Kitabı oku: «Waldbrandfrüherkennung»

4 Methoden der Waldbrandfrüherkennung

»Wohltätig ist des Feuers Macht, wenn sie der Mensch bezähmt, bewacht.«

Friedrich Schiller

In nachfolgenden Kapiteln werden die Methoden der Früherkennung von Bränden in Wald- und Vegetationsgebieten vorgestellt. Dabei werden sowohl die herkömmlichen Methoden näher betrachtet, die in allen Ländern der Erde verbreitet sind und zur Anwendung kommen, als auch modernste Verfahren, die sich zum Zeitpunkt der Drucklegung dieses Buches teils noch im Erprobungsstadium befinden und daher kaum bekannt sind, vorgestellt.

4.1 Herkömmliche Methoden der Waldbrandfrüherkennung

Die älteste Methode ist die Erkennung von Brandereignissen durch die Öffentlichkeit, gefolgt vom Bau und Betrieb spezieller Feuerwachtürme. Nicht überall, aber global gesehen vielfach wird die Luftbeobachtung vollzogen, die anhand dreier Beispiele aus der Bundesrepublik Deutschland, dem Feuerwehrflugdienst Niedersachsen, der Polizeifliegerstaffel Hessen und der Luftrettungsstaffel Bayern, dargestellt wird. Auch wird die russische Avialesookhrana, als weltweit ältester fliegender Dienst im Waldbrandschutz, näher beleuchtet.

4.1.1 Notrufmeldung durch die Öffentlichkeit

Die älteste Methode der Menschheit, Gefahrenzustände zu erkennen bzw. zu erfahren – zu früherer Zeit noch dazu ohne jedes Hilfsmittel – ist die Mitteilung und Verbreitung entsprechender Meldungen durch die Öffentlichkeit.

Die Wahrscheinlichkeit der Erkennung von Bränden in Wald- und Vegetationsgebieten durch die Öffentlichkeit steht dabei in Abhängigkeit der Besiedelungsdichte einer Region, des Straßen- und Wegenetzes sowie den zur Verfügung stehenden Kommunikationstechniken und -mitteln und natürlich der Größe des Wald- und Vegetationsgebietes selbst. So ist es nicht weiter verwunderlich, wenn in dicht besiedelten Regionen, die noch dazu mit einer guten allgemeinen Infrastruktur versehen sind, auch bei größeren Waldgebieten die Mitteilung über einen Waldbrand vergleichsweise schnell erfolgt, sei es, weil Einwohner das Brandereignis sehr schnell erkennen oder weil Touristen und Wanderer auch in abgelegenen Gebieten der Tourismuszentren ein Brandereignis über Mobilfunk- oder Satellitentelefon melden. Dabei ist weltweit zu beobachten, dass sich staatliche Dienststellen zum Schutz von Wald- und Vegetationsgebieten, sofern vorstehende Konstellationen vorliegen, teilweise ausschließlich auf die Meldung von Gefahrenzuständen durch die Öffentlichkeit verlassen. Vielfach werden keine anderen Melde- bzw. Erkennungssysteme flankierend eingesetzt. So werden beispielsweise infolge zahlreicher über dem Grand Canyon liegender Luftverkehrsrouten und einer dadurch bedingten Luftverkehrsdichte ziviler Luftfahrzeuge viele Rauchentwicklungen in diesem Gebiet auf relativ schnellem Weg erkannt und gemeldet. Infolge dieser guten Erfahrung ist das Konzept des Grand Canyon Nationalparks zur Früherkennung von Brandereignissen genau auf diese verlässliche Informationsquelle abgestimmt (Pyne, 1996).

Anders erleben wir dies in Regionen mit großen Wald- und Vegetationsgebieten, aber mit geringer Bevölkerungsdichte und spärlicher Infrastruktur. Hier ist die Wahrscheinlichkeit eher gering, dass Waldbrände durch Menschen früh entdeckt und dann auch noch ausreichend präzise und ohne größeren Zeitverzug an die Einsatzkräfte gemeldet werden. Diese auf einigen Kontinenten riesigen und kaum erschlossenen Wald- und Vegetationsgebiete sind jedoch von geradezu überlebenswichtiger Bedeutung für die Natur insgesamt. Geht man nun davon aus, dass sich die Wahrscheinlichkeit der Entdeckung von Bränden mit zunehmender Größe dieser gering erschlossenen Wald- und Vegetationsgebiete weiter reduziert, wird deutlich, dass diese Gebiete ihrer Bedeutung entsprechend besondere Anstrengungen zu ihrem Schutz und damit zum Schutz der gesamten Natur erfordern.

Erhebungen des Forest Service in British Columbia, Kanada, haben gezeigt, dass rund 30 % bis 35 % der Waldbrände, auch in abgelegenen Gebieten, durch die Öffentlichkeit gemeldet werden (Wilde, 2003). In Wisconsin, USA, sind es nach Erhebungen des Wisconsin Department of Natural Resources, Division of Forestry, sogar rund 60 % (Barnier, 2003). Somit verbleiben ca. 40 % bis 70 % der Waldbrände, je nach Region, die über einen langen Zeitraum durch die Öffentlichkeit nicht entdeckt werden. Infolge dessen müssen Brände in diesen Regionen durch geeignete Methoden, die in den Folgekapiteln dargestellt werden, erkannt, gemeldet und lokalisiert werden.

4.1.2 Feuerwachtürme

Eine weltweit verbreitete Methode zur Entdeckung von Bränden in Vegetationsgebieten ist die Errichtung und der Betrieb von Feuerwachtürmen. So wurden schon im Jahre 1891 in Bad Muskau, Landkreis Görlitz (Sachsen), zwei Wachtürme errichtet, die bei Brandereignissen im Revier Geißlitz zur Verwendung kamen. Diese Wachtürme wurden jedoch noch ohne Melde- und Signaleinrichtungen betrieben (Sobczyk, 2014).

Das Prinzip des Feuerwachturms mit Signaleinrichtung zur Erkennung, Ortung und Übermittlung von Brandereignissen (Sobczyk, 2014) wurde um das Jahr 1900 durch Oberförster Walter Seitz (Hanl, 2010) aus der Lausitz entwickelt und mit einem deutschen Reichspatent versehen (König, 2007). Der erste Turm dieser Art (Bild 5), vollständig aus Holz konstruiert, wurde im Bereich der Gemeinde Weißwasser, Landkreis Görlitz, Land Sachsen, errichtet (Hanl, 2010). Auf der Weltausstellung 1904 in St. Louis, USA, wurde dieses Prinzip des Feuerwachturms mit Signaleinrichtung zur Überwachung brandgefährdeter Wälder mit einer Auszeichnung bedacht (König, 2007). Infolge seiner weitreichenden Verdienste um das Forstwesen wurde Oberförster Walter Seitz später zum königlich preußischen Forstmeister ernannt (Schmidt, 2015).

Bild 5: Feuerwachturm in Massivholzbauweise mit Signaleinrichtungen nach Walter Seitz (Modell, ausgestellt im Stadtmuseum Hoyerswerda) (Quelle: Thomas Sobczyk)

Noch bis in die 60er Jahre des letzten Jahrhunderts wurden diese Türme in Massivholzbauweise gebaut. Je nach Bauhöhe wurden dabei ca. 25 m³ bis 30 m³ Rundhölzer benötigt. Die Lebensdauer der aus Holz gebauten Feuerwachtürme war mit ca. 20 bis 25 Jahren als eher gering einzustufen und führte daher in vielen Ländern zu Neu- und Weiterentwicklungen (Mißbach, 1982). So erfand bzw. entwickelte Marusch im Jahre 1962 in Hoyerswerda, Sachsen, einen Rundturm, dessen tragende Konstruktion aus Schnittholz und einer imprägnierten Bretterverschalung bestand, die die Konstruktion vor Witterungseinflüssen schützte (Mißbach, 1982).

Auf Basis dieses Rundturmes wurden von Baumeister Marusch und Oberforstmeister Dr. Lange – ebenfalls aus der Lausitz kommend – weltweit erstmalig Feuerwachtürme in Stahlskelett-Betonbauweise baulich weiterentwickelt und errichtet. Diese Türme (Bilder 6 und 7) konnten in einer Höhe von 20 Metern, 23 Metern und 26 Metern geliefert werden (König, 2007 und Mißbach, 1982). Der Bautyp »B32«, ein mit leichten Betonplatten verkleideter Feuerwachturm, erreichte eine Höhe von 32 Metern und war hinsichtlich seiner tragenden Konstruktion umweltresistenter als seine Vorgänger (Mißbach, 1982).

Bild 6: Waldbrandwachturm im Revier Hermannsdorf, Sachsen (Quelle: Staatsbetrieb Sachsenforst)

Bild 7: Stahlskelett des Feuerwachturms »Jagdschloss«, Lkr. Görlitz, Sachsen (Quelle: Landratsamt Görlitz)

Die Form dieser Feuerwachtürme entspricht einer Röhre, die frei im Fundament eingespannt ist. Im Turminneren verläuft eine Holz- oder Metalltreppe vom Grund bis zur oben aufsitzenden Beobachtungskabine. Die Außenhaut des Turmes dient als Sicht- und Wetterschutz, bei einigen Konstruktionen auch der Statik. In vielen Fällen ist die Außenhaut nicht bündig geschlossen, wodurch eine Belüftung und Temperierung des Feuerwachturmes gewährleistet ist (König, 2007).

Die auf den Feuerwachtürmen eingesetzten Beobachtungsposten bestimmten mittels Fernglas und einer Peilung, die mittels Winkelmessgeräten vorgenommen wird, die Richtung in welcher der Brand liegt (Bild 8). Die so ermittelten Daten wurden der Zentrale gemeldet, die mittels mindestens zweier vorliegender Winkel den Ort der Brandentstehung eingrenzen bzw. festlegen konnte. Auf Basis dieser Informationen wurden anschließend unverzüglich die örtlich zuständigen Gefahrenabwehrbehörden informiert. Diese Methode der Branderkennung war so etabliert und gängig, dass Feuerwachtürme, z. B. in der DDR, standardisiert wurden. Im ehemaligen Hoheitsgebiet der DDR wurden ab dem Jahre 1971 nur noch Stahlskelettrundtürme vom Typ »Hoyerswerda AP/F« zugelassen, die bis zu einer Höhe von 32 m gebaut und noch bis heute zur Waldbrandfrüherkennung eingesetzt werden (Schneider, 2002), wobei der Betrieb der Türme inzwischen mit modernster Sensortechnik (3.3.2.1.1 »FireWatch«) erfolgt.

Die Feuerwachtürme sollen – nach deutschen Vorgaben auf Basis der Untersuchungen von Lange aus dem Jahre 1963 (Mißbach, 1982) – in einem gleichschenkligen oder gleichseitigen Dreieckverband angeordnet sein und in geschlossenen Waldgebieten der ehemaligen Waldbrandgefahrenklassen A1 und A der ehemaligen DDR (heute: Kreise mit hohem Waldbrandrisiko, siehe auch Kapitel 2) nicht weiter als 15 km Luftlinie auseinanderliegen. Damit können von einem Feuerwachturm im Durchschnitt zwischen 5.000 ha und 25.000 ha Waldfläche überwacht werden (Mißbach, 1982). Diese Anordnung gewährleistet eine ausreichende Sicht- und Erkennungsmöglichkeit für den Beobachtungsposten und sichert gleichzeitig die Möglichkeit der trigonometrischen Einmessung eines Brandes (Schneider, 2002). Gebiete mit geringerer Vegetationsdichte erlauben eine größere Entfernung der Feuerwachtürme (Mißbach, 1982).

