Jedes Jahr suchen Rettungskräfte nach Zehntausenden von Personen, die unter extremen Bedingungen vermisst werden. Aus den Städten betrachtet, scheint unsere technische Leistungsfähigkeit so groß zu sein, dass sie jede Aufgabe bewältigen kann. Man könnte meinen, man nehme ein Dutzend Drohnen, hänge an jede eine Kamera und ein Wärmebildgerät, füge ein neuronales Netzwerk hinzu, und schon findet man jeden innerhalb von 15 Minuten. Doch das ist ganz anders.
Bis heute stoßen Techniken auf viele Einschränkungen, während Rettungsteams riesige Flächen mit Hunderten von Freiwilligen absuchen.
Im vergangenen Jahr startete die Wohltätigkeitsorganisation „System“ das Projekt „Odyssee“, um neue Suchtechnologien für vermisste Personen zu finden. Daran nahmen Hunderte von Ingenieuren und Konstrukteuren teil. Doch selbst technisch versierte und erfahrene Menschen ahnten oft nicht, wie undurchdringlich der Wald für Technologien ist.
Im Jahr 2013 verschwanden in dem Dorf Sinsk in Jakutien zwei kleine Mädchen – Alina Ivanova und Ayanа Vinokurova. Für ihre Suche wurden enorm viele Ressourcen mobilisiert: Hunderte von Freiwilligen, Rettungsteams, Taucher und Drohnen mit Wärmebildkameras wurden eingesetzt. Luftaufnahmen wurden öffentlich zugänglich gemacht, damit alle sie im Internet ansehen konnten. Doch die Kräfte reichten nicht aus. Was mit den Mädchen passiert ist, ist bis heute unbekannt.
Jakutien ist riesig. Wäre es ein eigenständiger Staat, gehörte es zu den zehn größten nach Fläche. Aber auf diesem riesigen Gebiet leben weniger als eine Million Menschen. In dieser endlosen menschenleeren Taiga arbeitete Nikolay Nakhodkin 12 Jahre bei der Rettungsdienst von Jakutien, davon 9 Jahre als Leiter. Wenn die Bedingungen nicht härter sein könnten und Ressourcen knapp sind, muss man sich neue Wege einfallen lassen, um Menschen zu finden. Und wie Nikolay sagt, entstehen Ideen nicht aus einem guten Leben.
Nikolay Nakhodkin
Seit 2010 nutzt der Rettungsdienst von Jakutien Drohnen. Dies ist eine separate Organisation von der Notfallbehörde der Russischen Föderation, die von der Republik selbst finanziert wird. Es gibt keine so strengen Vorschriften für die Ausrüstung, weshalb die Notfallbehörde Drohnen wesentlich später einsetzte. Außerdem gibt es innerhalb des Dienstes eine wissenschaftliche Gruppe, in der technikbegeisterte Ingenieure an der Entwicklung anwendungsbezogener Technologien für Rettungskräfte arbeiten.
„Die bestehenden Suchmethoden, die von den Rettungsdiensten, den Einsatzkräften und anderen Organisationen verwendet werden, haben sich seit den 30er Jahren nicht verändert. Der Suchende folgt den Spuren, der Hund hilft dabei, nicht vom Weg abzukommen“, erzählt Alexander Aitow, der die Forschungsgruppe leitete. „Wenn eine Person nicht gefunden wird, versammelt sich in Jakutien ein ganzes Dorf, zwei, drei. Alle vereinen sich und durchkämmen die Wälder. Jede Stunde ist wichtig, um eine lebende Person zu finden, und die Zeit vergeht schnell. Es ist immer zu wenig. Als die Tragödie in Sinsk geschah, waren viele Menschen und Geräte im Einsatz, aber ohne Ergebnis. Ähnliche Situationen treten in der menschenleeren Taiga auf. Um das zu verbessern, kam die Idee, die vermisste Person nicht als passives Element zu betrachten, sondern ihren eigenen Überlebenswillen und den aktiven Lebensdurst zu nutzen.“
Die Ingenieur-Retter entschieden sich, Rettungslicht- und Schallmarken zu entwickeln – recht große, aber leichte Geräte, die laute Geräusche abgeben und lange leuchten, um sowohl tagsüber als auch nachts Aufmerksamkeit zu erregen. Eine vermisste Person, die zu ihnen kommt, findet Wasser, Kekse und Streichhölzer – und gleichzeitig eine Anleitung, um am Platz zu bleiben und auf die Retter zu warten.
