Geoinformation in der Chemischen Industrie Der Einsatz von Raumbezug in Geschäftsprozessen

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1 Geoinformation in der Chemischen Industrie Der Einsatz von Raumbezug in Geschäftsprozessen der Werkdokumentation und des Gefahrguttransports erstellt durch: EFTAS Fernerkundung Technologietransfer GmbH erstellt für: Anwenderverband für integrierte Rauminformationen und Technologien e.v. (AIR)

2 Der AIR e.v. bedankt sich bei den Unternehmen und Institutionen, die durch viele Gesprächen und die Zulieferung von Informationen und Grafiken zum Gelingen der Studie beigetragen haben. Insbesondere sind zu nennen: BASF Coatings GmbH (Werkfeuerwehr) / Münster eurofunk Kappacher GmbH Deutschland / Ainring EVONIK Industries AG (Werkfeuerwehr) / Marl Freiwillige Feuerwehr Grünhain-Beierfeld / Beierfeld Freiwillige Feuerwehr Werne / Werne an der Lippe GeoConsult GmbH / Düsseldorf GeoView Kft. / Budapest Henkel AG & Co. KGaA (Geodata & Administration sowie Werkfeuerwehr) / Düsseldorf Intergraph SG&I Deutschland GmbH / Ismaning Institut für Feuerwehr- und Rettungstechnologie (IFR) / Dortmund Kreis Unna (Kreisbrandmeister und Kreisleitstelle) / Unna Stadt Münster (Vermessungs- und Katasteramt) / Münster Verband der Chemischen Industrie e.v. / Frankfurt Seite 2 von 95

3 Impressum Herausgeber Anwenderverband für integrierte Rauminformationen und Technologien e.v. (AIR) Westring Herne Verfasser Dr. Bodo Bernsdorf, Dipl.-Geogr. Sascha Woditsch Anschrift EFTAS Fernerkundung Technologietransfer GmbH Oststraße Münster (Westf.) Version v 1.1 Stand Januar 2014 Inhalt Urheberrecht Copyright Disclaimer Alle in dieser Studie enthaltenen Angaben wurden nach bestem Wissen erstellt und mit größtmöglicher Sorgfalt überprüft. Eine inhaltliche Gewährleistung kann jedoch nicht übernommen werden. Dieses Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne schriftliche Zustimmung des Herausgebers unzulässig. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung in elektronischen Medien. AIR e.v. / EFTAS GmbH Bildquellen Titel: fotolia.de, Bodo Bernsdorf In dieser Studie werden Firmen- und Markennamen genannt. Diese können zugleich eingetragene Warenzeichen oder Wort-/Bildmarken sein. Das Fehlen eines Hinweises wie oder lässt nicht darauf schließen, dass die Bezeichnung einen freien Warennamen kennzeichnet. Ebenso wenig ist zu erkennen, ob ein Patent- oder Gebrauchsmusterschutz vorliegt. Das Projekt wird gefördert mit Mittel der EU und des Landes Nordrhein-Westfalen Seite 3 von 95

4 Inhaltsverzeichnis: 1 Management Summary Einleitung Ausgangssituation Bewertung und Aufgaben der Studie Grundlage: Entwicklung der Geoinformationstechnologie Definitionen Raumbezug und Geoinformation Der 10-Jahres-Rhythmus Der Geodaten-Zyklus Geoinformation in Geschäftsprozessen der Chemischen Industrie Beispiel: Sicherheit des Werkgeländes Beispiel: Sicherheit bei Gefahrguttransporten Bewertung Trends und aktuelle Entwicklungen Anwendungen im Umfeld der Werkdokumentation D in der Werkdokumentation Kurzbeschreibung Beispiele für die Umsetzung und Herausforderungen Bewertung für die Geschäftsprozesse InHouse-Navigation Kurzbeschreibung Umsetzungsbeispiele und Herausforderungen Bewertung für die Geschäftsprozesse Aspekte um die RFID-Technologie Kurzbeschreibung Umsetzungsbeispiele und Herausforderungen Bewertung für die Geschäftsprozesse Anwendungen im Umfeld von Gefahrguttransporten / TUIS Exkurs: Rapid Mapping: Der Einsatz von GIS im Katastrophenmanagement Flugroboter und Spezialsensorik Beispiele für die Umsetzung Bewertung für die Geschäftsprozesse Exkurs: Möglichkeiten des Mirco-Rapid-Mapping mittels Flugrobotern Von der statischen Notfallkarte zum dynamischen Notfallmodell Seite 4 von 95

5 Herausforderungen für den Einsatz von Notfallmodellen bei Gefahrgutunfällen Einschub: Szenario Werk-Roboter Folgerungen Geodateninfrastrukturen, Geodienste und Lageführungssysteme Kurzbeschreibung Beispiele für die Umsetzung Einschub: Copernicus Bewertung für die Geschäftsprozesse Geofencing / GeoAlarm Beispiele für die Umsetzung Bewertung für die Geschäftsprozesse Fazit Literatur Fachbücher, Zeitschriftenartikel und Vorträge Internetquellen Management Summary Die vorliegende Studie befasst sich mit der Nutzung von Geodaten und Geoinformationen im Umfeld von Anwendungen in der Chemischen Industrie. Sie gliedert sich in drei große Bereiche: Zunächst wird die allgemeine Ausgangslage in der Geoinformationswirtschaft dargestellt. In der Folge werden die resultierenden Ansätze auf Beispiele in der Chemischen Industrie adaptiert. Hier stehen stellvertretend zwei Geschäftsprozesse im Vordergrund: Für die Sicherheit auf Werkgeländen sowie bei Gefahrguttransporten wird der Nutzen von raumbezogenen Informationen in der Chemischen Industrie umfassend dargelegt. Der dritte große Teil der Studie befasst sich mit aktuellen Trends und Entwicklungen im Umfeld der Anwendungen aus der klassischen Werkdokumentation von Chemiewerken resp. Chemieparks. Die Werkdokumentation ist eine hervorragende und nahezu unverzichtbare Quelle für Informationen in Störfällen und so werden insbesondere Themen wie 3D-Anwendungen, die InHouse-Navigation sowie RFID behandelt. Da die Sicherstellung der Geschäftsprozesse, die sog. Business Continuity, ein erheblicher Grund für Sicherheitsanwendungen in diesem Umfeld ist, runden neuste Entwicklungen um die Logistik von Gefahrguttransporten mit Schwerpunkten auf Geofencing und Flugrobotern den dritten Teil ab. Hier werden Transportunfälle und diverse Methoden der Behandlung solcher Unglücke aufgezeigt. Dabei weicht dieser Teil insofern von der üblichen Vorgehensweise der bisherigen AIR-Studien ab, als dass er keine Best Practise- Anwendungen aufgreift, sondern bereits Zukunftsszenarien thematisiert, die sich aus heutigen Anwendungen ableiten. Diese Vorgehensweise resultiert aus der Tatsache, dass während der Seite 5 von 95

6 Erstellung der Studie Gespräche unter anderem mit Werkfeuerwehren durchgeführt wurden, die die dargestellten Anwendungen bereits implizierten. Prinzipiell werden aus Ansätzen für Großschadenslagen Methoden abgeleitet, die für Gefahrgut-Einsätze auf den Werkgeländen und insbesondere im Transportunfall außerhalb eines Werkgeländes eine Rolle spielen können. Neben dem Nutzen von Geodateninfrastrukturen wird auch das Angebot von Copernicus beleuchtet. Anwendungen des Geofencings sowie der Einsatz von Flugrobotern und optischen Spezialsensoren runden die Darstellung ab. Die Studie wird Geoinformationsanwendungen in der Chemischen Industrie als eine grundlegend wichtige Funktion für den Produktionsprozess darstellen. Man wird aber gerade im Umfeld der Transportunfälle erkennen, dass es noch erhebliche Hindernisse gibt. Denn Geo- Dienste werden den Feuerwehren, die solche und weitere Informationen im Einsatzfall gut nutzen könnten, nicht oder nur selten angeboten. Daher existieren oft nur ganz klassische Ansätze, die ohne moderne GeoIT-Unterstützung auskommen. Möglichkeiten, die der Chemischen Industrie helfen, die Geschäftsprozesse zu sichern oder die Produktion schnell wieder herzustellen und Schäden zu begrenzen, gehen aktuell ein Stück weit an den Kräften der Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben vorbei. Im Sinne des folgenden Zitats eines sächsischen Feuerwehrchefs, der State-of-the-Art- Methoden erfolgreich einsetzt, kann sich der Leser den Themen aber durchaus annähern: Wir sind z.z. noch Exoten, aber wenn niemand ein innovatives Thema aufgreift, würde wohl die Brandbekämpfung noch immer mit Löscheimern durchgeführt werden. Wir hatten den Mut und auch den langen Atem, sowie eine gewisse Hartnäckigkeit. (Stadtteilwehrleiter Jörg Zimmermann, Freiwillige Feuerwehr Beierfeld zur Nutzung von Flugrobotern in einer Freiwilligen Feuerwehr, vom ) Hinweise für eilige Leser: Die Studie stellt das Thema umfangreich mit vielen Anwendungsbeispielen dar. Eilige Leser können sich einen guten Überblick verschaffen, wenn sie sich auf die Beschreibung der Ausgangssituation (Kapitel 2.1), die Bewertung von Geoinformation in den Geschäftsprozessen (Kapitel 3), das ein oder andere Anwendungsbeispiel und das Fazit in Kapitel 5 beschränken. Seite 6 von 95

7 2 Einleitung 2.1 Ausgangssituation Geoinformationen werden in der Chemischen Industrie vielfältig eingesetzt. Die vorliegende Studie wird zwei große Bereiche beleuchten: Werkdokumentation und Störfallmanagement. Der Bogen ließe sich weiter spannen, denn auch die Rohstoff-Exploration und gewinnung sowie alle damit verbundenen Prozesse wie die Logistik an sich stellen die Frage nach dem Wo? und Wohin? Die Studie beschränkt sich auf die eigentliche Umgebung der Produkt- oder Halbfertigprodukterzeugung und der damit verbundenen Logistik (Gefahrgut-Transport). Denn für Außenstehende ist nicht auf den ersten Blick ersichtlich, wie die Produktion chemischer Substanzen mit der Verarbeitung und Nutzung von Geoinformationen verbunden ist. Doch die Herstellung chemischer Güter geschieht zum Großteil in sog. Chemieparks. Bereits diese Ordnung beinhaltet einen Raumbezug, da sich viele der 37 Mitglieder der Fachvereinigung Chemieparks im Verband der Chemischen Industrie (VCI) deutschlandweit in fünf Chemieregionen zusammengeschlossen haben (vgl. Abbildung 1): CeChemNet im Dreieck Berlin Leune/Halle Schwarzheide, ChemCoast im Dreieck Wilhelmshaven Seelze/Hannover Brunsbüttel, ChemCologne im Rheinland, ChemSite mit dem Schwerpunkt Marl / Castrop-Rauxel und Dortmund sowie ChemDelta Bavaria in Südostdeutschland Abbildung 1: Chemieverbünde in Deutschland (Quelle Hintergrundkarte: vci.de (vgl. [1]). Natürlich gibt es weitaus mehr Unternehmen der Chemischen Industrie, als diese Verbünde umfassen. Die Abbildung zeigt beispielsweise eine weitere Konzentration im Raum Frankfurt a.m., die grob der Hessen Trade and Invest GmbH (HTAI) zuzuordnen sind, die sich aber nicht Seite 7 von 95

8 auf die klassischen Aufgaben der Chemieparkbetreiber fokussiert. Chemiepark- Zusammenschlüsse sind nicht nur wirtschaftlich interessant 1. Die Lokalisierung in den Ballungsräumen Rhein-Ruhr, Ruhr, Hannover/Hamburg, Berlin/Halle/Leipzig und München deutet darüber hinaus an, dass die Chemieparks einen großen Bedarf an Arbeitskräften haben. Nicht umsonst werben die Standorte im Verbund ChemCoast mit dem Menüpunkt Lebensqualität auf ihrer WebSite (vgl. [2]). Zudem bieten diese alten Industrieräume eine über viele Jahrzehnte ausgebaute Infrastruktur von Autobahnen, internationalen Flughäfen und Schifffahrtswegen (binnen und/oder See) und lösen somit die Transportfragen der Chemischen Industrie für den weltweiten Vertrieb der Produkte. Als Beispiel für die Wichtigkeit solcher Aspekte kann die Internetseite chemieatlas.de des Kreises Recklinghausen dienen (vgl. [3]). Diese Seite ist vom Verbund ChemSite verlinkt und enthält neben den Positionen der ChemSite-Mitglieder insbesondere Angaben zu weiteren Industrieparks, Container- und Umschlagterminals der Bahn, Häfen wie Duisport und Flughäfen. Dargestellt werden die Informationen auf einer OpenStreet- Map-Karte (OSM 2 ), die neben den Großstädten an Rhein und Ruhr ganz besonders das Autobahnnetz hervorhebt und auf den ersten Blick eine optimale Logistikkapazität vermuten lässt (vgl. Abbildung 2). Insofern sind es (raumbezogene) Standortvorteile, die zu dieser Konzentration in räumlich abgrenzbare Verbünde führen und letztlich auch die Clustervorteile bedingen, die den Chemieparks immer wieder neue Unternehmen zuführen. Denn nur an solchen Standorten können neue Unternehmen beispielsweise von der allgemeinen Mitarbeiter-Fluktuation profitieren und gut ausgebildete Bedienstete akquirieren. Im Grenzgebiet Sachsen-Anhalt Thüringen Niedersachsen ist das offensichtlich erheblich schwerer als in der Rhein-Ruhr-Schiene, wo der Strukturwandel weg von Kohle und Stahl ein unglaubliches Arbeitskräftepotential frei gesetzt hat. Solche Fakten haben einen klaren Raumbezug und sind für eine Standortentscheidung definitiv relevant. Geomarketing-Werkzeuge finden auf entsprechende Fragestellungen gute Antworten. Hier soll aber aufgezeigt werden, dass schon in frühen Phasen wie der Entscheidung über den Standort der Unternehmen Geodaten und informationen die Geschäftsprozesse der Chemischen Industrie unterstützen. Die Studie wird auf die beiden genannten Themenschwerpunkte 1 Laut VCI umfassten die in der Fachvereinigung Chemieparks zusammen geschlossenen 37 Unternehmen im Jahr 2010 immerhin rund Mitarbeiter, ca. 60 % aller Beschäftigten in der Chem. Industrie (vgl. [1]). 2 OpenStreetMap (OSM) ist ein im Jahre 2004 gegründetes internationales Projekt mit dem Ziel, eine freie Weltkarte zu erschaffen. Dafür sammeln wir weltweit Daten über Straßen, Eisenbahnen, Flüsse, Wälder, Häuser und vieles mehr. (vgl. [4]). Seite 8 von 95

9 Werkdokumentation und Störfallmanagement fokussieren. Denn hier gibt es aus Sicht der Autoren besondere Herausforderungen sowie klare Zukunftsperspektiven. Aktuell ist schwer zu bewerten, inwieweit die Chemische Industrie einerseits raumbezogene Lösungsansätze findet und andererseits versteht, dass eine raumbezogene Betrachtungsweise ihre Prozesse unterstützen kann. Zur Festigung dieser Sichtweise soll die Studie beitragen. Abbildung 2: Infrastrukturdarstellung auf chemieatlas.de in einer Verlinkung vom ChemSite- Internetauftritt. Die Abbildung zeigt die Bedeutung der Infrastruktur in der Umgebung der Chemie- Verbünde (Quelle: chemieatlas.de, vgl. [3]). 2.2 Bewertung und Aufgaben der Studie Die Studie ist Teil des Projektes geonet 2.0, das zum Ziel hat, die Nutzung von Geoinformation und Raumbezug in mehreren Zielbranchen zu eruieren. Es geht letztlich um die Geschäftsprozesse in den Branchen und die Frage, ob Raumbezug benötigt wird oder was passiert, wenn Raumbezug nicht genutzt wird. Seite 9 von 95

10 Die Aufgabe der vorliegenden Studie besteht darin, für die Chemische Industrie eine Diskussionsgrundlage zu schaffen. Aus Sicht der Geoinformationsbranche weist dieser Industriezweig einen starken Bezug zu den Möglichkeiten raumbezogener Technologien auf. In der Folge werden Gespräche mit Experten geführt, die aus Sicht der Chemischen Industrie die Aussagen der Studie bewerten und ermitteln, welche der hier dargestellten Möglichkeiten die Prozesse optimieren können. Durch die Einbindung der Branchenexperten wird die Sicht des Geo-Spezialisten beleuchtet und hinterfragt. Im Fokus steht die Eruierung der Notwendigkeit von Raumbezug in den jeweiligen Prozessen. Der Blick soll somit von der angebotsgetriebenen Sichtweise der Geoinformationswirtschaft auf die tatsächlichen Notwendigkeiten für die Nutzung von Raumbezug in der Chemiebranche gelenkt werden. Die Darstellung wird nachfolgend um diese Sichtweise der Branchen-Experten ergänzt, in der Absicht, zukünftig zielgenauere Hinweise zu wichtigen Lösungen seitens der Geoinformationswirtschaft liefern zu können. 2.3 Grundlage: Entwicklung der Geoinformationstechnologie Die Entwicklung um das Thema Raumbezug in der Chemiebranche lässt sich nicht unabhängig von der Entwicklung der Internet- und Mobilfunktechnologie oder der technologischen Entwicklungen der Geoinformationsbranche erklären. Die Chemische Industrie ist dabei eine nutzende Branche, die zwar die Notwendigkeiten definiert, aber auf generell existierende Entwicklungen zurückgreift. Anwendungen sind daher häufig in einem anderen Umfeld bereits gängig und werden für den Industriezweig adaptiert Definitionen Raumbezug und Geoinformation Die Begriffe der Geoinformationswirtschaft, die in dieser Studie eine Rolle spielen, sind insbesondere Raumbezug, Geodaten, Geoinformation und Geographisches Informationssystem. Entsprechend der obigen Ausführungen bewegt sich die Chemiewirtschaft im Raum, sobald ein Unternehmen einen Standort sucht. Es werden Rohstoffe benötigt, die aus der Förder- oder Abbauregion über Straße, Eisenbahn, Wasser oder Luft von der Fundstelle zum verarbeitenden Betrieb verbracht werden müssen. Innerhalb eines Chemieparks ist vom Fundament einer Produktionsanlage über Leitungs- und Kabelbrücken bis hin zum Reagenzturm von den Geoinformatikern und Facility Managern alles exakt verortet, so dass Anlagen, Energie- und Stoffleitungen vollständig raumbezogen kontrolliert werden können. Rohstoffe werden auf dem Gelände angeliefert und über bevorzugte Routen geführt, um Verladezeiten kurz und Verkehrsaufkommen gering zu halten. Fertig- und Halbfertigprodukte werden in den Handel oder zur Weiter- Seite 10 von 95

