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Unbemannter Flieger klärt für Einsatzkräfte Waldbrände auf

Australien, USA, Süd- und Zentraleuropa: Überall wüten Waldbrände, Überschwemmungen und andere Ereignisse, die Einsatzkräfte an ihre Grenzen bringen. Oft sind die betroffenen Gebiete für Menschen nicht passierbar oder lebensbedrohlich. Das erschwert die Bekämpfung der Naturkatastrophen enorm. 

Um die Einsatzführung künftig zu verbessern, arbeitet ein Team rund um Christoph Sulzbachner vom Center for Vision, Automation & Control am AIT Austrian Institute of Technology an speziellen automatisierten Luftfahrzeugen. Ihre Aufgabe ist es, den Einsatzkräften ein Gesamtlagebild in Echtzeit zur Verfügung zu stellen, damit sie die jeweilige Situation besser beurteilen können.

Waldbrand

Der Klimawandel und  Veränderungen in der Landnutzung werden Waldbrände immer weiter verschlimmern. Das geht aus aktuellen Bericht des UN-Umweltprogramms (UNEP) und der Non-Profit-Organisation Grid-Arendal hervor. Eine weltweite Zunahme von großen Bränden wird sogar in bisher nicht betroffenen Gebieten erwartet.

Forscher*innen erwarten bis Ende 2050 einen Anstieg der Anzahl gewaltiger Waldbrände um 30 Prozent. Bis zum Ende des Jahrhunderts sollen diese Naturkatastrophen sogar um 50 Prozent steigen.

Unbemannter Flieger

Entwickelt wurde der unbemannte und elektrisch betriebene Starrflügler Demona. Er hat eine Spannweite von 4 Metern.

„In Demona verbaut sind unter anderem Leistungselektronik, Kommunikations- und Navigationstechnik“, sagt Sulzbachner der futurezone. Das Fluggerät überfliegt das Einsatzgebiet und erfasst die Umgebung anhand visueller und Infrarot-Sensorik. „Letztere eignet sich etwa sehr gut zur Detektion von Bränden oder Glutnestern“, sagt Sulzbachner. Die visuelle Sensorik komme zum Einsatz, um Gelände wie beispielsweise befahrbare Bereiche zu erkennen.

Links: Detailliertes Gesamtlagebild. Rechts: Farblich dargestellte Inhalte wie befahrbare Straßen (violett). In einem Brandfall wäre das Feuer in einer anderen Farbe sichtbar

Besonders wichtig für den Betrieb unbemannter Luftfahrzeuge ist eine robuste Kommunikation. „Wenn man Mobilkommunikation verwendet, ist man von Infrastruktur, etwa Mobilfunkstationen anhängig“, erklärt Sulzbachner. Im Krisen- und Katastrophenfall könnte eine Mobilfunkstation aber ausfallen oder die Netzabdeckung unzureichend sein.  

Um Störungen zu vermeiden, ist Demona mit einem leistungsstarken Antennentrackingsystem vom österreichischen Spezialisten Pidso gekoppelt. Damit können die generierten Sensordaten, ohne zusätzlicher Infrastruktur mit hoher Bandbreite und geringer Verzögerung an die jeweilige Einsatzzentrale übertragen werden. 

Bei einer klassischen Rundstrahlantenne wird das Signal 360 Grad abgegeben, also auch in ungewollte Raumrichtungen, bei einer direktiven und nachgeführten Antenne hingegen direkt zum Fluggerät

Künstliche Intelligenz

Konkret handelt es sich um ein sogenanntes gerichtetes und nachgeführtes Antennensystem. Anders als bei einer klassischen Rundstrahlantenne wird das Signal nicht 360 Grad abgegeben – also auch in ungewollte Raumrichtungen – sondern in einem schmalen Kegel direkt zum Fluggerät. Dadurch bleibt die Verbindung über mehrere Kilometer stabil.

