Erdbeben sind immer noch kaum vorhersehbar. Lebensgefahr besteht dabei nicht nur im Moment der Erschütterungen. Denn das Ausmaß der Beschädigung einzelner Gebäude ist allein von außen häufig nicht einzuschätzen. Für Helfer wie Bewohner bleibt es daher auch Tage und Wochen nach dem Beben riskant, die Bauwerke zu betreten. Unterstützung erhalten die Einsatzkräfte vor Ort nun von teilautonom agierenden Technikteams: Kameradrohnen und Roboterfahrzeuge können 3D-Bilder vom Innern der Bauwerke liefern, ohne weitere Menschenleben zu gefährden.

Allein in Ober- und Mittelitalien bebte die Erde in den vergangenen zehn Jahren rund ein Dutzend Mal mit einer Stärke von 5 und mehr auf der Richterskala. Hunderte Menschen kamen ums Leben – in den Abruzzen, den Marken, in der Emilia Romana, in den Regionen Umbrien und Latium. Zehntausende Bewohner verloren ihr Heim. Viele Orte inklusive ihrer Kirchen und Baudenkmäler wurden zerstört oder meist stark beschädigt. Gerade die zahlreichen einsturzgefährdeten Bauwerke sind auch Tage, Wochen und Monate nach einem Beben eine unmittelbare Gefahr. In der Regel müssen Einsatzkräfte sehr schnell entscheiden, ob sie ein Haus betreten können, ohne ihr eigenes Leben akut zu gefährden. Und für die Planung von Aufräumarbeiten und Wiederaufbaumaßnahmen müssen sie beurteilen können, ob eine Kirche oder ein Baudenkmal gesichert und restauriert werden kann oder ein Abriss unumgänglich ist.

Eines der folgenschwersten Erdbeben der letzen Jahre ereignete sich Ende August 2016 in der italienischen Region Latium. Die Erschütterungen mit einer Stärke von 6,2 auf der Richterskala zerstörten innerhalb von Minuten nahezu die gesamte Innenstadt von Amatrice. In den Tagen nach dem Beben hatten die Einsatzkräfte der Feuerwehr Vigili del Fuoco zu entscheiden, ob und wie sie zwei stark einsturzgefährdete Kirchen sichern können. »Es gab zudem zahlreiche Nachbeben, sodass die Gebäude jederzeit weiter einstürzen konnten. Ein Betreten der beiden Kirchen wäre lebensgefährlicher Leichtsinn gewesen«, sagt Dr. Hartmut Surmann vom Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS.

Mensch-Roboter-Teams helfen Gefahren einzuschätzen

Unterstützung erhielten die italienische Feuerwehren von einem europäischen Mensch-Roboter-Team. Innerhalb von 48 Stunden waren Technikspezialisten des EU-geförderten Projekts »TRADR« mit drei Flugrobotern und zwei Bodenrobotern in Amatrice vor Ort. Seit Ende 2013 entwickeln und erproben zwölf Projektpartner Systemlösungen im Bereich »Cognitive Robotics«. Ziel ist der Einsatz von intelligenten Robotern zur Unterstützung der Einsatzkräfte bei mittleren und großen Katastrophenereignissen. Die Fluggeräte liefern dabei zunächst Videoaufnahmen aus der Vogelperspektive. Sie können selbsttätig ihre Flugbahnen untereinander koordinieren. »An der Bodenstation haben wir so in kurzer Zeit eine ausreichende Datenbasis, um die aktuelle Zerstörungssituation der Gebäude und Straßen im Einsatzgebiet darstellen zu können«, erklärt Surmann. Danach übernahm das TRADR-Team die Untersuchung des Zustands der vom Einsturz bedrohten Basilika San Francesco und der Kirche Sant‘ Agostino. Bei einer der Kirchen war bereits ein Teil des Giebels und des Daches eingestürzt. Diese Öffnung wollten die Forscher nutzen, um mit den Kameradrohnen in den Innenraum des Gebäudes zu fliegen. Parallel dazu erkundeten sie mit den Robotergefährten die Lage in dem Bauwerk vom Boden aus. »Der Technikeinsatz in einer solchen Situation ist anspruchsvoll. Denn er erfordert Teamarbeit auf unbekanntem Terrain«, so Surmann.

Teamarbeit auf unbekanntem Terrain

Bereits der Flug eines Quadrocopters durch die Dachöffnung in das Gebäude hinein wäre mit händischer Steuerung allein kaum durchführbar. Zudem ist eine Kontrolle der Position über GPS im Innenraum nicht mehr möglich. Die Forscher arbeiten daher mit mehreren Kameradrohnen, die untereinander und mit der Bodenstation in ständigem Funkkontakt stehen: Zwei Fluggeräte schweben über beziehungsweise außen vor dem Gebäude. Ihre Kameras liefern einen Videostream der Dachöffnung, die es dem Anwender ermöglichen, den dritten Quadrocopter ohne direkten Sichtkontakt sicher in den Innenraum zu steuern. Aus den Bildern, die das Gerät von dort sendet, erstellt das Softwaresystem der Bodenstation ein 3D-Modell des Innenraumes. Zusätzlich helfen die Aufnahmen dem TRADR-Team, die Fahrtmanöver des Bodenroboters zu koordinieren. »Erst der Blick von oben auf den Boden des Kirchenschiffes ermöglicht es, Hindernisse im Fahrweg des Roboters zu beurteilen und so dessen Route anzupassen«, sagt Surmann. Umgekehrt ist der Einsatz des Bodenroboters die einzige Möglichkeit, um die Schäden in von oben nicht einsehbaren Bereichen zu analysieren und zu bewerten.

Erfolgreiche transeuropäische Kooperation

In Amatrice konnte das TRADR-Team unter extremen Bedingungen und hohem Zeitdruck den Einsatzkräften wichtige Informationen liefern: Bei dem Einsatz generierte das Mensch-Roboter-Team 140 Gigabyte Bild- und Sensordaten und verarbeitete diese zu aussagekräftigen 3D-Modellen für die weitere Planung von Sicherungs- und Räumarbeiten. Grundlegend für die erfolgreiche Mission von Forschern und Technik nach dem Erdbebenereignis war vor allem die reibungslose Zusammenarbeit zwischen den Techniksystemen und dem TRADR-Team. »In zahlreichen Übungseinsätzen haben wir unsere Systemlösungen und die Arbeitsorganisation immer wieder geübt und die Erfahrungen zur Optimierung der Routinen und Systeme genutzt«, resümiert Surmann. (stw)

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Dr. Hartmut Surmann
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