Deutsches Sensorsystem zur frühzeitigen Detektion von Wald- und Industriebränden - IQ FireWatch

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Deutsches Sensorsystem zur frühzeitigen Detektion von Wald- und Industriebränden - IQ FireWatch
Menschen, Umwelt und Werte schützen

                                             Deutsches Sensorsystem zur
                                             frühzeitigen Detektion von
                                             Wald- und Industriebränden
                                             AUTOR: DR. KURT WINTER

                                                                                                                       Waldbrände stellen für Mensch und
                                                                                                                       Umwelt eine große Gefahr dar, die
                                                                                                                       durch den Klimawandel, sozio-öko-
                                                                                                                       nomische Veränderungen, Fahrläs-
                                                                                                                       sigkeit und allgemeine Populations-
                                                                                                                       veränderungen laufend zunimmt.
                                                                                                                       Durch häufige Dürreperioden wer-
                                                                                                                       den die Wälder weltweit ge-
                                                                                                                       schwächt und sind dadurch noch
FORUM SCHADENVERHÜTUNG

                                                                                                                       anfälliger für Brände. Laut dem Um-
                                                                                                                       weltverband WWF haben weltweit
                                                                                                                       etwa nur 4 % der Waldbrände natür-
                                                                                                                       liche Ursachen wie beispielsweise
                                                                                                                       Blitzeinschläge. Für die meisten
                                                                                                                       weiteren Fälle sind menschliche
                                                                                                                       Eingriffe in das Ökosystem verant-
                                                                                                                       wortlich [1].

                                                                                                                       Deutsche
                                                                                                                       Hochrisikogebiete
                                                                                                                       Waldbrände in Kalifornien, Austra-
                             Je früher ein   Der Klimawandel und zahl-        Waldbrände: Ursachen                     lien und im Süden Europas füllen in
                         Waldbrand ent-                                                                                den warmen Sommermonaten die
                                             reiche weitere Faktoren          und Folgen
                          deckt wird, des-                                                                             Schlagzeilen der Medien weltweit.
                         to besser stehen    spiegeln sich in der Statistik   Wälder haben unzählige Funktio-          Doch auch Teile Mitteleuropas sind
                             die Chancen,    der Waldbrände in Deutsch-       nen in unserem Ökosystem. Einer-         häufig mit Waldbränden konfron-
                             ihn wirksam     land und in vielen Teilen der    seits dienen sie als Lebensraum für      tiert, wie das Beispiel Deutschland
                           einzudämmen                                        Flora und Fauna sowie als Erho-          zeigt. In Deutschland sind 32 % der
                                             Welt wider. Ein patentiertes
                         (Foto: Ylvers via                                    lungsraum für Menschen, anderer-         Landesfläche von Wald bedeckt, das
                            pixabay.com)     deutsches System kommt           seits sind sie Lieferanten des wichti-   entspricht 11.419.124 Hektar [2]. Laut
                                             dabei seit über 20 Jahren        gen Rohstoffes Holz, der wiederum        dem Deutschen Feuerwehrverband
                                             international zum Einsatz,       einen unverzichtbaren Werkstoff in       ging in Deutschland 2019 mit 2.711
                                                                              diversen Industrien darstellt. Dane-     Hektar die zweitgrößte Waldfläche
                                             um Wald- und Industrie-
                                                                              ben bleibt häufig unbemerkt, dass        durch Brände verloren, seitdem
                                             bränden den Kampf anzu-          Wälder als essenzielle CO2-Speicher      Waldbrandstatistiken erhoben wer-
                                             sagen. Große Erfolge im          und Sauerstoffproduzenten dienen         den. Durchschnittlich ereignen sich
                                             präventiven Brandschutz in       sowie zum Lärmschutz und zur Luft-       deutschlandweit seit 1991 jährlich
                                                                              reinigung beitragen. All das könnte      um 1.131 Waldbrände, bei denen
                                             einem deutschen Hochrisi-
                                                                              durch einen Waldbrand sehr schnell       durchschnittlich in Summe 812 Hek-
                                             kogebiet, das in Bezug auf       zerstört werden und die Wiederher-       tar Wald verloren gehen [3]. Wie
                                             Waldbrände mit dem Süden         stellung würde Jahrzehnte in An-         auch schon in den Jahren davor,
                                             Europas verglichen wird,         spruch nehmen. Außerdem hätte            wurden 2019 die meisten Brände da-
                                                                              die daraus resultierende Freiset-        von in Brandenburg verzeichnet.
                                             bereiten den Weg für diese
                                                                              zung von Treibhausgasen und              Durch die sandigen Böden, die ein
                                             Technologie zu mittlerweile      Schadstoffen enorme ökologische          geringes Wasserspeichervermögen
                                             weltweiten Einsätzen.            Auswirkungen.                            aufweisen, in Kombination mit sehr

