Hochwasser in der Region (Foto: SWR)

Mit Künstlicher Intelligenz gegen Wassermassen

Wie Forscher am Umwelt-Campus Birkenfeld Schäden durch Extremwetter reduzieren wollen

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Der Umwelt-Campus Birkenfeld der Hochschule Trier untersucht mit sechs Partnern Wasser- Extremereignisse. Am Umwelt-Campus wird das Projekt von Peter Fischer-Stabel geleitet, der auch mittels Künstlicher Intelligenz größere Schäden vermeiden will.

Für die Erforschung der Extremereignisse, die durch Wasser entstehen, hat das Bundesforschungsministerium rund 2,5 Millionen Euro bewilligt. Dabei geht es darum, geeignete Hochwasservorsorgemaßnahmen zu entwickeln und auch rechtzeitig die Bürger zu warnen.

Wissenschaftler des Umwelt-Campus Birkenfeld im Hunsrück, in Trier sowie Koblenz arbeiten beispielsweise daran, wie hochaufgelöste Geodaten und Künstliche Intelligenz (KI) bei Starkregen und Hochwasser eingesetzt werden können, um größere Schäden zu verhindern. Ein Schwerpunkt des Forschungsvorhabens liegt darin, die Bürger in die Abläufe mit einzubeziehen und besser zu informieren. Das Projekt wird zunächst in ausgewählten Referenzkommunen gestartet, darunter die Verbandsgemeinde Herrstein-Rhaunen sowie die Stadt Trier.

Peter Fischer-Stabel vom Umwelt-Campus Birkenfeld ist einer der Forscher, der jetzt diese Wasser-Extremereignisse untersucht. Sein Forschungsschwerpunkt liegt im Bereich der Umweltdatenverarbeitung. Darunter fällt beispielsweise die Verarbeitung von hochgenauen Geländemodellen sowie Daten, die unter anderem Niederschlagsinformationen beinhalten.

Professor Peter Fischer-Stabel vom Umwelt-Campus Birkenfeld (Foto: Umwelt-Campus Birkenfeld)
Professor Peter Fischer-Stabel vom Umwelt-Campus Birkenfeld. Umwelt-Campus Birkenfeld

SWR Aktuell: Was ist das Ziel Ihres Projektes?

Peter Fischer-Stabel: Es geht hier um eine hochwassersensible Stadtentwicklung. Es geht darum, Schäden, wie sie bei diesen neuen Starkregenereignissen entstehen können, durch diese Sturzfluten, die dann ja innerhalb kürzester Zeit in die Siedlungen eindringen, zu vermeiden.

SWR Aktuell: Es gab auch in der Vergangenheit immer wieder Starkregenereignisse, gab es da schon ähnliche Ansätze?

Fischer-Stabel: Nachdem Starkregenereignisse in den letzten Jahren verstärkt aufgetreten waren, unter anderem beispielsweise auch in Herrstein oder in Trier, hat man im Nachgang in vielen Kommunen bundesweit spezielle Gefahrenkarten entwickelt. Das war ein guter erster Ansatz. Hier hat man versucht, anhand von Geländedaten und topographischer Information zu schauen, wo läuft das Wasser im Extremfall hin, man hat versucht, das zu modellieren.

SWR Aktuell: Haben diese Karten Schwächen?

Fischer-Stabel: Das Ganze funktioniert recht gut im unbebauten Bereich, in der natürlichen Landschaft. Im besiedelten Bereich hingegen funktionieren diese Modelle nicht mehr zu 100 Prozent. Genau hier wollen wir ansetzen und diese sogenannten Notabflusswege identifizieren. Die wollen wir natürlich auch weiterentwickeln, um das Wasser, ohne dass es Schäden anrichtet, durch die Siedlung zu leiten.

SWR Aktuell: Wie wollen Sie diese Abflusswege in einer bestehenden Siedlung erkennen?