So überwachte z. B. das Land Brandenburg seine ca. 1,1 Millionen Hektar großen Wälder mittels 133 Feuerwachtürmen, die von Mitarbeitern der Forstbehörde besetzt wurden. Die hierbei entstehenden Kosten für Personal sowie für den Bau und Unterhalt von Feuerwachtürmen sind abhängig von der Größe und der Geländestruktur der jeweiligen Wald- und Vegetationsgebiete (Schneider, 2002). Zur Reduktion von Betriebs- und Unterhaltskosten von Feuerwachtürmen kam es in den USA auch zur Entwicklung von mobilen Beobachtungsposten, die, befestigt auf einem Anhänger, mittels eines Fahrzeuges in entsprechende Gefährdungsgebiete verbracht und nach Abklingen der Brandgefahr dort wieder abgebaut wurden (Pyne, 1996).

Feuerwachtürme und Beobachtungsposten lassen sich nach Pyne (1996) in drei Kategorien unterteilen, die sich vorwiegend an der Besetzungszeit und der Gefährdungslage orientieren:

1. Primäre Beobachtungsposten,

2. Sekundäre Beobachtungsposten und

3. Temporäre Beobachtungsposten.

Primäre Beobachtungsposten sind während der Waldbrandsaison ununterbrochen mit entsprechendem Einsatzpersonal besetzt. Sekundäre Beobachtungsposten werden nur dann besetzt, wenn eine besondere Waldbrandgefahrensituation dies erfordert. Temporäre Beobachtungsposten werden nur besonderen Ausnahmesituationen wie z. B. Notfällen besetzt oder durch Einsatzkräfte dann bemannt, wenn diese einen Brandschadensort präziser lokalisieren müssen.

Ein wesentliches Problem der Feuerwachtürme ist, dass diese nach den geltenden (deutschen) Arbeitsplatzbestimmungen als Arbeitsstätte nicht mehr zulässig sind und daher im besten Fall – auch in Ermangelung von Alternativen – nur noch »geduldet« werden. Problematisch sind bei der Besetzung von Feuerwachtürmen weltweit auch die klimatischen Bedingungen, denen die Beobachtungsposten in Winter- und Sommermonaten ausgesetzt sind. Ebenso schwierig gestalten sich die sanitären Bedingungen und der Umstand, dass der Dienst im Feuerwachturm meist alleine versehen wird, mit dem Risiko, dass ein medizinischer Notfall unter Umständen nicht bzw. nicht rechtzeitig bemerkt wird und somit ein rettungsmedizinisch erfolgreicher Zugriff auf den Mitarbeiter der Forstverwaltung in angemessener Zeit nicht mehr möglich ist (Bild 9). Daher wurden seit den 1980er Jahren zuverlässigere und betriebssicherere Alternativen zum Betrieb von Feuerwachtürmen gesucht.

Bild 8: Peilkreis zur trigonometrischen Einmessung eines Brandes im Feuerwachturm Neukollm (Hoyerswerda, Sachsen) (Quelle: Thomas Sobczyk, Landratsamt Bautzen). Im Bild erkennbar die Skalierung der Peilvorrichtung. Die Verwendung des Peilkreises mit Gradeinteilung wurde von Schmiedecke im Jahre 1922 erstmals erdacht. Der Peilkreis muss dabei exakt nach Norden ausgerichtet werden (Mißbach, 1982).

Schon zu dieser Zeit wurden Kamerasysteme auf den Feuerwachtürmen montiert, um auf opto-elektronischem Weg den Beobachtungsposten zu ersetzen bzw. die Arbeitsbedingungen zu erleichtern. Allerdings erwiesen sich zum damaligen Zeitpunkt sowohl die in Frankreich als auch in Polen entwickelten Wärmebildkameras als untauglich. Dennoch war dieses Ansinnen der Grundstein für den Beginn der Überlegungen zur Entwicklung des Systems FireWatch, welches in Kapitel 4.2.1.1 näher vorgestellt wird (Schneider, 2002). Dieses System hat inzwischen die Brandentdeckung mittels Feuerwachtürmen in Deutschland weitgehend abgelöst.

Bild 9: Feuerwachturm in Polen. Deutlich erkennbar ist die Abgeschiedenheit dieses Arbeitsplatzes aus welcher Problemstellungen der Arbeitssicherheit resultieren (Quelle: Thomas Sobczyk, Landratsamt Bautzen).

Von Vorteil waren stets spezielle Ortskenntnisse der den Feuerwachturm besetzenden Mitarbeiter der Forstdienststellen. Infolge der Ortskenntnisse über das jeweilig zu überwachende Waldgebiet waren auch Quellen bekannt, die Rauchgase emittierten, wie z. B. Heizanlagen, Schornsteine oder Müllverbrennungsanlagen. Täuschungsalarme konnten somit durch das Wissen der Beobachter über die örtlichen Gegebenheiten vermieden werden. Die Beobachter waren ferner dazu in der Lage, bereits abgelöschte Waldbrandflächen weiter in ihrer Entwicklung zu kontrollieren, um ein Aufflammen einer vermeintlich gelöschten Fläche sofort zu erkennen (König, 2007).

Die Untersuchungen von Lange ergaben, dass die Sichtweite von einem Feuerwachturm primär von der Sehstärke des Türmers abhängig ist. Aber auch die Oberflächengestalt, also das Relief einer Landschaft und mögliche Schätzfehler nahmen Einfluss auf die Untersuchungen zur Sichtweite von einem Feuerwachturm. So ergab sich auf Basis dieser Untersuchungen eine Sichtweite mit bloßem Auge von 4 km bis 30 km. Unter Berücksichtigung der genannten Einflussfaktoren kommt Lange zu der Ansicht, dass zur Erkennung eines Brandes mittels eines Feuerwachturmes eine Sichtweite von 10 km bis 12 km als optimal anzusehen ist. Bei Verwendung eines Weitwinkelfeldstechers wird die Sichtweite verdoppelt (Mißbach, 1982). Thomas und McAlpine (2010) hingegen halten sogar eine Sichtweite von bis zu 80 km für möglich. Diese nach Ansicht des Verfassers sehr hoch angegebene Sichtweite bedarf jedoch zwingend einer hoch erhobenen Beobachterposition von ca. 500 bis 600 Metern, da die geodätische Krümmung der Erde die maximale Sichtweite einschränkt. Verringert man die Position der Beobachtungshöhe und strebt weiterhin eine Sichtweite von 80 km an, so ist dies nur zu Lasten einer frühzeitigen Erkennung von Brandrauch im Entstehungsstadium möglich. Je tiefer dabei die Beobachtungsposition, desto schwieriger zugleich auch die Bestimmung des genauen Brandortes, da dieser infolge der Erdkrümmung nicht klar erkannt wird. Zudem bedarf es auch geeigneter Wetterbedingungen, sodass auch die atmosphärische Sichtweite nicht durch Regen, Nebel, Stäube, Schneeflocken oder Luftverschmutzung wie z. B. Abgasen beeinträchtigt wird. Ebenso müssen die Lichtstärke und der Kontrast ausreichen, um Formen, Farben und Konturen gegen den jeweiligen Hintergrund hin abgrenzen zu können. Ferner bedarf es zur Abklärung von Brandereignissen auf diese Distanz hin geeigneter leistungsstarker Sehhilfen wie z. B. einem Fernglas mit ausreichender Lichtstärke, Transmission, Randschärfe, Schärfentiefe, Dioptrienausgleich und Vergrößerung (Möser, 2003 und Palamaro/Wilhelmus, 2014). Als nachteilig kann sich in Abhängigkeit von Hochdruckwetterlagen und bei Entfernungen von über einem Kilometer zwischen Feuerwachturm und Brandort die Genauigkeit der Erkennung von Rauchentwicklungen infolge wetterbedingter Schlierenbildung erweisen (König, 2007). Ferner führen die Ungenauigkeiten der Peilmessungen mehrerer Feuerwachtürme, wenn diese viele Kilometer vom Brandort entfernt stehen, bei der Übertragung der Messdaten in üblicherweise verwendete Karten vom Maßstab 1:50.000 zu ungenauen Ortsangaben, die ohne Weiteres einige hundert Meter vom eigentlichen Brandort abweichen können (König, 2007). Diese Ungenauigkeiten können die bei Waldbränden besonders wichtige Logistik der eingesetzten Feuerwehr sehr nachteilig beeinflussen. Die Praxiserfahrung von König (2007) zeigt überdies, dass durch Feuerwachtürme entdeckte Brände – bis zur Detailortung durch Kräfte vor Ort – eine Fläche von mindestens 0,10 ha vernichtet haben. Diese Fläche vervielfacht sich in Abhängigkeit des Zeitansatzes für die Heranführung und das Wirken von Einsatzkräften der Feuerwehr.

4.1.3 Luftbeobachtung

Eine weitere häufig gebräuchliche Verfahrensweise zur Erkennung von Bränden in Vegetationsgebieten ist der Einsatz von Luftbeobachtern, die ihren Dienst in luftgestützten Einsatzmitteln bzw. Trägersystemen versehen.

Die Vorhaltung und der Einsatz von Starrflüglern (im weiteren «Flugzeuge«) und oder Drehflüglern (im weiteren »Hubschrauber«) mit entsprechend geschultem Personal (Pilot, Bordwart, Luftbeobachter usw.) ist zur Vermeidung finanzieller Verluste für den Betreiber aufgrund eigener Erfahrungen betriebswirtschaftlich gut zu planen. Werden Luftfahrzeuge nur zur Früherkennung von Bränden in Wäldern und Vegetationsgebieten eingesetzt und nur zu diesem Zwecke vorgehalten, kann der Einsatz von Flugzeugen und Hubschraubern, abhängig vom möglichen maximalen Schaden im Brandfall und den sich in Folge daraus ergebenden Lasten teuer, möglicherweise sogar unwirtschaftlich werden. Daher hängt die Wirtschaftlichkeit luftgestützter Aufklärungssysteme im Regelfall von der Anzahl der Einsätze, dem zugewiesenen Aufgabenspektrum und der Verrichtungsform als Haupt- oder Ehrenamt ab. Je vielseitiger und interdisziplinärer das Luftfahrzeug dabei eingesetzt wird, desto wirtschaftlicher ist auch der Einsatz zur Entdeckung von Bränden in der Vegetation.

Der Einsatz von Luftfahrzeugen mit Luftbeobachtern hat den Vorteil, dass neben der Überwachung von relativ großen Gebieten auch eine Flexibilität vorliegt, die es erlaubt, neben der Erkennung von Bränden auch auf andere Situationen (z. B. Verkehrsunfälle auf Bundesautobahnen, Überprüfung von Ferngasleitungen, Vermessung von Waldgebieten etc.) eingehen zu können. Ferner kann ein Luftbeobachter die am Boden tätigen Einsatzkräfte mit gezielten taktischen Informationen führen und somit die Zugriffszeit und in Folge dessen das Ausmaß des Brandschadens minimieren. Ein Nachteil besteht darin, dass das Waldgebiet nicht permanent überwacht wird, da sich das Luftfahrzeug darüber nicht dauerhaft in der Luft befindet. Ferner können Luftfahrzeuge in Abhängigkeit von Luftfahrzeugmuster und Ausstattung nicht bei jeder Wetterlage oder Tageszeit eingesetzt werden.

