Fraunhofer Entwickelt Roboter zur Präzisen 3D-Kartierung von Gefahrenzonen

Januar 16, 2025

Das Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie FKIE hat im Rahmen des Projekts »3D-InAus« einen Roboter entwickelt, der mittels LiDAR-Laser Gefahrenzonen erkundet und detaillierte 3D-Karten von Einsatzgebieten erstellt. Der Roboter nutzt gepulstes Licht zur Entfernungsmessung, wodurch ein präzises 3D-Modell der Umgebung entsteht, das Gebäude, Innenräume, Freiflächen und Objekte umfasst. Nutzer können sich in dieser 360-Grad-Visualisierung frei bewegen und die virtuelle Umgebung untersuchen, was eine innovative und genaue Analyse ermöglicht.

Präzise Vermessung mittels LiDAR-Technologie

Im Gegensatz zu bisherigen Systemen, die auf Kamerabildern basieren, erlaubt der LiDAR-Laser eine exakte Vermessung, bei der Entfernungen und Abmessungen bis auf wenige Zentimeter genau ermittelt werden. Der Hardwarekern besteht aus einem LiDAR-Laser auf einem Drehteller, der durch einen rotierenden Spiegel zehnmal pro Sekunde einen Ausschnitt von 16 senkrechten Scheiben abtastet. Insgesamt erzeugt das System dabei 1,3 Millionen Laserimpulse pro Sekunde, die reflektiert und in Entfernungsdaten umgewandelt werden. Diese enorm hohe Anzahl an Erfassungspunkten bildet die Grundlage für eine sehr genaue geometrische Punktwolke, die das Gerüst der vollständigen 3D-Umgebung darstellt und somit für eine realitätsgetreue Darstellung sorgt.

Zusätzlich kommen bis zu sechs Kameras zum Einsatz, deren Bilder genutzt werden, um die Punktwolke einzufärben und dadurch eine noch detailliertere 3D-Darstellung zu gewährleisten. Die Rohdaten aus dem LiDAR-System werden während der Fahrt vorverarbeitet, sodass eine erste Übersicht schnell erstellt werden kann. Die endgültige Visualisierung erfolgt dann stationär im Anschluss an die Datenerfassung, was die Prozessgeschwindigkeit erhöht und die Arbeit effizienter gestaltet. Ein Gelände von 400 × 400 Quadratmetern kann in etwa drei Stunden vollständig kartiert werden, während im beschleunigten Betrieb eine erste Übersicht der Kartierung bereits nach etwa einer Stunde verfügbar ist – ein großer Vorteil für zeitkritische Einsätze.

Anwendungen und Vorteile für die Bundeswehr

Für die Bundeswehr, die das Projekt in Auftrag gegeben hat, ist die 3D-Kartierung besonders wertvoll, da sie komplexe Lagebilder von unbekanntem Gelände oder Gefahrenzonen erstellen kann. Dies ermöglicht eine umfassende Vorbereitung und Planung von Einsätzen sowie den Schutz der Soldatinnen und Soldaten, indem genaue Kenntnisse über das Einsatzgebiet bereitgestellt werden. Durch die präzise Visualisierung potenzieller Gefahrenquellen können Risiken besser eingeschätzt und minimiert werden, was letztlich zu einer gesteigerten Sicherheit und Effizienz der Einsätze führt. Zudem kann das System Daten von Sensoren verarbeiten, die toxische oder radioaktive Substanzen detektieren, und diese in den 3D-Karten darstellen, was eine noch umfangreichere Gefahrenanalyse ermöglicht.

Eine besondere Herausforderung stellt die Erkundung innerhalb von Gebäuden dar, da dort kein GPS-Empfang vorhanden ist, womit viele herkömmliche Systeme an ihre Grenzen stoßen. Hier bietet die innovative Software des Fraunhofer FKIE eine Lösung, indem sie ein virtuelles GPS erzeugt, basierend auf der Kartierung des Geländes und der bekannten Position und Größe des Gebäudes. Diese Technologie ermöglicht es dem Roboter, sich auch in komplexen Innenräumen selbstständig zu bewegen und präzise Karten zu erstellen, was die Einsatzmöglichkeiten erheblich erweitert und die Vielseitigkeit des Systems verdeutlicht.

Vielseitigkeit und Zukunftspotenzial der Technologie

Das Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie, kurz FKIE, hat im Zuge des Projekts »3D-InAus« einen innovativen Roboter konstruiert. Dieser Roboter ist in der Lage, mittels eines LiDAR-Lasers potenzielle Gefahrenzonen zu erkennen und ausführliche 3D-Karten von den untersuchten Gebieten zu erstellen. Dabei nutzt der Roboter gepulstes Licht zur präzisen Entfernungsmessung. Das resultierende 3D-Modell der Umgebung umfasst Gebäude, Innenräume, Freiflächen sowie verschiedene Objekte. Dank der erstellten 360-Grad-Visualisierung können Nutzer sich frei in der virtuellen Umgebung bewegen und diese im Detail untersuchen. Dies ermöglicht eine besonders innovative und exakte Analyse der Einsatzgebiete. Die Technologie bietet potenziell weitreichende Anwendungsmöglichkeiten, unter anderem im Katastrophenmanagement, bei Sicherheitsbehörden oder in der industriellen Inspektion. Durch die detaillierten Visualisierungen können Risiken frühzeitig erkannt und somit präventive Maßnahmen eingeleitet werden.

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