Beitrag 08

Vorsorgeplanung für Schadstoffunfälle im deutschen Küstenbereich der Nord- und Ostsee

Dipl.-Ing. Burkhard Schuldt
c/o ARCADIS Consult GmbH Rostock

  1. Vorgehensweise
  2. VPS
  3. Die GIS-Komponente
  4. Die Datenbank-Komponente
  5. Handbuch
  6. Aktualisierung
  7. Ausblick


Entlang der deutschen Nord- und Ostseeküste ist mit dem starken Schiffsverkehr ein hohes Risiko von Schiffsunglücken verbunden, welche zu einer Schadstofffreisetzung in das Wasser und in den Küstenbereich führen können. Die deutschen Küstenländer realisierten unter der Projektsteuerung der ARCADIS Consult GmbH ein Softwaresystem und eine Datenerhebung, um alle notwendigen Daten der Küstenbereiche und Informationen von Schadstoffunfällen jeder Art zu speichern und in kürzester Zeit zur Unfallbekämpfung verfügbar zu haben. Die Software vereint die Elemente Datenbank, GIS, HTML-Browser und Fotoalbum in einer multimedialen Nutzeroberfläche.

Die Bekämpfung von Schadstoffunfällen im Küstenbereich, in den Häfen und auf dem Meer verlangt eine besonders hohe ständige Einsatzbereitschaft von Personal und Geräten. Die durch eine Alarmierung im Schadensfall betroffenen Mitarbeiter müssen alle wichtigen Informationen sofort bereit haben, um angemessen und effektiv reagieren zu können. Wo stehen welche Geräte bereit, sind sie für diesen Einsatzfall geeignet und erfolgte die letzte Wartung rechtzeitig ? sind einige der Fragen, deren sofortige Beantwortung über den Erfolg der ersten Einsatzmaßnahmen zum Schutz des Meeres, der Küsten und der Umwelt entscheiden.

Bund und Küstenländer haben 1975 ihre Zusammenarbeit zur Vorsorge und Bekämpfung von Ölverschmutzungen beschlossen, 1995 wurde diese Vereinbarung auf andere Schadstoffe erweitert und das Küstenland Mecklenburg-Vorpommern einbezogen. Inzwischen sind Geräte und Schiffe für über 400 Mio. DM beschafft und ausgerüstet worden. Ebenso wurden die erforderlichen Einsatzstrukturen geschaffen.
Die Küstenländer ergänzen dies nunmehr mit einer Vorsorgeplanung für die gesamte deutsche Nord- und Ostseeküste einschließlich der Häfen Bremens und Hamburg. Alle wesentlichen einsatzrelevanten Daten werden erhoben und so DV-gestützt aufbereitet, dass sie mit einer einfachen Benutzerführung aus einem geografisch orientiertem Informationssystem sicher abgerufen werden können.

Als Schadstoffunfall wird neben dem Anlanden eines Ölteppichs auch das Anschwemmen anderer Chemikalien, gefährlicher Güter oder das Stranden eines mit gefährlichen Gütern beladenen Schiffes verstanden.

An der Projektdurchführung sind beteiligt:

als ProjektträgerKüstenländer Bremen, Hamburg, Mecklenburg-Vorpommern, Niedersachsen und Schleswig-Holstein
als ProjektleiterUmweltbehörde Hamburg, Rufbereitschaft
als FachdienststelleSonderstelle der Küstenländer zur Bekämpfung von Meeresverschmutzungen (SLM)
als ProjektmanagerARCADIS Trischler & Partner Consult GmbH

Der Umfang des Gesamtprojektes beinhaltet die inhaltliche Konzeption des Vorsorgeplanes, die Schaffung der technischen Möglichkeiten zu seiner Realisierung und die Erhebung folgender Daten entlang der ca. 3.600 km deutscher Nord- und Ostseeküsten:

  • Topographische Grundkarte (ATKIS-Daten) der Küstenregion mit Küstenkilometrierung im 0,5-km-Raster;
  • Seekarte bis zur 10-m-Tiefenlinie;
  • Topographische Zusatzinformationen wie Ufertyp (Regelquerschnitt), Zugänglichkeit, Industriebauwerke, Hochwasserschutzbauwerke u.a.;
  • Symbolische Darstellung und erläuternde Daten zu Schutzgebieten, touristischen Einrichtungen, Lager für Havariebekämpfungsgeräte u.a.;
  • Technische Daten der vorhandenen Bekämpfungsgeräte;
  • Adressen- und Telefondaten von relevanten Körperschaften und Personen;
  • Alarmpläne für ELG-, Länder- und Katastrophenschutzfälle;
  • Elektronisches Bekämpfungshandbuch einschließlich Bekämpfungsvorschläge für definierte Ufertypen;
  • Unfallarchiv für Beispielunfälle;
  • Fotos der gesamten Küstenlinie.


