Langanhaltende Trocken- und Hitzephasen nehmen aufgrund des Klimawandels
immer weiter zu. Damit steigt auch die Wahrscheinlichkeit für Wald- und
Flächenbrände, die das Leben von Mensch und Tier gefährden. Ein
Forschungsteam der Westfälischen Hochschule hat mit ARGUS nun eine
hochleistungsfähige Künstliche Intelligenz entwickelt, die die Arbeit von
Feuerwehr und Rettungskräften bei der Lagebewertung um ein Vielfaches
beschleunigt.

Gelsenkirchen. Im Juni 2023 waren in der EU 118.000 Hektar Land von
Waldbränden betroffen – damit liegt das Waldbrandgeschehen deutlich über
dem europäischen Durchschnitt der vergangenen 17 Jahre. Um die damit
einhergehenden materiellen Schäden und Gefahren für das Leben einzudämmen,
wird es für Rettungskräfte immer wichtiger, schnell ein verlässliches Bild
der Lage zu erhalten. Die Westfälische Hochschule mit dem Team um
Professor Dr.-Ing. Hartmut Surmann hat jetzt eine Künstliche Intelligenz
(KI) auf Basis einer Gruppe tiefer neuronaler Netze entwickelt, mit der
sich Drohnen-Einsätze bei Wald- und Vegetationsbränden deutlich
effizienter gestalten lassen. So können die Rettungskräfte nicht nur
schnell einen Überblick gewinnen, sondern die Lage auch mit einer bisher
nicht dagewesenen Präzision erfassen.

Für das Training der tiefen neuronalen Netze sammelten die Forschenden in
den letzten fünf Jahren gemeinsam mit dem Deutschen Rettungsrobotik-
Zentrum sowie den Feuerwehren Dortmund und Viersen bei Übungen und
Einsätzen vielfältige Datensätze. Diese wurden zum Trainieren der
neuronalen Netze aufbereitet und ermöglichten die Klassifizierung von
Feuer, Menschen und einer großen Bandbreite an Fahrzeugen, besonders aus
der Vogelperspektive von Aufklärungs-Drohnen.

Das Projektteam lernte auf Basis dieser Daten nicht nur die KI selbst an,
sondern entwickelte auch eine webbasierte Benutzerschnittstelle, um diese
und die zugrundeliegenden Trainingsdaten sowie die Drohnenaufnahmen
nutzbar zu machen. Die Web-App selbst trägt den Namen ARGUS. Der Name ist
allerdings nicht an den Namen des 100-äugigen Riesen aus der griechischen
Mythologie angelehnt, sondern steht für ARGUS - Aerial Rescue and
Geospatial Utility System. Die KI sowie die Anwendung stellen die
Forschenden seit diesem Monat als OpenSource System in einer ersten
Version über die Plattform github zur Verfügung. Drohnen, die schon jetzt
vielfältig bei Feuerwehren zum Einsatz kommen, können so noch
zielgerichteter verwendet werden.

Die hohe Effizienz bei der Lageaufklärung wird dadurch erreicht, dass die
Drohnen zwar vom Menschen überwacht werden, aber selbständig mit hoher
Geschwindigkeit das Einsatzgebiet abfliegen. Während die Drohnen bei einer
manuellen, von Menschen gesteuerten Inspektion mit einem Meter pro Sekunde
sehr langsam fliegen, erreichen sie im autonomen Betrieb Geschwindigkeiten
bis zu zehn Metern pro Sekunde. Dabei produzieren sie sehr große
Datenmengen von etwa einem Gigabyte pro Minute mit hohen Bildauflösungen.
Menschliche Anwenderinnen und Anwender wären mit der Geschwindigkeit und
Detailtiefe der entstandenen Bilder überfordert. Die von dem
Forschungsteam sowie den Anwenderinnen und -anwendern entwickelte KI und
Methodik unterstützt genau hier: Sie wertet die Bilddaten selbständig aus
und bereitet diese für die Einsatzkräfte in Form von Lagekarten im Browser
auf.

Aktuell bietet die Software neben der beschriebenen KI und dem Erstellen
von Übersichtskarten viele weitere Funktionen, wie beispielsweise das
Auslesen von Temperaturen aus Infrarot-Bildern, das interaktive Erkunden
von 360°-Fotos, sowie die Möglichkeit, Vorher-Nachher-Vergleiche der
Einsatzstelle mit Satellitenbildern zu betrachten. Darüber hinaus lag ein
weiteres Augenmerk auf einer möglichst einfachen Bedienung, da die Systeme
nicht nur von Fachleuten, sondern auch durch Einsatzkräfte nutzbar sein
sollen.