11 verarbeitung transportiert. Und letztlich muss sich auch ein Kunde im Raum bewegen, um die benötigte Medizin in der nächsten Apotheke oder Klebstoff und Reinigungsmittel im Baumarkt zu kaufen. Der Raumbezug ist das verbindende Element aller Objekte und Prozesse, die sich auf der Erdoberfläche verorten lassen. Er beschreibt die räumliche Beziehung der Objekte zueinander, also Entfernung, Richtung, Höhe, etc. Nach den klassischen Definitionen (vgl. z.b. Bill, R. 2010, [5]) kann dieser Raumbezug in Informationssystemen jedoch unterschiedlich abgebildet werden. In der Geodäsie werden die Objekte der realen Welt gemeinhin über Bezugssysteme als Koordinatenpaare abgebildet. Auf diesem Wege wird eine sehr hohe Lagegenauigkeit erreicht, was als primäre Metrik bezeichnet wird. In vielen Fällen ist diese Genauigkeit aber nicht notwendig und es wird beispielsweise über Kennziffern (sekundäre Metrik) agiert. Diese Ziffern können Postleitzahlen oder Wahlbezirke zugeordnet sein, die letztlich angeben, dass ein Objekt innerhalb einer definierten Grenze zu finden ist, nicht aber exakt wiedergibt, wo genau es sich in diesem Areal befindet. Das Areal selbst ist jedoch vergleichsweise genau verortet. Für die meisten Anwendungen in der Chemischen Industrie ist die sekundäre Metrik eher unbedeutend, sieht man von Endkundenanalyen ab, die mehr über das Einzugsgebiet eines Supermarktes oder einer Apotheke herausfinden möchten. In der Statistik wird diese Art des Raumbezugs aber häufig genutzt. Beispielsweise beschreibt jeder der oben genannten Chemiepark-Verbünde seine Wirtschaftskraft innerhalb seiner Grenze, die letztlich nur virtuell existiert und bestenfalls durch Verbindung der Positionen der Abbildung 3: Beispiel für ungenau definierte sekundäre Metriken. Ein Bezug z.b. von Umsatzzah- Unternehmen im Verbund definiert wird. Da len zum Raum ist nur schwer möglich (Quelle nicht über Koordinaten exakt definiert ist, wie Hintergrundkarte: vci.de (vgl. [1]). diese Grenze aussieht, kann sich darunter jeder etwas anderes vorstellen, was die Abbildung 3 veranschaulicht. Das ist gleichzeitig ein Beispiel dafür, dass Raumbezug nicht in jedem Fall eine entscheidende Rolle spielt. Denn es käme vermutlich niemand auf die Idee, Umsatzzahlen der Chemiepark-Verbünde auf die Fläche in imaginären Grenzen umzurechnen. Um den Raumbezug eines Objektes nutzen und auswerten zu können und es in das korrekte räumliche Verhältnis zu anderen Objekten zu setzen, werden in den Informationssystemen Geodaten benötigt. Hier wird zwischen Geobasisdaten und Geofachdaten unterschieden. Seite 11 von 95

12 Geobasisdaten sind eine Teilmenge der Geodaten, welche die Landschaft (Topographie) und die Liegenschaften der Erdoberfläche interessenneutral beschreiben. Zu ihnen zählen im Wesentlichen die Daten der Vermessungsverwaltung, die als Grundlage für viele Anwendungen geeignet sind. (vgl. Bill, R. 2010, [6]). Es handelt sich etwa um die kartographische Grundlage, auf der spezielle Themen abgebildet werden. Diese Themen werden als Geofachdaten bezeichnet: Geofachdaten sind die in den jeweiligen Fachdisziplinen erhobenen Daten. Durch den Zusatz Geo soll konkretisiert werden, dass auch diese Daten einen Raumbezug besitzen. (vgl. Bill, R. 2010, [7]). Hier wird es nun für bestimmte Bereiche besonders interessant, denn diese Definition ist sehr weit gefasst. Alles, was in einem Chemiepark verortet werden kann, ist möglicherweise für die Werkfeuerwehr relevant. Neben der Position der Gebäude, den Stofflagern und Rettungswegen gehört dazu jegliche Information, die ein Objekt von Interesse (OVI oder Point of Interest, POI 3 ) beinhalten kann. Dazu zählen in modernen Portalen unter anderem die textliche Beschreibung sowie 360 -Panoramen, Fotos, Audio- und Video-Beiträge, die ein Objekt charakterisieren. Auch die Bilder der Perimeter-Überwachung sind Teil dieser Geofachdaten. Jede Information ist mit dem Objekt verbunden, weist damit einen Raumbezug auf und lässt sich in solchen Systemen auch auswerten. Die Werkdokumentation nutzt diesen Umstand, indem sie z.b. auf Informationen des Facility Managements verlinkt, die dann per Mausklick verfügbar werden. Ein Beispiel: Bringt man die Position eines Chemieparkbesuchers mit den auf den Geobasisdaten der Werkdokumentation abgebildeten Geofachdaten (Fahrwege, Rangiervorgänge, Gefahrstofflager, etc.) in Verbindung, entsteht eine Information, die klassische und raumbezogene Fragen für den Werkschutz beantworten kann: Wo befindet sich der Besucher gerade? Ist er auf dem korrekten Weg zu seinem Gesprächspartner, findet er den Parkplatz, das korrekte Gebäude, den Besprechungsraum? Was befindet sich aktuell in seiner Nähe? Welches ist im Störfall der beste Evakuierungsweg/Sammelplatz? Wie viele Besucher befinden sich noch im Gebäude und wo genau befinden sie sich? etc. 3 Objekt von Interesse (OVI) wird international auch als Point of Interest (POI) bezeichnet. Ein POI ist die Bezeichnung für wichtige Objekte, meist aus dem öffentlichem Bereich, die als punktförmige Daten gespeichert werden (vgl. [8]). Seite 12 von 95

13 Aufbauend auf diese raumbezogenen Fragen kommen die Informationen über die Umgebung vom Fahrweg bis zum POI ins Spiel. Zu diesem Zweck nutzt das Personal als klassisches Arbeitsmittel die Karte oder um sie z.b. von Karten der Zugangssysteme begrifflich abzugrenzen die Landkarte, sei sie dem Besucher am Werktor ausgehändigt oder dem Mitarbeiter als WebService angeboten. Eine Karte ist ein maßstäblich verkleinertes, vereinfachtes (generalisiertes), inhaltlich ergänztes und erläutertes Grundrissbild der Erde (bzw. von Teilen der Erde) oder anderer Weltkörper und des Weltraumes in einer Ebene (topographische Karte). In der Regel wird darunter eine analoge Abbildung auf Papier o.ä. dauerhaften Trägern verstanden; (vgl. Bill, R. 2010, [9], vgl. Abbildung 21). Eine Landkarte erfüllt alle Anforderungen an ein Informationssystem. Dieser Begriff ist sehr generisch definiert und verlangt die rechtzeitige Versorgung der Handlungsträger mit allen notwendigen und relevanten Informationen in wirtschaftlich sinnvoller Weise. [Ein] Informationssystem bildet [das] Medium für Entscheidungsfindung und durchsetzung. [ ] Im Informationssystem vollzieht sich der Informationsprozess. (vgl. [10]). Genau diese Aufgabe übernimmt die Landkarte oder der Plan für viele Mitarbeiter in einem Chemiepark. Ein Service-Techniker benutzt Karten und Pläne, um sich in den Anlagen zu orientieren. Der Lieferant benötigt Informationen, um den kürzesten Weg zur Entladestelle zu finden. Besucher müssen vom Werkstor zum Besprechungsraum, Reparaturteams suchen Schadstellen im Leitungssystem sowie entsprechende Schieber, die Werkfeuerwehr benötigt Zugänge zu Brandräumen. Die Karte als verkleinertes Abbild der Realität des Chemieparks liefert hierzu alle notwendigen Informationen. Durch das Studieren der Karte vollzieht sich der geforderte Informationsprozess, die Mitarbeiter können aufgrund des Überblicks über Alternativen entscheiden und die Aufgabe zielgerichtet durchführen. Seit den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts werden Geodaten auch digital verarbeitet (vgl. Bill, R.& Fritsch D. (1991). Aus den Anfängen haben sich die Geographischen- oder Geo- Informationssysteme (GIS) entwickelt: Ein Geo-Informationssystem ist ein rechnergestütztes System, das aus Hardware, Software, Daten und den Anwendungen besteht. Mit ihm können raumbezogene Daten digital erfasst und redigiert, gespeichert und reorganisiert, modelliert und analysiert sowie alphanumerisch und graphisch präsentiert werden. In verschiedenen Anwendungsgebieten entstehen spezielle Ausprägungen von GIS, wie z.b. KIS (Kommunales IS), LIS (Land-IS), NIS (Netz-IS), UIS (Umwelt-IS), RIS (Raum-IS) und FIS (Fach-IS). (vgl. Bill, R. & Fritsch, D. 1991, [11]). Seite 13 von 95

14 Entsprechend dieser Definition kann auch ein Werk-(Geo)-Informationssystem als spezielle Ausprägung von GIS im Bereich des Chemiepark-Managements verstanden werden. Denn viele Fragestellungen lassen sich über einen Blick in die Karte beantworten. Solche Werk-Informationssysteme stellen Geodaten systematisch für das Informationsbedürfnis des Chemiepark-Betreibers zusammen und bieten sie entsprechend der Fragestellung an. Nach Aussagen der Geoinformations-Spezialisten der Firma Henkel AG und Co. KGaA (im Folgenden: Henkel) gibt es dabei einen großen Unterschied zu einem kommunalen GIS. Denn der Informationsgehalt eines Werk-Informationssystems ist erheblich größer. Sind in einer Kommune oder einem Kreis diverse Stellen (Ämter, Abteilungen) für das Erfassen spezifischer Daten aus den Bereichen Kataster und Vermessung, Umwelt, Tiefbau, Grün etc. zuständig und besitzen meist jeweils ein eigenes, spezifisches Informationssystem, so werden im Chemiepark alle Fragestellungen von einer zentralen Stelle zusammen geführt. Benötigt die Kommune daher eine auf definierten IT-Standards basierende Geodateninfrastruktur (GDI 4 ), um eine Zusammenschau zu realisieren, lassen sich im Werk-Informationssystem alle Fragestellungen aus dem zentralen Datenbestand ableiten. Ein solches digitales Medium ist in der Lage, alle Informationen auszublenden, die für die aktuelle Fragestellung nicht relevant sind. Andererseits lässt sich aber gleichzeitig auch alles ohne größere Aufwände miteinander in Beziehung zu setzen. Für LKW-Fahrer zeigt das System keine Besprechungsräume an, für den Besucher keine Durchfahrthöhen unter rohrbrückenverlegten Produktleitungen. Die Werkfeuerwehr kann beides in Beziehung setzen, wenn es zum Beispiel zur Rettung eines Besuchers aus einem Besprechungsraum im vierten Stock notwendig ist, den Aktionsradius einer Drehleiter zu bewerten. Der Nutzer wird so in die Lage versetzt, seine raumbezogenen Fragen einfach zu beantworten. Je nach Umgebung kann dies offline über stationäre Geräte (PC), online per Web-Service oder mobile Geräte (Tablets, Smartphones) geschehen. Ein wichtiger Aspekt für die vorliegende Studie ist die Diskrepanz zwischen der Sichtweise der Geoinformationswirtschaft und des Nutzers im Umfeld der Prozesse der Chemischen Industrie. Verbindet der Geo-Spezialist mit einem GIS eine eher komplexe Maschinerie (vgl. obige Definition), die im Idealfall ihre Daten auch noch über eine ausgefeilte und standardisierte Infrastruktur (der GDI) bezieht, sind die Fragen der Anwender oft sehr einfach. Ein Blick auf die Karte reicht aus, um sie zu beantworten. Daher kommen in den Geschäftsprozessen oft nur einfache 4 Unter einer Geodateninfrastruktur (GDI) versteht man den standardisierten Verteilmechanismus für Geodaten. Standards des Datenaustauschs sind dabei erheblich, da sich die unterschiedlichen Informationssysteme auf dieser Basis verständigen und die Daten jeweils korrekt wiedergeben. Detaillierte Definition vgl. [12]. Seite 14 von 95

15 Anwendungen zum Tragen, die jeder ohne Schulung sofort bedienen kann. Anwendungen müssen sich an den Nutzern und ihren Bedürfnissen orientieren und nicht umgekehrt. Dahinter steht eine lange Entwicklung und ein enormer technischer Fortschritt auf Seiten der Geoinformationswirtschaft (GIW) und der Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) im Allgemeinen. Dazu kommt der entsprechende Lernprozess, um von den technischen Möglichkeiten auf den konkreten Anwendungsfall zu abstrahieren Der 10-Jahres-Rhythmus Hinweis: Die folgenden Überlegungen in Kapitel und Kapitel sind Resultate aus einem Gespräch zwischen einem der Autoren und Prof. Dr. Roland M. Wagner, Beuth Hochschule für Technik, Berlin (vgl. [13]) Die Entwicklungen der Geoinformationswirtschaft in den letzten 30 Jahren (vgl. Abbildung 4), unterlagen einem starken Wandel. Mitte der 80er Jahre des letzten Jahrhunderts waren GIS sehr komplexe und nur von Experten zu bedienende Werkzeuge. Wochenlange Schulungen und jahrelange Erfahrung waren nötig, um einfache Ergebnisse zu erzielen. Mit der Entwicklung der IT, insbesondere der Workstation- und PC-Umgebungen, war GIS nur etwas für den Spezialisten, konnte graphisch aber sehr ansprechend sein. Breite Anwenderschichten gab es nicht. Das änderte sich Mitte der 1990er Jahre mit der Verbreitung von Client-Server-Systemen. Ab sofort war der Zugriff auf geographische Information physikalisch durch eine größere Nutzergruppe innerhalb geschlossener IT-Umgebungen möglich. Vernetzte Arbeitsplätze waren üblich und so wuchs die Gruppe derjenigen, die mit raumbezogenen Informationen in Kontakt kamen. Mitte 2005 brachten verschiedene Entwicklungen die Geodaten ins Internet. Zum einen waren mit der großflächigen Einführung von DSL 5 Bandbreiten zu erzielen, die sinnvolle Geo- Anwendungen unterstützten. Auch zeigten die GDI-Bestrebungen erste Erfolge: Geodaten konnten entsprechend definierter Standards über das Internet ausgetauscht werden 6. Das war zwar schon früher generell möglich, aber die neu definierten Standards ließen interessante Anwendungen entstehen. Am Beispiel einer Eisenbahn-Infrastruktur wird das Prinzip verständlich: 5 DSL ist ein Übertragungsstandard für Daten im Internet. Definition z.b. unter [14]. 6 Das sind insbesondere die Standards des Open Geospatial Consortiums (OGC) wie z.b. der WebMapping-Standard WMS, die durch ISO und DIN später aufgegriffen und verbreitet wurden. Seite 15 von 95

16 Erst eine genormte Spurbreite ermöglichte den Transport von Eisenerz aus Narvik nach Neapel, ohne die Ware umladen zu müssen. Die Normierung des WebMapping stellte die Zusammenführung von Daten aus unterschiedlichen Internetquellen zu einer Karte sicher und generierte neue Sichtweisen. Relevanz für die Chemische Industrie haben zum Beispiel die kommunalen GeoServices, die im Falle von Unglücken mit Gefahrgut-Transportern viele Informationen über den Unglücksort liefern können (vgl. z.b. den GeoService des Kreises Unna [15]). Abbildung 4: Der 10-Jahresrhythmus in der Geoinformationsbranche (Quelle: Bernsdorf, B. 2012/1 [16], Bilder: fotolia.de, CFGI GmbH). Mit Google trat dann ein finanzkräftiger Player in den Markt, der plötzlich mit den Anwendungen Google Maps und Google Earth breite Nutzerschichten ansprach. Das Google- Programmierinterface ließ es weiterhin zu, Kartenanwendungen in den eigenen Internetauftritt zu integrieren. Abbildung 5 bietet einen Blick auf das heutige Google Earth mit intuitiver Bedienung über Schaltelemente und Mausklicks. Der Spielfaktor ist durchaus bedeutend. Ein Anwender soll erkunden und entdecken. Im oberen Bild (Suchergebnis) sind Informationen wiedergegeben. Seite 16 von 95