Solche Marken stehen drei Kilometer voneinander entfernt und umringen die ungefähre Suchzone der vermissten Person. Der Ton ist tief, als ob ein Auto brummt – weil hohe Frequenzen im Wald viel schlechter verbreitet werden. Oft dachten die Geretteten, sie würden auf den Klang einer Straße oder eine Gruppe von Touristen stoßen, die bereit ist abzureisen.
Die Marken waren unglaublich einfach. Die Forschungsgruppe hatte bereits mehrere Male elementare, aber geniale Lösungen implementiert.
„Dort wurde beispielsweise ein schwimmender Anzug für die Retter entwickelt. Hose und Jacke sehen aus wie gewöhnliche Arbeitskleidung, aber im Wasser halten sie die Person über Wasser. Um es ganz utilitaristisch zu sagen, ist der Anzug zweilagig. Im Inneren sind Granulate aus Polyurethanschaum eingenäht. Es gibt eine Entwicklung für das Tauchen von Tauchern bei niedrigen Temperaturen. Bei der Ausdehnung von komprimiertem Luft bei Kälte beschlagen die Ventile, und die Person erstickt. Mehrere Institute konnten nicht herausfinden, was damit zu tun ist – sie entwickelten spezielle Materialien, machten elektrische Heizungen und implementierten verschiedene moderne Ansätze.
Unsere Leute haben das Problem für 500 Rubel gelöst. Die kalte Luft, die aus dem Tank kommt (und auch bei -57 Grad in Wasser geht), haben sie durch einen durch einen chinesischen Thermos geschleusten Wärmetauscher geleitet. Die Luft wird erhitzt, die Leute gehen ins Wasser und können dort arbeiten.
Aber die Leuchtfeuer waren zu einfach, es fehlte viele nützliche Funktionen. Während der Suchoperationen musste der Retter regelmäßig enorme Distanzen zurücklegen, um jedes Leuchtfeuer zu überprüfen. Wenn es zehn Leuchtfeuer gibt, muss der Retter also alle 3-4 Stunden 30 km durch die Taiga laufen.
Im Jahr 2018 startete die Wohltätigkeitsstiftung „Sistema“ das Projekt „Odyssee“ – einen Wettbewerb für Teams, die mithilfe neuer Technologien versuchen, neueste Möglichkeiten zur Rettung vermisster Personen in der Wildnis zu finden. Nikolai Nakhodkin und Alexander Aitov entschieden sich zusammen mit Freunden zur Teilnahme – sie nannten ihr Team „Nakhodka“ und brachten ihr einfaches Gerät mit, um es im Wettbewerb mit anderen zu verbessern.
Laut dem Innenministerium sind im Jahr 2017 in Russland fast 84.000 Menschen verschwunden, und die Hälfte von ihnen wurde nicht gefunden. Im Durchschnitt wurden 100 Personen für jede vermisste Person gesucht. Daher wurde die Mission des Wettbewerbs „Odyssee“ formuliert: „Technologien zu schaffen, die helfen, vermisste Personen im Wald ohne Kommunikationsmittel zu finden. Dazu können Geräte, Sensoren, Drohnen, neue Kommunikationsmittel und alles, was Ihre Vorstellungskraft hergibt, gehören.“
„Zu den nicht offensichtlichen Lösungen – oder fantasievollen – kann man ein Luftschiff nennen, das mit einem BiRadar-Lokalisierungssystem ausgestattet ist. Aber das Team hatte kein Prototyp, und sie beschränkten sich nur auf die Präsentation ihrer Idee“, berichtet der Wettbewerbsexperte Maxim Chizhov.
Ein anderes Team entschied sich, einen Seismometer zu verwenden – ein Gerät, das unter den Vibrationen des Bodens menschliche Schritte erkennen und die Richtung zeigen kann, aus der sie kommen. Mit dem Prototyp gelang es sogar, einen Komparsen zu finden, der den "Vermissten" darstellte (wie sie liebevoll von den Teilnehmern genannt wurden), aber das Team kam im Wettbewerb nicht weit.