                                             50 s+s report 2 / 2021
Deutsches Sensorsystem zur frühzeitigen Detektion von Wald- und Industriebränden - IQ FireWatch
geringem Niederschlag sowie der          für Luft- und Raumfahrt, für Welt-      ders für den Einsatz in Wäldern ge-
Vielzahl an Kiefernwäldern, ist die      raumeinsätze entwickelt. Im Rah-        eignet. Für die Anwendung von IQ
Gefahr in Brandenburg sehr hoch.         men der Rosetta-Mission der ESA         FireWatch in der Industrie werden
Im EU-Vergleich wird das Risiko in       (European Space Agency), wurden         die drei Hauptsensoren durch ei-
Brandenburg mit dem in Spanien,          Kameras und Detektionssoftware          nen thermischen Infrarotsensor er-
Portugal und Griechenland vergli-        für Aufnahmen von Gaswolken von         gänzt, um Brände sowohl durch
chen. Aus diesem Grund besteht in        Kometen entwickelt und im All zum       Rauch als auch durch Hitze erken-            Der Autor
Brandenburg die gesetzliche Ver-         Einsatz gebracht. Die Weiterfüh-        nen zu können.                               dieses Beitrags,
                                                                                                                              Dr. Kurt Winter,
pflichtung, in gefährdeten Gebieten      rung erfolgte in Kooperation mit der                                                 ist Geschäftsfüh-
ein Waldbrandfrüherkennungssys-          Berliner IQ wireless GmbH, die An-      Auch Satelliten wurden bereits zur           rer und Inhaber
tem einzusetzen [4].                     fang der 2000er Jahre die Weiter-       Überwachung von Wäldern einge-               der IQ wireless
                                                                                                                              GmbH.
                                         entwicklung, Produktion und Ver-        setzt. Diese Methode ist stark von
                                                                                                                              Kontakt:
Waldbranderkennung                       marktung des Systems übernahm.          den Wettergegebenheiten abhän-
                                                                                                                              kurt.winter
im Wandel der Zeit                       Nachdem die Technologie den er-         gig und bietet eine sehr geringe Auf-        @iq-wireless.com
                                         hofften Nutzen brachte, war es das      lösung, weshalb kleine Brände nicht
Die Gründe für Waldbrände sind           Ziel der IQ wireless GmbH, weltweit     erkannt werden können und eine
vielseitig. Daher braucht es innova-     einen Beitrag zur Eindämmung der        frühzeitige Erkennung nahezu aus-
tive Lösungen, um Brände schnellst-      Waldbrände zu leisten. 2012 erfolg-     geschlossen ist. Als weitere Metho-
möglich erkennen und bekämpfen           te die Aufnahme der Technologie in      de der Luftbeobachtung werden
zu können. Die Herausforderung da-       die Hall of Fame der Space Founda-      Einsätze mit Flugzeugen, Hub-
bei ist, dass die Brände inmitten gro-   tion für die erfolgreiche Anwen-        schraubern oder Drohnen gesehen.             Der Feuerwach-
ßer Wälder sehr lange unbemerkt          dung von Raumfahrttechnologie           Durch dieses nicht zeitgleich flä-           turm in Zesch
bleiben können. Erst nach einiger        auf der Erde.                           chendeckende Vorgehen, das zu-               am See, Bran-
Zeit steigt der Rauch über die Baum-                                             dem auch teuer ist, ist eine Früher-         denburg, und