17 Abbildung 5: Chemiepark Marl in Google Earth, Überblick und mit Hilfe geocodierter Bilder. Seite 17 von 95

18 Alle Icons in der Umgebung enthalten geocodierte, textliche oder bildliche Informationen (z.b. Werktor Süd oder eine Nachtaufnahme, untere Reihe), die über das Crowdsourcing 7 von Google Earth-Nutzern eingebracht wurden. So ergibt sich eine große Informationsfülle, die mit Funktionen wie Routing verknüpft werden. Heute 10 Jahre später hat sich das mobile Internet massiv entwickelt, nicht zuletzt aufgrund der Bandbreitenerweiterung für Mobilfunkanwendungen dank des Standards HSPA 8. Konsequent haben sich auch die Endgeräte in Richtung Tablet-PC und Smartphones weiterentwickelt. Nahezu jedes Gerät besitzt heute einen Empfänger für das Globale Positionierungssystem GPS 9 und kann sich an jedem Ort positionieren. Folglich bieten alle Smartphones heute Kartenanwendungen und Navigationsmöglichkeiten. Aufgrund des Wachstums mobiler Technologien und der Verbreitung mobiler Endgeräte ist zu erwarten, dass in weiteren 10 Jahren Geoinformationen an jedem Ort und zu jeder Zeit - ubiquitär - verfügbar sein werden. Ein Flaschenhals besteht dabei lediglich in der Verfügbarkeit flächendeckend geeigneter Geobasis- und -fachdaten. Aber Projekte wie OpenStreetMap (OSM, vgl. [4]) oder die Initiative OpenData (vgl. [18]) könnten zukünftig solche Daten bereitstellen Der Geodaten-Zyklus Hier lohnt ein Blick auf die Entwicklung innerhalb desselben Zeitraums aus einer anderen Perspektive. Es geht um die Erfassung und die Nutzung von Geodaten sowie der sich daraus ergebenden Möglichkeiten für die Chemische Industrie. Abbildung 6 zeigt die Entwicklung grafisch auf. Vor den 1950er Jahren gab es keine Möglichkeit der Digitalisierung von Geodaten und somit keine digitale Verarbeitung derselben. Die Prozesse setzten zu dieser Zeit auf analoge Karten und Pläne. 7 Crowdsourcing bezeichnet die Auslagerung traditionell interner Teilaufgaben an eine Gruppe freiwilliger User, z. B. über das Internet. Diese Bezeichnung ist an den Begriff Outsourcing angelehnt, die Auslagerung von Unternehmensaufgaben und -strukturen an Drittunternehmen [69]. 8 HSPA oder High Speed Package Access ist ein schneller Mobilfunkübertragungsstandard, der auf UMTS aufsetzt und diesen verbessert. Definition z.b. unter [17]. 9 GPS bezeichnet im Allgemeinen das Navigation Satellite Timing and Ranging- Global Positioning System (NAVSTAR-GPS) der US-Amerikaner. Viele Empfänger sind aber auch in der Lage, das russische Global Navigation Satellite System (GLONASS) zu nutzen. Für Europa wird das gemeinschaftliche Galileo-System in den kommenden Jahren höhere Genauigkeiten liefern (vgl. [40] und Europäische Kommission 2008). Seite 18 von 95

19 Abbildung 6: Der Geodaten-Zyklus von der realen Welt bis zur Augmented Reality (Bildquellen vgl. [3], [19] und [20]). Parallel zur Entwicklung der Computer wurde besonders in den 1980er und 1990er Jahren versucht, die Objekte der realen Welt möglichst korrekt im Rechner abzubilden. Diverse Methoden der Digitalisierung ermöglichten die Erfassung. Verbreitet waren: Digitalisierung analoger Vorlagen von Papierkarten auf Digitalisiertabletts (Vektordaten, wie Leitungspläne) Digitalisierung analoger Karten über Trommel- oder Flachbettscanner (Rasterdaten, wie topographische Grundlagen) Digitalisierung resp. konkreter Vektorisierung gescannter Rastervorlagen wie z.b. Luft- und Satellitenbilder auf dem Bildschirm (Onscreen-Digitalisierung) Die digitale Vermessung und der Einsatz von GPS-Geräten entwickelten sich parallel, so dass ab Mitte der 1990er Jahre auch im Gelände umfassend Daten digital erfasst werden konnten. Mit der weiten Verbreitung der Geodaten im Internet ging die Nutzung der Daten durch breite An- Seite 19 von 95

20 wenderschichten einher. Beispiele sind Portale, die im Sinne eines Fachinformationssystems alle erdenklichen Informationen auf Kartenbasis darstellen schloss sich technologisch ein Kreis. Mobile Endgeräte wie Smartphones sind durch GPS, Gyrometer, Kamera und digitalem Kompass in der Lage, ihre exakte Ausrichtung zu ermitteln. Das lässt sich hervorragend für die sogenannte Augmented Reality (AR) nutzen. AR bezeichnet eine computerunterstützte Wahrnehmung bzw. Darstellung, welche die reale Welt um virtuelle Aspekte erweitert. Merkmale: Mit der Integration von Kameras in immer mehr mobile Geräte können zusätzliche Informationen oder [digitale] Objekte direkt in ein aktuell erfasstes Abbild der realen Welt eingearbeitet werden. Dabei kann es sich um Informationen jedweder Art (bspw. Textinformationen oder Abbildungen) handeln. Die Anwendungszwecke reichen von der Information über die unmittelbare Umgebung, über die ins Sichtfeld eingeblendete Navigation bis hin zu Spielen und Werbung. (vgl. [21]). Der Anwender hält sein Smartphone oder eine spezielle Brille beispielweise auf ein rohrbrückenverlegtes Leitungsbündel. Die Kamera nimmt das Bild auf und via Internet werden georeferenzierte Themen in einer Datenbank abgefragt (z.b. Stoffe, Drücke, etc.). Diese digitalen Informationen projiziert die Anwendung in die reale Welt des Kamerabildes oder Head up- Displays. Bereits zum Einsatz kommt diese Technologie in der Industrie-Automation (vgl. [20]) und im Training für die Energiewirtschaft und andere High-Tech-Industrien, wie etwa in Raffinerien (vgl. [22]). AR ist zwischenzeitlich soweit ausgereift, dass sie sich bis in den privaten Bereich durchgesetzt hat, zum Beispiel bei Restaurant-Findern wie etwa der App Wohin? der Firma FutureTab GmbH (vgl. [23]). Wurde ein Restaurant (Hotel oder andere Einrichtung) gefunden, ist die Anwendung in der Lage, aufgrund der bekannten Positionen des Anwenders und des Restaurants den Nutzer exakt zum Ziel zu navigieren. Dies bietet auch Perspektiven für die Chemische Industrie, denkt man an die LKW-Navigation auf dem Werkgelände oder die Besuchersteuerung. Lösungen, wie etwa die der ungarischen Firma GeoView Kft. in Budapest, agieren bereits mit Geodaten in kritischen Umgebungen. Auf der CeBIT 2013 wurde ein System präsentiert, das GeoIT-Unterstützung bei Störfällen in einem ungarischen Kernkraftwerk zur Anwendung bringt. Es geht um die technische Einsatzunterstützung nach einem Unfall in speziellen Einrichtungen. Das Ziel des Projektes ist die Erhöhung des Sicherheitsgrads in gefährlichen Betrieben durch IT- Unterstützung. Die aggregierten Daten werden dem Einsatzleiter der Werkfeuerwehr schnell über eine sichere Funk-Verbindung in einer übersichtlichen, grafischen Darstellung zur Verfügung gestellt. Die Software-Module decken von der Prozessmodellierung über die effektive Einsatzunterstützung bis zur Generierung des technischen Rettungsplanes den gesamten Workflow ab (vgl. [24]). Unter anderem umfasst das Produkt eine ähnliche Anwendung, wie sie in Abbildung 20 von Intergraph vorgestellt wird: Ein Laserscan wird durch ein 360 -Panorama Seite 20 von 95

21 überlagert. Von der Einsatzleitung können Feuerwehrleute dann gezielt zu den Schadorten geleitet werden, um Schieber zu schließen oder Manschetten an undichten Rohren anzubringen. 3 Geoinformation in Geschäftsprozessen der Chemischen Industrie Die Geschäftsprozesse in der Chemischen Industrie sind extrem vielfältig und können hier nur angerissen werden. Im Rahmen der Studie erfolgt eine Konzentration auf einige Beispiele, die aus dem Management eines Chemieparks resultieren und teils sicherheitsrelevante Aspekte berücksichtigen. Ein Chemiepark umfasst heute viele Unternehmen und unterliegt einer entsprechenden Fluktuation. Daher muss eine hohe bauliche Flexibilität gewährleistet sein, um den Anforderungen der Chemiepark-Kunden zu entsprechen. Auf den Internetseiten der Chemiepark-Betreiber lässt sich gut erkennen, welche Prozesse tangiert werden. InfraServ Knapsack beschreibt übergeordnete Aspekte vom Anlagenbau bis zum Standortbetrieb, die in Abbildung 7 zusammengefasst werden (vgl. dazu auch die ausführlichen Angaben auf der Infra- Serv-WebSite [25]). Im Bereich von Anlagenplanung und -bau skizziert InfraServ die unternehmensspezifischen Anforderungen an Prozesse und Anlagen für eine optimale Herstellung der Produkte. Von der Prozessentwicklung über das konzeptionelle Prozessdesign bis hin zum eigentlichen OnSite- Engineering und den nachfolgenden Bauleistungen sind die Prozesse aufzusplitten. Anforderungen an Geoinformationsspezialisten und die entsprechende Geo-Datenbank werden dabei schon sehr früh ersichtlich, denn Themen wie das konzeptionelle Design, die entsprechenden Planungen und das Energiemanagement umfassen auch Fragen nach der Energieversorgung, der Logistik und damit der eigentlichen Konstruktion der Anlage (wo genau muss welche Komponente angeordnet werden, um den Prozess optimal ablaufen zu lassen?). Betrachtet man den Prozess weiter, wird klar, dass der Betrieb eines Chemieparks ohne Geodaten nicht funktionieren kann. Im Bereich der Bauleistungen werden Geodaten ebenso benötigt (Vermessung) wie etwa im Rahmen der Instandhaltung (Leitungspläne, etc.). Und auch der eigentliche Betrieb umfasst beispielsweise mit der Logistik, dem Facility Management und der Sicherheit am Standort raumbezogene Fragen. Seite 21 von 95

22 Abbildung 7: Übergeordnete Geschäftsprozesse im Chemiepark (in Anlehnung an [25]). 3.1 Beispiel: Sicherheit des Werkgeländes Jeder einzelne Prozess ist eine Welt für sich und umfasst viele Subprozesse 10, die wiederum ihre eigenen Abläufe umfassen. Exemplarisch soll an dieser Stelle das Thema Sicherheit näher beleuchtet werden. Hierzu bedienen sich die Autoren dem Angebot eines Dienstleisters für die Analyse der relevanten Aufgaben. Betrachtet man das diesbezügliche Angebot des Siemens- Konzerns, stellt man fest, dass das Thema Standortsicherheit durchaus zwei Aspekte hat und zu einem zentralen Standortvorteil für die angesiedelten Unternehmen wird. 10 in Abbildung 7 unter dem Stichwort Infrastruktur angedeutet Seite 22 von 95

23 Einerseits ist die Chemische Industrie durch Störfallverordnung, Gefahrgutvorschriften und Vorschriften zur Lagerung und Transport gefährlicher Stoffe und Güter eine sehr stark reglementierte Branche 11, so dass Sicherheitsaspekte per Gesetz verordnet sind und sich nicht nur als Kostenfaktor darstellen. Andererseits führt der langfristig gesicherte Betrieb zu einer hohen Produktionssicherheit. Zwar handelt es sich bei der nachfolgenden Aussage um Marketingslogans der Firma Siemens, aber der Aussage kann durchaus zugestimmt werden, wenn es heißt: Schon die kleinste Sicherheitslücke bei Entwicklung, Produktion, Transport oder Lagerung kann großen Schaden anrichten und Milliarden Euro pro Jahr kosten, von den möglichen Folgen für Menschenleben und Umwelt ganz zu schweigen. Gerade in einer Branche, die zunehmend durch Globalisierung, wachsenden Wettbewerbsdruck und die absolute Notwendigkeit zur Ressourcenschonung geprägt wird, gilt es, das Augenmerk auf Kostenoptimierung und maximale Produktivität zu richten. (Quelle: Siemens Aktiengesellschaft, S. 2 [26]). Diese Aussage wird im Begriff Business Continuity gebündelt und umfasst die Oberbegriffe Produktivitätssicherung, Qualitätssicherung und Wissenssicherung. Ein Aspekt dabei ist die Tatsache, dass viele Unternehmen des Chemieparks einzelne Geschäftsfelder an den Betreiber des Parks auslagern oder sogar standortübergreifend produzieren. Um den Überblick zu behalten, ist eine Qualitätssicherung mit komplexen, jeweils zu integrierenden IT- und Produktionslösungen notwendig. Das umfasst z.b. intelligente Gefahrenmanagementsysteme, die eine Planung, Kommunikation und Koordination der Sicherheitsaufgaben von zentraler Stelle aus ermöglicht. (Quelle: Siemens Aktiengesellschaft [27]). Die wesentlichen Prozesse im Umfeld der Standortsicherheit werden in Abbildung 8 zusammengefasst. Hier ist erkennbar, dass die Frage nach dem Wo? in vielen Aspekten gestellt wird. Brand-, Einbruchsmeldung und Zutrittskontrolle sind ohne das Wissen, um welches Objekt es sich handelt, nutzlos. Auch die interoperable Leitstelle wird nicht ohne Geodaten auskommen, besonders nicht im Störfall, wenn Simulationstools wie LASAT (vgl. [28]) oder Memplex (vgl. [29]) die Schadstoffausbreitung prognostizieren. Von wo kommt der Stoff, wohin breitet sich der Schadstoff aus und wo ist Bevölkerung oder Infrastruktur betroffen? Solche Fragen lassen sich schnell auf Basis von Geodaten überblicken (vgl. Abbildung 9), so dass alle entsprechenden Produkte Geodatenschnittstellen mitliefern. 11 Hinzu kommen natürlich all die Auflagen, die sich für einen Industriestandort ohnehin zwangsläufig ergeben. Hier ist an Themen wie Emissionsschutzgesetze, Umweltauflagen etc. gedacht. Seite 23 von 95

24 Abbildung 8: Teilprozesse im Subprozess Standortsicherheit (in Anlehnung an [26]). Ein weiterer Aspekt der Standortsicherheit ist der Perimeterschutz von Chemieparks. Hier unterscheidet man zwischen mechanischen Maßnahmen (z.b. Zäune, Tore etc.) sowie elektronischen Maßnahmen (Sensoren, Sensornetze, Kameras etc.). Das Bundesamt für Bevölkerungsschutz und Katastrophenhilfe (BBK) weist darauf hin, dass es tiefgreifender Konzepte bedarf, da ein hoher Zaun alleine einerseits kein unüberwindbares Hindernis sei und andererseits das zu schützende Objekt für Einbrecher eher noch attraktiv mache (vgl. [30]). Erst in der Kombination aus physikalischen Sperren und virtuellen Systemen resultiere daher ein wirkungsvoller Perimeterschutz. Der ggf. mit Stacheldraht versehene Zaun wird dabei durch Detektoren wie Videosensoren, Lichtwellenleiter, Hochfrequenz-Meldekabel, Druckänderungssysteme und andere ergänzt. Hierbei ist klar, dass ein Leitstellensystem innerhalb kürzester Zeit das Sensornetz räumlich abfragen muss, um den Werkschutz oder Sicherheitsdienst ohne Zeitverzögerung an die korrekte Position zu navigieren. Seite 24 von 95

25 Abbildung 9: Ausbreitungsmodelle überlagert auf Geobasisdaten. Linkes Bild: LASAT (Quelle: [28], Rechtes Bild: Memplex (Quelle: [29]). Abbildung 10: Perimeterschutzkonzepte umfassen ausführliche raumbezogene Planungen (Quelle: Siemens AG, vgl. [26]). Seite 25 von 95

26 3.2 Beispiel: Sicherheit bei Gefahrguttransporten Aber auch außerhalb des Werkgeländes hören die Prozesse der Chemischen Industrie nicht auf. Die Logistik von Gefahrgütern ist ein entscheidender Punkt für die Standortsicherheit und den Produktionsprozess. Sei es in der Anlieferung von Rohstoffen oder in der Auslieferung der Produkte/Halbfertigprodukte alle Logistikprozesse sind geschäftskritisch. Ist das Werkgelände bei Störfällen durch diverse Messstellen gut einzuschätzen und durch eine hervorragend ausgebildete und mit Ortskenntnis ausgestattete Werkfeuerwehr in Verbindung mit einem ausgereiften Störfallmanagement gut zu beherrschen, sieht es im Umfeld der Gefahrguttransporte anders aus. Die Fahrzeuge bewegen sich im öffentlichen Raum und sind durch keine Werkdokumentation zu erfassen. Es gibt jedoch umfassende Geoinformationen, die von Gefahrguttransporten berücksichtigt werden (müssen). Als Beispiel sei die Fahrwegsbestimmung nach GGVSEB 12 genannt, die ein sog. Positivnetz darlegen, das auch kartografisch (via Onlineservice oder CD) von den Behörden verbreitet wird (z.b. die Gefahrgut-KartenCD.NRW nach 35 GGVSEB von Straßen.NRW, vgl. [31]). Ein wichtiger Aspekt ist die Kombination der lokalen Chemiepark-Geodaten mit den von außerhalb. Hier stehen in den Kreisen und kreisfreien Städten umfangreiche öffentliche Daten in Form von GeoServices zur Verfügung (vgl. z.b. [15]) und können dabei helfen, Auswirkungen von sich ausbreitenden Schadgaswolken auf die Umgebung einzuschätzen (Wohngebiete, Bevölkerungszahlen, Infrastruktur etc.). Dazu muss technisch die Werksdokumentation mit dem kommunalen GeoService verknüpft werden. Durch aktuelle Standards (vgl. Kapitel 2.3.2) ist das technisch leicht zu realisieren, im Detail aufgrund unterschiedlicher Bezugssysteme wiederum schwierig umzusetzen. Im Falle eines Unfalls wird jedoch ein umfassender Schadensüberblick erst im Rahmen der Erkundung einer Einsatzstelle zu schaffen sein. Vorabinformationen für die ersteintreffende Feuerwehr gibt es nicht oder nur rudimentär, da häufig keine modernen GeoIT-Ansätze umgesetzt werden. Ein Gefahrgut-LKW könnte demgegenüber problemlos über GPS verfolgt und per Abgleich zum Positivnetz oder zu Wasserschutz-, Naturschutz- oder Wohngebieten auf dem richtigen Weg gehalten werden. Das würde einen Unfall zwar nicht verhindern, jedoch wären Personen-, Sach- und Umweltschäden vergleichsweise gering zu halten und damit der Intention der GGVSEB Rechnung getragen. In Kombination mit der RFID-Technologie ließe sich im Falle eines 12 GGVSEB steht für Verordnung über die innerstaatliche und grenzüberschreitende Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße, mit Eisenbahnen und auf Binnengewässern Seite 26 von 95

