Zwischenergebnis zu UAV-Einheiten (Drohnen) im npol BOS-Einsatz

|Mario Müller
Zwischenergebnis zu UAV-Einheiten (Drohnen) im npol BOS-Einsatz

Im Rahmen eines Master-Studiums im Bereich Informations- und Medientechnik an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus – Senftenberg wurde durch die Feuerwehr der Stadt Cottbus eine Umfrage durchgeführt. Diese sollte den aktuellen Stand von UAVs (unmanned aerial vehicles, auch „Drohnen“ genannt) bei Feuerwehren und Hilfsorganisationen erfassen.

Im Zeitraum vom 14. April bis 26. April 2019 wurde die Umfrage durch insgesamt 54 Organisationen beantwortet. Für die Teilnahme möchten wir uns nochmals Bedanken. Die teilnehmenden Organisationen waren unter anderem Berufsfeuerwehren,  Freiwilligen Feuerwehren sowie Hilfsorganisationen der Johanniter, des Deutsches Rotes Kreuz und der Deutschen Lebens-Rettungs-Gesellschaft – siehe Abbildung 1.

[wp_charts title=“Anzahl der teilnehmenden Organisationen“ type=“bar“ align=“aligncenter“ width=“80%“ margin=“5px 10px“ datasets=“1,37,7,5,2,2″ labels=“BF,FF,DLRG,DRK,JUH,Sonstige“ scaleoverride=“true“ scalesteps=“8″ scalestepwidth=“5″ scalestartvalue=“0″ animation=“true“]

Abbildung 1

Umfrageergebnisse:

Im Ergebnis verfügen von den befragten Organisationen insgesamt 18 Organisationen über UAV-Technik. Dabei kann zwischen 46 UAV-Modelle unterschieden werden. Es handelt sich ausschließlich um sogenannte Drehflügel-Modelle, die vor allem von den Herstellern DJI (29), Yuneec (11) und 6 sonstige Hersteller stammen (Siehe Abbildung 2). Bisher hat keine der Organisationen Starrflügel- oder Hybrid-UAV-Modelle im Einsatz.

[wp_charts title=“UAV nach Hersteller“ type=“pie“ align=“aligncenter“ width=“40%“ margin=“5px 10px“ datasets=“29,11,6″ labels=“DJI,Yuneec,Sonstige“ animation=“true“]

Abbildung 2

 

Die Standorte dieser UAV Modelle verteilen sich über das gesamte Bundesgebiet – siehe Abbildung 3. Die Zahlen in Abbildung 3 geben die Anzahl der an diesem Standort verfügbaren UAVs an.

UAV Karte (Stand: April 2019)

Abbildung 3 (Quelle: http://www.hamstermap.com/custommap.html, Karte: Openstreetmaps (Lizenz: CC-BY-SA 2.0))

Die Umfrage hat ergeben, dass nur etwa 60% der gemeldeten UAV-Modelle als alarmierbare Einheit über eine Leitstelle oder per Telefon erreichbar sind. Die anderen UAVs werden lediglich durch die Organisation selbst eingesetzt. Für die alarmierbaren UAV-Einheiten beträgt die angegebene normale Ausrückzeit zwischen drei Minuten und einer Stunde.

In der Umfrage wurde u.a. die Frage gestellt, zu welchem Einsatzzweck die UAVs angeschafft wurden. Dafür standen die sechs Bereiche: Dokumentation, Erkundung, Einsatzleitung, Personensuche, Überwachung und Inspektion zur Auswahl. Die Verteilung der Einsatzzwecke ist in Abbildung 4 dargestellt. Zusätzlich konnten weitere Einsatzzwecke genannt werden. In diesem Zusammenhang wurden noch die Kartografie sowie das Ablegen bzw. Abwerfen von (Rettungs-) Gegenständen ergänzt.

