Jedes Jahr suchen Retter nach Zehntausenden von vermissten Personen in der Wildnis. Aus urbaner Sicht erscheint unsere technologische Kapazität so überwältigend, dass sie jede Herausforderung bewältigen kann. Man denkt sich, nimm einfach ein Dutzend Drohnen, statte jede mit Kamera und Wärmebildkamera aus, füge ein neuronales Netz hinzu und voilà — jeder kann innerhalb von 15 Minuten gefunden werden. Aber so einfach ist es nicht.
Bislang stoßen Technologien auf eine Reihe von Einschränkungen, während Rettungsteams riesige Flächen mit Hunderten von Freiwilligen durchkämmen.
Im vergangenen Jahr initiierte die gemeinnützige Stiftung "System" das Projekt "Odyssee", um neue Technologien zur Menschenrettung zu finden. Hunderte von Ingenieuren und Konstrukteuren nahmen daran teil. Doch selbst technisch versierte und erfahrene Personen ahnten manchmal nicht, wie durchdringend der Wald für Technologien ist.
Im Jahr 2013 verschwanden im Dorf Syinsk in Jakutien zwei kleine Mädchen – Alina Ivanova und Ayana Vinokurova. Um sie zu finden, wurden immense Kräfte mobilisiert: Hundert Freiwillige, Rettungsteams, Taucher und Drohnen mit Wärmebildkameras wurden eingesetzt. Luftaufnahmen wurden öffentlich zugänglich gemacht, damit die Videos im Internet von allen angesehen werden konnten. Doch die Mittel reichten nicht aus. Was mit den Mädchen geschehen ist, ist bis heute unbekannt.
Jakutien ist riesig. Wäre es ein eigenständiger Staat, würde es zu den zehn größten nach Fläche gehören. Doch auf diesem gewaltigen Gebiet leben weniger als eine Million Menschen. In dieser endlosen menschenleeren Taiga arbeitete Nikolai Nachodkin 12 Jahre lang beim Rettungsdienst von Jakutien, davon 9 Jahre als Leiter. Wenn die Bedingungen härter nicht sein könnten und die Ressourcen knapp sind, muss man neue Wege finden, um Menschen zu suchen. Und wie Nikolai sagt, entstehen Ideen nicht aus einer guten Situation heraus.
Nikolai Nachodkin
Seit 2010 nutzt der Rettungsdienst Jakutiens Drohnen. Dies ist eine von der RF EMERCOM unabhängige Organisation, die von der Republik selbst finanziert wird. Dort gibt es nicht die strengen Vorschriften bezüglich der Ausrüstung wie bei der EMERCOM, weshalb Drohnen dort wesentlich später zum Einsatz kamen. Zudem gibt es innerhalb des Dienstes eine wissenschaftliche Gruppe, in der enthusiastische Ingenieure an der Entwicklung praktischer Technologien für die Rettungskräfte arbeiten.
„Die bestehenden Suchmethoden, die von den Notdiensten, Rettungsdiensten und verschiedenen Sicherheitsbehörden angewendet werden, haben sich seit den 30er Jahren nicht verändert. Der Suchende folgt der Spur, der Hund hilft, nicht vom Weg abzukommen“, erzählt Alexander Aitov, der Leiter der wissenschaftlichen Gruppe. „Wenn eine Person nicht gefunden wird, erhebt sich in Jakutien ein ganzes Dorf, zwei oder drei. Alle vereinen sich und durchkämmen die Wälder. Für die Suche nach einer lebenden Person ist jede Stunde entscheidend, und die Zeit vergeht schnell. Sie ist immer knapp. Bei der Tragödie in Sinsk waren viele Menschen und Geräte im Einsatz, aber ohne Ergebnis. Ähnliche Situationen treten bei Suchaktionen in verlassenen Taiga-Gebieten auf. Um dies zu verbessern, entstand die Idee, die vermisste Person nicht als passives Element zu betrachten, sondern ihre eigene Überlebensdrang und aktive Lebenslust zu nutzen.“
Die Ingenieur-Retter haben beschlossen, Rettungslicht- und akustische Signale zu sammeln – ziemlich große, aber leichte Vorrichtungen, die einen lauten Ton ausgeben 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 ruhig zu bleiben und auf die Retter zu warten.
