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Für den Ernstfall gerüstet

Kontextsensitives RFID-Gebäude-Leitsystem

von Univ.-Prof. Dr.-Ing. Uwe Rüppel, TU Darmstadt

Zur Optimierung des Brandeinsatzes forscht das Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen der TU Darmstadt an einem neuen Leitsystem auf Basis der sogenannten RFID(radio-frequency identification)-Technik.

Brandmeldeanlagen in großen Gebäudekomplexen führen zu zahlreichen Alarmen. Zum Auffinden der ausgelösten Brandmelder werden Feuerwehr-Laufkarten aus Papier verwendet. Diese können aufgrund zahlreicher Umbaumaßnahmen jedoch meist nicht zeitnah auf einem aktuellen Stand gehalten werden, sodass sich Einsatzkräfte z.T. vor Ort selbst einen neuen Weg im Gebäude suchen müssen. Dies kostet aber wertvolle Zeit, die im Ernstfall helfen kann, Menschenleben zu retten.

Die hochsensible Technik von Brandmeldeanlangen führt zu zahlreichen sogenannten Falschalarmen. Diese nehmen mit steigender Größe von Gebäuden zu. Beispielsweise treten ca. 3.500 Alarme pro Jahr auf dem Frankfurter Flughafen auf. Feuerwehr-Laufkarten aus Papier stellen ein Hilfsmittel dar, das im Hinblick auf Aktualität und Orientierung im Gebäude nicht ausreicht. Ein Überblick über die Positionen von Einsatzkräften in Gebäuden (indoor) ist für Einsatzleiter nahezu unmöglich, da die Positionen der einzelnen Einsatzkräfte per Sprechfunk angefragt werden müssen.

Gegenstand des Forschungsprojekts "Kontextsensitives RFID-Gebäude-Leitsystem" war es, Methoden zur Indoor-Ortung und -Navigation für Einsatzkräfte zur schnellen Wegfindung im Einsatzfall in Gebäuden entwickeln. Die bestehenden Feuerwehr-Laufkarten in Papierform können durch navigationstaugliche, digitale Gebäudepläne, generiert mit BIM-Techniken (Building Information Modelling) aus einem digitalen Gebäudemodell, zur Verwendung auf mobilen Endgeräten (z.B. Tablet-PCs) ergänzt werden. Dabei lag der Fokus der Forschungsarbeiten zum einen auf der Entwicklung geeigneter Ortungsmethoden für den Anwendungsfall der Indoor-Ortung für Einsatzkräfte der Feuerwehr und zum anderen auf der Weiterentwicklung von RFID-Technik zur Unterstützung bei der Orientierung und Bereitstellung von Informationen im räumlichen Kontext der Einsatzkraft. Hierbei sollen Einsatzkräfte mit wichtigen Informationen, wie z. B. Daten über brennbare Materialien und Starkstromanlagen, versorgt werden.

Indoor-Ortung

Das Anwendungsszenario in diesem Forschungsprojekt beinhaltet die Ortung innerhalb von Gebäuden. Hier ist eine Nutzung von GPS wie im Outdoorbereich nicht oder nur schlecht möglich [1]. Für die Indoor-Ortung wurden in den vergangenen Jahren zahlreiche Techniken entwickelt, die sich aufgrund ihrer spezifischen Ausrichtung nur für bestimmte Raumgrößen und Umgebungen eignen. Bisher ist keine Technik entwickelt worden, die als Universalsystem vergleichbar mit GPS im Indoor-Bereich eingesetzt werden kann.

Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden die verschiedenen Ortungstechniken analysiert und drei für jeweils unterschiedliche Umgebungsbedingungen geeignete Techniken ausgewählt [2], [3] und [4]. Ziel des Forschungsprojektes war es, mit einem Multimethodenansatz auf Basis von RFID-, Ultra-Wide-Band- (UWB) und WLAN-Ortung eine Indoor-Navigations-Integrationsplattform (INI) zu schaffen, die erstens je nach Umgebung eine Ortung auf Basis von RFID mit UWB- und WLAN-Ortung kombiniert und die zweitens im Alarmfall diese Informationen auf mobilen Endgeräten vor Ort zur Verfügung stellt. Hierfür werden einsatzrelevante Informationen für Rettungskräfte in ihrem räumlichen Kontext (kontextsensitiv) dargestellt.

