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    Forschung




Mit dem vom BMBF geförderten Forschungsprojekt TAMMOS erkundet topocare zusammen mit der FHDW neue Formen des mobilen Aufbaus einer Hochwasserbarriere. Die Ergebnisse sind bereits jetzt in vielen Bereichen zukunftsweisend.

Durch den fachlichen Austausch mit dem Feuerwehrverband Rheinland-Pfalz, in dessen für dieses Projekt gegründeten Fachbeirat Hochwasserschutz die Feuerwehren Koblenz, Neuwied sowie das THW eingebunden sind, steht aktuelles Anwenderwissen und Erfahrung von Rhein und Mosel zur Verfügung.

Das Projekt läuft im Rahmenprogramm Forschung für die zivile Sicherheit der Bundesregierung, bei dem Lösungen zur Schadensvorsorge und Krisenbewältigung erarbeitet werden.

 

Assoziierte Projektpartner:


Autonomer Schutzaufbau in Hochrisikogebieten

 

Ziel des Vorhabens ist die Schaffung von Systemen und Verfahren für den mobilen Hochwasserschutz in Hochrisikogebieten, die akut von Überflutung bedroht werden. Dabei sollen Maschinen selbstständig in das Risikogebiet fahren und einen Schutz mit Hilfe von sandgefüllten Geotextilschläuchen, den topotubes, aufbauen.

Um dies zu erreichen entwickeln wir eine Maschine zur teil-autonomen Verlegung der Geotextilschläuche (topoRobo). Weiterhin werden kleine Logistikeinheiten entwickelt, welche den Sand zur Verlegemaschine bringen und diese kontinuierlich beschicken (topoAnt).

Der generelle Ablauf zur Verlegung des Hochwasserschutzschlauches sieht wie folgt aus:

  • Der topoRobo fährt zum Startpunkt der Verlegung
  • Wie auf einer Ameisenstraße bewegen sich mehrere topoAnts zwischen Sandlager und topoRobo hin und her und versorgen diesen mit Sand
  • Der topoRobo verlegt die topotubes mit dem Sand der topoAnts

Um einen autonomen Ablauf zu ermöglichen, der von der Einsatzzentrale aus betreut wird (daher: teil-autonom), sind einige zum Teil im Hintergrund ablaufende Arbeitsschritte notwendig, die nachfolgend vorgestellt werden.


Schritt 1)

3D-Mapping mittels Drohne

Die Einsatzumgebung ist im Gegensatz zum autonomen Fahren auf Straßen wenig bekannt. Um präzise Umfelddaten zu erlangen, wird das Gebiet zunächst mit einer Drohne erkundet. Über die Photogrammetrie lässt sich das Geländeprofil mit seinen Höhen und Tiefen erfassen, so dass eine 3D-Karte des Einsatzgebietes entsteht.

Bei der Photogrammetrie handelt es sich um eine Fernerkundung, bei der aus Fotografien eine dreidimensionale Form der Landschaft abgebildet werden kann. Die Drohe fliegt zu diesem Zweck ein Raster über dem Erkundungsgebiet ab, bei dem in regelmäßigen Abstand Fotoaufnahmen gemacht werden.

Durch die Überlappung der Fotoaufnahmen und verschobenen Blickwinkel der einzelnen Fotopositionen lässt sich eine dreidimensionale Karte berechnen.


Schritt 2)

Einsatzstrategie / Flottenmanagement

Zur Ermittlung der Einsatzstrategie werden die Gefahrenabwehrprozesse modelliert. Hier findet die gemeinsame Expertise der FHDW und topocare zur Simulation der Hochwasserschutzlogistik eingang (siehe auch hier). Mittels einer agentenbasierten Simulation werden so einzelne Szenarien simuliert, um das Zeit-, Kapazitäts- und Mengengerüst für den Einsatz zu bestimmen.

 

Beispiele für die Fragestellungen, die mit Hilfe der Einsatzsimulation beantwortet werde

  • Wie viele Fahrzeuge brauche ich für einen idealen Ablauf?
  • Wann sind die Starttermine für die Fahrzeuge?
  • Wie lange braucht der Gesamtprozess?
  • Was muss getan werden, um vor dem Eintreffen des Hochwassers fertig zu sein?

Schritt 3)

Fahrsimulation und Steuerung

Auf Basis der Ergebnisse aus den vorangegangenen Schritten werden Arbeitsbeschreibungen (Task-Descriptions) für die einzelnen Maschinen (topoRobo und topoAnts) erstellt. Die Arbeitsbeschreibungen beinhalten u.a. die 3D-Umgebung, den Zielpfad der topotubes, die Positionen der Sandlager, fahrbare Bereiche in der Umgebung und einzelne Teilschritte der Gesamttätigkeit. Das Zusammenspiel der einzelnen Task-Descriptions des topoPackers und der topoAnts wird in einer Simulationsumgebung getestet und/ oder direkt auf die Maschinen übertragen.

Nach Übertragung der Task-Describtions führen die Maschinen ihre jeweiligen Arbeitspakete teil-autonom aus. Sie ermitteln selbständig einen Weg auf Basis der fahrbaren Bereiche, weichen neuen Hindernissen aus oder übergeben selbstständig den Sand vom topoAnt zum topoRobo. Hierzu sind sie mit Sensoren zur Umfelderfassung ausgestattet.


Schritt 4)

Schutzaufbau mittels autonomer Maschinen

Die entwickelte Steuerung kommt in der Verlegemaschine, dem topoRobo zu Einsatz. Der topoRobo wurde als erstes Ziel des Projektes entwickelt. Verschiedene bestehende Ideen und Patente wurden hierzu in das Projekt integriert und zusammen mit neuen Erkenntnisen zu einer Geotextilschlauch-Verlegemaschine weiterentwickelt, welche den Ansprüchen des autonomen Arbeitens gerecht wird. Das derzeitige Zwischenergebnis des Projektes, die Schlauchverlegung mit dem mobilen und autonom-fahrenden topoRobo wollen wir im anstehenden Video demonstrieren.

Schon jetzt gibt das Forschungsprojekt also einen spannenden Einblick in den Hochwasserschutz der Zukunft!

Wollen Sie mehr Wissen oder haben Ideen und Anregungen?

info(at)topocare.de

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