5G Waldwächter Projektlaufzeit: 01.01.2022 - 31.12.2024
In diesem Projekt wird eine 5G-Infrastruktur geschaffen, die zukünftig die Bekämpfung und Prävention von Waldbränden maßgeblich unterstützen soll. Mit entsprechender Sensorik und durch Drohnen werden die dafür relevanten Daten in einem zentralen Krisenmanagementserver erfasst.
Die Konsortialführung obliegt dem Landkreis Görlitz. Neben dem Fraunhofer IOSB-AST, der Hochschule Zittau/Görlitz und dem IHP GmbH sind vier Fachgebiete der BTU an dem Projekt beteiligt:
Krisenmanagement von Waldbränden auf 3 Ebenen
Ebene 1 – Crisis Preparedness: Es werden die vorhandenen Daten und eine Bestandsaufnahme des Waldes in einen zentralen Geodatenserver integriert. Im Sinne der Früherkennung eines eventuellen Borkenkäferbefalls wird mit dem Red-Edge-Verfahren und Gassensorik gearbeitet. Das Projektgebiet wird systematisch durch Drohnen überflogen, die ihre Daten via 5G an den Server übertragen. Als Ergebnis dieser Ebene wird eine datengestützte Beurteilung des Brandrisikos und des Gefährdungspotenzials entstehen.
Ebene 2 – Crisis Warning: Eine regelmäßige Überwachung ist Teil des im Projekt zu entwickelnden Warnsystems. In Verbindung mit den historischen Wetterdaten, der Vorhersage und möglichen zusätzlichen Gefahren ist eine Einteilung in Risikostufen möglich. Dies wird durch zusätzliche Sensorebenen engmaschig überwacht. Zu diesem Zeitpunkt werden dank intelligenter Vernetzung und Dateninfrastruktur Messdaten mittels Algorithmen der KI automatisiert ausgewertet. Ziel ist es, automatisiert eine valide Entscheidungsgrundlage für das Auslösen eines Krisenfalls bzw. Alarm zur Verfügung zu stellen.
Ebene 3 – Crisis Management: In dieser Ebene setzt die Bewältigung der Krise ein. Durch die neue Datenlage können die Feuerwehrgruppen gezielt zum Brandherd manövriert werden. Auf einem Server laufen alle Informationen zusammen. Aus den in der Frühwarnphase erhobenen Daten und Grundlageninformationen wird ein optimierter Anfahrtsplan erstellt. Auch die Daten von den übrigen Frühwarnstationen werden verarbeitet und der Feuerwehr zur Verfügung gestellt.
Arbeitsschwerpunkte an der BTU Cottbus
Eine wesentliche Herausforderung ist die Überwachung großer Waldflächen mittels kleiner Drohnen (UAV). Aufgrund der begrenzen Flugzeit kann dies nicht von einem UAV alleine erfüllt werden. Durch eine geeignete Koordination entsteht ein Schwarm, der komplexe Überwachungsaufgaben im Team lösen kann. Basis hierfür ist die Modellierung als Multi-Agenten-System und eine kooperative Leader-Follower-Regelung. Die optimale Trajektorienplanung wird dann mit dieser Regelung integriert und unter dem Einsatz von 5G-Kommunikation getestet.
Für eine effektive Meldesensorik ist die zweckmäßige Platzierung der Sensoren von der Humusschicht bis in die Baumspitzen notwendig. Um dies kosteneffizient umsetzen zu können, sollen sich diese Sensoren über lokale Funktechniken wie z. B. Bluetooth zum nächsten 5G-Sensorknoten verbinden. Es werden diese lokalen Verbindungen im Wald bewertet sowie eine dynamische Verbindung zwischen Bodensensoren und UAVs erprobt. Es werden Prototypen für die dezentralen Sensoren entwickelt und aufgebaut, sowie mit der 5G-Meldesensorik verknüpft. Hierbei wird auch die Eignung neuartiger plasmonischer Gassensoren untersucht.
Die zum zentralen Krisenmanagementserver übertragenen Daten sollen ausgewertet werden, um darin Anomalien zu erkennen, welche z. B. auf Waldbrandrisiko und Feuer hindeuten können. Zu diesem Zweck werden Ansätze des Deep Learning eingesetzt und hinsichtlich ihrer Robustheit und Präzision bewertet und in das Krisenmanagementsystem integriert. Abschließend erfolgt die Anwendungsdemonstration der KI-gestützten Datenausauswertung.