Fraunhofer als Technologie-Partner für Unterwasser-Monitoring

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1 Fraunhofer als Technologie-Partner für Unterwasser-Monitoring Dr. Hans-Otto Feldhütter Fraunhofer-Gesellschaft Einführung Unterwasser-Fahrzeuge Sensorik Datenverwaltung und visualisierung Erprobung 1

2 Die Fraunhofer-Gesellschaft Standorte in Deutschland Itzehoe Rostock Bremerhaven Hamburg Lübeck Oldenburg Bremen 67 Institute und Forschungseinrichtungen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter Standorte für Unterw as s ertechnik Gelsenkirchen Oberhausen Euskirchen Aachen Sulzbach Duisburg Köln Wachtberg Münster Dortmund Schmallenberg Bonn Sankt Augustin Remagen Frankfurt Karlsruhe Lemgo Paderborn Kassel Hannover Alzenau Aschaffenburg Braunschweig Goslar Göttingen Würzburg Darmstadt Wertheim/ Mannheim St. Ingbert Bronnbach Kaiserslautern Saarbrücken Gießen Wolfsburg Erfurt Potsdam-Golm Magdeburg Halle Bayreuth Sulzbach-Rosenberg Erlangen Nürnberg, Fürth Regensburg Teltow Wildau Cottbus Schkopau Leipzig Leuna Dresden Moritzburg Jena Freiberg Zittau Hermsdorf Chemnitz Ilmenau Coburg Berlin Institut/selbständige Einrichtung sonstiger Standort Pfinztal Ettlingen Stuttgart Esslingen Freiburg Augsburg Weßling Deggendorf Straubing Freising München, Garching Zentrale Kandern Efringen-Kirchen Rosenheim Prien Holzkirchen 2

3 Interdisziplinärer Forschungsverbund Computergraphik Systemtechnik Optik IGD IOF AST IOSB IBMT Sonartechnik Bildverarbeitung Mechatronik 3

4 Bedeutung des Monitorings Monitoring ist Voraussetzung für das Verständnis der Ozeane Ersatz für Augen und Ohren bei UW- Missionen unverzichtbar für sicheren Betrieb von UW- Installationen Für das Monitoring benötigen wir flexible und intelligente Fahrzeuge Unterschiedlichste Sensoren Aufbereitung und Anzeige der erhobenen Daten für den Menschen 4

5 Forschungsschwerpunkte Unterwasserfahrzeuge Modulare Trägersysteme Druckneutrale Elektronik und Sensormodule Systemintegration und Energiemanagement Navigation und Regelung Führungssoftware für autonome und teilautonome Fahrzeuge 5

6 Eigenentwicklung TIETEK pressure balanced electronics buoyancy materials propulsion module vehicle simulation propellers obstacle avoidance pressure balanced battery emergency module payload / sensor development motors 6

7 Druckneutrale Batterietechnik Druckneutrale, kostengünstige Bauweise Tauchtiefe bis 6000m Batteriemanagementsystem (BMS) mit mehreren Sicherheitskonzepten Anpassbar an Kundenfahrzeug (AUV/ROV) Zellen: Lithium-Polymer Energieinhalt: 4,1 kwh Kapazität: 159 Ah Spannung: 25,9 V (21-29,4) Größe: 58 x 25 x 30 cm 3 Gewicht: ~40 kg Druckneutrale Batterie und 600 bar Messkammer am Fraunhofer IBMT Bis zu 64 Batterien in einem Fahrzeug. Laden der Batterie innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs möglich. 7

8 Monitoring von Pipelines Zielstellung: Steigerung der Effizienz Forschungsschwerpunkt: Tracking-System Integrierte Sensordatenfusion zur Vermeidung von Trackverlust (opt. Kamera, Multi Beam Echo Sounder, Side Scan Sonar, Magnetometer) 8

9 Vorstandsprojekt: DeDave Autonomes Unterwasserfahrzeug für die Tiefsee-Exploration Gleichzeitige Nutzung verschiedener Sensoren möglich: Multi Beam Echo Sounder, Sidescanner, Sub Bottom Profiler (Unterschied zu derzeit verfügbaren Systemen) Druckneutrales Design für viele Komponenten Techn. Daten: Tauchtiefe: m Maße: ca. 3,60 m x 0,90 m x 0,45 m Gewicht an Luft: < 700 kg 9