                                                                                                                                                  FORUM SCHADENVERHÜTUNG
krone und kann entdeckt werden.          Die zu früheren Zeiten bereits ver-     kennung oftmals dem Zufall über-             der Ausblick aus
                                         fügbaren Methoden zur visuellen         lassen.                                      dem Turm, in
Ursprünglich waren es Menschen,          Überwachung eigneten sich weder                                                      dem bis in die
die mittels Ferngläsern auf hohen        für die frühzeitige Erkennung von       Das terrestrische visuelle Detekti-          frühen 2000er
Türmen oder in hohen Gebäuden            Bränden noch für die Erkennung aus      onssystem IQ FireWatch ist unter al-         Jahre Menschen
nach Rauchwolken in der Umge-            großen Distanzen. Außerdem war          len Wetterbedingungen einsetzbar             nach Bränden
bung Ausschau gehalten haben. Ab-        es damit bei schlechteren Wetter-       und detektiert Rauch und rauchähn-           Ausschau ge-
gesehen von der monotonen und er-        verhältnissen oder in der Nacht un-     liche Ereignisse bei optimalen Be-           halten haben
müdenden Tätigkeit ist diese Art der     möglich, präzise Ergebnisse zu er-      dingungen in bis zu 60 Kilometern            (Foto: IQ
Überwachung mit einem hohen              zielen. Eine dieser vorhandenen         Entfernung. Dieses Frühwarnsys-              wireless GmbH)
personellen Aufwand verbunden.           Methoden waren CCTV-Kameras
Darüber hinaus war die Arbeit wie        (Closed-Circuit Television), die noch
im Beispiel von Brandenburg in den       heute in der klassischen Videoüber-
frühen 2000er Jahren in den Feuer-       wachung zum Einsatz kommen.
wachtürmen aufgrund der Hitze,           Diese konventionelle Methode ist
der Sanierungsbedürftigkeit der          nicht für den Einsatz zur Wald-
Türme und der unzähligen Treppen-        branderkennung konzipiert und nur
stufen äußerst schwierig. Intensive      bedingt dafür geeignet, denn eine
Testphasen in dieser Zeit haben ge-      nachhaltige Branderkennung ist un-
zeigt, dass automatisierte Systeme       ter schwierigen Umgebungsbedin-
zum Einsatz kommen können, um            gungen nur beschränkt möglich. Bei
den Aufwand zu verringern [4].           klarer Sicht hingegen können gene-
                                         rische Farbkameras zwar auf größe-
Methoden der (Wald-)                     re Entfernungen zoomen, dabei er-
Brandfrüherkennung                       folgt allerdings keine Abdeckung
                                         der nahen Bereiche.
In Deutschland war Brandenburg
das erste Bundesland, das sich nach      Eine weitere Form der Videoüber-
einer automatisierten Lösung um-         wachung stellen Thermalkameras
gesehen hat. Die Entscheidung ist        dar. Diese werden in kleinen Ein-
2002 für das terrestrische visuelle      satzgebieten und mit direkter Sicht
Detektionssystemen IQ FireWatch          auf den potenziellen Brandherd zur
gefallen, früher nur als „FireWatch“     Erkennung von Bränden eingesetzt,
betitelt, das eine umfangreiche          indem sie Wärmequellen sicher
Technologie zur Brandfrüherken-          identifizieren. Nachdem Waldbrän-
nung darstellt. Die Basistechnologie     de nur durch aufsteigenden Rauch
dafür wurde in den 1990er Jahren         frühzeitig erkannt werden können,
vom DLR, dem Deutschen Zentrum           sind Thermalkameras nicht beson-

