Übersichtskarte von Maßnahmen zur Minderung von Hochwasserrisiko. am Beispiel Ahrtal.
Quelle: Disy

Bei FloReST stehen präzise Daten über kleinräumige Oberflächenstrukturen im Zentrum. Mit modernen Technologien wie Drohnen, KI-gestützter Fließsimulation und einer SmartApp wurde ein modularer Werkzeugkasten geschaffen. Damit können Kommunen sehr präzise, kleinräumige Oberflächenstrukturen und potenzielle Gefahrenstellen effizient erfassen – auch großräumig und unter Mitwirkung der Bürger:innen. Die vom Umweltcampus Birkenfeld entwickelte App ermöglicht strukturiertes Melden von Engstellen, Treibgut oder verstopften Durchlässen. Die Hinweise fließen direkt in Analysen ein.

Damit die Vielzahl der verwendeten Datenquellen systematisch genutzt werden kann, wurde von Disy das FloReST Geo Data Warehouse (GDW) aufgebaut. Es verknüpft unterschiedlichste Quellen – von Geobasisdaten über Drohnenaufnahmen bis hin zu Bürgerbeiträgen aus der SmartApp – und sorgt durch einheitliche Georeferenzierung und semantische Standards für Qualität und Vergleichbarkeit in der heterogenen Datenlandschaft. Das GDW fungiert als zentrale Datendrehscheibe für alle Projektbeteiligten und potenziell auch für den späteren landesweiten Einsatz. Damit können Kommunen, Ingenieurbüros oder Behörden auf eine konsistente Datenbasis für Bewertung, Planung und Kommunikation zugreifen.

Detaillierte Ansicht einer Hochwassersimulation.
Quelle: Disy

Basierend auf dem GDW ermöglicht disy Cadenza Analysen und Visualisierungen. Gefährdungskarten, Fließwege, Maßnahmenlisten oder Aufwand-Nutzen-Priorisierungen lassen sich in interaktiven Dashboards mit Tabellen, Kartenansichten oder 3D-Darstellungen zielgruppengerecht aufbereiten. Mit einem differenzierten Rollen- und Rechtemanagement können spezifische Informationsbedarfe von Verwaltung, Politik oder Öffentlichkeit adressiert werden. So entsteht eine fundierte Entscheidungsgrundlage, die sich flexibel an den Bedarf der jeweiligen Nutzergruppe anpassen lässt.

Das Projekt FloReST ist Teil der BMBF-Fördermaßnahme „Wasser-Extremereignisse“ (WaX) und wurde von Februar 2022 bis April 2025 (Kennzeichen: 02WEE1634A-F) gefördert. Das interdisziplinäre Konsortium unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Lothar Kirschbauer von der Hochschule Koblenz vereinte Fachkompetenzen aus Hydrologie, Siedlungswasserwirtschaft, Geoinformatik, Künstlicher Intelligenz, Bürgerbeteiligung und kommunaler Praxis. Projektpartner waren die Disy Informationssysteme GmbH, das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz, die Ingenieurgesellschaft Dr. Siekmann + Partner mbH, der Umweltcampus Birkenfeld und die Universität Trier.

FloReST | Urban Flood Resilience | Smart Tools

Fördermaßnahme WaX-Wasser-Extremereignisse

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Bereits 2020 begann die vfdb mit dem Aufbau einer Geoplattform, um relevante Daten für Feuerwehren, den Rettungsdienst und den Katastrophenschutz zugänglich zu machen. Die ersten Anwendungen fanden während der COVID-19-Pandemie sowie im Rahmen der Hochwasserkatastrophe im Ahrtal 2021 statt. Dabei wurden Echtzeit-Datenerfassungen ermöglicht und Drohnenbilder zur Lageeinschätzung bereitgestellt. Die zunehmenden Herausforderungen durch Naturereignisse und komplexe Schadenslagen zeigten schnell den Bedarf für eine Erweiterung und Modernisierung der Plattform auf.