10 Bedeutung von optischen Sensoren Video gehört inzwischen zur Standard-Ausrüstung von UW-Fahrzeugen Video unterstützt bei zahlreichen Aufgaben Räumliche Erfassung der Umgebung Erkennung von Objekten Vermessung Detektion von Leckagen Vergleichsweise preisgünstige Systeme Aber: starke Einflüsse des umgebenden Mediums auf die optischen Signale 10

11 Unterwasser-Bildakquise Wetterbedingungen (sonnig, wolkig) Dämpfung (abhängig von Wellenlänge) Rauschen (Schwebteilchen, Marine Snow) Kaustiken (durch Wellen) Brechung (unterschiedliche Dichte) 11

12 Forschungsthemen der UW-Bildverarbeitung Erster Schritt: Qualitätsverbesserung Entzerrung Farb-Korrektur Entrauschung Nachgeordnete Verfahren 3D-Rekonstruktion Objektverfolgung Objekterkennung (Klassifikation) 12

13 Entfernung BIldintensität Tiefenschätzung aus Trübungshinweisen 13 13

14 Entfernungsabhängige Farbrestauration Originalbild Entfernungsschätzung Farbrestauration 14 14

15 Adaptive Farbkorrektur Original Farbkorrigiert 15

16 3D-Messen unter Wasser mittels Streifenlicht Unterwassermessung Stein-Strukturen Sensor + Komponenten Unterwasser 3D-Messung Unterwassermessung Rohr 3D-Rekonstruktion der Strukturen 16

17 Ultraschall-Messtechnik Alleinstellungsmerkmale Transfer von Forschungsergebnissen aus der Medizintechnik Sehr kompakte Bauweise Hohe Auflösung Druckneutrale Bauweise (bis 6.000m) Sidescan-Sonar und Elektronik (Elektronik integriert in der Rückseite des Sonars) 3-Frequenz Sidescan-Sonar 250 khz, 500 khz,1 MHz ein Mess-System für Übersichts- und Detailmessung Sidescan-Sonar als Payload integriert in Tiefsee-AUV MBES Kompakt-Fächer-Echolot Hochauflösend durch hohe Arbeitsfrequenz von 1 MHz und besonders kurzen Schallpulsen (Bandbreite 80%) System ist frei programmierbar (Integration eigener Datenverarbeitungsroutinen) Modularität: Verschiedene Antennen können an den Beamformer angeschlossen werden. Kompakt- MBES 17 Quelle: DFKI Bremen

18 Beispielmessungen Kompakt-MBES Objekte im z. B. Kugelpyramide (Kugeldurchmesser 50 mm) Messergebnis (Objekte im Abstand 3m) 18

19 Bedeutung der Visualisierung Visualisierung als Schnittstelle zum Menschen Daten bilden Grundlage für die Unterstützung in komplexen Entscheidungssituationen Öffentliche Genehmigungsverfahren Investition in die Erschließung von Bodenschätzen Havarien Teilaufgaben Strukturierung und Filterung der Rohdaten Wahl geeigneter Visualisierungsmethode Darstellung & Unteraktion (von Smartphone über Desktop bis VR) Herausforderungen Datenflut Stark verteilte und heterogene Datenmengen Unterschiedliche Skalen: Messungen/Modelle in Auflösung von cm bis km 19

20 Smart Visual Monitoring 20

21 Verfügbare Unterwasserfahrzeuge Breite Palette an Fahrzeugen Vielfältige Einsatzmöglichkeiten Mess- und Inspektionsaufgaben Exploration Sensorerprobung Vom Flachwasser bis zur Tiefsee 21

22 Test-Infrastruktur bei Fraunhofer Testbecken Ilmenau: 12m x 8m x 3m St. Ingbert: 8m x 6m x 6m Drucktanks (Ilmenau, St. Ingbert) Forschungsschiff Joseph von Fraunhofer, Lübeck 22

23 Fraunhofer als Technologie-Partner Fraunhofer ist technologisch gut für die Herausforderungen zuverlässiger Unterwassertechnik aufgestellt Fraunhofer pflegt enge Kooperation mit der Wirtschaft Mitglied in der GMT e.v. Mitglied Im Subsea Monitoring Network e.v. Mitglied in der Deep See Mining Alliance e.v. Fraunhofer hat großes Interesse am Ausbau der Infrastruktur am Standort Rostock 23

24 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 24