Hoch aufsteigende Rauchschwaden, lodernde Flammen, in Rot gehüllte Straßenzüge, und Menschen, die evakuiert werden und alles zurücklassen müssen – das sind Bilder, die wir in den letzten Jahren wiederkehrend in den Nachrichten zu sehen bekommen. Und schon wieder brennen aktuell, im Winter 2024/2025, die Wälder in Kalifornien. Waldbrände sind angesichts des Klimawandels und damit einhergehender Trockenperioden aufgrund geringen Niederschlags ein weltweites Problem, das auch uns in Deutschland betrifft. Hierzulande steigt vor allem im Sommer die Waldbrandgefahr deutlich an. Doch wie können mögliche Brandherde schon im Vorhinein eruiert werden, damit Waldbrände künftig besser eingedämmt oder bestenfalls verhindert werden können? Dr. Peter Hofmann und die weiteren Mitarbeitenden des Projekts KIWA am Forschungsstandort Freyung haben dafür einen konkreten Plan.
Was ist KIWA?
Die Abkürzung KIWA steht für nichts geringeres als KI-basierte Waldüberwachung. Ziel des Vorhabens ist es, mithilfe Künstlicher Intelligenz (KI) und Fernerkundung per Satellit oder Drohne genauere Vorhersagen über die Waldbrandgefahr in einem bestimmten Gebiet zu liefern. Damit wäre ein präventives oder schnelleres Eingreifen möglich. Das hieße konkret auch, dass mit dieser innovativen, automatischen KI-Fernerkundung keine Einsatzkraft der Feuerwehr mehr wie bisher in ein Kleinflugzeug steigen und über die Risikogebiete fliegen müsste, um nach Rauch oder Glut zu suchen.
Mithilfe von Kameras, die für uns nicht sichtbares Licht im Infrarotbereich erkennen, kann das Projektteam feststellen, ob bestimmte Pflanzen schon sehr trocken sind und einen Brand ermöglichen könnten. Die KI befähigt letztlich einen schnellen Vergleich der aufgenommenen Daten mit zuvor erfassten Daten über die Vegetation, die beispielsweise über einen längeren Zeitraum hinweg über Satelliten gesammelt wurden. Daraus lässt sich ableiten, ob eine Brandgefahr bestehen könnte oder nicht. Langfristig soll die KI schließlich lernen, Risiken abzuschätzen und bestimmte Aktionen auszulösen, wie einen Flug der Drohne zur Überwachung der risikoreichen Fläche. Das wäre eine brandneue Errungenschaft, die in dieser Form noch nicht existiert.
Drohnenflug über Waldbrandgebiet (Quantum-System GmbH)
Beispielhafte Waldüberwachung mit einer Drohne auf einem Bildschirm (Quantum-System GmbH)
Wer steckt hinter dem Projekt KIWA?
Damit das Bestreben optimal gelingen kann, arbeitet die Technische Hochschule Deggendorf mit weiteren Projektpartnern in einem Konsortium zusammen. Die THD ist für die Analyse der Fernerkundungsdaten mit KI und die technische Integration des Datenflusses in das Netzwerk zuständig. Daneben kümmert sich das Unternehmen UI Systems um den Aufbau eines Gesamtsystems, in das die Daten letztlich integriert werden können. Dabei arbeiten sie speziell an der Entwicklung einer KI, welche in der Drohne selbst die Daten zu beispielsweise Rauchentwicklung sammelt und an die Bodenstation schickt. Die Drohnen und das konkrete Wissen darüber werden vom Unternehmen Quantum Systems bereitgestellt, während sich die Universität Bayreuth mit ihrem Expertenwissen im Bereich Ökologie einbringt. Zudem ist die Feuerwehrschule Würzburg als assoziierter Partner mit Praxisbezug in beratender Rolle am Projekt beteiligt. Anhand eines Reallabors in Rotenburg an der Fulda soll schließlich die reale Umsetzbarkeit der Projektziele getestet werden.
Schaubild über die Projektstrukturen (THD)
Waldüberwachung in Bayern und Deutschland
Doch wieso hören wir in Deutschland öfter von Waldbränden in Brandenburg und nicht bei uns in Bayern? Das liegt hauptsächlich an unterschiedlichem Klima und anderen Baumarten. Während bei uns Fichtenwälder mit kühleren, feuchten Böden vorherrschen, so bewachsen vor allem Kiefernbäume die trockeneren Böden in Brandenburg. Hier wäre eine Überwachung des Waldes und seines Trockengrads mittels Drohne und KI für ein schnelles Einschreiten im Ernstfall besonders wichtig.
Die KI-basierte Waldüberwachung könnte allerdings nicht nur im Bereich Waldbranddetektion, sondern auch bei der Bekämpfung anderer Problematiken zum Einsatz kommen. Im Bayerischen Wald könnte dabei die Borkenkäfersituation in den Fokus rücken. Hierfür hätte Dr. Peter Hofmann einige Einfälle, welche sich technisch allerdings noch nicht konkret umsetzen lassen. Einen befallenen Baum von der Luft aus aufgrund optischer Eigenschaften zu erkennen, ist nämlich relativ schwierig. Ein solcher Käfer kann in einem Baum schon sein Unwesen treiben, bevor es optisch überhaupt sichtbar wird. Das Team in Freyung versucht sich daher an verschiedenen Ansätzen, wie beispielsweise, ob eine Suche nach Borkenkäfer-Bohrlöchern mit einem ganzen Schwarm an Drohnen gelingen könnte.
Waldüberwachung in Verbindung mit künstlicher Intelligenz bleibt also auch künftig ein spannendes Thema, welches immer mehr an Bedeutung zunimmt. Obwohl das Projekt KIWA nur noch bis Ende 2025 läuft, ist den Projektpartnern schon jetzt wichtig, daraus auch ein brauchbares Geschäftsmodell zu entwickeln. Schließlich soll das Gesamtsystem den Kommunen im Anschluss auch zugutekommen
Mehr dazu:
Du möchtest noch tiefer in das Projekt und die Beweggründe dahinter eintauchen? In unserem ForschungsFunk-Podcast gibt Projektmitarbeiter Dr. Peter Hofmann vom Technologie Campus Freyung nähere Einblicke in die Arbeit des Projekts und zu seinen persönlichen Hintergründen dazu als Geograph.