Bis Juni 2019, nach mehreren Testläufen in den Wäldern der Leningrader, Moskauer und Kaluga-Regionen, traten 19 der besten Teams ins Halbfinale ein. Ihre Aufgabe bestand darin, innerhalb von weniger als 2 Stunden auf einem Areal von 4 Quadratkilometern zwei Statisten zu finden. Einer bewegte sich im Wald, der andere lag an einem Ort. Jedes Team hatte zwei Versuche, um die Person zu finden.
„Unter den Halbfinalisten wollte ein Team einen Schwarm von Drohnen schaffen, der unter den Baumkronen fliegen sollte, gesteuert von künstlicher Intelligenz, die die Bewegungsrichtung bestimmt, um Baumstämme herumfliegt und Ästen und Zweigen ausweicht. Mithilfe von KI würde er die Umgebung analysieren und die Person identifizieren.
Aber diese Lösung ist noch weit davon entfernt, in funktionierender Form umgesetzt zu werden. Ich denke, es wird etwa ein Jahr dauern, bis es zumindest unter Testbedingungen funktioniert“, erzählt Maxim Chizhov.
Die Mannschaft „ALB-Suche“ war nahe am Erfolg. Sie hatten einen Lautsprecher an Bord, der mit dem Funkgerät verbunden war, ein Mikrofon, das die Umgebung hören konnte, eine Kamera und einen Rechner mit KI und einem trainierten neuronalen Netzwerk, das die Bilder der Kamera in Echtzeit verarbeitete, um Personen zu erkennen.
„Der Operator könnte nicht tausende Bilder analysieren, was physisch unmöglich ist, sondern Hunderte oder sogar Einzelne und dann entscheiden: Soll die Route der Drohne geändert werden, wird eine zusätzliche Drohne für die Erkundung benötigt oder soll direkt eine Suchgruppe entsendet werden?"
Aber die meisten Teams stießen auf ähnliche Probleme – die Technologien waren nicht an die Bedingungen des echten Waldes angepasst.
Die Computer Vision, auf die viele angewiesen waren, funktionierte in Park- und Lichtwald-Tests – stellte sich jedoch im dichten Wald als nutzlos heraus.
Die Wärmebildkameras, auf die etwa ein Drittel der Teams hoffte, erwiesen sich ebenfalls als ineffektiv. Im Sommer – und zu diesem Zeitpunkt verschwinden die meisten Menschen – erhitzt sich das Blattwerk so, dass es zu einem massiven heißen Fleck wird. Es ist einfacher, nachts in einem kurzen Zeitfenster zu suchen, aber es gibt trotzdem viele Wärmequellen – erhitzte Baumstümpfe, Tiere und vieles mehr. Eine Kamera könnte helfen, verdächtige Stellen zu überprüfen, aber nachts ist sie wenig nützlich.
Außerdem stellte sich heraus, dass Wärmebildkameras schwer zu beschaffen sind. „Leider sind aufgrund der Einschränkungen, die uns von der EU und anderen Ländern auferlegt wurden, gute Wärmebildkameras in Russland nicht verfügbar“, erzählte Alexei Grishaev vom Team „Verschina“, das auf diese Technologie angewiesen war.
„Die auf dem Markt verfügbaren Wärmebildkameras haben einen digitalen Ausgang mit einer Frequenz von 5-6 Bildern pro Sekunde und einen zusätzlichen analogen Videoausgang mit hoher Bildrate, aber geringer Bildqualität. Schließlich fanden wir eine sehr gute chinesische Wärmebildkamera. Man kann sagen, wir hatten Glück – in Moskau gab es nur eine davon. Aber sie lieferte ein Bild auf einen kleinen Monitor, auf dem nichts zu sehen war.
Die meisten Teams nutzten tatsächlich den Videoausgang. Unser Team konnte das Modell optimieren und ein qualitativ hochwertiges digitales Bild mit einer Frequenz von 30 Bildern pro Sekunde erhalten. Es entstand eine Wärmebildkamera von sehr hohem Niveau. Wahrscheinlich sind nur die Militärmodelle besser.
