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GeoWerkstatt-Projekt des Monats August 2020 - Social Distance Helm

Tüftler am Werk: Sensor-Helm hilft bei Social Distancing

GeoWerkstatt-Projekt des Monats August 2020

Forschende: Vinu Kamalasanan

Projektidee: Social distancing Regeln mittels eines Sensorhelms und Augmented Reality automatisch überwachen, um Nutzer ans Abstandhalten zu erinnern.

Die August-Ausgabe der GeoWerkstatt stellt diesmal kein eigenständiges Forschungsprojekt, sondern das kreative Ergebnis einer Tüftelarbeit vor. Sie zeigt, wie die Technik funktioniert, die autonomen Fahrzeugen beim Erkennen von Objekten und beim Abstandhalten hilft.

Die COVID-19 Pandemie geht weltweit einher mit Social Distancing, (freiwilliger) Isolation und verstärkten Hygieneregeln. Beim Eindämmen der Infektionszahlen haben sich diese Maßnahmen insgesamt als wirksam erwiesen. Doch das Einhalten der Regeln ist nicht immer einfach – allein schon abzuschätzen, wie groß ein Abstand von anderthalb oder zwei Metern tatsächlich ist. Vinu Kamalasanan, Wissenschaftler am Institut für Kartographie und Geoinformatik (IKG), brachte das auf eine Idee: Warum sollte die Technik, die autonomen Fahrzeugen beim Abstandhalten hilft, nicht auch Fußgänger unterstützen? So baute er einen Helm mit Sensoren und Kamera zusammen, der Fußgänger mittels Augmented Reality (AR) beim Social Distancing helfen könnte.

© ikg
Seitenansicht des Helms mit montierten Sensoren: Laserscanner (oben), Smartphonekamera (oben rechts) und HoloLens AR-Brille (unten rechts).
© ikg
Die AR-Brille zeigt eine virtuelle Ampel an: Bei ausreichend Abstand leuchtet sie grün, bei Unterschreiten des Mindesabstands springt sie auf rot.

Der experimentelle Social-Distancing-Helm (SDH) ist mit einem Laserscanner (LIDAR) aus dem Robotikbereich ausgestattet sowie einem Smartphone als Kamera. Zusätzlich setzt sich die Trägerin oder der Träger des Helms eine HoloLens Augmented Reality-Brille auf, mit der sich Informationen anzeigen lassen, etwa eine Warnung, dass der Abstand nicht ausreicht. Dafür wird über die Brille eine Ampel angezeigt, die wie eine Verkehrsampel leuchtet: Bei „Grün“ ist der Abstand zu anderen Fußgängern ausreichend, bei „Rot“ reicht der Abstand nicht.

© ikg
Ein sich nähernder Fußgänger aus Sicht der Kamera. Die Person wird automatisch detektiert mittels maschinellem Lernen.
© ikg
Ein Fußgänger (rote Markierung) aus Sicht des LIDAR-Sensors auf dem Helm.

Normalerweise setzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am IKG den auf dem Helm montierten LIDAR-Sensor in der Entwicklung von autonomen Fahrzeugen ein. Mit Lichtpulsen im nicht sichtbaren Bereich misst der Sensor Richtungen und Abstände von Objekten und Fahrzeugen in der Nähe und erstellt daraus ein 3D-Modell seiner sich bewegenden Umgebung. Ein autonomes Fahrzeug registriert so, dass sich Objekte in der Nähe befinden, und misst, wie weit sie entfernt sind, um sich zu orientieren und Kollisionen zu vermeiden. Auch im Kontext des autonomen Fahrens werden häufig zusätzlich zu LIDAR-Sensoren Kameras eingesetzt, um die Informationen zu ergänzen. Die Kamera detektiert die Objekte, in Kombination mit den LIDAR-Daten lässt sich der Abstand der Objekte zueinander ermitteln.