Positive erfaringer med at overvåge bevægelser på jorden via satellitter har ført til et nyt forskningssamarbejde mellem DTU og en række private virksomheder og forsvarsinstitutioner i Skandinavien. Projektet, der bærer navnet Bifrost, sætter fokus på at udvikle smarte satellitter, som kan analysere billeddata med kunstig intelligens allerede i satellitten og dermed føre til billigere og hurtige systemer.
“Jordobservation fra rummet er et område, der vokser kraftigt i de her år. Vi oplever stor interesse for området, blandt andet til brug inden for forsvars- og sikkerhedsområdet, hvor overvågning og territorialhævdelse kan styrkes markant med de nye teknologier, vi udvikler. I et kæmpestort område som Arktis er der for Danmarks vedkommende stort potentiale i denne type systemer,” siger direktør på DTU Space Henning Skriver.
I dag foretages observationerne ved, at der hentes store mængder optiske billeder og radarbilleder fra satellitter ned til jorden, hvor de så processes og sorteres. Billederne kan blandt andet bruges til at opdage illegale skibe, territorialkrænkelser, drivende isbjerge og skovbrande. Ved at udføre databehandlingen med kunstig intelligens i form af machine learning og deep learning algoritmer i satellitten, gøres processen mere effektiv.
“Ved at bruge kunstig intelligens i billedbehandlingen i den grafiske processor, GPU’en, på selve satellitten, kan data behandles hurtigt i rummet, hvorefter kun de vigtigste data sendes ned til jorden. På den måde bliver processen både hurtigere og billigere, fordi der bruges langt mindre strøm, og satellitterne derfor kan være mindre,” forklarer Henning Heiselberg, leder af Security DTU, som er et tværdisciplinært sikkerheds- og forsvarsteknologisk forskningscenter.
Satellitten sorterer uvæsentlige data fra i rummet
Den kunstige intelligens er trænet til at finde interessante objekter i et givet område og sende data om dem tilbage til Jorden. Her kan der så analyseres yderligere på dem. Eksempelvis for at afgøre, om der er tale om et skib, der sejler illlegalt i et område, eller et drivende isbjerg.
“Vi har testet og trænet systemet på skibe, isbjerge, og skovbrande på land. Og vi har fået gode resultater, som vi nu bygger videre på,” fortæller Henning Heiselberg.
I det nye projekt anvendes data i form af optiske billeder og multispektrale optagelser i det infrarøde område optaget fra rummet. De kombineres med data fra blandt andet radio-antenner på Jorden. Og her fungerer den kunstige intelligens (AI) effektivt, når uvæsentlige data skal sorteres fra, så kun de nødvendige informationer er tilbage. Der kan også anvendes data fra radarer i rummet og på Jorden.
Med det nye projekt føjes et lag til DTU’s aktuelle forskning og udvikling inden for rumbaseret forsvars- og sikkerhedsteknologi.
Illegale skibe kan identificeres med nyt system
Udviklingen af de nye satellitter bygger videre på flere års forskning i projektet Dark Ships, som havde til formål at udvikle et satellit-baseret system til at søge efter illegale eller nødstedte skibe i det arktiske område. Overvågningen af skibe i Arktis er i stigende grad aktuel, fordi flere områder her bliver farbare som følge af global opvarmning, og skibstrafikken dermed øges.
Projektet Dark Ships var et samarbejde mellem DTU, firmaet Gatehouse, Forsvaret og Arktisk Kommando, som havde til formål at udvikle satellitovervågning af skibe, der sejler under radaren ved at slå den såkaldte AIS-transponder fra. Når transponderen er tændt, udsender den blandt andet oplysninger om skibet, samt dets rute og position. Sådan en skal alle større skibe anvende ifølge de internationale søfartsregler.
Det vil typisk være skibe, der krænker dansk territorium og international lovgivning, som slukker for den. Det kan være illegale fiskere, smuglere, militære fartøjer og skibe der dumper olie eller er lastet med våben eller andre varer underlagt sanktioner.
Dark Ships findes både ved hjælp af optiske billeder og radarbilleder optaget af eksempelvis ESA’s Sentinel-satellitter eller andre satellitter med antenner, der kan opfange radiosignaler fra Jorden.
“Hvis et skib skjuler sig for den ene sensor, men vi fanger det med en anden, vil det typisk være et mistænkeligt fartøj, som man bør se nærmere på” siger Henning Heiselberg.
Database med over 10.000 kendte skibe
Kunstig intelligens (AI) udviklet på DTU analyserer og sammenligner de store data mængder fra disse kilder og finder mønstre, der for eksempel kan være et illegalt skib. På den måde kan systemet relativt hurtigt finde et drivende isbjerg eller et skib med frakoblet AIS-signal og skelne de to fra hinanden. Dermed reduceres antallet af falske alarmer, hvilket kan spare for eksempel Arktisk Kommando dyrebar tid og ressourcer.
“Det er nøgleteknologier, der kan gøre territorialhævdelse og overvågning over store afstande langt mere effektivt. Lignende systemer anvendes til at kortlægge havis for at opnå mere sikre skibsruter i Arktis og i forbindelse med redningsaktioner,” siger Henning Heiselberg.
Forskerne har nu en database med over 10.000 kendte skibe og endnu flere isbjerge.
“Vi har vist, at konceptet virker. Vi har udviklet algoritmer baseret på kunstig intelligens, som selv kan analysere de store datamængder og skelne mellem isbjerge og skibe. Og der er potentiale til at opdage og genkende mange andre interessante ting med den slags systemer,” fastslår DTU-forskeren.
Forskerne har også fundet ud af, at man via satellit-data kan finde radarer på skibe og landjorden. Det viser sig nemlig, at der kan dannes støj, interferens, mellem satellittens og radarens signaler. Ud fra interferensmønstret kan man beregne radarens position og type.
Samarbejde med industrien fører til overvågningsværktøjer
DTU Space har mange års ekspertise inden for rumbaseret teknologi til overvågning af Jorden. Det er denne viden, der nu i stigende grad også omsættes til forsvars- og sikkerhedsteknologi.
“Vi forsker og udvikler teknologier, rådgiver og uddanner ingeniører med de rette kompetencer på området. Og vi anvender al vores viden til at udvikle sikkerhedsteknologi i de her nye projekter,” siger Henning Heiselberg.
“Vores aktiviteter passer perfekt ind i den voksende interesse for at styrke Danmarks forsvar. I samarbejde med industrien kan vi bidrage med en række praktisk anvendelige værktøjer til formålet”.