Aber selbst diese Probleme sind nur der Anfang. In der kurzen Zeit, in der die Drohne über dem Suchgebiet flog, sammelten die Kameras und Wärmebildkameras Zehntausende von Bildern. Sie auf dem Flyover zu übertragen war unmöglich – weder Internet noch Mobilfunkempfang gab es über dem Wald. Daher kehrte die Drohne zum Ausgangspunkt zurück, und die Aufnahmen wurden von ihren Trägersystemen heruntergeladen, was nicht weniger als eine halbe Stunde dauerte, und am Ende erhielten sie so viel Material, dass es physisch unmöglich war, es in weniger als Stunden zu sichten. In dieser Situation verwendete das Team „Verschina“ einen speziellen Algorithmus, der die Bilder hervorhob, in denen Wärmeanomalien entdeckt wurden. Das verkürzte die Datenverarbeitungszeit.
„Wir sahen, dass nicht alle Teams, die zu den Qualifikationstests kamen, verstanden, was Wald ist. Dass sich das Funksignal im Wald anders ausbreitet und relativ schnell verloren geht“, erklärte Maxim Chizhov auf einer Pressekonferenz. „Wir sahen das Erstaunen der Teams, als der Empfang bereits eineinhalb Kilometer vom Startpunkt entfernt abbrach. Für einige war das Fehlen von Internet über dem Wald eine Überraschung. Aber das ist die Realität. Das ist der Wald, in dem Menschen verloren gehen.
Die Technologie auf der Basis von Licht-Ton-Marken zeigte gute Ergebnisse. Vier Teams schafften es ins Finale, von denen drei auf diese Lösung setzten. Darunter ist auch „Nakhodka“ aus Jakutien.
„Als wir diesen Suburbian-Dschungel sahen, wussten wir sofort — mit den Drohnen hat man dort nichts zu suchen. Jedes Werkzeug ist für seine Aufgabe geeignet, und sie sind gut zur Erkundung großer, offener Räume“, sagt Alexander Aitow.
Im Halbfinale bestand das Team nur aus drei Personen, die zu Fuß durch den Wald gingen und Marker im Suchgebiet platzierten. Während viele technische Aufgaben zu lösen hatten, arbeitete Nachodka wie Retter. „Man muss nicht die agrarische Psychologie anwenden, wenn man einfach die Fläche abdeckt. Man muss sich wie ein Retter verhalten, sich in die Lage des Vermissten versetzen, die ungefähre Richtung beachten, in die er gehen könnte, und welche Pfade er nehmen könnte.“
Aber auch die Marker von „Nachodka“ waren zu diesem Zeitpunkt nicht mehr so einfach wie vor einigen Jahren in Jakutien. Mit Hilfe von Stipendien der „Systeme“ entwickelten die Ingenieure des Teams eine Funktechnologie. Jetzt, wenn jemand einen Marker findet, drückt er einen Knopf, die Retter erhalten sofort ein Signal und wissen genau, an welchem Marker der Vermisste auf sie wartet. Die Drohne wird nicht zum Suchen benötigt, sondern um einen Funkrelais in die Luft zu heben und den Radius der Signalübertragung vom Marker zu vergrößern.
Zwei weitere Teams entwickelten auf der Grundlage von akustischen Markern ganze Suchsysteme. Zum Beispiel hat das Team MMS Rescue ein Netzwerk tragbarer Marker geschaffen, bei dem jeder Marker ein Relais ist, was es ermöglicht, das Signal seiner Aktivierung auch bei fehlendem direkten Funkkontakt mit dem Suchhauptquartier zu übertragen.
„Wir sind eine Gruppe von Enthusiasten, die sich zum ersten Mal dieser Aufgabe angenommen hat“, sagen sie. „Wir haben in anderen Bereichen gearbeitet — Technik, IT, wir haben Spezialisten aus dem Weltraumsektor. Wir haben uns getroffen, ein Brainstorming gemacht und beschlossen, eine solche Lösung zu entwickeln. Die Hauptkriterien waren niedrige Kosten und Benutzerfreundlichkeit. Damit Menschen ohne Ausbildung es nutzen können.“
Ein anderes Team – die „Stratonauten“ – konnte mit einer ähnlichen Lösung den Statisten schneller als alle anderen finden. Sie entwickelten eine spezielle Anwendung, die sowohl die Position der Drohne als auch den Standort der Marker und die Position aller Retter verfolgte. Die Drohne, die die Marker lieferte, fungierte auch als Relais für das gesamte System, damit das Signal von den Markern im Wald nicht verloren geht.