Die Besatzungen von Flugzeugen haben im Vergleich zur Besatzung eines Hubschraubers dabei den Nachteil, dass diese die Einsatzstelle teils mehrmals anfliegen müssen, damit eine Brand- bzw. Einsatzstelle den Kräften am Boden per Funk exakt angegeben werden kann, da Flugzeuge im Vergleich zu Hubschraubern keine konstante Position einnehmen können. Ein Hubschrauber kann seine Position beibehalten, während das Flugzeug kreisen muss. Dies stellt den Luftbeobachter in Flugzeugen vor ungleich größere Probleme, insbesondere dann, wenn die bodengebundenen Kräfte GPS-Daten nicht auswerten können und bei jedem neuerlichen Anflug mit geänderten Flugvektoren die Karte des Luftbeobachters neu ausgerichtet werden muss. Daher hat ein Luftbeobachter im Flugzeug im Vergleich wesentlich weniger Zeit, das Lage- mit dem Kartenbild übereinzubringen und entsprechende Anweisungen zu geben. Es hat sich gezeigt, dass die Qualität der Besatzung – und hier besonders von Pilot und Luftbeobachter – den Erfolg der Brandbekämpfung maßgeblich beeinflusst. Kann beispielsweise der Luftbeobachter seine Flug- bzw. Landkarten aus seiner Vogelperspektive nicht mit dem »Bild am Boden« übereinbringen, wird die Besatzung des Luftfahrzeuges die heranrückenden Kräfte nur schwer leiten bzw. führen können. Gleiches gilt, wenn der Pilot sich nicht dazu in der Lage sieht, den Anweisungen des Luftbeobachters zu folgen. Der Erfolg der Luftbeobachtung ist ebenfalls gefährdet, wenn für ein bestimmtes Areal seitens der Flugsicherung schlicht die Überfluggenehmigung verweigert oder dem zivilen Flugverkehr mehrfach gegenüber dem »Emergency Fire Flight« der Vorrang zum Überflug von Gebieten eingeräumt wird.

Häufig wird die Luftbeobachtung aus Kostengründen eingestellt, wenn das Risiko einer Brandentstehung in Waldgebieten sinkt oder – unabhängig von der Waldbrandgefahrenstufe – keine Finanzmittel mehr zur Verfügung stehen bzw. diese nicht bewilligt werden. Mit Einstellung der Luftbeobachtung, auch infolge der Wetterlage oder einsetzender Nacht etc., ist eine kontinuierliche Überwachung nicht mehr gegeben.

Allerdings – dies muss an dieser Stelle auch deutlich erwähnt werden – ist die Durchführung der Luftbeobachtung zum Zwecke der Waldbrandfrüherkennung nicht die einzige Nutzungsmöglichkeit luftgestützter Einsatzmittel. So hat beispielsweise die Luftrettungsstaffel Bayern, die im Nachfolgenden zusammen mit der Polizeifliegerstaffel Hessen, dem Feuerwehrflugdienst Niedersachsen und der russischen Avialesookhrana noch näher vorgestellt wird, im Jahr 2014 neben der Erkennung von Brandereignissen auch andere Tätigkeiten vollzogen (Tabelle 3), wodurch sich die Kosten des Staates für die Wald(brand)überwachung relativieren.

Tabelle 3: Dienstleistungsspektrum der Luftrettungsstaffel Bayern 2014. Durch die vielfältige Nutzungsmöglichkeit von Luftfahrzeugen lassen sich die Kosten einer luftgestützten Waldbrandüberwachung relativieren.

AnzahlDienstleistungen

Durch die Wahrnehmung weiterer Aufgaben kann der Betrieb eigens für die Luftbeobachtung aufgestellter Einheiten des Katastrophenschutzes bzw. der Feuerwehr infolge der multifunktionalen und flexiblen Nutzung zu einem wirtschaftlichen Instrument der inneren Sicherheit avancieren, welches nicht nur weitere luftgestützte staatliche oder staatlich beauftragte Fachdienste entlastet, sondern auch dann zur Verfügung steht, wenn andere Fachdienste entweder nicht oder nicht erfolgversprechend zeitnah zur Verfügung stehen oder durch andere Einsätze bereits gebunden sind. Zudem kann durch die Erbringung von unterschiedlichen Dienstleistungen für den Staat in Kombination mit definierten Leistungen für die private Wirtschaft ein finanziell sich selbst tragendes System entstehen, dessen Focus aber immer auf der primären Wahrnehmung von Sicherheitsaufgaben beruhen sollte.

Auf Basis dieser Erkenntnisse kam 2006 auf Initiative des Verfassers, zur damaligen Zeit Leiter einer hauptberuflichen Werkfeuerwehr, in Zusammenarbeit mit einem privaten Luftfahrtunternehmen ein multifunktioneller Feuerwehrhubschrauber zum Einsatz (Bild 10), dessen Betrieb neben einer außerordentlichen Wirtschaftlichkeit ein für den Staat hervorragend und sehr vielseitig nutzbares Spektrum bot. Durch Auflösung der Werkfeuerwehr im Jahre 2009 infolge Verlagerung eines Werkteiles wurde u. a. das bis dahin nachgewiesenermaßen sehr erfolgreiche Projekt aufgegeben. Das geschaffene System bewährte sich durch seine Wirtschaftlichkeit im Allgemeinen, besonders jedoch im Vergleich zu den Kosten von Dienststellen des Bundes, wenn diese durch das Land zur Hilfe, z. B. im Katastrophenschutz, herangezogen wurden. So wurde der nacht- und instrumentenflugtaugliche Feuerwehrhubschrauber bei Waldbränden und Katastrophen im In- und Ausland erfolgreich eingesetzt, ebenso zur Lawinen- und Bergrettung herangezogen sowie als Zubringer für den (Kinder-)Notarzt verwendet. In einem Fall wurde der Hubschrauber auch zu einem Verkehrsunfall mit zahlreichen Schwerverletzten alarmiert, bei der einer 17-Jährigen durch Einsatz dieses Hubschraubers das Leben gerettet wurde. Diese Multifunktionsfähigkeit, bei der die Luftbeobachtung nur einen einzelnen Aspekt darstellt, führt den Betrieb eines Luftfahrzeuges in den Bereich der Wirtschaftlichkeit und Rentabilität.

Allerdings stieß die Verfügbarkeit und vor allem der Einsatz dieses Feuerwehr-Mehrzweckhubschraubers (so die damalige Fachbezeichnung), auf erheblichen Widerstand bei Lobbyisten, sodass der anfänglich erfolgreiche Einsatz der Maschine – auch zur Menschenrettung – seitens der dafür zuständigen Stelle unterhalb der Katastrophenschwelle untersagt wurde. Die für die Luftrettung zuständige Administration bewies hierdurch vielfach und nachhaltig, dass die Erhaltung von finanziellen Vorteilen der Lobbyisten über der Lebensrettung von Menschen – auch im akuten Notfall – stand.

Bild 10: Feuerwehr-Mehrzweckhubschrauber auf Basis einer EC 135 CDS

4.1.3.1 Feuerwehrflugdienst Niedersachsen

Der Feuerwehrflugdienst Niedersachsen wurde 1962 auf Initiative des Landesfeuerwehrverbandes Niedersachsen e.V. gegründet. Bis zum heutigen Tage wird diese Spezialeinheit der Feuerwehr, einzigartig in ihrer Art im Bundesgebiet, durch den LFV Niedersachsen e.V. gestellt und betrieben. Das Innenministerium des Landes Niedersachsen beteiligt sich anteilig an den Unterhaltskosten für den Feuerwehrflugdienst (LFV NS, 2005).

Die Leitung des Feuerwehrflugdienstes Niedersachsen obliegt einem dafür eigens durch den LFV Niedersachsen e.V. bestellten Referenten bzw. in dessen Verhinderungsfalle seinem Stellvertreter (LFV NS, 2005). Die nach der Modernisierung im Jahre 2008 dem Feuerwehrflugdienst Niedersachsen zugehörigen beiden Flugzeuge vom Typ Cessna 206 (Bild 11) sind Eigentum des LFV Niedersachsen e.V., der die Maschinen nach Anforderungen durch die Bezirksregierungen bzw. Dienststellen des Landes zum Selbstkostenpreis zur Verfügung stellt.

Bild 11: Zwei Luftfahrzeuge vom Typ Cessna 206 des Feuerwehrflugdienstes Niedersachsen (Quelle: Olaf Rebmann, Landesfeuerwehrverband Niedersachsen)

Eine weitere Maschine vom Typ Cessna 172, ehemals stationiert am Flugplatz Damme, wurde verkauft (Fehling, 2015). Die Dienststellen des niedersächsischen Katastrophenschutzes müssen somit keine eigenen Luftfahrzeuge vorhalten oder auf rein zivile, nicht speziell geschulte Luftfahrzeugführer und Besatzungen zurückgreifen, sondern können die Flugzeuge des LFV Niedersachsen e.V. verwenden.

Die Flugzeuge des LFV Niedersachsen e.V. sind an den Stützpunkten Lüneburg (Lkr. Lüneburg) und Hildesheim (nach Schließung des Flugplatzes Peine im Jahre 2010) stationiert und fliegen mit ihrer überwiegend ehrenamtlich tätigen Besatzung im Anforderungsfalle die ihnen zugewiesenen Zuständigkeitsbereiche ab, um Waldbrände möglichst schon im Stadium ihrer Entstehung zu entdecken und zu melden (LFV NS, 2005). Ein weiterer Stützpunkt bestand in Damme (Lkr. Vechta), der im Jahre 2016 geschlossen wurde (Buchenau, 2019).

Wie aus Tabelle 4 ersichtlich, war Niedersachsen im Jahre 2010 das nach Brandenburg am zweitstärksten betroffene Gebiet bezüglich der Anzahl von Bränden in Waldgebieten. Im Durchschnitt ergaben sich im Jahre 2010 während der typischen Waldbrandmonate April bis August in Niedersachsen nahezu täglich Brände. Betrachtet man dazu die ausgedehnte Fläche des Landes Niedersachsen und ist man sich darüber bewusst, dass ein Großteil der niedersächsischen Waldgebiete (Bild 13) zum damaligen Zeitpunkt nicht flächendeckend durch automatisch wirkende Früherkennungssysteme überwacht wurde, sondern das System »FireWatch« (siehe Kapitel 4.2.1.1) dort erst seit dem Jahre 2008 (LFV NS, 2015) im Aufbau war, ist der Unterhalt eines Feuerwehrflugdienstes sinnvoll und notwendig. Dies auch insbesondere im Wissen, dass in Niedersachsen im Jahre 1975 der wohl größte Waldbrand in der Geschichte der Bundesrepublik Deutschland tobte, bei dem fünf Einsatzkräfte der Feuerwehr ihr Leben im Kampf gegen die Flammen verloren. Zudem verstarb der Kreisbrandmeister des Landkreises Gifhorn auf einer Einsatzfahrt an Herzversagen, zwei Angehörige der Freiwilligen Feuerwehr Neudorf-Platendorf erlitten schwere Verbrennungen (Luttermann, 1981). Neben der Vernichtung von 7.418 Hektar Wald, betrug der finanzielle Schaden etwa 18 Millionen Euro. Eingesetzt wurden 15.000 Feuerwehrmänner und 11.000 Soldaten der Bundeswehr, unterstützt von Helfern unterschiedlicher im Katastrophenschutz tätiger Organisationen. Insgesamt wurden 3.800 Einsatzfahrzeuge der deutschen Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben und drei Löschflugzeuge aus Frankreich eingesetzt (Luttermann, 1981).

