Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGDDer steigende Einsatz von Drohnen erfordert klare Regeln im deutschen Luftraum, und Flugverbotszonen sind eine wichtige Voraussetzung, um unbemannte Luftfahrzeugsysteme sicher und fair zu integrieren. Hochpräzise Geodaten helfen dabei, die Flugverbotszonen automatisiert zu erfassen und auszuweisen, deshalb startete im Mai 2020 das Projekt fAIRport – das Fraunhofer IGD liefert dazu seine Expertise in den Bereichen Objekterkennung, Geodatenvisualisierung und künstliche Intelligenz.
Stellen Sie sich vor: Drohnen ersetzen künftig gefährliche Hubschraubereinsätze bei Kontroll- und Wartungsflügen an Hochspannungstrassen oder Pipelines. Sie beschleunigen, Medikamente, Organe oder Blutkonserven zu transportieren. Der Einsatz von Drohnen bei Rettungseinsätzen könnte sogar Leben retten! Und erst die Perspektiven für den Klimaschutz: CO2-Emissionen ließen sich erheblich reduzieren. Damit diese Visionen bald real werden, bedarf es einer Lösung, um die unbemannten Flugobjekte in den regulierten deutschen Luftraum zu integrieren. Drohnenpilotinnen und Drohnenpiloten müssen auch ohne Sichtkontakt mit ihrem Objekt sichergehen können, dass sich dieses nur in genehmigten Luftbereichen aufhält.
Flugverbotszonen mit künstlicher Intelligenz ausweisen
Die DFS Deutsche Flugsicherung GmbH möchte Drohnenpiloten künftig einen hochqualitativen Geodatensatz für Drohnenflugverbotszonen bereitstellen, und zwar über das Traffic-Management-System für die unbemannte Luftfahrt (UTM-System) der DFS-Tochter Droniq. Als Flugverbotszonen definiert sind beispielsweise Windkraftanlagen, Schienen- und Straßennetze, Industrieanlagen, aber auch Orte mit möglichen Menschenansammlungen wie Campingplätze. Dafür entwickelt das Fraunhofer IGD ein Verfahren auf Basis künstlicher Intelligenz, das in hochauflösenden Satellitenbildern Geländemerkmale erkennt, die nicht kartographiert sind, aber Drohnenflugverbotszonen bedingen. Methoden des maschinellen Sehens und Lernens sind in der Lage, solche Strukturen zuverlässig zu erkennen, korrekt zu klassifizieren und weitere relevante Informationen zu hinterlegen. Hierfür werden künstliche neuronale Netzwerke verwendet, um die 2D-Pose von Objekten auf Satellitenbildern zu detektieren und anschließend zu bestimmen. »Wir sind zum Beispiel inzwischen in der Lage, anhand des Schattenwurfs zu ermitteln, wie hoch ein Windrad exakt ist«, erläutert Projektleiter Mohamad Albadawi. In den nächsten Entwicklungsschritten trainiert er zusammen mit seinem Team die künstlichen neuronalen Netzwerke unter anderem darauf, weitere relevante Merkmale zu identifizieren – beispielsweise Hubschrauberlandeplätze.
Umfassende Daten ermöglichen, Drohnen sicher fliegen zu lassen
Ziel des Projekts ist es, bis 2023 eine auf offenen Standards basierende Geodatenplattform bereitzustellen – betrieben von wetransform, einem Spin-off des Fraunhofer IGD. Über eine Behördenschnittstelle können Kommunen integrierte Daten und Informationen ergänzen, die zu temporären Flugverbotszonen führen wie im Fall von Menschenansammlungen, Märkten oder Konzerten. Dabei überprüft und aktualisiert die Geodatenplattform bereits vorhandene flugrelevante Geodaten laufend, sodass sie nicht nur die Datenbasis für Drohnenflüge bereitstellt, sondern auch einen positiven Beitrag zur Luftraum- und Verfahrensplanung leistet und den Luftverkehr sicherer macht. Das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) fördert das Projekt fAIRport mit 1.205.000 Euro im Rahmen der Forschungsinitiative mFUND (Modernitätsfonds).