Flugversuche für die automatisierte Katastrophenhilfe

Seit dem 09. September 2015 finden im Rahmen des EU-Projekts “DRIVER” an drei aufeinanderfolgenden Tagen Flugversuche in einem simulierten Katastrophenszenario statt. Erschütternde Szenen werden in diesen Tagen in Braunschweig simuliert.

Ein starkes Hochwasser hat das Gebiet um den Tankumsee bei Gifhorn weiträumig überflutet, auch umgebende Straßen sind betroffen und vereinzelt treiben Menschen im Wasser. Das Hochwasser existiert während dieser Übung jedoch nur digital auf den Bildschirmen im Validierungszentrum Luftverkehr des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Hier wurde für die Versuchskampagne ein Krisenmanagementzentrum eingerichtet.

Derweil kreist das DLR-Forschungsflugzeug D-CODE, eine Do-228 (im Titelbild), rund um den Tankumsee. Die Dornier Do 228-101 unterscheidet sich durch einige Modifikationen vom Standard. Dabei liefert es Situationsbilder in Echtzeit an die U-FLY-Bodenstation im DLR-Institut für Flugführung – Informationen, die den Rettungskräften zur Koordinierung der Katastrophenlogistik dienen. Die Technik soll zukünftig einen entscheidenden Beitrag zum europäischen Katastrophenschutz liefern.

Katastrophenmanagement für Europa

Zusammen mit 36 Organisationen aus 13 EU-Staaten, darunter das Technische Hilfswerk (THW), Thales, Frequentis, die Fraunhofer-Gesellschaft und Mitglieder des Internationalen Roten Kreuzes, arbeitet das DLR in dem EU-Projekt DRIVER (Driving Innovations in Crisis Management for European Resiliance) an einem paneuropäischen System für ein verbessertes Krisenmanagement. “Hier geht es allerdings nicht nur um die Entwicklung von neuen Softwaresystemen, sondern wir möchten in DRIVER mit einer starken Einbindung von Rettungs- und Einsatzkräften auch ein gemeinsames, länderübergreifendes Verständnis für ein verbessertes Krisenmanagement entwickeln”, so die DLR-Projektleiterin Dr. Dagi Geister vom DLR-Institut für Flugführung.

Dazu werden in der aktuellen Experimentkampagne verschiedene Technologien und Systeme zum Katastrophenmanagement zusammengeführt und als Gesamtsystem in einem nahezu realistischen Szenario zum ersten Mal erprobt. Die Ziele der Flugversuche sind die Echtzeiterfassung des Ausmaßes einer Hochwasserkatastrophe mittels Luftbildaufnahmen. Dazu gehören ebenfalls die Analyse der Verkehrslage und die Identifikation von Rettungswegen.

Weiterhin sollen Menschen in Notlage mit einer speziellen Software auf den Aufnahmen automatisch erkannt und dann von ehrenamtlichen Rettungsschwimmern tatsächlich gerettet werden. Für eine möglichst realistische Simulation der Hochwassersituation erstellten Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Zentrums für Satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) aus historischen Daten eine Hochwasser-Maske, die über die aktuellen Luftaufnahmen gelegt wird.

Rettung von morgen: Schnell, effizient – unbemannt?

Eine Sonderstellung nimmt in den aktuellen Versuchen der Einsatz von unbemannten Luftfahrzeugsystemen, sogenannten Remotely Piloted Aircraft Systems (RPAS), ein, die vom Boden aus gesteuert und überwacht werden. Ein entscheidender Vorteil bei dem Einsatz von RPAS in Katastrophensituationen ist, dass sie in der Lage sind, aktuelle und hochaufgelöste Luftbildaufnahmen von Gebieten zu erstellen, die für Rettungskräfte schwer zugänglich oder gefährlich sind. Bei Tsunamis, Stürmen oder Überschwemmungen können RPAS mittels serieller Luftbilder den Verlauf und die Ausbreitung einer Katastrophe sichtbar machen. Weiterhin unterstützen sie die Hilfskräfte, indem sie mit ihren Bildern Informationen zu der Verkehrslage und -infrastruktur liefern – wichtige Daten für die genaue Einsatzplanung.

Autopilot am Steuer

Für die Flugversuche über dem Tankumsee wurde ein Experimentalsystem in das DLR-Forschungsflugzeug D-CODE eingebaut, mit dem es möglich ist, komplette Flugwege vom Start bis zur Landung sowie Steuerungsanweisungen (wie Höhen- oder Kursänderungen) vom Boden aus über einen Datenlink direkt an das Flugzeug zu übermitteln. Eine Sicherheitscrew ist für den Notfall aber immer mit an Bord. Die Missions- und Flugplanung erfolgt komplett vom Krisenzentrum in Braunschweig aus und die Suchmuster, die das Flugzeug aktuell über dem Gebiet abfliegt, wurden schon im Vorhinein berechnet.

“Wir sind allerdings in der Lage dynamisch in den Flug einzugreifen und die Flugwege dementsprechend zu verändern. So können wir auf bestimmte Ereignisse, wie beispielsweise notwendige Ausweichmanöver zu umgebendem Luftverkehr oder Menschen, die im Wasser schwimmen, schnell reagieren”, erklärt DLR-Wissenschaftlerin Dr. Dagi Geister. Tatsächlich schwimmen neben einem Rettungsboot von der Deutschen Lebensrettungsgesellschaft (DLRG) bei den Überflügen auch fünf Freiwillige im Wasser.

