Effizientes Umwelt- und Risikomanagement mit Hilfe von Jedermann GPS-Empfängern

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1 Dr. rer. nat. Jürgen Hammer Amt für Umweltschutz der Stadt Pforzheim Östliche 9, Pforzheim Tel.: / , Fax: / hammerj@stadt-pforzheim.de Zusammenfassung Effektives Umwelt- und Risikomanagement setzt eine möglichst genaue Ortsbestimmung voraus. In den meisten Fällen reicht hierbei eine Genauigkeit im Meterbereich vollkommen aus. Diese Genauigkeit lässt sich mit einem preisgünstigen Jedermann -GPS-Empfänger fast immer erzielen. Unter idealen Bedingungen erreichen diese Geräte verwertbare Ergebnisse, welche die tägliche Arbeit in der Umweltverwaltung effektiv unterstützen können. In Verbindung mit dem Portal für mobile Umweltassistenten (PaUla) können zukünftig alle verfügbaren Umweltinformationen in einem bestimmbaren Umkreis um den GPS-Punkt mit Hilfe eines mobilen TaschenPC ermittelt werden, um notwendige Entscheidungen vor Ort mittels Sachinformationen zu unterstützen. Bestandteile von Jedermann -GPS Systemen Erschwingliche GPS-Systeme finden zunehmend überall dort Anwendung wo eine Ortsbestimmung mit einer Genauigkeit im Meterbereich ausreichend ist. In den letzten Jahren hat die Genauigkeit der Geräte im low budget -Bereich immer weiter zugenommen. Während in den ersten Jahren die Genauigkeit bei diesem Gerätetyp noch im Zehnermeterbereich lag, ist heute bedingt durch Abschaltung des Störsignals und durch Weiterentwicklung der Gerätetypen bzw. der Systemumgebung eine feinere Auflösung im Meterbereich möglich. Wenn in wenigen Jahren ein europäisches GPS-kompatibles System für eine Erhöhung der Satellitenanzahl sorgt, wird eine weitere Verbesserung der Genauigkeit bei Jedermann -GPS-Systemen die Folge sein. Für die Ermittlung und Darstellung von GPS-Ortskoordinaten sind folgende Komponenten wichtig: Mobiles PC-System (TabletPC, PocketPC oder Laptop) mit transreflektivem Display. GPS-Empfänger (GPS-Maus, GPS-Jacket u.ä.). Software (PaUla, ArcPad, digitale Straßenkarten etc.). Mobile PC-Systeme: Mobile PC-Systeme müssen für den Einsatz im Gelände in erster Linie ein tageslichttaugliches Display haben. Diese finden sich vorwiegend bei PocketPC und inzwischen auch bei TabletPC (Abb. 1) wieder, da diese für den universellen mobilen Einsatz entwickelt wurden. Es gibt auch Laptops mit tageslichttauglichen, transreflektiven Displays, diese sind jedoch teurer, können jedoch in dem ein oder anderen Fall sinnvoll sein. Ideal sind TabletPC aber auch PocketPC, die sehr kompakt und leicht sind, jedoch einen sehr kleinen Bildschirm besitzen. 2-1

2 Abbildung 1: TabletPC kompakter PC, ideal für den mobilen Einsatz mit GPS- Systemen GPS-Empfänger: Der zunehmende Bedarf an Navigationssystemen für Autos führte auch im Bereich der preisgünstigen GPS-Systeme zu einem großen Angebot. Da Pocket-PC-Systeme sich hervorragend für die Nachrüstung von Fahrzeugen mit einem Navigationssystem eignen und darüber hinaus auch multifunktionell und kompakt sind, führte gerade in diesem Segment zu einem breiten Angebot an GPS-Systemen. Dort finden sich sowohl Komplettsysteme zur Nachrüstung (Abb. 2) als auch einzelne GPS-Empfänger, sog. GPS-Mäuse (Abb. 3). Diese funktionieren kabelgebunden oder kabellos über eine Bluetooth-Funkverbindung, was eine erhebliche Vereinfachung bei der Nutzung mit sich bringt. Abbildung 3: Kabelgebundenes GPS-Maus- Nachrüst-system für Pocket-PC Abbildung 2: Komplett Nachrüst-GPS-System für PocketPC 2-2

