Germany
February 1, 2021
Measurement campaigns, testing and a final demonstration were conducted at locations including a Bayer experimental station
Messkampagnen, Tests und Abschlussdemonstration wurden unter anderem vor Ort auf einer Bayer-Versuchsstation durchgeführt.
The world is having to feed an increasing number of mouths. Studies indicate that global population will rise to over nine million by the year 2050. In response, Bayer AG is researching resistant cereal varieties and enhanced crop protection. A new 24-hour monitoring system from the Fraunhofer Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics FKIE will help protect the fields where these test crops are grown and thereby safeguard this time-consuming and cost-intensive research.
It is no easy task feeding the world’s growing population – especially with the challenges posed by climate change. Bayer AG is therefore conducting research into resistant cereal varieties and improved crop protection. These trials are conducted on leased estates and fields that are publicly accessible. As such, there is always the risk that unauthorized persons will intrude and cause damage, by destroying plants, for example, or introducing other species. If not immediately detected, this can set a project back and result in significant financial losses. It is therefore vital that any suspicious activity is discovered as quickly as possible, so that any damage can be checked right away. Yet conventional monitoring systems are unsuitable. This is because test fields are far apart, out of the way and rotate after a year. Crucially, too, there is usually a lack of communications infrastructure.
Low-cost, flexible monitoring around the clock
Working from its headquarters in Wachtberg, near Bonn, the Fraunhofer Institute for Communication, Information Processing and Ergonomics FKIE has developed a system that solves this problem: SensFArM (Sensor-Based Flexible Area Monitoring). “Our system is flexible, scalable, robust and user-friendly,” explains Arne Schwarze, research group manager at Fraunhofer FKIE. “It’s also the first to enable around-the-clock monitoring.” The system must meet three principal requirements. First of all, it must be able to distinguish between vehicles, people and animals. Is that a person in the field or just a deer? Second, the system must be able to localize the disturbance. Where exactly is the person? Third, it must be able to track the movements of an intruder person across the field. This revels whether the whole field is affected or only certain areas.
The system includes an electro-optical camera, an infrared camera and seismic sensors that are buried in the ground and create a network to detect any vibrations. “We can also connect up other types of sensor, including mobile sensors fitted to a drone,” Schwarze explains. The information from these sensors is then combined by means of a data fusion algorithm. This pools the strengths of different types of sensor data and thereby avoids false alarms. For example, the motion sensor in the optical camera will react merely to the shadow of a cloud moving across the field. But by adding data from the infrared camera, which only reacts to sources of heat, a more complete picture can be formed. The algorithm also takes account of the conditions under which specific sensors deliver reliable results. “When it’s dark, for example, infrared data is more im-portant than optical data,” says Schwarze. Time is another key consideration when it comes to assessing risk: if a person dashes into a field to fetch a dog that has discovered a dead rabbit, this is a completely different situation to when an intruder deliberately walks through a crop and shows no sign of leaving.
End-to-end workflow: detection, classification, documentation
The system provides detection, classification and documentation. Security personnel watching the monitors receive onscreen notification of any suspicious event. The system informs them who or what is in the field and assesses the level of risk. In the first instance, the security personnel can take a look at the situation themselves by inspecting video images from the field. After analyzing all the available information, they can then initiate appropriate measures, such as informing certain company employees, dispatching a patrol unit to intervene, or notifying the police. Last of all, the security personnel logs the incident in the system and evaluates the degree of risk: high, medium or negligible. This documentation enables members of the company’s own security service to evaluate the incident at a later point in time.
Successful trials
The system has already completed two trials, each lasting a week, at a Bayer location. The final proof of concept demonstration involved a range of scenarios, including the intrusion of unauthorized persons onto the test field. Back in the security operation center, security personnel from Securitas, the security service provider commissioned by Bayer, were able to enact the entire response procedure. In the future, Securitas intends to offer security services built around this new system. This is because the sensor technology can be combined to accommodate many different kinds of challenges that usually defeat conventional monitoring systems. For example, the system could be used to enhance the protection of substations, which in future are to be upgraded with additional technology.
More information:
https://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2021/february-2021/monitoring-s...
Überwachungssystem schützt Versuchsfelder
Die Erde muss zunehmend mehr Menschen ernähren: Bis zum Jahr 2050 sollen es Studien zufolge mehr als neun Milliarden sein. Die Bayer AG forscht daher an resistenten Getreidesorten und effektiverem Pflanzenschutz. Ein neues Rund-um-die-Uhr-Überwachungssystem des Fraunhofer-Instituts für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie FKIE hilft künftig dabei, die Testfelder und somit die aufwendige und kostenintensive Forschung zu schützen.
Es ist keine einfache Aufgabe, die stetig größer werdende Weltbevölkerung auch zukünftig ernähren zu können – und das trotz all der Herausforderungen, die der Klimawandel mit sich bringt. Die Bayer AG forscht daher an resistenten Getreidesorten und effizienten Pflanzenschutzmitteln. Die Versuche finden auf gepachteten, frei zugänglichen Plantagen und Feldern statt. Das heißt: Es besteht durchaus das Risiko, dass Unbefugte ihr Unwesen treiben, indem sie etwa Fremdsaatgut einstreuen oder Pflanzen zerstören. Werden solche Manipulationen nicht umgehend entdeckt, geht das mit Rückschritten und finanziellem Schaden für den Konzern einher. Es besteht daher ein starkes Interesse daran, frühzeitig über verdächtige Aktivitäten informiert zu werden, um sie zeitnah überprüfen zu können. Herkömmliche Überwachungssysteme eignen sich dazu jedoch kaum. Denn die Felder liegen weit auseinander, liegen meist abseits und wechseln jährlich. Auch eine Kommunikationsinfrastruktur ist nicht vorhanden.
