Inhalt: Objekterkennung mittels Videoüberwachung
Eugen Pröger / Reinhard Schmidt
Ein Großteil der ca. 340 Schleusenanlagen in der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) wird derzeit über Steuerstände vor Ort im Einmannbetrieb bedient. Um bei geringen Auslastungsgraden die Personalkosten zu reduzieren sollen Schleusen automatisiert und fernbedient werden. Dabei unterscheidet man zwei Varianten:Bei der Fernbedienung werden mehrere Schleusen von einer Zentrale bedient. Der Schleusungsvorgang wird vom Bedienpersonal abgesetzt vom Prozess durchgeführt. Die räumliche Nähe zur Schleuse ist nicht mehr gegeben. Die Beobachtung erfolgt nur noch über Bildschirme.
Bei der Selbstbedienung, der höheren Form der Automatisierung, führt die Schiffsbesatzung die Schleusung eigenverantwortlich aus. Teilabläufe des Vorgangs erfolgen automatisch (zeit- oder Ereignisgesteuert).
Im Zuge dieser Umstellung sind erhöhte Sicherheitsmaßnahmen im Hinblick auf Prozessüberwachung und Objektschutz erforderlich. Alle potentiellen Gefahrenbereiche der Schleuse müssen gleichzeitig und zuverlässig überwacht werden, um den Schleusungsprozess sicher durchführen zu können.
Zusätzliche Gefahren gehen auch von Anlagen aus, die bisher durch das Bedienpersonal mit überwacht wurden. Ein Beispiel hierfür sind bewegliche Brücken in den Vorhafenbereichen der Schleusenanlagen. Diese werden für die Durchfahrt des Schiffsverkehrs gesperrt und verfahren. Hier müssen sowohl die Verkehrsbereiche auf der Brücke (Personen, Fahrzeuge) sowie Bereiche unterhalb der Brücke (Schiffe) überwacht werden.
Aufgabe der FVT ist es daher, unterschiedliche Sensorsysteme für die oben beschriebenen Anwendungen auf ihre Eignung zu prüfen. Da viele Schleusen schon heute zur Unterstützung des Bedienpersonals mit Kameratechnik ausgerüstet sind, ist die Untersuchung eines Bildverarbeitungssystems zur Gefahrenbereichsüberwachung naheliegend.
Das hier getestete System basiert auf der Analyse von Videobildern herkömmlicher Überwachungskameras. Das Videosignal der Kamera wird über einen Videojet in ein TCP/IP-Netzwerk eingespeist und an einen PC weitergeleitet, auf dem die Software zur Bildauswertung läuft. Diese soll mittels mathematischer Algorithmen Objekte in einem definierten Überwachungsbereich erkennen. Da das System auf der Unterscheidung von Graustufen im Bild basiert, können nach Angaben der Herstellerfirma auch andere Kameras (z.B. Wärmebildkameras) verwendet werden.
Die von uns gewählte Bedingung für den Außenversuch sowie die Kameraposition selbst, stelten bewusst extreme Anforderungen an das Überwachungssystem, um an die Grenzen der Verwendbarkeit und sicheren Erkennung zu stoßen.
Bild 1: Störende Reflexionen auf der Wasserfläche
Die Erkennung von Objekten (siehe rote Konturen auf den Bildern) erfolgt durch Auswertung von Bildänderungen. Daher muss das System zwischen der Bewegung eines Objekts (z.B. Schiff, Person) und einer Bildänderung durch äußere Störungen (z.B. sich verändernde Umgebungsbedingungen) unterscheiden können. Die Auswertung erwies sich als besonders unsicher, wenn es zu schnellen Änderungen der Umgebungsbedingungen (z.B. schneller Bewölkungswechsel, Einschalten von Lichtquellen in der Dunkelheit, Verwirbelungen der Wasseroberfläche durch Schleusenverlustwasser oder Schraubenstrahl von Schiffen) kam.
Bild 2: Unvollständig erkanntes Motorgüterschiff
Bild 3: Fast vollständig erkanntes Sportboot
Weitere Schwächen waren die nicht immer vollständige Erkennung größerer Objekte und das nur kurzzeitige Erkennen stehender Objekte (z.B. liegen gebliebene Boote). Dies ist gerade bei der Überwachung sicherheitsrelevanter Bereiche (z.B. Bewegungsbereich von Schleusentoren) sehr problematisch.
Während der Versuche wurde die Auswertesoftware vom Anbieter des Systems speziell für die Bedingungen auf bewegten Wasseroberflächen optimiert. Dies führte z.B. durch
- Eliminierung von Eigenreflexionen der Kameraoptik
- Erkennen stehender Objekte
- Konturerkennung der Objekte
- Eliminierung von Störungen durch Wellen und Schaumkronen
zur Erhöhung der Zuverlässigkeit.
Trotzdem ist das Sensorsystem für den Einsatz an sicherheitsrelevanten Gefahrenbereichen auf bewegten Wasseroberflächen im getesteten Entwicklungsstand noch nicht zuverlässig genug. Es stellt jedoch eine interessante Alternative für den Objektschutz dar.
Es ist damit zu rechnen, dass Bildverarbeitungssysteme durch Steigerung der Rechnerleistung und Verbesserung der Software in Zukunft noch erheblich leistungsfähiger werden. Der Einsatz in der WSV ist dann durchaus denkbar, zumal die benötigte Kameratechnik oft schon vorhanden ist. Die FVT wird die Entwicklungen auf diesem Gebiet weiterhin verfolgen.
Bildnachweis: FVT