenannten „RobLW“ mit der Software ausgestattet und bietet für weitere Feuerwehren umfangreiche Schulungen an.

Videos von den Möglichkeiten der Drohnen und der Software des Forschungsteams gibt es unter: https://www.youtube.com/@RoblabFhGe.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Westfälische Hochschule
Prof. Dr. Hartmut Surmann
Fachgruppe Informatik I
Leitung Robotiklabor
Tel.: 0209/9596-777
Mail: hartmut.surmann@w-hs.de

Weitere Informationen:

https://www.youtube.com/@RoblabFhGe (Youtube-Kanal des Robotiklabors der Westfälischen Hochschule)
https://www.w-hs.de/pressemedien/nachrichten-lesen/news/detail/News/kuenstliche-… (Presseinformation auf der Website)