Wie sich Geodaten im Großeinsatz nutzen lassen

Bremen – Die Nutzung von Geodaten wird für Feuerwehren zukünftig eine größere Rolle spielen – beispielsweise bei Unwettern, Hochwasser
oder Schadstoffaustritten. Es gibt bereits Möglichkeiten, doch die sind nahezu unbekannt. Wir erklären, wie sich Feuerwehren mit aktuellen Lage- und Notfallkarten versorgen können und was entwickelt wird.

Geodaten sind im Umfeld von Feuerwehreinsätzen allgegenwärtig und zentraler Bestandteil der Lagefeststellung. Einsatzleiter erkunden die „Kalte Lage“, wozu auch die gesamte Topographie und viele andere Aspekte der Umgebung einer Einsatzstelle gehören. Wenn Lagen größer werden, schauen sich die Verantwortlichen möglicherweise auf einer Karte oder im Feuerwehr-GIS (Geographisches Informationssystem) um und erkunden das Gebiet mit Hilfsmitteln, die über die eigene Ortskenntnis hinausgehen.

Spätestens ab der Ebene Zugführer, mit Sicherheit aber in Großlagen auf Verbandsebene und bei der Arbeit im operativ-taktischen Stab arbeitet die Feuerwehr intensiv mit Geodaten. Die Frage „Wo?“ spielt dann eine zentrale Rolle: Wo ist Infrastruktur intakt, wo ist sie zerstört? Wo können Bereitstellungsräume eingerichtet werden? Wo können hunderte von Einsatzkräften verpflegt werden? Wo können Betroffene untergebracht, wo Verletzte versorgt werden?

Um diese Fragen zu beantworten, wird in der Regel auf Geodaten zurückgegriffen. Die finden sich in topographischen Karten und Geo-Diensten von Bund, Ländern und Kommunen. Allerdings stellen diese Daten die Situation vor einem Ereignis dar. Aktuelle Daten zu Schadenslagen können mit Hilfe der Fernerkundung (Satellitenbildauf­nahmen, Luftbilder) erstellt werden. Aus diesen Bildern können sogenannte Not­fallkarten erstellt werden, in denen betroffene Gebiete und das Schadensausmaß gekennzeichnet sind. Satellitengestützte Fernerkundung kann den beteiligten Krisen- und operativ-taktischen Stäben helfen, buchstäblich „den Überblick“ zu bewahren.

Satelliten liefern die Rohdaten

In mehreren hundert Kilometern Höhe umrunden Satelliten die Erde und erfassen permanent ihre Oberfläche. Die durch großflächige Katastrophen wie Hochwasser oder Erdbeben verursachten Veränderungen können von ihnen erkannt und zur Erstellung von Lagekarten verwendet werden. Satellitengestützte Radarsysteme kön­nen wetterunabhängig große Gebiete erfassen, wodurch auch bei Bewölkung Überflutungsflächen identifiziert und deren Ausdehnung berechnet werden können.

Aus den Rohdaten der Satelliten ein „lesbares“ Kartenbild zu erzeugen, ist ein komplexes Unterfangen. Neben der Satellitenbildanalyse ist die zeitnahe Datenbeschaffung eine besondere Herausforderung. Für den Prozess der Aufbereitung und Auswertung von Fernerkundungsdaten stehen während des Einsatzes vor Ort in der Regel weder Zeit noch Spezialwissen zur Verfügung. Es wurden daher eine Reihe von Initiativen und Mechanismen entwickelt, um Endnutzern Fernerkundungsdaten und daraus abgeleitete Geoinformationen bereitzustellen.

Bereits im Jahr 2004 etablierte sich dafür eine Gruppe aus nationalen Raumfahrtbehörden und Satellitenbetreibern, die eine bessere Versorgung von Hilfsorganisationen mit Satellitenbildern bei großen, katastrophalen Ereignissen (Erdbeben, Vulkanausbrüche, Hochwasser, Wirbelstürme, Tsunamis und Waldbrände) anstrebte. In der sogenannten Charta „Space and Major Desasters“ schlossen sich Betreiber von Satellitenplattformen zusammen, um Satellitenbildaufnahmen über betroffenen Regionen für Organisationen bereitzustellen, die dann aus diesen Daten Notfallkarten erstellen können (schnelle Notfallkartierung, Englisch: Rapid Mapping). In Deutschland steht insbesondere das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit seinem Zentrum für Satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) hinter diesem Prozess.