NPGeo-Kat wurde ist eine nationale Datendrehscheibe, die Einsatzkräften den Zugriff auf einsatzrelevante Geoinformationen ermöglicht.
Quelle: vfdb

Mit der Weiterentwicklung zu NPGeo-Kat wurde nun eine leistungsfähige nationale Datendrehscheibe geschaffen, die Einsatzkräften den Zugriff auf einsatzrelevante Geoinformationen ermöglicht. In Zusammenarbeit mit dem Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) und weiteren Datendiensten wurde ein umfangreicher Katalog aufgebaut, der sowohl öffentliche als auch geschützte Daten umfasst. Die Plattform erlaubt eine flexible Nutzung durch verschiedene Berechtigungsstufen und ermöglicht Organisationen auch, eigene Geodaten bereitzustellen. Der Großteil der bereitgestellten Daten ist für Feuerwehren sowie Organisationen der nichtpolizeilichen Gefahrenabwehr kostenlos zugänglich. Damit verfolgt die vfdb den Ansatz, eine gute Vernetzung aller beteiligten Organisationen, unabhängig von deren Größe oder Aufgabenspektrum, zu erzielen.

Struktur und Funktionalität 

NPGeo-Kat ist in drei Hauptbereiche gegliedert:

• Datenkatalog: Das Herzstück ist eine zentrale Sammlung von Geofachdaten, die von verschiedenen Stellen bereitgestellt und kontinuierlich aktualisiert werden. Hierbei wurden bereits Kooperationen mit dem BKG und weiteren Institutionen geschlossen, um die Aktualität und Validität der Daten zu gewährleisten. Das entlastet die nutzenden Organisationen stark, da eigene Datenrecherche entfällt. Darüber hinaus haben Nutzer die Möglichkeit, eigene Datensätze hochzuladen und mit anderen Organisationen zu teilen.
• Atlas: Der Atlas dient zur schnellen Lagebeurteilung, die eine individuelle Zusammenstellung relevanter Geodaten ermöglicht. Neben der klassischen Kartenansicht bietet der Atlas auch eine 3D-Darstellung, um etwa Geländeprofile und Höhenstrukturen zu analysieren. Dies bedeutet insbesondere bei Wald- und Vegetationsbränden sowie Hochwasserlagen eine wichtige Unterstützung.
• Forum: Für den fachlichen Austausch und zur gemeinsamen Weiterentwicklung der NPGeo-Kat-Anwendungen bietet ein Forum den Anlaufpunkt für den Community-Ansatz der Plattform. Hier können Einsatzkräfte und Experten aus verschiedenen Bereichen Erfahrungen teilen, Bedarfe formulieren und neue Ideen zur Verbesserung der Plattform diskutieren.

Anwendungsfälle und Zukunftsperspektiven 

NPGeo-Kat unterstützt bereits spezifische Anwendungen, darunter den Waldbrandatlas, Simulationstools zur Vegetationsbrandbekämpfung sowie Hochwasserprognosen. Die Nutzung der Plattform erstreckt sich von der Einsatzplanung über die operative Unterstützung vor Ort bis hin zur nachträglichen Analyse von Schadensereignissen. Durch den strukturierten Aufbau können Einsatzkräfte Informationen schnell erfassen, Lagebilder aufbereiten und gezielte Maßnahmen ableiten.

Ein Beispiel für die Einsatzmöglichkeiten ist die Waldbrandbekämpfung. NPGeo-Kat bietet Zugriff auf den Waldbrandatlas des BKG und ermöglicht die Simulation von Brandentwicklungen. Einsatzleitungen können mit diesen Informationen Gefahrenbereiche frühzeitig erkennen und Präventionsmaßnahmen koordinieren. Ebenso werden Hochwasserlagen durch eine Einbindung von Pegelstandsdaten aus „Pegel online“ besser analysierbar, wodurch Frühwarnsysteme optimiert werden können.

Mittelfristig sollen weitere Themenbereiche wie Evakuierungsplanung und Daseinsvorsorge integriert werden. Zudem wird eine Interaktive Lagekarte (ILK) entwickelt. Durch einfache Bedienung und ein strukturiertes Set an taktischen Zeichen aller beteiligten Organisationen wird eine einfache Nutzbarkeit und der schnelle Einstieg ermöglicht. Die ILK kann in eigene Lagekarten eingebunden und in bestehende Systeme integriert werden. Mit Fokus auf einer Führungsebenen übergreifenden Nutzbarkeit baut die Darstellung stufenlos aufeinander auf. Ein Anwendungstest der interaktiven Lagekarte in einem Deutschen Landkreis steht zeitnah bevor. Weiterhin ist eine künftige Anbindung von Sensordaten denkbar, um Echtzeitinformationen in die Lagebewertung einfließen zu lassen.