3 Gegenüber den Komplettsystemen mit kleinen Antennenstummeln sind die GPS-Mäuse diesen in der Genauigkeit überlegen. In Zukunft werden sich wohl die Bluetooth-Geräte in diesem PC- Segment durchsetzen. Sowohl kabelgebundene als auch kabellose Modelle lassen sich an fast alle in Frage kommenden PCs anschließen und sind somit universeller einsetzbarer als Komplettsysteme, die mehr oder weniger an ein PC-System gebunden sind. Software: Um Ortskoordinaten mit Kartengrundlage und/oder GIS-Themen zu verknüpfen oder um Informationen zu einem eingemessenen Punkt/Fläche (siehe Kap. Portal für mobile Umweltassistenten) zu erhalten, ist eine spezielle Software (Abb. 4) erforderlich. In der Umweltverwaltung ist hierbei wichtig, dass die Software kompatibel zum eingesetzten GIS-Standard ArcWawibo ist und dass sich diese für vielfältige Digitalisierungsaufgaben im Gelände eignet. Abbildung 4: Software für mobile Datenendgeräte zur Visualisierung von GPS-Ortskoordinaten und zur Verknüpfung mit GIS- Themen. Portal für mobile Umweltassistenten (PaUla) Die Bearbeitung von Aufgaben im Umweltschutz ist nicht immer allein vom Schreibtisch aus zu erledigen, sondern erfordert oft auch die Präsenz vor Ort im Gelände. Während am Arbeitsplatz über vernetzte Arbeitsplatzrechner problemlos auf Informationssysteme wie die XfaWeb-Systeme oder WAABIS zugegriffen werden kann, ist dies im Freien bisher nicht oder nur mit hohem technischen Aufwand möglich. Doch auch dort bzw. gerade dort besteht der Bedarf nach aktuellen, ortsbezogenen Daten (Sachdaten, Karten) und im Einzelfall relevanten, allgemeinen Fachinformationen. Beispielsweise benötigt ein Sachbearbeiter, der zu einem Schadensfall gerufen wird, u.a. Informationen über die Umgebung der Unfallstelle, die Bodenbeschaffenheit oder die Grundwasserverhältnisse. Zugriffsmöglichkeiten auf Stoffinformationssysteme können helfen, das Gefahrenpotenzial des Schadensfalls besser zu beurteilen. Dabei kann die Effizienz der Vor-Ort- Arbeiten im Gelände, z.b. bei der Altlastenbearbeitung oder der Kartierung, merklich erhöht werden. [Forschungszentrum Karlsruhe, 2002]. 2-3

4 Die LfU entwickelt gemeinsam mit dem Forschungszentrum Karlsruhe derzeit ein Portal für mobile Umweltassistenten (PaUla), welches zusammen mit den GPS-Daten auf einem mobilen, im Feld verwendbaren Datenendgerät, sowohl den Online-Zugriff auf Informationssysteme der Umweltverwaltung (XfaWeb-Systeme, WAABIS etc.) und Internet-Angeboten Dritter erlaubt, als auch weitere Funktionen einer einfachen Bürokommunikation wie und Textbearbeitung an fast jedem Ort anbietet. In Besprechungen wird kann das Portal "Informationen" aus der XFaWeb-Familie ebenso anbieten wie Daten aus dem lokalen WAABIS- Pool (lesend). Unvorhergesehene Tagesordnungen, Fragen zu übergreifenden Themenblöcken können ebenso durch PaUla unterstützt wie die bereits erwähnte sach- und ortsbezogene Information von Umweltdaten bei einem Unfall mit wassergefährdenden Stoffen. PaUla ist aufgrund seines integrativen Entwicklungsansatzes, das innovativste Softwareprogramm für die Unteren Verwaltungsbehörden. Das Programm wird durch mobile Sachdateninformation sowohl beim Risiko- und Unfallmanagement als auch bei Besprechungsterminen außerhalb der Desktopumgebung eine wertvolle Hilfe sein. GPS - gestütztes Umwelt- und Risikomanagement Modernes Umweltmanagement beruht auf der Verarbeitung und Verknüpfung komplexer digitaler Umweltdaten. Digitale Sachdaten sind aufgrund ihrer vielfältigen Auswertemöglichkeiten analogen Aufzeichnungen überlegen, da sich komplexe Zusammenhänge allein durch visuelle Überlagerung (Abb. 5) erkennen lassen. Abbildung 5: Verknüpfung durch Überlagerung digitaler Karten mit Hilfe eines GIS- Systems Während im Büro das digitale Umweltmanagement fester Bestandteil der Arbeitsumgebung geworden ist, greift man bei mobilen Einsätzen immer noch auf alte analoge Standards zurück. Im Gelände oder auf Besprechungen werden in der Regel noch Akten und Karten mitgenommen. GPS-gestütztes Umweltmanagement bringt Vorteile gegenüber der konventionellen Arbeitsweise. Diese sind : Automatisierter Abgleich von Karten. Schnelle Digitalisierung von Flächen- Punkt- und Linienobjekten mittels GPS-Daten. Sofortige Verfügbarkeit vom digitalisierten Geländedaten (z.b. Flächen, Punktobjekte u.a.) im Büro GIS. Schnelles und effektives Auffinden von Flächen- Punkt- und Linienobjekte mit GPS-Hilfe. Verlustfreie Rückübertragung von erfassten Umweltdaten (z.b. Grundwasserhöhendaten) auf die Desktopumgebung. 2-4

