ETH Zürich testet Radardrohne zur Vorhersage von Rutschungen in den Alpen

Eine Drohne vermisst den Oigschtchummun-Gletscher, während der auftauende Permafrost die Bedeutung der Überwachung von Bewegungen in den Alpen erhöht. Im Lötschental im Wallis testen Forschende der ETH Zürich oberhalb von Blatten ein mit Radar ausgerüstetes Fluggerät. Sein Instrument sendet elektromagnetische Wellen in Richtung Gelände und zeichnet Bewegungen auf, die helfen könnten, Gebiete mit Rutschungs- oder Steinschlaggefahr zu erkennen.

Der Test findet an einem Gletscher statt, der sich bereits bewegt und regelmässig überwacht wird. Dadurch können die Forschenden die vorhandenen Messungen mit den Aufzeichnungen der Drohne vergleichen. Die ersten Flüge seien vielversprechend gewesen, sagt Felix Seidel, Geschäftsführer von Swiss Geolab, das an der Arbeit beteiligt ist.

Ziel ist es, die Überwachung von Naturgefahren präziser zu machen. Bei einer Rutschung oder einem Steinschlag können Veränderungen an einem Hang oder Gletscher auftreten, die Forschende erkennen möchten, bevor daraus ein grösseres Ereignis entsteht. Die Drohne wird noch getestet, doch der Ansatz könnte die Überwachung instabilen Geländes in der Schweiz um eine Nahaufnahme ergänzen.

In einer Bergregion, in der der auftauende Permafrost die Überwachung immer wichtiger macht, konzentriert sich der Versuch darauf, ob wiederholte Radarscans Bewegungen am Boden zuverlässig erfassen können.

Wiederholte Scans können Bewegungen innerhalb von Minuten sichtbar machen. Die Radardrohne erfasst die Position des Gletschers. Anschliessend können die Forschenden ihn erneut vermessen und die Messwerte vergleichen. Seidel sagte, dass das Team einen kleinen Unterschied feststellen könne, wenn es den Gletscher 20 Minuten später erneut vermesse. Das zeige, dass Bewegungen über einen kurzen Zeitraum erfasst werden können.

Diese Messwerte sind wichtig, weil sie mit den regelmässigen Überwachungsdaten des Oigschtchummun-Gletschers abgeglichen werden können. Die Forschenden wählten den Standort unter anderem deshalb aus, weil die Bewegungen dort bereits erfasst werden. Der Vergleich der Drohnenmessungen mit den etablierten Beobachtungen hilft ihnen einzuschätzen, wie genau das Radar Veränderungen erfasst.

Der Versuch prüft ein Messinstrument und kündigt kein fertiges Vorhersagesystem an. Damit die Daten bei der Prognose von Naturgefahren helfen können, müssen sie zuverlässig und für die Personen nützlich sein, die für die Überwachung des Geländes zuständig sind. Die ersten Flüge seien vielversprechend gewesen, sagte Seidel. Der Vergleich mit bestehenden Daten ist Teil der Abklärung, welchen Beitrag die Drohne leisten kann.

Vorerst liegt der Fokus darauf, Veränderungen zu beobachten und zu messen. Ein genaueres Bild davon, wie sich ein Gletscher oder Hang bewegt, könnte den Forschenden helfen, Orte zu erkennen, die genauer überwacht werden sollten, darunter Gebiete, in denen Rutschungen oder Steinschläge ein Risiko darstellen könnten.

Radar ermöglicht Messungen, wenn Wolken Laservermessungen erschweren. Zur Erkennung von Felsbewegungen werden normalerweise Laser eingesetzt. Seidel sagte jedoch, dass Radar auch durch Wolken scannen könne, während Lasermessungen unter solchen Bedingungen schwierig seien. Diese Fähigkeit könnte den Forschenden eine weitere Möglichkeit bieten, das Gelände bei den wechselhaften Wetterverhältnissen in den Alpen zu beobachten.

Die Drohne ist Teil eines umfassenderen Überwachungsansatzes. Swiss Geolab unterstützt auch die Überwachung per Satellit, mit der grosse Gebiete der Alpenregion regelmässig beobachtet werden können. Satelliten können helfen, Orte für genauere Untersuchungen zu identifizieren, liefern jedoch an steilen Hängen oder Felswänden nicht dieselben Details.

Seidel beschrieb den nächsten Schritt als den Einsatz einer Drohne, um eine bestimmte Felswand oder einen bestimmten Talhang zu untersuchen, der genauer beobachtet werden soll. Die Forschenden erwägen zudem, Drohnen zur Platzierung von Sensoren im Gelände einzusetzen. Diese Sensoren könnten eine genauere und kontinuierliche Überwachung von Bewegungen ermöglichen.

Die Methoden erfüllen unterschiedliche Zwecke: Satelliten können grosse Gebiete abdecken, während sich eine Drohne auf ausgewähltes Gelände konzentrieren kann. Die Kombination einer grossräumigen Überwachung mit Nahmessungen könnte den Forschenden helfen, zu entscheiden, wo weitere Informationen gesammelt werden sollten. Bei den derzeitigen Flügen wird geprüft, ob Radar in dieser detaillierteren Rolle brauchbare Messwerte liefern kann.

Swiss Geolab möchte, dass die Überwachungsdaten die zuständigen Behörden erreichen. Die Forschenden planen, Informationen von Drohnen, Satelliten und Geländesensoren mithilfe künstlicher Intelligenz aufzubereiten, damit die Behörden die Ergebnisse einfacher nutzen können. Seidel sagte, das Ziel sei, der richtigen Person zur richtigen Zeit Daten in einem nützlichen Format bereitzustellen, damit sie eine Entscheidung treffen könne.

Dazu reicht es nicht, Bilder oder Messwerte zu sammeln. Die Daten müssen ausgewertet und so aufbereitet werden, dass sie den Behörden helfen einzuschätzen, wo eine genauere Überwachung nötig sein könnte. Das Forschungsteam betrachtet deshalb den gesamten Ablauf, von der Beobachtung von Bewegungen bis zur Bereitstellung von Informationen für Entscheidungen.

In den kommenden Monaten plant Swiss Geolab, weitere Drohnen zu Gletschern und Schutthalden zu schicken. Zusätzliche Flüge werden die Versuche über den aktuellen Standort hinaus ausweiten und den Forschenden ermöglichen, weitere Messungen in unterschiedlichen Arten von alpinem Gelände zu sammeln.

Für das Wallis und andere Berggebiete ist die unmittelbare Perspektive ein zusätzliches Überwachungsinstrument und kein automatisches Warnsystem. Der Nutzen der Drohne hängt davon ab, welche Bewegungen ihr Radar zuverlässig erkennen kann und wie wirksam die daraus gewonnenen Daten die für den Umgang mit Naturgefahren zuständigen Personen unterstützen können.