„Es war nicht einfach. An einem der Tage sind wir ordentlich nass geworden. Zwei unserer Leute gingen durch das Dickicht in den Wald und merkten, dass das weit entfernt war von einem Picknickausflug. Aber müde und zufrieden kamen sie zurück – schließlich haben wir in beiden Versuchen innerhalb von nur 45 Minuten die Person gefunden“, erzählt Stanislav Jurtschenko von den „Stratonauten“.
„Wir haben mit Hilfe von Drohnen Marker in die Mitte der Zone gebracht, um die größte Abdeckung zu gewährleisten. Bei einem Flug kann die Drohne nur einen Marker transportieren. Das dauert lange – aber es ist schneller als ein Mensch. Wir verwendeten kleine kompakte DJI Mavick-Drohnen – ein Marker hat deren Größe. Das ist das Maximum, was sie tragen kann, aber es bleibt kostengünstig. Natürlich würden wir gerne eine vollständig autonome Lösung finden. Mit KI, damit die Drohne den Wald scannen und Abwurfstellen bestimmen kann. Momentan haben wir einen Operator, und nach einem Kilometer, wenn keine zusätzlichen Hilfsmittel verwendet werden, endet die Verbindung. Deshalb werden wir uns im nächsten Schritt etwas überlegen.“
Aber kein Team fand die hilflose Person, und das Wichtigste ist, dass sie nicht herausfanden, wie man das anstellen könnte. Theoretisch bleiben die Chancen, ihn zu finden, nur für das Team „Verschina“, das es trotz aller Schwierigkeiten schaffte, die Person mit Hilfe einer Wärmebildkamera und einer Kamera zu finden und ins Finale zu kommen.
„Ursprünglich hatten wir die Idee, zwei Drohnen im Flugzeugdesign zu verwenden“, erzählt Alexey Grishayev von „Verschina“, „wir hatten sie für die Bestimmung der Zusammensetzung der Atmosphäre entwickelt, und wir haben immer noch die Aufgabe, eine Allwetter-Drohne zu machen. Wir beschlossen, sie auch in diesem Wettbewerb auszuprobieren. Die Geschwindigkeit jeder beträgt zwischen 90 und 260 km/h. Die hohe Geschwindigkeit und die einzigartigen aerodynamischen Eigenschaften der Drohne ermöglichen die Suche unter allen Wetterbedingungen und erlauben es, das vorgegebene Gebiet schnell zu scannen.“
Der Vorteil solcher Geräte ist, dass sie nicht fallen, wenn der Motor ausfällt, sondern segeln und mit dem Fallschirm landen. Ihr Nachteil ist, dass sie nicht so wendig sind wie Quadrokopter.
Auf dem Hauptdrohnenmodell "Вершины" wurde ein überarbeiteter Infrarotsensor und eine hochauflösende Kamera installiert, während das zweite Modell nur mit einer Kamera ausgestattet ist. An Bord der Hauptdrohne befindet sich ein Mikrocomputer, der mithilfe der von unserem Team entwickelten Software selbstständig Wärmeanomalien erkennt und deren Koordinaten mit detaillierten Bildern von beiden Kameras übermittelt. "So müssen wir das gesamte Material nicht manuell durchsuchen, was für das Verständnis etwa 12.000 Aufnahmen pro Flugstunde entspricht."
Die Technologie des Flugzeugs wurde jedoch erst kürzlich vom Team entwickelt, weshalb es noch viele Probleme gab – mit dem Startsystème, dem Fallschirm und dem Autopiloten. "Wir hatten Angst, ihn zu den Tests mitzunehmen – er könnte einfach abstürzen. Wir wollten technische Schwierigkeiten vermeiden. Daher wählten wir eine klassische Lösung – den DJI Matrice 600 Pro."
Trotz aller Schwierigkeiten, aufgrund derer viele auf Kameras und Wärmebildkameras verzichteten, konnte Вершина einen Statisten finden. Dies erforderte viel Arbeit, zuerst mit dem Wärmebildsensor und dann mit den eigenen Suchmethoden.