Tabelle 4: Anzahl der Waldbrände 2010 pro Monat in den Bundesländern mit den meisten Waldbränden (Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung, 2011)

LandAnzahl der Waldbrände 2010 pro MonatJANFEBMÄRAPRMAIJUNJULAUGSEPOKTNOVDEZ

Seitens der Politik kann argumentiert werden, dass damals klar vorhandene Struktur- und Führungsmängel im deutschen Feuerwehrwesen und eine nicht ausreichende technische Vorbereitung auf die Möglichkeit eines solchen Brandereignisses das Ausmaß dieses Brandes begünstigten.

Man muss sich jedoch auch darüber bewusst sein, dass ein Großeinsatz der damaligen Dimension in heutiger Zeit, insbesondere unter dem Aspekt der zurückgehenden Zahl freiwillig tätiger bzw. ehrenamtlicher Einsatzkräfte, der Verkleinerung der Bundeswehr, der Aufhebung der Wehrpflicht mit Wegfall des Wehrersatzdienstes in Reihen des Katastrophenschutzes, der stetig abnehmenden Bereitschaft von Arbeitgebern zur Freistellung von Angehörigen der Freiwilligen Feuerwehren zu Einsätzen, des Verzichtes auf Ersatzbeschaffung von Löschgerät und (speziellen) Einsatzmitteln und der im Vergleich zur Vergangenheit weitaus expansiveren Einsatzkosten der Gegenwart mindestens ähnliche, wenn nicht weit höhere Gesamtschadenskosten zur Folge hätte. Daher ist es verwunderlich, wenn im Jahre 2010 in Niedersachsen in Teilen eine politische Meinung vorherrschte, die doch so ausgeprägt war, dass die Ersatzbeschaffung einer der drei Maschinen des Feuerwehrflugdienstes gescheitert ist. Trotz einer klaren Sachlage, basierend auf einer nicht flächendeckend aufgebauten automatisch wirkenden Waldbrandfrüherkennung und der tatsächlich vorhandenen Anzahl von jährlichen Waldbränden, insbesondere aber wegen des gerade in Niedersachsen vorhandenen und schmerzlich erlernten bzw. teuer bezahlten besseren Wissens anlässlich der Waldbrandkatastrophe des Jahres 1975, ist diese politische Haltung nicht verständlich. So ist der Ersatz der am Stützpunkt Damme ehemals stationierten und verkauften Maschine seitens der Landesregierung derzeit nicht vorgesehen. An diesem Beispiel zeigt sich deutlich, dass der Einsatz von Methoden und Systemen zur Früherkennung von Waldbränden nicht eben nur von Fakten und sachlichen Überlegungen abhängt, sondern auch vom politischen und gesellschaftlichen Verständnis um die Bedeutung des Waldbrandschutzes geprägt ist (vergleiche hierzu auch Kapitel 7.4).

Bild 12: Vegetationsbrand, entdeckt durch den Feuerwehrflugdienst Niedersachsen mit einhergehender Heranführung von Einsatzkräften am Boden (Quelle: Olaf Rebmann, Landesfeuerwehrverband Niedersachsen)

Zum überwiegend ehrenamtlich tätigen fliegerischen Personal zählen ca. 30 Flugzeugführer sowie rund 550 Einsatzkräfte von Feuerwehr und Katastrophenschutz sowie Bedienstete der Forstverwaltungen, die, besonders ausgebildet, an Bord der Flugzeuge die Funktion des Luftbeobachters ausüben.

Die Personalauswahl für die Verrichtung der Tätigkeit im Feuerwehrflugdienst Niedersachsen trifft ausnahmslos der LFV Niedersachsen e.V. in eigener Zuständigkeit. Dies gilt auch für die Bestellung des Referenten bzw. Leiters des Feuerwehrflugdienstes (LFV NS, 2005). Die Kosten für den jeweiligen Einsatz trägt die jeweilig anfordernde Behörde bzw. die Landesmittelbehörde (Bezirksregierungen). Der Feuerwehrflugdienst ist in Niedersachsen seit 1962 Bestandteil der Katastrophenschutzplanung. Die dreistufige Ausbildung der Besatzungen gliedert sich in Grundausbildung, Weiterbildung und Fortbildung. Alle Module und Verfahrensweisen der Ausbildung sind inhaltlich mit der auch im Land Bayern praktizierten Ausbildung zum Luftbeobachter kongruent und werden im nachfolgenden Kapitel näher erläutert.

Bild 13: Eine der Flugrouten des Feuerwehrflugdienstes Niedersachsen (Quelle: Landesfeuerwehrverband Niedersachsen), hier des Stützpunktes in Peine. Die vorgegebene Standardroute weist eine Länge von 287 km und eine überwachte Fläche von 2418 km² auf (LFV NS, 2005). Der Flughafen Peine wurde im April 2010 geschlossen, das dort stationierte Flugzeug wurde nach Hildesheim verlegt.

4.1.3.2 Die Polizeifliegerstaffel Hessen

Eine Besonderheit im Flugwesen der deutschen Länderpolizeien stellt die Polizeifliegerstaffel des Landes Hessen dar. Diese Einheit verfügt nicht nur über sonst bei den Polizeien der Länder und des Bundes übliche Hubschrauber vom Typ H 145 (EC 145), sondern auch über einen Flächenflügler vom Typ Vulcan Air P 68 Observer 2 (Bild 14). Dem Rechnung getragen, führt die Einheit die Bezeichnung Polizeifliegerstaffel und nicht wie anderen Orts häufig anzutreffen die Benennung Polizeihubschrauberstaffel.

Der Flächenflügler der Hessischen Polizeifliegerstaffel kommt u. a. bei erhöhter Waldbrandgefahr im Rahmen der Luftbeobachtung zum Einsatz. Im Gegensatz zum Feuerwehrflugdienst Niedersachsen gibt es hierbei aber keine Standardflugrouten, sondern Wegstrecken die entsprechend des Anlasses und bestehender Schwerpunkte geplant werden. Die Besatzung des Luftfahrzeuges besteht immer aus zwei Piloten. Alle sechs Flugzeugpiloten der Polizeifliegerstaffel Hessen verfügen dabei über die Commercial Pilot Licence (CPL-A; A = Aeroplane) mit IR-Berechtigung (IR = Instrument Rating), d. h. dass die Piloten dazu ausgebildet und berechtigt sind, das Luftfahrzeug nach den Regeln des Instrumentenflugs zu führen. Hierbei wird das Luftfahrzeug mit Unterstützung der sich am Boden befindenden Fluglotsen in einem kontrollierten Luftraum nur mittels der gegebenen Anzeigen der Fluginstrumente gesteuert, ohne, wie beim Sichtflug möglich, Bildeindrücke von außerhalb des Flugzeuges zu erhalten. Somit ist ein Einsatz auch bei eingeschränkter Sicht oder bei schlechten Wetterbedingungen möglich. Die übliche Verwendung des Luftfahrzeuges erfolgt am Tag, infolge der Ausrüstung der Vulcan und der Ausbildung der Piloten ist aber ebenfalls der Nachteinsatz möglich.

Zur Besatzung zählen neben den Piloten bis zu drei weitere Einsatzkräfte, welche nicht nur von der Polizei selbst oder der Feuerwehr, sondern auch von anderen Behörden oder Dienststellen kommen können, wie beispielsweise der hessischen Forstverwaltung. Die Einsatzzeit des Flugzeuges hängt dabei von der Anzahl der Einsatzkräfte an Bord ab. Mit zwei Piloten liegt die Einsatzdauer bei ca. sechs Stunden, mit drei zusätzlichen Einsatzkräften an Bord reduziert sich die Einsatzdauer auf ca. drei Stunden. Die Reisegeschwindigkeit liegt bei 250 km/h. Zur Führung von bodengebundenen Kräften verfügt die Maschine neben anderen Kommunikationssystemen über ein Digitalfunkgerät der BOS. Von besonderem Wert ist die Einsatzmöglichkeit der digitalen Bildübertragung und der Funktion als luftgestütztes TV-Relais. Die Verwendung eines FLIR-Systems ist ebenfalls möglich. Somit können bodengebundene Kräfte im Falle entsprechender Schadenslagen auf wertvolle Bildinformationen aus der Luft zurückgreifen.

Die Wirtschaftlichkeit des Luftfahrzeuges ergibt sich durch unterschiedlichste Aufgabenstellungen, zu deren Bewältigung dieses Einsatzmittel herangezogen wird. So werden im Bereich des Umweltschutzes in Zusammenarbeit mit den Wasserschutzpolizeien der Länder Hessen und Rheinland-Pfalz Gewässerschutzstreifen geflogen. Ebenfalls wird für den Bereich der Bundesautobahnen eine flächendeckende Verkehrsaufklärung geleistet. Im Falle von Staatsbesuchen, Demonstrationen oder generell umfangreicher polizeilicher Lagen wird mit diesem Luftfahrzeug auch der Luftraumschutz sichergestellt. Im Weiteren findet der Flächenflügler für Aufklärungsmaßnahmen und Dokumentationen Verwendung, insbesondere dann, wenn es sich um sensible Objekte handelt, die der Untersuchung bedürfen. Zudem werden europaweit Personen- und Materialtransporte ausgeführt, wie auf der zweimotorigen Maschine auch eigene Piloten geschult werden. Infolge der Vielseitigkeit und der im Vergleich zu Hubschraubern langen möglichen Einsatzdauer stellt dieses Einsatzmittel eine optimale Ergänzung zu den Hubschraubern der Hessischen Polizeifliegerstaffel dar (Klaus Boida, Polizeifliegerstaffel Hessen).

Bild 14: Polizeifliegerstaffel Hessen (Quelle: Klaus Boida)

4.1.3.3 Luftrettungsstaffel Bayern

Die Luftrettungsstaffel Bayern ist ein eingetragener Verein (e. V.), der seit dem Jahr 1973 fester Bestandteil der Katastrophenschutzplanung des Landes Bayern ist. Unter dem Dach der Luftrettungsstaffel Bayern stellen Vereine und Privatpersonen ihr Fluggerät u. a. zur Früherkennung von Waldbränden zur Verfügung. Die Mitarbeit in der Luftrettungsstaffel Bayern ist ehrenamtlich (LRSt Bayern, 2019).

