- Das Forschungsprojekt „5G-Waldwächter“ erprobt den Einsatz vernetzter Sensoren und Kameras, um sowohl Waldbrände als auch Schädlingsbefall bereits in der Entstehungsphase zu erkennen. So können Feuerwehren und Waldeigentümer frühzeitig gewarnt werden, um den potenziellen Schaden am Wald gering zu halten.
- Weil die einzelnen Komponenten auf eine funktechnisch stabile Vernetzung angewiesen sind, setzt das Konsortium hinter dem Waldwächter-Projekt konsequent auf 5G. Sowohl Sensordaten als die Daten der Kameras werden durch einen „Zentralen Krisenmanagement-Server“ (ZKMS) erfasst und analysiert.
- Beim Test und der Weiterentwicklung der Sensoren sowie der Algorithmik halfen unter Brandschutz- und auch Naturschutzaspekten unbedenkliche Testbrände auf dem Truppenübungsplatz Oberlausitz der Bundeswehr.
- Durch den bisherigen Projektverlauf konnten wichtige Erkenntnisse für die weitere Entwicklung der KI-Algorithmen gewonnen werden. Über mögliche Folgeprojekte wird bereits diskutiert.
Die neueste Waldzustandserhebung des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft zeichnet ein recht düsteres Bild des deutschen Waldes: Nur jeder fünfte Baum in Deutschland ist gesund. Dabei spielen mehrere Faktoren eine Rolle: die globale Erwärmung, vermehrte Waldbrände durch Trockenheit, nicht an die Standorte angepasste Baumarten und häufigerer Schädlingsbefall.
Das Forschungsprojekt „5G-Waldwächter“ erprobt neue Methoden, bei denen das Zusammenspiel verschiedener technologischer Komponenten dabei helfen soll, sowohl Waldbrände als auch Schädlingsbefall in der Entstehungsphase zu erkennen. So sollen Feuerwehren und Waldeigentümer frühzeitig angemessene Gegenmaßnahmen ergreifen können, um damit den potenziellen Schaden am Wald gering zu halten. Der Mobilfunkstandard 5G spielt dabei eine zentrale Rolle.
In der aktuellen Folge unseres Podcasts „MobilfunkTalk“ sprechen wir mit Dr. Gerhard Kemper, Geschäftsführer der GGS – Geotechnik, Geoinformatik & Service GmbH über Ziele und Erkenntnisse aus dem 5G-Waldwächter-Projekt. Die GGS GmbH ist einer der Projektpartner bei diesem Projekt.
Breit aufgestelltes Projekt
Am Projekt „5G-Waldwächter“ beteiligt sind der Landkreis Görlitz, die Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg, das Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik aus Frankfurt/Oder, das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB mit der Außenstelle Görlitz sowie die Hochschule Zittau/Görlitz. Hinzu kommen die beiden Unternehmen Exelonix GmbH aus Dresden und die bereits erwähnte GGS GmbH aus Speyer, zudem die Universität Rostock, die Bundeswehr und der Bundesforstbetrieb Lausitz. Als assoziierte Partner sind außerdem zwei große Mobilfunknetzbetreiber an der Umsetzung des Projekts beteiligt.
Die Aufgabenstellung: Auf dem Gebiet des Truppenübungsplatzes Oberlausitz der Bundeswehr befinden sich ausgedehnte Waldbestände, in denen, bedingt durch die militärische Nutzung, regelmäßig kleinere Brände entstehen. Überdies sind verschiedene dominante Nadelbaumarten wie Fichte oder Kiefer durch die trockenen Sommer der letzten Jahre sehr anfällig für den Befall durch Borkenkäfer. Das Forschungsprojekt hatte deshalb zwei zentrale Aufgabenstellungen:
- rechtzeitige Erkennung und Bekämpfung von Waldbränden
- frühestmögliche Erkennung und Bekämpfung ausgewählter Borkenkäferarten, möglichst noch vor einem größeren Befall im Baumbestand
Die technologische Lösung dieser Aufgaben umfasst
- die Vernetzung von Sensoren mit 5G-Mobilfunk
- die Anbindung von stationären Kameras auf vorhandenen Feuerwachtürmen
- den Einsatz von UAV („unmanned aerial vehicles“ bzw. Drohnen) als Träger mobiler Kamera- und Sensortechnik
Weil die einzelnen Komponenten auf eine funktechnisch stabile Vernetzung auch bei geringeren Empfangsfeldstärken und gleichzeitig hohe Verfügbarkeit angewiesen sind, setzt das Waldwächter-Konsortium konsequent auf 5G.
Sowohl Sensordaten als auch die Daten der Kameras werden durch eine zentrale Dateninstanz, den „Zentralen Krisenmanagement-Server“ (ZKMS) erfasst, bewertet und mithilfe von künstlicher Intelligenz auf mögliche Anomalien analysiert.
Wichtige Erkenntnisse aus dem Testbetrieb
Auf dem Truppenübungsplatz der Bundeswehr konnten die Partner des Projekts auf ausgewählten Flächen die skizzierten technischen Lösungen unter realen Bedingungen testen. Dazu zählte auch ein „Testbrand“ auf definierten Flächen, der dann von den hochauflösenden Kameras auf den Feuerwachtürmen erkannt und an die Feuerwehr gemeldet wurde. Da diese Flächen im Rahmen der Landschaftspflege zum Niederbrennen geeignet sind, standen den künstlich gelegten Feuern auch keine Naturschutz-Bedenken entgegen. Durch den Testbrand konnten wichtige Erkenntnisse für die weitere Entwicklung der Algorithmen etwa beim Einsatz der Künstlichen Intelligenz für die Gassensoren gewonnen werden.
Außerdem wurden auf der Versuchsfläche auch Tests zur Detektion von Borkenkäferbefall durchgeführt. Hierzu sammelten Bodensensoren regelmäßig Umgebungsdaten. Ein spezieller Gassensor erkannte und meldete Sexualhormone der Schädlinge.
Zusätzlich können UAV beziehungsweise Drohnen mit spezialisierten Sensoren wie Wärmebildkameras oder RGB-Kameras gezielte Inspektionsflüge durchführen. Im Falle eines bereits laufenden Feuerwehr-Einsatzes können sie die Feuerwehrleute aktiv unterstützen und zum Beispiel vor unerkannten Brandherden oder den Folgen umschlagender Windrichtung schützen.
Wie Dr. Gerhard Kemper im Podcast-Interview bestätigte, ist die Versorgung großer Waldflächen mit 5G auf jeden Fall eine Herausforderung. Eine Erkenntnis aus dem Projekt war jedoch, dass der Mobilfunkempfang in der größeren Höhe der Feuerwachtürme und der Flughöhe der Drohnen stabiler funktionierte als in Bodennähe.
„5G-Waldwächter“ gewann verschiedene Preise und Auszeichnungen, unter anderem den ersten Platz beim Sächsischen Digitalpreis in der Kategorie „Gesellschaft“. Das Projekt läuft noch bis Ende des Jahres 2024, über mögliche Folgeprojekte wird bereits diskutiert.