Vorgehensweise

ARCADIS wurde mit der Erarbeitung des fachlichen Grob- und Feinkonzeptes, mit der konzeptionellen Planung des DV-Systems, mit der Ausführung der Software und letztlich mit der Projektsteuerung für die Umsetzung der Datenerhebung für zwei Pilotbereiche betraut. Federführender Partner für das Projekt war die Umweltbehörde der Freien und Hansestadt Hamburg, als projektbegleitender Ausschuss fungierte die AG Vorsorgeplanung mit jeweils einem Vertreter der o.a. Küstenländer und der SLM.

Nach Erstellung des Grob- und fachlichen Feinkonzeptes und Bestätigung durch alle Länderpartner wurde als Grundlage für das EDV-System das EDV-Feinkonzept erarbeitet. Zur Beurteilung durch die Mitglieder der AG Vorsorgeplanung sowie aller an der Prüfung des Konzeptes Beteiligten, enthielt das EDV-Feinkonzept bereits eine PC-Demonstrations-Version, in der die wichtigsten Möglichkeiten des geplanten Systems in Form von Bildschirm-Masken mit verbal beschriebenen Funktionen präsentiert wurden. Das ermöglichte den späteren Nutzern eine effektive Prüfung des Konzeptes in einem verhältnismäßig kurzen Zeitraum. Eine weitere Maßnahme zur Realisierung einer kurzen (und damit kostengünstigen) Projektlaufzeit war die zeitgleiche Erarbeitung des EDV-Systems und Erfassung der Daten für zwei Pilotbereiche, die unterschiedliche Küstenformationen beinhalten. Um dies zu ermöglichen, wurde bereits mit dem EDV-Feinkonzept die Software eines Datenerfassungsmoduls bereitgestellt.
Das Erfassungsmodul dient als Werkzeug für verschiedene Auftragnehmer, die zunächst für zwei Pilotprojekte die für die Schadstoffunfallbekämpfung relevanten Daten recherchiert und aufbereitet haben. Durch das Datenerfassungsmodul wurden die im EDV-Feinkonzept geplanten Datenformate vorgegeben. Damit wurde sichergestellt, dass durch die Datenerfasser nur solche Datenformate erhoben wurden, die uneingeschränkt durch das EDV-System verwaltet werden können.

Abb.1: Projektablauf

Auf der Grundlage des bestätigten EDV-Feinkonzeptes erfolgte die Entwicklung des EDV-Systems. Die Erarbeitung der topografischen Grundkarten war bereits vor der Datenerhebung erforderlich, um die Lage des gesamten Untersuchungsraumes eindeutig zu definieren und vorzugeben. Eine unterschiedliche Interpretation, z.B. von Küstenabschnittsgrenzen, durch die verschiedenen Auftragnehmer wurde dadurch ausgeschlossen. Die Basis für die Grundkarten bilden die ATKIS-Daten der Landesvermessungsämter, die um eine durchgängige Küsten- bzw. Deichkilometrierung ergänzt wurden.

Die im Rahmen der Datenrecherche und -aufbereitung durch zwei beauftragte Ingenieurbüros im Bereich der Pilotprojekte "Wurster Küste" (ca. 30 km Nordseeküste) und "Klützer Winkel" (ca. 12 km Ostseeküste) recherchierten Daten wurden kontinuierlich in das vorgegebene Erfassungsmodul aufgenommen, die Übergabe der Daten erfolgte mittels Datenträger.

Während der Pilotphase erfolgte über den Projektmanager eine ständige Abstimmung zwischen dem Entwickler des EDV-Systems und den datenerhebenden Ingenieurbüros, um ggfls. Anpassungen am EDV-System oder auch am Datenerfassungsmodul vornehmen zu können.

Nach Übernahme der Daten aus dem Erfassungsmodul in das zwischenzeitlich entwickelte EDV-System wurden, als Grundlage für die spätere flächendeckende Datenerhebung, in den beteiligten Küstenländern Funktionstests des VPS-Systems und eine inhaltliche und strukturelle Prüfung der erhobenen Daten durchgeführt.

