Neue Maßnahmen im Katastrophenschutz

Erdbeben, Tsunamis, Vulkanausbrüche oder Überschwemmungen, trotz aller Vorhersagen und Sicherheitsvorkehrungen kommen Naturkatastrophen häufig überraschend und führen zum Verlust von Menschenleben und der Zerstörung von Lebensraum. Die Liste verheerender Umweltphänomene zieht sich dabei wie ein roter Faden durch die Menschheitsgeschichte. Bereits früheste Aufzeichnungen belegen, dass beim Untergang der Stadt Sparte im Jahr 464 v. Chr. über 20.000 Menschen einem schweren Erdbeben zum Opfer fielen. 1556 bebte die Erde im chinesischen Shaanxi, die Folge, 850.000 Tote. Der verheerende Tsunami im indischen Ozean im Jahr 2004 forderte hunderttausende Leben, 1,7 Millionen Menschen wurden Obdachlos.

Laut der International Desaster Database der Weltgesundheitsorganisation sterben pro Jahr 80.000 Menschen an den Folgen von Naturkatastrophen. Dabei entfallen 57 Prozent der Schäden auf Wetterereignisse, 20 Prozent haben geologischen Ursprung, der Rest sind biologische Katastrophen. Glücklicherweise können dank besserer Frühwarnsysteme und Schutzvorkehrungen immer mehr Menschen frühzeitig informiert und geschützt werden. Doch dreierlei Überwachungstechnik hat ihren Preis. Nicht jedes Land kann Milliarden Euro in den Katastrophenschutz investieren.  Kostengünstige und vor allem flexibel einsetzbare Sicherheitsmaßnahmen zu entwickeln, scheint angesichts hoher Opferzahlen mehr als angebracht. Denn in unserer komplexen und vernetzen Gesellschaft können sich selbst kleinste Störungen rasch drastisch auswirken. Der Vulkanausbruch des isländischen Vulkans Eyjafjallajökull im Jahr 2010 bewies auf erschreckende Art und Weise, wie anfällig allein das internationale Luftfahrtsystem ist. Die EU-Verkehrskommission ermittelte die Umsatzausfälle der Fluggesellschaften auf rund zwei Milliarden Euro. Damit Ereignisse dieser Art frühzeitig erkennbar und damit kalkulierbarer werden, können beispielsweise neuartige Satelliten- und Bildauswertungssysteme zum Einsatz kommen. Vor allem  gilt es im Unglücksfall aber Menschenleben zu retten und die Infrastruktur zu schützen, sobald die Katastrophe nicht mehr aufzuhalten ist. Die ersten Stunden nach einer Katastrophe sind die Entscheidenden. Oft dauert es aber mehrere Stunden, um überhaupt ein klares Bild vom Ausmaß der Katastrophe zu haben. Viel zu viel Zeit, die verloren geht und in der wichtige Rettungsmaßnahmen hätten eingeleitet werden sollen.

Die Problematik ist allerdings sehr vielschichtig, denn grundsätzlich muss sich nicht nur mit technischen, sondern auch mit kognitiven Problemen auseinander gesetzt werden. Das technische Problem liegt in der Unfähigkeit der modernen Kommunikationssysteme Informationen aus verschiedenen Informationsquellen (öffentliche Medien, Polizei, Feuerwehr, Geoforschungsstationen, Wetterdienste usw) auszuwerten. Das kognitive Problem beschreibt die Unfähigkeit des Menschen große Datenmengen unter Bedrohung und Stress-Bedingungen zuverlässig zu analysieren und auszuwerten.

»Bestpreis-Sensorbälle« werden von Flugrobotern abgeworfen und bahnen sich den Weg zu schwer erreichbaren Stellen. © Fraunhofer

»Bestpreis-Sensorbälle« werden von Flugrobotern abgeworfen und bahnen sich den Weg zu schwer erreichbaren Stellen.
© Fraunhofer

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Diesen Umständen entgegen zu wirken, gilt als nachhaltiges Projektziel mehrerer deutscher Forschungsinstitutionen. So hat die renommierte Fraunhofer-Gesellschaft das Erkennen und Beherrschen von Katastrophen als eines von sieben „Übermorgen-Projekten“ ausgeschrieben. Eines der vielversprechendsten Projekte hört auf den Name SENEKA.

SENEKA steht für „Sensornetzwerk mit mobilen Robotern für das Katastrophenmanagement“ und ist ein Gemeinschaftsprojekt der Fraunhofer-Institute für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB in Karlsruhe und Ilmenau (Projektleitung), Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart, Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS in Sankt Augustin, Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen und Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg.

Die Idee ist es, Aufgaben wie zum Beispiel die Suche nach Verletzen kontinuierlich auf Roboter und Mensch aufzuteilen, um so die Belastung für die menschlichen Teammitgliedern zu minimieren. Das SENEKA-Leitsystem wird über eine dezentralisierte Systemarchitektur verfügen. Die Einsatzplanung und koordinierte Steuerung der Roboter-Sensor-Netzwerke werden möglichst intuitiv bedienbar gestaltet.

