Verlässliche Augen von Müllfahrzeugen

Smart Waste Management ist essenziell für Smart Cities, um Lebensqualität zu steigern und Ressourcen effizient zu nutzen. c-trace setzt mit IDS-Kameras auf KI-gestützte Systeme, die Störstoffe in Bioabfall erkennen. Das uEye FA-System analysiert Abfall per Top- und InsideView, erkennt Verunreinigungen wie Plastik, dokumentiert sie in Echtzeit und steigert so die Effizienz und Qualität der Entsorgung.

Smart Waste Management gehört zu den Kernaufgaben innerhalb von Smart Cities, also jenen städtischen Gebieten, in denen innovative Technologien und datengetriebene Lösungen eingesetzt werden. Sie verfolgen das Ziel, die Lebensqualität der Bewohner zu verbessern, Umweltauswirkungen zu minimieren und Ressourcen effizienter zu nutzen. Um Ressourcenschonung geht es nicht erst beim Recycling, sondern bereits bei den innovativen Ansätzen Abfall zu sammeln und diesen schließlich optimal zu entsorgen. Eine der wichtigsten Komponenten intelligenter Städte ist daher die Einführung effizienter Abfallsammelsysteme. Hinzu kommt, dass spätestens ab 1. Mai 2025 in Deutschland die zur Kompostierung bzw. Vergärung angelieferten Abfälle aus der Biotonne nur noch maximal 3,0% Fremdstoffe bei der Anlieferung enthalten dürfen. Dieser Herausforderung widmet sich das Bielefelder Unternehmen c-trace GmbH. Der Branchen-Spezialist für IT-Lösungen rund um die Entsorgungslogistik beschäftigt sich vor allem mit der gezielten Erfassung und Behandlung von organischen Abfällen aus Haushalten und gewerblichen Betrieben. Je sortenreiner die Bioabfälle angeliefert werden, desto geringer sind Aufwand und Kosten für die Fremdstoffentfrachtung. Außerdem steigen Menge und Qualität des kompostierbaren Bioabfalls und damit des Endprodukts. Um also zur Weiterverarbeitung des organischen Mülls eine möglichst hohe Sortenreinheit zu gewährleisten, hat das Unternehmen das erste auf künstlicher Intelligenz (KI) basierende System zur Detektion von Störstoffen bei der Bioabfallsammlung entwickelt. 

"Störstoffe im Bioabfall, vor allem Kunststoffe, verursachen hohe Kosten und machen das Recycling aufwändig oder sogar unmöglich", erklärt c-trace Vertriebsingenieur Jan Birkhold. Das Computer Vision-System c-detect kombiniert die intelligente Software des Systemhauses mit äußerst robusten und lichtstarken uEye FA Industriekameras von IDS, um entweder per "TopView"- oder per "InsideView" auf den Inhalt der Biotonne zu blicken.

Mit Hilfe von je zwei Kameras pro Variante kann das System mittels Objektdetektion alle möglichen Arten von Stoffen und Gegenständen identifizieren, die nichts im Bioabfall zu suchen haben. Es entdeckt antrainierte Verunreinigungen wie Metalle oder Kunststofftüten und kann selbst zwischen normalen und biologisch abbaubaren Kunststoffbeuteln entscheiden. Hierbei werden sowohl statische Bildaufnahmen (TopView) als auch dynamische Bildaufnahmen im Schüttungsvorgang (InsideView) erkannt, verarbeitet und per Bildnachweis dokumentiert. Der Inhalt wird mittels antrainierter künstlicher Intelligenz sofort auf dem Fahrzeug bewertet. Die Auswertung der Detektion kann in Echtzeit direkt im Fahrzeug über einen KI-Bordcomputer beziehungsweise über das c-ident-Touchboard verfolgt werden. Im Falle einer Detektion wird ein Beweisfoto gespeichert und automatisch zur Auswertung weitergeleitet.

Die Variante TopView nutzt den Blick von oben in jede Biotonne. Dazu werden am Heck des Sammelfahrzeugs oberhalb der Schüttung zwei Kameras installiert. Sobald das System Fremdkörper auf der Oberfläche des geöffneten Bio-Behälters erkennt, wird der Vorgang automatisch gestoppt. "Durch die Konfigurierbarkeit des Systems lässt sich einstellen, bei welchem Störstoff das System, abhängig vom Kontaminierungsgrad, anschlagen sollen", erklärt Jan Birkhold. "Sobald Störstoffe im Behälter entdeckt werden, wird er nicht geleert, sondern stehengelassen, damit die Störstoffe nicht in den Prozess gelangen."

Die Variante InsideView hingegen nutzt zwei Kameras im Schüttraum. Sie sind seitlich auf die Behälter gerichtet und nehmen mit hoher Auflösung während des Entleerungsvorgangs Bilder vom Abfall auf. Sollten sich Fremdstoffe unter der Oberfläche befinden, werden diese beim Entleeren des Behälters entdeckt. Das System löst direkt am Abfallsammelfahrzeug ein Signal aus, das den Schüttvorgang stoppt, sodass keine Störsubstanzen in das Fahrzeug und den weiteren Prozess gelangen.

Auch eine Kombination aus beiden Varianten ist möglich. In dem Fall übernehmen bis zu vier IDS Kameras am Sammelfahrzeug die automatische Kontrolle.

