Sensordaten- und Informationsfusion

Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie FKIE

Sensordaten- und Informationsfusion
© Fraunhofer FKIE

Kognitive Tools für intelligenten Überblick

Militärische Aufklärungssysteme arbeiten räumlich verteilt und mobil im vernetzten Verbund. Wie kann man sie optimal einsetzen und wie gewinnt man aus den Datenströmen einsatzwichtige Information? Personenströme in der Nähe potenzieller Anschlagsziele sind meist nur eine Menge harmloser Menschen auf dem Weg zur Arbeit oder zum Einkaufen. Wie detektiert man darin eine Anschlagsbedrohung an Tag X? Die beiden Beispiele deuten es an: Angesichts der heutigen Sicherheitsaufgaben stößt der Mensch an die natürlichen Grenzen seines Wahrnehmungsspektrums und seiner Konzentrationsfähigkeit. Er ist auf moderne, multisensorielle Aufklärungssysteme angewiesen, die Sensordaten und Informationen aus Datenbanken auswerten und zu handhabbarem »Wissen« verdichten – sie »fusionieren«. Nur auf diese Weise gewinnen die handelnden Menschen ein umfassendes Situationsbewusstsein und damit eine verlässliche Grundlage für ihre Entscheidungen. Übrigens wird dies zunehmend auch für zivile Entscheidungsträger wichtig. In Zeiten einer asymmetrischen Bedrohung durch terroristische Netzwerke ist man insbesondere im Bereich Innere Sicherheit auf Technologien zur Bedrohungserkennung angewiesen. Der Dual-Use-Charakter der im FKIE entwickelten Anwendungen wird dadurch offenkundig.

Vorgehen

Im Grunde leisten alle Lebewesen Sensordaten- und Informationsfusion. Jeweils auf ihre Art verbinden sie die Eindrücke unterschiedlicher Sinnesorgane mit zuvor erlern­tem Erfahrungswissen und Mitteilungen anderer Lebewesen. Auf diese Weise ver­schaffen sie sich ein »Bild« ihrer Umwelt – die Voraussetzung für situations­gerech­tes Verhalten. Als ingenieurwissenschaftliche Disziplin möchte die Sensordaten- und Informationsfusion diese Verknüpfungsleistung verstehen, automatisieren, durch lei­s­tungsfähige Algorithmen steigern und neuartige Informationsquellen einbeziehen. In anwendungsnahen Forschungsprojekten erarbeiten wir entsprechende Methoden und entwickeln technische Assistenzsysteme für Fusionsaufgaben. Betrachtet werden verteilte Netze unterschiedlichster Sensoren, umfangreiche Datenbanken mit Hintergrundinformation und nicht zuletzt die Interaktion mit Menschen und ihrem Erfahrungswissen. Die aus unseren Arbeiten erwachsenden Fusionssysteme sind gewissermaßen »kognitive Tools«, die die Wahrnehmungsfähigkeit der handelnden Menschen steigern – etwa zum Zwecke der Bedrohungserkennung in Personenströmen.

Das Prinzip »Proof of Concept« kennzeichnet unsere Vorgehensweise: Lösungsansätze werden zunächst theoretisch abgeklopft, in umfangreichen Simulationen untersucht, bewertet und weiterentwickelt, um schließlich als Experimentalsystem aufgebaut zu werden. Typischerweise zielen die Arbeiten auf die Teilnahme an umfassenden Experimenten und Fähigkeitsnachweisen. Experimentalsysteme und praktische Erfahrungen schlagen in vielen Fällen die Brücke zu einsatzrelevanten Lösungen in Zusammenarbeit mit der Industrie.

