Waldbrandfrüherkennung: Wenn Drohnen Rauchzeichen lesen

Pilotprojekt von FAU und Fraunhofer IISB erprobt Einsatz von Langstrecken-Drohnen zur Überwachung von Waldgebieten

Waldbrände sind nicht mehr nur in südeuropäischen Regionen ein Problem, sondern mittlerweile auch in Deutschland. Das interdisziplinäre Projekt Evolonic der FAU und des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB hat sich daher zum Ziel gesetzt, effektive Lösungen zur Waldbrandfrüherkennung zu entwickeln. In Zusammenarbeit mit den Feuerwehren Erlangen und Nürnberg wird der Einsatz von Langstrecken-Drohnen zur autonomen Überwachung von Waldgebieten erprobt. Am 9. August informierten sich der bayerische Innenminister Joachim Herrmann und Erlangens Oberbürgermeister Dr. Florian Janik über das Pilotprojekt.

Seit Juli ist sie immer wieder im Staatsforst Mark nordöstlich von Möhrendorf in der Luft unterwegs: Eine Langstrecken-Drohen von Evolonic, ausgestattet mit einem Sensorpacket, das Rauchentwicklung detektiert – und so zukünftig Waldbrände frühzeitig anzeigen soll. Die Erprobung, die noch den gesamten August über läuft, dient dazu, die Langzeitstabilität des Systems zu testen und Erfahrungen über das Verhalten der Komponenten unter verschiedenen Wetterbedingungen zu sammeln. „Wir untersuchen dabei Fehlalarme, die Kommunikation mit der integrierten Leitstelle der Berufsfeuerwehr Nürnberg und die Performance des Livestreams, um das System weiterzuentwickeln und die Effizienz der Waldbrandfrüherkennung zu verbessern“, erklärt Tobias Raczock von Evolonic.

Das Fluggebiet für die Testflüge in Möhrendorf wurde in Absprache mit Feuerwehr und Forstverwaltung sorgfältig ausgewählt, um die Gefährdung des Luftverkehrs sowie Unbeteiligter ausgeschlossen werden. Technisch wird die Sicherheit gewährleistet durch ein redundant angelegtes Antriebskonzept und Kommunikation der Drohne. Diese ist zudem mit Systemen ausgestattet, um Luftfahrzeuge zu erkennen und diesen automatisiert auszuweichen.

Das Pilotprojekt in Möhrendorf ist dabei nur der erste von zwei Testläufen in diesem Jahr. Im September erproben die Studierenden im Rahmen eines Realbrandversuchs in Sachsen-Anhalt die Detektionsgenauigkeit des Systems. Langfristig soll das System definierte Waldgebiete autonom und in hoher Frequenz überfliegen und mit Hilfe von computergestützter Bilderkennung Rauch frühzeitig erkennen. Bei Rauchentwicklung löst die Drohne einen Alarm aus und übermittelt alle notwendigen Informationen und Bilder an die zuständigen Leitstellendisponenten und Einsatzleiterinnen. Dies soll einen schnelleren und gezielteren Einsatz der Feuerwehrkräfte ermöglichen und gleichzeitig die Sicherheit der Einsatzkräfte durch einen besseren Überblick über das Brandgeschehen erhöhen.

Innenminister Joachim Herrmann zeigte sich von dem Projekt begeistert: „Mit einer  Mischung aus traditionellem Feuerwehrhandwerk und modernsten technischen Unterstützungsmöglichkeiten werden wir in den kommenden Jahren den hohen Sicherheitsstandard in Bayern noch weiter ausbauen können. Das ist außerordentlich wichtig. Denn Intensität und Dynamik von Waldbränden nehmen zu. Umso wichtiger ist es daher, Brände schnell zu entdecken, damit unsere Feuerwehren die Flammen bereits in der Entstehungsphase bekämpfen können.“

Erlangens Oberbürgermeister Dr. Florian Janik fügt hinzu: „Die wochenlange Trockenheit und Waldbrände im ganzen Bundesgebiet haben uns in diesem Sommer wieder gezeigt, wie wichtig effiziente Waldbrandbekämpfung ist. Einmal mehr arbeiten die Universität und das Fraunhofer Institut anwendungsorientiert am Puls der Zeit.“

Prof. Dr. Martin März, Direktor am Fraunhofer IISB und Inhaber des Lehrstuhls für Leistungselektronik der FAU, verantwortet das interdisziplinäre studentische Projekt Evolonic seit dessen Anfängen im Jahr 2008: „In all den Jahren haben sich die Studierenden dieses Teams immer wieder aktuellen Zukunftsproblemen gewidmet. Das beeindruckende Engagement und die Begeisterung der Studierenden, die Fähigkeit, ihr Team und die Projekte völlig eigenständig zu managen und hochkomplexe interdisziplinäre Aufgabenstellungen erfolgreich zu lösen – das alles nötigt mir allerhöchsten Respekt ab. Und es freut mich ganz besonders, dass die Studierenden des Evolonic-Teams nicht nur die sportliche Seite im Fokus haben – so konnten sie sich bereits zweimal bei internationalen Wettbewerben als Sieger durchsetzen. Sie möchten mit ihrer Arbeit auch einen gesellschaftlichen Nutzen schaffen, wie das heute vorgestellte Projekt zur Waldbrandfrüherkennung eindrucksvoll zeigt.“

Keine Frage war es für die Feuerwehr Erlangen, dieses innovative Projekt in der Form der bestehenden Zusammenarbeit zu unterstützen: „Die Feuerwehr Erlangen bereitet sich seit vielen Jahren im Zusammenhang mit der Ausbildung und der notwendigen Ausrüstung intensiv auf Vegetations- und Waldbrände vor. Daneben ist eine frühzeitige Wald-/Vegetationsbranderkennung unter Kenntnis der genauen Örtlichkeit enorm wichtig, um frühestmöglich mit den notwendigen Brandbekämpfungsmaßnahmen beginnen zu können“, erklärt Stadtbrandrat Friedhelm Weidinger.

Grundlagen der Detektion stammen aus dem Innovation Lab der FAU

Die Grundlagen für die Waldbranddetektion entstanden im Sommersemester 2022 in einer Kooperation zwischen Evolonic, der Feuerwehr der Stadt Erlangen und des Innovation Labs for Wearable and Ubiquitous Computing, einer Lehrveranstaltung am Lehrstuhl für Machine Learning und Data Analytics der FAU. Ziel des Innovation Labs ist es, gemeinsam mit den Studierenden praxisnahe Fragestellungen des System- und Software-Engineerings in Verbindung mit Wearables und IoT-Geräten auf kreative und innovative Weise zu lösen.

Im Rahmen der Lehrveranstaltung entwickelten die Studierenden ein Konzept, Drohnen einzusetzen sowie ein Sensorsystem, um Waldbrände mittels Bilderkennung frühzeitig zu erkennen. Aufbauend auf den Ergebnissen führten die Studierenden des interdisziplinären Projekts Evolonic von FAU und Fraunhofer IISB das System zur Anwendungsreife und integrierten es in ihre Drohne. Im Rahmen des Digital Tech Fellows Programm der FAU Digital Tech Academy (DTA) legten die Studierenden zudem erste Grundlagen für eine Ausgründung als Start-up.

Weitere Informationen zum Evolonic-Projekt finden Sie auf der Website: https://evolonic.de oder aktuell auf Social Media: https://www.instagram.com/evolonic/

Weitere Informationen

Tobias Raczok
Evolonic
Tel.: 0151/22332499
tobias.raczok@iisb.fraunhofer.de