Sind entsprechende Waldbrandwarnstufen ausgerufen oder sind infolge geographischer, atmosphärischer oder ökologischer Bedingungen örtlich Verhältnisse gegeben, die auf eine besondere Gefahrenlage hindeuten, ordnet das Innenministerium des Landes Bayern die Überwachung der Wald- und Vegetationsgebiete mittels Luftbeobachtung an. Die angeordneten Einsätze sind für das Land Bayern kostenpflichtig. Im Jahr 2014 wurden 365 dieser kostenpflichtigen Einsätze mit einer Gesamtflugzeit von 534 Stunden angeordnet. Unentgeltlich wurden zusätzlich 6.558 Luftbeobachtungen mit einer Gesamtflugzeit von 4.340 Stunden durchgeführt (Hermann, 2014).

Die Besatzung der Flugzeuge ergibt sich aus den ehrenamtlich tätigen Mitarbeitern der Luftrettungsstaffel Bayern und den an der Staatlichen Feuerwehrschule Würzburg (SFSW) speziell ausgebildeten Luftbeobachtern der im Katastrophenschutz mitwirkenden Organisationen (meist der Freiwilligen Feuerwehren), die ihren Dienst ebenfalls oftmals ehrenamtlich versehen. Auch ist es möglich, dass die Luftbeobachter durch Mitarbeiter der Forstverwaltung oder der Landratsämter gestellt werden (LRSt Bayern, 2019).

Die Luftfahrzeuge der Luftrettungsstaffel Bayern verfügen dabei nicht standardmäßig über BOS-Funk, sondern sind lediglich dafür vorgerüstet. Im Bedarfsfall können die Funkgeräte, die durch den Katastrophenschutz gestellt werden, relativ schnell und einfach eingebaut werden, um mit den zuständigen Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) am Boden in Kontakt treten zu können. Sind Überwachungsflüge zum Schutz der bayerischen Wälder seitens des Innenministeriums nicht angeordnet, sind die Piloten der Luftrettungsstaffel Bayern bei ihren herkömmlichen fliegerischen Unternehmungen aller Art dennoch dazu angehalten, Ereignisse, die auf einen Brand schließen lassen, sofort den zuständigen Dienststellen am Boden zu melden (LRSt Bayern, 2019).

Die Luftrettungsstaffel Bayern verfügt derzeit über ca. 300 ehrenamtliche Piloten mit 159 Flugzeugen und fünf Hubschraubern, die über ganz Bayern auf 32 Flugplätzen verteilt sind. In jedem der sieben Regierungsbezirke des Landes Bayern sind dabei Flugbereitschaften eingerichtet, die im Bedarfsfall über den jeweiligen Flugbereitschaftsleiter alarmiert und koordiniert werden (LRSt Bayern, 2019).

Die Luftrettungsstaffel Bayern kann im Jahr 2014 bei angeordneten und unentgeltlichen Einsätzen folgende Statistik über erkannte Brandereignisse (Tabelle 5) aufweisen:

Tabelle 5: Erkannte Brandereignisse durch die Luftrettungsstaffel Bayern im Jahr 2014 (Hermann, 2014)

AnzahlBrandereignis

Im Jahr 2018 (Tabelle 6) ist hinsichtlich der erkannten Brandereignisse im Vergleich zum Jahr 2014 (Tabelle 5) eine teils signifikante Steigerung der gemeldeten Brandereignisse zu erkennen:

Tabelle 6: Erkannte Brandereignisse durch die Luftrettungsstaffel Bayern im Jahr 2018 (Luftrettungsstaffel Bayern, 2019)

AnzahlBrandereignis

Die Angehörigen der Luftrettungsstaffel Bayern werden nach einem mehrstufigen Konzept, welches alle Angehörigen der Luftrettungsstaffel durchlaufen müssen, aus- und fortgebildet.

In der Ausbildungstufe 1 wird an der SFSW eine zentrale Grundausbildung vollzogen. In diesem einwöchigen Lehrgang werden für alle Teilnehmer, unabhängig aus welchen Bereichen diese kommen, rechtliche, organisatorische, fernmeldetechnische, meteorologische und sicherheitstechnische Grundlagen gelegt. Dazu erfahren die Lehrgangsteilnehmer Grundsätzliches über den Betrieb von Luftfahrzeugen, deren physikalische Grenzen und die Bedienung bzw. Interpretation der wichtigsten flugbegleitenden Instrumente im Cockpit. Das theoretisch erworbene Wissen wird in mehreren Flügen pro Luftbeobachter sowohl mit Flugzeugen als auch mit Hubschraubern in der Praxis vertieft und angewendet (LRSt Bayern, 2019).

Ausbildungsstufe 2 findet dezentral in der jeweiligen Region des Luftbeobachters statt. Der Luftbeobachter soll die jeweilige Luftraumsituation in seinem Zuständigkeitsgebiet erfahren und sich mit den in seinem Bereich vorhandenen Fluggeräten und Piloten vertraut machen (LRSt Bayern, 2019).

Ausbildungsstufe 3 ist ein zentral durchgeführter, einwöchiger Aufbaulehrgang an der SFS Würzburg, der ca. fünf Jahre nach Vollendung der vorherigen Ausbildungsstufen abgehalten wird. Dieser Lehrgang dient der Auffrischung bereits gelehrter Stoffe, dem Erhalt von Erkenntnissen über Neuentwicklungen der Technik und der praktischen Ausbildung im Einsatz (LRSt Bayern, 2019).

4.1.3.4 Avialesookhrana

Ein Viertel der weltweiten Waldbestände befinden sich auf dem Hoheitsgebiet der ehemaligen Sowjetunion. Jährlich brechen in diesem Bereich ca. 20.000 bis 35.000 Brände aus (aviales, 2015). In den 1920er Jahren wurde in der UdSSR damit begonnen, Flugzeuge für die Erstellung von Landkarten zu nutzen. Dabei wurden während der Überflüge über Wald- und Vegetationsgebieten auch Brände entdeckt, was zur Folge hatte, dass Flugzeuge von diesem Moment nicht mehr nur für die Kartografie eingesetzt wurden, sondern auch zur Überwachung von Waldgebieten (aviales, 2015).

Zum Vergleich: In den USA fand der erste gemeinsame Aufklärungsflug zur Waldbrandfrüherkennung in Kooperation des Army Air Service und des U.S. Forest Service im Jahre 1919 statt (Pyne, 1996). Der offizielle Erstflug, mit dem alleinigen Ziel der Erkennung und Lokalisierung von Waldbränden, fand am 07.07.1931 statt. Dies war der Gründungstag der Avialesookhrana, einer luftgestützten sowjetischen (heute russischen) Spezialeinheit der Feuerwehr (Bild 15) mit primärer Aufgabe der Erkennung und Bekämpfung von Bränden in Wald- und Vegetationsgebieten. Im Laufe der Geschichte kamen auch allgemeine Aufgaben des Waldschutzes hinzu (aviales, 2015 und Kovalev, 2005).

Die Avialesookhrana ist die weltweit älteste Einheit dieser Art. Erst acht Jahre später kam es zur Gründung ähnlich wirkender Einheiten in den Vereinigten Staaten von Amerika (aviales, 2015).

Bild 15: Hoheitsabzeichen der Avialesookhrana in heutiger Form. Das Wappen zeigt ein Luftfahrzeug der Einheit, ein Flammenzeichen und ein Symbol für den Wald. Die schräg verlaufenden Streifen im Zentrum des Abzeichens versinnbildlichen den Abwurf von Löschmitteln (Quelle: www.aviales.ru).

Schon während der ersten Einsätze im zeitlichen Gesamtumfang von 40 Flugstunden wurden 14 Brände in einem Schutzgebiet von 1,4 Millionen Hektar erkannt. Untersuchungen zur Optimierung des luftgestützten Einsatzes der Feuerwehr führten u. a. zum Einsatz von Feuerwehrmännern, die mittels Fallschirmen in der Nähe des Brandortes abgesetzt wurden und dadurch in der Lage waren, Brände sehr effektiv zu bekämpfen. Somit wurden im Jahre 1935 17 Feuerspringer ausgebildet und speziell für die Waldbrandbekämpfung ausgerüstet (aviales, 2015). Zum Vergleich: Die USA setzten ihr erstes Team der »Smokejumper« am Nachmittag des 12. Juli 1940 zur Bekämpfung eines Waldbrandes in Idaho ein (Miller, 2009 und Wilson, 2008). Aufgrund der nachweisbaren Erfolge bei der Erkennung und Bekämpfung von Waldbränden mittels Luftunterstützung stieg das Einsatzaufkommen, aber auch die zu überwachende Fläche für die Avialesookhrana ständig an. Die Fortentwicklung der modernen Luftfahrt führte zu leistungsfähigeren Flugzeugen, sodass diese nicht mehr nur für Patrouillenflüge genutzt werden konnten, sondern auch gleichzeitig mit Feuerspringern besetzt wurden (aviales, 2015). Somit konnte ein Brand nicht nur zügig entdeckt, sondern auch frühzeitig, teils im Entstehungsstadium, effektiv, nachhaltig und mit vergleichsweise geringem Aufwand erfolgreich bekämpft werden.

Die in der Geschichte der Avialesookhrana gemachten Erfahrungen decken sich dabei mit den in der Praxis gewonnenen Erkenntnissen anderer Betreiber von Flugunternehmen, dass der Einsatz von Luftfahrzeugen zur Waldbranderkennung besonders dann wirtschaftlich und effektiv ist, wenn nicht nur der Auftrag der Branderkennung vollzogen werden kann, sondern neben dieser primären Tätigkeit parallel und flexibel auch andere Aufgaben erfüllt werden (siehe hierzu auch Kapitel 4.1.3).

Bis in die 1990er Jahre wurden die Flugzeuge für den Einsatzdienst bei der Avialesookhrana bei verschiedenen Fluglinien gemietet. Infolge des Zusammenbruchs der Sowjetunion und ihrer europäischen Satellitenstaaten, aber auch infolge der daraus entstehenden wirtschaftlichen Spannungsfelder, erhielt die Spezialeinheit ab 1994 eigene Luftfahrzeuge, die von Luftverkehrsunternehmen infolge finanzieller Schwierigkeiten erworben wurden. Die wirtschaftliche Gesamtlage führte aber auch zur Einschränkung des Einsatzes der Avialesookhrana, wodurch der effektive Schutz der russischen Wälder merklich beeinträchtigt wurde (aviales, 2015). Bis zum heutigen Tag wurden die Mittel der Avialesookhrana stetig gekürzt. Nach Ansicht des World Wide Fund Of Nature (WWF) hat diese fiskalische Beschneidung der fliegenden Spezialeinheit der Russischen Feuerwehr zu einer Verschärfung des Waldbrandproblems geführt. So bemängelt der WWF insbesondere ein im Jahre 2007 verabschiedetes Forstgesetz, welches zur Verringerung der Leistungsfähigkeit der Brandbekämpfung führte. Infolge dieses Gesetzes wurden Überwachungsflüge und der Einsatz von Feuerspringern stetig reduziert, wodurch Brände später entdeckt und dadurch auch schwieriger bekämpft werden können. Weiterhin fordert der WWF den Aufbau eines Frühwarnsystems zur Entdeckung von Waldbränden (WWF, 2010).