                                                                                                     s+s report 2 / 2021 51
Deutsches Sensorsystem zur frühzeitigen Detektion von Wald- und Industriebränden - IQ FireWatch
Die Sensoreinheit von                   „Sehkraft“ im Vergleich zu anderen
                                                                                      IQ FireWatch                            Kameras und dem menschlichen
                                                                                                                              Auge höher ist. Dies wird durch den
                                                                                      Die Sensoreinheit des IQ-FireWatch-     optionalen Thermalsensor sogar
                                                                                      Systems wird direkt in den gefähr-      noch gesteigert. Somit ist auch eine
                                                                                      deten Gebieten auf bestehenden          höhere Detektionswahrscheinlich-
                                                                                      Türmen, wie zum Beispiel Telekom-       keit in allen Regionen, Vegetations-
                                                                                      munikationsmasten oder Feuer-           und Betriebsbedingungen gegeben.
                                                                                      wachtürmen inmitten des Waldes,         Durch den Einsatz eines zusätzli-
                                                                                      mindestens fünf Meter über den          chen Monochrom-Sensors kann im
                                                                                      Baumkronen installiert. Die optima-     Vergleich zu herkömmlichen Farb-
                                                                                      len Standorte zur bestmöglichen         kameras mehr einfallendes Licht er-
                                                                                      Abdeckung werden mithilfe einer         fasst werden. Jedes Pixel erhält drei-
                           Die Sensorein-     tem besteht aus einem Sensor, einer     Analysesoftware nach erfolgter Be-      mal mehr Licht und die Auflösung
                          heit des IQ-Fire-   Kontrolleinheit sowie einer hoch-       sichtigung ermittelt.                   der aufgenommenen Bilder ist hö-
                          Watch-Systems       entwickelten Detektionssoftware.                                                her, Sichtbarkeit und Kontrast sind
                         in Zesch am See,     Auch wenn der Mensch heutzutage         Nach erfolgter Installation dreht       besser. [5]
                            Brandenburg       in der Erstdetektion nicht mehr die     sich die Sensoreinheit innerhalb we-
                                 (Foto: IQ    wichtigste Rolle einnimmt, ist er       niger Minuten um die eigene Achse.      Das Zusammenspiel der eingesetz-
                          wireless GmbH)      nach wie vor zentraler Bestandteil in   Dabei nimmt sie Bilder an vordefi-      ten Sensoren mit der Software
                                              der Arbeitskette. Denn der soge-        nierten Positionen mit verschiede-      schafft einen Überwachungsradius
                                              nannte Operator entscheidet, ob es      nen Sensoren auf, die jeweils unter-    von durchschnittlich 15 Kilometern,
                                              sich bei einer durch die Software       schiedlichen Zwecken dienen, so-        sprich eine Überwachungsfläche
                                              ausgelösten Meldung tatsächlich         dass am Ende ein Panorama               von 700 km2 pro Sensor unter nahe-
FORUM SCHADENVERHÜTUNG

                                              um einen Brand handelt oder nicht.      entstehen kann. Die Sensoreinheit       zu allen Wetterbedingungen. Bei gu-
                                              Im Ernstfall wird der Alarm mit allen   besteht aus einem Monochrom-            ten Verhältnissen, die in der brand-
                                              notwendigen Informationen an die        Sensor für Aufnahmen am Tag, ei-        gefährlichsten Sommersaison häu-
                                              zuständige Feuerwehrleitstelle wei-     nem Nah-Infrarot-Sensor (NIR-Sen-       fig vorherrschen, stellen Distanzen
                                              tergeleitet. Heute befindet sich das    sor) für Aufnahmen in der Nacht         von bis zu 60 Kilometern, die mit der
                                              System in Bezug auf seine Hard- und     sowie einem RGB-Sensor für zusätz-      Luftlinie von Düsseldorf nach Bonn
                                              Software in achter Generation und       liche Spektralinformationen. Optio-     vergleichbar sind, kein unlösbares
                                              wird weltweit eingesetzt, um so-        nal wird vor allem im Einsatz auf In-   Problem dar. Bei den Komponenten
                                              wohl Brände im Wald und in der          dustriegeländen ein thermischer In-     des Systems wird auf hohe Qualität
                                              Umgebung von Wäldern als auch           frarotsensor zu den drei Sensoren       und eine langfristige Einsatzfähig-
                                              auf Außenbereichen von Industrie-       hinzugefügt, der vorrangig auf klei-    keit Wert gelegt, immerhin ver-
                                              anlagen zu erkennen.                    neren Entfernungen die langjährig       bringt die Sensoreinheit das Jahr
                                                                                      eingesetzte optische Raucherken-        durchgehend auf den Türmen und
                                              In Brandenburg umfasst das System       nung durch die Detektion von Hot-       muss allen Wetterextremen stand-
                                              über 100 optische Sensoren, deren       Spots komplettiert.                     halten.
                                              Auswertung in zwei Waldbrandzen-
                                              tralen des Landesbetriebes Forst        Das menschliche Auge sowie her-         Datenverarbeitung
                                              Brandenburg erfolgt. Auch die Bun-      kömmliche Farbkameras sind auf          in Echtzeit
                                              desländer Sachsen, Sachsen-Anhalt,      das sichtbare Spektrum zwischen
                                              Mecklenburg-Vorpommern, Nieder-         400 und 780 nm beschränkt. Der IQ-      Über die bereits genannte Kontroll-
                                              sachsen und die Bundeshauptstadt        FireWatch-Sensor deckt durch die        einheit werden die optischen Roh-
                                              Berlin überwachen damit in der          Kombination der verschiedenen           daten in Echtzeit mit verschiedenen
                                              Brandsaison ihre wertvollen Wäl-        Sensoren einen Spektralbereich von      eigenentwickelten Algorithmen ver-
                                              der.                                    400 bis 1100 nm ab, wodurch die         arbeitet. Die Rohdaten ermöglichen