Diese Bojen stehen drei Kilometer voneinander entfernt und umreißen den ungefähren Suchbereich für Vermisste. Sie erzeugen einen tiefen Klang, der wie das Dröhnen eines Fahrzeugs klingt — denn hohe Frequenzen verbreiten sich im Wald viel schlechter. Oft dachten die Geretteten, sie würden dem Geräusch einer Straße oder einer Gruppe von Touristen folgen, die sich zum Abfahren bereit macht.
Die Bojen waren unglaublich einfach. Das wissenschaftliche Team hat bereits mehrfach elementare, aber geniale Lösungen implementiert.
„Dort wurde beispielsweise ein schwimmender Anzug für Retter entwickelt. Hose und Jacke sehen aus wie gewöhnliche Arbeitskleidung, aber im Wasser halten sie eine Person über Wasser. Um ganz praktisch zu sein, ist der Anzug zweischichtig. Innen sind Granulate aus Polyurethan eingenäht. Es gibt eine Entwicklung für die Taucher bei niedrigen Temperaturen. Beim Ausdehnen von komprimierter Luft in der Kälte beschlagen die Ventile mit Frost, und die Person erstickt. Mehrere Institute konnten sich nicht einig werden, wie man damit umgehen soll — sie entwickelten spezielle Materialien, machten Elektroheizung, implementierten verschiedene moderne Ansätze.
Unser Team hat das Problem für 500 Rubel gelöst. Die kalte Luft, die aus dem Zylinder kommt (und auch bei -57 Grad ins Wasser geht), wurde durch einen Wärmetauscher geleitet, der durch eine chinesische Thermoskanne führte. Die Luft wird erwärmt, die Menschen gehen ins Wasser und können dort arbeiten.
Die Leuchttürme waren jedoch zu einfach und es fehlte ihnen an vielen nützlichen Funktionen. Während der Suchoperationen musste der Rettungssanitäter regelmäßig enorme Strecken zurücklegen, um jeden Leuchtturm zu überprüfen. Wenn es zehn Leuchttürme gibt, muss der Rettungssanitäter alle 3-4 Stunden 30 km durch die Taiga laufen.
Im Jahr 2018 startete die gemeinnützige Stiftung 'System' das Projekt 'Odyssee' – einen Wettbewerb für Teams, die mit Hilfe neuer Technologien versuchen, neuartige Wege zur Rettung vermisster Personen in der Wildnis zu finden. Nikolai Nachodkin und Alexander Aitov beschlossen mit Freunden, teilzunehmen – sie nannten ihr Team 'Nachodka' und brachten ihr einfaches Gerät mit, um es im Wettbewerb mit anderen zu verbessern.
Laut dem Innenministerium sind 2017 in Russland fast 84.000 Menschen verschwunden, und die Hälfte von ihnen wurde nicht gefunden. Im Durchschnitt suchten hundert Personen nach jedem Vermissten. Daher besteht die Mission des Wettbewerbs "Odyssee" darin, "Technologien zu schaffen, die helfen, vermisste Personen im Wald ohne Kommunikationsquellen zu finden. Dies können Geräte, Sensoren, Drohnen, neue Kommunikationsmittel und alles sein, was Ihre Vorstellungskraft zulässt."
"Unter den nicht offensichtlichen Lösungen – oder fantastischen Ideen – kann man ein Luftschiff nennen, das mit einem Bioraidar-System ausgestattet ist. Aber das Team hatte keinen Prototyp und beschränkte sich nur auf die Präsentation ihrer Idee", erzählt der Wettbewerbsexperte Maxim Chizhov.
Ein anderes Team entschied sich, einen Seismometer zu nutzen – ein Gerät, das unter den Vibrationen der Erde menschliche Schritte erkennen und die Richtung anzeigen kann, aus der sie kommen. Mit Hilfe des Prototyps gelang es sogar, einen Statisten zu finden, der den "Vermissten" darstellte (wie die Teilnehmer sie liebevoll nannten), doch weit kam das Team im Wettbewerb nicht.