27 Unfalls neben der exakten Position auch die Beladung des Gefahrguttransporters an die nächste Leitstelle übertragen. Damit wäre schnellere und insbesondere qualifiziertere Hilfe zu leisten. Als Beispiel sei das Projekt Güter der Universität Paderborn (Koch, R. et al. 2007) eingebracht, das einen entsprechenden Geschäftsprozess exemplarisch beschreibt (hier ergänzt um weitere Aspekte): Gefahrgut-Packstücke oder das Fahrzeug selbst werden mit RFID-Tags versehen, die Informationen zur Ladung enthalten (Vorteil: RFID-Tags lassen sich aus geeigneter Entfernung auslesen und sind vergleichsweise robust). Wenn Packstücke verladen werden, registriert eine RFID-Verladebrücke, welche Gefahrgüter geladen werden. Automatisch wird dabei das Zusammenladeverbot in der Datenbank überprüft. Wenn der LKW das Werkgelände verlässt, ist die Ladung einem Zentralrechner bekannt. Das Fahrzeug kann automatisiert Auskunft geben (Vorteil gegenüber den Ladepapieren, die entweder nicht vorhanden, im Falle eines Unfalls nicht verfügbar oder nicht eindeutig zuzuordnen sind, da der Fahrer alte Ladepapiere nicht entsorgt hat). Der Gefahrguttransporter wird via GPS (später auch Galileo) verfolgt und samt Fahrtroute und jeweiliger Position erfasst. Dabei kann eine raumbezogene Datenbank erkennen, ob sich der Transport auf der GGVSEB-Positivroute oder im Negativnetz ( Wasserschutzgebiete, o.ä.) befindet und ggf. den LKW-Fahrer informieren und Fahrtanweisungen geben. Im Falle eines Unfalls wird beispielsweise durch das Auslösen von Crash-Sensoren ein Mobilfunk- Modul aktiviert, das die nächste Leitstelle über den Unfall des Gefahrguttransporters informiert. Die Übertragung enthält alle relevanten Informationen wie die Koordinate des Unfalls (= der Leitstellen-Disponent kann den Unfallort gezielt zuweisen) und die Beladeliste (= der Disponent kann geschulte Einsatzkräfte alarmieren, z.b. den kreiseigenen ABC-Zug). Den anrückenden Hilfskräften ist in diesem Fall bereits bekannt, dass es sich um eine sogenannte GAMS-Lage (Schema zum Abarbeiten einer Gefahrgutlage) handelt. Das Team kann ohne weitere Erkundung den Absperrbereich korrekt wählen und fährt nicht aufgrund fehlender Information unbedarft in den Gefahrenbereich ein. Die Fahrzeugaufstellung kann korrekt gewählt und entsprechende Absperrmaßnahmen durchgeführt werden. Betrachtet man dann noch den durchaus möglichen Abgleich mit einem Wetterdienst (z.b. Niederschlag, Windrichtung) und dem bereits angesprochenen GeoService der Kommunen, lassen sich GeoIT-unterstützt bei der Lagefeststellung wertvolle Erkundungsergebnisse generieren. Bei der stufenweisen Einbindung des Transportunfall-Informations- und Hilfeleistungssystems (TUIS, vgl. [32]) der Chemischen Industrie existieren dann bereits viele Informationen, die ansonsten zunächst von den TUIS-Fachkräften vor Ort erkundet werden müssten. Es ist davon auszugehen, dass über die TUIS-Stufe 1 (Telefonat) Vieles im Vorfeld zu klären wäre, wenn genauere Informationen vorlägen (Bernsdorf, B. 2013/1 und 2013/2). Seite 27 von 95

28 3.3 Bewertung Stellt man sich am Beispiel der Sub-Prozesse der Standortsicherheit den Ablauf in Form einer Aster vor, dann ist jedes Blütenblatt als Teilprozess zu verstehen, der in sich wiederum gegliedert ist. Der Gesamtprozess Standortsicherheit läuft nur vollständig ab, wenn alle Prozesse gut funktionieren und auch die Teilprozesse in sich nicht holpern (vgl. Abbildung 11). Abbildung 11: Geschäftsprozess "Standortsicherheit". Die Geoinformationswirtschaft geht davon aus, dass dies nur der Fall ist, weil alle Teilprozesse in ihrer Gliederung auf Geodaten und -informationen zurückgreifen oder mit solchen verbunden sind. Fehlt der Raumbezug, erleidet der Teilprozess Nachteile oder kommt sogar vollständig ins Stocken (vgl. Abbildung 12). Bei einer Brand- oder Einbruchsmeldung ist das klar, da Werkfeuerwehr und Werkschutz nicht sinnvoll tätig werden können, wenn sie nicht wissen, wo das Ereignis geschehen ist. Gleiches gilt für einen Transportunfall, der ohne konkrete Positionsinformation nicht abgearbeitet werden kann. Da aber das Gefahrenmanagement üblicherweise nicht weiß, wo sich ein Transport befindet, liegt der Transport bis zum Unfall im Dunkeln und kommt meist trotz fehlender Geoinformation am Zielort an. Nicht ganz so klar ist der Nutzen von Geoinformation bei der Frage nach der Hochverfügbarkeit und Redundanz der Leitstelle. Hier ist es im Störfall entscheidend, dass Fallback-Systeme nicht im selben Serverraum stehen, wie die operativen Produktionssysteme. Denn im Falle eines Un- Seite 28 von 95

29 wetters oder einer Überschwemmung wären dann auch die Notfallsysteme unmittelbar betroffen. Für einen Chemiestandort ist es extrem wichtig, geeignete Standorte für Produktions- und Fallback-Systeme zu finden, die so weit voneinander getrennt sind, dass ein einzelnes Ereignis nicht die gesamte IT und damit auch die Leitstelle lahm legt. Fehlende Geoinformation kann daher zumindest zu einem Prozessnachteil und im Extremfall sogar zu einer Prozessunterbrechung führen. Abbildung 12: Prozessnachteile und Prozessunterbrechung durch fehlende Geoinformation in den Teilprozessen. Wie erwähnt, soll diese Sichtweise hinterfragt werden. Als Ausgangspunkt werden in der Folge die aktuellen Entwicklungen der Geoinformationswirtschaft im Umfeld der Werkdokumentation und der Gefahrguttransporte beschrieben. 4 Trends und aktuelle Entwicklungen Mit Blick auf die Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten geographischer Informationen und der Tatsache, dass diverse vor allem sicherheitsrelevante - Prozesse eng mit der Nutzung von Geodaten verknüpft sind, soll in der Folge eine Auswahl aktueller Fragestellungen beleuchtet werden. Es Seite 29 von 95

30 besteht nicht der Anspruch, die gesamte Vielfalt potentieller Anwendungen darzustellen, sondern lediglich die Diskussion über den Nutzen raumbezogener Informationen anzuregen. Zunächst werden einige Aspekte der Werkdokumentation dargelegt, nachfolgend sollen die Gefahrgut-Transporte eine Rolle spielen. Hier wird besonders das TUIS der Chemischen Industrie beleuchtet, da es seine Tätigkeit außerhalb der gut dokumentierten und überwachten Werkgelände anbietet. 4.1 Anwendungen im Umfeld der Werkdokumentation Generell handelt es sich bei der Werkdokumentation um ganz klassische Vermessungs- und Erfassungsaufgaben, die darauf abzielen, einen Chemiepark möglichst vollständig zu erfassen. In den 80er Jahren erfolgte der Umstieg von analoger Technik auf Computer Aided Design (CAD), das zunächst hauptsächlich als Ersatz für die Zeichenbretter fungierte. Seit Mitte/Ende der 1990er Jahre des letzten Jahrhunderts stehen redundanzfreie Geoinformationssysteme zur Verfügung, die die CAD-Grafiken um einen Datenbank-Anteil erweitern und Sachdaten vorhalten können. Mit der Öffnung der Standorte für Drittnutzer (offene Chemieparks) stieg die Komplexität der Aufgaben erheblich (Rieks, H.-J. & Schmalkuche, K. 2006): Unterstützung von Planungsentscheidungen (Visualisierungen und Simulationen) Öffentlichkeitsarbeit (Marketing und Vertrieb) Flächenmanagement (Vermarktungs- und Vertragsflächen, Altlastenverdachtsflächen etc.). Anders als in einer Kommune und eher vergleichbar mit der Organisation eines Flughafens befassen sich die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Werkdokumentation mit allen Themenbereichen, so dass ein Informationssystem komplexe Ausmaße annimmt (vgl. Abbildung 13). Die Geodatenspezialisten bearbeiten neben dem Liegenschaftskataster auch die Leitungsdokumentation, Hoch- und Tiefbau, Straßen und Schienen, Grün-/Baumkataster, Marketing und alle anderen Themen einer kleinen, komplexen Stadt mit teils Tausenden von Einwohnern, um ein umfassendes Bild der realen Welt zu erhalten. Die Arbeitsbereiche sind vielfältig: Bauwerke und Konstruktionen (Rohr- und Leitungsbrücken, etc.) Straßen und (Frei-)Flächen, Parkplätze etc. Topographie Kataster Landnutzung, Planung Umwelt Schienennetz Leitungsnetze (Strom, Stoffe, Wasser, Abwasser, etc.) Seite 30 von 95

31 Abbildung 13: Kleine Welt Chemiepark Henkel. Darstellung eines Ausschnitts aus dem Henkel- Werks-Informations-System (HEWIS)(Quelle: Henkel 2012/1, S. 10). Alle Geobasis- und Geofachdaten müssen erhoben und in einem Werk-Informationssystem dokumentiert werden. Im Henkel-Werks-Informations-System (HEWIS) und dem Bayer-Geo- Informations-System (BayGIS) geschieht das in einer zentralen Datenbank, die andere Konzepte verfolgt, als die Datenhaltung der öffentlichen Verwaltung. Ein wesentlicher Unterschied: Die Daten laufen zentral an einer Stelle zusammen und es wird auf diese Weise Redundanzfreiheit gewährleistet. Das führt zu effizienter Bearbeitung ohne klassische GDI. Das Ziel ist es, ein vielfältiges Informationsangebot für die unterschiedlichsten Anwendungsfälle bei vertretbarem Aufwand bereit zu stellen (vgl. Henkel 2012/2). Ein ähnliches Ziel verfolgt das Geoportal Infracor Standort-Informations-System (GeoISIS), wobei das Portal jedoch wie ein kommunales Geoportal auf diverse Datenquellen zugreift und diese integriert (Plum, A., Becks, F. & Czwielong, Volkhard 2009). Einige Beispiele für Fachdaten-Anwendungen: Handwerkerportal Seite 31 von 95

32 Werkschutz/Werkfeuerwehr (z.b. Feuerwehrpläne, Besucher- und Zutrittsmanagement, seamless navigation) Altlasten inkl. Munitionsaltlasten (Blindgänger) Instandsetzung Abrissmanagement In House-Betrachtung im Facility Management Logistik auf Straße und Schiene Bahnbetrieb Arbeitsvorbereitung/Schichtpläne etc. Die Abbildung 14 zeigt das Fachschalenkonzept von BayGIS. Im Schema ist gut zu erkennen, wie aus dem Pool der zentral gehaltenen Geodaten Fachanwendungen mit eigenen Datenhaltungskomponenten kombiniert und so auch weitere Themen bedient werden. Abbildung 14: Fachschalenkonzept BayGIS (Quelle: Rieks, H-J. & Schmalkuche, K. 2006, S.76). Darüber hinaus ist ein Werk-Informationssystem keine Insel, sondern, wie Abbildung 14 für BayGIS andeutet, komplex integriert in alle denkbaren Fachanwendungen eines Chemieparkbetriebs. Im Falle Henkel gehören dazu Computer Aided Facility Management (CAFM), die Kanal- Inspektion, Vermessungswerkzeuge, 3D-Werkmodellierung, die Besuchersteuerung, die Leitstelle oder die Telefonschaltung (vgl. Henkel 2012/2). Seite 32 von 95

33 Wie bereits beschrieben (vgl. Kapitel 3.1) wird dieser Aufwand nicht zum Selbstzweck betrieben, sondern um den geregelten Betrieb des Chemieparks sicher zu stellen. Jeder Ausfall verursacht hohe Kosten und man kann schnell erkennen, dass insbesondere das Thema Instandsetzung ohne geeignete Geodaten kaum sinnvoll und zeitnah durchzuführen ist. Einige aktuelle Themen sind für unterschiedlichste Anwendungsfälle interessant, da sie eine Optimierung von Prozessen versprechen. Die folgenden Beispiele resultieren einerseits aus der Literaturrecherche, andererseits waren Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der Firma Henkel und der Firma GeoConsult GmbH am zu einem ersten Brainstorming bereit. Fragen der Geodatenversorgung über Portale sind in den Werk-Informationssystemen meist geklärt (nach Rieks, H.-J. & Schmalkuche, K bereits seit Mitte der 2000er Jahre) und bedürfen keiner weiteren Diskussion. Diese Informationssysteme sind erheblich breiter aufgestellt, als in der öffentlichen Verwaltung. So hat jede Mitarbeiterin und jeder Mitarbeiter über das Intranet und einen ausgefeilten WebGIS-Auftritt Zugang zu allen Standard-Geodaten des Unternehmens, während die öffentliche Verwaltung noch darüber streitet, wem die Daten eigentlich gehören (Urheberrechte). Im Falle HEWIS sind die Spezialanwendungen so eingebunden, dass sie über geeignete Schnittstellen Zugriff auf benötigte Geodaten haben. Die Datenpflege erfolgt in der Regel dezentral in der Fachabteilung. Da die Schnittstellen (meist) bidirektional agieren, befindet sich die Werkdokumentation immer auf dem aktuellen Stand D in der Werkdokumentation Kurzbeschreibung Dreidimensionale Daten sind ein Trend, der sich in der Geoinformationswirtschaft seit Mitte der 2000er Jahre entwickelt hat und die in vielen Bereichen genutzt werden (vgl. Business Geomatics 2011 und 2012/1). Im Rahmen der GDI-Bestrebungen der Länder und des Bundes wurde mit CityGML auch ein Austauschformat für die dritte Dimension definiert. Prinzipiell ging und geht es dabei zunächst um 3D-Stadtmodelle, wie auch auf der eher technischen Homepage der OGC 13 -Fachgruppe zu lesen ist (vgl. [33]). Zwar gab es im wissenschaftlichen Bereich 3D- Geländemodelle schon deutlich früher (vgl. Bill, R. 2010), aber in Verbindung mit Gebäude- und Stadtmodellen gab es seinerzeit keine einheitliche Austauschschnittstelle. Diese Lücke wurde mit CityGML geschlossen, was jedoch nicht gleich zu einer großen Verbreitung solcher Daten in der Chemischen Industrie führte. Ein Mangel, den man immer wieder anführte, ist die Tatsache, 13 OGC ist das Kürzel für das Open Geospatial Consortium, einem Normungsgremium für Geodatenanwendungen, das seine Fachergebnisse an Normungsbehörden wie ISO und DIN weiter leitet. Seite 33 von 95

34 dass CityGML ein komplexes XML-Format ist und für den schnellen Seitenaufbau in Nutzer- Anwendungen nur bedingt geeignet ist, da es nicht als Darstellungsformat konzipiert wurde. Als Folge sieht Grebe, S. (2013) in seinem Bericht über die Produkte des Unternehmens virtualcitysystems die Phase 3 von CityGML eingeläutet. Denn nach einer Zeit des manuellen Aufbaus (bis 2000) und der folgenden Automatisierung (bis 2011) tritt die 3D-Verarbeitung in eine Ära der einfachen, webbasierten Bereitstellung der Modelle oder der Nutzung in heterogenen Zielsystemen und Anwendungen, ein (Grebe, S., 2013, S. 2) Beispiele für die Umsetzung und Herausforderungen Bei Rieks, H.-J. & Schmalkuche, K. (2006) kann man erkennen, dass die Chemieparkbetreiber das Thema bereits sehr früh aufgegriffen und für ihre Prozesse genutzt haben. Insbesondere die Öffnung der Werkgelände für Drittnutzer machte es notwendig, dass Flächen des Chemieparks aktiv vermarktet werden. Das GIS lieferte Sachdaten zu Vertragsflächen, Abrechnungsflächen etc., während ein 3D- Stadtmodell die Lage von Entwicklungsflächen in Investorengesprächen realitätsnah darstellte (vgl. Abbildung 15). Abbildung 15: Darstellung potentieller Entwicklungsflächen im 3D-Standort-GIS des Chemieparks Bayer Leverkusen (Quelle: Microsoft Deutschland GmbH, vgl. [35], S. 2). Der damalige Leiter des GIS-Referats von Bayer Industrie Services, Ralf Laing, wird in einer Kundenreferenz derart zitiert, dass sich mit 3D-Ansichten verschiedene Varianten für Anlagen oder Gebäude durchspielen lassen. Bauvorhaben würden daher schon in einer frühen Phase plastische Gestalt annehmen und Planung und Investitionsentscheidung dadurch beschleunigt (vgl. [35] und Abbildung 16). Abbildung 16: 3D-Modell einer Produktionsanlage in BayGIS (Quelle: [35], S. 2). Aber es gibt auch Herausforderungen, die eine flächenhafte Generierung realitätsnaher 3D-Modelle erschweren. Die klassische Modellierung, wie sie Seite 34 von 95

