Geoinformationssysteme für Navigation, Visualisierung und Simulation

25/05/2021

Die sicherheitspolitischen Veränderungen der letzten Jahre erfordern für die Bundeswehr nach Jahren der ausschließlichen Konzentration auf Einsätze im Rahmen des Internationalen Krisenmanagements zusätzlich die umfassende Befähigung zur kollektiven Landes- und Bündnisverteidigung (LV/BV). Der Bereitstellung und Nutzung von Geoinformationen kommt hierbei eine nicht zu unterschätzende Bedeutung zu.

Militärische Operationen werden ganz entscheidend durch die herrschenden Umweltbedingungen beeinflusst. Belastbare Aussagen über die Befahrbarkeit von provisorischen Marschwegen im Einsatzland werden durch hochaktuelle und rasch verfügbare Geodaten gewährleistet. (Foto: ISAF)

Prolog

Geoinformationen gehören im Rahmen der Geoinformationsunterstützung zu den militärischen Fähigkeiten der Bundeswehr. Deren Nutzung trägt dazu bei, dass militärische Operationen auch bei sehr schwierigen Umweltbedingungen durchgeführt werden können. Zahlreiche Beispiele aus der jüngeren Vergangenheit belegen, dass günstige oder ungünstige Geofaktoren über Erfolg oder Misserfolg militärischer Operationen entscheiden. Bei allen lagebezogenen Führungsprozessen spielt die zeitgerechte Bereitstellung von aktuellen und qualitätsgeprüften Geoinformationen eine entscheidende Rolle. Zu deren Gewinnung werden weitgehend satellitengestützte und flugzeugbasierte Aufnahmeverfahren genutzt. Für die Planung und Durchführung von militärischen Operationen ist daher die Verfügbarkeit geeigneter Geoinformationen entscheidend. Außerdem kommt der lagebezogenen Bewertung der Auswirkungen aller Geofaktoren eine große Bedeutung zu.

Geoinformationen müssen wichtige international vereinbarte Standards erfüllen: So muss sichergestellt sein, dass innerhalb des Einsatzgebietes ein einheitlicher, multinational abgestimmter Datenbestand an Geoinformationen zur Planung und Durchführung von Operationen sowie zur Navigation, für das Meldewesen und das Targeting für die Soldatinnen und Soldaten zur Verfügung steht. Das ist Grundlage für die vernetzte Operationsführung und für die Interoperabilität mit den Verbündeten. Erfahrungen aus dem ISAF-Einsatz der Nato haben immer wieder deutlich vor Augen geführt, dass ohne einen solchen Datenbestand ein koordinierter Einsatz von Kräften nicht möglich ist und sich die Gefahr für Leben und Gesundheit sowie Kollateralschäden signifikant erhöht. Keine Nation ist in der Lage, alle notwendigen Geoinformationen für Einsätze alleine zu beschaffen. Daher sind bi- und multinationale Abkommen in der Geo-Community unerlässlich.

Ein sorgfältiges Geländestudium beugt Geogefahren im Einsatzland vor. Die Aufnahme links zeigt eine 3D-Aufnahme eines von Hangrutschungen bedrohten Geländes, rechts die Analyse des Geländes mit voraussichtlichen Ereignissen. (Fotos: L3 Laser Mapping)

Das Gelände verstehen

Die zeitgerechte Bereitstellung von aktuellen und qualitätsgeprüften Geoinformationen trägt entscheidend zum Erfolg von militärischen Operationen bei. Die lagebezogene Bewertung der Auswirkungen aller Geofaktoren im Einsatzraum basiert auf Rasterdaten (Bild- und Höhendaten), und Vektordaten, die in hochauflösende Karten und 3D-Visualisierungen einfließen. Hierfür werden die Bilddaten kommerzieller Satellitensysteme genutzt. Die Karten zeigen Gelände- und topografische Daten, Informationen über vorhandene Infrastruktur und sogar durch Menschenhand bedingte Veränderungen im Oberflächenterrain. Benötigt werden die Informationen für 3D-Stadtmodelle, die Planung und den Bau von Einsatzliegenschaften, Unterkunfts- und Betreuungsgebäuden sowie Schutzmauern zur Beschusssicherung, die Baumaterialerkundung, die Drohnenflugplanung, die Planung von Patrouillenmissionen und den Brückenbau. Am Beispiel der Planung von Patrouillenmissionen in komplexem Terrain wie in Mali wird deutlich, wie wichtig belastbare Aussagen über die Befahrbarkeit des Geländes mit schweren Einsatzfahrzeugen sind.

Bei der Planung und dem Betrieb von Feldlagerinfrastrukturen spielt das Wissen über die Auswirkungen geologischer Prozesse eine überaus große Rolle. Natürlich bedingte und durch Menschenhand verursachte Erosionsereignisse mit Folgeschäden an Straßen, Flussläufen oder Gebäuden prägen daher die Einsatzräume. Besonders im Bereich von Gewinnungsbetrieben der Steine und Erden tritt der Mensch als Gestalter der Geomorphologie auf, indem er Hohlformen schafft (Tagebaue, unterirdische Stollen) und andererseits Vollformen in Gestalt von Halden entstehen lässt. So kommt es in vielen Ländern Afrikas und Zentralasiens in Ermangelung einer effizienten Betriebsplanung für den Aufschluss, die Gewinnung und Aufbereitung von Rohstoffen und nach Beendigung von bergbaulichen Aktivitäten immer wieder zu Folgeereignissen (Rutschungen, Absenkungsphänomene, Zunahme der Erosion). Besonders in Verbreitungsgebieten wasserlöslicher Gesteine (Kalk- und Sandsteine, Gips, Salzgesteine) kann es dann infolge suberosiver Prozesse verstärkt zu Senkungen mit Erdfällen oder Senkungsmulden kommen. Diese Ereignisse sind nicht nur in Afghanistan oder im Nordosten des Irak verbreitet, sondern prägen auch andere Regionen, etwa auf dem afrikanischen Kontinent und in Südostasien, die als potenzielle Krisengebiete in Betracht gezogen werden müssen.

