Weltweit werden Waldbrände häufiger und heftiger. Hitze, Trockenheit und Wind machen Brände gerade im Sommer oft zum Inferno. Die Klimakrise verschärft das Problem. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM und das Start-up CAURUS Technologies GmbH reagieren auf die zunehmende globale Bedrohung: Gemeinsam entwickeln sie ein lernendes System für die präzisere Brandbekämpfung aus der Luft, das die Brandsituation in Echtzeit erfasst und den besten Abwurfzeitpunkt berechnet.
Immer stärker wütende Waldbrände, zunehmende Wasserknappheit, Klimawandel und CO2-Emissionen werden zur Herausforderung für Einsatzkräfte bei der modernen Waldbrandbe-kämpfung aus der Luft. Benötigt werden neue Technologien, die schnelleres Löschen, gerin-geren Wasserverbrauch, effizientere Hubschraubereinsätze und mehr Sicherheit für das Ein-satzpersonal ermöglichen. Im Rahmen des Projekts Forest Shield entwickeln Forschende des Fraunhofer ITWM in Kooperation mit CAURUS Technologies eine datengetriebene Entschei-dungsunterstützung, die Brandbekämpfung aus der Luft präziser und sicherer macht. Das in-novative System kombiniert die mobile Sensorplattform von CAURUS Technologies mit einem Vorhersagesystem und der Simulationssoftware MESHFREE des Fraunhofer ITWM. Löschmit-telabwürfe werden in Echtzeit vorhergesagt und optimiert, um die Effizienz zu erhöhen. So entsteht ein lernendes System, das Einsatzkräften das Planen, Durchführen und Auswerten erleichtert. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt BMFTR fördert das Vorhaben im Rahmen der Innovationscommunity FFFLab, kurz für ForestFireFighting TransferLaboratory.
Dynamische Unterstützung im laufenden Einsatz
Bei Wasserabwürfen aus der Luft hängt der Einsatzerfolg häufig von der Erfahrung der Hub-schrauberbesatzung ab. Viele Faktoren wie Wind oder die Beschaffenheit des Waldes beein-flussen, wie wirksam ein Abwurf ist. »Die Einsatzkräfte sitzen meistens allein im Hubschrau-ber. Sie müssen sich auf das Fliegen konzentrieren und zeitgleich wählen, wo sie das Wasser über dem brennenden Wald am besten abwerfen – eine schwierige Aufgabe bei intensiver Rauchentwicklung«, beschreibt Dominik Loroch, Wissenschaftler am Fraunhofer ITWM, die Herausforderung. Bei einer relativ niedrigen Flughöhe von 15 bis 40 Metern öffnen die Ein-satzkräfte den Boden des Löschmittelbehälters. Winde und Thermik beeinflussen die Vertei-lung des Löschmittels am Boden. Hinzu kommt, dass zwischen den Abwürfen wertvolle Zeit vergeht, bis der Wasserbehälter erneut befüllt ist. Aktuelle Studien zeigen, dass kleinste Veränderungen im Abwurfmoment wie Flughöhe und Zeitpunkt die Löschwirkung um mehr als 20 Prozent verbessern können. Sofortiges Feedback ist deswegen sehr wertvoll. Dennoch konzentriert sich der Stand der Technik bislang auf Vorab-Simulationen optimaler Löschkam-pagnen – nicht auf die dynamische Unterstützung im laufenden Einsatz vor Ort. »Hier kommt der Mehrwert unseres Systems zum Tragen, es gibt Hubschrauberbesatzungen mehr Sicher-heit, da aus größerer Höhe gezielter und situationsabhängig getroffen werden kann«, so Lo-roch.
Sensordaten und Simulation intelligent verknüpft
Die Sensorplattform von CAURUS Technologies wird oberhalb des Löschwasserbehälters be-festigt und liefert mithilfe von HD- und Infrarot-Kameras sowie Lagesensoren Echtzeitdaten über das Brandgeschehen. Die Daten können georeferenziert, d.h. auf einer Karte verortet werden, und somit ein ganzheitliches Bild über das Brandgeschehen geben. Zusätzlich sollen die Sensordaten nun im Forest-Shield-Projekt dazu verwendet werden, Echtzeitvorhersagen zu Löschmittelabwürfen zu geben. Dadurch können die Einsatzleitungen genau sehen, wieviel der einzelne Abwurf bringt.
