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Lawinenradare Bear Pass
Ausgangslage
Der Highway 37A ist die einzige Verbindung auf dem Landweg zu den Küstenorten Stewart (Britisch-Kolumbien, Kanada) und zum Grenzort Hyder (Alaska, USA). Als nördlichster ganzjährig eisfreier Hafen Kanadas kommt Stewart eine strategisch wichtige Bedeutung im Warenexport nach Asien zu. Der Highway 37A verbindet Stewart über den Bear Pass mit dem Inland und dem nächstgrösseren Ort Terrace. Niederschlagreiches Küstenwetter kombiniert mit arktischen Winden verursachen jeden Winter hunderte Lawinen in den 72 aktiven Lawinenzügen. Aufgrund natürlicher und künstlich ausgelöster Lawinen ist die Verbindung nach Stewart zwischen November und Mai oftmals beeinträchtigt. Die Strasse ist im Mittel pro Winter 88 Stunden geschlossen, in schneereichen Winter jedoch beträchtlich mehr (bis zu 336 h, MoTi Blog). Um die Lawinenprognosen und die Sicherheit auf dem ausgesetzten Strassenabschnitt verbessern zu können, wurde im Auftrag des Ministeriums für Transport und Infrastruktur (MoTI) ein automatisches Lawinendetektionssystem am Bear Pass entwickelt und installiert.
Lösung
Die autonome Lawinendetektionsanlage überwacht seit dem Winter 2019/2020 rund um die Uhr zwei kritische Stellen entlang dem Highway 37A: Little Bears und George Copper. Das Lawinenradar funktioniert unabhängig von den Sichtbedingungen (Nebel, Schneefall, Regen etc.) und erkennt sich bewegende Schneemassen zuverlässig auf mehrere Kilometer Distanz.
Die Radaranlage am Standort Little Bears überwacht die steilen Osthänge unterhalb von Mt Shorty Stevenson in bis zu 3 km Entfernung und deckt vier Lawinenzüge gleichzeitig ab. Die zweite Station, George Copper, liegt weiter östlich und beobachtet den Gletscherabbruch und die Nordhänge unterhalb von Mt Disraeli und Mt Gladstone. Mit dieser Station können sechs Lawinenzüge in bis zu 3 km Entfernung überwacht werden. Da in der abgelegenen Gegend weder Strom noch Mobilfunkempfang verfügbar sind, musste die Anlage komplett autonom konzipiert werden. Beide Stationen, Little Bears und George Copper, haben keine direkte Sichtverbindung nach Stewart, weshalb zur Datenübertragung eine Relaisstation (Radio link station) am Mt Johnson errichtet wurde. Über zwei verschiedene Kommunikationskanäle (Redundanz) werden Detektionsdaten, hochaufgelöste Aufnahmen und systemrelevante Statusdaten von den Stationen via Mt Johnson über 20 km nach Stewart übermittelt und von dort auf unsere Server hochgeladen.
Ausgeklügeltes Systemdesign
Um einen durchgehenden Betrieb während des ganzen Winters und unter einer meterhohen Schneedecke gewährleisten zu können, entwickelten wir ein ausgeklügeltes, energieeffizientes Anlagenkonzept. Zur Stromversorgung dienen Solarpanels und eine Brennstoffzelle, wobei die Brennstoffzelle nur dann die Versorgung übernimmt, wenn keine Sonnenenergie vorhanden ist. Die Station George Copper beispielsweise liegt von November bis Februar im Bergschatten und erhält keine direkte Sonneneinstrahlung. Während sich bestimmte Geräte (wie die hochauflösende Kamera) nachts aus Energiespargründen abschalten, muss das Radar jederzeit einwandfrei funktionieren. Garstige Schnee- und Sturmverhältnisse sind eine Herausforderung für das zuverlässige Funktionieren einer solchen Anlage, aber genau bei diesen Bedingungen ereignen sich häufig Lawinen. Aus diesem Grund statten wir alle unsere Lawinenradarsysteme mit einem Anti-Schneesystem aus, das sicherstellt, dass der Radarkopf selbst jederzeit schneefrei ist und einwandfrei funktioniert.
