5G umfasst unter einem gemeinsamen Schlagwort unterschiedliche Leistungsmerkmale einer neuen Mobilfunkgeneration. Mobilfunk ist aus keinem Lebensbereich mehr wegzudenken. Dies gilt für private Anwendungen ebenso, wie auch für Entwicklungen und Leistungsmerkmale, die gewerbliche und industrielle Aktivitäten unterstützen. Man denke an die Möglichkeiten der mobilen, ortsunabhängigen Kommunikation, an die Vernetzung von Geräten und internetbasierte Anwendungen oder solche Schlagworte wie autonomes Fahren und Virtual/ Augmented Reaility.
Die Waldgesundheit ist durch viele Faktoren bedroht. Neben der globalen Erwärmung zählen Waldbrände und Schädlingsbefall zu den größten Gefahren. Im Rahmen des 5G-‑Waldwächter-Forschungsprojektes wird eine neue technologische und methodische Herangehensweise erprobt, die es ermöglichen soll, sowohl Waldbrände als auch Schädlingsbefall in der Entstehungsphase zu detektieren. Dadurch sollen Feuerwehren und Waldeigentümer frühzeitig in die Lage versetzt werden, angemessene Gegenmaßnahmen zu ergreifen und damit den potenziellen Schaden am Wald gering zu halten. Der Erfolg des Projekts ist je nach konkret gewünschtem Detailergebnis für einige Anwendungen abhängig von einer stabilen hochbitratigen Datenübertragung; für andere wiederum zählt die funktechnisch stabile Vernetzung der Sensortechnik auch bei geringen Empfangsfeldstärken bei gleichzeitig hoher Verfügbarkeit mit nur einer Batterieladung. Das Waldwächterkonsortium setzt daher konsequent auf die 5G-Technologie.
Folgende Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft sind in dieses Projekt involviert: Brandenburgische Technische Universität Cottbus, Hochschule Zittau/Görlitz, Fraunhofer IOSB-AST, Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik (IHP), Bundesforstbetrieb Lausitz, exelonix GmbH, GGS GmbH, Telekom, Truppenübungsplatz Oberlausitz, sowie Vodafone. Das Projekt soll bis 2024 abschließend umgesetzt werden.
News 5G - Waldwächter
Erster Platz für unseren "5G-Waldwächter"
Gesamtprojektmeeting am 15.05.24 in Rothenburg/ O.L.
Feuerschalentest auf dem Truppenübungsplatz Oberlausitz: Ein Ersatz für abgesagte Brandversuche
Filmdreh zum Sächsischen Digitalpreis: Einblick in das 5G-Waldwächterprojekt
Feuerschalentest auf dem Verkehrslandeplatz in Rothenburg/O.L.
Moderne Waldüberwachung
Das Waldwächterkonzept umfasst zwei sich ergänzende Anwendungen zur Waldbrandherdidentifikation und Borkenkäferdetektion. Der Truppenübungsplatz Oberlausitz mit seinen großflächigen Waldbeständen stellt für die Projektlaufzeit mehrere Testflächen für das Projektkonsortium zur Verfügung. Für die Ermittlung eines potenziellen Waldbrandherdes wird das Projektgebiet mittels stationärer und mobiler Kameratechnik in verschiedenen Spektralbereichen überwacht. Neben den bereits existierenden Feuerwachtürmen werden zusätzlich auch Drohnen mit der entsprechenden Technik ausgestattet. Das Projektgebiet ist außerdem mit stationären autonom arbeitenden Boden- und Gassensoren (Messung von Temperatur, Luftfeuchte, Rauchentwicklung etc.) bestückt. Die Vernetzung aller technischen Komponenten untereinander und die Übertragung aller Daten wird über 5G realisiert. Für die Detektion des Borkenkäferbefalls wird die gleiche Technik und Dateninfrastruktur genutzt. Sämtliche erfasste Informationen werden in regelmäßigen Abständen auf einem Server abgelegt, dem sogenannten „Zentralen Krisenmanagementserver“ (kurz „ZKMS“). Sobald die Daten dort eingehen, sollen sie zukünftig automatisiert mit KI-Algorithmen hinsichtlich möglicher Abweichungen vom „Normalzustand“ untersucht werden. Diese KI-basierte Anomalie-Detektion, z.B. im Falle eines Brandes oder bei Schädlingsbefall, gibt dem Dispatcher oder Einsatzkräften wie der Feuerwehr, wichtige Entscheidungshilfen.
Zu Beginn des Projektes wurde eine Ist-Aufnahme des Projektgebietes vorgenommen. Dazu fanden Überflüge statt, um die topografischen Begebenheiten zu dokumentieren. Diese Daten sind als Geodaten auf dem ZKMS hinterlegt und im Ernstfall eine wichtige Stütze für die Feuerwehr. Ebenso werden diese Informationen für die KI-Algorithmen benötigt. Die fest installierten Kameras und das engmaschige Sensornetz sammeln regelmäßig Daten des „Normalzustandes“ in ihrer unterschiedlichen Ausprägung - je nach Witterung und Jahreszeit. Die kontinuierliche Überwachung des Waldzustandes inklusive des möglichen Befalls durch Borkenkäfer oder andere Schädlinge ist Teil des Warnsystems und liefert fortlaufend Daten an den ZKMS. In Verbindung mit den saisonal unterschiedlichen Wetterumständen, der Wettervorhersage und möglichen zusätzlichen Gefahren (z.B. Unwetter oder militärische Übungen auf dem Truppenübungsplatz) ist eine Einteilung in Risikostufen möglich. Die eingehenden Daten werden im ZKMS auf Plausibilität überprüft und in das Gesamtbewertungssystem integriert. Zu diesem Zeitpunkt werden dank intelligenter Vernetzung und Dateninfrastruktur Messdaten mittels Algorithmen der KI automatisiert ausgewertet und in Rückkopplung umgesetzt. Ziel ist es, automatisiert eine valide Entscheidungsgrundlage für das Auslösen eines Krisenfalls bzw. Alarm zur Verfügung zu stellen, wenn gewisse Datensätze vom Normalzustand abweichen.
