Über 1 Million Feuerwehrkräfte riskieren jeden Tag ihr Leben, um andere zu retten. Ein besonderes Risiko stellen dabei Einsätze im Inneren von Gebäuden dar. Zum einen können Gefahren auf dem unbekannten Terrain nur schlecht eingeschätzt werden, zum anderen ist es bisher nicht möglich, die genaue Position der Einsatzkräfte zu lokalisieren. Gängige Lokalisierungsmethoden, wie etwa eine Ortung mittels Satellitensignal, funktionieren im Inneren nicht – eine beängstigende Vorstellung, vor allem dann, wenn die Retter selbst in eine Notsituation geraten. Daher haben Prof. Gert Trommer und Nikolai Kronenwett vom Institut für Theoretische Elektrotechnik und Systemoptimierung (ITE) ein autonomes System entwickelt, das eine Eigenlokalisierung ohne Funkverbindung nach außen ermöglicht.

„Outdoor ist die Ortung von Personen kein Problem, da man auf Satellitensignale wie GPS zurückgreifen kann. Innerhalb von Gebäuden kann man diese Navigation allerdings nicht verwenden, da eine direkte Sichtverbindung zum Satelliten erforderlich ist. Dass keine Technologie existiert, die eine zuverlässige Indoor-Lokalisierung ermöglicht, hat mich überrascht und gleichzeitig motiviert, eine eigene Lösung zu entwickeln“, so Kronenwett. „Zwar wäre auch eine Funkortung ohne GPS denkbar, allerdings muss diese auf eine vorhandene Infrastruktur, etwa ein WLAN-Signal zugreifen, was in einer Notsituation niemals Voraussetzung sein darf.“

Das entwickelte System basiert auf Beschleunigungs- und Drehratensensoren, die Aufschluss über die Richtung und die Geschwindigkeit geben, mit der sich eine Person bewegt – eine Technologie, die beispielsweise auch in Smartwatches eingesetzt wird. Diese sogenannten Inertialsensoren befinden sich in einem wenige Zentimeter großen Gerät, das am Schuh angebracht wird. Bevor die Einsatzkräfte ein Gebäude betreten, wird einmalig die aktuelle Position relativ, oder absolut mittels GPS, erfasst. Ab diesem Zeitpunkt sind keine weiteren Signale nötig. Die Lokalisierung der Person geschieht allein durch einen Algorithmus, der die absolute Position auf Grundlage der Werte berechnet, welche die Inertialsensoren liefern. Dazu stellen die Wissenschaftler eine Software zur Verfügung, die auf mobilen Geräten, z.B. Smartphones oder Tablets, installiert werden kann. Wird dieses Gerät per Bluetooth mit den „Foot-Devices“ verbunden, kann der Einsatzleiter über eine externe, unabhängige Funkverbindung jederzeit die Position der Rettungskräfte einsehen.

Die Befestigung des Geräts am Schuh hat einen weiteren Vorteil: „Hierdurch kann festgestellt werden, wann sich der Fuß am Boden befindet, um zu ermitteln, wann die Geschwindigkeit des Fußes null ist“, erklärt Prof. Trommer. „Diese Nullgeschwindigkeitsmessung ist enorm wichtig, da so Sensorungenauigkeiten geschätzt und kompensiert werden können, was wiederum die Genauigkeit der Lokalisierung enorm verbessert. Die außergewöhnlich robuste und exakte Bestimmung dieser Nullgeschwindigkeitsphasen macht im Grunde das Alleinstellungsmerkmal der Technologie aus.“ Um Außenstehende nicht nur über die Position der Rettungskräfte, sondern auch über den Aufbau des Gebäudes informieren zu können, arbeitet Kronenwett bereits an einer Weiterentwicklung. Dabei ergänzt er die Inertialsensoren um eine RGBD-Tiefenkamera, mit der man die Umgebung mittels Infrarot abscannen kann. So erhält er ein grobes 3D-Abbild der Räume, welche die Person durchlaufen hat.

Schnell wurde den Wissenschaftlern klar, dass es für die entwickelte Indoor-Lokalisierung großen Bedarf gibt. Umso wichtiger war es ihnen, frühzeitig den Kontakt zu Industrievertretern zu suchen. Seit über zwei Jahren arbeiteten sie nun mit der iMAR Navigation GmbH zusammen, um mögliche Umsetzungsmöglichkeiten auszuloten.

Der Geschäftsführer von iMAR, Dr.-Ing. Edgar v. Hinüber, zeigt sich begeistert: „Die Idee hat uns von Anfang an gefesselt, insbesondere da es zuvor bereits viele Entwicklungen weltweit auf diesem Gebiet gab, die die Erwartung der Anwender nicht wirklich erfüllen können. Wir haben die Technologie des KIT lizensiert, in unsere Systemarchitektur integriert und ersten Kunden präsentiert. Die Resonanz ist sehr positiv!“ Prof. Trommer ergänzt: „Für uns ein toller Beweis, dass wir auf dem richtigen Weg sind. Schließlich ist das unser gemeinsames Ziel: Die Probleme von Rettungskräften erkennen und deren Sicherheit erhöhen – auf Schritt und Tritt.“

„Ich habe größten Respekt vor Menschen, die täglich ihr Leben riskieren, um anderen zu helfen. Die Aussicht, dass unsere Technologie eines Tages deren Alltag ein Stück sicherer machen kann, motiviert mich enorm.“

Bilder: Yurii Andreichyn / Shutterstock, bearbeitet von DER PUNKT · KIT