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Abbildung 4

Die angegebenen UAV-Modelle stammen aus sehr unterschiedlichen Gewichts- und Größenklassen. Die Angaben lagen im Bereich von 750g bis 5kg für das Gewicht des UAV und im Größenbereich von etwas mehr als 20cm bis 1,5m im Durchmesser – siehe Abbildung 5 und Abbildung 6. Die Darstellung ist nicht kumuliert, das heißt, dass ein UAV nur in einer Klasse auftauchen kann.

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Abbildung 5

[wp_charts title=“Gewichtsklasse der UAV “ type=“bar“ align=“aligncenter“ width=“100%“ margin=“10px 20px“ datasets=“2,13,22,1,1″ labels=“<1kg,<2kg,<3kg,<5kg,>=5kg“ scaleoverride=“true“ scalesteps=“5″ scalestepwidth=“5″ scalestartvalue=“0″ animation=“true“]

Abbildung 6

Mehr als 75% der gemeldeten UAV-Modelle bieten die Möglichkeit der Steuerung mit Hilfe von zwei Fernsteuerungen. Diese zweite Steuerung bietet größtenteils die Möglichkeit die Kamerafunktionen, wie beispielsweise Neigung, Zoom und Aufnahmesteuerung separat steuern zu können. Teilweise kann damit auch das Landegestell eingefahren oder der Abwurf-Mechanismus ausgelöst werden.

In den meisten Einsatzlagen ist es wünschenswert, dass das Bildmaterial der Kamera direkt auf einen Bildschirm übertragen werden kann (Livebild-Übertragung). Bei der Kamera kann es sich dabei entweder um eine Normalbildkamera (mit der alle erhobenen UAV-Modelle ausgestattet sind) oder eine Wärmebildkamera (die bei etwa 40% der UAVs zur Verfügung steht) handeln. Die Möglichkeit der Übertragung auf einen Monitor an der Fernsteuerung ist bei allen UAV-Modellen möglich, teilweise ist dafür allerdings noch zusätzlich ein mobiles Endgerät zur Darstellung des Kamerabilds notwendig. Für komplexere Einsatzlagen kann es weiterhin wichtig sein, dass das Bildsignal auch auf einem größeren Monitor, beispielsweise im Einsatzleitwagen, dargestellt werden kann. Dazu wurde in der Umfrage gefragt, ob und auf welchem Übermittlungsweg sich das Bildsignal auf einen solchen Monitor übertragen lässt – die Ergebnisse sind in Abbildung 7 visualisiert.

[wp_charts title=“Art der Livebildübertragung “ type=“bar“ align=“aligncenter“ width=“100%“ margin=“10px 20px“ datasets=“36,13,9,2,2″ labels=“HDMI,WLAN,Andere,Mobilfunk,nicht möglich“ scaleoverride=“true“ scalesteps=“5″ scalestepwidth=“8″ scalestartvalue=“0″ animation=“true“]

Abbildung 7

Zur Wahrung der Informations- und Betriebssicherheit wurde ebenfalls gefragt, ob die Signale zwischen der Fernsteuerung und dem UAV verschlüsselt übertragen werden und somit ein unberechtigter Zugriff ausgeschlossen wird. Etwas über die Hälfte der UAVs unterstützen die verschlüsselte Übertragung der Signale. Bei zwei UAVs davon betrifft das nur das Bildsignal, bei den anderen werden sowohl das Steuerungs-, als auch das Bildsignal verschlüsselt übertragen.

Insbesondere die Zuverlässigkeit der UAV-Systeme ist beim Einsatz in gefährdenden Bereichen von wesentlicher Bedeutung sind (z.B. Flug über Menschenmengen). In einem solchen sensiblen Einsatzbereich ist neben der Betriebssicherheit die redundante Auslegung des UAV-Systems essentiell, um keine Schäden durch die Drohne zu verursachen. Im Ergebnis der Umfrage verfügt ca. 1/4 der gemeldeten Drohnen über eine oder mehrere solcher redundanten Funktionen, z.B. im Bereich der Steuerung, Akkusysteme oder über mehr als 4 Propeller. Der Vorteil von sogenannten „Hexacopter“ gegenüber dem „normalen“ Quadrocopter liegt darin, dass sich diese auch nach dem Ausfall eines Propellers sicher landen lassen.

