AvaRange: Objektverfolgung in Schneelawinen

Das Projekt AvaRange Objektverfolgung in Schneelawinen hat das Ziel, dynamische Prozesse in Lawinen besser zu verstehen. Aus Laborexperimenten und Computersimulationen ist bekannt, dass Partikeleigenschaften die Bewegung von granularen Strömungen beeinflussen. Während z.B. große Partikel sich eher an der Oberfläche bewegen und nach vorne transportiert werden, bleiben kleinere Partikel im hinteren Teil. Offen bleibt wie genau Schnee- und Partikeleigenschaften das Bewegungsverhalten von realen Lawinen beeinflussen. Technische Fortschritte in Bereichen der drahtlosen Sensornetzwerke und dem Internet der Dinge spielen eine große Rolle in unserem täglichen Leben und werden immer häufiger für die Erforschung von Naturphänomenen eingesetzt. Beispiele reichen von der Selbstlokalisierung von mobilen Robotern oder Drohnen bis zur nicht-invasiven Beobachtung von Wildtieren. Bewegungssensoren sind weit verbreitet und finden unter anderem Anwendung in Mobiltelefonen, der Schiff- und Luftfahrt oder für die automatische Navigation von Drohnen. Um die interne Dynamik von Lawinen genauer unter die Lupe zu nehmen, planen wir eine Kombination dieser Technologien. Die Sensorsysteme, ausgestattet mit entsprechenden Kommunikationstechnologien, werden in spezielle, äußerst robuste Gehäuse eingebaut und in Anbruchgebieten von Lawinen platziert. Nach einer Auslösung bewegen sich die Sensoren mit der Lawine ins Tal. Die Messsensorik speichert lokale Bewegungen und drahtlose Sender und Empfänger ermöglichen die Erfassung der Distanz zwischen den Sensoren über die Zeit. Aktuell sind keine Lösungen verfügbar, die all diese Aspekte der Lawinenbewegung nachvollziehbar machen. Ziel ist es daher, ein neues und innovatives System zu entwickeln, welches, basierend auf einer Kombination existierender Sensoren, ein sehr genaues Tracking der Lawinenbewegungen inklusive der internen Dynamiken ermöglicht. Da die natürlichen Bedingungen in Lawinen mit extremen Verhältnissen einhergehen, ist es notwendig, kosteneffektive und sichere Sensoren zu entwickeln, welche wenig Energie verbrauchen und gleichzeitig stabile Funkverbindungen in Schnee realisieren. Diese neu entwickelten Sensorsysteme und Trackingmethoden werden auch in der Erforschung anderer Massenbewegungen mannigfaltige Anwendung finden. Die zu erwartenden Projektergebnisse tragen zu einer verbesserten Beschreibung der Dynamik von Lawinen bei. Dies erlaubt es, neben Weiterentwicklungen von Lawinensimulationen, einhergehend mit einer erhöhtem Zuverlässigkeit von Gefahrenanalysen, neue Perspektiven für Lawinensicherheitssysteme aufzuzeigen.

Das DACH-Forschungsprojekt "AvaRange: Objektverfolgung in Schneelawinen" untersucht, wie Lawinen fließen, welche Faktoren ihre Reichweite bestimmen und wie zerstörerisch sie sind. Obwohl Lawinen mittlerweile gut vorhergesagt und simuliert werden können, gibt es noch viele offene Fragen zur Bewegung im Inneren der Schneemassen. Das Projekt wird von mehreren Forschungseinrichtungen begleitet, darunter das Bundesforschungszentrum für Wald, die Technische Universität Berlin, die Universität Innsbruck und die Fachhochschule Kärnten. Das Hauptziel ist die Entwicklung neuer Messtechniken und Computersimulationen, um einzelne Objekte in einer Lawine zu verfolgen. Durch diese Messungen will das Team besser verstehen, wie Objekte in Lawinen transportiert werden. Damit könnten in Zukunft Trajektorien und Verschüttungsorte genauer vorhergesagt und bestehende Simulationsmodelle verbessert werden. Langfristig sollen diese Erkenntnisse dazu beitragen, die Sicherheit in Lawinengelände zu erhöhen oder dazu beitragen beispielsweise Schutzmassnahmen für Strassen- und Bahnlinien in Gebirgsregionen besser planen zu können. Neu entwickelte Sensoren, so genannte AvaNodes, erfassen Daten direkt in einer echten Lawine. Diese Daten werden dann mit Computersimulationen verglichen, um bestehende Modelle zu überprüfen und weiterzuentwickeln. Um herauszufinden, welche Sensoren unter den widrigen Bedingungen einer chaotischen Schneelawine am besten funktionieren, werden verschiedene Typen getestet. Diese Sensoren nutzen Technologien, die auch in Smartphones zu finden sind, darunter Satellitennavigation, Bewegungssensoren, Temperatursensoren und auf Funktechnologie basierende Entfernungsmesser. Die Sensoren sind in speziell angefertigten, würfel- oder kugelförmigen Gehäusen unterschiedlicher Größe eingebaut, und werden gezielt in Auslösegebieten von Lawinen platziert. Sobald eine Lawine ausgelöst wird, sammeln sie wichtige Informationen über die Bewegung der Schneemassen. Dabei wird auch untersucht, wie sich die Form, Größe und Dichte der Sensoren auf deren Bewegung auswirken. Da auch Schneeeigenschaften wie Neuschneemenge, Dichte und Temperatur eine zusätzliche Rolle spielen, werden möglichst viele verschiedene Lawinenereignisse analysiert. Ein wichtiger Teil des Projekts sind Lawinenexperimente an der Nordkette bei Innsbruck. Dort führt die zuständige Lawinenkommission regelmäßig kontrollierte Sprengungen durch, die dem Forschungsteam wertvolle Daten liefern. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in das Open-Source.Simulationswerkzeug AvaFrame ein, das auch über das Projekt hinaus weltweit von Wissenschaftlern genutzt werden kann, um Lawinenbewegungen besser zu modellieren. Damit leistet das Projekt nicht nur einen Beitrag zur Lawinenforschung, sondern auch zur Entwicklung praxistauglicher Ingenieurwerkzeuge für mehr Sicherheit im Alpenraum.