ALADIN ohne Lampe!

Das Bundesministerium für Verkehr und Digitale Infrastruktur hat den Förderbescheid für das Projekt ALADIN erteilt!

Am 1. Januar 2021 startete das vom BMVI im Rahmen des 5G-Innovationswettbewerbs geförderte Forschungsprojekt ALADIN „Advanced Low Altitude Data Information System“. In dem Projekt soll ein mobiles 5G-Campusnetz zur Aufklärung, Überwachung, Absicherung und Lageerfassung sowie zur Steuerung von unbemannten Einsatzgeräten in Katastropheneinsätzen entwickelt werden.

Ziel des Projektes ist, neben der Bereitstellung des 5G Netzes und der Anbindung der Einsatzkräfte, die An- und Einbindung von Einsatzgeräten. Dabei handelt es sich um eine Aufklärungsdrohne zur optischen Lageerfassung (Brandherde, Ausbreitung des Brandes etc.), welche über das 5G Netz kommuniziert und um ein über das 5G Netz gesteuertes, unbemanntes Löschfahrzeug.

Den im Katastrophenfall eingesetzten BOS-Kräften (Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben = Feuerwehr, Polizei, THW, etc.) soll es künftig Mithilfe eines dynamisch errichteten und satellitenunterstützten nomadischen 5G-Campus-Netz über verlässliche 3,7-3,8 GHz Datenanbindungen möglich sein, ein vollständiges Echtzeitlagebild zu erstellen.

Dies erfolgt inklusive der Beobachtung von Brandherden und Glutnestern durch den Einsatz unbemannter Drohnen. So können auch Gebiete überwacht werden, bei denen aufgrund von Altlasten-Kontaminationen (insbesondere Bomben-und Granatenblindgänger sowie Munitionsteile) ein Betreten oder Befahren bisher nicht möglich war.

Die innovative Basis-5G-Infrastruktur bilden zwei Edge Cloud basierte 5G Nomadic Nodes des Fraunhofer-Instituts für offene Kommunikationssysteme (FOKUS).

Mehrwert von 5G für die Realisierung

Im Bereich des Rettungswesens und des Katastrophenschutzes versprechen die neuartigen unbemannten und hochautomatisierten Systeme in Kombination mit dem neuen Mobilfunkstandard ausgezeichnete Effektivitäts- und Effizienzperspektiven.

Die angestrebten Anwendungen für Spezialeinsatzkräfte und -fahrzeuge stellen hohe bis extreme Anforderungen an die erforderlichen Kommunikationsinfrastrukturen hinsichtlich Bandbreite, Latenz, Verfügbarkeit und Sicherheit. 5G verspricht diese Leistungsmerkmale – allerdings erst in zukünftigen Standards und Produkten. Hier sei an dieser Stelle die 3GPP (3rd Generation Partnership Project) Release 16 und 17 genannt, die insbesondere erst im Bereich der Ultra Reliable Low Latency Communication (URLLC) auf Basis der 5G Standalone Architecture (SA) die benötigten Leistungsparameter erfüllen werden.

5G wird dabei als globale universelle Kommunikationstechnologie in verschiedensten Spektren zum Einsatz kommen (aktuell auch in Deutschland in den 2G, 3G und 4G Frequenzbändern) und somit sehr flexible Anwendungen in einer gemeinsamen Netzinfrastruktur (z.B. durch Network Slicing) ermöglichen. Die erstmalige Option lokale/private 5G Netze zu realisieren eröffnet weitere Anwendungsoptionen, insbesondere hier gilt Deutschland weltweit als Pionier!