Bis Juni 2019 traten nach mehreren Testläufen in den Wäldern von Leningrad, Moskau und Kaluga 19 der besten Teams ins Halbfinale ein. Ihre Aufgabe war es, innerhalb von 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, die Person zu finden.
„Unter den Halbfinalisten gab es ein Team, das einen Schwarm von Drohnen entwickeln wollte, der unter den Baumkronen fliegen sollte, gesteuert von einer künstlichen Intelligenz, die die Bewegungsrichtung bestimmen, um Baumstämme herumfliegen und Zweigen sowie Ästen ausweichen konnte. Mit Hilfe von KI würde es die Umgebung analysieren und die Person identifizieren.
Aber diese Lösung ist noch weit von einer funktionalen Umsetzung entfernt. Ich denke, es wird etwa ein Jahr in Anspruch nehmen, bis sie zumindest unter Testbedingungen funktioniert“, berichtet Maxim Chizhov.
Das Team "ALB-Suche" war kurz vor dem Erfolg. An Bord hatten sie einen Lautsprecher, der mit dem Funkgerät verbunden war, ein Mikrofon, das die Umgebung aufnehmen konnte, eine Kamera und einen Rechner mit KI und einem trainierten neuronalen Netzwerk, das die Aufnahmen der Kamera in Echtzeit verarbeitete, um Personen zu erkennen.
"Der Operator konnte nicht tausende von Bildern analysieren, was physisch unmöglich wäre, sondern Dutzende oder sogar Einzelne, und dann Entscheidungen treffen: den Kurs der Drohne ändern, einen zusätzlichen Drohne für Aufklärung benötigen oder sofort eine Sucheinheit entsenden."
Aber die meisten Teams standen vor ähnlichen Problemen – die Technologien waren nicht für die Bedingungen eines echten Waldes ausgelegt.
Die Bildverarbeitung, auf die viele vertrauten, funktionierte bei Tests in Parks und lichten Wäldern – aber stellte sich als nutzlos im dichten Wald heraus.
Die Wärmebildkameras, auf die etwa ein Drittel der Teams gehofft hatte, erwiesen sich ebenfalls als ineffektiv. Im Sommer, wenn die meisten Menschen verschwinden, erhitzt sich das Laub so stark, dass es zu einem durchgehenden heißen Fleck wird. Nachts ist die Suche in einem kurzen Zeitfenster einfacher, aber es gibt immer noch viele Wärmesignaturen – erhitzte Baumstümpfe, Tiere und vieles mehr. Eine Kamera könnte zur Verifizierung verdächtiger Orte hilfreich sein, aber nachts bringt sie kaum Nutzen.
Zu allem Überfluss waren Wärmebildkameras schwer zu beschaffen. „Leider sind gute Wärmebildkameras in Russland aufgrund der von der EU und anderen Ländern auferlegten Einschränkungen nicht verfügbar“, erklärte Alexey Grishaev aus dem Team „Verschina“, das sich genau auf diese Technologie verlassen hat.
„Die auf dem Markt verfügbaren Wärmebildkameras haben einen digitalen Ausgang mit 5-6 Bildern pro Sekunde und zusätzlich einen analogen Videoausgang mit hoher Bildrate, jedoch niedriger Bildqualität. Letztendlich fanden wir eine sehr gute chinesische Wärmebildkamera. Man kann sagen, wir hatten Glück – in Moskau gab es nur eine davon. Aber sie lieferte das Bild auf einen kleinen Monitor, auf dem nichts zu erkennen war.
Die meisten Teams haben tatsächlich den Videoausgang verwendet. Unser Team konnte das Modell weiterentwickeln und ein hochwertiges digitales Bild mit 30 Bildern pro Sekunde erhalten. Es entstand eine Wärmebildkamera auf sehr hohem Niveau. Wahrscheinlich sind nur militärische Modelle besser.