4.1.4 Waldbrandstreife

In zahlreichen Ländern, auch auf Basis dort geltender gesetzlicher Regelungen, werden bei entsprechend hoher Brandgefahr noch bis heute Waldbrandstreifen (auch Streifengänger, Patrouillen oder im englischsprachigen Bereich »Foot Patrols« genannt) eingesetzt. Aufgabe dieser Waldbrandstreifen ist die Erkennung eines Brandereignisses mittels fußläufiger Bestreifung eines zugewiesenen Schutzgebietes. Moderne Fahrradtechnologie, wie z. B. Mountain-Bikes, findet zur Aufgabenwahrnehmung mittlerweile sinnvolle Verwendung. Weitere Aufgabe ist nach Absetzung eines Notrufes im Bedarfsfall die Einleitung von Brandbekämpfungsmaßnahmen, um den Brand entweder zu löschen oder bis zum Eintreffen der Feuerwehr räumlich zu begrenzen.

Da die Waldbrandstreife keinen immerwährenden Überblick über die Baumgrenze hinweg aufweist, d. h. durch die Bodengebundenheit oftmals über kaum ausreichende Sichtweite verfügt, ist der Einsatz von »reinen« Waldbrandstreifen infolge Bewegungsgeschwindigkeit, gegebener erheblicher Einschränkung des Sichtfeldes und der Dauer möglicher Einsatzzeiten unter Berücksichtigung des Einflusses von Witterungseinflüssen als alleinstehende Methode zur Erkennung von Brandereignissen in der Natur als relativ ineffektiv anzusehen. Dies deckt sich auch mit den Ansichten von Thomas und McAlpine (2010) sowie Mißbach (1982). Allerdings können Waldbrandstreifen in allen Gebieten von Wert sein, in denen keine anderen Methoden zur Früherkennung von Bränden in Wald- und Vegetationsgebieten effektiv wirken können, wie beispielsweise in Bereichen die von Feuerwachtürmen nicht eingesehen werden können (Pyne, 1996).

Waldbrandstreifen, die aus Gründen der Eigensicherung nach Ansicht des Verfassers grundsätzlich aus mindestens zwei Personen bestehen müssen, können zur flächigen Überwachung eines Schutzgebietes eingesetzt werden, aber auch zur gezielten Kontrolle besonderer im Schutzgebiet liegender Infrastrukturen, von denen eine besondere Brandgefahr ausgeht, wie beispielsweise Gleisanlagen oder (Fern-)Straßen.

Zur Grundausstattung einer Waldbrandstreife gehören moderne Kommunikationsmittel in redundanter Ausführung mit integriertem GPS-System. Je nach Mobilität der Waldbrandstreife, ob zu Fuß, mit dem Fahrrad oder leichten Fahrzeugen ausgestattet, sind auch geeignete leistungsfähige Löschmittel und einfache Werkzeuge (z. B. Spaten, Pulaski-Waldbrandaxt, Waldbrandrechen, Sandschaufeln) mitzuführen, um Vegetationsbrände im Entstehungsstadium bekämpfen oder eindämmen zu können.

In Abhängigkeit der Gesetzgebung vor Ort empfiehlt sich die Kennzeichnung der Waldbrandstreife durch Uniform zur Erleichterung des Zusammenwirkens sowohl mit der Bevölkerung als auch den Dienststellen der Gefahrenabwehr. Stehen infolge fehlender Organisationsformen oder aus finanziellen Gründen keine Uniformen zur Verfügung, können vereinfacht, allerdings dann mit nachteilig geänderter Außenwirkung auf Dritte, auch Kennzeichnungswesten oder einfache Armbinden Verwendung finden.

Die Aufgaben einer Waldbrandstreife sind in der Bundesrepublik Deutschland gerne den exekutiv wirkenden Mitarbeitern von Ordnungsämtern bzw. der Ortspolizeibehörde übertragen, die neben der Wahrnehmung weiterer Aufgaben insbesondere in naturbelassenen Bereichen mit Versammlungs- und Freizeitcharakter, z. B. in Parks, in Uferbereichen von Seen und Flüssen und sonstigen natürlichen Erholungsarealen auf die Einhaltung von Vorgaben des Brandschutzes achten. Die hierfür eingesetzten Mitarbeiter bedürfen dabei nicht nur einer Unterweisung in der Anwendung einfachen Feuerlöschgerätes, sondern auch in den wichtigsten Rechtsgrundlagen wie z. B. der im Freistaat Bayern geltenden Verordnung über die Verhütung von Bränden (VVB) (Tretzel, 2007) oder der z. B. für die Stadt Chemnitz geltenden Polizeiverordnung gegen umweltschädliches Verhalten (PvO Chemnitz, 2011). Die Waldbrandstreife muss mit staatlicher Autorität versehen (Pyne, 1996) und in der Lage sein, repressive Maßnahmen an Ort und Stelle, insbesondere gegen Verhaltens- und Zustandsstörer durchsetzen zu können. Ist dies nicht der Fall, wird es für eine Waldbrandstreife im Umgang mit Dritten schwer, die Belange des Waldbrandschutzes durchzusetzen.

4.2 Moderne Systeme

Moderne Systeme zur Früherkennung von Bränden in Wald- und Vegetationsgebieten können nach Sahin und Ince (2009), Forscher an der Universität Izmir, in nachfolgende Hauptgruppen eingeteilt werden:

Bilderkennungssysteme

Thermische Systeme

Sonstige Systeme

Bilderkennungssysteme können dabei in satellitengestützte und ortsunveränderliche, stationäre Bilderkennungssysteme unterteilt werden. Thermische Systeme lassen sich nach der Art des verwendeten Sensors unterscheiden, ob dieser statisch, dynamisch oder als Fernerkundungssensor ausgebildet ist. Zu den Systemen der Fernerkundung zählen das RADAR (Radiowave Detection And Ranging), LIDAR (Light Detection And Ranging) und SODAR (Sound Detection And Ranging) (Sahin/Ince, 2009).

Peter A. Thomas, Dozent an der Keele University in Großbritannien, und Robert. S. McAlpine (2010), Leiter der Abteilung für Wissenschaft und Technologie des Ontario Ministry of Natural Resources, teilen die Methoden zur Früherkennung von Bränden in Wald- und Vegetationsgebieten hingegen unter Miteinbeziehung auch der herkömmlichen Methoden wie folgt ein:

Passive Detektion

Organisierte Detektion

Stationäre Detektion

Aeronautische Detektion

Unter passiver Detektion fassen Thomas und McAlpine alle Möglichkeiten zusammen, die sich aus dem Public Report ergeben. Sei es ob die Öffentlichkeit beispielsweise in Gestalt von Wanderern agiert oder als Passagiere aus einem Luftfahrzeug heraus eine Meldung an die Dienststellen der Gefahrenabwehr absetzen. Unter der organisierten Detektion wird eine systematisch wirkende Detektion verstanden, die von Organisationen oder Behörden geplant und konzipiert ist, um Brände in der Vegetation im Moment ihrer Entstehung zu lokalisieren. Unabhängig von der zur Anwendung kommenden Methode beinhaltet der Begriff der »organisierten Detektion« nach Thomas und McAlpine auch wichtige Überlegungen wie beispielsweise den Wert einer zu überwachenden Fläche, da sich hieraus wirtschaftliche Überlegungen hinsichtlich des zu tätigenden Investments herleiten lassen. Gleiches gilt für die Wahrscheinlichkeit eines Brandausbruches in einem Schutzgebiet und den dort vorhandenen Möglichkeiten der Brandentwicklung mit einhergehender Brandausbreitung. Ebenso beinhaltet die organisierte Detektion auch die Betrachtung der Fähigkeit eines Beobachters einen Brand tatsächlich erkennen zu können. Hierbei wird nicht nur die zu erwartende Größe eines Brandes unter unterschiedlichen atmosphärischen Bedingungen bedacht, sondern auch die Topographie eines Geländes, ob diese und von welcher Stelle aus diese die Wahrnehmung eines Brandes überhaupt ermöglicht. Auch umfasst die organisierte Detektion die Beachtung wie und in welcher Form sich ein Brand in einem bestimmten Gebiet unter Berücksichtigung von Wettereinflüssen entwickeln kann, woraus sich Dauer, Intensität und Wirkzeiten einer durchzuführenden Überwachung ableiten lassen. Letztlich ist auch die Wechselwirkung zwischen der passiven Detektion und aktiven Überwachungsmaßnahmen zu betrachten, da eine hohe Besiedelungsdichte mit einer entsprechenden hohen Anzahl an »Gefahrenmeldern« die Überlegung erlaubt, aktive Systeme zu reduzieren oder hinsichtlich ihres technischen Aufwandes hin einfach zu halten und umgekehrt.

Unter der stationären Detektion verstehen Thomas und McAlpine die Verwendung von Feuerwachtürmen oder Beobachtungsposten, die strategisch wirkungsvoll in einem zu überwachenden Gebiet verteilt sind. Die aeronautische Detektion umfasst neben dem Einsatz von herkömmlichen Luftfahrzeugen auch die Verwendung von Drohnen (Unmanned Aerial Vehicles).

Im Folgenden soll jedoch eine vereinfachte und damit schneller erfassbare Einteilung genutzt werden, die physikalisch gesehen zwar nicht vertiefend ist, dafür jedoch die Örtlichkeit bzw. den Standort des Früherkennungssystems offenbart und alle Früherkennungsmethoden berücksichtigt. Daher teile ich die Systeme für die Früherkennung von Bränden in Wald- und Vegetationsgebieten wie folgt ein:

Terrestrische (erdgebundene) Systeme und Methoden

Aeronautische (luftgestützte) Systeme und Methoden

Orbitale (weltraumgestützte) Systeme und Methoden

Ein weiterer Vorteil dieser Einteilung besteht darin, dass ein Laie auch zugleich ein Gefühl für den möglichen, durch das System entstandenen Aufwand (Herstellung, Wartung, Gesamtkosten etc.) vermittelt bekommt, da davon ausgegangen werden darf, dass auch ein Laie die unterschiedlichen logistischen und fiskalischen Anforderungen der so strukturierten Systeme erahnen kann, wenngleich sich diesem zunächst die Vorteile insbesondere der orbitalen Systeme noch nicht ganz erschließen.

Diese populärwissenschaftliche Einteilung weist allerdings den Nachteil auf, dass einige Systeme, wie z. B. das LIDAR, sowohl terrestrisch als auch aeronautisch zum Einsatz kommen und – bezogen auf die Einteilung nach dem Standort der Verwendung – nicht eindeutig zugeordnet werden können. Allerdings muss auch festgestellt werden, dass Basissysteme der Technik, wie im vorliegenden Beispiel des LIDAR ersichtlich, im Rahmen von Programmen und Projekten Eigennamen erhalten, eine Firmenbezeichnung oder ein Produktlabel und dadurch – auch dem Standort nach – wieder exakt zugeordnet werden können. Auch dann, wenn sich das jeweilige Basissystem im technischen Sinne eigentlich nicht geändert hat, sondern nur von einem anderen Ort eingesetzt wird.

4.2.1 Terrestrische Systeme

Den terrestrischen Systemen (von Terra kommend = die Erde, der Boden oder Erdboden) ordnet der Verfasser alle modernen Früherkennungssysteme zu, deren wesentliche Komponenten im Wirkbetrieb direkt oder indirekt mit dem Erdboden verbunden sind.

