Kurzbeschreibung

Problembeschreibung

In den letzten Jahren kam es häufig zu schweren Verkehrsunfällen in Autobahntunnels in Österreich. Die Tunnel sind derzeit flächendeckend video-überwacht. Die Kameras sind bautechnisch bedingt an der Tunneldecke montiert. Im Falle einer Rauchentwicklung (durch z.B. Feuer, Wasserdampf, …) werden diese Kameras nutzlos. Das automatische Lüftungssystem der Tunnels sorgt dafür, dass der Rauch der Tunneldecke entlang nach außen transportiert wird. Der Fahrbahnbereich wird dabei solange wie möglich rauchfrei gehalten. Vom Erkennen der Gefahr (Rauchentwicklung, Alarmierung, …) bis zum Eintreffen der Rettungskräfte kann sich so die Situation gegenüber der von den Kameras zuletzt erfassten wesentlich geändert haben. Autos können weiter gefahren sein, Personen können ausgestiegen sein, … Diese oft Lebensentscheidenden Informationen für Rettungskräfte über Position der Fahrzeuge im Tunnel, Personen im Tunnel, aktuelle Situation an der Gefahrenstelle, … sind mit der aktuellen Infrastruktur nicht verfügbar.

Projektidee

Um jeden Punkt eines Autobahntunnels genau überwachen zu können, wird ein Schlitten auf Schienen an der Decke den Tunnel befahren. Dieser Schlitten wird mit mehreren Kameras ausgerüstet sein, darunter eine Wärmebildkamera, um auch bei dichtestem Rauch Personen zu erkennen. Des Weiteren soll ein Lautsprecher Durchsagen im Tunnel ermöglichen. Das Fahrzeug fährt mit bis zu 100 Kilometer pro Stunde im Tunnel, um möglichst schnell am Einsatzort zu sein und wird von der Betriebswarte der Asfinag ferngesteuert. Im Notfall kann die Steuerung auch von den Einsatzkräften übernommen werden. Am Ende des Tunnels wird das Fahrzeug in einer entsprechenden Ladestation aufgeladen und kann mit einer Akkuladung eine Stunde im Tunnel fahren. Im Normalbetrieb kann HASCY verwendet werden um im Tunnel fahrende Gefahrguttransporte zu begleiten und so Gefahren vorzeitig zu erkennen. Ungewöhnliche Hitze-Entwicklungen z.B. können dank der Thermokamera leicht erkannt werden.

Innovation

Nachdem sich der Schlitten frei im Tunnel bewegen kann, ermöglicht dies den Einsatzkräften im Notfall einen bis dahin noch nie dagewesenen Überblick über die Gefahrensituation. Die Arbeit der Rettungskräfte wird somit optimiert und die Überlebenschance für Unfallopfer gesteigert. Im Normalbetrieb können z.B. Steckende Bremsen bei LKWs zu einem Reifenbrand und somit zu einer Katastrophe führen. Die Wärmebildkamera kann solche Gefahren bereits im Vorhinein erkennen und durch korrektes Handeln abwenden.

Das Fahrzeug fährt auf einer an der Tunneldecke angebrachten Schiene im Tunnel entlang. Sowohl das Antriebsystem als auch die Form und Befestigung der Schiene müssen komplett selbst entwickelt werden, weil es keine vergleichbaren Systeme auf der Welt gibt. Der ferngesteuerte Ladevorgang des Fahrzeuges läuft komplett automatisiert ab. Das Zusammenspiel der drei verwendeten Kameras (3D-Kamera, Wärmebildkamera und optische Kamera) ist bisher in noch keinem System so verwendet und muss vollkommen neu realisiert werden. Ein Steuerungs-Interface muss für diesen einzigartigen Schlitten ebenfalls neu konstruiert werden. Die Daten werden über UMTS an einen externen Server übertagen und können da sowohl von der Tunnelwarte wie auch von Einsatzkräften gleichzeitig angezeigt werden. Der Rahmen und die Elektronik für die Ansteuerung des Fahrzeuges müssen speziell an die Anforderungen des Fahrzeuges angepasst und entwickelt werden. Um die Funktionsfähigkeit zu testen, wird ein Prototyp gebaut und an einer entsprechenden Teststrecke mehrere Monate intensiven Tests unterzogen. Parallel dazu wird der Falkenbergtunnel mit 1200m Länge an der A2 im Norden von Klagenfurt mit einem Schienensystem ausgerüstet. Schließlich nimmt eine optimierte Version der Drohne im Tunnel ihren Dienst auf.