Aber selbst diese Probleme sind nur der Anfang. In der kurzen Zeit, in der die UAV über dem Suchgebiet flog, haben die Kameras und Wärmebildkameras Zehntausende von Aufnahmen gemacht. Diese in Echtzeit zu übertragen war unmöglich – weder Internet noch Mobilfunk waren im Wald verfügbar. Deshalb kehrte die Drohne zum Ausgangspunkt zurück, wo die Aufzeichnungen von dessen Trägersystemen heruntergeladen wurden, was mindestens eine halbe Stunde in Anspruch nahm. Am Ende erhielt man so viel Material, dass es physisch unmöglich war, alles in wenigen Stunden zu sichten. In dieser Situation verwendete das Team „Verschina“ einen speziellen Algorithmus, der die Aufnahmen mit gefundenen Wärmeanomalien herausfilterte. Dadurch wurde die Datenverarbeitung erheblich beschleunigt.
„Wir haben festgestellt, dass nicht alle Teams, die zu den Qualifikationsprüfungen gekommen sind, verstanden haben, was der Wald ist. Im Wald breitet sich das Radiosignal anders aus und geht recht schnell verloren“, erklärte Maxim Chizhov auf der Pressekonferenz. „Wir haben das Erstaunen der Teams gesehen, als die Verbindung 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 Basis von Licht- und Klangmarkierungen hat sich gut bewährt. Vier Teams haben es ins Finale geschafft, drei davon basierten genau auf dieser Lösung. Unter ihnen ist auch „Nachodka“ aus Jakutien.
„Als wir diese Moskauer Dschungel sahen, wurde uns sofort klar – mit Drohnen hat man da nichts zu suchen. Jedes Werkzeug ist für seine Aufgabe notwendig, und sie sind gut geeignet für die Erkundung großer offener Flächen“, sagt Alexander Aitov.
Im Halbfinale bestand das Team nur aus drei Personen, die zu Fuß durch den Wald gingen und in der Suchzone Marker platzierten. Während viele an technischen Aufgaben arbeiteten, handelte Naходка wie Rettungskräfte. "Wir müssen nicht mit einer agrarischen Psychologie vorgehen, bei der man einfach eine Fläche abdeckt. Wir sollten uns wie Rettungskräfte verhalten, uns in die Lage der Vermissten versetzen, die ungefähre Richtung betrachten, in die sie gehen könnten, und welche Pfade sie benutzen könnten."
Die Marker von „Находка“ waren zu diesem Zeitpunkt jedoch nicht mehr so einfach wie vor einigen Jahren in Jakutien. Mithilfe von Stipendien der „Системы“ entwickelten die Ingenieure des Teams eine Technologie für die Funkkommunikation. Jetzt drückt die Person, die den Marker findet, einen Knopf, und die Rettungskräfte erhalten sofort ein Signal und wissen genau, an welchem Marker der Vermisste auf sie wartet. Die Drohne ist nicht zur Suche gedacht, sondern um einen Signalverstärker in die Luft zu bringen und den Radius der Aktivierungssignalübertragung von den Markern zu erhöhen.
Zwei weitere Teams haben auf Basis von akustischen Signalgebern ganze Suchsysteme entwickelt. So hat das Team von MMS Rescue ein Netzwerk tragbarer Signalgeber geschaffen, wobei jeder Signalgeber als Repeater fungiert, was die Übertragung des Aktivierungssignals auch in Abwesenheit einer direkten Funkverbindung zum Suchteam ermöglicht.
„Wir haben eine Gruppe von Enthusiasten, die sich zum ersten Mal dieser Aufgabe widmet“, sagen sie. „Wir haben in anderen Bereichen gearbeitet — Technik, IT, und wir haben Spezialisten aus dem Raumfahrtsektor. Wir haben uns zusammengefunden, Ideen gesammelt und beschlossen, eine solche Lösung zu entwickeln. Die Hauptkriterien waren Kosteneffizienz und einfache Handhabung, damit Menschen ohne Ausbildung sie nutzen können.“
Ein anderes Team — die ‚Stratonauten‘ — konnte mit einer ähnlichen Lösung schneller als alle anderen einen Statisten finden. Sie entwickelten eine spezielle Anwendung, die sowohl die Lage der Drohne als auch die Standortdaten der Signalgeber und der Retter verfolgte. Die Drohne, die die Signalgeber lieferte, fungierte auch als Repeater für das gesamte System, damit das Signal der Signalgeber im Wald nicht verloren ging.
