Transferprojekt: Oldenburger Internet Der Dinge – Anwendungsfall Wasser
Um auf Extremwetter vorbereitet zu sein, entwickeln Forschende in Oldenburg die Plattform OIDD (Oldenburger Internet Der Dinge). OIDD bündelt Umwelt- und Wetterdaten aus Sensoren, Datenbanken und früheren Projekten. KI-Analysen helfen, Risiken wie z. B. Hochwasser frühzeitig zu erkennen und Gegenmaßnahmen einzuleiten.
Die Stadt Oldenburg hat in den vergangenen Jahren vermehrt extreme Wetterereignisse erlebt, sowohl Trockenheit im Sommer als auch Hochwasser im Winter. Um zukünftig früher gewarnt zu sein und rechtzeitig entsprechende Maßnahmen zur Abmilderung der Folgen einzuleiten, sammeln bereits verschiedene Stakeholder aus Forschung, Wirtschaft und Kommunen relevante Daten. Neben der Aufzeichnung von Starkregen liefern auch verschiedene wasser- und wetterbezogene Daten, wie der Feuchtigkeitsgehalt und die Bodentemperatur wichtige Informationen. Sie geben Aufschluss darüber, wie viel Wasser die Böden speichern können und wann die Aufnahmekapazität überschritten wird.
Obwohl diese Daten bereits vorliegen, werden sie noch nicht effizient genutzt und veröffentlicht, da sie häufig in voneinander getrennten Systemen gespeichert sind und daher nicht übergreifend analysiert werden können. Daher entwickeln die Forschenden des Transferprojektes „Oldenburg Internet Der Dinge – Anwendungsfall Wasser“ eine Plattform, die Wasserdaten der Region zusammenführt, visualisiert und analysiert.
Projektziel und Vorgehensweise
OIDD soll es der Stadt Oldenburg ermöglichen, datenbasierte Entscheidungen bezüglich anstehender Extremereignisse zu treffen. Außerdem soll der Wissenstransfer zwischen verschiedenen Stakeholdern aus Forschung, Wirtschaft und Kommunen gefördert werden.
Hierfür werden die Forschenden der Carl von Ossietzky Universität und des Informatikinstituts OFFIS gemeinsam mit den Unternehmensverbänden Niedersachsen e. V. (UVN), der Stadt Oldenburg und dem Oldenburgisch-Ostfriesischen Wasserverband (OOWV) Daten aus unterschiedlichen Quellen zusammenführen und zusätzliche Sensoren in der Stadt für weitere Datenerhebungen installieren.
Die Plattform wird auf der technischen Grundlage der HIDD-Plattform aufbauen, die im Rahmen des Projektes "Hannover Internet der Dinge (HIDD)" unter Leitung der UVN entwickelt und erfolgreich getestet wurde. Die HIDD-Plattform eignet sich, da sie verschiedene Protokolle für den Datenaustausch sowie Standards (z. B. einheitliche Datenformate und Schnittstellen) unterstützt. Auf diese Weise ermöglicht die Plattform Interoperabilität, also die reibungslose Zusammenarbeit unterschiedlicher Systeme und Geräte. Zudem erleichtert sie die Integration bestehender Lösungen. Neben neu erfassten Umweltdaten werden auch Daten aus vergangenen Forschungsprojekten des OOWV und der Carl von Ossietzky Universität in die OIDD-Plattform übertrage, sodass eine breite Datengrundlage entsteht, die kontinuierlich erweitert wird. Umweltdaten werden hierzu aus Guerilla Sensing, einem Umwelt-Kontrollsystem der Abteilungen „Softwaretechnik“ und „Systemsoftware und verteilte Systeme“ der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg übertragen. Guerilla Sensing setzt auf einfach erweiterbare (Umwelt-)Sensorik und Aktorik, die Kampagnen-orientiert, projektspezifisch genutzt werden kann. Außerdem werden extern verfügbare Daten, wie z.B. Wetterdaten des Deutschen Wetterdienstes in die Plattform integriert.
Sensordaten können über LoRaWAN, W-Lan und weitere Funktechnologien übermittelt werden. Die Analyse der Umweltdaten erfolgt auf der OIDD-Plattform auch mittels künstlicher Intelligenz. Ebenso kann durch die aus Guerilla-Sensing übernommene Benachrichtigungsfunktion über kritische Umweltsituationen gewarnt werden.