Die vfdb ruft Fachkräfte und Organisationen zur Nutzung und Mitarbeit auf, um die Plattform als zentrales Werkzeug für geobasierte Einsatzunterstützung zu etablieren. Der offene und kooperative Ansatz soll langfristig dazu beitragen, den Informationsaustausch in Krisensituationen zu verbessern und die Resilienz gegenüber Katastrophen zu stärken.

www.vfdb.de

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Bei einer Katastrophenschutzübung im Rahmen des Forschungsprojekts AIFER wurde disy Cadenza als Lageinformationssystem eingesetzt. Es soll zukünftig Einsatzleitungen unterstützen, lebensrettende Entscheidungen auf Basis valider Echtzeitinformationen zu treffen. Dazu werden Methoden entwickelt, um heterogene Daten zu fusionieren und Massendaten mit Künstlicher Intelligence auszuwerten.
 
Bei der Grußübung im April wurde eine Großschadenslage (Hochwasser)  mit rund 800 Beteiligten durchgespielt. Deutschland und Österreich stellen wissenschaftliche Fachkräfte in den Dienst des Katastrophenschutzes und entwickeln im Forschungsprojekt AIFER gemeinsam ein Lageinformationssystem mit Echtzeitinformationen auf Basis von disy Cadenza. Damit die Einsatzleitung im Katastrophenfall richtige Entscheidungen treffen kann, braucht sie eine valide Datengrundlage. Diese entsteht, wenn alle relevanten Informationen in ein zentrales Lagebild eingehen. „Wir bei Disy beschäftigen uns im AIFER-Projekt mit der Datenfusion, also der Zusammenführung und Aufbereitung heterogener Daten mit disy Cadenza. Die Daten unterscheiden sich in räumlicher und zeitlicher Auflösung, Aktualität, Fokussierung, Zuverlässigkeit, aber auch in den Datenstrukturen und -formaten. Wir wollen also eine praxistaugliche Lösung entwickeln, die alle für Rettungskräfte relevanten Daten synergetisch zusammenführt“, fasst Dr. Andreas Abecker, Leiter Forschung und Innovation, den Forschungsauftrag der Disy Informationssysteme GmbH zusammen.

Neben statischen Geobasisdaten kommt dynamischen Echtzeitdaten dabei eine Schlüsselrolle zu. Durch moderne Technologien steigen in Katastrophenlagen Datenvielfalt, -volumen und -frequenz bis in den Bereich von Big Data bzw. Big Geospatial Data. Um die Echtzeitauswertungen von solchen nutzergenerierten Massendaten in der Lagebewertung berücksichtigen zu können, entwickeln die Projektpartner verschiedene Auswertungsmethoden mit Hilfe der Künstlichen Intelligenz (KI). Alle mit KI-aufbereiteten Daten werden in disy Cadenza für die zielgerichtete Einsatzplanung und -steuerung in benutzungsfreundliche Lagebilddarstellungen in Form von Dashboards zusammengeführt. So können beispielsweise Drohnenaufnahmen verschiedener Zeitpunkte sichtbar machen, welche Straßen überflutet und nur noch für spezielle Einsatzfahrzeuge befahrbar sind.

Evaluation

Die Manöverkritik nach Übungsabschluss zeigte, dass sich das Lageinformationssystem auf Basis von disy Cadenza im Praxiseinsatz bewährt hat. Es bot den Mitarbeitenden in der Einsatzzentrale einen umfassenden Lageüberblick und unterstützte die kollaborative Einsatzplanung und -führung der Krisenstäbe. In den nächsten Wochen evaluieren die Wissenschaftler die Erfahrungen, um Empfehlungen für weitere Systemoptimierungen abzuleiten. Die entwickelte Lösung bietet durch die KI-Auswertung von Fernerkundungs- und Social-Media-Daten und die Fusion der heterogenen Eingangsdaten in integrierte Sichten einen Innovationssprung im Katastrophenmanagement. Da das Lagebild nahezu in Echtzeit erstellt wird, lässt sich der technologische Ansatz nach Angaben von Disy perspektivisch für andere Szenarien weiterentwickeln.

Hintergrundinformationen

AIFER steht für „Künstliche Intelligenz zur Analyse und Fusion von Erdbeobachtungs- und Internetdaten zur Entscheidungsunterstützung im Katastrophenschutz“. Das deutsch-österreichische Forschungsprojekt AIFER läuft noch bis Oktober 2023. Es wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Querschnittsthemas „Künstliche Intelligenz in der zivilen Sicherheitsforschung“ unter den Kennzeichen 13N15525 bis 13N15529 gefördert und vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. koordiniert.

www.disy.net

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