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Jede Sekunde zählt

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 15.03.2010 16:31

Als am 17. August 1999 im Nordwesten der Türkei die Erde bebte, waren die Folgen verheerend – 18.000 Menschen verloren ihr Leben. Mit Hochdruck wird deshalb an der Entwicklung eines verlässlichen Frühwarnsystems für die extrem gefährdete Region entlang der Nordanatolischen Verwerfung gearbeitet.

Das Forschungsprojekt EDIM hat es sich zum Ziel gesetzt, das in Istanbul bereits vorhandene Erdbebenfrühwarnsystem auf das Gebiet des angrenzenden Marmara-Meers zu erweitern und seine Leistungsfähigkeit erheblich zu verbessern. Als Teil des im Rahmen des GEOTECHNOLOGIEN-Programms geförderten Projekts werden dabei erstmals selbstorganisierende Sensorennetzwerke entwickelt, die eine zuverlässigere und engmaschigere Vorhersage von Erdbeben ermöglichen sollen. Wie dies realisiert werden kann, fragte planeterde den Projekt-Koordinator von EDIM, Professor Friedemann Wenzel.

planeterde: Herr Professor Wenzel, könnten Sie bitte kurz umreißen, womit sich Ihr Projekt befasst? Welche Ziele verfolgen Sie mit EDIM?

Wenzel: Es geht um die Entwicklung neuer Ansätze bei der Erdbebenfrühwarnung am Beispiel Istanbuls: Zunächst soll die Frühwarnzeit verkürzt werden, indem neue Algorithmen auf die Daten angewendet werden, die an den zehn bereits bestehenden Frühwarnstationen einlaufen. Weiterhin werden neue Informationssysteme konzipiert, mit denen die Katastrophenschutzbehörden schnell Ort und Art der Schäden eines Bebens abschätzen können. Ein völlig neues Konzept der Datenerfassung, bestehend aus preiswerten Sensoren für seismische und andere Signale, dient dazu, viele Orte, Bauwerke, Brücken und Wohnungen mit Messinstrumenten zu bestücken, ohne dabei Kabel legen zu müssen. Das System ist robust, weil es aufgrund der Redundanz der Kommunikation auch dann noch funktioniert, wenn viele Sensoren erdbebenbedingt ausfallen.

planeterde: Wie ist der aktuelle Stand des Projekts? Ist die Erweiterung des existierenden Erdbeben-Frühwarnsystems für Istanbul auf die gesamte Marmara-Region schon abgeschlossen?

Wenzel: Nachdem die zusätzlichen Stationsorte in der Marmara-Region bereits erkundet wurden, ließen sich alle nötigen Berechnungen für eine Installierung durchführen. Die Erweiterung wurde zwar von der Istanbuler Stadtverwaltung noch nicht umgesetzt, ist aber nach wie vor geplant. Zurzeit führen wir weitere Berechnungen zur Leistungsfähigkeit einer solchen Erweiterung durch und versuchen, die Lage der Stationsorte zu optimieren. Dabei nutzen wir die exzellente Kooperation mit dem Istanbuler Institut KOERI und der Stadtverwaltung von Istanbul, um die von der Installation unabhängigen Arbeiten voranzutreiben.

Frühwarnung ist keine Vorhersage

Frühwarnung ist keine Vorhersage: Ereignet sich ein Erdbeben, so bleibt zwischen der ersten Registrierung der schnellsten Raumwellen und der langsameren Oberflächenwellen ein kurzer Zeitraum, in dem man reagieren kann. Dieser Zeitraum ist umso größer, je weiter man vom Epizentrum entfernt ist. So bleiben für eine 50 km entfernte Großstadt nur wenige Sekunden für das Anhalten von Zügen, das Absperren von Gasleitungen oder die Drosselung chemischer Produktionen (Bild: J.K. Nakata, U.S. Geological Survey).

planeterde: Was muss man sich unter einem Erdbeben-Frühwarnsystem eigentlich konkret vorstellen? Warnung mit Vorlauf ist doch im Moment höchstens bei Tsunamis als Folge von Erdbeben möglich, oder?

Wenzel: Unser System dient der sequentiellen Bereitstellung von Informationen vor, während und nach einem Erdbeben. Wenige Sekunden vor Ankunft der seismischen Wellen können automatisierte Abschaltungen erfolgen. Konkrete Vorhaben werden von KOERI mit dem regionalen Gasversorger geplant und für den zurzeit im Bau befindliche Eisenbahntunnel unter den Bosporus konzipiert. Als nächste Information – Minuten nach dem Beben – können Erschütterungskarten geliefert werden, die zeigen, in welchen Teilen der Stadt die Bodenbewegung und damit die erwarteten Schäden besonders intensiv waren. Im dritten Schritt können Schätzungen der Schäden in der Stadt, zum Beispiel die Zahl von Gebäudeeinstürzen, geliefert werden.

planeterde: Auf welche Weise soll die Bevölkerung, sollen die Behörden in der betroffenen Region von Ihrem System profitieren? Werden sie direkten Zugang zu den generierten Daten haben?

