Durchblick im Trüben: Die Universität Rostock entwickelt eine KI-Methode zum Abscannen des Meeresbodens und zur automatischen Erkennung von Gegenständen am Grund.
Bei der Inspektion von Windrädern oder der Suche nach verlorenen Containern in trüben Küstengewässern ist man auf akustische „Bilder“ von Echoloten, so genannten Sonargeräten, angewiesen. Doch die Arbeit am Bildschirm ist anstrengend und zeitraubend. Ein Rostocker Informatik-Team bringt jetzt Computern bei, diese Sonarbilder automatisch zu analysieren. Das Verfahren soll auch dabei helfen, giftige Weltkriegs-Munition am Meeresboden aufzuspüren.
Arbeit macht seekrank
Die Inspektion von Unterwasserbauwerken wie etwa Windradfundamenten oder Trafostationen am Meeresboden kann anstrengend sein. Zwar nutzt man dafür heute ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge, die über Kabel mit einem Schiff verbunden sind. Doch für die Piloten, die diese Remotely Operated Vehicles (ROV) vom Schiff aus steuern, ist das Manövrieren harte Konzentrationsarbeit. Die Bildschirmarbeit ist auch deshalb anstrengend, weil das Schiff und die Kamerabilder im Rhythmus der Wellen schwanken und die Piloten oft in abgedunkelten Räumen arbeiten. Manch einer wird davon seekrank.
Objekte im Trüben durch Sonar erkennen
Ein internationales Team um den Informatiker Sebastian Bader vom Institut für Visual and Analytic Computing der Universität Rostock arbeitet daran, den ROV-Piloten die Arbeit zu erleichtern. Die Gruppe entwickelt Algorithmen, die in Zukunft selbständig Objekte am Meeresgrund erkennen werden. „Das Problem besteht darin, dass man mit einer normalen Kamera in relativ trüben Gewässern wie der Nordsee oder Ostsee nur wenige Meter weit gucken kann“, sagt Sebastian Bader. „Um größere Bereiche zu überblicken, nutzt man daher die Bilder von Sonaren, die den Meeresboden mit Schallimpulsen abtasten und deutlich weiter reichen. Bislang sind Computer aber nicht besonders gut darin, in Sonarbildern Objekte zu erkennen – schon gar nicht in Echtzeit.“
3D-Bild durch Fächerecholote
In der Regel kommen heute für die Unterwasserarbeit Fächerecholote zum Einsatz. Anders als das klassische Echolot der U-Boote aus dem Zweiten Weltkrieg geben diese nicht einzelne Schallimpulse ab, die von Gegenständen in der Tiefe reflektiert werden. Vielmehr schickt ein Fächerecholot zeitgleich mehrere hundert Impulse in verschiedenen Winkeln hinab. Wie mit einem Fächer scannt es dabei nach und nach ganze Streifen des Meeresbodens ab. So entsteht ein 3D-Bild, ein Relief des Meeresbodens. Verschiedene Tiefen werden darin in unterschiedlichen Farben dargestellt. Menschen sind sehr gut darin, in diesen bunten Sonarbildern Gegenstände zu erkennen, die vom Meeresboden aufragen, etwa die Umrisse eines Containers, der über Bord gegangen ist oder das Wrack eines abgestürzten Flugzeugs. Für einen Computer aber ist eine solche Aufnahme zunächst nichts weiter als eine chaotische dreidimensionale Punktwolke. Für Informatiker wie Sebastian Bader besteht die Aufgabe darin, den Algorithmen beizubringen, die verschiedenen Objekte im Sonarbild zu erkennen.
Unterstützung durch KI
Sebastian Bader und sein Team füttern ihre Algorithmen mit den Konstruktionszeichnungen verschiedener Objekte – Trafogehäusen, den Stahlstrukturen von Windradtürmen, mit Netzwerken von Unterwasser-Stromkabeln und vielem mehr. Die Algorithmen sind darauf getrimmt, Wahrscheinlichkeiten zu berechnen. Sie analysieren das Sonarbild, indem sie die vielen eingespeicherten Konstruktionszeichnungen miteinander vergleichen. Sie berechnen, um welchen Gegenstand es sich mit größter Wahrscheinlichkeit handelt.
In den kommenden Monaten sollen die Algorithmen mithilfe weiterer echter Sonaraufnahmen weiterentwickelt werden. Diese Bilder werden im „Digital Ocean Lab“ bei Warnemünde aufgenommen. Beim Digital Ocean Lab handelt es sich um einen Unterwasserpark, in dem verschiedene Gegenstände wie zum Beispiel Natursteine oder Betonringe am Meeresboden installiert sind. Das Fraunhofer-Institut testet hier seine Unterwassertechnik. „Unser Fernziel ist, dass ROVs mithilfe unserer Algorithmen künftig ganz allein Gegenstände unter Wasser entdecken und inspizieren“, sagt Bader. „Im ersten Schritt aber wollen wir die ROV-Piloten bei ihrer anstrengenden Suche nach Gegenständen entlasten.“ Nicht zuletzt bei der Suche nach giftiger Munition aus dem Zweiten Weltkrieg am Grund der Ostsee.
-Pressemitteilung Universität Rostock-