International gab es seitdem viele Aktivierungen. Aus Deutschland kam allerdings lange Zeit keine Anfrage. „Erdbeben, größere Waldbrände und Tsunamis treten bei uns einfach nicht auf“, erklärt Dr. Fabian Löw, Referent im Referat I.1 Grundlagen und Krisenmanagement des Bundesamtes für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe (BBK). „Aber der Klimawandel mit der Folge von Wetterextremereignissen und insbesondere Hochwassern in regelmäßigen Intervallen führten auch bei uns zu einer intensiveren Beschäftigung mit solchen Emergency Management Systemen (EMS). Zuletzt bei der Überschwemmungskatastrophe durch lo­kale Starkregen in Süddeutschland im Juni 2016.“

Bilder liegen womöglich erst nach 8 Tagen vor

Die Erstellung einer Notfallkarte zielt darauf ab, möglichst schnell zu ermitteln, wo zerstörte Infrastruktur oder betroffene, beispielsweise überflutete Gebiete zu finden sind. Dazu werden einerseits Archivdaten (Luft- und Satellitenbilder, Straßennetze) genutzt. Zudem werden hochaktuelle Satellitenbilder analysiert und festgestellt, wo genau Überschwemmungsgebiete, Waldbrandgebiete oder zerstörte Infrastruktur zu finden sind. Diese Daten werden miteinander verschnitten, um den Hilfsorganisationen eine Planungsgrundlage zu liefern.

Ein erheblicher Nachteil des Systems ist jedoch, dass letztlich auf den nächsten Satelliten gewartet werden muss, der das Gebiet überfliegt und eine geeignete Sensorik mitführt. Ist der Satellit etwa mit optischen Sensoren für den Bereich des sichtbaren Lichts ausgestattet (ähnlich wie digitale Fotokameras), kann er in einer Region mit einer dichten Wolkendecke keine geeigneten Bilder liefern. Dann müssen Radarsatelliten genutzt werden, deren Auswertung wiederum spezielle Kenntnisse in der Bildverarbeitung erfordern.

Alles in allem ist die Satellitenbildfernerkundung aus Feuerwehrsicht gegenwärtig ein vergleichbar langandauernder Prozess, der bis zu 8 Tage in Anspruch nehmen kann.

Service bei Feuerwehren nahezu unbekannt

Im Jahr 2012 wurde der Charta „Space and Major Desasters“ ein neuer Dienst beigestellt: Mit einer erweiterten Ausrichtung auf Naturkatastrophen, technische Unfälle und humanitäre Krisen wurde ein Emergency Management Service als operativer Dienst im europäischen Erdbeobachtungsprogramm Copernicus etabliert. Er bietet Einsatzleitern die Möglichkeit, über das Gemeinsame Melde- und Lagezentrum von Bund und Ländern (GMLZ) in Bonn wesentliche Informationen über einen Ereignisfall zu erhalten. Doch bei Feuerwehren ist der Dienst noch weitgehend unbekannt.

„Der Copernicus EMS stellt kostenlos, basierend auf Satellitenbildaufnahmen und deren Auswertungen, Produkte wie Notfallkarten in allen Phasen des Krisenmanagementzyklus bereit – also vor, während und nach einer Krise“, weiß Dr. Löw. Gegenüber der Charta stellt er eine wesentliche Diensterweiterung dar, da diese sich ausschließlich auf den Ereignisfall konzentriert. Die Produkte können für jede Region weltweit angefordert werden.

Neben Lageinformationen zur Bewältigung von Katastrophen- und Krisensituationen bietet der EMS auch Produkte und Analysen für die Vor- und die Nachbereitung von Krisen, wie zum Beispiel Risikoanalysen für Hochwasser oder Erdbeben (Abbildung 3). Diese Produkte werden in Form von fertig ausdruckbaren Karten, aber auch als georeferenzierte Daten, zum Beispiel Shapefiles oder Google Earth KML/KMZ für GIS bereitgestellt. Sie stehen – je nach Anforderung – in unterschiedlichen Maßstäben von 1:5.000 bis 1:500.000 zur Verfügung.

In der Dezember-Ausgabe des Feuerwehr-Magazins berichten wir, wie sich die Satellitendaten mit Drohnen koppeln lassen, wie die schnelle Notfallkartierung funktioniert und wie schnellere Hilfe bei zeitkritischen Einsätzen möglich ist. Hier kann die Ausgabe ganz bequem bestellt werden.