Wie künstliche Intelligenz zum Umweltschutz beitragen kann
Ende September fand der von Disy mitorganisierte Workshop zur künstlichen Intelligenz (KI) in der Umweltinformatik statt. Die vorgestellten Projekte aus der Forschung führten zur spannenden Diskussion, wie KI zum Umweltschutz beitragen kann.
Künstliche Intelligenz (KI) als eine wichtige Technologie der Digitalisierung vereinfacht schon heute an vielen Stellen unseren Alltag: Bei der Erkennung von Sprache, der Übersetzung von Texten oder bei der Interpretation von Bildern und Videos. KI-Technologien haben aber auch ein enormes Potenzial, den ökologischen Herausforderungen unserer Zeit zu begegnen.
Um dem aktuellen Stand der Forschung und den vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von KI-Technologien in Umweltanwendungen erstmalig im deutschsprachigen Raum ein eigenes Format zu geben, hat das Disy-Team unter der Leitung von Dr. Andreas Abecker zusammen mit dem Umwelt-Campus Birkenfeld der Hochschule Trier im Jahr 2020 die Workshopreihe „Künstliche Intelligenz in der Umweltinformatik”(KIU) ins Leben gerufen.
Abwechslungsreiches Vortragsprogramm zur künstlichen Intelligenz
Programm Workshop KIU-2022
Nach zwei virtuellen Veranstaltungen konnte der 3. KIU-Workshop Ende September als Teil der INFORMATIK 2022, der offiziellen Jahrestagung der Gesellschaft für Informatik, erstmals in Präsenz an der Universität in Hamburg stattfinden. Das Programm bot sechs Vorträge zu unterschiedlichen Anwendungsgebieten und technischen Ansätzen.
So zeigte Frau Viktoriya Tarasyuk aus der Forschungsgruppe „Wasserinfrastruktur und Digitalisierung“ der Hochschule Hof sehr konkret und praxisorientiert, wie man Methoden des "fallbasierten Schließens“ nutzen kann, um die Steuerung eines komplexen Abwasserverarbeitungssystems unter dynamisch veränderlichen Zulaufbedingungen mit dem Ziel der Energieeinsparung zu unterstützen. Die Technologie wurden im BMWK-Projekt KOMMUNAL 4.0 entwickelt und wird zurzeit im BMBF-Vorhaben InSchuka 4.0 erweitert.
Auch Dr. Markus Junker vom Forschungsbereich „Smarte Daten und Wissensdienste“ am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) befasste sich mit der Steuerung von Kläranlagen – hier allerdings im Kontext eines hoch innovativen Ansatzes für Agrarsysteme der Zukunft aus dem BMBF-Projekt SUSKULT, wo innerhalb eines hydroponischen Nahrungsmittelproduktionssystems Stoffstromkreisläufe möglichst geschlossen werden sollen. In diesem Rahmen wurden lernbasierte Prognosen und Optimierungsverfahren zusammengeführt, um den Betrieb der Kläranlage zu steuern.
Aus derselben Arbeitsgruppe ist auch Dr. Alexander Münzberg, der sich im Kontext intelligenter Agrarsysteme bewegt. In seinem Vortrag ging es um die Vorhersage landwirtschaftlicher Zeitreihen, z. B. zur Ertragsprognose. Der innovative Ansatz, der im BMBF-Projekt SimLearn entwickelt wird, besteht in der Nutzung von vorhandenen Simulationsverfahren und Transferlernen, um das häufig auftretende Problem von Prognosen bei sehr schwacher Datengrundlage anzugehen.
Innovative Ansätze aus den KI-Leuchtturmprojekten des BMUV
Arbeitsablauf Vorhersage
Für Disy präsentierte Dr. Andreas Abecker eine Untersuchung zu Verfahren der räumlich-zeitlichen Vorhersage, die in dem von Disy koordinierten BMUV KI-Leuchtturmprojekt Nitratmonitoring 4.0 (NiMo) entstanden ist, aber auch darüber hinaus grundsätzliche Anwendbarkeit in der geo-temporalen Datenanalyse besitzt.
Dashboard „Messnetzoptimierung“
Ebenfalls im Projekt NiMo entstand die von Katharina Emde vom Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) vorgestellte Arbeit zur interaktiven Ansteuerung von KI-Algorithmen aus Umweltinformationssystemen heraus. In NiMo 4.0 wird dieser Ansatz mithilfe des OGC SensorThings Standards und der IOSB-Referenzimplementierung FROST-Server verwendet, um sowohl aus der IOSB-Software WebGenesis als auch aus der Software disy Cadenza heraus KI-Algorithmen für die Datenanalyse nutzen zu können.
Dr. Christiane Plociennik vom Forschungsbereich „Innovative Fabriksysteme“ am DFKI berichtete vom BMUV-Leuchtturmprojekt ReCircE, das sich mit dem Auf- und Ausbau der Kreislaufwirtschaft befasst. Sie stellte eine Anforderungsanalyse und erste technische Konzepte für einen digitalen Produktpass vor, mit dessen Hilfe die Wiederverwendung gerade bei komplexen Produkten aus schwer sortier- und recycelbaren Materialien unterstützt werden soll.
Werden Sie Teil der Community zur Umwelt-KI
Die Vorträge des KIU-2002 Workshops zeigen die fachliche und informationstechnische Breite der KI-Ansätze. In den Diskussionen wurde sichtbar, wie interdisziplinär, visionär und lösungsorientiert die Projekte aufgestellt sind. Alle Workshop-Beiträge sind im Tagungsband der INFORMATIK 2022 und als Einzelartikel veröffentlicht.
Aufgrund des wachsenden Interesses wird voraussichtlich auch ein 4. KIU-Workshop im Herbst 2023 als Teil der INFORMATIK-Jahrestagung in Berlin stattfinden. Wenn auch Sie Teil der Community zur Umwelt-KI werden und den kommenden Call-for-Papers erhalten möchten, kontaktieren Sie uns per E-Mail an kiu@disy.net. Ebenso freuen wir uns über Ihre Rückmeldung, wenn Sie gemeinsam mit uns zu KI-Themen forschen wollen – in welcher Konstellation auch immer.
Business & Location Intelligence- Anwendungen mit KI-Verfahren anreichern
Wie können jetzt diese Forschungsansätze Eingang in die Praxis finden? Bei Fragen zur Luft- oder Wasserqualität, zur Lärmbelastung und vielem mehr: Umweltbezogene Datenanalysen stehen häufig vor der Herausforderung, aus wenigen Beobachtungspunkten ein flächendeckendes Gesamtbild eines räumlichen Phänomens zu erstellen und aus diesem die zukünftige Entwicklung vorherzusagen – wie im Vortrag zu NiMo oben angesprochen (Bild 2). Hier kann künstliche Intelligenz wertvolle Dienste leisten. Entsprechende Lösungsansätze können nicht nur in vielfältigen Umweltfragestellungen genutzt, sondern natürlich auch auf Sachverhalte außerhalb des Umweltbereichs übertragen werden.
Gleichzeitig gehen diese Erkenntnisse in die technologische Agenda von Disy ein, entweder um disy Cadenza selbst um KI-Methoden zu erweitern oder um externe KI-Verfahren aus disy Cadenza heraus ansteuern zu können. Mit diesen Erweiterungen realisiert disy Cadenza Funktionen der sog. Advanced Analytics.
