Mit TimberVision präsentiert das Austrian Institute of Technolgy (AIT) den weltweit größten öffentlich verfügbaren Bilddatensatz zur KI-gestützten Baumstammerkennung. Das System schafft so die Grundlage für den Einsatz autonomer Forstmaschinen.
Durch den weltweit freien Zugang zu Datensatz und Algorithmen für Forschung und Entwicklung fördert das AIT die digitale Transformation in der Forstwirtschaft.
Robuste Technologie
In der Forstwirtschaft sind viele manuelle Tätigkeiten wie Inventurarbeiten, Holzernte und Rundholzvermessung nicht nur zeitaufwändig, sondern erfordern auch Einsätze in schwer zugänglichen oder gefährlichen Umgebungen. Automatisierte Arbeitsmaschinen und -prozesse können hier Abhilfe schaffen und die Arbeitskräfte unterstützten, aber auch vor Risiken schützen.
Dazu ist eine robuste Technologie erforderlich, die Baumstämme zuverlässig erkennt, vermisst und die erfassten Daten für weitere Arbeitsprozesse bereitstellt. Bislang fehlte es an ausreichenden Trainings- und Referenzdaten, die für die Entwicklung und Validierung KI-basierter Modelle unerlässlich sind.
Hier setzen die Expert:innen Julia Simon, Daniel Steininger, Andreas Trondl und Markus Murschitz vom Center for Vision, Automation & Control des AIT Austrian Institute of Technolgy (AIT) an.
„Mit TimberVision schafft das AIT durch ein leicht zugängliches System und einen einzigartigen Bilddatensatz die Basis für die nächste Generation autonomer Maschinen in der Forstwirtschaft,“ erläutert Markus Murschitz, Projektleiter am AIT.
Größter öffentlich verfügbarer Bilddatensatz zur Digitalisierung der Forstwirtschaft
„Unsere Arbeit stellt einen neuartigen Algorithmus vor, um in Echtzeit Baumstämme inklusive ihrer geometrischen Eigenschaften wie Umrisse und Mittellinien zu erkennen. Unser Ansatz bestimmt die Baumstämme und ihre Bestandteile mit hoher Genauigkeit. Alle Daten werden zu einer einheitlichen Darstellung fusioniert,“ unterstreicht Julia Simon.
„Das Besondere ist, dass unser System selbst unter herausfordernden Bedingungen wie beispielsweise schwierigen Witterungsverhältnissen oder teilweisen Verdeckungen verlässlich funktioniert und die Baumstämme präzise über Bildsequenzen hinweg verfolgt, das heißt sie auch immer wieder erkennt,“ ergänzt ihr Kollege Daniel Steininger.
Über 51.000 erfasste Baumstamm-Komponenten
Mit TimberVision haben sie einen neuartigen, öffentlich zugänglichen Bilddatensatz und ein KI-Modell entwickelt, das Baumstämme zuverlässig erkennt und deren Konturen präzise erfasst.
Mehr als 2.000 annotierte Farbbilder und mehr als 51.000 erfasste Baumstamm-Komponenten, inklusive Schnitt- und Mantelflächen, machen ihn zur größten Sammlung ihrer Art.
Dafür hat das Team die Daten mit handelsüblichen RGB-Kameras aufgenommen und mit einer eigens entwickelten semi-automatischen Verarbeitungspipeline annotiert. Es wurden mehrere KI-Modelle trainiert und auf vielfältige Umfeldbedingungen, unterschiedliche Standorte, Distanzen, Licht- und Wetterverhältnisse sowie Baumstammvariationen systematisch evaluiert, um eine hohe Modellrobustheit sicherzustellen.
Die Genauigkeit des Modells wurde in mehreren Tests erfolgreich bestätigt. Durch Kombination mit weiteren Sensoren kann das System beispielsweise für eine automatisierte Inventur sowie eine optimierte Holzernte und Verladung eingesetzt werden.
Um die Forschung weiter voranzutreiben, stellt das AIT-Team den gesamten TimberVision-Datensatz sowie die entwickelten Algorithmen für akademische Zwecke öffentlich zur Verfügung. Wissenschafter:innen weltweit sind eingeladen, das System zu nutzen und weiterzuentwickeln.
Weiterführende Informationen
Open-Source Bilddatensatz auf GitHub: https://github.com/timbervision/timbervision
AIT Large-Scale Robotics Lab: https://www.ait.ac.at/labs/large-scale-robotics-lab