Hersteller von vernetzten Geräten/Maschinen und Betreiber von Speziallösungen müssen sich frühzeitig mit den Möglichkeiten der neuen Technologie vertraut machen, um Ihre Lösungen innovativ und wettbewerbsfähig zu halten sowie neue Anwendungsfelder zu erschließen. Bei den großflächigen Waldbränden in Brandenburg (Treuenbrietzen, Jüterbog, Lieberoser Heide) in den Jahren 2018 und 2019 zeigte sich der Bedarf solcher Kommunikationslösungen sehr deutlich.                                                                                                      

Drohne als 5G Basisstation

Teilvorhabenspezifisches Ziel des Verbundvorhabens sind technologische Forschungen und Experimente zur Entwicklung einer Drohne, die zur Bereitstellung eines Netzwerkes mit Hilfe eines Tethering-Kabels geeignet ist, über entsprechende Kopplungstechniken verfügt und sowohl den Ganzjahres- und Allwetterflug als auch den Tag/Nachtflug ermöglicht. Die Drohne mit Tethering-Kabel soll mit Hilfe einer gewissen Anzahl Micro-Radioheads (5G-Sender/Empfänger mit Sektorantennen) die Reichweite des zur Verfügung gestellten 5G Nomadic Node vergrößern, um im Einsatzfall ein mobiles Datennetzwerk großräumig zur Verfügung zu stellen. Die Stromversorgung und die Datenübertragung der Drohne erfolgt über ein Kabelsystem, welches die Drohne fest mit dem Boden verbindet. Um die Antennen und die Kabel, tragen zu können kommt ein Octocopter mit ca. 100-120 kg Abfluggewicht zum Einsatz, der über vollständige Redundanz und ein Fallschirmsystem verfügt. Die Auslegung und der Aufbau der Drohne erfolgt durch Tholeg Civil Protection Systems.

Edge Video Orchestrator

Der EVO (Edge Video Orchestrator) ist als Querschnittstechnologie zu betrachten und eignet sich zur quasi-latenzfreien Übertragung von Audio, Video und Telemetriedaten. Diese Technologie eignet sich gleichermaßen für Cloud Gaming (hohe Datenrate, geringste Latenz und Reaktionszeit erforderlich) und die Fernsteuerung von Robotern/Löschfahrzeugen/Drohnen über 5G. Die Anforderungen sind deckungsgleich. Der von Smart Mobile Labs entwickelte EVO soll z.B. in einem Waldbrandszenario ermöglichen, dass Lageinformationen einer Drohne, eines Löschroboters oder Daten, die ad hoc von Einsatzkräften vor Ort gesammelt, an das jeweilige Einsatzkommando übermittelt und von dort nahtlos an weitere Interessengruppen verteilt werden, um allen Beteiligten ein Echtzeitlagebild vermitteln zu können. Die eigenständige Anwendung, die u.a. eine App für Smartphones inkludiert, kann zusätzlich mit verschiedener Analysesoftware oder Algorithmen kombiniert werden. Im ALADIN-Vorhaben bietet diese Anwendung die Möglichkeit die verschiedenen Daten zu bündeln und als Gesamtsystem für eine bessere Einsatzlagesteuerung einzusetzen. Ziel ist hier die Erprobung des EVOs in der mobilen und neuartigen 5G-Umgebung und die Untersuchung des Verhaltens sowie der Qualität in verschiedenen Katastrophenszenarien.

Raupenfahrzeug CT25  

Die CT25 ist ein mittelschweres, fernbedientes Raupenfahrzeug, das für Transporte (Mobilfunkmasten, Trafos, etc.) in schwerem Gelände und schwierigen Straßenverhältnissen, wie auch an Steigungen oder in engen Raumbedingungen konzipiert und gebaut wurde. Verschiedene Transportrahmen und auch Sattel­kupplungen können eingesetzt werden. Die CT25 hat bei einem Eigengewicht von 9,5 Tonnen eine Nutzlast von bis zu 30 Tonnen. Auf ihr wird vom Proejktpartner ReloConsult GmbH aus Dreieich (bei Frankfurt a.M.) eine Löschplattform aufgebaut. Die hohe Nutzlast ermöglicht es umfangreiche feuerwehrtechnische Einrichtungen zu adaptieren und zu testen. Es ist eine kontinuierliche Wasserversorgung des Fahrzeugs vorgesehen. Verschiedene Einsatzmittel wie Monitor, Löschlanze, Pumpen, etc. werden integriert. Für den Einsatz auf munitionsbelasteten Flächen, die einen Sicherheits­abstand des Einsatzpersonals von 1.000 Metern erfordern, ist der fernbediente und kameraüberwachte Betrieb auf diese Distanz vorgesehen. Dabei soll letztendlich die Steuerung und Überwachung über das 5G-Netz erfolgen. Ein weiteres Ziel ist die autonome Steuerung des Raupenlöschfahrzeugs direkt von der Überwachungsdrohne.

