Kann KI Naturgefahren besser vorhersagen?

Wie der Alpenraum durch KI-IoT-Technologie resilienter werden kann

Der dicht besiedelte Alpenraum ist zunehmend mit Naturgefahren konfrontiert, die sowohl Menschen als auch Infrastruktur bedrohen. Sie sind natürliche Ereignisse, die oft schnell und ohne Vorwarnung eintreten und über eine enorme Zerstörungskraft verfügen können. Das aktuelle MCI-Projekt „DigiSchutz“ beschäftigt sich mit der frühzeitigen Erkennung von Naturgefahren mithilfe von Künstlicher Intelligenz und den daraus resultierenden Handlungsmöglichkeiten.

Um sich besser vor Naturgefahren schützen zu können, ist es notwendig, diese frühzeitig zu erkennen. Dafür müssen gefährdete Gebiete kontinuierlich überwacht, Frühwarnsysteme verbessert und die Bevölkerung sensibilisiert werden. Sensortechnologien können frühzeitige Informationen über eine drohende Gefahr liefern oder einen Alarm bei einer Messwertüberschreitung auslösen, so dass umgehend geeignete Schutzmaßnahmen eingeleitet werden können.

Das Projekt „DigiSchutz“, das am MCI im Forschungsschwerpunkts ‚Electronic & Data Analytics‘ in Zusammenarbeit mit dem Innsbrucker Start-up GMD (Geomorphing Detection) und der Universität Innsbruck umgesetzt wird, zeigt, wie innovative Technologie und akademisches Wissen zur Bewältigung realer Herausforderungen vereint werden können. Dabei geht es um die Entwicklung einer KI-basierten IoT-Lösung zur frühzeitigen Erkennung von Naturgefahren: durch die Integration von Sensordaten und Machine Learning wird eine präzise Analyse und Vorhersage ermöglicht.

Das Projekt wird vom Land Tirol als Leuchtturmprojekt für Digitalisierung gefördert und in der Stadt Kufstein, die als Modellregion für Digitalisierung und Naturgefahrenmanagement etabliert werden soll, umgesetzt. Als Standort für das Pilotprojekt stellt sie Testumgebungen zur Verfügung und beteiligt sich an der Entwicklung eines digitalen Schutznetzes.

Ziel des Projekts ist es, ein auf Künstlicher Intelligenz basiertes Frühwarnsystem für Naturgefahren zu errichten. In Kufstein sollen digitale Steinschlag- und Murenwarnsysteme entwickelt und ein "Smart City Protective Network" aufgebaut werden. Das Leuchtturmprojekt soll als europäisches Vorzeigeprojekt zur Anpassung an den Klimawandel dienen und weitreichende Auswirkungen für Tirol und darüber hinaus haben. Die Projektergebnisse sollen zur Schaffung neuer Produkte und Dienstleistungen im Bereich Geomonitoring beitragen.

Angestrebt wird die Digitalisierung von Schutzbauwerken gegen gravitative Naturgefahren, mit einem Fokus auf der Echtzeitüberwachung von Steinschlagnetzen mittels intelligenter Sensoren und Gateways. Durch den Einsatz von Machine Learning sollen die erfassten Daten analysiert und zur Vorhersage von Naturgefahren genutzt werden. Zu den größten Herausforderungen zählen die Entwicklung eines funktionalen Sensorgehäuses, die Optimierung der Datenübertragung mittels LoRa (Long Range)-Technologie und die Implementierung von Machine Learning Modellen zur Ereignisklassifizierung und Vorhersage. Mit LoRa ist es möglich, eine große Zahl an Sensoren innerhalb eines Netzwerkes zu verwalten und Sensordaten zu verarbeiten.

Diese Herausforderungen sollen durch intensive Zusammenarbeit der Partnerinstitutionen und Nutzung modernster Technologien bewältigt werden. Durch die enge Kooperation von Wissenschaft, Industrie und öffentlichen Institutionen setzt das DigiSchutz-Projekt neue Maßstäbe im Bereich der Naturgefahrenprävention. Es zeigt, wie durch den Einsatz von KI und IoT-Technologien die Sicherheit erhöht und somit auch die Lebensqualität der Bevölkerung verbessert werden kann.

Die GMD GmbH, ein junges Start-up aus Innsbruck, ist auf die Entwicklung intelligenter IoT-Systeme zur Vorhersage von Naturgefahren spezialisiert und arbeitet eng mit Partnern aus den Bereichen Geologie, Geotechnik, Bauwesen sowie mit dem MCI und der Universität Innsbruck zusammen. Das MCI bringt seine Kompetenzen im Bereich Data Science und Machine Learning ein, während das Institut für Mechatronik an der Universität Innsbruck  seine Expertise im Bereich der Hochfrequenztechnik und der Entwicklung von LoRa-Modulen und Energy Harvesting Konzepten zur Verfügung stellt. Die HTB Baugesellschaft mbH, mit jahrzehntelanger Erfahrung in Hoch- und Tiefbau sowie Spezialbauten im hochalpinen Raum, übernimmt die Einrichtung von Testumgebungen und die Montage der Messeinheiten.