Am Boden werden die Daten mittels künstlicher Intelligenz verarbeitet und beispielsweise die Oberflächenberechnung oder die Integration des Datenproduktes in ein Geoinformationssystem durchgeführt. „Ein Geoinformationssystem kann man sich wie eine Software vorstellen, die das Kartenmaterial verwaltet. Wir pflegen das Kartenmaterial in ein Geoinformationssystem ein, wo es entsprechend von den Einsatzkräften abgerufen werden kann“, sagt Sulzbachner.

Das Echtzeit-Lagebild wächst laufend – bereits bestehendes Kartenmaterial werde permanent aktualisiert. „Während des Fluges sehen die Einsatzkräfte auf einer Visualisierung, wie sich das Lagebild aufbaut. Wenn bereits erkundete Gebiete erneut überflogen werden, können sie  mit Zeitreihen analysiert werden, um festzustellen, wie sich ein Bereich weiterentwickelt hat.“ 

Manuell ferngesteuert

Generell sei so einsehbar, wo es Feuer, Wasserbereiche, Wald, Wiesen und Straßen gibt und welche Bereiche zugänglich sind. Auch können mit dem System vermisste Personen detektiert werden.

Aktuell wird Demona manuell ferngesteuert. Langfristiges Ziel ist aber der Einsatz mit einem höheren Automatisierungsgrad, sodass der Flieger nicht mehr durchgehend von einem Piloten oder einer Pilotin gesteuert werden muss. Dafür seien aber zusätzliche Technologien wie Kollisionsvermeidungssysteme erforderlich. „Daran arbeiten wir gerade“, sagt der Forscher. Auch brauchen derartige Geräte eine Zulassung nach europäischen Richtlinien – eine solche wurde bei der Austro Control beantragt.

Die Forschungsaktivitäten werden im Rahmen von kooperativen Projekten der Sicherheitsforschung KIRAS durchgeführt. Die Einsatzkräfte liefern die Szenarien, woraus die Anforderungen an die Technologie abgeleitet werden. „Diese Zusammenarbeit mit den Bedarfsträgern wie BMI und BMLV, Feuerwehr und Johanniter ist eine wesentliche Komponente unserer Arbeit.“

Algorithmen warnen vor Hochwasser

Die Zahl der globalen Umweltkatastrophen soll zahlreichen Prognosen zufolge steigen. Der primäre Grund dafür ist die Klimaerwärmung. Neben extremen Waldbränden und Dürren stellen auch Überschwemmungen viele Regionen vor große Herausforderungen.

Daher werden innovative Maßnahmen für die Krisen- und Katastrophenbewältigung  immer bedeutender. Besonders Gemeinden oder Städte, die in einem Talkessel liegen, haben bei extremen Wetterlagen mit Hochwasser zu kämpfen. Der Regen sammelt sich im Tal so schnell, dass die Einsatzkräfte oft nicht rechtzeitig eingreifen können.

KI sendet Warnung aus

Algorithmen sollen hier helfen. Das Schweizer Unternehmen Endress+Hauser hat ein auf künstlicher Intelligenz (KI) basiertes Frühwarnsystem entwickelt, das bei kritischen Wasserwerten automatisch eine Warnung an Einsatzkräfte sendet.  

Getestet wird das System unter anderem von der deutschen Gemeinde Lenzkirch, ein Hochwassergebiet in Baden-Württemberg. Entlang der Flüsse Haslach und Urseebach sind 5 Sensoren montiert, welche Starkregen messen. 10 weitere Sensoren berechnen die Pegelstände und 12 Sensoren die Bodenfeuchtigkeit. 

Anhand dieser Daten und der Wetterprognose kann die KI das Hochwasserrisiko frühzeitig abschätzen. Sind die Werte kritisch, sendet das System automatisch eine Warnung per SMS oder Anruf aus. So kann die Vorlaufzeit für die Feuerwehr um ein Vielfaches erhöht werden. 

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Andreea Iosa

Andreea Iosa beschäftigt sich mit neuesten Technologien und Entwicklungen in der Forschung – insbesondere aus Österreich – behandelt aber auch Themen rund um Raumfahrt sowie Klimawandel.

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