Aufklärungsdrohne
Zur visuellen Lagebeobachtung aus der Luft bringt das Fachgebiet Luftfahrttechnik der Technischen Hochschule Wildau seine Flächendrohne in das Vorhaben ALADIN ein.

Das unbemannte Luftfahrtsystem ATISS NG (Autonomous Flying Testbed for Integrated Sensor Systems) ist ein Versuchsträger für unterschiedliche Flug-Messaufgaben sowie fotogrammetrische Aufnahme. Der Erstflug des Systems fand im Jahr 2009 statt. Seither wurden mit diesem unbemannten Luftfahrtsystem verschiedene Flugmissionen erfüllt. Das Aufgabenspektrum reicht dabei über Flugleistungsvermessungen bis hin zu Luftbildaufnahmen. Kernpunkt der Auslegung ist ein unabhängig vom Versuchsträger operierender Nutzlastbehälter. Da die flugrelevanten Systeme nicht mit diesem verbunden sind, kann der Nutzlastbehälter den geforderten Ansprüchen entsprechend ausgetauscht werden. Die maximale Abflugmasse des Systems beträgt 25 kg, wobei das unbemannte Luftfahrtsystem eine Leermasse von ca. 15 kg besitzt.

Der ATISS ist ein unbemanntes System, speziell entwickelt, um spezifischen Anforderungen der Einsatzszenarien im Waldbrand- und Katastrophenschutz zu erfüllen. Dafür ist er als Langzeitaufklärungsdrohne mit einer Flugzeit von bis zu acht Stunden ausgelegt. Hier liegt der Fokus vor allem auf der Erforschung und Erprobung der Datenübertragung und Bereitstellung der gewonnenen Aufklärungsinformationen in Echtzeit für die Einsatzkräfte sowie der Übertragung der Steuerungssignale des eingesetzten Autopiloten. All das soll über das 5G-Netz realisiert werden.

Anbindung von Einsatzkräften

Um schon zu Beginn des Vorhabens eine endanwendernahe Auslegung des Gesamtsystems ermöglichen zu können wird das Vorhaben durch die Feuerwehr der Stadt Trebbin unterstützt.

Es sollen verschiedene Fragestellungen untersucht und Erprobungen durchgeführt werden, die auszugsweise wie folgt beschrieben werden:

• Integration bestehender und zukünftiger BOS-Kommunikationstechnik (insbesondere Funktechnik auf digitaler Basis aber auch analog)
• Installation und Integration bestimmter Systemkomponenten zur Erprobung der Handhabbarkeit und Umsetzung in verschiedenen Einsatzszenarien sowie zur Schnittstellenintegration (Bereitstellung von Fahrzeugtechnik wie z.B. Einsatzleit-

oder Löschfahrzeugen und BOS-Messtechnik)

• Untersuchung der Beeinflussung der Funkverbindung durch Qualm, Rauch, etc. (Untersuchung der 5G-Komponenten in einem feststoffbefeuertem Brandübungscontainer im Feuerwehrtechnischen Zentrum möglich)
• Untersuchung der Mensch-zu-Mensch und Mensch-zu-Technik-Kommunikation
• Wie verhält sich die Funktionalität des Gesamtsystems, wenn die allgemeine Kommunikationsinfrastruktur zusammenbricht?

Durch die Einbindung der Einsatzkräfte soll außerdem gewährleistet werden, dass die Integration des Gesamtsystems in bestehende BOS-Strukturen wie z.B. der mögliche Anschluss an Stabsführungs- oder Einsatzleitsysteme und -Software erfolgen kann.