                           Die Sensorein-
                            heit inklusive
                           Monochrom-,
                            Nahinfrarot-
                           und RGB-Sen-
                         sor. Im rechten
                         Bild ist die Sen-
                          soreinheit inkl.
                         Thermalsensor
                                 zu sehen
                                 (Foto: IQ
                         wireless GmbH)

                                              52 s+s report 2 / 2021
Deutsches Sensorsystem zur frühzeitigen Detektion von Wald- und Industriebränden - IQ FireWatch
Aufnahmen
                                                                                                                              durch die ver-
                                                                                                                              schiedenen IQ-
                                                                                                                              FireWatch-Sen-
                                                                                                                              soren zur selben
                                                                                                                              Uhrzeit
                                                                                                                              (Foto/Grafik: IQ
                                                                                                                              wireless GmbH)

es, eine optimale Leistung ohne In-       zesse, Handlungen oder Merkmale         können die Erkennungsraten situa-
formationsverlust sicherzustellen.        erlernt und versucht, diese in ähnli-   tionsabhängig optimiert werden. Es
Gerade bei der Erfassung von Infor-       chen Situationen anzuwenden und         können zum Beispiel Regionen, wie
mationen über große Entfernungen          damit beispielsweise Objekte zu er-     Schornsteine, bei denen ständiges
ist es wichtig, möglichst viele Bildin-   kennen und zu lokalisieren. Soge-       Rauchaufkommen vorhanden ist,
formationen auszuwerten, insbe-           nannte Deep-Learning-Ansätze ver-       bewusst ausgespart werden, denn
sondere bei schlechten Wetterbe-          wenden neuronale Netzwerke, die         das Rauchaufkommen würde richti-
dingungen. Herkömmliche Farbka-           mithilfe von verschiedenen Ebenen,      gerweise detektiert werden. Weiter

                                                                                                                                                 FORUM SCHADENVERHÜTUNG
meras liefern komprimierte Bilder         diskreten Faltungen, Gewichtun-         lassen sich auch durch entfernungs-
und Videos wie JPEG-Dateien und           gen, Subsamplings und Aktivie-          abhängige Sensitivität, diverse Fil-
H.264, was zu einem Informations-         rungsfunktionen auf mehrdimen-          ter und situationsabhängige Sen-
und Detailverlust führt.                  sionalen Matrizen, wie beispiels-       sorauswahl sowie Parameterein-
                                          weise monochromen oder farbigen         stellungen Optimierungen erzielen.
Basierend auf diesen Rohdaten ar-         Bildern, spezielle Muster erkennen
beitet die Software mit bilderverar-      und schließlich klassifizieren.         Feuer oder Staub?
beitenden Algorithmen daran, Rauch
zu erkennen. So ist es die Künstliche     Eine Kombination aus beiden Me-         Sobald die Software in der Entfer-
Intelligenz (KI), die in Kombination      thoden stellt derzeit das Optimum       nung Rauch entdeckt, der sich nicht         Die Branden-
mit dem seit vielen Jahren im Ein-        dar, weil es die Vorteile aus beiden    innerhalb von Ausschlussgebieten            burger Wald-
satz befindlichen klassischen merk-       Welten nutzt: die Erfahrung und das     befindet, wird eine Meldung vom             brandzentrale
malsbasierten Ansatz noch präzise-        Wissen des Menschen und die rech-       Sensor an die Zentrale beziehungs-          Süd am Stand-
re Ergebnisse liefert. Dies zeigt sich    nerische Kraft und die Möglichkeit      weise an den dafür zuständigen Ar-          ort Wünsdorf
in einer Senkung der False-Positive-      der abstrakten Musterabbildung          beitsplatz gesendet. Dort erhält der        (Foto: IQ
Meldungen und der Steigerung der          der neuronalen Netze. Zusätzlich        Operator die Meldung in der IQ-Fire-        wireless GmbH)
Erkennungsrate.

