Prozessorientierte Schulung von Einsatzkräften für robotergestützte Rettungsmissionen der Feuerwehr

Abstract

Der Einsatz von Rettungsrobotern kann die Arbeit von Einsatzkräften  der Feuerwehr erheblich erleichtern. Allerdings müssen die Einsatzkräfte dafür  entsprechend geschult werden. Im vorliegenden Beitrag wird ein Softwarepro-totyp vorgestellt, der vorhandene Daten zum Ablauf von Feuerwehreinsätzen  für eine prozessorientierte Schulung der Einsatzkräfte nutzt. Ausgehend von  konkreten Anwendungskontexten, in denen der Einsatz von Rettungsrobotern  besondere Vorteile bringen kann, werden Referenzprozessmodelle für eine nut-zenstiftende Zusammenarbeit zwischen Menschen und Robotern entwickelt.  Diese dienen als Grundlage für den Schulungsprototyp, welcher eine schrittwei-se Rekapitulation des Einsatzablaufs sowie einen Vergleich des Einsatzes mit  dem Referenzprozessmodell erlaubt. Dieser Vergleich, für den Process-Mining-Ansätze verwendet werden, legt Abweichungen des Einsatzes vom idealtypi-schen Ablauf offen, welche bei Schulungen besprochen und diskutiert werden können. Der Prototyp wird im Rahmen eines laufenden Forschungsprojekts in  Kooperation mit Einsatzkräften entwickelt und wurde bereits positiv bewertet.

Motivation und Zielsetzung

Tagtäglich sind Feuerwehrleute in Einsätzen tätig. Zu ihren Aufgaben gehören das  Löschen, Retten, Bergen und Schützen, was insbesondere in Großeinsätzen zur Her-ausforderung werden kann [1]. Dabei begeben sich Rettungskräfte nicht selten in  Lebensgefahr, um andere Leben zu retten oder Sachgüter und die Umwelt zu schützen  [2]. Aufgrund der Fortschritte in der Entwicklung von Robotersystemen liegt es nahe,  dass diese in naher Zukunft Einsatzkräfte der Feuerwehr unterstützen [3], um deren  Risiko zu verringern und die Einsätze somit sicherer und effizienter zu gestalten.  Bereits in der Vergangenheit wurden Roboter im Rahmen von Großeinsätzen wie dem  Unglück von Fukushima [4] oder beim Brand der Kathedrale von Notre-Dame [5]  unterstützend eingesetzt. So können beispielsweise Bodenroboter in schwer zugängli-che Bereiche vordringen [6] oder Luftroboter Bilder zur besseren Einschätzung von Einsatzlagen liefern [7]. Aufgrund zahlreicher technischer wie praktischer Herausfor-derungen ist eine Zusammenarbeit von Mensch-Roboter-Teams in der Einsatzpraxis  bisher allerdings noch wenig etabliert.

Vor diesem Hintergrund erforscht das aktuell laufende Projekt A-DRZ (Aufbau des Deutschen Rettungsrobotik-Zentrums) die Unterstützung von Feuerwehreinsätzen  durch Robotersysteme. In diesem Zusammenhang wird auch das Thema Mensch-Roboter-Teamarbeit behandelt. Ziel ist dabei die Entwicklung eines Systems, welches  Methoden der natürlichen Sprachverarbeitung, der Referenzmodellierung und des  Process Mining verwendet, um aus der Funkkommunikation der Einsatzkräfte und  den Sensordaten der Robotersysteme den Ablauf und aktuellen Status eines Einsatzes zu rekonstruieren [8]. Die so gewonnenen Daten werden genutzt, um den Einsatzkräf-ten während und nach dem Einsatz verschiedene Assistenzfunktionen zur Verfügung  zu stellen [9]. Informationen zu abgeschlossenen Einsätzen können beispielsweise  verwendet werden, um Feuerwehrkräfte für die Mensch-Roboter-Teamarbeit auszu-bilden. Dies ist notwendig, da die Einbindung von Rettungsrobotern in die stark stan-dardisierten und eingeübten Abläufe der Feuerwehr hohe Ansprüche an die Einsatz-kräfte stellt [10].

Die Ausbildung von Feuerwehrkräften besteht aus theoretischen Grundlagen sowie  praktischen Übungen, deren Durchführung von Ausbildern beobachtet und dokumen-tiert wird [11]. Diese manuelle Dokumentation hat den Nachteil, dass aufgrund der  hohen kognitiven Belastung [12] in komplexen Einsatzsituationen mit vielen mensch-lichen oder robotischen Akteuren sowie zahlreichen parallel verlaufenden Aktivitäten  bestimmte Umstände übersehen oder vergessen werden können. Um diesem Nachteil  zu begegnen beschäftigt sich der vorliegende Beitrag mit der Forschungsfrage: Wie  können Einsatzschulungen für die Mensch-Roboter-Teamarbeit softwaretechnisch  unterstützt werden?  

Durch die Sammlung von Daten und eine automatisierte Dokumentation der  Übungseinsätze können Ausbilder entlastet und eine bessere Datengrundlage für die  Einsatzkräfteschulung geschaffen werden. Die Aufbereitung der Abläufe als Pro-zessmodelle ermöglicht darüber hinaus eine umfassende und schrittweise Nachbe-sprechung der Übungen sowie einen Abgleich mit bestehenden Handbüchern oder Dienstvorschriften. So erlernen die auszubildenden Feuerwehrkräfte, wie der prakti-sche Einsatz der Roboter vor dem Hintergrund bestehender Einsatzvorschriften von-stattengeht.

Im vorliegenden Beitrag wird der Softwareprototyp zur Einsatzschulung für Feu-erwehrleute im Rahmen des Gesamtsystems zur Unterstützung der Mensch-Roboter-Teamarbeit präsentiert. Ausgehend von konkreten Anwendungskontexten (Großbrand, Einsturz und Verschüttung, ABC-Unfall und Hochwasser) wurden zunächst  Referenzprozessmodelle erstellt, um idealtypische Vorgehensweisen zu beschreiben.  In diesen Referenzmodellen wird neben den grundlegenden Vorgehensweisen, die in  den Feuerwehrdienstvorschriften (FwDV) festgelegt sind, zusätzlich der Einsatz von  Robotern berücksichtigt. Sie dienen als Grundlage der Funktionsweise des Software-prototyps für die prozessorientierte Schulung von Einsatzkräften.

Der vorliegende Beitrag weist folgende Struktur auf: in Abschnitt zwei werden  konzeptionelle Grundlagen eingeführt, bevor in Abschnitt drei die verwendete Forschungsmethode beschrieben wird. In Abschnitt vier werden die zugrunde gelegten  Anwendungskontexte übersichtsartig eingeführt, bevor Abschnitt fünf ein Referenz-prozessmodell im Kontext Einsturz und Verschüttung im Detail präsentiert und damit den entwickelten Softwareprototyp zur prozessorientierten Einsatzkräfteschulung  illustriert. Abschnitt sechs diskutiert die Ergebnisse und schließt den Beitrag mit ei-nem Fazit ab.