Mit Echtzeitdaten gegen Katastrophen

Digitale Zwillinge kombinieren präzise (3D-)Modelle mit Echtzeitdaten. Sie ermöglichen eine virtuelle Erkundung von Objekten oder Städten wie in einem Videospiel und liefern dabei relevante Analysen und Prognosen. Digitale Zwillinge nutzen die Positionsdaten von GEO-Informationssystemen (GIS) und Bild- und Vermessungsdaten aus Drohnen, um eine virtuelle Nachbildung eines physischen Objekts, Prozesses oder Systems zu erstellen, die nahezu in Echtzeit aktualisiert wird. Diese digitale Repräsentation ermöglicht es, Daten zu analysieren und zu simulieren, um Einblicke in die Leistung und den Zustand des physischen Gegenstücks zu gewinnen.

Virtuelle Zwillinge revolutionieren Industrie und smarte Städte

Visualisierung eines digitalen Zwillingssystems mit Echtzeit-Simulation in der Fabrikhalle – zur Prozessautomatisierung und für Wartungsarbeiten. © Bild: stock.adobe.com/ Charoen

Digitale Zwillinge können in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt werden, darunter die Fertigung, wo sie zur Optimierung von Produktionsprozessen und zur Vorhersage von Wartungsbedarf genutzt werden. Im Gesundheitswesen ermöglichen sie die personalisierte Medizin durch die Simulation von Behandlungsplänen. In der Städteplanung helfen sie bei der Entwicklung smarter Städte durch die Modellierung von Infrastrukturen. In der Energiebranche werden sie zur Überwachung und Optimierung von Kraftwerken und Stromnetzen eingesetzt, und in der Landwirtschaft tragen sie dazu bei, den Ernteertrag zu maximieren und den Einsatz von Ressourcen zu optimieren. Die Einsatzmöglichkeiten digitaler Zwillinge sind somit nahezu grenzenlos. 40 Mitarbeiter von Eviden waren für die Erstellung eines der größten digitalen Stadtzwillinge Europas zuständig: Cottbus. Das Modell soll unter anderem bei der Stadtplanung, Hochwassersimulationen oder Bauvorhaben unterstützen.

Simulation von Wassermassenbewegungen

Immer häufiger wird Eviden im Bereich der inneren Sicherheit angefragt, darüber hinaus unterstützt das Unternehmen bei der Erstellung von Lagebildern für den Katastrophenschutz. Auf Grundlage digitaler topographischer Karten kann simuliert werden, wohin sich Wassermassen ausbreiten, wenn Flüsse über die Ufer treten. Wo müssen Rettungskräfte dann die Menschen evakuieren? In den Nachtstunden wird das in den meisten Fällen aus deren Wohnungen sein, am Tag holt man sie aus Schulen, Büros und von Arbeitsplätzen ab.
Wo positioniert man Leiterwagen der Einsatzkräfte, um in möglichst kurzer Zeit an jedem Haus im Ort zu sein? Diese Frage wird nicht ausreichend genau von üblichen GPS-Systemen beantwortet, weil Rettungskräfte mit Blaulicht nach § 38 StVO das besondere Wegerecht auf „freie Bahn“ genießen. Sie dürfen beispielsweise Wald- und Feldwege sowie Einbahnstraßen in beide Richtungen nutzen. Vorhersagemodelle für einen solchen Katastrophenfall lassen sich mit GIS, aktuellen Pegelständen, Wetterberichten und digitalen Karten sehr gut berechnen.

Autonomer Drohenservice

Objekte können von innen für eine millimetergenaue Bildauflösung vermessen und als interaktive Modelle rekonstruiert werden. Hier ein Screenshot vom digitalen Zwilling des Paderborner Doms mit relevanten Informationen. Die digitale Kopie ermöglicht nicht nur, verborgene Schäden wie Risse oder Feuchtigkeit zu erkennen, sondern auch eine präzise Planung zukünftiger Restaurierungen. © Bild: Eviden

Im Kreis Paderborn entsteht zurzeit ein Projekt, das bundesweit Vorbildcharakter haben könnte: ‚Drone as a Service‘ (DaaS) für Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS). Dabei können Einsatzleiter der Feuerwehr beispielsweise bei einem Brand oder einer Personensuche im Gelände eine Drohne losschicken. Sie liefert dreidimensionale Echtzeitinformationen auf der Leitstellenkarte der Feuerwehr ähnlich wie bei einem digitalen Zwilling, sodass die Rettungskräfte gezielt und effizient koordiniert werden können. Das Besondere: Das System arbeitet hochautomatisiert. Die Drohnen starten, landen und laden automatisiert. Die Flugplanung ist direkt in das Leitsystem integriert.
Einer der Hauptvorteile von DaaS ist die Kosteneffizienz, da Unternehmen nicht in teure Drohnen und die dazugehörige Technologie investieren müssen. Stattdessen mieten sie Drohnenservices nach Bedarf. Ein Vorteil ist die Skalierbarkeit, da Unternehmen die Nutzung von Drohnenservices je nach Bedarf anpassen können. Dies ist besonders nützlich in saisonalen Branchen wie der Landwirtschaft, um Felder zu überwachen, Ernteerträge zu analysieren und Schädlings-befall zu erkennen. Drohnen können mit speziellen Sensoren ausgestattet werden, um multispektrale Bilder zu erfassen. Drohnen können hochauflösende Bilder für 3D-Modelle liefern, die die Planung und Überwachung von Projekten erleichtern.

Eine der größten Hürden für das Projekt liegt allerdings nicht in der Technik, sondern in den stringenten Regularien des Luftverkehrs, das Drohnenflüge außerhalb der Sichtweite bisher stark reglementiert. Durch die Zusammenarbeit mit der Deutschen Flugsicherung und den Einsatz von Transpondern, die die Drohnen als Luftfahrzeuge identifizierbar machen, konnten die rechtlichen Hürden jedoch überwunden werden. Zudem wurden Sonderrechte für BOS-Dienste erteilt und das Land Nordrhein-Westfalen unterstützt in Haftungsfragen für die Pilotphase.

Ulrich Wilmsmann ist Practice Head Data Analytics & Automation bei Eviden. © Bild: Eviden

Paderborn – bekannt für sein IT-Tradition und die enge Verzahnung von Wissenschaft und Wirtschaft – ist derzeit noch eine Testregion. Doch das Paderborner Unternehmen Eviden geht davon aus, dass der Dienst dort im Sommer starten kann.