Die merkmalsbasierte Erkennung
basiert auf Erfahrung und Wissen
des Menschen, ein Rauchvorkom-
men richtig zu beschreiben und al-
gorithmisch abzubilden. Im Falle
von Waldbränden, Rauch und Feuer
werden verschiedene dynamische
und statische Merkmale und Me-
thoden in unterschiedlichen Licht-
spektren verwendet. Stark verein-
facht, arbeiten jedoch fast alle Me-
thoden mit drei Schritten bestehend
aus der Definition von Kandidaten-
regionen, der Merkmalsextraktion
und der Klassifizierung.

Im Gegensatz dazu haben KI-basier-
te Ansätze gemeinsam, dass sie ver-
suchen, das menschliche Gehirn zu
imitieren, indem die Maschine Pro-

                                                                                                     s+s report 2 / 2021 53
Deutsches Sensorsystem zur frühzeitigen Detektion von Wald- und Industriebränden - IQ FireWatch
IQ FireWatch                                                                                     bar ist. Um diese Herausforderung
                            wird seit 2017                                                                                    zu bewältigen, wurde zu den drei
                         im Zellstoffwerk                                                                                     bestehenden Sensoren ein thermi-
                           Mercer Stendal                                                                                     scher Infrarotsensor integriert.
                         in Arneburg ein-                                                                                     Durch diese Kombination werden
                               gesetzt, um                                                                                    die Vorteile der langjährig bewähr-
                           mehrere Holz-                                                                                      ten optischen Raucherkennung mit
                          und Materialla-                                                                                     den Vorteilen der Thermalerken-
                              ger rund um                                                                                     nung vereinigt und deren Nachteile
                              das Werk zu     Watch-Office-Software, verifiziert sie   che Waldbrandsaison beginnt in         vermieden. IQ FireWatch ist sowohl
                              überwachen      und leitet den Brand entweder            Deutschland am 1. März und endet       auf großen als auch kleinen Indus-
                                  (Foto: IQ   an die Feuerwehrleitstelle weiter        am 30. September. In diesem Zeit-      trieflächen einsetzbar und kann an
                          wireless GmbH)      oder verwirft die Meldung. Doch          raum gibt das zuständige Ministeri-    die Gegebenheiten vor Ort ange-
                                              diese Verifikation ist nicht immer       um täglich für einzelne Regionen       passt werden. Die Erfahrung zeigt,
                                              auf den ersten Blick möglich, wes-       die jeweilige Waldbrandgefahren-       dass aufgrund der Kombination der
                                              halb Hilfsmittel der IQ-FireWatch-       stufe bekannt, die auf dem Wald-       Sensoren eine sehr hohe Erken-
                                              Office-Software notwendig sind.          brandgefahrenindex des Deutschen       nungssicherheit mit wenig False-
                                              Dem Operator stehen verschiedene         Wetterdienstes basiert [3].            Positive-Meldungen gegeben ist.
                                              Funktionen zur Verfügung, um mehr                                               Daher ist bei kleinen Einsatzgebie-
                                              Bildmaterial oder Livesequenzen          Industrieanwendung                     ten eine Integration in bestehende
                                              zur Verifikation des Brandes zu er-                                             Abläufe möglich, eine eigene Zen-
                                              halten sowie um den genauen Ort          Ein wichtiger Fokus der Weiterent-     trale ist dafür nicht notwendig.
                                              zu eruieren.                             wicklungen von IQ FireWatch lag in
                                                                                       den letzten Jahren auf weiteren Ein-   Aktuell wird eine Applikation entwi-
FORUM SCHADENVERHÜTUNG