Wir werden die Daten mithilfe künstlicher Intelligenz (KI) analysieren und auswerten. KI-basierte Verfahren können Muster in umfangreichen Datensätzen erkennen, Zusammenhänge herstellen und Prognosen daraus ableiten. So können zukünftig datenbasierte Entscheidungen getroffen werden, um Maßnahmen für anstehende Extremwetterereignisse vorzubereiten.
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Department für Informatik
Um den Praxisbezug der Plattform sicherzustellen, werden die Projektpartner drei Anwendungsfälle erproben: Umgang mit Flut und Dürre, Bewässerungsmanagement, Management von Wasserqualität. Nähere Informationen zu diesen Anwendungsfällen liefert dieser Artikel. Durch die Verarbeitung verschiedener Umweltdaten wie Niederschlag, Temperatur und Bodenfeuchte können Extremwetterereignisse vorhergesagt und die Wasserhaltekapazität der Böden ermittelt werden. Dies unterstützt die Stadt beim akuten Katastrophenschutz (z. B. Verstärkung von Deichen) und bei der langfristigen Stadtentwicklung (z. B. Planung von neuen Rückhaltebecken). Dem OOWV helfen die Informationen beim Wassermanagement und der Steuerung der Wasserinfrastruktur.
Die OIDD-Plattform soll zunächst unterschiedliche wasserbezogene Anwendungsfälle abbilden. Zukünftig soll sie durch interoperable Schnittstellen erweiterbar sein, um Daten auch aus anderen Domänen, wie z. B. dem Agrar- oder Mobilitätsbereich integrieren zu können.
OFFIS – Institut für Informatik, FuE-Bereich
Erkenntnisse aus den Zukunftslaboren
Das Transferprojekt OIDD ist aus den Zukunftslaboren Energie und Wasser entstanden und wird auf Forschungsergebnissen sowie –methoden der Zukunftslabore sowie der wasserbezogenen Forschungsprojekte der Carl von Ossietzky Universität und des OOWVs aufbauen. Die Forschenden aus dem Bereich Energie bringen Erfahrungen in der Konzeption und dem Aufbau von Datenplattformen mit. Sie verfügen über relevantes Knowhow bezüglich der Verknüpfung verschiedener Datenquellen, der Bereitstellung der Daten für externe Nutzer*innen sowie deren Visualisierung, Analyse und Weiterverarbeitung. Das Zukunftslabor Wasser bringt seine Expertise zu Umweltsensoren und Datenverarbeitung ins Transferprojekt ein. Außerdem sind die Forschenden auf die Datenanalyse und –auswertung mithilfe künstlicher Intelligenz spezialisiert. Die Guerilla-Sensing-Aktivitäten der Carl von Ossietzky Universität liefern umfassende Erkenntnisse und praktische Erfahrungen bei der Entwicklung kostengünstiger und flexibel einsetzbarer Umweltsensorik sowie in der Erfassung, Bereitstellung und Auswertung der dabei gewonnenen Daten innerhalb eines Umwelt-Kontrollsystems. Der OOWV wird Sensordaten aus Regenschreibern und kontinuierliche Messungen aus Niederschlags- und Klimastationen bereitstellen. Außerdem verfügen die OOWV-Mitarbeiter*innen über Erfahrungen zur Erstellung von Gefahrenkarten, die über Starkregen informieren, und über das Einrichten von Umweltmonitorings. Die Stadt Oldenburg wird die vorhandene digitale Infrastruktur – darunter ein LoRaWAN-Netz, ein Open-Data-Portal und ein Geoinformationssystem – zur Verfügung stellen. Die UVN werden die HIDD-Plattform als Basis für die Entwicklung der OIDD-Plattform bereitstellen.
Projektpartner
Folgende Partner aus Forschung und Praxis sind am Transferprojekt OIDD beteiligt:
- Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Abteilung Wirtschaftsinformatik/Very Large Business Applications (VLBA): Prof. Dr.-Ing. Jorge Marx Gómez, Timothy Musharu, Jan Stüven
- Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, Abteilung Softwaretechnik: Johannes Hartkens, Prof. Dr. Andreas Winter
- OFFIS – Institut für Informatik, FuE-Bereich Energie, Gruppe Datenintegration und –verarbeitung (DIP): Jad Asswad, Dr. Julia Köhlke
- Stadt Oldenburg: Julia Masurkewitz-Möller, Malte Schulz
- Unternehmerverbände Niedersachsen e. V. (UVN)
- Oldenburgisch Ostfriesischer Wasserverband (OOWV)
