Die Waldgesundheit ist durch viele Faktoren bedroht. Neben der globalen Erwärmung zählen Waldbrände und Schädlingsbefall zu den größten Gefahren. Im Rahmen des 5G-Waldwächter-Projekts 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. Das Konzept umfasst zwei sich ergänzende Anwendungen zur Waldbrandherdidentifikation und Borkenkäferdetektion.
Für die Ermittlung eines potenziellen Waldbrandherdes wird das Projektgebiet mittels stationärer und mobiler Kameratechnik in verschiedenen Spektralbereichen überwacht. Neben den bereits existierenden Feuerwachtürmen werden UAVs mit entsprechender Technik ausgestattet. Die Bild- und Thermaldaten werden in regelmäßigen Abständen erhoben und auf einem Server abgelegt. Sobald die Daten dort eingehen, werden sie auf dem Server mit KI-Algorithmen automatisiert hinsichtlich eventueller Abweichungen zum „Normalzustand“ untersucht. Das Projektgebiet ist weiterhin mit Sensorik bestückt. Die ermittelten Abweichungen können dadurch mit den Daten der Sensoren abgeglichen werden. Gleichzeitig begibt sich ein UAV zum Ort des potenziellen Brandherdes und erhebt fortlaufend aktuelle Daten. Erkennt die KI in der Abweichung einen potenziellen Brandherd wird eine entsprechende Information an die Feuerwehr zur Entscheidung über weitere Maßnahmen herausgegeben. Der sich daran evtl. anschließende Feuerwehreinsatz kann dann mithilfe der Technik an den UAVs überwacht werden.
Für die Detektion des Borkenkäferbefalls werden die gleiche Technik und Dateninfrastruktur genutzt. Allerdings werden hier Bilddaten aus mehreren Spektralbereichen verarbeitet. Mittels der Red-Edge-Methode kann eine Abweichung des Chlorophyllgehalts in den Bäumen detektiert werden. Spezielle Sensorik, welche Gerüche erfasst, die auf Borkenkäferbefall hindeuten, kann dieses System unterstützen. Am Ende erhält der Waldeigentümer eine Information zum potenziellen Befall. Diese Methodik kann früher und gezielter auf einen Befall hinweisen als die heute übliche visuelle Untersuchung der Forstmitarbeiter im Rahmen einer Waldbegehung.
Beide Anwendungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie die Bedrohung früher erfassen können als herkömmliche Methoden. Dies ermöglicht die zeitnahe Wirkung entsprechender Bekämpfungsansätze und die Minimierung von Schäden am Wald. Das Gesamtkonzept umfasst die Verwendung bereits bestehender Infrastrukturen (z. B. Feuerwachtürme), die hinsichtlich ihrer technischen Ausstattung für die Projektzwecke optimiert werden. Der Erfolg des Projekts ist abhängig von einer stabilen hoch bitratigen Datenübertragung. Das Projekt 5G-Waldwächter setzt daher konsequent und alternativlos auf 5G.
Der 5G-Standard ist für industrielle und geschäftliche Anwendungsfälle konzipiert. Dabei werden stets Vorteile wie die hohe Datenrate, die sehr niedrige Latenz oder der geringe Energieverbrauch (relativ zur Datenmenge) hervorgehoben. Im Projekt sind die Messdaten einer Vielzahl von Sensoren die Grundlage für die Datenauswertung und daher essentiell für die Entscheidungsfindung zur Ergreifung von Maßnahmen (z. B. Aussenden der Feuerwehr bei einem erkannten Waldbrand). Grundsätzlich beeinflussen die Sensoren daher maßgebend die getroffenen Entscheidungen und das darauf basierende Verhalten von Personal sowie die Steuerung und Koordination daraus resultierender Aktionen. Verfügbarkeit, Integrität und Vertraulichkeit der Sensordaten sind daher die zu erreichenden Schutzziele im Kontext der Informationssicherheit.
Der Fokus des Fraunhofer IOSB-AST bei der Projektarbeit liegt auf den Sicherheitsaspekten. Das bedeutet zum einen die sichere Einbindung der Sensoren und Sensordaten. Es wird geprüft, welche Maßnahmen notwendig und im Rahmen der Anforderungen realisierbar sind, um einem Missbrauch dieser entgegenzuwirken. Auf der anderen Seite ist die Absicherung der Datenkommunikation zwischen Drohne und Basisstation notwendig. Im Anwendungskontext sind beispielsweise der direkte Zugriff auf die Drohne vorgesehen (Bilddaten, Position) sowie die Anbindung von Terminalstationen an einen zentralen Auswertungsserver zwecks Datenupdate. Auch für die Echtzeitsteuerung der Drohne über große Entfernungen müssen hohe Sicherheitsstandards erfüllt werden. Es wird daher evaluiert, welche Sicherheitsfeatures bereits im 5G-Standard enthalten und für welche Anwendungsfälle diese geeignet sind. Darüber hinaus werden etablierte IT-Sicherheitsmaßnahmen analysiert und in das System integriert, insbesondere unter dem Aspekt der verfügbaren Ressourcen und Leistungsparameter.
Die Förderung erfolgt im Rahmen des 5G-Innovationswettbewerbs des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr (BMDV). Das Projekt 5G-Waldwächter baut auf die Kooperation verschiedener Partner mit unterschiedlichen Kernkompetenzen und setzt sich interdisziplinär aus Verwaltung, Unternehmen und Forschungseinrichtungen zusammen. Dazu gehören der Landkreis Görlitz als Konsortialführer, das Fraunhofer IOSB-AST, die Hochschule Zittau/Görlitz, die Brandenburgische Technische Universität Cottbus – Senftenberg (BTU) sowie die GGS - Geotechnik, Geoinformatik & Service GmbH. Neben diesen Projektpartnern konnten mit der Telekom und Vodafone zwei Mobilfunkunternehmen als assoziierte Partner gewonnen werden. Ferner unterstützt der Truppenübungsplatz Oberlausitz, u. a. durch die Bereitstellung des Projektgebietes.
Institutsteil Angewandte Systemtechnik AST des Fraunhofer IOSB