                                              Sobald Regionen mit mehreren zu-         satzgebieten. Denn nicht nur Wäl-      ckelt, um vor allem kleine Systeme
                                              sammenhängenden Systemen ab-             der sind mit einer zunehmenden         über Smartphones und Tablets be-
                                              gedeckt werden, kann der Ort des         Anzahl von Bränden konfrontiert,       treiben zu können. Durch eine zu-
                                              Geschehens mithilfe einer Kreuz-         sondern auch deren Umgebungen,         verlässige und möglichst frühzeiti-
                                              peilung noch präziser lokalisiert        die sogenannten „Wildland-Urban        ge Erkennung können Schäden an
                                              werden. Je nach Größe des Systems        Interfaces“. Diese Waldrand-Lagen      Personen, Umwelt und Vermögen
                                              ist eine Person damit teilweise oder     sind besonders für Campingplätze       weitestgehend abgewendet wer-
                                              einige Personen damit gänzlich be-       und Wohnhäuser beliebt, bei denen      den.
                                              schäftigt. Die grundsätzliche Emp-       die Nähe zur Natur übergeordnete
                                              fehlung liegt bei zwölf Sensoren pro     Bedeutung hat. Außerdem ist die        Weltweite Erfahrung
                                              Operator. In Industrieanwendungen        holzverarbeitende Industrie, wie
                                              mit nur wenigen Sensoren kann die-       beispielsweise Zellstoffwerke oder     Systeme zur Waldbrandfrüherken-
                                              se Tätigkeit durch andere Mitarbei-      die Sägeindustrie, häufig am Wald      nung sind aufgrund klimatischer
                                              ter oder auch Mitarbeiter der Werks-     angesiedelt. Diese Flächen sowie       und vieler weiterer Gründe nicht
                                              feuerwehr abgedeckt werden.              auch Lagerflächen mit brennbarem       nur in Deutschland notwendig. Das
                                                                                       Lagergut sind besonders schutzbe-      zeigt auch die Tatsache, dass IQ Fire-
                                              Am Beispiel der aktuell über 100         dürftig.                               Watch mittlerweile auf vier Konti-
                                              Sensoren in Brandenburg sind wäh-                                               nenten eingesetzt wird. Von einigen
                                              rend der Waldbrandsaison Operato-        In der Industrie treten im Vergleich   Bundesländern Deutschlands über
                                              ren in zwei Zentralen im Einsatz, um     zum Wald oft zuerst hohe Tempe-        die Weltkulturerberegion Sintra in
                                              die Meldungen des IQ-FireWatch-          raturen bei der Brandentstehung        Portugal zu den bergigen Regionen
                                              Systems zu verifizieren. Die jährli-     auf, bevor Rauch überhaupt erkenn-     im Süden Chiles, den weiten Wäl-

                         Waldbranddetektion im Februar 2021 im Süden Chiles            Der IQ-FireWatch-Sensor am Nationalpalast Pena in Sintra, Portugal
                         (Foto: IQ wireless GmbH)                                      (Foto: Julia Solonina via unsplash.com)

                                              54 s+s report 2 / 2021
Deutsches Sensorsystem zur frühzeitigen Detektion von Wald- und Industriebränden - IQ FireWatch
dern Kasachstans bis Napa Valley in     Quellen                               [4] Ministerium für Ländliche Ent-          Die Bilder zei-
Kalifornien sind IQ-FireWatch-Sen-                                                wicklung, Umwelt und Land-              gen die Aufnah-
soren im Einsatz, um Brände frü-        [1] WWF (08.12.2020): Waldbrände          wirtschaft des Landes Branden-          men des
hestmöglich zu erkennen und um              weltweit [online]                     burg (2019): Waldbrandschutz            Nachtsensors in
Menschen, die Natur sowie Werte             https://www.wwf.de/                   in Brandenburg [online]                 Napa Valley
zu schützen.                                themen-projekte/waelder/              https://mluk.brandenburg.de/            kurz nach der
                                            waldbraende-weltweit                  sixcms/media.php/9/Flyer_               Detektion des
Im Napa Valley, einem der bekann-       [2] Bundesministerium für Ernäh-          Waldbrandschutz.pdf                     Brandes (links)
testen Weinbaugebiete der USA,              rung und Landwirtschaft           [5] Ayan Chakrabarti, William T.            sowie das Aus-
haben im Herbst 2020 zwei IQ-               (07.2018): Der Wald in Deutsch-       Freeman, and Todd Zickler:              maß wenige
FireWatch-Sensoren den Großbrand            land [online]                         „Rethinking color cameras.“ In:         Zeit später

