Naturkatastrophen stellen eine immer größere Bedrohung für die Zivilgesellschaft dar. Ein schnelles und effektives Katastrophenmanagement hängt entscheidend von der Verfügbarkeit aktueller Informationen und Übersichten über die betroffenen Gebiete ab. In Zusammenarbeit mit I.S.A.R. Germany entwickeln wir eine autonome Rapid-Mapping-Lösung, die insbesondere für den Echtzeit-Einsatz konzipiert ist, bei dem vergleichsweise große Gebiete in kurzer Zeit von INSARAG-zertifizierten Such- und Rettungsteams erfasst werden müssen. Die Entwicklung basiert auf dem Modularen Luftbildkamerasystem (MACS) des DLR und wird im Rahmen des DLR-Sicherheitsforschungsprogramms gefördert.
MACS for Search and Rescue
DroneOperator Jörg Brauchle beim Einsatz mit I.S.A.R Germany im Erdbebengebiet der Türkei 2022
Das Rapid Mapping-Konzept
Eine leichtgewichtige Version von MACS (MACS-nano) wird von einer schnell fliegenden Drohne getragen, um das ausgewählte Gebiet zu kartieren. Sollte die Reichweite der Funkverbindung überschritten werden, steht die Übersicht auch direkt nach der Landung zusätzlich zu den aufgenommenen Luftbildern zur Verfügung. Das Luftbildsystem besteht aus Kameras mit Nadirblick, einem GNSS-Empfänger in Kombination mit einer industrietauglichen Trägheitsmesseinheit (IMU), einer integrierten Recheneinheit und einer entsprechenden Funkverbindung. Der schnelle Kartierungsprozess basiert auf der räumlichen Verschneidung von Bildstrahlen (d.h. Strahlen der entsprechenden Lochkamera im Raum) und dem Höhenmodell. Für jedes einzelne Luftbild wird durch seine innere und äußere Ausrichtung (und optional durch die Ausrichtung des Zielfernrohrs) genau der Strahlengang jedes Pixels im Raum bestimmt. Um ein Luftbild auf eine maßstabsgetreue Karte (d.h. ein georeferenziertes Koordinatensystem) zu zeichnen, wird eine projektive Abbildung für jedes einzelne Bild bestimmt. Das Ergebnis ist ein skaliertes Bildmosaik, das die aktuelle Situation des betroffenen Gebiets zeigt und als zusätzliche Kartenebene für gängige geografische Informationssysteme wie ArcGIS™, QGis™ und GoogleEarth™ dient.
Historie und Erstflug
Der erste Prototyp der Rapid Mapping Lösung wurde im Mai 2017 im Rahmen einer von den Vereinten Nationen geprobten internationalen Katastrophe evaluiert. Nach einem schweren Erdbeben der Stärke 7,5 auf der Richterskala hatten mehrere Dörfer im Umkreis von 20 Kilometern um das Epizentrum erhebliche Schäden erlitten. Wie im wirklichen Leben waren das Ausmaß der Schäden an den Infrastrukturen und die Zahl der Opfer zunächst ungewiss. Zu Beginn der Übung wurden mehrere verstreute Gebiete kartiert, so dass bereits am ersten Tag eine Fläche von 5 Quadratkilometern abgedeckt war. Die daraus resultierenden Karten und Einzelluftbilder wurden von I.S.A.R. Germany zusätzlich für die Katastrophenbeurteilung genutzt, um betroffene Gebiete zu identifizieren, den Grad der Zerstörung von Gebäuden abzuschätzen, sichere Hubschrauberlandeplätze und Biwakplätze zu empfehlen und verbleibende Überreste in diesen Gebieten zu erkennen. Alle Karten wurden über das On-Site Operations Coordination Centre (OSOCC) und das Global Disaster Alert and Coordination System (GDACS) mit anderen beteiligten Such- und Rettungsteams (I.S.A.R. Germany, THW SEEBA, Swiss Rescue und @Fire) ausgetauscht.
Resulate und Auswertungen
Im Jahr 2018 wurde die VTOL-Drohne von Quantum Systems (TRON F90+) aufgrund ihrer größeren Reichweite und längeren Flugzeit als Träger ausgewählt. Die Drohne und der erste Prototyp von MACS-SaR wurden von I.S.A.R. Deutschland mehrfach überarbeitet, um den speziellen Bedürfnissen und Anforderungen von First Respondern gerecht zu werden. Mitarbeiter des DLR wurden von I.S.A.R. Deutschland für die Teilnahme an internationalen Hilfseinsätzen geschult. Gemeinsame Einsätze haben bisher drei Mal stattgefunden (Mexiko, Indonesien und Türkei). Das "Drone Ops Team" des DLR ist jederzeit einsatzbereit, um internationale Hilfseinsätze der I.S.A.R. Germany zu unterstützen.
Kartiertes Gebiet in der Türkei
Die Luftbilder des Kamerasystems eingebaut in die Drohne werden direkt an das UN-Einsatzführungssystem weitergeleitet. Durch dieses Live-Mapping stehen wichtige Informationen unmittelbar für Einsatzkräfte zur Verfügung. Die DLR-Mitarbeiter sind in Kirikhan im Süden der Türkei im Einsatz.
Das neueste Kamerasystem MACS-SaR (Oktober 2020) kann sowohl von einer Drohne als auch von einem bemannten Flugzeug getragen werden und ist mit verschiedenen optischen Sensoren im visuellen (RGB), Nah-Infrarot (NIR) und Thermal-Infrarot (TIR) Spektrum ausgestattet, um einen 24/7 Betrieb zu gewährleisten. Mit der neuesten Funkverbindung ist es in der Lage, vor Ort und bei Bedarf in Echtzeit Übersichten über die von der Katastrophe betroffenen Gebiete zu erstellen und die Ergebnisse mit den beteiligten Hilfsorganisationen zu teilen. Gemeinsame Übungen finden in Deutschland jährlich in regelmäßigen Abständen statt, mit gewissen Einschränkungen aufgrund der Corona-Pandemie im Jahr 2020.
Eine der größten Herausforderungen ist der sichere Betrieb von schnell fliegenden Drohnen außerhalb der Sichtlinie (BVLOS) in Katastrophengebieten. Wir stehen in Kontakt mit verschiedenen Behörden, Hilfsorganisationen, humanitären Netzwerken und Forschungsgruppen (z.B. DLR-Institute für Flugsysteme und Flugführung), um geeignete Lösungen zu finden.