35 etwa bei der Generierung von Solarkatastern angewendet wird, um geeignete Dachflächen zu generieren (z.b. Rößmann, H. 2013), ist nicht 1:1 auf die Chemische Industrie übertragbar. Denn insbesondere die komplexen Produktionsanlagen aus Reagenztürmen und Rohr- oder Leitungsbrücken lassen sich nicht einfach über solche Modelle fassen, ohne manuelle Korrekturen anzubringen. Die Abbildung 17 gibt einen Eindruck von der Komplexität solcher Anlagen. Damit ist der bei Rößmann, H. (2013) angedeutete Vorteil des hohen Automatisierungsgrades, wie er durchaus auch für komplexere Dachformen mit Überstand dargestellt wird, in einem Chemiepark nur bedingt anzusetzen. Hinzu kommt, dass die Werkdokumentation oft nicht den Umriss des einzelnen Gebäudes, sondern den des Bauwerks an sich über den Grundriss des Fundaments oder der Bodenplatte dokumentiert. Alles, was sich auf der Bodenplatte abspielt, kann aufgrund unbekannter Formen letztlich nicht modelliert werden (vgl. Abbildung 18). Klassische Vorgehensweisen aus der Gebäudemodellierung mit Konstruktion (z.b. auf Basis der Grundrisse aus der Liegenschaftskarte) und Überlagerung des Klötzchenmodells mit einer Foto- Textur sind in solchen Situationen schwer möglich. Gleiches gilt für die Ansätze, wie sie z.b. Finkenzeller, D. (2008) für die Modellierung komplexer Gebäudefassaden beschreibt. Andererseits beschreiben Löwner, M. et. al. (2013) Anwendungen im Bereich der Versorgungsnetze, die eine Berechnung von Abhängigkeiten zwischen Netzkomponenten verschiedener Versorgungsinfrastrukturen ermöglichen. Über eine CityGML-Erweiterung lassen sich Multi- Utility-Netze dabei in 3D-Modelle integrieren, was für Chemiepark-Betreiber von großem Nutzen wäre. Trotzdem bleibt die Frage, wie die 3D-Informationen komplexer Infrastrukturen generiert und nachfolgend verwendet werden können. Laserscanning besitzt dabei die Eigenschaft, auch kleinste Lücken in Oberflächen zu durchdringen und so Informationen nicht nur der scheinbaren Front zu liefern (vgl. Hillen, F. & Höfle, B. 2013). Einen Ansatz unter Verwendung von Laserscanning hat die ungarische Firma GeoView Systems Kft. auf der CeBIT 2013 präsentiert. In einer Mischung aus hochgenauen Laserscan-Daten mit entsprechender Überlagerung von 360 -Panoramen ergibt sich ein navigierbares, virtuelles 3D- Modell einer Produktionsanlage, auf dem auch exakte Messungen erfolgen können. GeoView hat dieses System insbesondere in einem ungarischen Atomkraftwerk zum Einsatz gebracht, um im Störfallmanagement den Einsatzkräften über die Leitstelle exakte Anweisungen geben zu können. Das System ist selbstverständlich auch für Service-Techniker geeignet (vgl. [37]). Vergleichbare Anforderungen haben Versorger. Basierend auf einem existierenden 2D-GIS und 3D-Laserscans mit millimetergenauen Punktwolken bauen die Stadtwerke Emden aktuell ein Informationssystem Wasserwerk auf, das als optisch-basiertes Wasserwerkkataster fungieren wird. Seite 35 von 95

36 Abbildung 17: Reagenztürme, rohrbrückenverlegte Produktleitungen und Wartungsplattformen lassen sich über 3D-Modelle kaum realitätsnah abbilden (Quelle: fotolia.de). Abbildung 18: In der Werkdokumentation ist oft nur der Grundriss der Bodenplatte (hier rot dargestellt) bekannt. Die Grundrisse der einzelnen Objekte, wie Reagenztürme (hier blau dargestellt), sind nicht erfasst (Quelle Grafikgrundlage: Bing Maps, Blom-Schrägaufnahme Chemiepark Knapsack, 2013). Seite 36 von 95

37 Dabei werden sämtliche Komponenten wie Schieber, Ventile oder Leitungen zum Anklicken konzipiert und Detailpläne, Rechnungen, Protokolle, Gewährleistungsfristen und Wartungszyklen etc. im 3D-Modell abfragbar (vgl. Stadtwerke Emden 2013). Die Verantwortlichen wollen auf diesem Wege den steigenden Anforderungen an Dokumentation und effiziente Planung nachkommen. Das Unternehmen Intergraph SG&I Deutschland GmbH schlägt den gleichen Weg vor. Im Bereich Public Safety & Security kombiniert Intergraph die Anwendung mit den Daten der Anlagenplanung. Ein Weg der Datenbeschaffung ist die 3D-Darstellung von Infrastrukturkomponenten auf Basis der CAD-Planungsdaten (vgl. Abbildung 19). Solche Daten lassen sich hervorragend mit Laserscan-Daten ergänzen und mit Panoramen überlagern. Dadurch erhält man, wie in der GeoView-Anwendung, hochgenaue 3D-Modelle, in denen auch Streckenmessungen etc. zu realisieren sind (vgl. Abbildung 20). Abbildung 19: 3D-Daten aus der Anlagenplanung in Intergraph SmartPlant 3D (Quelle und Copyright: Intergraph SG&I Deutschland GmbH) Bewertung für die Geschäftsprozesse Die Nutzung von 3D-Modellen hat viele Bezüge zu den Geschäftsprozessen in einem Chemiepark. Der Einsatz begann Mitte der 2000er Jahre mit der Nutzung von 3D-Stadtmodellen für das Marketing und die Investorenwerbung. Im Rahmen der Planungen bei Investorengesprächen steht dabei die Visualisierung und Szenarien-Simulation mit Hilfe von 3D-Modellen der Gebäude und Produktionsanlagen im Fokus, so dass die Nutzung von 3D-Modellen ein wesentlicher Bestandteil des Flächenmanagements geworden ist. Mit neuen Technologien erweitert sich das Einsatzspektrum. Hochgenaue Laserscans komplexer Anlagen unterstützen Wartungs- und Instandhaltungsaufgaben. Visuell ansprechend ist die Seite 37 von 95

38 Variante der Überlagerung von Laserscan-Daten mit 360 -Panoramen, so dass auch eine optische Orientierung möglich wird. Optisch-basierte 3D-Kataster mit Zugang zu allen Anlagendaten helfen dabei, Dokumentationspflichten nachzukommen und Planungen effizient zu gestalten. In den intelligenten Bildern lassen sich Abstände, Distanzen, Strecken etc. exakt ausmessen. Ein Leitstellen-Disponent ist mit Hilfe eines solchen Bildes in der Lage, Service- Techniker und / oder Einsatzkräfte beim Störfallmanagement exakt zu positionieren. Abbildung 20: 3D-Darstellung von Infrastrukturkomponenten in einer Kombination aus Laserscan, Fotografie und CAD-Planungsdaten (Quelle und Copyright: Intergraph SG&I Deutschland GmbH) InHouse-Navigation Kurzbeschreibung In einem Chemiepark gehen werkfremde Besucher ein und aus. Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter von Fremdfirmen müssen zu Besprechungen und Laboren, um an gemeinsamen Projekten zu arbeiten und an Meetings teilzunehmen. Ein Besuch in einem Chemiepark hat zwei Aspekte: Besucher müssen über das Werkgelände geführt werden, um möglichst gefahrenfrei und zügig ihr Ziel zu finden und das Werk wieder zu verlassen. Seite 38 von 95

39 Im Störfall sind Besucher besonders gefährdet, weil sie die Sicherheitsvorkehrungen, Evakuierungsrouten und Sammelplätze nicht in dem Maße kennen, wie Werkangehörige. Im Sinne einer sicheren Passage wäre daher ein Routing-System für Besucher sinnvoll, das dem Werkschutz gleichzeitig den Aufenthaltsort der Besucher aufzeigt. Aktuell bestehen hier kaum geeignete Möglichkeiten, weil einerseits keine flächendeckenden Systeme für sogenanntes ubiquitous positioning existieren und andererseits keine seamless navigation von Indoor und Outdoor praktikabel umgesetzt ist. Daher arbeiten Chemieparks oft noch mit klassischen Plänen (vgl. Abbildung 21), was zumindest den Aspekt der Besucherführung abdeckt. Ein Besucher muss üblicherweise vor dem Betreten des Chemieparks eine Web-basierte Sicherheitsunterweisung durchführen, der sich eine kleine Prüfung mit sicherheitsrelevanten Fragen anschließt. Ausgestattet mit dem Plan ist er oder sie dann in der Lage, Besprechungsräume zu finden. Der zweite Aspekt um Evakuierung und Kenntnis der Sammelplätze wurde mit dem Test zumindest angerissen. Die Position der Besucher ist danach nicht mehr exakt wiederzugeben. Abbildung 21: Besucherplan Chemiepark Henkel. Per Textmarker wird die Route vorgegeben und zur besseren Orientierung Veränderungen eingezeichnet (z.b. die Schrägschraffur für ein zwischenzeitlich abgerissenes Gebäude) (Quelle: Henkel, Geodata & Administration). Seite 39 von 95

40 In der Werbung für Google Maps Indoor wird das Problem plakativ angesprochen. Dort heißt es: Many places provide a you are here-directory. But if you do not know where here is in relation to there, you can quickly become lost in a variable labyrinth of unknown twists and turns. (Quelle: Google Maps Indoor, vgl. [39] und Abbildung 22). Dieser Slogan und die dazugehörige Filmsequenz verdeutlichen, dass die Kenntnis des Ziels und das Wissen über die eigene Position nicht zwangsläufig dazu führen, dass man die Informationen auch räumlich in Beziehung setzen kann. Im Falle eines (Stör-)Falles kommt dann noch Nervosität hinzu und schon sind Werkfremde kaum in der Lage, geeignete Wege aus den Plänen abzuleiten. Abbildung 22: Das Verhältnis von here to there dargestellt in einem Marketingfilm von Google Maps Indoor. Der mit einer Axt bewaffnete Minotaurus symbolisiert in netter Weise den Störfall (Quelle: Google Maps Indoor, vgl. [39]) Umsetzungsbeispiele und Herausforderungen Besondere Herausforderungen in einem Chemiepark bestehen auf den beiden Ebenen der Outdoor- und Indoor-Navigation. Bei der Outdoor-Navigation besteht einerseits das Problem, dass das gängige GPS durchaus problembehaftet ist. In engen Gebäudeschluchten kann das Signal ebenso verfälscht werden, wie etwa durch Multipath-Effekte zwischen den Reagenztürmen Seite 40 von 95

41 (vgl. Bauer, M. 1994). Je nach Konstellation der Satelliten ist auch ein vollständiger Ausfall wahrscheinlich. Das soll das europäische Satellitennavigationssystem Galileo zukünftig vermeiden (vgl. [40] und Europäische Kommission 2008). Grundsätzlich ist die GPS-basierte Navigation ein seit langem gängiges und erprobtes System. Insbesondere in der Fahrzeugnavigation werden Ausfälle durch Inertialsysteme weitestgehend kompensiert. So steht ein Navigationssignal auch noch nach längerer Tunnelfahrt an und Lücken im GPS-Empfang werden überbrückt. In der Fußgänger-Navigation fehlen solche Systeme aber weitgehend (ABS-Sensoren, Inertialsysteme etc.), obwohl die immer stärker verbreiteten Smartphones gute Möglichkeiten bieten. Hierbei taucht das Problem der Daten auf, denn die Straßenführungen der Werkdokumentation sind den üblichen Navigationsanbietern nicht bekannt (vgl. Abbildung 23). Eine Alternative wäre die Lieferung der Straßenführung an Navigationskarten-Hersteller wie Here (ehem. Navteq) und TomTom (ehem. Teleatlas) oder Spezialanbieter wie Logiball, die solche Daten navigationstauglich umsetzen können. Abbildung 23: Henkel-Werkgelände in Google Maps (links; Geodaten: Bundesamt für Kartographie und Geodäsie BKG) und Bing Maps (rechts; Geodatenquelle: Here, vormals Navteq). Ein Vergleich mit dem Besucherplan in Abbildung 21 zeigt die Lücken im Straßennetz auf. Das BKG liefert dabei mehr Details als die Navigationsdatenanbieter (Quelle: [41] und [42]). Nach Aussage von Henkel-Mitarbeitern sind Versuche gescheitert, Lieferanten am Werktor mit werkeigenen Navigationsgeräten auszustatten. Über kurz oder lang spricht der logistische Aufwand dagegen. Letztlich ist die Outdoor-Navigation auf dem Werkgelände eine Frage der Perspektive und ob die Betreiber bereit sind, ihre Daten an Navigationsunternehmen abzugeben. Technik ist vor- Seite 41 von 95

42 handen, Probleme mit dem Navigationssignal sind kontrollierbar und werden durch Galileo/EGNOS deutlich reduziert, so dass lediglich die Datenfrage geklärt werden muss. Noch weitgehend offen ist aber der Übergang von der Outdoor- zur Indoor-Navigation. Hier gibt es gute Ansätze und entsprechend einer ORF-Meldung sind viele Anbieter in dem Segment aktiv (vgl. [43]). Aber vollständig umgesetzte Lösungen sind aufwendig zu integrieren, da sie nicht auf ein übergeordnetes Positionierungs-System wie Galileo oder GPS zurückgreifen können. Indoor-Navigation bedient sich im Allgemeinen WLAN Access Points und versucht das Endgerät über die Feldstärke und entsprechende Triangulationsmechanismen zu lokalisieren. Auch GSM wird oft unterstützend zu Hilfe genommen (mit einem vergleichbaren Positionierungsverfahren). Doch nicht jeder WLAN-Router ist mit einer exakten Position versehen, in einem Chemiepark wäre das mit erheblichem Aufwand verbunden. Selbst der bereits zitierte Google Maps Indoor Dienst wartet auf der Internetseite lediglich mit sechs Anwendungsbeispielen auf (vgl. [44]). Berichte vom Februar 2013 belegen, dass die Lokalisierung der Nutzer noch problematisch ist (Beispiel Singapore, vgl. [45]). Prinzipiell muss ein Nutzer für die Lokalisierung die WLAN-Option an seinem Mobiltelefon eingeschaltet haben. Ohne sich mit dem Netzwerk zu verbinden, wird die Software die Positionierung mit einer gewissen Unschärfe durchführen. Das Problem der aufwändigen Positionierung von WLAN-Routern umgeht das Fraunhofer- Produkt awiloc, eine autarke WLAN-Lokalisierung für Städte und Gebäude. Um die Position eines Nutzers auf wenige Meter genau bestimmen zu können, ist im Vorfeld die Kartierung von Referenzpunkten notwendig. Hierbei werden Signalstärkemuster und Empfangsinformationen an den Referenzstandorten erfasst. Auf dem Empfangsgerät müssen einerseits diese Informationen verfügbar sein und andererseits ein Lokalisierungsalgorithmus existieren, der das Signalstärkemuster mit der Situation am aktuellen Standort abgleicht. Datenschutzrechtlich ist das ein interessantes System, da es lediglich dem Nutzer Informationen über seine Position liefert. Auch werden keine Daten der WLAN-Router auf dem Endgerät abgefragt. Das Modell funktioniert nach Angaben der Fraunhofer Gesellschaft auch über Stockwerke hinweg in der dritten Dimension (vgl. [46]) und ist auch bei Ausfall mehrerer Router noch über Jahre stabil. Gleiches gilt für die Nutzung von GSM, UMTS und anderer Kommunikationsnetze, so dass sich kundenspezifische Anwendungen entwickeln lassen. Abbildung 24: Stadion-Evakuierung im Projekt REPKA (Quelle: Videoausschnitt, vgl. [47]). Von besonderem Interesse ist awiloc, weil die Technologie im 2012 abgeschlossenen Projekt REPKA eine zentrale Rolle spielte. REPKA steht für Regionale Evakuierung: Seite 42 von 95

43 Planung, Kontrolle und Anpassung. Das Projekt befasste sich generell mit der regionalen Entfluchtung aus Gefahrenbereichen nach Großunfällen oder Anschlägen und schloss wissenschaftlich an die Erfahrungen aus der Gebäudeevakuierung an. Basierend auf der awiloc- Technologie galt es nun die Frage zu beantworten, ob aus der Kenntnis der aktuellen Position eines Benutzers und der räumlichen Beziehung zu anderen Benutzern ein Leitsystem für Smartphones entworfen werden kann. Dieses Leitsystem soll dem Schutz suchenden Besucher die geeignete Evakuierungsroute vorschlagen. Es wurde festgestellt, dass sich große Gruppen durchaus lenken lassen, wenn ca. 30 % der Besucher im Besitz der korrekten Information sind, also z.b. über ein Smartphone verfügen (vgl. TU Kaiserslautern [47]) Bewertung für die Geschäftsprozesse Das Besuchermanagement ist in einem Chemiepark ebenso wichtig wie die Zulaufsteuerung mit der Zuweisung geeigneter Zeitslots für die LKW-Be- und Entladung. Mit Hilfe geeigneter Navigations- und Positionierungsmethoden lässt sich eine erhebliche Optimierung erreichen. Bezogen auf das Besuchermanagement ist eine Navigation über das Werkgelände ebenso möglich, wie das Erreichen einer höheren Sicherheit für Besucher durch geeignete Navigation im Störfall. Die Zulaufsteuerung verhindert lange LKW-Staus auf dem Werkgelände und erhöht dadurch ebenfalls die Sicherheit. Beides sind Geschäftsprozesse, die im täglichen Betrieb einen hohen Stellenwert haben und hundertfache Anwendung finden. Methoden sind entweder bereits lange erprobt (Navigation über GPS) oder befinden sich in der Produktreife (WLAN-Ortung). Ein Aufwand besteht jedoch in der passenden Bereitstellung der Daten. Einerseits müssen die Chemieparks ihre Daten anpassen, denn oftmals nutzen sie eigene, lokale Bezugssysteme, die nicht kompatibel zur Außenwelt sind. Hier muss ggf. eine Transformation (nach ETRS89/WGS84) stattfinden. Das ist auch notwendig, wenn man die Werk-Dokumentation mit den GeoServices der umliegenden Kommunen verknüpfen oder offene Geodaten wie OpenStreetMap verwenden möchte. Andererseits müssen navigierbare Daten an die großen Navigationsdatenlieferanten ausgehändigt werden, die diese wiederum in ihre Navigationsdaten integrieren. Seite 43 von 95