Die D-CODE wird bei ihren Luftaufnahmen die Technik verwenden, die schon im Verkehrsprojekt VABENE erfolgreich getestet wurde: Das eingebaute 3K-Kamerasystem erfasst ein 80 Quadratkilometer großes Gebiet in ungefähr zwei Minuten. Von diesem Gebiet erstellt die Software georeferenzierte Luftbilder und überträgt die Ergebnisse via Datenlinkverbindung zum Boden. Mittels Bildanalyse kann das System Objekte wie Fahrzeuge oder Menschen automatisch erfassen und identifizieren.

“Sobald die Informationen bei uns in Brauschweig im Krisenzentrum eingehen, und Menschen in Notlage erkannt wurden, werden mögliche Rettungswege zum Einsatzort berechnet und diese Informationen an die freiwilligen Helfer der Deutschen Lebensrettungsgesellschaft weitergegeben, die auf einem Boot mit zwei Rettungsschwimmern während der Übung auf dem Tankumsee unterwegs sind. “So können diese quasi sofort nach der Erkennung zur Tat schreiten und unsere “Hochwasseropfer” aus dem Wasser retten”, beschreibt Dr. Geister den Ablauf.

Überflüge in drei Schritten

Der Einsatz des DLR-Forschungsflugzeuges D-CODE ist dreigeteilt: Im ersten Schritt wird das Gebiet um den Tankumsee zur allgemeinen Lageerfassung großräumig überflogen. Dabei werden nicht nur die Grenzen des Hochwassers ermittelt, sondern mit Aufnahmen von A2, B4 und Dreieck Braunschweig auch die Verkehrsinfrastruktur erfasst. Daraufhin wird das “Krisengebiet Tankumsee” in drei Flugschleifen genauer aufgenommen. In dem dritten Schritt der Flugversuche wird die aktuelle Verkehrslage der umliegenden großen Straßensysteme A2 und B4 erfasst, um die Rettungswege zu analysieren.

Das DLR-Institut für Verkehrssystemtechnik in Berlin erstellt aus den eingehenden Daten ein aktuelles Verkehrslagebild der betroffenen Region. Diese Informationen helfen den Rettungskräften später bei der Koordinierung der Katastrophenlogistik. Die Rettungskräfte sind bei dem aktuellen Erprobungsflug noch nicht vor Ort im Einsatz. Erst bei der groß angelegten Demonstrationskampagne zum Ende des DRIVER-Projekts 2017 und 2018 werden die Hilfskräfte das Szenario nicht nur am Computer mitverfolgen, sondern auch selbst zum Einsatz kommen.

“Ein Ziel des Flugexperiments ist sicherlich auch aufzuzeigen, welchen wertvollen Beitrag RPAS bei dem Krisenmanagement von Naturkatastrophen spielen können”, erklärt Dr. Geister. “Vielleicht kann in der Zukunft Krisenopfern in unzugänglichem Gelände von unbemannten Luftfahrzeugen mit der gezielten und schnellen Bereitstellung von Hilfsgütern, wie Nahrung, Wasser oder Medikamenten geholfen werden.”

Die Forschungsarbeiten im Projekt DRIVER finden im Rahmen der DLR-Sicherheitsforschung statt. In der Sicherheitsforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt werden die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten mit verteidigungs- und sicherheitsrelevantem Bezug in Abstimmung mit den Partnern in Staat, Wissenschaft, Industrie und internationalen Organisationen geplant und gesteuert. Der Querschnittsbereich Sicherheitsforschung verknüpft dabei die Kernkompetenzen aus den etablierten DLR-Programmen der Luftfahrt, Raumfahrt, Energie und des Verkehrs.

Die Bilderserie: Während der Versuchskampagne im Rahmen des EU-Projekts DRIVER (Driving Innovations in Crisis Management for European Resiliance) wurde im Validierungszentrum für Luftverkehr des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ein Krisenmanagementzentrum eingerichtet.

Während der Überflüge über den Tankumsee mit dem DLR-Forschungsflugzeug D-CODE werden freiwillige “Hochwasseropfer”, die im Wasser schwimmen, mit einer speziellen Software auf den Luftbildaufnahmen automatisch erkannt und dann von ehrenamtlichen Rettungsschwimmern gerettet.

Für die Flugversuche über dem Tankumsee wurde ein Experimentalsystem in das DLR-Forschungsflugzeug D-CODE eingebaut, mit dem die Flugschleifen, die das Flugzeug über dem Gebiet zieht, schon im Vorhinein festgelegt werden konnten. Eine Sicherheitscrew ist für den Notfall aber immer mit an Bord.

Für eine möglichst realistische Simulation der Hochwassersituation erstellten Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Zentrums für Satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) aus historischen Daten eine Hochwasser-Maske, die über die aktuellen Luftaufnahmen gelegt wird.

Bilder: DLR (CC-BY 3.0)

Relevante Artikel:

Raumfahrt-Jahr 2014: Missionen und Test-Technologien des DLR DLR steckt Projekte aktueller Technologiefelder ab Cessna 510 Mustang: Absturz wegen Vereisung in EDNY Technologiefahrplan des DLR: Verkehr, Energie und Raumfahrt DLR zeigt Forschungsspektrum auf der Paris Air Show DLR-Forschung auf der ILA Berlin: Umwelt, Raumfahrt und Intelligente Rotorblätter DLR-Projekte 2013: Luft- und Raumfahrt, Verkehr und mehr Luft- und Raumfahrt-Highlights des DLR 2015