Für die Konstruktion und Entwicklung werden die modernsten Technologien verwendet. Die Fertigung der einzelnen Bauteile für das Fahrzeug und das Schienensystem werden in österreichischen Firmen als Einzelstücke hergestellt. Wie bei vielen neuen Konstruktionen, wird das Fahrzeug zuerst intensiven Tests unterzogen, um es auf Funktionalität zu untersuchen und entsprechende Fehler auszubessern. Die Konstruktion wird entsprechend der neuen Erkenntnisse adaptiert und ein verbessertes Fahrzeug gefertigt.

Unser Projekt wird bearbeitet und erstellt an der HTL Mössingerstraße

Dieses Projekt wird gemeinsam mit einem Wirtschaftspartner durchgeführt:

Systemstruktur

Herzstück des Systems ist der Steuerungscomputer am Schlitten. Dieser nimmt einerseits die Bilder der 3 Kameras entgegen und übertragt diese zum Server. Andererseits ist er dafür zuständig, die Steuerbefehle, die er über die Webseite erhält auch an die Hardware (den Motor, die Steuerung der Kameras, die Bremse) weiter zu geben.

Die Webseite ist auf dem Cloud-Server gelagert. Diese ist dafür zuständig, die Daten des Steuerungscomputers im Tunnel an mehrere Teilnehmer weiter zu geben. Die benötigte Bandbreite des Steuerungscomputers bleibt so unabhängig von der Anzahl der User auf der Webseite immer auf das wesentliche beschränkt.

Details

Kameraansteuerung

Um bei verschiedensten Konditionen im Tunnel ohne Probleme navigieren zu können, sollten mehrere Kameras am Schlitten angebracht werden. Mithilfe dieser Kameras sollte ein Operator sowohl bei freier Sicht also auch bei starker Rauchentwicklung im Tunnel sehen können. Dafür wird eine thermische Kamera, eine optische Kamera und eine Time-of-Flight (TOF) Kamera verwendet.

Videoübertragung

Um die Kamerabilder live auf der Steuerungswebsite anzuzeigen, muss das Video der Kamera vom PC im Tunnel zum Nutzer übertragen werden. Videoübertragung ist ist die kontinuierliche Übertragung von Videodaten von einem Server zu einem oder mehreren Clients. Dabei wird eine Videofile in kleiner Datenpakete aufgeteil welche zum Client gesendet werden.

Positionserkennung

Ein wichtiger Parameter ist die Position im Tunnel. Mithilfe von Sensoren ermöglicht es die Positionserkennung, dem User der Webseite immer die genaue Position des Schlittens zu sehen. Zusätzlich sollen Sicherheitsfeatures mithilfe der Positionserkennung realisiert werden, dass manuelles Versagen ausgeschlossen wird.

Webseite

Die Website ermöglich es dem User auf die drei Kameras zuzugreifen sowie den Motor zu steuern und die Statusinformationen wie z.B. den Akkustand abzulesen. Weiters ist die Website über einen Authentifizierungprozess von nicht erlaubten Zugriffen geschützt.

Our Awesome Team

Gilbert Tanner

Kameraansteuerung, Sensorik, Webseite

Gabriel Tanner

Videoübertragung, Verbindungsaufbau, Webseite

Andreas Maier

Positionserkennung, Motor

Prof. Dipl.-Ing. Herwig Guggi

Erstbetreuer