44 4.1.2 Aspekte um die RFID-Technologie Kurzbeschreibung RFID 14 ist eine berührungslose Technik zur Identifizierung und Lokalisierung von Gegenständen und Lebewesen. Dabei wird ein aktiver oder passiver Transponder (englisch Tag) verwendet, der durch ein Lesegerät abgefragt wird. Bei passiven Tags regt das Lesegerät - vereinfacht dargestellt - durch ein magnetisches Wechselfeld den Transponder an, seine Daten zu senden. Der Transponder nutzt die Induktions-Energie des Magnetfeldes, um seine Daten zu senden. Aktive Transponder werden durch das Lesegerät eingeschaltet und senden ihre Daten aktiv an das Lesegerät. Sie haben dadurch eine größere Reichweite, benötigen aber eine Stromquelle. Der Informationsgehalt der Nachricht ist meist recht klein und benötigt lediglich einige Bits oder Bytes an Speicherplatz. Oft reicht die Beantwortung der Frage, ob der Gegenstand oder die Person anwesend ist oder nicht (vgl. [48]). Das ermöglicht die Lokalisierung von Personen. Trägt eine Person einen Transponder bei sich und ist ein Gebäude mit einem Lesegerät ausgestattet, so lässt sich die Frage beantworten, ob sich eine Person im Gebäude befindet oder nicht. Je engmaschiger das Netz aus Lesegeräten wird (z.b. je Gebäude, je Stockwerk, je Besprechungsraum etc.) umso genauer kann eine Lokalisierung erfolgen. Das Besuchermanagement kann damit die Aufenthaltsorte von Besuchern eingrenzen. Durch das Einbringen von RFID-Tags in den neuen Personalausweis (vgl. [49]) kann sich hier ein Ansatzpunkt für den Werkschutz ergeben Umsetzungsbeispiele und Herausforderungen Nach ersten Anlaufschwierigkeiten gibt es mittlerweile vielfältige Anwendungsbeispiele für RFID Technologien. Gerade bei der Abwicklung großer Besuchermengen in Stadien oder bei Großveranstaltungen hat sich die RFID-Technologie etabliert. Bei den Olympischen Sommerspielen 2012 in London wurde eine Kombination aus RFID für die Zugangskontrolle und das Besuchermonitoring mit einer Near Field Communication (NFC) für das Micropayment, also der Bezahlung kleinerer Geldbeträge, in den Lounges des Olympia-Klubs eingesetzt (vgl. [50]). Die Technologie stand für rund Besucher des Clubs zur Verfügung und wurde durch die NFC- Lösung für rund Besucher ergänzt. Bemerkenswert ist die eigentliche Lösung: Der Tag 14 RFID = Radio-Frequency Identification ermöglicht die Identifizierung und Lokalisierung von Gegenständen und Lebewesen (vgl. [48]) Seite 44 von 95

45 war als Sticker ausgebildet und konnte auf die Rückseite des Mobiltelefons geklebt werden. In Verbindung mit einer App wurde dann die Anmeldung für das Bezahlsystem aktiviert. Parallel dazu wäre eine Kartenapp denkbar, die dem Nutzer gleichzeitig die Route vorgibt. Eine Animation zum Prosenio Weglaufschutz für demenzkranke Menschen in Heimen und unterwegs zeigt anschaulich die grundlegende Funktionsweise (vgl. Abbildung 25 und [51]). Der Anwendungsfall ist vergleichbar mit den Anforderungen des Besuchermanagements und technisch identisch, da es letztlich um den Support für den Besucher geht. Der Besucher erhält einen RFID-Tag in Form einer Zutrittskarte (Besucherausweis) oder später über den Personalausweis. In den Eingangsbereichen sind RFID-Lesegeräte installiert und beim Passieren des Eingangs registriert der Computer, dass der Besucher das Gebäude / den Raum betreten hat. Gleiches geschieht beim Verlassen des Raums / Gebäudes / Geländes. Auch eine Werkführung für Besuchergruppen kann mit Hilfe der RFID-Technologie unterstützt werden. In diesem Falle trägt der Gruppenleiter das Lesegerät und wird informiert, wenn sich ein Teilnehmer von der Gruppe entfernt (im Anwendungsfall prosenio unterwegs [51], Abbildung 25 rechts). Solche Anwendungen werden auch unter dem Begriff Geofencing zusammengefasst, der in Kapitel noch einmal aufgegriffen wird. Abbildung 25: Funktionsweise des Besuchermanagements und des Personenmonitorings am Beispiel des Produktes prosenio der Firma ISIS IC (Quelle: [51]). Ein weiterer Anwendungsfall ist schon vergleichsweise alt. Die Firma ToiToi & Dixi Sanitärsysteme GmbH hatte Anfang der 2000er-Jahre Probleme mit der Servicequalität ihres Angebots. Es gab viele Beschwerden über den Reinigungszustand der mobilen Toilettenanlagen. Im Jahr 2006 entschied sich das Management, Toiletten mit RFID-Tags auszustatten. Den Servicetechnikern gab man RFID-Lesegeräte an die Hand, die automatisch die Übertragung in digitale Service-Hefte übernahmen. Das Management stellte fest, dass sich die Service-Qualität um rund 80 % verbesserte und erheblich weniger Beschwerden über nicht gereinigte Toiletten ein- Seite 45 von 95

46 gingen. Als Grund identifizierte man letztlich, dass ein Service-Mitarbeiter in jedem Fall die Reinigung durchführt, wenn er sich schon auf 30 cm der Anlage nähern muss. Das war vorher offensichtlich häufig unterlassen worden. Zudem konnten Service-Mitarbeiter in Kundengesprächen mit wenigen Maus-Klicks Fragen erheblich schneller beantwortet, da alle Informationen automatisiert in die Datenbank geschrieben wurden und unmittelbar verfügbar waren. Nach Aussage der Geschäftsführung hatte sich die Investition bereits innerhalb eines Jahres amortisiert (vgl. [52]) Bewertung für die Geschäftsprozesse RFID ist eine Möglichkeit, die beschriebenen Positionierungsfragen für das Besuchermanagement in Ansätzen zu lösen. Zwar ist der Werkschutz nicht zu jedem Zeitpunkt über die exakte Position eines Besuchers informiert, es kann aber problemlos überprüft werden, ob sich ein Besucher noch im Besprechungsraum, im Gebäude oder auf dem Werkgelände befindet (Geofencing). Für gewisse Anwendungsfälle sind das ausreichende Informationen. In Kombination mit dem Mobiltelefon (App) lassen sich gezielt Informationen an den Besucher senden. Auch der Wartungsprozess kann mit RFID-Technologie unterstützt werden. Durch die (Teil-) Automatisierung lässt sich der Prozess beschleunigen (z.b. durch das Wegfallen manueller Service- Einträge) und eine automatisierte Kontrolle zur Durchführung vorgeschriebener Wartungsarbeiten ableiten. 4.2 Anwendungen im Umfeld von Gefahrguttransporten / TUIS Alle beschriebenen Anwendungen aus dem Umfeld der Werkdokumentation spielen bei Störfällen und Gefahrguttransporten eine große Rolle. Denn die Werkdokumentation ist generell eine wichtige Informationsquelle zur Behebung von Störfällen. Ein wesentlicher Aspekt in der Chemischen Industrie kann jedoch durch die Werkdokumentation nicht abgedeckt werden. Rohstoffe müssen von irgendwoher in den Chemiepark gelangen, Halbfertigprodukte werden zwischen verschiedenen Standorten der Firmen transportiert, um weiter verarbeitet oder veredelt zu werden und letztlich müssen die Produkte zum Kunden gelangen. Die Logistikketten sind vielfältig und bergen Gefahren, da sie wie jeder Transport die gängigen Transportwege Straße, Schiene und Wasser nutzen. Außerhalb des Chemiepark-Geländes greift die Werkdokumentation nicht mehr und auch die Fachkräfte im Falle eines Unfalls sind auf einem anderen Niveau geschult, als die Werkfeuerwehren. Dieses Kapitel wird aufzeigen, wo Geodaten sinnvoll im Umgang mit Gefahrgutlagen im Verkehrsraum einzusetzen sind. Unfälle von Gefahrguttransporten haben oftmals weitreichende (auch räumlich!) und anhaltende Folgen für Mensch und Umwelt. Zwei aktuelle Beispiele sind die Explosion eines mit Acrylnitril (Kemmlerzahl 3, UN1093) beladenen Güterzugs in Belgien am (vgl. [53]) Seite 46 von 95

47 sowie die durch brennende Flüssiggas-LKW (Kemmlerzahl 23, UN1965) ausgelöste Gasexplosion in Harthausen vom (vgl. [54]). Aufgrund der sehr großflächigen und zeitlich langandauernden Konsequenzen, sind die bekanntesten und verheerendsten Unfälle bei Gefahrguttransporten sicherlich Havarien von Öltankern. Aber auch an Land weisen Gefahrgutunfälle oft eine weite räumliche Ausdehnung auf. Das zeigt das zitierte belgische Beispiel. Ein Gefahrgut- Waggon dieses Zugs enthielt knapp Litern Acrylnitril, 13 Waggons waren angekuppelt, von denen sechs Waggons entgleisten und drei explodierten immerhin Liter eines giftigen, leicht entzündlichen und umweltgefährdenden Stoffes. Beim Blick auf eine Karte fällt auf, dass der Unfall an einer vergleichsweise günstigen Stelle erfolgte (vgl. Abbildung 26). Die Feuerwehr evakuierte in einem Radius von 500 m um die Unglückstelle, 300 Menschen waren betroffen. Nur knapp einen Kilometer weiter hätte sich das Unglück im Zentrum von Wetteren ereignet und deutlich mehr Einwohner gefährdet. 30 und mehr Waggons sind bei Güterzügen keine Seltenheit. Aber auch auf der Straße werden in einem normalen Tanklastzug über Liter eines Gefahrstoffs transportiert. Je nach Stoff fahren diese LKW ohne Beschränkungen in Wohngebiete, um z.b. Flüssiggas oder Heizöl auszuliefern. Laut Chemischer Industrie wurden im Jahr 2011 allein in Deutschland rund Viermilliarden Tonnen Güter auf Straßen, Schienen- und Wasserwegen transportiert. Davon entfielen 255,8 Millionen Tonnen auf Chemikalien und davon waren wiederum etwa 40 % (ca. 102,3 Millionen Tonnen) als Gefahrgüter eingestuft (Verband der Chemischen Industrie Abbildung 26: Kartenausschnitt vom Zugunglück Schellebelle-Wetteren vom Mai ). Entsprechend Abbildung 27 entfallen dabei 78,4 % (= 80,2 Millionen Tonnen) auf die Transportwege Straße, Schiene und Wasserstraße, die in der Fläche von Freiwilligen Feuerwehren betreut werden. Im Unglücksfall kann aufgrund der Menge ein großflächiger Schaden entstehen. Zum einen können sich flüssige und gasförmige Stoffe aufgrund ihrer Beschaffenheit selbstständig über einen großen Bereich ausbreiten, zum anderen breiten sich chemische Stoffe indirekt aus, weil sie von Regenwasser mitgeschwemmt werden oder weil die Ladung in Brand gerät und sich so mögliche toxische Partikel und Gase konvektiv verbreiten. Seite 47 von 95

48 Abbildung 27: Beförderung chemischer Erzeugnisse (Quelle: Verband der Chemischen Industrie 2012, S. 1). Dabei sind die möglichen Schäden eines Gefahrgutunfalls sehr vielfältig und abhängig vom chemischen Stoff, der transportierten Menge und dem Ort des Unfalls. Grundlegend können jedoch folgende vier Arten von Schäden differenziert werden (Quelle: [55]): gesundheitliche Schäden für Menschen und Tiere in der Umgebung der Unfallstelle Schäden der Umwelt (z. B. Vergiftung von Trinkwasser, Kontamination der Luft, Schäden an Pflanzen usw.) materielle Schäden für die betroffene Firma, deren Produkt ausgetreten ist Infrastruktureller Schaden (blockierte Straßen etc.) Dass hier ein Bedarf an Unterstützung von Fachpersonal bei Gefahrgut-Unfällen besteht, zeigen die Einsatzzahlen der Werkfeuerwehren im TUIS in Abbildung 28. TUIS stellt den Feuerwehren vor Ort ein dreistufiges Angebot zur Verfügung, um bei Gefahrgut- Unfällen jederzeit auf Fachpersonal zurückgreifen zu können. In der Stufe 1 erhält die lokale Feuerwehr telefonische Beratung. Die Stufe 2 stellt einen Fachberater der Chemischen Industrie vor Ort bereit und in der dritten Stufe unterstützt eine nahegelegene oder zuständige Werkfeuerwehr mit Materialien zur technischen Hilfeleistung. Mit Geoinformationen lässt sich der Unfall zwar nicht vermeiden, in vielen Fällen aber das Ausmaß der Schäden verringern. Zum einen können Geoinformationen bereits vor einem Unfall intelligent wie am Beispiel Fahrwegsbestimmungen einsetzt werden (vgl. Kapitel 3.2). Zum anderen bieten Geoinformationen nach einem Unfall die Möglichkeit, im Rahmen des Führungsvorgangs der Feuerwehren (besonders in der Erkundung und Kontrolle der Maßnahmen, vgl. Kapitel ) schnell eine Übersicht über das komplexe Geschehen zu erlangen und die richtigen Entscheidungen zum Schutz von Mensch und Natur zu treffen (vgl. Kapitel ). Seite 48 von 95

49 Abbildung 28: Zahlen der TUIS-Einsätze in der Bundesrepublik Deutschland (Quelle: vci.de [70]). Im Folgenden beschreibt ein Exkurs den Einsatz von GIS und Geodaten im Katastrophenmanagement von Großschadensereignissen. Dieser Einsatz ist international etabliert und zeigt allgemein die Sinnhaftigkeit der Nutzung von GeoIT auf. Anschließend werden daraus die Trends und Möglichkeiten für einen Gefahrengutunfall und das TUIS abgeleitet und bewertet Exkurs: Rapid Mapping: Der Einsatz von GIS im Katastrophenmanagement Unter Rapid Mapping (deutsch: Notfallkartierung) versteht man den Prozess zur Erstellung einer Karte für die Katastrophenhilfe und das Katastrophenmanagement bei Großschadenslagen. Genauer noch lässt sich Rapid Mapping wie folgt definieren: Focused on current disaster events and dedicated to crisis management actors, the Damage Observation - Rapid Mapping service provides information support during response and immediate post-response by delivering rapid mapping products showing the extent and impact of the event. (Quelle: [56]). Rapid Mapping unterstützt die Einsatzkräfte bei der Informationsbeschaffung, weil es die Ausdehnung sowie die Auswirkung des Schadens beschreibt. Beim Rapid Mapping ist neben der Genauigkeit und Vollständigkeit der wichtigsten Geoinformationen der Faktor Zeit essentiell, denn nur wenn die Karte in vergleichsweise kurzer Zeit nach der Katastrophe vorliegt, kann diese sinnvoll in die Planung und Durchführung der Katastrophenhilfe und des Katastrophenmanagements einbezogen werden. Da Satelliten selbst große Gebiete in entlegenen Gegenden rela- Seite 49 von 95

50 tiv schnell erfassen, werden für die meisten Notfallkartierungen Satellitendaten genutzt. Seit ca Jahren besteht für Organisationen der nicht-polizeilichen Gefahrenabwehr die Möglichkeit, im Krisenfall präzise Satellitendaten von einer Region zu bekommen. Es lassen sich drei Gründe nennen, die zu dieser Entwicklung geführt haben (Quelle: Voigt, S. et. al 2007): Die technischen Verbesserungen der Auflösung von zivilen Satellitensensoren Die Vernetzung und Vereinheitlichung der Satellitensysteme und -betreiber Die Gründung einer internationalen Institution zur Kooperation in Katastrophenfällen: International Charter Space and Major Disasters (vgl. [57]). Neben der technischen Verbesserung trug gerade der letztgenannte Punkt entscheidend zur Möglichkeit von Notfallkartierungen bei. Die Mitglieder der International Charter Space and Major Disasters erklären sich im Falle einer Katastrophe bereit, ihre Satellitendaten der entsprechenden Region kostenlos und schnellstmöglich bereitzustellen. Nach einem Katastrophenereignis startet ein in der Charta festgelegter Prozess, welcher die Notwendigkeit von Satellitendaten überprüft und die Beschaffung und Verteilung der Geodaten regelt. Der Ablauf eines solchen Prozesses ist in Abbildung 29 dargestellt (vgl. dazu die ausführliche Beschreibung in [58]). Abbildung 29: Operativer Kreislauf der International Charter Space and Major Disasters. Neben diesem institutionellen Rahmen bedarf es auch eines technischen Vorgehens um nach einer Katastrophe schnellstmöglich eine Notfallkarte zu erstellen. Abbildung 30 zeigt den Workflow zur Erstellung einer Notfallkarte. Nach der Katastrophe und der Aktivierung der International Charter Space and Major Disasters gilt es zunächst Daten zu akquirieren. Zum einen wird nach geeigneten Satelliten gesucht, Seite 50 von 95