Fischer-Stabel: An dieser Stelle sind wir zum einen natürlich auf die Mitarbeit der Bevölkerung vor Ort angewiesen. Es gibt ja auch neue bauliche, aber auch mobile Hindernisse. Diese verändern die Fließrichtung des Wassers und damit den Notabflussweg. Hier wollen wir dann die Daten vor Ort in Gesprächen sammeln. Wir werden aber auch Roboter entwickeln, die das Gelände abfahren und hochpräzise Geländedaten sammeln. Wir wollen dann hochaufgelöste Geländemodelle entwickeln, mit denen wir die Fließrichtung des Wassers im Extremfall ganz genau bestimmen können. Um hier korrekte Aussagen treffen zu können, müssen wir im Dezimeterbereich zum Teil sogar im Zentimeterbereich arbeiten.

Die Modelle - basierend auf den aktuellen Karten -, die es gibt, sind da in vielen Fällen unzureichend, weil sie die Geländeoberkanten nur bis zu einer bestimmten Genauigkeit erfassen. Wir wollen das noch exakter machen und beispielsweise auch den Höhenunterschied zwischen Gehweg und Straße mit in unsere Modellierung aufnehmen. Das ist insofern wichtig, weil durch diese minimalen Höhenunterschiede schon andere Fließrichtungen des Wassers und damit andere Gefahrensituationen entstehen können.

SWR Aktuell: Was machen Sie dann mit diesen Informationen?

Fischer-Stabel: Damit können wir entsprechende Warnungen aussprechen. Wir können die Bevölkerung dann auch entsprechend sensibilisieren im Rahmen der Risikokommunikation, was ja auch ein großes Thema in dem laufenden Forschungsprojekt ist.

SWR Aktuell: Kann man sagen, dass der Fortschritt der Technologie, insbesondere im IT-Bereich, diese neuen Modelle erst möglich macht?

Fischer-Stabel: Ja, wenn wir den Focus auf Genauigkeit und Geschwindigkeit der Datenverarbeitung legen. Das liegt zum einen daran, dass die Rechner von ihrer Leistung her immer besser werden und durch neuartige Algorithmen die Daten schneller und besser verarbeiten können. Dazu kommt aber auch, dass die Datenerfassung über Sensoren genauer wird. Das heißt, wir bekommen immer mehr und genauere Daten von vor Ort, auch auf anderen Wegen. Zum Beispiel über eine APP, die wir entwickeln wollen, in der die Menschen vor Ort sogenannte weiche Daten wie beispielsweise gefährdete Infrastrukturen eintragen können. Diese Mengen an Daten verarbeiten wir dann unter anderem mit der Hilfe von Künstlicher Intelligenz.

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SWR Aktuell: Das heißt, moderne Computertechnik wird in Zukunft große Schäden vermeiden und unser Leben sicherer machen.

Fischer-Stabel: Das kommt ganz darauf an: Das Wissen, das erarbeitet wird, muss auch in der Praxis umgesetzt werden. Wenn niemand im Vorfeld auch ohne eine konkrete Gefährdungssituation vorausschauend aktiv wird, beispielsweise Notabflusswege ausweist, Abflusshemmnisse entschärft, die in Krisensituationen kontrolliert werden, die Sandsäcke entsprechend platziert oder sagt, hier in dem Bereich darf nicht mehr gebaut werden, dann nutzt ihnen die ganze tolle Technik nichts, weil das Schadenspotenzial weiterhin besteht. Wir müssen auch das, was wir entwickeln und was wir bereits wissen, in der Praxis umsetzen. Das ist in diesem Bereich ein großes Problem. Und hier ist jeder Bürger in seinem Umfeld aufgefordert aktiv zu werden, nicht nur die politisch Verantwortlichen.

SWR Aktuell: Was erhoffen Sie sich von dem Projekt persönlich?

Fischer-Stabel: Unser Wunsch ist es, dass wir mit diesem Projekt einen Beitrag dazu leisten, dass Sachschäden bei Starkregenereignissen reduziert und Personenschäden möglichst komplett vermieden werden. Wir wollen dabei helfen, die Bevölkerung auf die kommenden Katastrophen vorzubereiten.

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