Wird eine Anomalie detektiert, d.h. erkennt die KI eine Abweichung vom Normalzustand, erfolgt eine genauere Analyse. Dazu können beispielsweise die Kameras auf den Feuerwachtürmen auf die entsprechende Stelle fokussiert werden. Diese können dann - ebenso wie die entsprechenden Boden- und Gassensoren vor Ort - eine engmaschigere Aufzeichnung von Daten vornehmen und an den ZKMS übermitteln. Die KI wertet die zusätzlichen Datensätze aus und versucht zu bewerten, ob es sich um eine potenzielle Bedrohung handeln könnte. Sie kann zusätzliche Messungen spezifischer Werte anordnen oder weitere externe Informationen anfordern (beispielsweise aktuelle Wetterdaten oder das Ausschwärmen des Drohnengeschwaders, um exklusives Bildmaterial aus der Vogelperspektive zu sammeln). Werden mehrere Faktoren in der Auswertung als kritisch bewertet, wird stufenweise automatisiert auf eine potenzielle Alarm- bzw. Krisenfallsituation hingewiesen und zur Entscheidung an relevante Stellen (z. B. Feuerwehr) übermittelt.
Wird final und eindeutig eine Bedrohung (z.B. ein Brand) identifiziert, startet das konkrete Krisenmanagement. Sämtliche Sensoren, Drohnen und Kameras werden auf den Krisenherd fokussiert und liefern permanent Daten in Echtzeit an den ZKMS. Durch die neue Datenlage können die Feuerwehrgruppen gezielt zum Brandherd manövriert und über die Entwicklung des Brandes informiert werden (Ausbreitungsgeschwindigkeit, ‑richtung, ‑intensität).
Aus den in der Frühwarnphase erhobenen Daten und Grundlageninformationen wird ein optimierter Anfahrtsplan erstellt. Unter Berücksichtigung von Zuwegbarkeit (Wege, Schranken, Zäune), Lage und Ausbreitung des Brandherdes, Windrichtung und Geschwindigkeit werden die Feuerwehrleitfahrzeuge über 5G mit den Informationen versorgt und regelmäßig aktualisiert. Gleichzeitig werden Informationen des UAV (aktualisierte Bilddaten vom Brandherd ...) fortlaufend eingebunden. Auch die Daten von den übrigen Frühwarnstationen werden verarbeitet und der Feuerwehr zur Verfügung gestellt. Die Feuerwehrfahrzeuge erhalten Kameras, deren Bilddaten zum Server geschickt werden. Über das ZKMS werden ggf. weitere Maßnahmen (z. B. Evakuierungen, Zuhilfenahme weiterer Feuerwehren) empfohlen und dann einer berechtigten Person zur Entscheidung übermittelt. Der Server dient hier nicht als technische Alternative für menschliche Entscheidungsträger, sondern als Werkzeug für die Entscheidungsfindung. Die Feuerwehr nutzt auf den Fahrzeugen verschiedene mittels 5G-Technologie angebundene Endgeräte (z.B. Tablets), die bei der Optimierung der Anfahrtswege oder bei der Lokalisation von Wasserentnahmestellen unterstützen. Livebilder des bzw. der UAV werden zur Verfügung gestellt. Umgekehrt können auch Bilddaten des UAV gezielt abgefragt werden (Richtung, Position, Thermal etc.).
FAQ 5G - Waldwächter
5G bezeichnet einen neuen technischen Standard für Mobilfunknetze der fünften Generation und stellt die Weiterentwicklung der früheren Standards GSM, UMTS und LTE dar.
Wesentliche neue Möglichkeiten im 5G-Standard sind Latenzzeiten von unter einer Millisekunde und Datenraten bis 10 Gigabit pro Sekunde, was eine mindestens zehnfache Steigerung gegenüber 4G darstellt und damit das Anwendungsmöglichkeiten deutlich erhöht.
Ansprechpartner
Projektpartner
Weitere Beteiligte
Fördermittelgeber
Im Rahmen eines Innovationsprogramms hat es sich das Bundesministerium für Digitales und Verkehr zum Ziel gemacht, die Entwicklung von Anwendungen zu fördern, die auf 5G, also dem Mobilfunk der neuesten Generation, basieren. Der Landkreis Görlitz ist eine der Städte, Gemeinden oder Zweckverbände, die durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr über einen Zeitraum von drei Jahren, von 2022 bis 2024, mit ca. 4 Mio. € gefördert werden.
Diese Förderung steht einem Konsortium zur Verfügung, das unter Leitung des Landkreis Görlitz aus Partnern der Wirtschaft, aus regionalen Forschungseinrichtungen, der Bundeswehr, dem Bundesforstbetrieb Lausitz sowie den Mobilfunknetzbetreibern Telekom und Vodafone besteht.