Nach insgesamt 3-jähriger Laufzeit wurde das Projekt in enger Zusammenarbeit mit allen beteiligten Partnern fertiggestellt, einschließlich der flächendeckende Datenerhebung entlang der Küsten und Aufnahme des Regelbetriebes.


VPS

Das Ziel des VorsorgePlanes Schadstoffunfallbekämpfung (VPS) besteht in der Sammlung, Speicherung und Präsentation von Informationen, die während der Prävention und der Bekämpfung von Schadstoffunfällen notwendig oder ergänzend nützlich sind. Folgende Datenarten liegen vor und werden wie beschrieben gespeichert und präsentiert:

  • Alphanumerische Daten beschreiben in einem breiten Spektrum Eigenschaften von Küstenabschnitten, Bekämpfungsgeräten, Schutzgebieten, Alarmplänen usw. und werden in einer MS Access97-Datenbank gespeichert. Der Zugang zu diesen Daten wird durch ein komfortables MS Access97-Frontend gewährleistet.
  • Geodaten sind die auf ATKIS-Daten beruhende Grundkarte, die Informationen der Seekarte bis zur 10-m-Tiefenlinie sowie die Geodaten, die projektspezifisch erhoben werden und unfallbekämpfungsrelevante Informationen im Küstenbereich beinhalten. Die Geodaten werden als Shapefiles in einem Filesystem abgelegt und mittels MapObjects , welches in das MS Access97-Frontend eingebettet ist, dem Nutzer zugänglich gemacht.
  • Textdaten bilden die Grundlage des Bekämpfungshandbuches. Dieses Handbuch existierte bisher als Papierdokument und beinhaltet das Know-how der Schadstoffunfallbekämpfung, muss also im Einsatzfalle schnell und systematisch gegliedert zur Hand sein. Die Textdaten werden gemeinsam mit zugehörigen Grafiken und Fotos als HTML-Dokumente in einem Filesystem abgelegt. Der Zugriff auf diese Daten erfolgt mit dem MS InternetExplorer, der vom MS Access97-Frontend über OLE gesteuert wird.
  • Bilddaten entstanden in großer Anzahl (ca. 18.000 Stück) während der flächendeckenden Fotografie der Küste, welche aus dem Flugzeug heraus seeseitig mit überschnittenen Fotos dokumentiert wird, und als Landfotos von markanten Küstenabschnitten oder Objekten. Die Bilddaten werden als JPEG-Dokumente in einem Filesystem gespeichert und erhalten je einen Stammdatensatz in der Datenbank. Ihre Anzeige erfolgt entweder als ActiveX-Objekt im Datenbankfrontend oder im InternetExplorer.
  • Videodaten werden aus den überschnittenen Einzelbildern der Küstenbefliegung generiert und als QuickTime-Movies komprimiert gespeichert. Sie können mit QuickTime 3.0 benutzt werden und bieten eine schnelle Übersicht über größere Küstenbereiche.

Abb.2: Struktur der VPS-Komponenten

Die typische Anwendung des VPS-Systems besteht in der Rezeption der angebotenen Informationen, nicht in deren Manipulation oder Erweiterung, obwohl diese natürlich im Datenpflegemodus und mit dem externen Datenerfassungsmodul möglich sind. Der typische Nutzer hat durchschnittliche bis gute Kenntnisse der Softwareanwendung und hohe Sachkenntnis von den gebotenen Informationen.
An diesen und weiteren Randbedingungen musste sich die Auswahl der einzusetzenden Softwarekomponenten und die Architektur der betriebsbereiten Software orientieren, um die erwartete Funktionalität und Qualität zu gewährleisten.


Die GIS-Komponente

Das meistgenutzte Modul ist das GIS, von hier aus können alle Informationen aus der Datenbank bzw. dem Handbuch über Mausklick abgefragt werden.
Dem Nutzer wird nach dem Programmstart zunächst eine Übersichtskarte des jeweiligen Landes angeboten. Über die Küstenkilometrierung kann sich der Nutzer orientieren und in den gewünschten Bereich hineinzoomen, wobei sich die Küstenkilometrierung automatisch bis zum 500-m-Raster verfeinert. Die Dateninhalte der Grundkarte werden ebenfalls detaillierter, je weiter man den dargestellten Kartenausschnitt vergrößert.

