Projektinformationen
Die zunehmende Digitalisierung und die damit verbundenen Möglichkeiten der Datenerfassung und -bereitstellung lassen einen Informationszugang zu, der den Ausgleich vielfältiger, teilweise widersprüchlicher Interessen vereinfacht. Auf Basis dieser Daten können Ausbau und Unterhaltung der Wasserstraßen als Verkehrsträger und damit einhergehend die Aufgaben des Gewässermanagements (z.B. Gewässerunterhaltung und -monitoring) vor dem Hintergrund des steigenden Mobilitätsbedarfs (Personen- und Güterverkehr) und dem Klimawandel umgesetzt werden.
Das beabsichtigte Projekt RiverCloud nimmt daher die Erfahrungen und Projekte der Konsortialpartner zur ganzheitlichen Gewässerbetrachtung auf, um ein neuartiges, autonomes und vernetztes Tandemsystem, bestehend aus UAV (Unmanned Aerial Vehicle) und USV (Unmanned Surface Vehicle), als Basis für ein integrales, konsistentes und effektives Monitoring und Management der Wasserstraßen als Verkehrsträger sowie des Gewässerumfelds (Vorland, Altarme) bereit zu stellen.
Eine ausgedehnte Systemvalidierung mit georeferenzierter Datenerfassung in realen Gewässerabschnitten und verschiedenen praxisnahen Szenarien zur Erprobung des Systems ermöglicht eine stetige Optimierung der Hard- und Software in einem iterativen Prozess. Durch die Fusion bereits vorhandener Daten (z.B. von Peilschiffen) mit den räumlich und zeitlich hochaufgelöst erfassten Daten des Tandemsystems können Fragestellungen aus dem Bereich Verkehrswasserbau und Gewässermanagement konsequent verfolgt werden. Hierfür bieten sich z.B. Flachwasser- und Buhnenbereichen sowie Abschnitte der Wasserstraßen an, in welchen eine hohe Sedimentdynamik auftritt und somit zur Gewährleistung der Fahrrinnentiefe regelmäßige Abbaggerungen erfolgen müssen. In sechs Arbeitspakten werden eine gekoppelte Sensortechnik (UAV und USV) und Schnittstellen für Hard- und Software (Datenflüsse und -formate) entwickelt. Die Daten werden aufbereitet und anwendergerecht in einer integralen Plattform (mCloud) bereitgestellt. Zur Validierung werden mit dem System durch Befahrungen und Befliegungen sowohl für das Gewässermanagement als auch für den Verkehrswasserbau Daten erhoben und z.B. für hydrodynamische Modelle oder zur Bauwerksmodellierung auf der Basis von BIM aufbereitet. Ziel des Projektes ist die Entwicklung modularer Sensorik und Methoden, die je nach Anwendungsfall zusammengestellt werden können, um Daten für (verkehrs-)wasserbauliche und wasserwirtschaftliche Fragestellungen bereit zu stellen. Die Einbindung der generierten Daten und Modelle in die täglichen Arbeitsabläufe der beteiligen Bundesbehörden und weiterer Nutzer wird parallel verfolgt. Die starke und erprobte Zusammenarbeit der Partner aus Unternehmen, Forschung und Praxis sichert die fachlich hochwertige, praxistaugliche und bedarfsorientierte Ausrichtung des Vorhabens ab.
Wasserstraßen haben bereits heute eine herausragende Bedeutung für den nationalen und internationalen Warenaustausch. Durch die zunehmende Urbanisierung und die damit einhergehende Überlastung des Straßenraumes sind Ausbau und Unterhaltung der Wasserstraßen (z.B. Sicherstellung Fahrrinnentiefe) u.a. vor dem Hintergrund des Klimawandels (Niedrigwasser) Herausforderungen der Zukunft. Diese Aufgaben sind jedoch nicht ohne die Berücksichtigung ergänzender und teils konkurrierender Nutzungen an den Wasserstraßen durchführbar. So muss die Unterhaltung u.a. im Einklang mit der EG-Wasserrahmenrichtlinie und der EG-Hochwasserrisikomanagement-Richtlinie erfolgen, um die Umsetzungsprozesse sicher, zukunftsgerichtet und effizient zu gestalten. Zur Beantwortung dieser Fragestellungen sind konsistente sowie räumlich und zeitlich hochaufgelöste Geometrie- und Sachdaten mit Raumbezug (Geodaten) unterschiedlichster Art (z.B. Gewässergüte, Vegetationsstruktur, Unter-/Überwasserbauwerksgeometrie, Gewässertopographie) erforderlich, die mit Fortschreiten der Digitalisierung zwar zunehmend vorliegen (z.B. mittels Fernerkundungsverfahren mit Satelliten, bemannten Flugzeugen/Helikoptern oder mit unbemannten Flugsystemen (UAV)), jedoch weisen diese für viele Fragestellungen nicht die erforderliche zeitliche und räumliche Auflösung, Abdeckung und/oder Genauigkeit auf bzw. ist im Kontext der Gewässerbewirtschaftung der alleinige Einsatz von UAV nicht zielführend, da die Erfassung der Gewässertopographie aus der Luft nur sehr bedingt mit der erforderlichen Genauigkeit möglich ist. Die üblicherweise mit Peilschiffen erhobenen Daten der Gewässertopographie erfassen zudem nicht den gesamten Fließquerschnitt (Flachwasser- und Buhnenbereiche sowie Nebengewässer und Altarme sind nicht erreichbar), die Rüstzeiten sind hoch und der Einsatz ist kostspielig.
Die in der vorliegenden Projektidee zu erhebenden Daten können sowohl im Verkehrswasserbau (z.B. Aktionsplan „Niedrigwasser Rhein“, Planung und Unterhaltung von Wasserbauwerken) als auch bei geplanten Renaturierungen (z.B. nach dem Bundesprogramm „Blaues Band Deutschland“) eingesetzt werden, um die Aufgaben des Wasserbaus bzw. Gewässermanagements umzusetzen.