„Es war nicht einfach. An einem Tag wurden wir ordentlich nass. Zwei unserer Leute gingen durch das Dickicht in den Wald und erkannten, dass es weit mehr war als ein Ausflug zum Picknick. Aber müde und zufrieden kehrten sie zurück – schließlich haben wir die Person in beiden Versuchen in nur 45 Minuten gefunden“, erzählt Stanislav Jurchenko von den „Stratonauten“.
„Wir haben mit Drohnen Marker ins Zentrum des Gebiets gebracht, um die größtmögliche Abdeckung zu gewährleisten. Bei einem Flug kann die Drohne einen Marker transportieren. Das dauert zwar lange, ist aber schneller als ein Mensch. Wir haben kleine kompakte DJI Mavick-Drohnen eingesetzt – die Größe eines Markers. Das ist das Maximum, was sie tragen kann, aber es ist kosteneffizient. Natürlich würden wir uns ein vollständig autonomes System wünschen. Mit KI, damit die Drohne den Wald scannt und die Ablagepunkte bestimmt. Momentan haben wir einen Bediener, aber nach einem Kilometer – ohne zusätzliche Geräte – ist die Verbindung weg. Daher werden wir in der nächsten Phase etwas entwickeln.“
Doch kein Team fand die bewegungsunfähige Person, und das Wichtigste ist, dass sie nicht wussten, wie sie es tun sollten. Theoretisch hatte nur das Team "Verschina" die Chance, ihn zu finden, da es trotz aller Schwierigkeiten gelang, die Person mit Hilfe eines Wärmebildgeräts und einer Kamera zu lokalisieren und ins Finale einzuziehen.
"Ursprünglich hatten wir die Idee, zwei Flugzeugdrohnen zu verwenden", erzählt Alexey Grishayev von "Verschina", "Wir haben sie entwickelt, um die Zusammensetzung der Atmosphäre zu bestimmen, und wir haben immer noch die Aufgabe, eine Allwetter-Drohne zu bauen. Wir wollten sie auch in diesem Wettbewerb testen. Die Geschwindigkeit jeder Drohne liegt zwischen 90 und 260 km/h. Die hohe Geschwindigkeit und die einzigartigen aerodynamischen Eigenschaften der Drohnen ermöglichen eine Suche unter allen Wetterbedingungen und erlauben es, ein festgelegtes Gebiet relativ schnell abzusuchen."
Der Vorteil solcher Geräte ist, dass sie nicht abstürzen, wenn der Motor ausfällt, sondern weiterhin gleiten und mit einem Fallschirm landen. Nachteil: Sie sind nicht so wendig wie Quadrocopter.
Auf der Hauptdrohne „Verschina“ ist eine verbesserte Wärmebildkamera und eine hochauflösende Fotokamera installiert, während die zweite Drohne nur mit einer Fotokamera ausgestattet ist. An Bord der Hauptdrohne befindet sich ein Mikrocomputer, der mithilfe der von unserem Team entwickelten Software eigenständig Wärmeanomalien erkennt und deren Koordinaten zusammen mit detaillierten Bildern von beiden Kameras übermittelt. "So müssen wir nicht das gesamte Material in voller Länge sichten, was für das Verständnis ungefähr 12.000 Bilder pro Flugstunde entspricht."
Doch die Technologie des Flugzeugs wurde von unserem Team erst kürzlich entwickelt, und es gab viele Probleme – mit dem Startsystem, dem Fallschirm und dem Autopiloten. "Wir hatten Bedenken, ihn für Tests zu verwenden – er könnte einfach abstürzen. Wir wollten technische Schwierigkeiten vermeiden. Daher entschieden wir uns für eine klassische Lösung – die DJI Matrice 600 Pro."
Trotz aller Herausforderungen, aufgrund derer viele auf Kameras und Wärmebildgeräte verzichteten, konnte Verschina einen Statisten finden. Das erforderte große Anstrengungen, zunächst mit der Wärmebildkamera und zweitens mit den Suchmethoden selbst.