5 GPS für GIS im Umweltbereich und Naturschutz Beispiel 1: Auffinden einer Grundwassermessstelle in einer veränderten Umgebung: Abbildung 6: Umgebung der Messstelle B3 im Oktober 2000 Abbildung 7: Umgebung der Messstelle B3 im April 2002 Eine typische Situation im Bereich des Umweltmanagements ist das Auffinden von Objekten im Gelände. Häufig ist diese Aufgabe mit einem sehr hohen Zeitaufwand verbunden. Auch wenn Fotos in einer Datenbank für die leichtere Orientierung im Gelände vorhanden sind, kann sich die Situation wie in Abb. 6 und 7 dargestellt, verändern. Hier kommt der Vorteil von eingemessenen Objekten und die Wiederfindung mit GIS-Hilfe voll zum Tragen. Im konkreten Fall konnte mit einem Jedermann -GPS-System die Messstelle mit einer Genauigkeit von 2 Metern eingegrenzt werden. Aber selbst unter ungünstigen Standortbedingungen im Wald bei bewölkten Himmel konnte mit der erreichten Genauigkeit von 30 m ein Pegel eingegrenzt und wiedergefunden werden, obwohl die Umgebung sich verändert hatte. 2-5

6 Beispiel 2: Risikomanagement bei einem Unfall mit wassergefährdenden Stoffen Eine typische Situation bei der Umweltverwaltung ist der Einsatz bei einem Unfall mit wassergefährdenden Stoffen. Ein häufiges Szenarium aus diesem Gebiet ist der LKW-Unfall an der Autobahn. Mittels GPS lässt sich der Unfallstandort mit einer relativ hohen Genauigkeit von wenigen Metern eingrenzen. Gerade im Randbereich von Schutzgebieten ist es für die weitere Bearbeitung wichtig zu wissen, ob sich der Unfall im oder außerhalb des Schutzgebietes ereignet hat. Diese Frage lässt sich mit einem mobilen Datenendgerät mit GIS und GPS Funktionalität sehr leicht klären. In Zukunft lassen sich mit Hilfe von PaUla in einem Umkreis von X-Metern um den Unfallschwerpunkt sämtliche verfügbaren Umweltdaten, wie Schutzgebiete, Deckschichtaufbau, Grundwasserflurabstand u.v.m aus den WAABIS-Datenbanken herunterladen. Die aktuellen Karten und Daten erleichtern dem Vertreter vor Ort verhältnismäßige Entscheidungen zu treffen, um langwierige Rechtsverfahren im Nachhinein mit Versicherungen zu vermeiden. Fragen zur Notwendigkeiten von Sofortmaßnahmen (bspw. nachts und/oder am Wochenende) lassen sich Fakten gestützt leicht beantworten. Aber auch bereits jetzt lassen sich viele Daten auf einem PocketPC oder TabeltPC darstellen. Zusammen mit den Ortskoordinaten und der entsprechenden Software lässt sich GIS-Funktionalität (Abb. 5) der Büroumgebung nutzen. Lediglich für die Aktualisierung der Daten auf dem mobilen Gerät muss gesorgt werden. Beispiel 3: Kartierung von Flächen- Punkt- und Liniendaten mit ArcView oder ArcPad und GPS Die Erweiterung von bestehenden GIS-Projekten ist sicherlich eine der wichtigsten GIS/GPS Aufgaben die im Rahmen des Umweltmanagement anfallen. Biotop-, Altlasten-, Gewässer- und Grundwasserobjekte u.a. bzw. vielfältige Themen um diese Objekte herum, müssen permanent kartiert werden. Nicht immer ist die Genauigkeit von teueren GPS-Lösungen erforderlich. Mit günstigen GPS-Geräten lassen sich Genauigkeiten erzielen, die für viele Zwecke ausreichend sind. Die Beispiele zeigen, dass bereits jetzt mit wenig Geld vieles möglich ist. Die Verbindung von GPS und GIS auf preisgünstigen Systemen wird die Arbeit der Umweltverwaltung in den nächsten Jahren stark verändern. Wenn die WAABIS-Module in einigen Jahren sich auf mobilen Datenendgeräten darstellen lassen, wird dies die Arbeit der Umweltverwaltung vor Ort im Gelände, in den Betrieben und bei Unfällen mit Gefahrstoffen nachhaltig und wirksam unterstützen. Die Ortsangabe durch GPS wird hierbei eine Schlüsselposition haben, da nur Daten in einem bestimmten Umkreis angefordert werden müssen. Dies bedeutet einen raschen Datendurchsatz und damit Akzeptanz beim Nutzer. Für diese Anforderungen reichen Genauigkeiten im Meterbereich aus. Literatur Forschungszentrum Karlsruhe, Ernst Schmid LfU: Projektvorschlag Portal für mobile Umweltassistenten, unveröffentlichtes Projektpapier, 2002 Hammer, Jürgen: Mobile Computing Eine Herausforderung für die konsequente Weiterentwicklung der WAABIS Module, WAABIS-Nachrichten Nr. 12, Oktober 2001, 2-6