Durch das Einschalten von verschiedenen Layern können zusätzliche thematische Daten auf der topographischen Grundkarte abgebildet werden. Zu jedem Symbol sind weitere Informationen verfügbar. Das GIS ist mit den Datensätzen der Datenbank verknüpft und bietet mit der "ClickInfo"-Funktion die Antwort auf die Frage "Was ist das?", wenn das dem angeklickten Objekt entsprechende Datenbankformular geöffnet wird. Zusätzlich stehen auch die ‚MapTips' zur schnellen Information zur Verfügung.
Um den einzelnen Uferabschnitten bekämpfungsrelevante Informationen zuordnen zu können, wurde die gesamte Küste in Bekämpfungsabschnitte mit einer Länge von 100m bis max. 10 km unterteilt. Zu jedem Bekämpfungsabschnitts-Symbol sind umfangreiche Daten in der Datenbank abgelegt, die wieder über die "ClickInfo"-Funktion abgefragt werden können.

Abb.3: Übersichtskarte nach Start des GIS-Modus

Abb.4: Detailkarte mit Datenanzeige im GIS als MapTip (oben) oder als Information aus der Datenbank

Den einzelnen Bekämpfungsabschnitten sind Fotos zugeordnet, die der Nutzer als zusätzliche Informationen zu den alphanumerischen Daten per Mausklick aufrufen kann. Es werden vom Flugzeug aus angefertigte Fotos, welche die Küstenlinie flächendeckend und überlappend abbilden, sowie vom Ufer aus hergestellte Detailfotos bestimmter Bereiche gespeichert.

Abb. 5 u. 6: Fotodokumentation

Aus der Datenbank heraus kann auf Tastendruck in einem georeferenzierbaren Datensatz (z.B. ein Küstenabschnitt oder Gerätelager) die Frage "Wo ist das?" beantwortet werden, indem vom Programm in das GIS umgeschaltet und auf das in der Datenbank befragte Objekt gezoomt wird.

Abb.7: Georeferenzierbare Daten der Datenbank werden nach Tastendruck im GIS gefunden

Neben den üblichen Möglichkeiten der Karten- und Layersteuerung stehen auf den Einsatzzweck abgestimmte Funktionen zur Verfügung. So können beliebige Streckenentfernungen oder Flächeninhalte gemessen werden, im Kartenfenster kann zur Anfertigung von Lageberichten oder zur Planung einer Bekämpfung mehrfarbig gezeichnet und geschrieben werden. Es besteht die Möglichkeit, den Inhalt des Kartenfensters einschließlich der eigenen Zeichnungselemente auf einem Drucker maßstabgetreu als Kartenblatt auszugeben oder in ein anderes Grafik- oder Textverarbeitungsprogramm zu exportieren.

Hinsichtlich der verwendeten Koordinatensysteme war der Konflikt zwischen den Gauß-Krüger-Koordinaten der ATKIS-Grundkarte und dem im marinen Informationsaustausch verwendeten Geografischen Koordinatensystem zu lösen. Die Lösung besteht in einem zuschaltbaren Werkzeug zur Koordinatentransformation, welches den mathematischen Algorithmus zur Transformation beider genannter Koordinatensysteme bereitstellt. In dieses Werkzeug werden über die Tastatur geografische Koordinaten in Form von geografischer Breite und Länge eingegeben und erzeugen nach Transformation neben der alphanumerischen Anzeige auch eine Markierung im Kartenfenster. Die Eingabe von Gauß-Krüger-Koordinaten ist viel einfacher, hier genügt ein Klick an die betreffende Stelle der Karte, die Umrechnung in geografische Koordinaten erfolgt sofort.

Abb. 8: Das Werkzeug zur Koordinatentransformation und die Anwendung eigener Zeichnungselemente erlauben die Anfertigung und Nachführung operativer Karten


Die Datenbank-Komponente

In der Datenbank sind u.a. die Daten sämtlicher Geräte sowie deren Standorte (Gerätelager) erfasst.

Abb.9: Datensatz eines Bekämpfungsgerätes

Die Datenbank enthält außerdem eine umfangreiche Adressdatei mit über 800 Adressen, Telefon- und Faxverbindungen, eMail-Adressen sowie weiteren Kommunikationsmöglichkeiten. Diese Adressen sind Körperschaften (Behörden, Firmen, Institute usw.) und Personen zugeordnet. Weiterhin wird die Zuordnung von Personen zu Körperschaften in der Datenbankstruktur abgebildet.

Im Alarmfall hat der Nutzer durch die im System installierten Alarmpläne, die mit der Adress- und Telefondatenbank verknüpft sind, Zugriff auf relevante Adressdaten von Körperschaften und Personen.