Kompetenzen

Die Entwicklung von Aufklärungs-, Sicherheits- und sonstigen Assistenzsystemen stellt hohe wissenschaftliche Ansprüche. Stets besteht die wesentliche Aufgabe darin, eine komplexe und dynamische Einsatzumgebung mit ihrem schwer kalkulierbaren Bedrohungsspektrum auf dem Rechner abzubilden und sie auf diese Weise einer computergestützten Auswertung zugänglich zu machen. An der gemeinsamen Schnittstelle zwischen Sensoren, Führungsinformationssystemen und Entscheidungsträgern kommt der Sensordaten- und Informationsfusion dabei die zentrale Schlüsselstellung zu. Die Herausforderung besteht hauptsächlich darin, mit intelligenten mathe­ma­ti­schen Verfahren auch aus ungenauen, unvollständigen, widersprüchlichen oder gar falschen Daten durch Fusion hochwertige Information zu gewinnen und diesen Fusionsprozess durch Methoden der Informationstechnologie effizient zu realisieren. Die Mitarbeiter der Abteilung SDF verfügen dazu über ein tiefgehendes ingenieur- und naturwissenschaftliches sowie mathematisches und informationstechnisches Know-how. Es befähigt sie, die wissenschaftlich-technischen Herausforderungen zu meistern. Sie beherrschen alle theoretischen und anwendungsrelevanten Aspekte der Sensordaten- und Informationsfusion und können sie in praktikable Einzellösungen umsetzen. Über viele Jahre ist überdies die Kompetenz und »kritische Masse« erwachsen, unser Know-how als anwendungsnahe Experimentalsysteme oder in Großexperimenten zu demonstrieren.

Anwendungsfelder

Die Bundeswehr bei der Vernetzten Operationsführung (NetOpFü) zu unterstützen, ist der originäre Anwendungsbereich für die Forschung der Abteilung SDF. Denn Sensornetze und darauf fußende Verfahren der Sensordaten- und Informationsfusion bilden die informationelle Voraussetzung, damit alle an einem Einsatz beteiligten Kräfte ein zeitnahes Lagebild erhalten und infolgedessen sinnvoll abgestimmt handeln können. Ein weiterer Aspekt ist der Schutz von sicherheitskritischen Zugangsbereichen (etwa zu Feldlagern) durch ein »Multi-Personen-Tracking«, das die Detektion von Anomalien, sprich Bedrohungen in Menschenmengen ermöglicht.

Diese Technologie findet zunehmend Anwendung auch im zivilen Kontext. Die terroristischen Anschläge der vergangenen Jahre haben auf drastische Weise gezeigt, dass insbesondere öffentliche Infrastrukturen ein bevorzugtes Ziel asymmetrischer Bedrohungen sein können. Sicherheitsassistenzsysteme, die kontinuierlich und unbemerkt etwa den Personenstrom in Flughafenterminals und Bahnhofsgebäuden analysieren, sind daher eine sinnvolle technische Unterstützung im Bereich Homeland Security. Sie entlasten von ermüdenden Routineprüfungen, sodass sich das Einsatzpersonal auf die individuelle Kontrolle potenzieller Bedrohungsträger konzentrieren kann. Dabei können bestimmte Sensoren durchaus auch ganz neue Wahrnehmungsdimensionen erschließen. Aufgrund von fundierten Bedrohungsszenarien ist beispielsweise der sensorielle Nachweis von flüssigen Explosivstoffen oder von radioaktivem Material eine wichtige Fähigkeit moderner Sicherheitsassistenzsysteme. Ausgehend von ihren wehrtechnischen Ursprüngen zeichnen sich aufgrund der steigenden Verfügbarkeit preiswerter Sensor- und Kommunikationstechnologie zusätzlich auch privatwirtschaftliche Anwendungsdomänen ab, etwa im Off-Shore-Schutz von Windkraftanlagen.

Projekte

Fusion 4 Ground Surveillance – weiträumige Überwachung

Die Überwachung eines komplexen Gesamtgeschehens ist eine Fähigkeit, die auf allen Hierarchieebenen für Entscheidungsprozesse benötigt wird. Die Basis für diese Fähigkeit im Rahmen der Vernetzten Operationsführung (NetOpFü) sind Sensornetze und darauf fußende Verfahren der Sensordaten- und Informationsfusion. Mehr

Security Assistance – Unterstützung für mehr Sicherheit

Um die öffentliche Sicherheit am Einsatzort zu erhalten, ist der Schutz von sicherheitskritischen Bereichen wie etwa der Eingänge von Feldlagern oder ziviler Transportinfrastrukturen von zentraler Bedeutung. Die Einsatzkräfte benötigen dafür verstärkt Unterstützung durch moderne, multisensorielle Aufklärungssysteme. Mehr

MOBIDAR – Mobile Phone Base Station for Passive Radar Surveillance

Mobilfunk-Basisstationen ermöglichen besonders innovative Überwachungstechnologien, da jede Basisstation permanent ein genau definiertes Signal aussendet und damit seine Umgebung gewissermaßen »beleuchtet«. Mehr

Publikationen

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