„Das Forschungsteam hat mit ARGUS einen Meilenstein in der
Aufklärungsarbeit von Feuerwehr und Rettungskräften erreicht. In den
nächsten Jahren werden wir die KI aber noch weiter testen und
weiterentwickeln“, so Prof. Dr. Hartmut Surmann. Das Deutsche
Rettungsrobotik-Zentrum hat gemeinsam mit der Feuerwehr Dortmund z. B.
bereits ein Einsatzfahrzeug, den sogenannten „RobLW“ mit der Software
ausgestattet und bietet für weitere Feuerwehren umfangreiche Schulungen
an.

Videos von den Möglichkeiten der Drohnen und der Software des
Forschungsteams gibt es unter: https://www.youtube.com/@RoblabFhGe.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
gefördert.

Wann und wo wird Starkregen auftreten? Wie können Bürger*innen und
Einsatzkräfte vor einem nahenden Ereignis gewarnt werden? Das sind die
Fragen, die die hydro & meteo GmbH in Kooperation mit den Stadtwerken
Lübeck, der Hansestadt Lübeck und der Technischen Hochschule (TH) Lübeck
im Rahmen des Projektes „heavyRAIN“ in Lübeck beantworten möchte.

Der Schutz vor Starkregen ist eine der zentralen Herausforderungen der
Klimafolgenanpassung. Im Starkregenfall zählt jede Minute, um kurzfristige
Maßnahmen zur Verminderung von Schäden zu ergreifen und sich in Sicherheit
zu begeben. Eine schnellere und präzisere Vorwarnung hilft den
Einsatzkräften proaktiv zu handeln.

Das Forschungsvorhaben „heavyRAIN“ erhält von September 2022 bis August
2025 im Rahmen der Innovationsinitiative mFUND eine Förderung durch das
Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV). Ziel ist es, ein
verbessertes Frühwarnsystem für Starkregen zu entwickeln. In den kommenden
drei Jahren werden in vier deutschen Städten (Bochum, Hagen, Lüdenscheid
und Lübeck) eigene Niederschlagsmessungen durchgeführt. Hiermit und mit
weiteren Wetterdaten wird die Vorhersagemethodik verbessert.

Initiiert und durchgeführt wird das Projekt von der Okeanos Smart Data
Solutions GmbH aus Bochum, der hydro & meteo GmbH aus Lübeck, dem Bochumer
Institut für Technologie gGmbH und dem Landesamt für Natur, Umwelt und
Verbraucherschutz NRW. Unterstützt werden sie von den Städten Bochum,
Hagen, Lübeck und Lüdenscheid, die gleichzeitig als Orte der Feldstudien
fungieren, sowie vom Deutschen Wetterdienst, der Emschergenossenschaft &
Lippeverband, den Stadtwerken Bochum Netze, dem Wetternetz Hagen, den
Stadtwerken Lüdenscheid & Herscheid, den Stadtwerken Lübeck Digital (bis
vor kurzem „Travekom“), den Wirtschaftsbetrieben Hagen sowie der
Technischen Hochschule Lübeck.

Das hydrometeorologische Ingenieurbüro hydro & meteo GmbH, ein seit vielen
Jahren mit Niederschlagsdaten und -warnsystemen vertrautes Unternehmen,
ist der Projektpartner in Lübeck. In Zusammenarbeit mit der Abteilung für
Straßenbeleuchtung der Hansestadt Lübeck werden 50 neu entwickelte,
kompakte IoT-Niederschlagssensoren an Straßenlaternen im ganzen
Stadtgebiet installiert. Die Niederschlagssensoren von der Firma NIVUS
arbeiten mit Infrarotlicht und bieten eine Regenmessung in Echtzeit, die
über das LoRaWAN-Netz der Stadtwerke Lübeck gesammelt wird. Die Messungen
werden später über das Internetportal der „Smart City Region Lübeck“
(geoportal.smart-hl.city) abrufbar sein. Diese Daten werden anschließend
von leistungsstarken Vorhersage-Algorithmen analysiert, um eine genaue
Einschätzung der Niederschlagslage zu liefern.