51 welche die für die Art der Katastrophe passenden Aufnahmesensoren besitzen und möglichst bald das entsprechende Gebiet überfliegen. Zum anderen werden archivierte Luftbilder des Katastrophengebietes gesucht, um einen ersten Überblick über das Gebiet zu erlangen. Die aktuellen Satellitendaten werden schließlich an einen so genannten Value Added Reseller (VAR) übergeben. Aufgabe des VAR ist die [ ] Aufbereitung und Analyse von Satellitendaten bei Natur- und Umweltkatastrophen, für humanitäre Hilfsaktivitäten und für die zivile Sicherheit weltweit. (Quelle: [60]). Abbildung 30: Workflow beim Rapid Mapping (Quelle: [59]). Im ersten Schritt erfolgt die Vorprozessierung der Satellitenbilder. Per Orthorektifizierung werden die Maßstabsverzerrungen beseitigt, welche im zweidimensionalen Bild aufgrund von dreidimensionalen Höhenunterschieden in der Realität auftreten. Die eigentliche Analyse bezüglich krisenrelevanter Informationen erfolgt im Anschluss aus zwei Quellen: Aus den neu erstellten Satellitenbildern werden über automatische, teil-automatische und manuelle Prozesse Informationen gewonnen, z.b. Überflutungsflächen, beschädigte Gebäude, zerstörte Infrastruktur, etc. Darüber hinaus dienen bereits vorhandene Geoinformationen aus Geodatenbanken als Informationsquellen, z.b. Straßen, Flussläufe, Grenzen, Ortsnamen, etc. Erst die Kombination macht aus dem leeren Satellitenbild eine Notfallkarte. Experiences gathered during the work with relief organizations show that it is an absolute key to fuse the satellite based information with additional data to present it in a proper geospatial context. (Quelle: Voigt, S. 2007, S. 1522). Die Gesamtdauer für die Erstellung einer Notfallkarte beträgt über diesen Weg ein bis fünf Tage für die Programmierung der Satelliten, die Wartezeit bis zum nächsten Überflug, den Download Seite 51 von 95

52 der Daten und die Auslieferung an den VAR. Die Bearbeitung der Satellitendaten zur Notfallkarte dauert nochmals ca. 8 Stunden (vgl. [61]). Aufgrund dieser Zeitspanne wird das Rapid Mapping insbesondere bei Hochwasserlagen, Erdbeben oder Waldbränden eingesetzt. Das heißt, die Charta wird erst aktiviert, wenn feststeht, dass es sich um eine andauernde Lage handelt. Es gibt aber auch technische Unfälle, in deren Zusammenhang die Charta Bilder des Unglücksortes lieferte. Das Zugunglück von Lac-Mégantic vom 6. Juli 2013 ist ein solches Beispiel (vgl. Abbildung 31). Aus noch nicht vollständig geklärten Umständen rollte ein abgestellter Güterzug auf abfallender Strecke selbstständig los und raste führerlos elf Kilometer von Nates nach Lac-Mégantic. In einer Kurve nahe dem Bahnhof von Lac-Mégantic entgleiste der Güterzug, der aus 72 (!) Kesselwagen bestand, die jeweils mit ca Liter Rohöl beladen waren. Teile des ausfließenden Rohöls fingen Feuer und zerstörten große Bereiche der Innenstadt, etwa Liter des Rohöls flossen in den nahe liegenden Rivière Chaudière. Insgesamt starben 47 Menschen. Ein Überblick über die Ereignisse vor/während und nach dem Unglück liefert die Montreal Gazette (vgl. [62]. Abbildung 31: Notfallkarte Zugunglück von Lac-Mégantic Quelle: vgl. [63]. Da selbst Tage nach dem Unglück das Gesamtausmaß der Katastrophe noch unklar war, aktivierte Public Safety Canada die International Charter Space and Major Disasters am 08. Juli Seite 52 von 95

53 2013. Aufnahmen der Satelliten Worldview-1 vom 29. Juni 2012 und QuickBird-2, vom 07. Juli 2013 dienten als Grundlage für die Erstellung einer Notfallkarte. Die Karte (vgl. Abbildung 31) zeigt das Gebiet vor und nach der Katastrophe. Aus den QuickBird-2-Aufnahmen wurde das von der Zerstörung betroffene Gebiet abgegrenzt. Im Abgleich mit der vor der Katastrophe aufgenommenen Worldview-1-Szene konnte die Anzahl der betroffenen Gebäude ermittelt und eingezeichnet werden. Zudem wurden Geoinformationen über den Verlauf der Bahnlinie eingefügt Flugroboter und Spezialsensorik Hinweis: Unter Flugrobotern (FR) wird in dieser Abhandlung ein unbemanntes Luftfahrzeug (Unmanned Aerial Vehicle, UAV) verstanden. Dabei kann es sich um sog. Multikopter (Quattro-, Hexa-, Oktokopter, etc.) handeln, aber grundsätzlich auch um Flächengleiter und andere Varianten autonomer Flugsysteme. Verbreitet ist auch der Begriff Drohne. Um die Anwendungen der nicht-polizeilichen Gefahrenabwehr von militärischen Anwendungen abzugrenzen, wird nicht ganz standard-konform (vgl. [86]) auf die Nutzung dieses Begriffes verzichtet. Die Idee des Rapid Mapping aufgreifend, geht es im Folgenden darum, durch InSitu- Erdbeobachtungsmethoden eine Einsatzlage besser erkunden zu können und Informationen zu sammeln, die durch eine bodengestützte Vorgehensweise nicht, nur schwer oder unvollständig zu erhalten wären. Dabei lehnt sich der Abschnitt wiederum an den Führungsvorgang der Feuerwehren an (vgl. Abbildung 40 und Kapitel ) und konzentriert sich auf den Subprozess Erkundung/Kontrolle. Bei Großlagen bessere Lageerkundung, Einsatzdokumentation und schnelle kostengünstige Alternative zu Hubschraubern (Quelle: Zimmermann, J. (2013), S. 58) verspricht sich Jörg Zimmermann, Stadtteilwehrleiter der Freiwilligen Feuerwehr Beierfeld in Sachsen vom Einsatz der UAV. Die Kopter werden in solchen Szenarien als Trägerplattformen mit unterschiedlichen Sensoren ausgestattet, um ihren Aufgaben entsprechend Geodaten liefern zu können. Klassisch werden Sensoren wie Digitalkameras im sichtbaren Spektrum des Lichts verwendet. Zunehmend kommen jedoch auch Spezialsensoren zum Einsatz, da sie gegenüber Bildern im optischen Bereich des Spektrums Vorteile aufweisen (vgl. Abbildung 38). Neben Infrarotkameras sind das beispielsweise Chemo-Sensoren, die spezielle Gefahrstoffe detektieren sollen. Beim Einsatz von Flugrobotern sind viele Fragen noch nicht geklärt (vgl. Kapitel ). Neben der Tatsache, dass gewisse Gewichtsklassen grundsätzlich einer Fluggenehmigung bedürfen, sind auch andere rechtliche Fragen offen. Für die Erfassung von Rauminformationen und die Erstellung von Luftbildfotos und Luftbildvideos gelten die verschiedenen rechtlichen Regelungen Seite 53 von 95

54 des Datenschutzes und der Geodatenerfassung (wie durch Google Street View u.a. in den Fokus der Öffentlichkeit gebracht.) (Quelle: AIR-Verband, vgl. [87]). Auch technische Details wie der Explosionsschutz der als offene Elektromotoren mit Schleifkontakten ausgeführten Rotorantriebe sind noch limitierende Faktoren - insbesondere bei Gefahrgut-Einsätzen. Man kann jedoch feststellen, dass UAV zunehmende Verbreitung bei zivilen Anwendungen erfahren und deren Bedeutung an Gewicht zunimmt (vgl. [87]) Beispiele für die Umsetzung Soweit recherchiert werden konnte, ist die zitierte FF Beierfeld die erste Freiwillige Feuerwehr in Deutschland, die ein UAV im operativen Einsatz hat. Hier wird das Gerät vorwiegend zur Personensuche im unübersichtlichen und waldreichen Einsatzgebiet der FF Beierfeld eingesetzt (Zimmermann, J. (2013), vgl. Abbildung 32). Abbildung 32: Einsatz von UAV bei der FF Beierfeld zur Personensuche mit Hilfe einer Wärmebildkamera (Quelle: Linkes Bild: [88] mit freundlicher Genehmigung der FF Beierfeld, rechtes Bild: Zimmermann, J. (2013), S. 57). Im Interview weist Zimmermann jedoch auf breitere Einsatzszenarien hin: Gleichzeitig kann man mit der Drohne Windgeschwindigkeiten auch in größeren Höhen messen und somit auch die Ausdehnung von Gefahrstoffen erkennen. Aber auch die Ausdehnung von Ölfilmen auf Gewässern lässt sich damit hervorragend beobachten. (Zimmermann, J. (2013), S. 58). Dies weist auf das Einsatzgeschehen der FF Beierfeld hin, die entsprechend ihrer Homepage auch den ersten Gefahrgut-Zug des Erzgebirgskreises sowie dessen Führungsgruppe und Zugführer stellen (vgl. [88]). Das Zitat leitet über zu den von Bernsdorf, B. (2013) auf der Informatik 2013 vorgestellten Ansätzen. Hier wurde beschrieben, dass UAV diverse Möglichkeiten bieten, Einsatzkräfte insbe- Seite 54 von 95

55 sondere bei Gefahrgut-Einsätzen mit GeoIT zu unterstützen. Der Artikel beschreibt die Möglichkeiten von optischen über multispektrale bis hin zu chemischen Sensoren (Bernsdorf, B. 2013/1, Bernsdorf, B. 2013/2). Insbesondere zu letzterem gibt es schon interessante Anwendungen. Die Firma SMART SOLUTIONS TECHNOLOGY UG aus Rheinberg hat ein Multikopter- System konstruiert, das für Gasmessungen ausgestattet ist. Das Gas Sample Device SST-3000 Q4 GSD ist dazu mit diversen Technologien ausgestattet. Neben der Möglichkeit, Luftqualität und Emissionen mit einem Ein- oder Viergas-Messsystem zu erfassen (es stehen bis zu 300 unterschiedliche Sensoren für die diversen Gase zur Verfügung), kann der Kopter die Einzelmessungen mit einer dreidimensionalen Geokoordinate verknüpfen. Die Daten werden über eine 5,8 GHz WLAN-Schnittstelle an die Bodenstation übertragen und können mit Hilfe eines HD- Kamerabildes auch optisch verortet werden (vgl. Abbildung 33). Abbildung 33: Das Multirotorflugsystem SSD 3000Q4 GSD der Firma SMART SOLUTIONS TECHNOLOGY UG in Rheinberg (Quelle und Copyrigth: SMART SOLUTIONS TECHNOLOGY UG, Rheinberg). Seite 55 von 95

56 Einen ähnlichen, aber durchaus fortschrittlicheren Ansatz verfolgte das Projekt Airshield. Ein Konsortium aus neun Partnern (u.a. die TU Dortmund, die Universität Paderborn mit dem C.I.K. sowie die Berufsfeuerwehr der Stadt Dortmund mit dem Institut für Feuerwehr- und Rettungstechnologie IFR) verfolgte die Möglichkeiten der Identifizierung und Klassifizierung von freigesetzten Schadstoffen in größeren Höhen (vgl. [65]). Denn üblicherweise ist eine solche Messung besonders bei diskontinuierlicher Schadstofffreisetzung nur in Bodennähe möglich (vgl. Abbildung 34 und [66]). Abbildung 34: Schadstoffmessung bei diskontinuierlicher Freisetzung (Quelle: LANUV NRW, vgl. [66]). AirShield griff dieses Problem auf und bediente sich der Schwarmintelligenz geo-gesteuerter Flugroboter, die mit entsprechender Schadstoff-Sensorik ausgestattet waren. So entstand ein Multi-UAV-System zur Verfolgung von Schadgaswolken (vgl. Abbildung 35). Die Sensordaten Seite 56 von 95

57 wurden an ein GIS übertragen, das der Entscheidungsunterstützung diente und für die taktische Einsatzplanung wertvolle Informationen lieferte 15. Der Ansatz hat gegenüber den bodengestützten Messverfahren den Vorteil, dass es viele Verknüpfungsmöglichkeiten zu unterliegenden Geodaten wie etwa Bevölkerungsdichte, Umweltfaktoren wie Natur- und Wasserschutzgebieten etc. gibt. Um eine vergleichbare Messdichte mit Messfahrzeugen z.b. der Analytical Task Force (ATF, vgl. [89]) oder des sog. Sondereinsatz des Landesamtes für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz (LANUV, vgl. [66] und Kapitel ) zu erhalten, benötigt man erheblich mehr Zeit und erhält zudem keine 3D-Informationen. Abbildung 35: AirShield-Funktionsprinzip (Quelle: BMBF, vgl. [65]) Bewertung für die Geschäftsprozesse Flugroboter können als Plattform für diverse Sensoren agieren. Während optische Sensoren klassische Luftbilder liefern, sind andere Spektralbereiche im nicht-sichtbaren Licht denkbar. Die FF Beierfeld nutzt beispielsweise eine Wärmebildkamera (Infrarot). Zudem konnte gezeigt 15 Mit einem speziellen Fokus auf den Bereich der Kommunikation von boden- und luftgestützten autonomen und unbemannten Systemen und einem Anwendungsszenario im Umfeld atomarer Störfälle setzt das Projekt ANCHORS Teile des AirShield-Projektes fort (vgl. [91]). Seite 57 von 95

58 werden, dass es bereits Systeme mit Chemo-Sensoren gibt, die bei Gefahrgut-Unfällen durchaus zum Einsatz kommen können. Betrachtet man den Führungskreislauf, sind die Informationen im Rahmen der Lagefeststellung sowohl bei der Erkundung als auch bei der Kontrolle der Maßnahmen sinnvoll einzusetzen. Eine Herausforderung ist jedoch die Frage, wer die Technik zum Einsatz bringt. Wie das Beispiel Beierfeld zeigt, ist offensichtlich durchaus auch eine Freiwillige Feuerwehr dazu in der Lage, den Führungskreislauf durch die Nutzung moderner Erkundungsmethoden sinnvoll zu erweitern. Der Gefahrgut-Zug des Landkreises könnte ein UAV bedienen, denn hier ist eine Führungsgruppe etabliert, die den Einsatzleiter massiv entlasten kann. Er ist weiterhin in der Lage, das klassische Vorgehen entsprechend des Führungsvorgangs abzuarbeiten und erhält von seiner Führungsgruppe zusätzliche Informationen, die mit Hilfe des UAV akquiriert wurden. Der Geschäftsprozess Führungsvorgang wird also nicht gestört, sondern sinnvoll ergänzt. Insbesondere kleinere Freiwillige Feuerwehren mögen aber aus verschiedenen Gründen mit dem Einsatz eines Flugroboters an ihre Grenzen stoßen. Im Zukunftsszenario der sog. Cyber Physical Systems (CPS) ist der Einsatz des UAV generell keine Belastung, da ein autonom agierendes UAV kein Personal bindet, sondern im Gegenteil Personal für wichtigere Zwecke frei macht (vgl. Projekt ANCHORS [91]). Da insbesondere die Werkfeuerwehren (allerdings nicht nur diese!) unter einem erheblichen finanziellen Druck stehen, können die Geodaten-gesteuerten CPS dazu beitragen, schnell auf Störfälle zu reagieren und die Business Continuity sicher zu stellen oder den Produktionsprozess nach einem Störfall schnell wieder herzustellen Exkurs: Möglichkeiten des Micro-Rapid-Mapping mittels Flugrobotern Der Nutzen von Notfallkarten bei großflächigen Naturkatastrophen ist sofort ersichtlich. Der Prozess des Rapid Mappings durch die International Charter Space and Major Desasters ist etabliert und an Großschadenslagen (resp. Katastrophen) angepasst. Gefahrgutunfälle haben (mit Ausnahme von Öltankerhavarien) jedoch eine viel geringere räumliche und zeitliche Dimension. So war selbst für das verheerende Zugunglück von Lac-Mégantic (vgl. Kapitel 4.2.1) die Notfallkarte, welche aus Satellitendaten von einem Tag nach dem Unglück besteht, für einen Großteil der eigentlichen Rettungsarbeiten viel zu spät. Die Ausführungen in Kapitel bieten nun die Möglichkeit, einen Prozess zu beschreiben, der sich in das Rapid Mapping eingliedert und an den Notwendigkeiten der Einsatzkräfte orientiert. Die Einsatzleitung kann während der Erkundung einerseits durch UAV und korrekte Sensoren als In Situ-Komponente unterstützt werden, ohne und Mannschaft und Material unkalkulierbaren Gefahren auszusetzen. Seite 58 von 95

