SIEMENS

Der Fahrer des Tanklastzugs weiß noch nicht, dass er einer Katastrophe zusteuert: Unbemerkt blockiert die Bremsanlage eines der hinteren Räder und beginnt zu glühen – und in drei Kilometern wartet ein Tunnel. Doch zur Katastrophe kommt es nicht: Neuartige Sicherheitssysteme haben die rollende Zeitbombe bereits erfasst und schlagen Alarm in der Leitzentrale des Tunnelbetreibers. Das Personal schaltet die Ampeln vor der Tunneleinfahrt auf Rot, blinkende Warnschilder leiten den Fahrer um und entschärfen so die brenzlige Situation.

Noch ist diese Szene eine Vision. Aber im Rahmen des Forschungsprojekts SKRIBT – dies steht für „Schutz kritischer Brücken und Tunnel im Zuge von Straßen“ – wollen Forscher von Siemens Corporate Technology (CT) zusammen mit der Division Mobility dieser Vision näherkommen. Zehn Partner aus Behörden, Wirtschaft und Forschung beteiligen sich an diesem vom deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten dreijährigen Projekt, das Verkehrsnadelöhre sicherer machen soll. „Tunnel und Brücken stellen die wesentlichen Elemente des Straßennetzes dar“, sagt Dr. Frank Heimbecher, Projektkoordinator bei der Bundesanstalt für Straßenwesen, die SKRIBT initiiert hat. „Werden sie beschädigt, kann dies immense volkswirtschaftliche Schäden nach sich ziehen.“

Bei den meisten Großunfällen in Tunnel waren Lkw mit Defekten im Spiel – entweder platzten Reifen, überhitzten Bremsen, oder Motorendefekte verursachten Brände. Seit 2008 forschen deshalb Alla Heidenreich, Projektleiterin für Infrastruktursicherheit bei Siemens CT, und ihr Team an zwei Sicherheitssystemen, die sowohl Gefahrguttransporter als auch defekte Lkw rechtzeitig erkennen können – bevor diese in die Röhre einfahren. Die Idee der Forscher aus München und Princeton, USA: Sie kombinieren Videobilder mit Wärmebildtechnik. So können sie feststellen, ob bestimmte Fahrzeugteile bereits gefährlich überhitzen. Ein Bildverarbeitungsprogramm für Überwachungskameras identifiziert dabei ein vorbeifahrendes Fahrzeug als Lkw und verwandelt das segmentierte zweidimensionale Bild mit neu entwickelten Algorithmen in ein 3D-Modell des Fahrzeugs. Darin erkennt es brandanfällige Teile wie Räder, Bremsen, Achsen und Motor.

Das Wärmebild des Lkw, von einer Infrarotkamera aufgezeichnet, wird dann mit dem 3D-Bild verknüpft. Das Auswerteprogramm sucht darin nach Anomalien, die auf Defekte hinweisen. Dabei nutzt es Modellwissen, etwa wie heiß eine Achse in Relation zu den anderen Achsen werden darf. Da normale Videokameras aber nachts zusätzlich eine teure externe Beleuchtung brauchen, arbeiten die Siemens-Forscher noch an einer weiteren Idee: „Im nächsten Schritt untersuchen wir, wie sich mit einer alleinigen Auswertung der Infrarotbilder die brisanten Stellen wie Reifen, Bremsen und Achsen entdecken lassen“, erklärt der Fachmann für Echtzeit-Bildverarbeitung, Dr. Andreas Hutter: „Gelingt dies, könnten wir die Kosten deutlich reduzieren.“

Bei einem Gefahrguttransporter ist die Situation noch brenzliger, vor allem wenn nicht klar ist, welche Ladung gerade transportiert wird. Manche Gefahrstoffe wie Benzin dürfen Lkw nur durch dafür freigegebene Verkehrstunnel transportieren. Bislang kann das allerdings nicht automatisch überprüft werden – auch wenn die Lkws bereits heute spezielle orangefarbene Plaketten tragen müssen, auf denen codiert die Information steht, wie gefährlich ihre Ladung ist und durch welche Kategorie von Straßentunnel sie fahren dürfen. Zwar könnten Videokameras diese Tafeln erfassen, doch bei schlechter Sicht oder verdreckten Schildern wären sie mit ihrem Latein am Ende – RFID-Transponder wären hier im Vorteil (die Abkürzung steht für Radio Frequency Identification).

Funkende Etiketten. Geht es nach den CT-Experten, sollten die Fahrzeuge daher zusätzlich zur Gefahrengut-Plakette künftig einen kleinen RFID-Chip tragen, der alle Informationen über die Ladung enthält und per Funk auslesbar ist. „Das würde die Trefferquote des Überwachungssystems deutlich erhöhen“, betont Heidenreich. Funktionieren würde das in etwa so: Passiert der Lkw einen Auslesepunkt etwa drei Kilometer vor dem Tunnel, werden seine Ladungsdaten über das RFID-System erfasst und an die Leitzentrale geschickt. Solange der Gefahrguttransporter im Tunnel ist, darf kein zweiter einfahren. Sollte ein Unfall passieren, kann die Feuerwehr die brennende Ladung sofort mit dem passenden Löschmittel bekämpfen. Falls der Lkw eine für den Tunnel nicht zugelassene Ladung befördert, wird er vor der Einfahrt über eine rote Ampel gestoppt.

Auf ihren neuentwickelten RFID-Transponder ist das CT-Team besonders stolz, denn die Anforderungen sind hoch: Bereits aus einer Entfernung von rund 50 Metern empfängt das Lesegerät das Signal des Chips, und innerhalb von zwei Sekunden sind die Daten mindestens zweimal übertragen. „Herkömmliche passive Funkchips ohne eigene Energiequelle verfügen nur über eine Reichweite von rund sechs Metern“, erklärt RFID-Experte Daniel Evers von CT. „Deshalb benützen wir einen aktiven Chip mit eingebauter Batterie, der im Hochfrequenzbereich von 2,45 Gigahertz sendet. Damit die Batterie aber möglichst lange hält, schläft der Sender im Transponder, bis er vom Lesegerät am Checkpunkt durch einen Funkimpuls aufgeweckt wird.“ Außerdem, so Evers, sind die RFID-Daten abhör- und fälschungssicher. Dazu verwenden die Siemens-Forscher eine Verschlüsselungstechnik, die sie bereits für passive RFID-Chips entwickelt haben (siehe Artikel „Nur echt mit dem Chip“, Pictures of the Future 1/2009). „Bisherige Lösungsansätze haben zu viel Energie benötigt. Unser Kryptochip ist so energieeffizient, dass der Transponder ohne Batterietausch mindestens drei Jahre lang funktioniert“, erklärt Hermann Seuschek, IT-Sicherheitsexperte bei CT.

Mitte des Jahres 2010 soll die Probe aufs Exempel folgen. Dann wollen die Siemens-Forscher am Aubinger Tunnel bei München die ersten Komponenten der Lkw-Detektive aufbauen. Bis Februar 2011 sollen die Tunnelsicherheitssysteme erprobt werden. „Bisher wurde vor allem die Sicherheit im Tunnel verbessert“, sagt Heidenreich. „Künftig wird es darum gehen, potenzielle Gefahren bereits frühzeitig vor dem Tunnel zu erkennen und abzuwenden. Die Video-, RFID- und Infrarot-Technologie werden dabei eine wichtige Rolle spielen.“