Marius Kämmel studiert Umweltingenieurwesen und -management an der TH
Lübeck. Im Rahmen der Lehre am Fachbereich Angewandte Naturwissenschaften
erfuhr der 24-Jährige vom Projekt HeavyRAIN: „Ich war direkt davon
begeistert und arbeite nun als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Projekt
mit.“ Um ein besseres Verständnis für die Funktionsweise sowie –fähigkeit
der Geräte zu bekommen habe Kämmel zunächst einzelne Sensoren im Labor für
Umweltverfahrenstechnik getestet. Dafür konzipierte und nutzte er einen
eigenen Versuchsaufbau. „Mittlerweile installiere ich die Sensoren
gemeinsam mit meinem Kollegen Bruno Castro von der hydro & meteo GmbH in
sämtlichen Lübecker Stadtteilen. Diese praktische Arbeit bringt sehr viel
Spaß. Es macht mich auch stolz die Sensoren an ihrem finalen Standort zu
sehen.“

Das Projekt heavyRAIN wird im Rahmen der Innovationsinitiative mFUND
(www.mFUND.de) durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr
gefördert.

Der Online-Vortrag am 21. August 2023 steht ganz im Zeichen von ethischen
Fragestellungen und Herausforderungen an Hochschulen und Universitäten,
den Umgang und die Auseinandersetzung damit.

Die APOLLON Hochschule hat in diesem Jahr eine Ethikkommission berufen.
Warum? Um den ethischen Anforderungen an Forschung und denen hochkarätiger
Fachzeitschriften gerecht zu werden, die zur Publikation von Studien
beispielswiese das Votum einer Ethikkommission voraussetzen. Entsprechende
Kommissionen an Hochschulen und Universitäten setzen sich mit Fragen und
der Abwägung von Erkenntnisinteresse und ethischen Grenzen auseinander.
Dürfen beispielsweise wenige Menschen durch die Teilnahme an Studien
belastet oder gar gefährdet werden, wenn die Erkenntnisse dieser Studien
für die Heilung sehr vieler Menschen wichtig sein könnten? Wer darf
hierüber entscheiden – und auf Basis welcher ethischen sowie rechtlichen
Grundlagen?

Das Spannungsfeld zwischen Erkenntnisgewinn und Ethik ist hoch aufgeladen,
kann rege und kontrovers diskutiert werden, ist aber stets aufzulösen. Am
21. August 2023 spricht Prof. Dr. Marcus Eckert von 18:00 bis 19:30 Uhr in
seinem Online-Vortrag über „Erkenntnisinteresse und Ethik – die
Ethikkommission an der APOLLON Hochschule“. Dabei geht er auch auf
Forschungsfragen und -themen ein, die Studierende in ihrer Abschlussarbeit
aufgreifen. Wann müssen, wann sollten Forschungsprojekte, die Gegenstand
von Abschlussarbeiten sind, durch die Ethikkommission begutachtet werden?
Was müssen Studierende wissen? Was Lehrende? Und ganz praktisch: Welche
sind die Schritte vom Ethikantrag bis zum Ethikvotum?

Zur Teilnahme benötigen Interessierte einen Computer mit Internetzugang
und Audioausgabe. Mit der Anmeldung bis 20. August 2023 per E-Mail an
studienorganisation(at)apollon-hochschule(dot)de erhalten externe
Teilnehmende die Zugangsdaten zum virtuellen Vortragsraum. Der Einlass ist
ab 17:30 Uhr für einen Technikcheck möglich. Studierende der APOLLON
Hochschule entnehmen die Anmeldemöglichkeiten und Zugangsdaten den
Informationen auf dem Online-Campus.

Prof. Dr. Marcus Eckert war Lehrer für Grund-, Haupt- und Realschule und
ist Psychologe. Er hat die Professur für Schul- und
Entwicklungspsychologie und leitet den Fachbereich Psychologie an der
APOLLON Hochschule. Seine Forschungs- und Arbeitsschwerpunkte sind
Emotionsregulation, Stressbewältigung, Selbstregulation, Prokrastination
und Motivation. Darüber hinaus hat er das Training „Stark im Stress“
entwickelt.

Prof. Dr. Michael Rosentreter, Professor für Pflegemanagement und
Berufspädagogik im Fachbereich Psychologie und Pädagogik an der APOLLON
Hochschule, moderiert den Vortrag.

In einer Lehrveranstaltung der Altertumswissenschaften machten Studierende
der Universität Trier überraschende Entdeckungen.

Eine Schachtel voller kleiner Schnipsel – ab damit in die Mülltonne?
Keinesfalls. Denn dieser Karton ist gefüllt mit Tausenden kleinen,
teilweise nur Millimeter großen antiken Papyrus-Fragmenten. Und die haben
es im wahrsten Sinn des Wortes in sich, wie Studierende der Universität
Trier herausgefunden haben. In einer Lehrveranstaltung haben sie den
Schnipseln eine Menge spannender und überraschender Informationen entlockt
und sind dabei sogar auf Gold gestoßen.