                                                                                                                                            FORUM SCHADENVERHÜTUNG
„Glass Fire“ unter erschwerten Be-          https://www.bmel.de/                  Proceedings of the IEEE Interna-        (rechts)
dingungen innerhalb von Minuten             SharedDocs/Downloads/DE/              tional Conference on Computa-           (Foto: IQ
nach Entstehung unabhängig von-             Broschueren/                          tional Photography (ICCP), 2014         wireless GmbH)
einander entdeckt. Der Brand brach          bundeswaldinventur3.pdf               https://dspace.mit.edu/
mitten in der Nacht in einer hügeli-    [3] Deutscher Feuerwehrverband            bitstream/handle/
gen Gegend auf einem von den Sen-           (09.07.2020): Waldbrandstatis-        1721.1/100404/
soren nicht direkt einsehbaren Ge-          tik 2019 der BLE: 2.711 Hektar        rethinkingColorCameras.pdf
lände aus. Durch die Nachtdetek-            verbrannt [online]
tion mittels NIR-Sensor, der sich die       https://
Eigenschaft der Reflexion von Licht         www.feuerwehrverband.de/
in Rauchwolken im Nahinfrarot-              waldbrandstatistik-2019-der-
bereich zunutze macht, wurde der            ble-2-711-hektar-verbrannt/
Brand sehr rasch detektiert.

Ausblick                                  Daten & Fakten
Neben der Erweiterung des Systems         IQ FireWatch
um eine mobile Applikation, um die        ❏ vor über 20 Jahren zur frühen Detektion von Waldbränden entwi-
Bedienung gerade bei kleinen An-             ckelt, heute viele verschiedene Einsatzgebiete
wendungen zu erleichtern, wird            ❏ patentierte Technologie, die Rauch auf bis zu 60 Kilometern Entfer-
derzeit an einer noch kompakteren,           nung und Hot-Spots in naher Umgebung erkennt
flexibleren und leistungsfähigeren        ❏ multispektraler Sensor mit vier optischen Sensoreinheiten:
Sensoreinheit gearbeitet. Auch hin-          ❍ Monochromsensor für die Erkennung am Tag
sichtlich der Auswertungsalgorith-           ❍ Nahinfrarotsensor für die Detektion in der Nacht
men bietet die Künstliche Intelli-           ❍ RGB-Sensor für zusätzliche Spektralinformationen
genz laufend Möglichkeiten zur Er-           ❍ Thermischer Infrarotsensor für Hot-Spot-Erkennung (optional)
weiterung und Verbesserung der            ❏ Verarbeitung optischer Rohdaten in Echtzeit mit selbstentwickelten
Ergebnisse. Wie auch ein Men-                merkmalsbasierten und Künstliche-Intelligenz-basierten Algorith-
schengedächtnis hat eine KI nie völ-         men
lig ausgelernt. Außerdem werden
weitere umweltrelevante Themen            IQ wireless GmbH
für den Wald erforscht. Mit all die-      ❏ 1999 gegründet
sen Entwicklungen versucht die IQ         ❏ aktuell über 35 Mitarbeiter/innen
wireless GmbH den aktuellen Ent-          ❏ zwei Geschäftsfelder (IQ spacecom/Satellitenkommunikation und
wicklungen ständig einen Schritt             IQ FireWatch/Brand-Früherkennung)
voraus zu sein, um Lösungen für im-       ❏ Sitz am Wissenschaftsstandort Berlin-Adlershof
mer komplexer werdende Heraus-
forderungen zu bieten.

                                                                                                 s+s report 2 / 2021 55
Deutsches Sensorsystem zur frühzeitigen Detektion von Wald- und Industriebränden - IQ FireWatch Deutsches Sensorsystem zur frühzeitigen Detektion von Wald- und Industriebränden - IQ FireWatch Deutsches Sensorsystem zur frühzeitigen Detektion von Wald- und Industriebränden - IQ FireWatch Deutsches Sensorsystem zur frühzeitigen Detektion von Wald- und Industriebränden - IQ FireWatch
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