Die Verifizierung, Einschätzung und Dokumentation von geologischen Ereignissen gewinnt dann eine herausragende Bedeutung, wenn bei der Planung und beim Bau von Feldlagern oder anderer Infrastruktur (z.B. Brückenbauwerke) Schäden vermieden werden müssen. Hierbei kommen dem Nutzer Karteninformationen zu Gute, die ihm etwa Aussagen zur Beschaffenheit des Untergrundes (Verwitterungsböden, Festgestein), zu den hydrologischen Gegebenheiten oder sogar zu den klimatischen Verhältnissen an die Hand geben. Besonders das Vorhandensein von kollapsgefährdeten Lössböden und anderen Verwitterungsböden (darunter auch in tropischen Gebieten häufig auftretende Lateritböden, die durch intensive und langanhaltende Verwitterung der zugrunde liegenden Gesteine entstehen) erfordert eine sorgfältige Beurteilung der Befahrbarkeit. Lateritböden sind in vielen aktuellen und potenziellen Krisengebieten in Äquatornähe (Beispiel West- und Ostafrika) weit verbreitet.

Zwar erfolgt die Verifizierung der Geländebeschaffenheit traditionell mittels Neukartierungen, Bohrprofilen, Boden-, Sediment- und Festgesteinsbeprobungen, boden- und felsmechanischen Begutachtungen, geotechnischen Sonderversuchen und bodendynamischen Berechnungen, jedoch gewinnen Geodaten, die durch Befliegungen mittels photogrammetrischer Bildmessflugzeuge gewonnen werden, immer mehr an Bedeutung.

LiDAR-Sensoren können verwendet werden, um eine topografische 3D-Karte der Oberflächengestaltung eines Geländes zu erstellen, um beispielsweise eine Hangneigungskarte zu erhalten. Diese Instrumente können auch durch Spezialkräfte eingesetzt werden, um rasch Geländeinformationen zu erhalten und sich in schwierigem Gelände zu orientieren. (Foto: L3 Laser Mapping)

Visualisierung für den Einsatz

Die großflächige Erzeugung von 3D-Geländedaten, insbesondere von Höhendaten höchster Auflösung, basiert auf den Verfahren der Photogrammetrie. Photogrammetrische Verfahren, also die Vermessung auf Basis von optischen Bilddaten, und spezielle Verfahren der Computer Vision werden für die Gewinnung von Höhendaten höchster Auflösung benötigt. Dank modernster Computertechnologie können hieraus dann 3D-Visualisierungen der Geländeoberfläche im Einsatzland generiert werden. Hiervon profitieren lage- und raumbezogene Führungsprozesse bei den Streitkräften. Aber auch die modernen Waffensysteme der Luftwaffe stellen immer höhere Anforderungen an die Bereitstellung, Auflösung und Genauigkeit von 3D-Geländedaten. 3D-Geländeinformationen tragen ganz entscheidend dazu bei, den Schutz, die Überlebensfähigkeit und Durchhaltefähigkeit der eigenen und verbündeten Kräfte sicherzustellen, deren Mobilität zu erhöhen und die Führungsfähigkeit aufrechtzuerhalten.

Das für Afghanistan typische Relief, hier am Beispiel der Provinz Badakhshan im äußersten Nordosten des Landes infolge eines großen Hangrutschungsereignisses im Mai 2014 dargestellt, zeigt die Problematik militärischer Operationen. Geogefahren wie Hochwasser, Erdbeben- und Erosionsereignisse machen eine intensive Bewertung mittels photogrammetrischer Verfahren und 3D-Visualisierung erforderlich. (Foto: Rahmat Gul)

Epilog

Die verbesserten technischen Möglichkeiten der Bundeswehr und die Forderung zum präzisen Einsatz von militärischen Mitteln sowie zur einsatzvorbereitenden Simulation erfordern Geoinformationen mit hoher Genauigkeit und Qualität. Um die Veränderungen des Einsatzraumes kontinuierlich mit erfassen zu können, müssen Geoinformationen auch mit geringem Zeitverzug der Truppe zur Verfügung stehen. Um diesen Bedarf auch zukünftig erfüllen zu können, wird es erforderlich sein, die Entwicklung von innovativen Konzepten und Nutzung moderner Technologie zur Datenerfassung und die (teil-)automatisierte Erstellung von GeoInfo-Produkten aus diesen Daten zu betreiben. Die harmonisierte Übernahme von Informationen anderer Bereiche der Bundeswehr (z.B. Pionier- und Logistiktruppe, militärische Nachrichtendienste) in die GeoInfo-Datenbasis muss weiter vorangetrieben werden. Nicht zuletzt kommt es auch darauf an, die Zusammenarbeit mit internationalen Partnern und mit der Industrie weiter zu vertiefen.

Ein Luftbild wird mit dem Höhenmodell derartig verschnitten, so dass als Endprodukt ein 3D-Modell entsteht, in dem man sich quasi frei im Raum bewegen kann. (Abbildung: AGeoBw)

Stefan Nitschke

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