Die ursprünglich aus dem antiken Ägypten stammenden Fragmente gehören zur
Papyrussammlung der Universität Trier und waren über den Kunsthandel
dorthin gelangt. Da das Material bisher noch nicht wissenschaftlich
untersucht worden war, konnten 15 Studierende der Altertumswissenschaften
erstmalig zahlreiche Forschungsfragen an diese historischen
Hinterlassenschaften stellen und auch einige lösen. Dr. Stefan Baumann
(Ägyptologie) und JProf. Dr. Patrick Reinard (Papyrologie) leiteten diese
außergewöhnliche interdisziplinäre Übung im gerade beendeten
Sommersemester.

In wochenlanger Fleißarbeit galt es zunächst, die Papyrusfragmente zu
sortieren. Die Studierenden sichteten sie nach komplett erhaltenen Text-
und Buchstabenresten und erlebten eine erste Überraschung. Auf den
Fragmenten waren mindestens vier verschiedene Sprachen und Schriftformen
überliefert: Hieratisch, Demotisch, Griechisch und Arabisch. Auf einigen
Fragmenten ließen sich auch wahrscheinliche Hinweise auf die koptische
Sprache finden. Die Papyrusfragmente in der unscheinbaren Schachtel
stammen folglich aus ganz unterschiedlichen Zeiträumen. Besonders
bemerkenswert sind auch zahlreiche Stücke mit Schriftresten in roter
Farbe. Dabei handelt es sich oftmals um Überschriften, deren Bedeutung
farblich vom üblicherweise schwarzen Fließtext hervorgehoben wurde.

Eine unerwartete Entdeckung war zudem, dass Papyrusfragmente mit bemaltem
Gips, Leinen, Lehm und Pflanzenteilen durchmischt waren. Daraus lässt sich
schließen, dass die Papyri zur Mumifizierung verwendet wurden. Eindeutig
ist dies bei farbigen Gipsstücken, die als Reste einer Totenmaske gedeutet
werden können. Insgesamt handelt es sich bei dem Befund großenteils um
sogenannte Mumienkartonnage, die im griechisch-römischen Ägypten (ca. 3.
Jh. v. Chr. bis in die spätrömische Zeit) zur Bestattung verwendet wurde.
Zur Herstellung dieser Kartonnage wurden die zuvor als Schreibmaterial
genutzten Papyri gewissermaßen recycelt und schützend auf den Körper eines
Verstorbenen gelegt.

Auf einigen Fragmenten entdeckten die Studierenden sogar Goldreste, die
ebenfalls auf die einstige Verwendung als Mumienkartonnage hinweisen.
Außerdem fanden die Studierenden mit Unterstützung ihrer Dozenten heraus,
dass die Fragmentsammlung nicht aus einem einzigen historischen Fund
stammt, sondern wahrscheinlich aus verschiedenen Orten Ägyptens
zusammengetragen wurde.

„Einige hatten die Schachtel mit den Fragmenten schon scherzhaft als
Papyrusmüll abgetan. Nicht nur wegen der Spuren von Gold, sondern vor
allem angesichts der neuen Erkenntnisse könnte man sie nun ebenso gut als
wissenschaftlichen Papyrusschnipsel-Schatz bezeichnen", so die beiden
Dozenten, JProf. Dr. Patrick Reinard und Dr. Stefan Baumann.

Tatsächlich ließen sich aus dem Papyrusmaterial auch zahlreiche Aspekte
zur Lebenswelt der Antike erschließen. In der Lehrveranstaltung wurden sie
thematisch vertieft, etwa durch Informationen zum Material Papyrus und
seiner Herstellung, zum Papyrushandel und zu Prozessen der
Wiederverwertung. Darüber hinaus wurden die verschiedenen Schriftformen
unter Berücksichtigung der Schriftentwicklung und Paläographie betrachtet.
Nicht zuletzt lernten die Studierenden auch Neues über die
Mumifizierungstechnik sowie die religiösen Vorstellungen im alten Ägypten.

Trotz intensiver Bemühungen und Diskussionen konnte die Frage nach dem
genauen Ursprung der Papyrusfragmente noch nicht geklärt werden. Somit
wird die Schnipselsammlung in den nächsten Semestern Gegenstand weiterer
Lehrveranstaltungen sein. Dann werden sich die Studierenden auch mit der
dauerhaften Restauration und der Rekonstruktion von zusammengehörenden
Fragmenten beschäftigen.