INDUSTRIELLE AUTOMATION 6/2021

01 ZUM SCHUTZ VON

01 ZUM SCHUTZ VON MENSCH, NATUR UND KULTUR ZUVERLÄSSIGE WALDBRANDFRÜHERKENNUNG Der portugiesische Ferienort Sintra ist von einer besonderen Kulturlandschaft umgeben. Um diese zu schützen, wird auf dem Nationalpalast Pena ein Waldbrandfrüherkennungssystem eingesetzt. Die Grundlagen dafür entstanden aus einer Kooperation mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Lesen Sie eine spannende Geschichte über das perfekte Zusammenspiel von optischen Sensoren, Industriekameras und einem Erkennungsalgorithmus. Nicht zuletzt wegen seines malerischen Naturparks und den teilweise jahrhundertealten Palästen ist die portugiesische Kleinstadt Sintra ein beliebter Touristenort. 1995 ernannte die UNESCO den Ort daher auch zum Weltkulturerbe. Besonders schwer wiegt da die Gefahr durch Waldbrände. Schon seit vielen Jahren ist in Sintra deswegen auf dem Nationalpalast Pena (Aufmacher) ein System zur Früherkennung von Waldbränden installiert. Denn die zeitige Entdeckung, genaue Lokalisierung und gegebenenfalls direkte Alarmweiterleitung sind entscheidend, um Katastrophen zu verhindern. Zum Einsatz kommt das Früherkennungssystem IQ FireWatch des Unternehmens IQ wireless. Im Januar 2019 wurde das Überwachungssystem erneuert und mit drei Industriekameras von Baumer ausgestattet. Die Kombination aus Monochromund Farbkamera sowie einer Kamera mit besonders hoher Nahinfrarotempfindlichkeit (NIR) sorgt für einen Überwachungsradius von mindestens km, bei guten Wetterbedingungen sogar bis zu 60 km. Noch vor Ort im Überwachungsturm werten ein merkmalbasierter Algorithmus und eine KI die Bilddaten der Kameras aus und alarmieren im Verdachtsfall innerhalb von ca. drei Minuten einen Operator, der dann über das weitere Vorgehen 01 Drei Industriekameras von Baumer verbergen sich in einer Schwenk- und Neigeeinheit 36 INDUSTRIELLE AUTOMATION 2021/06 www.industrielle-automation.net

SENSORIK UND MESSTECHNIK entscheidet. Das harmonische Zusammenspiel zwischen Kameras und Erkennungsalgorithmus ermöglicht es, Waldbrände schon kurz nach ihrer Entstehung zu erkennen und das Risiko von Fehlalarmen zu minimieren. PRÄZISE BILDAUFNAHMEN AUF DER GANZEN WELT Sintra ist mit dem Einsatz des modernen Früherkennungssystems nicht allein. Rund 350 IQ FireWatch Systeme sind weltweit im Einsatz, von Brandenburg bis Kalifornien. Mit den unterschiedlichen Wetterbedingungen gehen besondere Ansprüche an die Hardware einher – gerade an wärmeren Orten wie Portugal oder dem Westen der USA kann Hitze Kameras zu schaffen machen. Ein Ausfall wäre das schlimmste Szenario. Der hohe Temperatureinsatzbereich der Kameras VCXG-24M (Monochrom), VCXG-24C (Farbe) und VCXG-22M.R (NIR) war also ein wichtiger Entscheidungsgrund: „Bei unseren Komponenten legen wir Wert auf eine lange Lebensdauer von mindestens zehn Jahren“, sagt Dr. Kurt Winter, Geschäftsführer von IQ wireless. „Wenn man sich ständig am Rand der Toleranzen bewegt, setzt man das aufs Spiel. Dass die Baumer Kameras bis zu Temperatuten von 65 °C (statt wie üblich 50 °C) funktionieren, war für uns daher ein erhebliches Argument.“ In mehreren Versuchen zeigte sich, dass die Kameras von Baumer im Vergleich zu anderen Herstellern eindeutig rauschfreiere Bilder mit einem sehr hohen Dynamikumfang lieferten. Dadurch wurde die Erkennung durch das Softwaresystem deutlich genauer und fehlerresistenter. Gleichzeitig können die Kameras dank umlaufender M3-Befestigung beliebig montiert werden – für bergige Regionen ist z. B. eine um 90° Grad gedrehte mögliche Montage vorteilhaft. „Da passt einfach das Zusammenspiel von Hardware und Software“, so Winter. „Und mithilfe des Software Development Kits Baumer Gapi konnten wir die Kameras sehr komfortabel in unser bestehendes System integrieren.“ MERKMALBASIERTER ALGORITHMUS KOMBINIERT MIT KI Für eine 360°-Erfassung werden in Sintra derzeit zwischen vier bis sechs Minuten am Tag und rund zwölf Minuten in der Nacht benötigt. Die drei Kameras sind dazu auf einer Turmspitze des Nationalpalastes in einer Schwenk-Neigeeinheit installiert und arbeiten nach dem Prinzip verteilter Rollen zusammen: Die Monochrom- Kamera übernimmt die Sichtung auf große Reichweiten, die Kamera mit hoher NIR-Empfindlichkeit kommt insbesondere bei schlechten Lichtverhältnissen und in der Nacht zum Einsatz. Die Bilder der Farbkamera dienen aktuell dem Operator als zusätzliche Orientierungshilfe bei der Entscheidung, ob es sich bei einer HEUTE DECKEN ÜBER 300 IQ FIREWATCH-SENSOREN INSGESAMT 6 MILLIONEN HEKTAR AUF VIER VERSCHIEDENEN KONTINENTEN ZUVERLÄSSIG AB Meldung wirklich um einen Brand handelt. Zukünftig werden aber auch ihre Daten in die automatisierte Detektion eingebunden. Die Verarbeitungseinheit nutzt einen merkmalbasierten Algorithmus, um die unterschiedlichen Eigenschaften von Rauch, Wolken und Nebel voneinander zu trennen und so eine Unterscheidung zu ermöglichen. Die Kombination mit einer KI in Form eines neuronalen Netzes, das ständig mit neuem Wissen und Daten trainiert wird, erhöht die Genauigkeit der Erkennung weiter. Erst wenn die Verarbeitungseinheit mit hoher Sicherheit www.industrielle-automation.net INDUSTRIELLE AUTOMATION 2021/06 37