Insgesamt hat die Umfrage gezeigt, dass die eingesetzten UAV-Modelle sehr unterschiedlich ausgestattet sind. Alle gemeldeten UAVs sind mit einer Normalbildkamera ausgestattet. Ein Teil davon verfügt zusätzlich über eine Wärmebildkamera. Die Hälfte der UAVs besitzen die Möglichkeit Gegenstände oder Rettungsmittel abzuwerfen. Im Bereich der Gefahrstoffanalyse sind zwei UAV-Systeme mit Dosisleistungsmessgeräten ausgestattet.

Einsatzszenarien für UAV‘s

Im Zuge der Umfrageauswertung konnte zwischen sechs potenziellen Einsatzszenarien unterschieden werden, in welchen der Einsatz eines UAV-Systems sinnvoll erscheint. Diese Einsatzszenarien sind die Personensuche, der Waldbrand, der Gebäudebrand (Einsatz in Gebäudeteilen sowie außerhalb des Gebäudes), der Verkehrsunfall sowie das Hochwasserereignis. Zur Identifizierung der genannten Einsatzszenarien wurde ein Workshop mit Einsatzkräften der Feuerwehr Cottbus durchgeführt.

Die Bewertung für die Eignung eines möglichen Einsatzszenarios bezieht sich auf die Gesamtheit aller verfügbaren UAV-Modelle innerhalb einer Organisation / Einheit. Für die Einsatzszenarien wurden im Rahmen des Workshops folgende Fähigkeiten eines UAV-Systems identifiziert:

  • Personensuche:
    • Wärmebildkamera
    • Einsatzzeit >= 60 Minuten (ohne Ladung)
    • Livebildübertragung
  • Waldbrand:
    • Normalbildkamera oder Wärmebildkamera
    • Einsatzzeit >= 60 Minuten (ohne Ladung)
    • Livebildübertragung
  • Gebäudebrand (innen):
    • Wärmebildkamera
    • Durchmesser <= 60 cm
    • Drehflügler oder Hybridsystem
    • Kollisionsschutz-System (mechanisch oder elektronisch)
    • Livebildübertragung
  • Gebäudebrand (außen):
    • Normalbildkamera oder Wärmebildkamera
    • Einsatzzeit >= 60 Minuten (ohne Ladung)
    • Livebildübertragung
  • Verkehrsunfall:
    • Normalbildkamera oder Wärmebildkamera
    • Livebildübertragung
  • Hochwasser:
    • Normalbildkamera oder Wärmebildkamera
    • Einsatzzeit >= 60 Minuten (ohne Ladung)
    • Livebildübertragung

Eine Übersicht über die potenzielle Eignung der gemeldeten UAV-Systeme für die genannten Einsatzszenarien ist in Abbildung 8 dargestellt.

[wp_charts title=“Einsatzfähigkeit von UAVs“ type=“bar“ align=“aligncenter“ width=“100%“ margin=“10px 20px“ datasets=“9,12,6,12,13,12″ labels=“Personensuche,Waldbrand,Geb. (innen),Geb. (außen),VKU,Hochwasser“ scaleoverride=“true“ scalesteps=“7″ scalestepwidth=“2″ scalestartvalue=“0″ animation=“true“]

Abbildung 8

Im Rahmen der Auswertung wurden weitere Ausstattungsmerkmale identifiziert, welche für die vorgestellten Einsatzszenarien wünschenswert wären, diese sind nicht in die Auswertung eingeflossen und lassen sich vermutlich durch weitere sinnvolle Funktionen ergänzen:

