Sensoren schlafen nie
25.06.12 – Ulf Schönert
Große, vernetzte Städte sind besonders anfällig für Anschläge und Unfälle. Intelligente Technik soll helfen, schlimmere Katastrophen zu verhindern.
Es geschah am 1. August 2007 um 18.05 Uhr Ortszeit: Plötzlich und scheinbar grundlos stürzte in Minneapolis die Autobrücke über den Mississippi ein. Die I-35W war groß, sie bot Platz für acht Spuren und wurde täglich von 140000 Fahrzeugen genutzt. Das Unglück geschah mitten im Feierabendverkehr, 13 Menschen kamen ums Leben, 145 wurden verletzt. Niemand hatte die Gefahr kommen sehen. So schlimm der Einsturz von Minneapolis war – er steht auch für einen technologischen Neuanfang, einen Epochenwechsel, an dessen Ende es Katastrophen wie diese hoffentlich nicht mehr geben wird. Denn wenn das Beispiel von Minneapolis Schule macht, werden sich Brücken künftig nicht mehr allein auf Stahl und Beton stützen. Sondern auch auf Silizium.
Die neue Brücke, die sich inzwischen über den Mississippi streckt, ist noch größer, noch breiter, noch stärker befahren als die alte. Doch die Wahrscheinlichkeit, dass sie das gleiche Schicksal erleiden wird wie ihre Vorgängerin, liegt nahezu bei null. Denn die neue Brücke ist eine Hightech-Konstruktion: Unsichtbar in ihrem Inneren messen 323 Sensoren permanent den Zustand und die Belastung des Materials. Vibrationen werden ebenso erfasst wie Bewegungen und Temperatur. Automatisch startet eine Enteisungsanlage, wenn die Straße glatt wird. Vor allem aber warnt die Brücke ihre Ingenieure vor Rostfraß. Korrosionssensoren überwachen permanent die Tragfähigkeit der Konstruktion. So kann die neue I-35W schon Jahre bevor es gefährlich wird gesperrt, gewartet und repariert werden.
Damit repräsentiert sie eine neue Generation von Sicherheitstechnik, die Katastrophen aller Art verhindern soll. Nicht nur Brücken, auch neue Straßen, Abwassersysteme, Gebäude und Elektrizitätsnetze werden mit Sensortechnik ausgestattet, die den Zustand von Wänden, Kabeln, Rohren, Ventilen und Trägern meldet und frühzeitig Alarm schlägt, wenn Gefahr droht.
Der Trend zur Hightech-Sicherheit hat einen Grund: Nie waren Städte so verwundbar wie heute. Nicht nur, dass immer mehr Menschen gefährdet sind, wenn sich Katastrophen an Orten ereignen, wo sich wie in der Rushhour von Minneapolis Passanten und Autos drängen. Es ist auch die hocheffiziente städtische Infrastruktur, deren Ausfall in den Ballungszentren sogleich enorme wirtschaftliche Konsequenzen nach sich zieht: Im Fall der Minneapolis-Brücke wurde der finanzielle Folgeschaden durch die fehlende Verkehrsader auf 400.000 Dollar geschätzt – pro Tag.
"Urbanisierung ist erst einmal nichts Schlechtes", sagt Jörn Birkmann, Risikoforscher an der Bonner United Nations University. "Doch es gilt das Prinzip: Je größer die Stadt, desto größer ist auch der Schaden, der bei einer Naturkatastrophe entstehen kann." Besonders bedrohlich seien Erdbeben, Überflutungen, Hitzewellen, Feuer und Nuklearunfälle wie in der unweit der Megacity Tokio gelegenen Atomanlage Fukushima.
"Die Probleme der Stadt von morgen zu lösen, heißt die Probleme der Welt zu lösen", sagt mit einer guten Portion Pathos Mark Cleverley, beim US-Hightech-Konzern IBM zuständig für das Thema öffentliche Sicherheit im firmeneigenen "Smart-City"-Konzept. Die Vision von Cleverley und IBM ist die mit Sensoren gespickte, total überwachte Stadt. In Washington kontrolliert IBM-Technologie auf diese Weise schon das städtische Wasserleitungsnetz, in Chicago wird die ganze Innenstadt mit IBM-Videokameras und automatischer Bild- und Kennzeichen- erkennung gesichert. Mit einem CBIDAS genannten Hightech-Sicherheitssystem stattet IBM jetzt auch die New Yorker Feuerwehr aus. Damit sollen Brände früher erkannt und Einsatzkräfte optimal auf ihren Einsatz vorbereitet werden.