Wenzel: Das ist Angelegenheit der türkischen Behörden und kann nicht unabhängig von der politischen Kultur eines Landes gesehen werden. Wir generieren mit den Kollegen die notwendige Technologie dazu. Nachdem Frühwarnung in Japan und Taiwan mittlerweile als öffentlicher Service erfolgt, kann man damit rechnen, dass das auch in anderen Ländern geschehen wird. Zurzeit gehen die Informationen an die Katastrophenzentrale der Stadt, an den Gouverneur von Istanbul als Institution der Zentralregierung und an das Militär.

planeterde: Arbeitet das bestehende Frühwarnsystem in Istanbul denn zuverlässig? Warum muss die Signalübertragungskapazität des vorhandenen Systems für Ihre Projektziele erhöht werden?

Wenzel: Das System sollte verbessert werden, weil die Radiokommunikation über Transmitterstationen zurzeit dazu führen würde, dass bei einem Ausfall alle Stationen, die über diesen Transmitter verbunden sind, nicht empfangen und ausgewertet werden können. Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, wird einerseits eine satellitengestützte Kommunikation installiert. Zudem erlaubt das selbstorganisierende Sensornetz die Kommunikation unabhängig innerhalb des Netzes und nach außen.

planeterde: Sie sprechen die neue Technologie der selbstorganisierenden Netze an. Was ist ihr Vorteil gegenüber bestehenden Ansätzen?

Wenzel: Die selbstorganisierenden Netze kommunizieren untereinander und sind wegen ihrer Redundanz resistent gegen den Ausfall einzelner Messpunkte. Sie kommunizieren über WLAN, benötigen daher keine Verkabelung und sind entsprechend leicht zu installieren. Experimente auf der Istanbuler Fatih-Brücke und im Stadtteil Ataköy haben das bestätigt. Sie sind zudem billig und können daher letztlich in jedem Haushalt aufgestellt werden.

planeterde: Ist es denn tatsächlich das erste Mal, das ein selbstorganisierendes Ad-Hoc-Netzwerk im Bereich der Erdbebenfrüherkennung eingesetzt wird?

Wenzel: Ja. Es gibt zwar in Japan auch Entwicklungen hin zu billigen Sensoren, die mit dem Warnsystem der dortigen Meteorologischen Behörde verbunden werden, aber keine selbstorganisierenden Netze.

planeterde: Sie erwähnten, dass Sie in Ihrem Projekt auch Erdbeobachtungssatelliten einsetzen wollen. Wie genau kann diese Technik eingebunden werden?

Wenzel: Der Einsatz von Satelliten für Kommunikationszwecke wurde von KOERI seit drei Jahren in Hinblick auf Machbarkeit, Kosten und ähnlichem analysiert. Optische und Radar-Satellitenbilder könnten benutzt werden, um das Inventar etwa an Gebäuden und Infrastruktur immer aktuell zu halten. Für die Schadenserfassung spielen Satelliten eine zunehmende Rolle, aber der Satellit muss sich in der Nähe der geschädigten Region befinden. Übliche Zeiten der Abdeckung liegen im Bereich von mehreren Tagen, sodass Satelliteninformationen nicht immer unmittelbar verfügbar sind.

planeterde: Welche Rolle spielen Computer-Simulationen bei der Realisierung von EDIM?

Wenzel: Alle Systemkomponenten werden auch simuliert; das ist für das Verständnis der Systeme erforderlich, aber auch zur Messung ihrer Leistungsfähigkeit. Wir simulieren etwa realistische Erdbebenkataloge für verschiedene Konfigurationen der Frühwarnstationen und unterschiedliche Algorithmen der Erkennung eines Starkbebens.

planeterde: Inwiefern lässt sich denn die Technik, die Sie in Ihrem Projekt entwickeln, auch auf andere Regionen der Welt übertragen?

Wenzel: Alle Systemkomponenten sind übertragbar. Insbesondere die Arbeiten der Kollegen von lat/lon und DELPHI, die sich mit der Informatik befassen, zielen darauf ab, mit der Entwicklung von interoperationellen Systemen und Webservicen die Übertragbarkeit zu sichern. So kann unser System künftig auch in anderen Ländern, zum Beispiel in Italien oder Griechenland, eingesetzt werden.

planeterde: Herr Professor Wenzel, wir danken für dieses Gespräch.

RD, iserundschmidt 02/2009


EDIM ist Teil des GEOTECHNOLOGIEN-Forschungsschwerpunkts „Frühwarnsysteme im Erdmanagement“. Weitere Projekte dieses Kernbereiches finden Sie hier.

Ausführliche Informationen zu EDIM erhalten Sie auf der Projektseite.

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