Der Fahrzeugdatensatz wird mit der entsprechenden Aufnahme, GPS-Koordinate sowie Transponder-Nummer in Echtzeit an den Entsorger übertragen. "Besonders wichtig ist dabei eine schnelle Bildverarbeitung. Wir haben hierfür nach einer netzwerkfähigen, hochauflösenden Kamera gesucht, die eigenständig programmiert werden kann", begründet Jan Birkhold die Wahl des eingesetzten Kameramodells. Entscheidend waren darüber hinaus Kriterien wie Baugröße, automatisches Exposure-Setting, Schutzklasse sowie Robustheit und Stabilität im Kamerabetrieb. 

Die GigE Vision IDS Kamera, die c-trace nutzt, ist mit dem kompakten 2/3“ Global-Shutter CMOS Sensor IMX264 von Sony ausgestattet und sorgt für hervorragende Bildqualität, Lichtempfindlichkeit und einen außerordentlich hohen Dynamikumfang.

Sie verfügt über einen internen 120 MB Bildspeicher und liefert nahezu rauschfreie, sehr kontrastreiche 5 MP-Bilder im 5:4 Format mit 22 fps und eignet sich damit hervorragend für Anwendungen wie diese mit schwankenden Lichtverhältnissen. Die Schutzklasse IP65/67 hält Schmutz, Staub und Spritzwasser ab - ein Muss für den Einsatz an Müllsammelfahrzeugen. 

Ein weiteres Plus der integrierten IDS Kameras ist die leichte Einbindung dank IDS peak. "Unsere Entwickler profitieren von der Netzwerk-Kompatibilität, der Unterstützung der Programmiersprache C++ und einer großen Anzahl von Features innerhalb der Programmierumgebung", so Jan Birkhold. Durch die erfassten Daten kann der Bioabfall zuverlässig der jeweiligen Tonne bzw. dem Müllverursacher zugeordnet werden. Über die GPS-Koordinaten lassen sich entsprechende Heatmaps erzeugen. "Unsere Kunden nutzen sognannte RFID Chips als Transponder, die extrem hohe Lesequoten gewährleisten und die Behälter unverwechselbar machen", erklärt Jan Birkhold.

Sämtliche Daten können in Echtzeit eingesehen und nachträglich ausgewertet werden. Die Inspektion und Bewertung des Bioabfalls dient dabei nicht nur der Sensibilisierung der Bevölkerung für die Notwendigkeit, sortenreinen Biomüll zu entsorgen, sondern darüber hinaus als Entscheidungsbasis für die Stoffstromlenkung. Die gesonderte Verarbeitung stark verschmutzter Chargen wird zielgerichtet gesteuert, wodurch sich Aufbereitungstechnik und Betriebsaufwand der Entsorgung reduzieren lassen.

"So werden die uEye FA Kameras zu unbeirrbaren Augen von Müllfahrzeugen und unterstützen c-trace-Kunden bei der Qualitätssteigerung von Bioabfällen", freut sich IDS Geschäftsführer Jan Hartmann über den ressourcenschonenden Einsatz der Obersulmer Kameras. Die KI-basierte Software aus Bielefeld lernt kontinuierlich dazu und verbessert damit stetig die Sortenreinheit und Recyclingquoten. So sorgen beide Komponenten gemeinsam für die Minimierung des Restmüllaufkommens, gezieltes Stoffstrommanagement, weniger Mikroplastik im Kompost und nicht zuletzt für ein höheres Recyclingbewusstsein in der Bevölkerung.

"Mit dem Einsatz von c-detect werden Kommunen in die Lage versetzt, nachhaltig, kostengünstig und effektiv Störstoffe im Bioabfall zu dokumentieren, auszuwerten und gezielt mit geeigneten Maßnahmen den steigenden Anforderungen der Bioabfallverordnung zu begegnen", unterstreicht Jan Birkhold. „Für Städte und Gemeinden geht es zunehmend darum, Stoffkreisläufe und -ströme auf regionaler und lokaler Ebene zu verbessern“, ergänzt Jan Hartmann. „Diese Optimierung regionaler Stoffkreisläufe kann zu erheblicher Ressourcenschonung führen, Bildverarbeitungstechnologie kann hierzu einen wichtigen Beitrag leisten.“

Ausblick

Aktuell bleiben Biotonnen, in denen sich Störstoffe befinden, am Abholplatz stehen und verursachen Mehraufwand durch zusätzliche Fahrten und Kontrollen. Für mehr Effizienz und Nachhaltigkeit soll künftig ein Kamerasystem eingesetzt werden, das am Sammelfahrzeug ereignisbezogene, datenschutzkonforme Aufnahmen von den bereitstehenden Abfallbehältern macht. Die Software c-gap gleicht dann die Aufnahmen mit den Listen aller Behälter der Tour ab und erfasst und dokumentiert damit lediglich die fehlenden Behälter. Dadurch kann gezielt der Nachweis erbracht werden, ob eine Reklamation bzw. Nachfahrt für einen nicht geleerten Behälter berechtigt ist oder nicht. Damit können viele Kilometer und Kosten eingespart werden.

So zeigen sich vielversprechende Ansätze, die künstliche Intelligenz schon jetzt Smart Cities für die Entwicklung der Abfallwirtschaft bietet und in welcher Weise sie den notwendigen Wandel unterstützen kann. Städten, Kommunen und Entsorgungsunternehmen müssen sich zunehmend damit auseinandersetzen, damit es gelingen kann, sich den Herausforderungen der Zukunft zu stellen und noch ressourcenschonender und effizienter zu arbeiten.