Plastikmüll in Gewässern erfassen und langfristig beseitigen

Plastikmüll in Gewässern ist eine der größten globalen Herausforderungen unserer Zeit. Nach Schätzungen von Umweltorganisationen schwimmen rund 80 Millionen Tonnen Plastikmüll in den Meeren und es kommen pro Jahr etwa elf Millionen hinzu. Das ist eine LKW-Ladung Müll pro Minute. Wissenschaftler der Jade Hochschule möchten in dem im vergangenen Jahr gestarteten Forschungsprojekt „PlasticObs+“ die Verschmutzung der Gewässer sichtbar und messbar machen und dazu beizutragen, die Vermüllung zu beheben und langfristig zu vermeiden. Gemeinsam mit dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI, Projektleitung), der Optimare Systems GmbH und der Firma everwave GmbH möchten sie den Plastikmüll durch Fernerkundung – die Sammlung von Informationen über die Erdoberfläche durch den Einsatz von Sensoren, beispielsweise aus Flugzeugen - erfassen und die Quellen, Verbreitungswege und Ansammlungspunkte des Mülls mit Hilfe von künstlicher Intelligenz auswerten.

„Mit unserem hochaufgelösten multispektralen Kamerasystem ist es jedoch jetzt schon möglich, Kantenlängen im Zentimeterbereich zu erfassen.“

Tobias Schmid

Die Kameratechnik soll weiterentwickelt und langfristig in Flugzeuge des Küstenschutzes oder der Ölüberwachung integriert werden, sodass kein Flug extra fürs Erfassen des Plastikmülls gemacht werden muss. Dafür muss das System zunächst flugzeugtauglich weiterentwickelt werden. „Durch die einfache Möglichkeit Messtechnik in die JadeOne zu integrieren, bietet unser Flugzeug den idealen Versuchsträger für dieses Projekt“, sagt Teilprojektleiter Prof. Dr.-Ing. Jens Wellhausen.

Die erfassten Bilddaten werden dann analysiert und helfen dem Algorithmus des KI-Modells, die Menge und Art des aufgenommenen Mülls zu klassifizieren. Damit versuchen die Wissenschaftler_innen zu erfassen, wo Müll in welcher Menge die Umwelt verschmutzt.

„Dann sind wir mit unserem Forschungsflugzeug, das mit unseren Kamerasensoren ausgestattet ist, in unterschiedlichen Höhen über das Versuchsfeld geflogen“, sagt der wissenschaftliche Mitarbeiter. „Für die geplanten Überfliegungen eines im Vergleich zu unseren sonstigen Missionen sehr kleinen Messfeldes haben wir ein neues Überflugverfahren erprobt. Wegen des Windes an den Messtagen mussten wir ein paar Überflüge wiederholen und konnten aufgrund der Wolken nicht alle Höhen fliegen, die wir geplant hatten. Am Ende hatten wir aber gute Daten um damit den nächsten Schritt zu gehen.“

Auch mit einer Drohne wurde die Versuchsfläche überflogen - wesentlich tiefer, sodass die Flugzeugaufnahmen in 150 bis 1200 Metern Höhe mit Drohnenaufnahmen zwischen 12,5 Metern und 100 Metern Höhe ergänzt werden konnten. Mithilfe der großflächigen Bilder aus dem Flugzeug und den Detailbildern der Drohnen aus niedrigen Flughöhen konnte ein breites Datenportfolio erhoben werden. Diese Daten werden nun ausgewertet, um herauszufinden, bis zu welcher Höhe Plastik erkannt werden kann und welche Rolle dabei die Menge und die Form des Plastiks spielen. Die anschließende Auswertung bildet die Grundlage für die Entwicklung von KI-Methoden für ein Messsystem, das bei Routine-Flügen eingesetzt werden kann.

Insgesamt diente die erste Messkampagne nicht nur zum Aufnehmen von Daten, sondern auch um die interdisziplinäre Zusammenarbeit des Teams zu stärken. „Unsere erste gemeinsame Messaktion war sehr erfolgreich und wir planen bereits den nächsten Einsatz“, sagt Schmid.