In den vergangenen drei Monaten hat das Team eine Technologie getestet, die es der Wärmebildkamera ermöglicht, den Boden zwischen den Kronen zu überwachen. "Es gab auch einen Hauch von Glück, denn die Route der Statisten führte durch Wälder, in denen keine Wärmebildkamera etwas sehen kann. Und wenn eine Person müde ist und sich irgendwo unter einem Baum setzt, wird es unmöglich sein, sie zu finden."
Von Anfang an haben wir uns gegen ein vollständiges Absuchen des Waldes mit unseren Drohnen entschieden. Stattdessen haben wir beschlossen, nach der Person zu suchen, indem wir über Lichtungen, Wiesen und offene Flächen flogen. Ich kam im Voraus an den Ort, um das Gelände zu erkunden, und zeichnete mit Hilfe aller verfügbaren Online-Karten Routen für die Drohnen nur über den Bereichen, in denen eine Person theoretisch sichtbar sein könnte."
Laut Alexei ist es sehr kostspielig, mehrere Drohnen gleichzeitig in Verbindung zu verwenden (ein Träger mit einer technischen Lösung zur Suche an Bord kostet mehr als 2 Millionen Rubel), aber letztendlich wird es notwendig sein. Er glaubt, dass dies die Chance erhöht, einen bewegungslosen Statisten zu entdecken. "Ursprünglich wollten wir genau nach einer liegenden Person suchen. Wir dachten, dass wir eine bewegliche sowieso finden würden. Die Teams mit den Signalen suchten lediglich nach Bewegungen."
Ich habe Alexander Aitov aus dem Team „Nachodka“ gefragt – denken sie nicht, dass man die statische Person bereits im Voraus begraben hat? Denn die Funkmarkierungen wären für ihn nutzlos.
Er dachte nach. Mir schien, dass alle anderen Teams mit einem Lächeln und einem Funkeln in den Augen über ingenieurtechnische Herausforderungen sprachen. Die Jungs von MMS Rescue haben einen Witz gemacht, dass die geworfene Markierung genau auf einen liegenden Menschen fallen könnte. Die „Stratonauten“ gaben zu, dass das eine äußerst komplexe Überaufgabe ist, für die es bisher keine Ideen gibt. Und der Retter aus „Nachodka“ sprach, wie es mir schien, mit einer Mischung aus Traurigkeit und Hoffnung:
— In unserem Wald ist ein Mädchen verschollen, drei Jahre und fünf Monate alt. Sie war dort zwölf Tage lang, und zehn Tage lang wurde mit vielen Menschen gesucht. Als man sie fand, lag sie im hohen Gras, sie war fast nicht zu sehen. Man fand sie nur durch Abtasten.
Hätten wir Funkmarkierungen aufgestellt… mit drei Jahren und fünf Monaten ist ein Kind schon recht bewusst. Und vielleicht hätte sie sich ihr genähert und den Knopf gedrückt. Ich denke, viele Leben hätten gerettet werden können.
— Und wurde sie gerettet?
— Ja, sie wurde.
Im Herbst werden die verbleibenden vier Teams in die Region Wologda reisen, und die Aufgabe wird erheblich komplexer – eine Person in einem Radius von 10 Kilometern zu finden. Das bedeutet auf einer Fläche von über 300 Quadratkilometern. Unter Bedingungen, in denen die Drohne nur eine halbe Stunde fliegen kann, die Sicht durch die Baumkronen eingeschränkt ist und die Verbindung bereits nach einem Kilometer abbricht. Wie Maxim Tschijow sagt, ist bisher kein Prototyp für solche Bedingungen geeignet, obwohl er glaubt, dass jeder eine Chance hat. Grigori Sergejew, Vorsitzender der Such- und Rettungsgruppe „Liza Alert“, fügt hinzu:
„Heute sind wir bereit, ein paar Technologien aus dem, was wir gesehen haben, zu nutzen, und das wird effektiv sein. Ich fordere alle Teilnehmer und auch die Nicht-Teilnehmer auf – Leute, testet die Technologien! Kommt zu uns, um zu suchen! Dann wird es für niemanden ein Geheimnis sein, dass der Wald für Funksignale undurchsichtig ist und dass ein Wärmebildgerät durch die Baumkronen nicht sehen kann. Mein Hauptziel ist es, mit weniger Ressourcen mehr Menschen zu finden.“
Quelle: habr.com