  • Personensuche:
    • automatisiertes Abfliegen von Flächen
  • Waldbrand:
    • stationärer, kabelgebundener Einsatz ODER
    • Wirkungsradius >= 1,5 km
  • Gebäudebrand (innen):
    • akustisches Signal durch UAV, Positionslichter
  • Gebäudebrand (außen):
    • kabelgebundener Einsatz möglich
  • Hochwasser:
    • Bevölkerungsinformationssysteme (Lautsprecher, Display, Abwurfsystem)

Fazit

Die Erstellung, Durchführung und Auswertung der Umfrage war zunächst auf die Dauer des Master-Studien-Praktikums bei der Feuerwehr Cottbus begrenzt und wird somit nicht alle UAV-Systeme der npol BOS in Deutschland erfasst haben. Dies liegt u.a. daran, dass die Laufzeit der Umfrage mit etwa zwei Wochen (einschließlich Feiertage und Wochenenden) sehr knapp bemessen war und bislang nicht alle npol BOS erreicht wurden.

Ein weiterer Hinderungsgrund für die Vollständigkeit der Umfrage ist deren detaillierte Gestaltung. Der Frageumfang ist aus unserer Sicht jedoch notwendig, um die UAV-Modelle besser auf deren Eignung für bestimmte Einsatzszenarien beurteilen zu können. Aufgrund der Komplexität gehen wir daher davon aus, dass auch für die vollständige Beantwortung der Umfrage mehr Zeit benötigt wird.

Ziel unserer Umfrage war zunächst die Erhebung verfügbarer UAV-Systeme, um insbesondere bei zukünftigen Waldbränden im Land Brandenburg jene neuen Einsatzmittel für die Lageerkundung einsetzen zu können.

Durch die Auswertung der Umfrage konnten weitere Themengebiete identifiziert werden, welche bei der Integration von UAV-Systemen in npol BOS zu berücksichtigen sind. So sollten abhängig vom Einsatzzweck die Mindestanforderungen an ein UAV-System definiert werden, um bereits bei der Beschaffungsplanung deren Zuverlässigkeit im Einsatzdienst sicherzustellen. Weiterhin sollten neben den geplanten Einsatzzweck die Schutzziele der Vertraulichkeit und Integrität der verarbeiteten Informationen bei der Anschaffung berücksichtigt werden, um den rechtlichen Bedürfnissen des Datenschutzes Rechnung zu tragen.

Ferner ist aus Sicht einer Leitstelle bei der Integration der UAV als Einsatzmittel in ein Einsatzleitsystem ein Regelwerk zur Datenerfassung zu erstellen. Die Leitstelle Lausitz hat sich dazu entschlossen die UAV-Einheiten zu erheben und verwendet als Dispositionskriterien deren gesamten und einsatztaktisch relevanten Fähigkeiten (z.B. Größen, Kameratypen, Einsatzdauer, Kollisionsschutz etc.). Auf die Erfassung jedes einzelnen UAV-Systems als ein separates Einsatzmittel wird bewusst verzichtet, da diese die Übersichtlichkeit im Einsatzleitsystem erschweren und bislang kein taktischer Mehrwehrt für die Einsatzmitteldisposition und die Gestaltung von Alarm- und Ausrückeordnungen erkennbar ist.

Wie geht es weiter?

Aufgrund der zu kurzen Umfragedauer und nachträglicher Anfragen von npol BOS nach Ablauf der Umfrage, haben wir uns dazu entschlossen diese bis zum 31. August 2019 zu verlängern. Um jedoch dauerhaft einen vollständigen Überblick zu erhalten, ist ein zentrales UAV-Verzeichnis wünschenswert, in welchem nicht-polizeiliche Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben Ihre UAV-Systeme an- und auch wieder abmelden können.

Hier geht es zur Umfrage.

Sollten Sie Interesse an der von uns erhobenen UAV-Übersicht haben und sind eine Behörde oder Organisation mit Sicherheitsaufgaben, erhalten Sie auf schriftliche Anfrage die gewonnene Übersicht.