Indoor-Navigations-Integrationsplattform
Indoor-Navigations-Integrationsplattform [Rüppel und Stübbe, 2008b]

Testverfahren

Die Ortungskomponenten WLAN, UWB und RFID wurden in Testumgebungen auf dem Gelände des Frankfurter Flughafens und am Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen installiert und getestet. Hierbei wurde auf bestehende Systeme der Firmen Ekahau und Ubisense zurückgegriffen, die den Anforderungen entsprechend angepasst wurden. Diese Systeme sind per Webservices an die INI angebunden. Zur Realisierung der RFID-Ortung wurden aktive RFID-Tags mit einer UHF-Frequenz von 868 MHz und 8 kB Speicher der Firma Identec Solutions getestet, die von einem Compact-Flash-RFID-Reader gelesen werden können. Hierbei lassen sich zuverlässig ausreichende Reichweiten in Gebäuden erzielen, die eine örtliche Referenzierung in Kellerräumen und Tiefgaragen ermöglichen. Es wurde ein Systementwurf erstellt und prototypisch umgesetzt. Alle Einsatzabläufe werden in einer Datenbank modelliert und nachgehalten. Auch die Organisationsstrukturen der Einsatzkräfte können verwaltet werden. Die prototypisch implementierten BIM-Anwendungen für eine Darstellung in 2- und 3D sind nachfolgend dargestellt.

2D-Darstellung für Einsatzkraft
3D-Darstellung für Einsatzleiter
3D-Darstellung für Einsatzleiter

Um Feuerwehrpläne dynamisch generieren zu können, wurde ein Konzept zum automatischen Import von Gebäudedaten aus BIM-Systemen (hier CAD- und Facility-Management-Systeme) entwickelt und umgesetzt. Hierbei können sowohl Räume als auch Objekte, wie beispielsweise Rauchmelder und Brandmeldezentralen, exportiert und auf mobilen Endgeräten dargestellt werden.

Fazit

Mit dem Forschungsprojekt "Kontextsensitives RFID-Gebäude-Leitsystem" sind Methoden zur Indoor-Ortung und -Navigation für Einsatzkräfte zur schnellen Wegfindung im Einsatzfall in Gebäuden am Beispiel der Flughafenfeuerwehr des Frankfurter Flughafens entwickelt und zusammen mit den Praxispartnern (Fraport AG und Bureau Veritas Brandschutzservices GmbH) evaluiert worden. Es zeigte sich, dass nur eine Ortungstechnik für die unterschiedlichen Gebäude- und Raumgrößen nicht ausreichend ist und diese Problematik mit Hilfe eines Multimethodenansatzes und der entwickelten Indoor-Navigations-Integrationsplattform (INI) gelöst werden kann.

Anmerkungen:

[1] Eissfeller, B.; Teuber, A.; Zucker, P.: Indoor-GPS: Ist der Sattelitenempfang in Gebäuden möglich? Aus ZfV Zeitschrift für Geodäsie, Geo-Information und Land Management (Jg.: 130, Nr.4, 2005)

[2] Rüppel, U.; Stübbe, K.: Context Sensitive Emergency-Navigation-System for Buildings. In: Proceedings of the 11th International Conference on Civil, Structural and Environmental Engineering Computing, Civil-Comp Press, ISBN 978-1905088-15-7 (Book), ISBN 987-1-905088-16-4 (CD-ROM), Paper 77, Malta, September 2007

[3] Rüppel, U.; Stübbe, K.: Frankfurt Airport Fire Safety: Context Sensitive Emergency Navigation in Complex Buildings. In: International Conference on Global Cooperation in Emergency and Disaster Management (Tiems 2008), S. 55, ISBN 987-90-9023299-7, Prag (Tschechische Republik), Juni 2008

[4] Rüppel, U.; Stübbe, K.: BIM Based Indoor-Emergency-Navigation-System for Complex Buildings. In: Tsinghua Science and Technology Journal, Tsinghua University, Vol. 13, No.S1, ISSN 1007-0214, S. 362-367, Peking (Volksrepublik China), Oktober 2008

Abbildungen: TU Darmstadt

Dieses Forschungsvorhaben wird von der Initiative Zukunft Bau des Bundesamts für Bauwesen und Raumordnung (BBR) gefördert.

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