Meeresschutz Künstliche Intelligenz soll frühzeitig Gefahren erkennen

Viele Sensoren in der Nordsee erfassen ständig ganz unterschiedliche Daten. Bei der Auswertung soll eine künstliche Intelligenz helfen. In einem Projekt wollen Wissenschaftler jetzt ein neues KI-Verfahren entwickeln.

Das Meer ständig unter Beobachtung: Mit zahlreichen Sensorsystemen in der Nordsee erfassen die Sensoren Wind, Luftfeuchte, Sonnenstunden und viele weitere Umweltparameter. Damit wollen Wissenschaftler auf plötzlich eintretende Sturmfluten oder extreme Algenblüten besser vorhersagen können. Helfen soll dabei die künstliche Intelligenz (KI). Mit cleveren Softwarealgorithmen sollen autonom und frühzeitig ungewöhnliche Veränderungen aufgespürt werden.

Dazu haben sich die Wissenschaftler im Projekt ChESS (Change Event-based Sensor Sampling) zusammengetan. Das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI), die Carl von Ossietzky Universität Oldenburg und die Jade Hochschule Wilhelmshaven Oldenburg Elsfleth entwickeln gemeinsam ein entsprechendes neues KI-Verfahren.

Künstliche Intelligenz wertet Sensordaten aus

Zu einem Kickoff des Projektes trafen sich die Wissenschaftler der drei beteiligten Forschungseinrichtungen aus Oldenburg und Wilhelmshaven auf Spiekeroog. Die vorgelagerte Insel im niedersächsischen Wattenmeer, das zum UNESCO-Weltnaturerbe zählt, stellt einen Dreh- und Angelpunkt im Projekt ChESS dar.

Zum einen liefern mobile sowie fest installierte Sensorsysteme auf und um Spiekeroog zahlreiche Umweltdaten für die Entwicklung der neuen KI-Methodik. Zum anderen soll hier später ChESS in einer Fallstudie erprobt werden, bevor das Verfahren weltweit auch in anderen Gewässern Schule machen soll.

In einem ersten Schritt konzipieren und bewerten die Forscher des DFKI-Labors Niedersachsen in Oldenburg geeignete Algorithmen. Der Datenraum ist riesig, da unzählige Messwerte ineinanderfließen. So die Einschätzung von Dr. Frederic Stahl, der ChESS im DFKI verantwortet: „Mit künstlicher Intelligenz können wir hoch-dimensionale Sensordaten schneller und effizienter erfassen und zu neuen Erkenntnissen gelangen, wie diese zusammenhängen und welche Veränderungen im Meer sie bewirken.“

Bei einer Sturmflut zum Beispiel soll die KI künftig Systemveränderungen in Echtzeit automatisch erkennen und im Moment des Geschehens Aktionen auslösen. Eine solche Aktion könnte sein, dass Autosampler getriggert werden, in kürzeren Intervallen häufiger Wasserproben zu nehmen.

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Echtzeitfähig und offene Schnittstellen

Parallel zu der Programmierung entsprechender Algorithmen arbeitet die Jade Hochschule unter der Leitung von Professor Dr. Lars Nolle daran, geeignete Softwarearchitekturen zu entwickeln und zu evaluieren. „Damit die von uns entwickelte Methodik im Anschluss von möglichst vielen Wissenschaftlern genutzt werden kann, muss das System harten Anforderungen hinsichtlich der Echtzeitfähigkeit und des Datendurchsatzes genügen“, erläutert Nolle und fügt an: „Auch muss das System über offene Schnittstellen verfügen und skalierbar sein.“

Ist die Methodik fertig, soll sie im nächsten Schritt anhand einer Fallstudie am Küstenobservatorium Spiekeroog getestet werden, das vom Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) der Universität Oldenburg betrieben wird. Das Observatorium umfasst mehrere Messstationen auf und rund um die Insel.

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Ozeanographische, meteorologische und biochemische Daten

Dazu gehört ein Messpfahl im Seegatt westlich von Spiekeroog, der kontinuierlich ozeanographische, meteorologische und biochemische Daten aufzeichnet. Die Grundwasserbeobachtung im Norden der Insel ist ebenso Bestandteil des Observatoriums wie zwölf künstliche Inseln im Rückseitenwatt von Spiekeroog, wo die Entwicklung der Lebensvielfalt untersucht wird.

Beim Nationalpark-Haus Wittbülten befinden sich die im Rahmen des Observatoriums genutzten Labor- und Ausbildungsräume sowie ein Messcontainer. Für das Projekt ChESS wird die Universität Oldenburg die nötigen Umweltdaten zur Verfügung stellen und das KI-Verfahren später hinsichtlich seiner Effektivität bewerten.

Im Anschluss an das auf drei Jahre bis 2024 angelegte Projekt wollen die ChESS-Verantwortlichen von DFKI, Universität und Hochschule ihre entwickelten KI-Methoden und Frameworks über offene Softwareplattformen und Publikationen anderen Forschenden zur Verfügung stellen. So können die in dem Projekt gewonnenen Systeme weltweit angewandt werden, um naturwissenschaftliche Forschungsprozesse zu automatisieren.

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