Etwa die Hälfte der terrestrischen Früherkennungssysteme basiert auf der Verwendung von optisch wirkenden Bilderkennungssystemen, die im Regelfall auf CCD- oder CCTV-Kameras gestützt sind. Alle Bilderkennungssysteme verwenden die Brandkenngröße »Rauch« zur Detektion des Brandes.

CCD- und CCTV-Kameras:

Das CCD – Charge Coupled Device – ist ein elektronisches Bauteil in einer Kamera, welches als Sensor wirkt. Dieser Sensor ist lichtempfindlich und gibt proportional zur eingestrahlten Lichtmenge ein Signal ab (Smith, 2009). Andere Kamerasysteme basieren auf der Closed Circuit Television (CCTV) Technik. Der Begriff »Closed Circuit« deutet an, dass die aufgenommenen Bilder nur einem begrenzten Teilnehmerkreis zur Verfügung gestellt werden, also nicht öffentlich zugänglich sind oder gemacht werden sollen. Neben der Verwendung solcher Systeme zur Früherkennung von Waldbränden findet sich die CCTV-Technik beispielsweise auch in Überwachung öffentlicher Plätze oder im Straßenverkehrswesen wieder. Im Prinzip handelt es sich hierbei um eine Videokamera.

Optische Erkennungssysteme wie z. B. das in den Niederlanden sich im Test befindende System AWIS, das bereits im Einsatz genutzte System Firehawk Forestwatch aus Südafrika, ForestWATCH aus Kanada, FireVu aus England oder UraFire aus Frankreich, weisen zum Stand der Schriftsetzung teilweise eine noch zu hohe Fehlalarmquote auf, hervorgerufen durch den Einfluss von Wolken, Lichtreflexionen oder durch landwirtschaftliche bzw. industrielle Aktivitäten. Das französische ARTIS FIRE System hat zusätzlich den Nachteil, dass dieses nur stationär verwendbar ist, das heißt, dass die Kameras des ARTIS FIRE Systems immer in die gleiche Richtung blicken.

Eine erfolgreiche Entwicklung im Bereich der Bilderkennungssysteme stellt das System FireWatch (Deutschland) dar, welches zusammen mit dem ähnlichen, aber in Wirkung und technischem Aufbau nicht vergleichbaren System Firehawk Forestwatch (Südafrika) und einer Neuentwicklung aus der Republik Kroatien, dem System IPNAS, nachfolgend dargestellt wird.

Neben der Verwendung von Bilderkennungssystemen werden häufig auch Sensoren für die Ermittlung der von Bränden typischerweise ausgehenden Infrarotstrahlung eingesetzt. Problematisch ist hierbei der Umstand, dass die von der Erdoberfläche aus detektierte Infrarotstrahlung durch dichten Pflanzen- und Baumbewuchs abgeschirmt wird. Der erfolgreiche Einsatz dieser Technologie hängt also in gewissem Grad von der jeweiligen Vegetationsart und der Bewuchsdichte ab. Selbst bei direktem Sichtkontakt sprechen manche Sensoren erst bei einer Temperatur von ca. 250 °C an. Erst bei fortgeschrittener Entwicklung des Brandes steigt die Wahrscheinlichkeit der sicheren Erkennung bei gleichzeitiger Verschlechterung der Wahrscheinlichkeit einer effizienten Brandbekämpfung mit geringem Aufwand. Diese Methode der automatischen Erkennung von Bränden in Vegetationsgebieten ist ein guter Ansatz, jedoch ist die Sicherheit der Detektion eines Brandes und die Zeitdauer bis zum Absetzen einer automatisierten Meldung bisher noch nicht bei allen auf Infrarotstrahlung basierenden Systemen als zufriedenstellend zu bezeichnen.

Weitere Möglichkeiten zur terrestrischen Früherkennung von Waldbränden bestehen im Einsatz von Laserstrahlen, Schallwellen und Sensoren zur Messung von Temperaturen und Wärmestrahlung, die sowohl alleine, aber auch in Verbindung mit Wildtierbeständen zur Erkennung von Brandereignissen eingesetzt werden können. Auch diese Systeme und Systemstudien werden nachfolgend dargestellt.

4.2.1.1 FireWatch

FireWatch ist ein in Deutschland entwickeltes System zur frühzeitigen und automatischen Erkennung von Bränden in Wäldern und Vegetationsbereichen ganz allgemein. Es reagiert auf die Brandkenngröße Rauch.

Noch in der Entwicklungsphase befindlich, wurde dieses System als automatisiertes Waldbrand-Früherkennungs-Systems (AWFS) bezeichnet (Schneider, 2002). Heute, nach abgeschlossener Entwicklung und der Einarbeitung zahlreicher Erfahrungswerte sowie der Erlangung der Serienreife und dem empirisch erbrachten Nachweis der Funktionstüchtigkeit, trägt dieses in der Praxis bereits bewährte System den Namen FireWatch.

Bestechender Vorteil des Systems ist die schnelle Raucherkennung mit nachfolgender Brandidentifizierung, unabhängig von der vorherrschenden Tages- oder Nachtzeit. Zugleich ergibt sich für die Mitarbeiter der Forstverwaltungen eine wesentliche Verbesserung der Arbeitsplatzbedingungen, da diese nicht mehr – wie bisher – teilweise bis zu zwölf Stunden auf den Feuerwachtürmen verbleiben müssen, sondern den Dienst von einer Leitstelle aus versehen können. Die Bedienerfreundlichkeit des Systems führt zu einer guten Akzeptanz durch die Anwender. Weitere Vorteile dieses Systems sind Kostenreduzierungen im Personalbereich sowie im Unterhalt von Feuerwachtürmen. Auf wenig Gegenliebe von feuerwehrtechnischem Leitstellenpersonal stößt hingegen eine noch zu hohe Rate von Fehlalarmen.

Das modulare System besteht im Wesentlichen aus einer bzw. zur flächendeckenden Überwachung von Waldgebieten aus mehreren hochauflösenden optischen Sensoren, einer dreh- und neigbaren Plattform zur Aufnahme und Bewegung des optischen Sensors und jeweils einem PC zur Steuerung der Anlage sowie der Online-Auswertung von aufgenommenen Bildern. Zum Schutz vor Witterungseinflüssen sind optischer Sensor wie Rechner in entsprechenden Schutzgehäusen untergebracht. Ferner wird ein Turm, ein Mast oder ein hohes Gebäude usw. benötigt, von dem aus ein Überblick über den zu beobachtenden Bereich möglich ist. An dieser erhöhten Stelle wird der optische Sensor mit Plattform befestigt (Bilder 16 und 17). Im Alarmfall überträgt eine ISDN-Leitung oder eine breitbandige Funkstrecke die wichtigen Daten zu einer Leitstelle.

Zur Energieversorgung des Systems kann auf unterschiedliche Energiequellen (Netzspannung, Solarenergie, Brennstoffzellen) mit zusätzlicher Sicherung durch Akkumulatoren zurückgegriffen werden. Sämtliche Systemkomponenten sind auf minimalen Energieverbrauch ausgelegt (Schneider, 2002). Die digitale Technik auf Basis eines Optischen Sensor Systems (OSS) liefert hochauflösende Bilder an einen Rechner, der aus Gründen der vereinfachten Installation im Regelfall am Fuß des Trägerbauwerkes eingebaut wird.

Ursprünglich wurde der optische Sensor für Weltraumeinsätze entwickelt und kam während der Rosetta-Mission (Start: 02.03.2004, Landung auf dem Kometen 2014) zum Einsatz. Im Rahmen dieser Mission der ESA (European Space Agency) lieferte das System während des zehn Jahre dauernden Fluges unter extremen Temperaturbedingungen Aufnahmen der Oberfläche der Kometen »Wirtanen« und »67- P/Churyumow-Gerasimenko« (DLR, 2018). Der optische Sensor kann in einem Temperaturbereich von -50 °C bis +40 °C eingesetzt werden (Schneider, 2002).

Der optische Sensor wird auf einem Schwenk- und Neigekopf, z. B. an einem Mast, montiert und überwacht die umliegende Landschaft in einem Radius von ca. 15 km. Dies entspricht einer Fläche von 700 km². Eine Überwachung mit einem Radius von bis zu 40 km ist mit diesem Sensorsystem grundsätzlich möglich (IQ Wireless GmbH, o. A.).

Das FireWatch-System ist mit einem Wetterschutzgehäuse versehen (Bild 18), bei dem insbesondere die Erfordernisse des Blitzschutzes bedacht wurden. Auch wurde die Form des Wetterschutzgehäuses so ausgebildet, dass anliegenden Windkräften eine nur geringe Angriffsfläche geboten wird. Dies ist zur Reduzierung unliebsamer Störgrößen von Bedeutung (Schneider, 2002).

Bilder 16 und 17: Anbringung des FireWatch-Systems auf einem Feuerwachturm (Quelle: IQ Wireless GmbH)

Bild 18: FireWatch-Sensor mit Wetterschutzgehäuse (Quelle: IQ Wireless GmbH)

Während der optischen Erfassung der Landschaft werden für jede Sensorposition mindestens drei vom Steuerungs-PC befohlene Einzelbilder erzeugt. Diese Bilder bzw. Videosignale werden via Glasfaserkabel vom OSS an den Steuerungs-PC übermittelt, der das gesamte System überwacht. Der Steuerungs-PC – daher der Name – übernimmt im Wesentlichen auch die Steuerung des optischen Sensors bezüglich Belichtungszeit und Positionierung. Weiterhin werden auch der System-Selbsttest, die Bildverarbeitungsalgorithmen und die Datenverwaltung durch den Steuerungs-PC wahrgenommen. Der Steuerungs-PC ist seinerseits wiederum über ein mehradriges Systemkabel mit dem OSS zur Übermittlung von Steuerbefehlen verbunden.

Ein weiterer PC führt die Onlineverarbeitung der durch den Steuerungs-PC digital weitergeleiteten Bilddatenmengen, die einen erheblichen Umfang aufweisen, aus. Die Rechner sind in klimatisierten, staubdichten und vor Strahlwasser geschützten Gehäusen untergebracht (Bild 19) (Schneider, 2002).

Bild 19: Technischer Aufbau von FireWatch (Quelle: IQ Wireless GmbH)

Die aufgenommenen Bilder werden durch verschiedene Berechnungsmodi analysiert. Dadurch kann Brandrauch anhand seiner dynamischen wie strukturellen Eigenschaften identifiziert werden. Durch Verwendung einer speziell konzipierten Software werden anhand von erzeugten Einzelbildern Brandrauchwolken im optischen Spektralbereich erkannt. Hierzu werden von den unmittelbar nacheinander angefertigten Bildaufnahmen und der elektronischen Korrektur eventuell vorhandener Schwankungen der Befestigung (z. B. durch Windkräfte am Mast bzw. am Wetterschutzgehäuse des optischen Sensors) die Einzelbilder verglichen und Bildunterschiede ermittelt. Der so entstandene Cluster (Cluster = Gesamtbild, welches sich aus einer Vielzahl einzelner Segmente und Daten zusammensetzt) wird nun einem diffizilen Entscheidungsprozess unterworfen, wobei das System zum einen die sich selbst zugeführten Daten (Bildaufnahme und Analyse) auswertet, aber auch allgemeine, von außen zugeführte Daten berücksichtigt. Diese von außen zugeführten Parameter beinhalten beispielsweise von der Überwachung zu vernachlässigende Örtlichkeiten, wie Rauch emittierende Kamine oder ähnliches. Die feststehenden Parameter, die zu Täuschungsalarmen führen könnten und folglich vom System nicht zu berücksichtigen sind, können relativ einfach erfasst und von der Zentrale individuell in das System FireWatch eingespeist werden (Schneider, 2002).