Über einen Zeitraum von drei Monaten testete das Team eine Technologie, die es dem Wärmebildsensor ermöglichte, den Boden zwischen den Baumkronen zu scannen. "Es war auch ein Stück Glück erforderlich, denn die Route der Statisten führte durch Wälder, in denen kein Wärmebildsensor etwas sehen würde. Und wenn eine Person erschöpft ist und sich irgendwo unter einem Fichtenbaum setzt – es wird unmöglich sein, sie zu finden.
Von Anfang an haben wir darauf verzichtet, den gesamten Wald mit unseren Drohnen abzusuchen. Stattdessen entschieden wir uns, nach einer Person zu suchen, indem wir über Schneisen, Lichtungen und offene Flächen flogen. Ich bin im Voraus zum Standort gefahren, um das Gebiet zu erkunden, und habe unter Verwendung aller verfügbaren Online-Karten Routen für die Drohnen nur über den Orten erstellt, wo theoretisch eine Person sichtbar sein könnte."
Laut Alexey ist es sehr teuer, mehrere Drohnen in einem Verband zu nutzen (ein Trägersystem mit einer technischen Lösung für die Suche an Bord kostet mehr als 2 Millionen Rubel), aber letztendlich wird es notwendig sein. Er glaubt, dass dies eine Chance bietet, einen reglosen Statisten zu entdecken. "Wir wollten ursprünglich nach einer liegenden Person suchen. Uns schien, dass wir eine bewegliche sowieso finden würden. Und die Teams mit Beacon suchten nur nach beweglichen Personen."
Ich habe Alexander Aitov vom Team „Nachodka“ gefragt, ob sie nicht das Gefühl haben, dass man die statische Person bereits im Voraus begraben hat. Schließlich sind die Marker für ihn nutzlos.
Er dachte nach. Mir schien, dass alle anderen Teams mit Lächeln und Glanz in den Augen über die Lösung technischer Probleme sprachen. Die Jungs von MMS Rescue machten einen Scherz, dass ein abgeworfener Marker direkt auf eine liegende Person fallen könnte. Die „Stratonauten“ räumten ein, dass dies eine äußerst komplexe Überaufgabe ist, für die es bisher keine Ideen gibt. Und der Retter von „Nachodka“ sprach, wie mir schien, mit einer Mischung aus Traurigkeit und Hoffnung:
— In unserem Taiga ist ein Mädchen verschwunden, drei Jahre und fünf Monate alt. Sie verbrachte dort zwölf Tage, und die Suche wurde zehn Tage lang von vielen Menschen durchgeführt. Als sie gefunden wurde, lag sie im Gras, von oben war sie fast nicht zu sehen. Sie wurde nur durch Abtasten gefunden.
Wenn Marker platziert worden wären... mit drei Jahren und fünf Monaten ist ein Kind bereits ausreichend bewusst. Und vielleicht hätte sie sich ihm genähert und den Knopf gedrückt. Ich denke, viele Leben wären gerettet worden.
— Und hat man sie gerettet?
— Ja, sie.
Im Herbst werden die vier verbleibenden Teams in die Region Wologda fahren, und die Aufgabe wird um ein Vielfaches schwieriger — einen Menschen in einem Radius von 10 Kilometern zu finden. Das heißt auf einer Fläche von über 300 Quadratkilometern. Unter Bedingungen, in denen die Drohne eine halbe Stunde fliegen kann, die Sicht durch die Kronen eingeschränkt ist und die Verbindung bereits nach einem Kilometer abbricht. Wie Maxim Chizhov sagt, ist bisher kein Prototyp auf solche Bedingungen vorbereitet, obwohl er glaubt, dass jeder eine Chance hat. Grigori Sergeev, der Vorsitzende des Rettungsteams „Lisa Alert“, fügt hinzu:
„Heute sind wir bereits bereit, einige Technologien aus denen, die wir gesehen haben, einzusetzen, und das wird effektiv sein. Und ich rufe alle Teilnehmer und Nicht-Teilnehmer auf – Jungs, testet die Technologien! Kommt zu uns auf die Suche! Und dann wird es für niemanden ein Geheimnis sein, dass der Wald für Radiosignale undurchdringlich ist und das Wärmebildgerät nicht durch die Kronen sieht. Mein Haupttraum ist es, mit weniger Kräften mehr Menschen zu finden.“
Quelle: habr.com
