Schutz und Sicherheit rundum gedacht – Zu Lande, im Wasser und aus der Luft

Das Fraunhofer IITB präsentiert diese Zyklische Systemkette auf dem Internationalen Kongress für Krisenmanagement von Naturereignissen „RisiKA“ am 10. und 11. April 2008 im Kongresszentrum Karlsruhe.

Wir brauchen Schutz für Menschen, Gebäude, Verkehrsnetze, Produktionsstätten, den landwirtschaftlichen Anbau und alle Strukturen, die für das reibungslose Funktionieren unseres Gemeinwesens wichtig sind. Das Ziel ist dabei ein rechtzeitiges Erkennen von Gefahren und nach Möglichkeit ein Ausschalten der Gefahrenquelle. Diese Möglichkeit besteht allerdings nur bei vorsätzlichen Angriffen.

Im Falle von Naturkatastrophen ist die frühzeitige Erkennung der Gefahr und eine Simulation des weiteren Verlaufs entscheidend, so dass z. B. eine optimale Evakuierung der Bevölkerung oder Schutzmaßnahmen für kritische Infrastrukturen schnellstmöglich eingeleitet werden können. Das brächte darüber hinaus eine Kostenersparnis für Reparaturen und Instandsetzungen in beträchtlicher Höhe mit sich.

Der Einsatz modernster Informationstechnologie ist unentbehrlich, um die komplexen Zusammenhänge, möglicherweise länderübergreifende Betroffenheit und den hohen Zeitdruck in Katastrophenfällen zu managen. Auch Deutschland ist vermehrt von terroristischen Gefahren oder Naturkatastrophen bedroht, als High-Tech-Wirtschaftsstandort komplex vernetzt und natürlich hochgradig abhängig von Ressourcen wie z. B. Wasser, Energie und Kommunikation. Vor allem die Vernetzung führt zu einer erhöhten Verwundbarkeit.

Das Fraunhofer IITB in Karlsruhe ist u. a. spezialisiert auf ganzheitliche Überwachungs- und Informationssysteme, die Liegenschaften und Gebäude, aber auch große Katastrophengebiete, Grenzverläufe oder Häfen, unter die multisensorielle Lupe nehmen können. Das Institut erforscht und entwickelt automatische Auswertesysteme für die gesammelten Daten zur Unterstützung und Entlastung des Menschen.

Technologisch steht schon heute eine Vielzahl von Sensoren zur Verfügung, die die Sinnesorgane des Menschen ergänzen. Schallwellen, Wärmequellen, chemische Verbindungen, radioaktive Strahlung, Bewegungen und Erschütterungen, Feinstäube – für die meisten physikalischen Größen sowie viele chemische und biologische Substanzen stehen einsetzbare Sensoren zur Verfügung. Die Kunst ist nun, diese Vielzahl von Signalaufnehmern an die richtigen Orte zu bringen und aus dem gewaltigen Strom eingehender Daten bestmögliche Entscheidungen abzuleiten. Eine Verarbeitung dieser Informationsfluten in Echtzeit überfordert den Menschen und ist eine Herausforderung für die eingesetzten Rechner-Systeme.

Das Fraunhofer IITB (Fraunhofer-Institut für Informations- und Datenverarbeitung) arbeitet bereits seit vielen Jahren an diesen Aufgabenstellungen und entwickelt ein Baukastensystem, das in der Lage ist, komplexe Überwachungsaufgaben ganzheitlich zu lösen. Erst eine sinnvolle Auswahl, Analyse, Fusion und Verwertung der Daten ermöglicht planvolles, effektives Handeln mit möglichst hohem Nutzen.

Zunächst steht die genaue Erkundung der aktuellen Lage im betroffenen Gebiet an. Z. B. ist bei einer Flutkatastrophe zu klären, wie das Gebiet erreichbar ist. Wie stark sind die Infrastrukturen zerstört? Sind Straßen, Brücken, Schienenwege noch benutzbar? Wo sind evtl. Menschen eingeschlossen und wie kann man zu Ihnen gelangen? Treten Giftstoffe aus, die die Opfer und Einsatzkräfte gefährden? Eine schnellstmögliche Klärung dieser Fragen kann über Leben und Tod entscheiden.

Hier setzt das Fraunhofer IITB mobile Plattformen zu Lande, im Wasser und in der Luft ein, um die Sensoren zur Erkundung an den richtigen Einsatzort zu bringen. Außerdem bedarf es eines hochleistungsfähigen Auswertesystems, das die eingehenden Daten mit weiteren Informationen aus anderen Quellen intelligent fusioniert und computergestützt auswertet. Die aufbereiteten Informationen werden in einem „digitalen Lagezentrum“ zusammengeführt und den Einsatzkräften sofort verfügbar gemacht, damit optimale Handlungsentscheidungen getroffen werden können.

Informationsbeschaffung

Unwegsames und unübersichtliches Gelände lässt sich am besten aus der Luft aufklären. Minihubschrauber, so genannte Quadrocopter – einzeln oder als Schwarm – werden vom Fraunhofer IITB mit Videokameras, Infrarot- oder Nachtsichtgeräten ausgestattet und liefern über Funk die während des Flugs aufgenommenen Bilder und Videos an eine Bodenkontrollstation.

Am Boden stehen verschiedene fahrende Roboter im Fraunhofer IITB zur Verfügung, die ebenfalls mit Sensoren und Vermessungsgeräten ausgestattet sind und gleichzeitig als Transport- und Relaisstation für die Quadrocopter dienen können. Hat der Quadrocopter aus der Luft verdächtige Eindringlinge oder Objekte entdeckt, wird dies über die Bodenstation zusammen mit den genauen Koordinaten an den fahrenden Roboter gemeldet, der dann den Gegenstand, z. B. eine abgestellte Tasche, näher untersuchen kann.

Auch auf und unter Wasser gibt es eine Vielzahl von Inspektions- und Überwachungsaufgaben, die ein Roboter wesentlich gefahrloser und kostengünstiger erledigen kann als der Mensch. Wie z. B. die Inspektion von Staumauern, Klärwerken, Schleusen, Flutwehren oder Kanalisationen im Falle eines Erdbebens. So lässt sich z. B. eine Gefährdung der Trinkwasserversorgung rasch ermitteln. In Häfen können die Mini-U-Boote um Schiffe herum patrouillieren und nach Minen, verdächtigen Tauchern, Objekten oder auch Beschädigungen suchen.

Die gesammelten Informationen werden wieder an die Bodenstation übertragen und von dort in das „digitale Lagezentrum“ übermittelt. Das Fraunhofer IITB hat hierfür ein multimediales Displaysystem entwickelt, das als zentrale Schnitt- und Schaltstelle für die Einsatzteams zur Verfügung steht. Auf den Bildschirmen laufen alle Informationen aus den Kontrollstationen zusammen und können mit topografischen Karten, 3D-Geländemodellen und Simulationen möglicher Verläufe oder Folgen der Katastrophe die Spezialistenteams in ihrem Entscheidungsprozess wesentlich unterstützen.

Neben Sicherungsmaßnahmen im Outdoor-Bereich sind auch öffentliche und private Indoor-Bereiche (Bahnhöfe, Flughäfen, Einkaufszentren, Lager, Firmengelände und -gebäude) den eingangs beschriebenen Bedrohungen ausgesetzt. Der Schutz kritischer Infrastrukturen, ohne dabei den Menschen in seinem Bewegungsfreiraum und seiner Privatsphäre einzuschränken, ist ein wichtiges Ziel in der Forschung des IITB und Grundlage für die Akzeptanz solcher Sicherheitskonzepte in der Bevölkerung.