Bisher war es schwierig, Protokolle zuverlässig bis zu ihrem Ursprung zurückzuverfolgen. Forscher des Fraunhofer IPM und ihrer Partner haben nun gezeigt, dass sich Baumstämme und Stammabschnitte anhand der Struktur der Schnittflächen identifizieren lassen. Das aktuelle Forschungsprojekt entwickelte eine markerfreie und manipulationssichere Methode. Das optische Verfahren ermöglicht eine bis zu 100-prozentige Erkennung – selbst unter den rauen Umgebungsbedingungen der Holzindustrie.
Holz ist eine wertvolle natürliche Ressource, deren Bedeutung insbesondere in der Bauindustrie immer weiter zunimmt. Ein Ziel der EU-Holzverordnung ist die Eindämmung des illegalen Holzhandels. Deshalb verpflichtet die Verordnung holzverarbeitende Unternehmen, sicherzustellen, dass das Holz entlang der gesamten Lieferkette bis zu seinem Ursprung zurückverfolgt werden kann.
Die zur Identifizierung von Holz üblicherweise verwendeten Nummerierungsschilder, RFID-Codes und einfachen Farbmarkierungen können keinen zuverlässigen Herkunftsnachweis gewährleisten, da sie nicht manipulationssicher sind. Bisher scheiterten alternative Methoden zur Markierung von Baumstämmen und Stammabschnitten an hohen Kosten und mangelnder Digitalisierung.
Manipulationssichere Identifizierung: Schnittflächen als Fingerabdrücke
Fraunhofer IPM hat in enger Zusammenarbeit mit der Forstlichen Versuchsanstalt Baden-Württemberg (FVA) ein kamerabasiertes Verfolgungsverfahren entwickelt. Das Forschungsprojekt zur Identifizierung von Baumstämmen und Stammabschnitten wurde kürzlich abgeschlossen. Das Track & Trace Fingerprint-Verfahren nutzt die einzigartigen Strukturen auf Schnittflächen wie einen Fingerabdruck, sodass keine Holzmarkierung erforderlich ist.
Hochaufgelöste Kamerabilder der Schnittflächen werden in eine einfache Bitfolge übersetzt, den Fingerabdruckcode. Dieser Code wird mit einer eindeutigen ID abgeglichen und in einer Cloud-Datenbank gespeichert. Die Verfolgung kann somit durch den Vergleich neuer Bilder desselben Bereichs mit der entsprechenden Bitsequenz erreicht werden. Dies ermöglicht die manipulationssichere Identifizierung einzelner Stämme und Stammabschnitte, auch wenn das Holz bei der Ernte und Verarbeitung verwechselt wird.
Für Holzverarbeitungsanwendungen wurden drei verschiedene Kamerasysteme entwickelt, die jeweils an spezifische Lichtverhältnisse angepasst sind: ein System, das in eine Forstmaschine integriert ist, ein System für den Einsatz in einem Sägewerk und ein Handsystem.
Es gibt zwei Gründe, warum bei der Erstellung von Fingerabdruckcodes eine große Datenmenge anfällt: erstens die spezifische Struktur der Schnittfläche mit Ästen, Jahresringen und rauen Oberflächen und zweitens die Waldumgebung, die die Reproduktion von Stammpositionen unmöglich macht . Deshalb erfolgt die Vorauswahl der Bilder in einem zweistufigen Prozess mithilfe eines Convolutional Neural Network (CNN).
Hohe Erkennungsrate
In einer Feldstudie konnten die Forscher zeigen, dass die Fingerabdruckmethode auch unter den rauen Umweltbedingungen im Wald und im Sägewerk zuverlässig ist. Insgesamt wurden 65 Schnittflächen am Forstvollernter, an der Holzsammelstelle und am Sägewerk erfasst. Die registrierten Abschnitte wurden dann an der Sammelstelle und im Sägewerk identifiziert, indem an jedem Standort jeweils neue Bilder aufgenommen wurden.
Die Erkennungsrate zwischen Forstmaschine und Holzsammelstelle betrug 98,5 %, das heißt, das System konnte nur einen einzigen Stamm nicht erkennen. Zwischen Forstvollernter und Sägewerk sowie zwischen Holzsammelstelle und Sägewerk lag die Erkennungsrate bei 100 %. Zukünftig werden die Forscher daran arbeiten, das Verfahren auch für andere Holzarten und für Anwendungen entlang der gesamten Holzverarbeitungskette nutzbar zu machen.