Damit aber die Vorhersagesysteme für den komplexen Wassereinsatz aus der Luft richtig und schneller trainiert werden können, sind viele Datensätze notwendig. Und genau hier kommt die Simulationssoftware MESHFREE ins Spiel: Die Sensor- und Bilddaten der CAURUS-Sensorplattform erlauben es, einen digitalen Zwilling vom Abwurfort zu erstellen und mit Si-mulationsmodellen Löschwasserabwürfe präzise nachzustellen und zu analysieren. Die Soft-ware MESHFREE erstellt physikalisch korrekte Simulationen, indem klimatische Einflüsse wie Wind und Waldstruktur in die Planung einbezogen werden. Der Mehrwert ergibt sich aus der Möglichkeit, Abwurfbedingungen und weitere Parameter im Nachhinein zu verändern und alternative Szenarien durchzuspielen. Dadurch können deutlich mehr Informationen aus je-dem Einsatz gewonnen werden, was direkt zur Verbesserung der Vorhersagemodelle im Feld beiträgt.
»Das echtzeitfähige Vorhersagesystem basiert auf den Simulationsdaten, die unsere Software MESHFREE liefert. MESHFREE simuliert den Weg der Wassertröpfchen vom Abwurfbehälter bis zum Brand am Boden inklusive aller Umweltfaktoren«, erläutert Dr. Isabel Michel, eben-falls Wissenschaftlerin am Fraunhofer ITWM. Machine-Learning-Surrogatmodelle – also ver-einfachte Modelle, die komplexe Simulationen näherungsweise und deutlich schneller abbil-den – lernen aus Simulationsdaten und erfassen die komplexe Abwurfdynamik statistisch. Im Einsatz liefern sie schnelle Vorhersagen direkt vor Ort. Anschließend fließen die aufgezeichne-ten realen Abwurfdaten zurück in das Simulationssystem und verbessern die Vorhersagemo-delle kontinuierlich, sodass ein Cloud-Edge-System entsteht, das kontinuierlich dazulernt und seine Vorhersagen mit jedem neuen Einsatz weiter verbessert.
Luftgestützte Brandbekämpfung der nächsten Generation
Die neue Technologie erfasst also nicht nur die Brandsituation, sondern schlägt zudem den besten Abwurfzeitpunkt vor, bewertet die reale Wirksamkeit und gibt dem Einsatzpersonal ein sofortiges Feedback. »Mit der CAURUS-Sensorplattform vermessen wir die Realität, mit der physikalischen Simulation schaffen wir eine digitale Version des Abwurfszenarios – einen digitalen Zwilling«, so Loroch.
Das Ergebnis des Projekts wird ein System sein, welches Sensordaten, Simulation und Echt-zeitvorhersagen kombiniert und die Abwurfeffizienz für Einsatzkräfte anschaulich darstellt. Ei-nen ersten Demonstrator haben die Projektpartner bereits im Juni dieses Jahres auf der INTERSCHUTZ 2026, der internationalen Leitmesse für u.a. Feuerwehren und Katastrophen-schutz, in Hannover präsentiert. Bis zum Projektende im Juli 2027 wird der Demonstrator fer-tiggestellt und dann zusammen mit der Feuerwehr in Testflügen erprobt.
Die Vision für die Zukunft ist eine Plattform, mit deren Hilfe man Brandbekämpfungseinsätze besser planen und durchführen kann. Zum Beispiel kann die Brandausbreitung vorhergesagt und damit die Planung der Löschmittelverteilung angepasst werden. Eingeschlossene Perso-nen und Fahrzeuge können geortet und der Einsatzleitung angezeigt werden. Auch Fragen des Naturschutzes können adressiert werden, indem schützenswerte Zonen besonders be-rücksichtigt werden.
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Quelle Text/Bild:
Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik
Fraunhofer-Platz 1
67663 Kaiserslautern
www.itwm.fraunhofer.de
Kaiserslautern, 03.07.2026