Die Relaisstation am Mt Johnson befindet sich innerhalb einer 8.5 m hohen, raketenförmigen Umfassung, welche nach Süden mit drei Photovoltaikpanels verkleidet ist. Zusätzlich zum Solarbetrieb ist auch die Relaisstation mit einer Brennstoffzelle ausgerüstet. Mt Johnson ist eine zentrale Stelle der gesamten Anlage, die neben der Datenübertragung auch den Fernzugriff auf die Stationen für das Geopraevent-Team ermöglicht. Wir überwachen sämtliche unserer Stationen permanent auf deren Funktionstüchtigkeit und werden bei Unregelmässigkeiten automatisch benachrichtigt. Dadurch erkennen wir mögliche Probleme frühzeitig und können diese grösstenteils lösen, ohne dass eine Intervention vor Ort erforderlich ist.
Lawinenkarte und Ereignisbilder
Bei der Detektion einer Lawine aktiviert das Radar die systemintegrierte, hochauflösende Kamera, welche automatisch eine Bildserie des Ereignisses erstellt. Das Radar verfolgt die Lawine und misst die durchschnittliche Geschwindigkeit der Lawinenfront, die Dauer und das Ausmass der Lawine. Zusätzlich erzeugt die Kamera regelmässig Bilder der aktuellen Situation vor Ort, die dem lokalen Lawinenwarndienst zur Einschätzung der Lawinensituation dienen. Sämtliche Daten werden über Mt. Johnson und Stewart auf das online Datenportal hochgeladen, wo sie jederzeit für autorisierte Benutzer über PC, Tablet oder Smartphone einsehbar sind. Zudem benachrichtigt das System bei einer Detektion automatisch den Lawinenwarndienst über SMS oder Email, so dass sie stets informiert sind über jedes Ereignis.
Erste Erfahrungen überzeugen
Von November 2019 bis Mai 2020 hat das Lawinendetektionssystem insgesamt über 1200 Lawinen von kleinem bis grossem Ausmass gezählt. Dabei ereigneten sich ca. 60% der Ereignisse am Standort George Copper und 40% am Standort Little Bears. Normalerweise muss der Highway jeden Winter aufgrund von Lawinen knapp 90 Stunden geschlossen werden. Im ersten Winter nach Inbetriebnahme der Lawinenüberwachungsanlage waren es lediglich noch 39 Stunden, wobei mit 21 Stunden Sperrung mehr als die Hälfte auf die Räumung eines 500 m Strassenabschnittes zurückzuführen ist, welcher bei einer sehr grossen Lawine mit 5 m Schnee und Eis verschüttet wurde (Terrace Standard). Laut dem lokalen Lawinenwarndienst helfen die zusätzlichen Informationen zu Lawinenabgängen inkl. Lokalisierung und Ereignisbildern massgeblich, die schwierig einzuschätzende Lawinensituation und den gleichzeitigen Strassenbetrieb während den Wintermonaten zu bewerkstelligen. Es ist geplant, das Detektionssystem in Zukunft zur vollautomatischen Alarmanalage auszubauen und die gefährdeten Strassenabschnitte mit Barrieren oder Ampeln auszurüsten. Dies ermöglicht sowohl die automatische Sperrung der Strasse bei einem Ereignis als auch die automatische Wiederöffnung, sobald die Gefahr vorüber ist.
Das Lawinendetektionssystem unterstützt uns wesentlich in der Beurteilung der aktuellen Lawinensituation und ermöglicht uns ein besseres Verständnis der regionalen Lawinenbedingungen. Somit können wir zum einen genauere Lawinenprognosen abgeben und konnten zum anderen diesen Winter die Dauer der Highway-Sperrung um über 40% reduzieren.