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Laserscanner steuern Autos

28.03.2008
Ein Auto, das gänzlich ohne Fahrer durch eine Stadt fährt – nur von einem Computer gesteuert? Unmöglich, möchte man meinen. Auf der Hannover-Messe vom 21. bis 25. April 2008 stellen Forscher von Fraunhofer und der FU Berlin ein solches autonomes Auto vor (Halle 25, Stand H25). Kernstück ist ein dreidimensionaler Laserscanner.

Kann ein Rechner ein Fahrzeug alleine steuern – es also ohne Fahrer sicher durch eine Stadt lenken? Im Prinzip ja, meinen Forscher des Fraunhofer-Instituts für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS in Sankt Augustin. Sie haben zusammen mit ihren Kollegen der Freien Universität Berlin das Fahrzeug »Spirit of Berlin« entwickelt, das auf der diesjährigen Hannover-Messe zu sehen ist.

Es nahm am Wettbewerb »DARPA Urban Challenge« teil und schaffte es dort bis ins Halbfinale – völlig autonom, also ohne Fahrer und ohne Fernsteuerung. Die Urban Challenge für unbemannte Fahrzeuge wird von der DARPA, der Forschungsabteilung des US-amerikanischen Verteidigungsministerium veranstaltet und fand im November 2007 zum ersten Mal auf dem bebauten Gebiet einer verlassenen kalifornischen Kaserne statt.

Einer der wichtigsten Sensoren des Autos »Spirit of Berlin« ist ein im Fraunhofer IAIS entwickelter rotierender 3D-Laserscanner. Er klassifiziert die fahrbare Strecke und unterscheidet die Straße von Gehwegen, Parkplätzen, Häusern oder Passanten. »Der Scanner ist auf dem Dach des Fahrzeugs angebracht. Durch einen Spiegel bewegt er Laserstrahlen ständig auf einer vertikalen Achse hin und her – er lenkt sie also von oben nach unten und wieder zurück«, erklärt Dr. Hartmut Surmann, Projektleiter am IAIS. »Ist ein Hindernis im Weg – etwa ein Passant – wird der Laserstrahl reflektiert und zum Scanner zurück gelenkt. Die Software analysiert diese Informationen während der Fahrt und lenkt das Auto um den Menschen herum. Das System besteht aus zwei Laserscannern, die mit der Rückseite aneinander gestellt sind und wie ein Blaulicht bei einem Streifenwagen rotieren – so ‚sehen’ sie die komplette Umgebung des Fahrzeugs.« Insgesamt erhält man zwei Komplettbilder pro Sekunde.

Eine der Herausforderungen liegt darin, die aufgenommenen Werte ständig analog zur gefahrenen Strecke zu korrigieren. »Bei einer Geschwindigkeit von 36 Kilometern pro Stunde legt das Auto in der Sekunde zehn Meter zurück. Die gemessenen Daten müssen daher permanent an die aktuelle Position des Autos angepasst werden«, erklärt Surmann.

Wird der Führerschein also künftig überflüssig und können sich die Menschen in selbständig fahrenden Autos bequem zurück lehnen, ohne auf die Straße und den Verkehr zu achten? »Wohl kaum«, meint Surmann, »denn für Privatautos ist der Scanner mit einem Preis von etwa 17 800 Euro viel zu teuer – auch wenn er deutlich kostengünstiger ist als herkömmliche Modelle. Es ging bei diesem Wettbewerb vielmehr darum zu zeigen, wozu Computer mit den entsprechenden Sensoren wie Laserscanner und Kameras prinzipiell in der Lage sind.«

Doch wo werden die Laserscanner heute schon verwendet? »Wir setzen unseren 3D-Laserscanner unter anderem dazu ein, die Sichtbarkeit von Werbeplakaten zu prüfen«, sagt der Wissenschaftler. Von welchem Standpunkt aus sieht man das Plakat, wo wird es etwa durch einen Baum oder eine Straßenlaterne teilweise verdeckt? Von wo sieht ein vorbeikommender Autofahrer das Plakat? Der Laserstrahl tastet in Sekundenschnelle die ganze Ebene ab und liefert die gewünschte Information mit einem Öffnungswinkel von 120 bis 180 Grad – ähnlich einem Panoramabild. Der Unterschied: Bei einem Foto erhält der Betrachter keine Informationen über Abstände und Entfernungen, bei einem Laserscan dagegen schon. »Auf diese Weise lassen sich Gütekriterien für die Plakatstandorte berechnen, die sich dann auch im Preis wiederfinden könnten. Eine Plakatwand, die von jedem beliebigen Winkel aus vollständig zu sehen ist, lässt sich teurer vermieten als eine, die die Passanten nur aus einer Blickrichtung erkennen können«, sagt Surmann.

Auch bei Sperrguttransporten kann der 3D-Laserscanner gute Dienste leisten. Wie groß ist der Freiraum, den der Transporter befahren kann? Wo sind Straßenlaternen im Weg, welche Brücken sind zu niedrig, welche Tunnel zu eng? Digitale Straßenkarten geben keine Abstände an. Fährt man dagegen die Strecke vor dem Transport mit einem Auto ab, auf dem der Laserscanner angebracht ist, lässt sich auf unkomplizierte und einfache Weise ein genaues Umgebungsmodell erstellen. Den großen Vorteil des 3D-Scanners des IAIS sieht Surmann im Preis: Das Gerät kostet lediglich ein Drittel herkömmlicher 3D-Laserscanner – daher eröffnen sich viele neue Anwendungsfelder, die bisher aus Kostengründen nicht rentabel waren.

Dr. Hartmut Surmann | Fraunhofer Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.iais.fraunhofer.de

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