59 Bei klassischen Gefahrgutunfällen mit geringerer räumlicher und zeitlicher Ausdehnung kann die Erstellung einer Notfallkarte nach dem vorgestellten Prozess mittels Satellitendaten nicht angewendet werden. Dazu ist das Verfahren einerseits zu aufwändig und benötigt zu viel Zeit. Rettungs- und Aufräumarbeiten wären längst erledigt, bevor eine solche Notfallkarte fertiggestellt wäre. Im Folgenden wird der Rapid Mapping-Ansatz aufgegriffen und mit den Möglichkeiten der In Situ-Komponente UAV/Sensorik kombiniert, um eine zukunftsnahe Möglichkeit zur schnellen Kartierung bei Gefahrgutunfällen vorzustellen. Fortschritte im Bereich der Elektronik und Sensorik ermöglichten in den letzten Jahren die Entwicklung und den Bau der beschriebenen Flugroboter. Sie sind einfach zu steuern und halten sich selbstständig stabil in der Luft. Und das zwischenzeitlich auch bei Wind und Sturm 16. Zudem sind sie in der Lage, mittels GPS-Unterstützung eigenständig eine festgelegte Route abzufliegen. Aufgrund dieser Entwicklungen rückt die Möglichkeit in greifbare Nähe, mittels Flugrobotern in kürzester Zeit die Notfallkarte für einen Gefahrgutunfall zu erstellen. Jeon, E. et al (2013) entwickelten bereits das Konzept eines Automatic Rapid Mapping System mittels eines Flugroboters. Ausgangspunkt der Studie war die Feststellung, dass für die Erstellung einer brauchbaren Karte die verschiedenen komplexen Aufgaben (Festlegung der Flugroute, Steuerung des Flugroboters, Orthorektifizierung der aufgenommenen Bilder etc.) zügig und fehlerlos ineinandergreifen müssen. Da nicht davon ausgegangen werden kann, dass Helfer vor Ort (z.b. Feuerwehrleute, Sanitäter, etc.) diese Technik ohne aufwendige Schulungen einsetzen können, sollte ein weitgehend automatisch agierendes System entwickelt werden. Das System besteht aus einem Flugroboter (hier: Oktokopter) und einer Bodenstation (Laptop). Nach der Auswahl von Gebiet und Auflösung am Laptop ermittelt eine Software automatisch einen Flugpfad mit Aufnahmepunkten, um das Gebiet vollständig abzudecken (vgl. Abbildung 36). Anschließend fliegt der Flugroboter diesen Pfad ab und erstellt an den optimalen Stellen selbstständige Aufnahmen. Mit jedem Bild werden die Zeit, die GPS Koordinaten und mittels Inertial- Sensoren die Ausrichtung des Fluggeräts gespeichert. Die Aufnahmen werden anschließend automatisch auf den Laptop übertragen, der die Bilder georeferenziert. Die Gesamtdauer des Prozesses beträgt einige Stunden und ist stark abhängig von der gewählten Auflösung (zwischen 1 und 3 cm pro Pixel) und der Gebietsgröße, wobei die Georeferenzierung der Bilder den Großteil der Zeit in Anspruch nimmt. Auch Intergraph Deutschland SG&I arbeitet mit verschie- 16 Die Firma microdrones GmbH gibt für ein UAV, das im Projekt AirShield verwendet wurde an, dass es eine Windlast von ca. 11 m/s verkraftet. Das entspricht Bft 6 (vgl. [92]). Seite 59 von 95

60 denen Partnern an der Verkürzung der Auswertezeit. Das sog. UAV-Apollo-Package hat zum Ziel, die Daten in max. einer Stunde verfügbar zu machen (vgl. Kapitel 4.2.2). Abbildung 36: Automatisierte Flugbahn-Berechnung (Quelle und Copyright: EFTAS Fernerkundung Technologietransfer GmbH; Die Kartengrundlage ist dem GeoService des Vermessungs- und Katasteramtes der Stadt Münster entnommen. Vervielfältigung mit Genehmigung des Vermessungs- und Katasteramtes der Stadt Münster (Kontrollnummer: ). Kombiniert man diesen Ansatz zur automatischen Erzeugung von Orthofotos mit dem Prozess des Rapid Mapping ergibt sich folgender Workflow für das Micro-Rapid-Mapping (vgl. Abbildung 37): Mobilisierung: Mit den eingehenden Notrufen oder spätestens nach ersten Berichten von Einsatzkräften vor Ort wird klar, dass es sich um einen Gefahrgutunfall handelt. Die anrückenden Spezialkräfte zum Umgang mit chemischen Unfällen (ABC-Zug, TUIS) bringen auch ein System zum Micro-Rapid-Mapping mit. Datenakquisition: Am Ort des Unfalls bestimmt die Bodenstation automatisch per GNSS die Position und zeigt die archivierten Luftbilder der Umgebung. Anhand einer ersten Einschätzung der Lage vor Ort (Art des Unfalls, räumlicher Ausmaß, Art der Chemikalien) und der Luftbilder wählt ein Bearbeiter den zu kartierenden Bereich aus. Eine Software berechnet automatisch die Wegpunkte, um den ausgewählten Bereich schnellstmöglich vollständig zu kartieren. Danach fliegt der Flugroboter die Route ab und macht an den entsprechend be- Seite 60 von 95

61 rechneten Punkten Aufnahmen. Mit den Aufnahmen werden die GPS-Koordinaten, die Zeit und die Ausrichtung des Flugroboters gespeichert. Unmittelbare Information: Unmittelbar verfügbar ist das Bild der Kamera entweder als statisches Bild oder auch als Video-Stream. Hier kann die Einsatzleitung bereits wertvolle Erkenntnisse im Rahmen der Erkundung gewinnen. Abbildung 37: Micro-Rapid-Mapping Workflow (Quelle und Copyright: EFTAS Fernerkundung Technologietransfer GmbH in Anlehnung an [59]). Vorprozessierung: Die gesammelten Daten werden auf die Bodenstation übertragen. Eine Software georeferenziert die Bilder zum einen mit Hilfe der Sensordaten des Flugroboters und zum anderen mittels Ground Control Points, z.b. Straßenkreuzungen, Gebäude etc., die zwischen den Aufnahmen und vorhanden Geoinformationen abgeglichen werden. Analyse: Nachdem die Orthofotos vorliegen, können vorhandene Geoinformationen ausgewählt und auf das Foto gelegt werden. Mögliche Geoinformationen sind z.b. Straßenverlauf, Gewässer, Naturschutzgebiete, Höhenlinien, etc. Zuletzt erscheint es sinnvoll in einem kurzen Überblick wichtige Informationen aus den Aufnahmen zu extrahieren und hervorzuheben. Dies kann zum einen teilautomatisch beispielsweise über Change-Detektion Verfahren oder rein manuell geschehen. Kartenerstellung: Die fertige Notfallkarte kann nun digital an die Einsatzleitung übertragen werden und steht dort zur weiteren Koordinierung zur Verfügung. Seite 61 von 95

62 Aktualisierung der Notfallkarte: Im Laufe des Einsatzes kann die Karte aktualisiert und verfeinert werden, um die getroffenen Maßnahmen zu kontrollieren (Führungsvorgang). Zum einen kann die Analyse verfeinert werden, indem z.b. neue, plötzlich benötigte Geoinformationen eingeladen werden oder indem die aktuellen Aufnahmen ausführlicher analysiert werden. Zum anderen können die Aufnahmen aktualisiert werden, indem nach einer bestimmten Zeit eine zweite Befliegung durchgeführt wird Von der statischen Notfallkarte zum dynamischen Notfallmodell Der hier vorgestellte Workflow für das Micro-Rapid-Mapping lässt sich erweitern, um aus der statischen Notfallkarte ein dynamisches Notfallmodell zu machen. In diesem werden ausgewählte Informationen in Echtzeit dargestellt. Einige Beispiele sollen zeigen, wie mit heute schon verfügbaren Technologien aus einer Notfallkarte ein Notfallmodell wird. Position der Einsatzkräfte: Mithilfe eines GPS-Trackers lassen sich die aktuellen Positionen der Einsatzkräfte/ Fahrzeuge auf dem Notfallmodell einblenden. Aktuelle Geoinformationen: Mit einer Internetanbindung können aus Kreisen oder kreisfreien Städten Karten-Services (Web Map Services, WMS) in das Notfallmodell eingebunden werden, welche sich automatisch aktualisierende Informationen bereitstellen. Beispiele sind etwa das Verkehrsaufkommen und die Windrichtung und stärke. Gerade bei einem Gefahrgutunfall ist die Vorhersage der Windrichtung bzw. des Wechsels der Windrichtung von großer Bedeutung, da die Einsatzkräfte aufgrund von toxischen Gasen und Rauchentwicklung mit dem Wind zur Unfallstelle vorrücken. Aktuelle Sensordaten: Gerade bei Gefahrgutunfällen erscheint es sinnvoll, neben reinen Luftbildern, weitere Aufnahmen mit Multispektral-, Infrarot- oder Chemo-Sensoren durchzuführen und die Ergebnisse in die Notfallkarte zu integrieren. Daten im nicht sichtbaren Bereich des Lichtes sind oft erheblich aufschlussreicher als klassische Luftaufnahmen, insbesondere wenn sie nachts oder in verrauchten Umgebungen erfasst werden (vgl. Abbildung 38). Ein Beispiel für ein solches Vorgehen bietet das Projekt AirShield (vgl. [65]). Bisher konnten toxische Gase durch die Feuerwehr mit Gassensoren nur in Bodennähe aufgespürt werden. Auch der Sondereinsatz des LANUV beschränkt sich auf die Betrachtung der bodennahen Schichten. Als Argument wird angegeben, dass insbesondere bei konvektiven Prozessen die Schadgase diskontinuierlich abgegeben werden und so keine stimmigen Ergebnisse gemessen werden können (vgl. [66] und Abbildung 34). Gerade bei Bränden, wie sie auch bei Gefahrgutunfällen auftreten können, steigen Rauchgase aufgrund der Thermik schnell nach oben. Im Projekt AirShield wurden daher mehrere UAV mit Gassensoren ausgestattet und so konfiguriert, dass sie selbstständig einer Schadgaswolke folgen. Die gesammelten Sensordaten wurden in Echtzeit an eine Bodenstation übertragen und dort georeferenziert dargestellt. So kann die Ausbreitung, Geschwindigkeit und Richtung von Schadstoffen verfolgt und mögliche Gegen- und Warnmaßnahmen getroffen werden. Seite 62 von 95

63 Abbildung 38: Vergleich einer optischen und Infrarot-Aufnahme eines Flugroboters von einem brennenden Gefahrgut-Transporter auf einer nächtlichen Autobahn (Quelle und Copyright: EFTAS Fernerkundung und Technologietransfer GmbH). Seite 63 von 95

64 Dynamische Vorhersagemodelle: Liegen ausreichend Informationen über das Gebiet des Unfalls und die beteiligten Chemikalien vor, lassen sich mit mathematischen Modellen mögliche Entwicklungen und Auswirkungen berechnen. Heute finden solche Modelle im Katastrophenmanagement z.b. bei der Ausbreitung von Öl im Meer (vgl. [67]) und bei der Bekämpfung von Waldbränden Anwendung. Für Ausbreitungsmodelle bei Brand- und Gefahrgut-Ereignissen bietet der Deutsche Wetterdienst (DWD) mit KONRAD und FeWIS besondere Services für Feuerwehren an (vgl. [68]). Integriert man solche Modelle in eine GIS-Umgebung, lässt sich unter anderem die Richtung und die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schadstoffen auf einer Echtzeitkarte anzeigen. Condorelli, A. & Mussumeci, G. (2010) zeigen das am Beispiel von Waldbrandereignissen. Auf Basis vorhandener Geodaten (u.a. digitales Höhenmodell, Bodenuntergrund, Gewässerverlauf, aktuelle Windrichtung etc.) lassen sich Vorhersagemodelle über die mögliche Ausbreitung von Partikeln, Flüssigkeiten und Schadgasen in eine GIS-Umgebung einbinden Herausforderungen für den Einsatz von Notfallmodellen bei Gefahrgutunfällen Die im letzten Abschnitt aufgezeigten Möglichkeiten des Micro-Rapid-Mapping mit Flugrobotern sind technisch weitestgehend realisierbar. Für die GeoIT-Branche besteht aber die Herausforderung, die verschiedenen Hard- und Softwaresysteme so zu verknüpfen, dass ein insgesamt funktionales System geschaffen wird. Dieses muss sich an den Notwendigkeiten der Einsatzkräfte orientieren. Die konkrete Umsetzung eines solchen Systems ist weitaus komplexer als die reine Bewältigung der technischen Hürden. Für die erfolgreiche Umsetzung gilt es auf offene Fragen aus verschiedenen Bereichen Antworten zu finden und diese in einem System zu kombinieren. Offene Fragen sind rechtlicher Art, Fragen der Bedienung und der Darstellung eines solchen Notfallmodells. Aber auch organisatorische Fragen spielen eine große Rolle: Rechtliche Fragen: Flugroboter als unbemannte Luftfahrtsysteme stehen bemannten Sportflugzeugen, Helikoptern oder Passagierflugzeugen weitgehend gleich, daher fallen sie - wie alle Fluggeräte - unter das Luftverkehrsgesetz (LuftVG), die Luftverkehrsordnung (LuftVO) und die Luftverkehrs-Zulassungs-Ordnung (LuftVZO)(vgl. [93] und [94]). Für den Einsatz eines Flugroboters bei einem Gefahrengutunfall gilt es daher speziell für solch ein Notfallereignis u.a. folgende rechtliche Fragen zu klären: Inwieweit dürfen Flugroboter über einer Unfallstelle, insbesondere über einer Gefahrgutunfallstelle fliegen? Inwieweit dürfen Flugroboter über Menschenansammlungen (Rettungskräfte, Verletzte, Schlaulustige) fliegen? Inwieweit dürfen Flugroboter autonom fliegen bzw. inwieweit muss ein Pilot bereit stehen, um im Notfall eingreifen zu können? Seite 64 von 95

65 Welche Flughöhe müssen Flugroboter mindestens, welche maximal einhalten? Welcher Abstand muss zu bestimmten Objekten (Stromleitungen, Brücken, Flugplätzen, Straßen etc.) eingehalten werden? Kann man sich für einen Flugroboter ggf. die Inanspruchnahme von Sonderrechten vorstellen, wie sie für Einsatzkräfte im Straßenverkehr auch gelten (vgl. 35 StVO), um die sinnvollen Regelungen der Luftfahrtgesetze nicht grundlegend einzuschränken? Bedienung des Systems: Der Prozess des Micro-Rapid-Mapping und der Erstellung eines dynamischen Notfallmodells erfordert ganz unterschiedliche Expertisen von der Bedienung des Flugroboters über die Bearbeitung von Luftbildern, die Erstellung von Karten bis zur Bedienung eines GIS. Damit ein solches System im Unglücksfall hinsichtlich Dauer und Aufwand sinnvoll eingesetzt werden kann, muss es in die bestehenden Abläufe eines Einsatzes integriert werden können, ohne diese zu verändern. D.h. das System sollte mit möglichst geringem Aufwand die bestehenden Strukturen unterstützen und an die Einsatzkräfte vor Ort angepasst werden. Daher müssen die verschiedenen Prozesse weitestgehend automatisiert und vereinfacht werden, so dass es mit wenig Übung verstehbar und einsetzbar ist. Die offene Fragen betreffen also sowohl die Bedienung der Hardware als auch die Software. Diese sind u.a.: Wie sieht eine übersichtliche, einheitliche und intuitive Bedienung des gesamten Systems aus? Welche Prozesse können aus technischer Sicht und sollten sinnvollerweise automatisiert werden? Beispiele hierfür sind: Berechnung der Flugroute, Flug des UAV, Übertragung der Daten, Georeferenzierung der Luftbilder, Einfügen von Geoinformationen. Wie muss die Bedienung des Flugroboters gestaltet werden, um möglichst automatisiert bzw. einfach zu sein? Welche Bedienungsvorschriften müssen beachtet werden, um die größtmögliche Sicherheit für Benutzer, Umstehende und das Fluggerät zu gewährleisten und den größtmöglichen Informationsgewinn durch das Notfallmodell zu erzielen? Beispiele hierfür sind: Bedienungsvorschriften zur Flughöhe und zur Fluggeschwindigkeit, zur Datenaktualisierung, zum Hinzufügen von Geoinformationen und zur Verbreitung der Karte. Wie muss die Bedienung der Software beschaffen sein, um einfach und zielgerichtet zu sein? Beispiel für den Gebrauch der Software sind: Auswahl des Fluggebietes, Einfügen von vorhandenen Geoinformationen, Informationsextraktion, Bereitstellung der Karte. Graphische Darstellung des Notfallmodells: Die Funktion eines Notfallmodells als kartographische Darstellung ist vergleichbar mit den grundlegenden Funktionen, welche auch andere kartographische Darstellungen dem Nutzer bieten sollen (vgl. Hake, G. et al. (2002)). Für das Ma- Seite 65 von 95

66 nagement einer Einsatzstelle ergeben sich hieraus folgende Funktionen. Das Notfallmodell als Informationsquelle: zur Orientierung: Allgemeinen Überblick über den Ort (Lage und Gegebenheiten vor Ort) und das Ausmaß der Katastrophe/des Unglücksfalles. zur Verwaltung: Bestandsermittlung verschiedener Parameter (z.b. Ausmaß der Schäden), Organisations- und Entscheidungshilfe bei der Koordination der Hilfsmaßnahmen. zur Planung: Entwicklung und Festlegung von Zielen, z.b. welche Schäden können eingedämmt/verhindert werden; Organisations- und Entscheidungshilfe bei der konkreten Planung, z.b. von Wegrouten und Lagerplätzen. Angesichts der Vielzahl der Informationen droht ein Notfallmodell schnell in einer Flut von Informationen unterzugehen und damit die oben genannten Funktionen nicht mehr bieten zu können. Daher ist die Frage der Darstellung essentiell. Damit eine Kartografie vom Nutzer richtig erfasst werden kann, bedarf es einer verständlichen Generalisierung und Codierung der Informationen. Um dies zu erreichen und einheitliche Zeichen zu benutzen die sich gegenseitig nicht stören, schlägt Friedmannová, L. (2010) ein je nach Art der Katastrophe vereinheitlichtes Darstellungsschema vor. Er entwirft darin die Grundzüge eines Konzeptes für Gefahrgutunfälle, welches von der Grundkarte bis hin zu den Kartenzeichen alle Fragen der Darstellung umfasst. Nach diesem Konzept werden bestimmte Informationen, die gerade bei einem Gefahrgutunfall wichtig sind, deutlich hervorgehoben. Das sind z.b. Wasserschutzgebiete oder die markante Darstellung des Absperr- und Gefahrenbereichs um eine Unfallstelle in Abhängigkeit von den geladenen Chemikalien (vgl. Abbildung 39). Abbildung 39: Verschiedene Darstellungen des Gefahrenbereichs bei einem Gefahrenunfall (Quelle: Friedmannová, L (2010) S.432) (eigene farbige Hervorhebungen). Seite 66 von 95