Abb.10: Aus den Alarmplänen können Adressen und Telefonnummern abgerufen werden

Hierarchisch strukturierte Daten werden dem Nutzer in der Datenbank durch die installierten Explorer präsentiert. Diese verfügen ebenfalls über direkte Verbindungen in die Datenbank, z.B. wird im hier gezeigten Geräteexplorer der vollständige Datensatz des Gerätes durch Doppelklick auf das gewünschte Gerät im rechten Explorerfenster geöffnet.

Abb. 11: Explorer


Handbuch

Im Handbuch sind alle bisher in Form von Papier vorliegenden Informationen wie technische Informationen, Bedienanleitungen, chemische Eigenschaften von Schadstoffen ausgewählte Gesetzestexte usw. enthalten, auch die Bekämpfungsvorschläge für die bisher identifizierten 26 Regelquerschnitte, wieder verknüpft mit Datenbank und dem GIS.

Abb.12: Handbuch


Aktualisierung

Jede neu einzuführende EDV-Anwendung wird nur akzeptiert, wenn sie benutzerfreundlich ist, eine wesentliche Hilfe darstellt und mit geringstem Aufwand zu pflegen ist. Um eine hinreichende Benutzerfreundlichkeit zu erreichen, wurde die Entwicklung mit Vertretern der späteren Nutzer im Rahmen der AG Vorsorgeplanung so durchgeführt, dass ausreichend Zeit für die Prüfung und Einarbeitung der Anregungen war. Die Hilfe besteht darin, dass verschiedenste Papiersammlungen (Akten, Karten, Broschüren) zusammengefasst werden und einen ungewohnt schnellen Zugriff auch für selten verlangte Informationen erlauben.

Zu aktualisierende Daten sind zuerst den örtlichen Nutzern der VPS bekannt und werden von diesen der SLM formlos mitgeteilt. Viermal jährlich wird die SLM dann die sich daraus ergebenden neuen Datensätze zur Integration jedem Nutzer zusenden oder mailen. Neue Kartensätze werden auf die gleiche Weise alle drei Jahre zur Verfügung gestellt werden; dies entspricht etwa dem Liefermodus der Landesvermessungsämter.

Bei der Integration der neuen Daten werden die lokalen Datensätze, z. B. über die Pflege der Geräte, natürlich nicht überschrieben, so dass VPS auch als "Betriebshandbuch" eingesetzt werden kann.


Ausblick

Das Programmsystem VPS stellt neben seinem ursprünglichen Einsatzzweck ein vielfach einsetzbares und erweiterbares Küsteninformationssystem dar. So erfolgt gegenwärtig eine Erweiterung der in VPS präsentierten Datenbasis hinsichtlich der Implementierung von Daten der Sensitivitätskartierung des Wattenmeeres und der Ostsee. Durch künftige Weiterentwicklungen könnte das mit den Mitteln der Küstenländer finanzierte Projekt seine Daten und Werkzeuge weiteren öffentlichen oder privaten Nutzern zur Verfügung stellen, die im Küstenbereich georeferenzierbare Informationen erheben oder nutzen.

Ansprechpartner für weitere Informationen:

Fachbehörde: Sonderstelle der Küstenländer zur Bekämpfung von Meeresverschmutzungen Herr Jens Rauterberg
Bei der Alten Liebe 10
D-27472 Cuxhaven
Telefon +49-(0)4721 5616-13
Telefax +49-(0)4721 52506
E-Mail Sonderstelle@gmx.de

Projektleiter: Umweltbehörde der Freien und Hansestadt Hamburg
Herr Dirk-Uwe Spengler
Billstraße 84
D-20539 Hamburg
Telefon +49-(0)40 428 45-4342/2200
Telefax +49-(0)40 428 45-4216
E-Mail Dirk-Uwe.Spengler@bug.hamburg.de
http://www.hamburg.de/Behoerden/Umweltbehoerde/ruf.htm

Fachkonzept, Programmierung, Projektsteuerung: ARCADIS Consult GmbH
Herr Burkhard Schuldt (Projektmanagement)
Feldstraße 66
D-18057 Rostock
Telefon +49-(0)381 4900-129 Telefax +49-(0)381 4900-131
E-Mail b.schuldt@arcadis.de
http://www.arcadis.de

Herr Michael Reichert (DV-techn. Erarbeitung)
Glück-Auf-Straße 1
D-09599 Freiberg/Sachsen
Telefon +49-(0)3731 7886-30
Telefax +49-(0)3731 7886-99
E-Mail m.reichert@arcadis.de
http://www.arcadis.de