Andere Konzerne arbeiten an ähnlichen Systemen. "Heute haben die Feuerwehrleute, die zu einem Brand ausrücken, oft nur die Information: Es brennt in der Liebigstraße 48", sagt Peter Löffler von Siemens Building Technologies. Mit entsprechender Sensortechnik ausgerüstet, könnten Gebäude in Zukunft Brände viel präziser melden. "Dann wüssten die Feuerwehrleute frühzeitig: Es brennt in der Liebigstraße 48, im dritten Stock rechts, und dort sind noch 20 Personen in Gefahr."
Auch die Evakuierung soll nach Löfflers Vision mit Hightech glatter vonstatten gehen. "Noch hängen bei uns meist nur die bekannten grünen Notausgang-Schilder. Was aber, wenn der Unfall genau dort passiert ist, wo sie hinführen?" Die Lösung könnten dynamische Notfallsignale sein, die Flüchtenden anhand der Daten von Rauch- und Temperatursensoren den wirklich besten Weg aus der Gefahr zeigen. "Die Infrastruktur der Zukunft wird gespickt sein mit Sensorik verschiedenster Art", meint auch Nikolas Seifert vom EU-Forschungsprojekt EMILI ("Emergency Management in Large Infrastructures").
EMILI entwickelt ein Konzept zum Schutz kritischer Infrastrukturen wie Flughäfen, U-Bahn-Tunnel und Stromnetze. Das EMILI-Krisenmanagement setzt dabei auf die Analyse möglichst vieler Daten. Übermitteln genügend Rolltreppen, Rauchmelder, Weichen, Automatiktüren und elektronische Geräte ihren aktuellen Zustand, habe die Zentrale allzeit ein umfassendes Lagebild und könne im Notfall fundiert eingreifen, erklärt Seifert.
Ähnlich wie bei EMILI arbeiten auch zahlreiche andere Forschungskonsortien an neuen Möglichkeiten der IT-gestützten Katastrophenhilfe. Sie konstruieren fliegende Roboter, um Unglücksorte aus der Luft zu überwachen, bauen Handheld-PCs, die das Einsatzkommando umfassend informieren, entwickeln Evakuierungs- und Katastrophenwarnsysteme oder den optimalen multimedialen Kontrollraum für die Einsatzleitung.
Eines dieser Projekte ist das von der Bundesregierung geförderte "security2People", das Feuerwehr, Behörden, Polizei und Rettungskräfte in einem einheitlichen Katastrophenhilfesystem vernetzen will. "Verbesserungsbedarf gibt es vor allem auf Führungsebene", sagt Ralf Kaschow von der Firma CAE Elektronik aus Stolberg und einer der Köpfe hinter dem Projekt. Oft hätten verschiedene Einsatzkräfte voneinander abweichende Lagebilder. security2People soll das ändern: Das Konzept sieht vor, allen Helfern die bestmöglichen Informationen zur Verfügung zu stellen – aktuelle direkt vom Einsatzort und allgemeinere aus den angeschlossenen Datenbanken. "In Zukunft werden Entscheidungen schneller und qualifizierter getroffen", so Kaschow.
Dazu beitragen könnte auch eine Technologie, die das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) zurzeit entwickelt. EmerT heißt der "Krisensimulator", der aus dem DLR-Projekt VABENE entstand und bei Großereignissen wie dem Münchner Oktoberfest schon zum Einsatz gekommen ist. EmerT prognostiziert Menschen- und Verkehrsströme bei Massenveranstaltungen und Katastrophen. Seine Informationen stammen aus unterschiedlichen Quellen: Hochauflösende Luftbilder von Beobachtungsflugzeugen geben Aufschluss über Fußgängerströme, Positionsdaten von Taxis und in Fahrbahnen eingelassene Induktionsschleifen geben Auskunft über den Verkehrsfluss. Bald sollen auch Smartphone-Daten in das System einfließen und am Ende zu einem präzisen Bild führen: Wohin strömen die Menschenmassen? Wo gibt es kritische Stellen, wo Engpässe?
Bei jedem Einsatz reagiert EmerT kompetenter, denn das System lernt. Es speichert, wie sich ähnliche Verkehrslagen in der Vergangenheit entwickelt haben. Dadurch kann es voraussagen, was Menschen tun, wenn eine Katastrophe eintritt. Letztlich könne man auf diese Weise eine Vorstellung davon bekommen, "wie der Verkehr in Ausnahmesituationen tickt", sagt Projektleiter Marc Hohloch. Wenn man die Muster kenne, könne man zuverlässige Prognosen für auf den ersten Blick chaotische Zustände treffen. "Das ist dann nur noch eine Rechenaufgabe."