Ausschlaggebend sind zunächst einmal eine Vielzahl von Sensoren, die um den Unglücksort herum aufgestellt werden. Sie können die Temperatur, den Luftdruck oder die Windgeschwindigkeit usw. messen und feststellen, ob etwa giftige Gase in der Luft sind. Durch die Kombination von verschiedener Nah- und Fernsensoren ist eine umfassende Analyse des Katastrophenumfelds und die schnellere Suche nach Opfern und Gefahrenquellen möglich.

Die Roboter können mittels Ultraschall, GPS oder Lasermessgeräten sowie speziellen Kameras (z. B. Infrarotkameras zur Opfersuche), zwei- und dreidimensionale Karten im zerstörten Katastrophenumfeld erstellen. Auf der Grundlage der aktuellen Karten entstehen wiederum Algorithmen, die innerhalb der Einsatzplanung verwendet werden. Sie beinhalten eine optimale Routenplanung und Steuerung der kooperierenden Roboter-Teams sowie autonomes bildgestütztes Aufspüren von Opfern und Schadensquellen.

Ein ähnliches Konzept wird mit dem EU-Forschungsprojektes »Natural Human-Robot Interaction in Dynamic Environments« (NIFTi) verfolgt. Hierfür soll ein System entwickelt werden, mit dem Rettungskräfte durch natürliche Sprache mit Robotern kommunizieren können. Die Roboter – in der Luft und am Boden – interagieren selbstständig miteinander und liefern den Rettern vorgefilterte, relevante Informationen.

Das Roboterfahrzeug »Quanjo« liefert autonom Sensorsonden aus.  © Fraunhofer

Das Roboterfahrzeug »Quanjo« liefert autonom Sensorsonden aus.
© Fraunhofer

 

Um erfolgreich mit Menschen im Team zu agieren, muss ein Roboter allerdings mehr tun, als bloß seine eigenen Aufgaben zu erledigen. Er muss verstehen, wie sein eigenes Vorgehen und die Vorgänge während einer gemeinsamen Erkundung auch die Fähigkeiten des Menschen beeinflussen. Nur dann, wenn Roboter und Mensch sich über ihr unterschiedliches „Lagebewusstsein“ im Klaren sind, können sie gemeinsam auf komplexe Zusammenhänge reagieren und sich tatsächlich als Teammitglieder unterstützen.

Was zunächst nach Science Fiction klingt, wurde bereits erfolgreich im Krisenfall zur Anwendung gebracht. Die Emilia-Romagna-Region im Norden Italiens wurde am 20. Mai 2012 von einer Reihe starker Erdbeben erschüttert. Die weltberühmte Basilika San Francesco, die Grabeskirche des Heiligen Franziskus von Assis wurde dabei stark beschädigt.

An mehreren Tagen wurde erfolgreich ein Team aus Menschen und Robotern zur Schadensfeststellung eingesetzt. Das NIFTi-Team bestand aus sieben Forschern und Technikern sowie jeweils zwei Bodenrobotern und Mikrokoptern, die mit ihren Einsätzen hochauflösendes Videomaterial und 3D-Rekonstruktionen zur Beurteilung struktureller Schäden an den Gebäuden liefern konnten.

Während des erstes Einsatzes flogen die Mikrokopter mehrmals in die Kirche ein, um die strukturellen Schäden an Bögen und Decken sowie die Beschädigungen von Grabmalen und Kunstwerken in der westlichen Galerie der Kirche zu untersuchen. Jeder Einsatz wurde von einem Piloten durchgeführt, der von einem Sicherheitsspezialisten unterstützt und geleitet wurde. Zudem lieferten die Bodenroboter Videos und eine 3D-Rekonstruktion der westlichen Galerie, der Basilika. Die Roboter wurden von einem fünfköpfigen Team aus Pilot, Einsatzspezialisten und In-Field-Spottern ferngesteuert.

Noch ist diese Art der Katastrophenbewältigung auf lokale Ereignisse begrenzt. Es wird daher noch viel Zeit vergehen und umfangreiche Ressourcen benötigen, um Rettungs- und Einsatzkräfte sowie Behörden und Gemeinden mit technischen Hilfsmitteln wie Drohnen, Robotern und einem entsprechenden Sensor- und Informationsnetz auszustatten. Doch eines ist sicher, menschliche und künstliche Rettungskräfte werden zunehmend miteinander vernetzt zum Einsatz kommen.

Röbke Wulff

Der 1980 geborene Autor hat Medien- und Kommu­nikationswissenschaften studiert und bei der Medien Gruppe Kirk AG in Darmstadt volontiert. Röbke Wulff ist seit 2010 als Redakteur und Regisseur bei der Europäischen Wirtschafts Verlag GmbH tätig.