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Effektiver Schutz vor der Wasserflut und mehr Sicherheit für die Einsatzkräfte

Projekt TAMMOS: Teilautonome Maschinen und Logistik für den mobilen Hochwasserschutz 

Hochwasser und Überschwemmungen stellen eine erhebliche Gefährdung für Menschen, Umwelt und Infrastruktur in Deutschland dar. In vielen Fällen reichen die existierenden stationären Hochwasserschutzsysteme allerdings nicht aus, diese Gefahr vollkommen abzuwenden. Mobile Formen des Hochwasserschutzes sind notwendig, um z. B. lokale Starkregenfälle oder besondere Wassermassen zu bewältigen.

Im Rahmen des BMBF-geförderten Projektes TAMMOS werden teilautonome Systeme erforscht, die ohne Gefährdung von Menschenleben Dämme im Hochwasserfall vor dem Durchbrechen schützen können. Zentrale Aufgabe  ist der Aufbau eines mobilen Hochwasserschutzes für Hochrisikogebiete. Dies sind Gebiete, in denen das Risiko für Leib und Leben der Einsatzkräfte hoch ist, größerer Schaden aber durch den Aufbau eines Schutzes abgewendet werden könnte. Das Projekt zielt auf den Aufbau der Barriere und die notwendige Logistik durch teilautonome Maschinen, so dass innerhalb einer Sicherheitszone selbst Einsatzkräfte kaum noch direkt eingreifen müssen. Dieses Gesamtziel eines mobilen Hochwasserschutzes gliedert sich in vier Teilziele:

  1. Automatisierbare Verlegetechnik: Zunächst soll der Aufbau einer Schutzbarriere durch die Verlegung eines sandgefüllten Geotextilschlauches erfolgen. Die hierfür notwendige Verlegetechnik hat den Vorteil, dass sie automatisierbar ist und mit Hilfe der Schläuche sehr schnell und flexibel auch große Barrieren aufgebaut werden können. Aufbauend hierauf soll ein teilautonom handelnder Maschinendemonstrator entwickelt werden, der im Gefahrengebiet ohne Hilfe von örtlichem Bedienpersonal operiert.
  2. Teilautonome Maschinen: Da diese Maschine in der Lage ist, deutlich schneller als bisherige Absperrverfahren einen Schutz aufzubauen, bedarf es einer optimalen Beschickungslogistik, um diesen Wirkungsgrad zu erreichen. Kleine teilautonome Einheiten sind zu entwickeln, die diese Beschickung übernehmen. Diese Maschinen nehmen den Sand außerhalb der Zone auf, suchen sich einen Weg zur Verlegeeinheit und beschicken diese mit dem Verbrauchsmaterial. Wichtige Nebenkriterien dieser teilautonomen Maschineneinheiten sind ein geringes Grundgewicht, Wendigkeit und Geländetauglichkeit.
  3. Optimierung durch technische Infrastruktur: Für die teilautonom ablaufenden Prozesse müssen eine geeignete technische Infrastruktur (Maschinenkommunikation, Prozessdaten) und Steuerungslogik aufgebaut werden. Sowohl der Schwarm der Beschickungseinheiten als auch die Verlegemaschine müssen sich im Prozess orientieren und ständig optimieren. Ein Netzwerk könnte über eine zentral aufsteigende Drohne aufgebaut werden. Die Schaffung einer hardware- und softwaretechnischen Grundlage zur intelligenten Vernetzung der einzelnen Einheiten ist die Basis für den teilautonom ablaufenden Prozess.
  4. Softwareentwicklung: Eine unbedingte Anforderung an die Lösung der beschriebenen Zielproblematik stellt die Praxistauglichkeit dar. Dafür muss die Lösung in die erprobten und heute bestehenden Prozesse der Einsatzkräfte integrierbar sein. Insbesondere muss die Einsatzzentrale ständig Informations- und Eingriffsmöglichkeiten haben. Dies ist nicht nur wegen des dort vorhandenen Expertenwissens zum Aufbau von Hochwasserschutzbarrieren wichtig, sondern auch zur Abschätzung der Weiterentwicklung der Flutsituation. Zur optimalen Einbindung erlaubt die im Rahmen des Projektes zu entwickelnde Software daher die Grobplanung vor dem Einsatzfall, die Entscheidungsunterstützung im Einsatz und die Ableitung von Eingangsparametern der angrenzenden Prozesse. Zu diesen angrenzenden Prozessen gehören die Lieferprozesse der Verbrauchsmaterialien (Sand, Textil etc.) bis an das definierte Hochrisikogebiet, die weiteren im Umfeld stattfindenden Maßnahmen zum Hochwasserschutz sowie die Gesamteinbindung in die Einsatzplanung und -leitung. Hierzu muss das Projekt anschlussfähig sein.
Projekt TopoOpt zur Verbesserung bei Deichbau und Hochwasserschutzmaßnahmen

Grobskizze der geplanten Lösung für den sicheren, effizienten mobilen Hochwasserschutz

Diese Abbildung skizziert den geplanten Ablauf einer mobilen Hochwasserschutzmaßnahme. Die Verlegemaschine wird von den teilautonomen Transportern 1 und 2 beschickt. Diese pendeln zwischen Sandhaufen und Verlegemaschine. Es besteht eine Kommunikation zwischen den einzelnen Einheiten und der Einsatzzentrale.

FHDW und topocare gemeinsam für mehr Sicherheit im Hochwasserschutz

Im Rahmen des Projektes entwickelt der Projektpartner topocare maschinenbauliche Lösungen für die teilautonome Verlegemaschine von Sandschläuchen und die Zuliefer-Systeme. Um die Einzelsysteme und die Gesamtlogistik zu planen und zu steuern, konzipiert die FHDW die notwendigen Software-Systeme. Als Ergebnis des Teilvorhabens werden Demonstratoren vorliegen für die Steuerung und Koordinierung der mobilen Einheiten (Verlegemaschine und Belieferungsmaschinen), die Ansteuerung und Integration einer Drohne in den Prozess sowie die Planungs- und Entscheidungsunterstützung der Einsatzkräfte im Katastrophenfall. Während die Steuerung der teilautonomen Verlege- und Zuliefermaschinen durch die Nutzung etablierter Robotik-Umgebungen (ROS) erleichtert wird, müssen Logistik und Planungstools vollständig neu entwickelt werden.