Jedes von FireWatch aufgenommene Bild wird in jedem Pixel analysiert, um einen Vergleich mit dem vorherigen bzw. nachfolgenden Bild erzielen zu können. So können z. B. die sich ändernde Form, der Kontrast, Helligkeit und die dynamische Veränderung einer Rauchwolke sofort erfasst werden (Bilder 20 und 22). Erkennt das System eine markante Änderung im Bild, die auf einen Brand schließen lässt, erfolgt die Auslösung des Alarms an eine ständig besetzte Stelle.

Wird nun durch FireWatch ein Brand anhand des Rauches entdeckt, liefert der Steuerungs-PC in Echtzeitübertragung die lokal vorverarbeiteten und komprimierten Bilddaten mit weiteren Informationen (Zeit und Ort) z. B. via ISDN-Leitung an die Leitstelle, in der die Daten auf einer Karte und hochauflösenden Bildschirmen dargestellt werden (Bild 21). Alternativ könnten die Daten auch über das Mobilfunknetz transportiert werden. Eine weitere Möglichkeit der Datenübertragung besteht in der Verwendung eines Breitband-Funksenders. Der Breitband-Funksender lässt jedoch im Gegensatz zum Mobilfunknetz mit nahezu unbegrenzter Reichweite nur einen Aktionsradius von ca. 50 km zu (Schneider, 2002). Die übermittelten Bilddaten können in der Leitstelle mittels geeigneter Aufzeichnungsgeräte gesichert, archiviert und verwaltet werden.

Die FireWatch-Software ermöglicht auch die mühelose Aufschaltung der vom System generierten Daten in weitere bzw. verschiedene Leitstellen weltweit. So kann eine Leitstelle in Potsdam beispielsweise auch einen zu überwachenden Bereich einer Leitstelle aus Schweden übernehmen bzw. das dort durch FireWatch überwachte Areal direkt aufschalten. Gleichermaßen ist es möglich, die Daten innerhalb einer Leitstelle von einem Arbeitsplatz zu einem anderen zu transferieren. Somit ist z. B. ein Personalwechsel jederzeit ohne Informationsverlust durchführbar (Vogel, 2014).

Bild 20: Wirkprinzip von FireWatch

Durch Kopplung und Verwendung des Global Positioning Systems (GPS) mit den durch das Optische Sensor System erhobenen Daten lassen sich erkannte Brandereignisse unmittelbar und sofort präzise auf zwei- oder dreidimensionalen Lagekarten darstellen. Diese GPS-Daten können auf Wunsch mit meteorologischen Daten wie z. B. Temperatur, Windrichtung und -geschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck zu einer taktischen Lagekarte zusammengefasst werden, mit der eine beeindruckend exakte Führung von Einheiten zur Brandbekämpfung möglich ist.

Zur Energieversorgung des Systems kann ein herkömmlicher Netzanschluss verwendet werden. Da dies jedoch insbesondere in Waldgebieten nicht immer zu gewährleisten ist, besteht optional die Möglichkeit der Verwendung von Solar- und Brennstoffzellen zur Nutzung alternativer Energieressourcen.

Die netzunabhängige, auf Wasserstoff basierende Energieversorgung mittels einer Polymer-Elektrolytmembrane liefert Energie für über drei Monate im Dauerbetrieb. Neigt sich der Energievorrat dem Ende zu, sendet das System mit ausreichender Vorlaufzeit einen entsprechenden Hinweis, sodass durch einfachen Austausch des Wasserstoffbehälters wieder langfristig Energie zur Verfügung steht. Alle Möglichkeiten – Netzanschluss, Solarbetrieb oder Brennstoffzellentechnik – können auf Wunsch zur Sicherung gegen Stromausfall durch ein wartungsfreies Akkumulatorsystem gesichert und ergänzt werden (Schneider, 2002).

Bild 21: Aufschaltung von FireWatch in einer Leitstelle (Quelle: IQ Wireless GmbH)

FireWatch kann den Brandrauch innerhalb von acht Minuten detektieren und bei der entsprechenden Leitstelle Alarm auslösen. Diese acht Minuten ergeben sich aus der Zeit, die ein optischer Sensor für eine 360° Umdrehung benötigt (IQ Wireless GmbH, 2008).

In einem Umkreis mit einem Radius von 15 km (optimaler Wirkungsbereich) erkennt das System alle Rauchwolken ab einer Ausdehnung von zehn Metern in einer Entfernung von 10 km. Durch die hohe Anzahl von über 16384 Graustufen im Dynamikbereich ist es dem System im Gegensatz zum menschlichen Auge möglich, kleinste Veränderungen im Bild zu erfassen.

Bild 22 zeigt zwei unmittelbar aufeinanderfolgende Aufnahmen des Optischen Sensor Systems. Während das menschliche Auge kaum in der Lage ist den entstandenen Plume (= Rauchfahne) überhaupt zu erkennen, identifiziert FireWatch jede Veränderung im beobachteten Gebiet durch den Vergleich jedes einzelnen Pixels der aufeinanderfolgend gemachten Bilder und löst – sofern entsprechende Parameter erfüllt sind – Alarm aus. Eine hohe Auflösung von 1360 x 1024 Pixeln sowie ein

Bild 22: Alarmauslösung durch automatisierten Bildvergleich. Das Optische Sensor System befindet sich hier 16 km vom Entstehungsort des Brandes entfernt (Quelle: IQ Wireless GmbH).

spezieller Nachtmodus und ein erhöhter Kontrast zur Raucherkennung, verbunden mit einem Nachtfilter zur Ausblendung von Artefakten (z. B. Lichter oder sonstige Störgrößen), liefert präzise Auswertungsergebnisse (Bild 23) (IQ Wireless GmbH, 2008).

Bild 24 zeigt die Leistungsfähigkeit des Systems bei Dunkelheit und bei für die Beobachtung bzw. Auswertung schwierigen topographischen Verhältnissen. Während das menschliche Auge bei Dunkelheit eine Rauchentwicklung insbesondere auch unter dem Aspekt der räumlichen Entfernung im Regelfall nicht wahrnehmen kann, erkennt das System einen entstehenden Plume bei Nacht auch dann, wenn kein Restlicht infolge fehlendem Mond- oder Sternenlicht vorhanden ist. Identifiziert das System eine Rauchentwicklung, wird der Brandentstehungsort mittels einer roten Markierung im Auswertungsbild gekennzeichnet.

Bild 23: Erkennung einer Rauchwolke durch FireWatch ohne direkten Sichtkontakt (z. B. Brand hinter einem Berg) (Quelle: IQ Wireless GmbH)

Bild 24: OSS identifiziert Rauch in Dunkelheit bei fehlendem Mond- und Sternenlicht (IQ Wireless GmbH)

Die Zeit, die vom Brandausbruch bis zur Detektion und Absetzung einer Alarmmeldung durch das System vergeht, liegt bei Verwendung von nur einem optischen Sensor im Mittel bei vier Minuten. Werden mehrere Optische Sensor Systeme zur Erzielung eines flächendeckenden Verbundes eingesetzt (Bild 25), reduziert sich die durchschnittliche Meldezeit auf nur zwei Minuten (IQ Wireless GmbH; 2008).

Zur Überprüfung der Leistungsfähigkeit wurde der Vorläufer von FireWatch, das AWFS, nach Abschluss der Entwicklungsarbeiten im Landkreis Spree-Neiße, Südbrandenburg, im Rahmen eines Pilotversuches auf drei Feuerwachtürmen (Jerischke, Reuthen und Kathlow) montiert und getestet. Der Landkreis Spree-Neiße weist dabei zwei Parameter auf, die für einen realitätsnahen Härtetest von besonderer Bedeutung sind: Zum einen ist das Waldbrandrisiko hier sehr hoch. Zum anderen befinden sich in dieser Region zahlreiche Anlagen des Tagebaus und Industrieeinrichtungen, die durch

Bild 25: Einsatz von FireWatch im flächendeckenden Verbund (Quelle: IQ Wireless GmbH)

die Emission von Staub oder anderen luftgetragenen Schmutzpartikeln eine automatisierte Erkennung von Bränden erheblich erschweren.

Die Zentrale, in der die Bilddaten der drei auf den Türmen angebrachten optischen Sensoren zusammenlaufen, wurde in einem Gebäude der zuständigen Forstverwaltung in Peitz eingerichtet. Während des Pilotversuches ereigneten sich 45 Brände in Wäldern oder der offenen Vegetation (Felder, Wiesen etc.). Alle Brände wurden durch das AWFS innerhalb der vorgegebenen Zeit von 10 Minuten sowohl detektiert als auch der Leitstelle übermittelt und angezeigt. Trotz der Zeit, die das OSS für einen 360° Umlauf auf der drehbaren Plattform benötigt (ca. 8 Minuten), wurde die Brandmeldung durch das AWFS insbesondere in den späten Nachmittagsstunden teilweise früher abgesetzt, als dies den erfahrenen Beobachtern auf den Feuerwachtürmen möglich war (Schneider, 2002). Dies ist darauf zurückzuführen, dass das »Beobachtungssystem Mensch« aufgrund langanhaltender, monotoner Arbeit in einem für die Dauer der Arbeitsverrichtung nahezu isolierten sozialen Umfeld Ermüdungserscheinungen zeigt und damit einem Leistungs- und Konzentrationsverlust unterliegt. Die sich insbesondere in den Hochsommermonaten ergebenden hohen Temperaturen im Feuerwachturm selbst tragen ebenfalls zur Erschöpfung des Menschen bei.

Jedes der drei automatischen Erkennungssysteme traf pro Turm und Stunde ca. 230 Entscheidungen, ob in dem beobachteten Bereich Rauch zu finden ist. Die Fehlalarmquote lag an den meisten Tagen des Auswertezeitraums deutlich unter einem Prozent (Bild 26). Das bedeutet, dass das AWFS während des Pilotversuches pro Stunde ca. zwei Fehlalarme auslöste, die jedoch von einem einzelnen Leitstellenmitarbeiter der Forstverwaltung einfach gehandhabt bzw. überprüft werden konnten (Schneider, 2002). Infolge von Umwelteinflüssen kann die Anzahl von Fehlalarmen zunehmen, insbesondere nach kurzen, heftigen Regenfällen, wenn der Niederschlag verdampft und wieder aufsteigt. Staubwolken, verursacht durch landwirtschaftliche Aktivitäten, können ebenfalls zu Fehlalarmen führen. Die Unterscheidung solcher Emissionen von denen eines Brandes gestaltet sich jedoch auch für erfahrene Mitarbeiter der Forstbehörde, z. B. eingesetzt auf Feuerwachtürmen, unter bestimmten Umständen wegen der Entfernung zum Ereignis und einfallender Lichtreflexionen nicht immer einfach (Schneider, 2002).