Rund-um-die-Uhr-Überwachung – kostengünstig und flexibel
Das Fraunhofer FKIE in Wachtberg hat im Projekt »Sensor-Based Flexible Area Monitoring«, kurz »SensFArM«, ein Überwachungssystem entwickelt, das diese Probleme löst. »Unser System ist flexibel, skalierbar, nutzerfreundlich, robust und erlaubt erstmals eine Rund-um-die-Uhr-Überwachung«, sagt Arne Schwarze, Forschungsgruppenleiter am Fraunhofer FKIE. Drei Hauptaufgaben muss das System erfüllen: Es gilt erstens, zwischen Fahrzeug, Mensch und Tier zu unterscheiden. Läuft nur ein Reh auf das Feld oder jemand, der ernsthaften Schaden anrichten will? Zweitens muss das System eine Lokalisation ermöglichen: Wo hält sich eine Person auf? Drittens gilt es zu tracken, wie sich diese Person auf dem Feld bewegt. Ist das gesamte Feld betroffen, oder gibt es unberührte Stellen?
Dazu setzt das Forscherteam auf ein Kamerasystem, das unter anderem eine elektro-optische Kamera und eine Infrarotkamera umfasst, sowie auf seismische Sensoren, die in die Erde eingebracht werden, sich automatisch zu einem Sensornetz verbinden und Erschütterungen detektieren. »Es können aber auch beliebige andere Sensoren angeschlossen werden, etwa eine drohnengebundene mobile Sensorik«, bestätigt Schwarze. Die Ergebnisse der Sensoren werden in einem Algorithmus fusioniert. Somit werden die Vorteile unterschiedlicher Sensortypen kombiniert und es lassen sich Fehlalarme vermeiden. Ein Beispiel: Der Bewegungsdatensensor der optischen Kamera würde bereits reagieren, wenn ein Wolkenschatten vorüberzieht. Schon durch das Hinzuschalten der Infrarotkamera lassen sich solche fehlerhaften Ergebnisse beseitigen, denn diese reagiert nur auf Wärme. Auch das Wissen, welche Sensoren unter welchen Bedingungen zuverlässigere Ergebnisse liefern, fließt mit in die Datenfusion ein. »Ist es beispielsweise dunkel, können die Daten der Infrarotkamera stärker gewichtet werden als die der optischen Kamera«, konkretisiert Schwarze. Ein wichtiger Faktor, um das Risiko bewerten zu können, ist die Zeit: Geht ein Hundebesitzer nur kurz in ein Feld, um seinen Hund zu holen, der sich gerade in einem toten Kaninchen wälzt, wird das anders bewertet als Personen, die mitten in das Feld hereinlaufen, sich lange aufhalten und viel Wegstrecke zurücklegen.
Kompletter Arbeitsfluss: Erkennen, klassifizieren, dokumentieren
Der Fokus liegt auf dem Erkennen, Klassifizieren und Dokumentieren. Die Sicherheitsfachkräfte, die vor den Bildschirmen sitzen, erhalten auf der Benutzungsoberfläche zu jedem verdächtigen Vorgang einen Hinweis: Wer oder was befindet sich auf dem Feld, wie hoch schätzt das System das Risiko ein? Der Sicherheitsdienst kann sich daraufhin selbst ein Bild von der Situation machen, indem er zunächst einmal die Videobilder analysiert. Anschließend kann er anhand aller vorliegenden Informationen entsprechende Maßnahmen einleiten, etwa bestimmte Mitarbeiter informieren, eine mobile Kontrolle entsenden und vor Ort eingreifen oder aber die Polizei verständigen. Im nächsten Schritt dokumentiert der Sicherheitsdienst dies im System und schließt die Vorgänge mit einer Bewertung ab: Lag ein hohes, mittleres oder gar kein Risiko vor? Wichtig ist eine solche Dokumentation für die nachträgliche Sicherheitsbewertung durch die Mitarbeiter der Konzernsicherheit.
Testläufe erfolgreich
In zwei Testläufen, die jeweils eine Woche dauerten, haben die Forscherinnen und Forscher die Technologie bereits geprüft – vor Ort bei Bayer. Zusätzlich wurden in der Abschluss-Demonstration verschiedene Szenarien durchgespielt, so liefen etwa Testpersonen auf das Feld. Währenddessen konnten die Sicherheitsfachkräfte des von Bayer beauftragten Sicherheitsdienstleisters Securitas in der Zentrale den kompletten Arbeitsablauf durchspielen. Künftig möchte Securitas die Entwicklung als Dienstleistung zur Verfügung zu stellen. Schließlich ist die Sensorik flexibel und kann somit auf beliebige Problemstellungen angewandt werden, bei denen herkömmliche Überwachungssysteme überfordert sind. Beispielsweise könnte man sie nutzen, um Umspannwerke besser zu schützen, da diese künftig mit mehr Technik ausgestattet werden sollen.
Weitere Informationen:
https://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2021/februar-2021/ueberw...
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