Die Smog-Vorhersage für die nächsten Tage

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Mit künstlicher Intelligenz gegen dicke Luft: Siemens hat ein System entwickelt, das den Grad der Luftverschmutzung in Großstädten präzise und mehrere Tage im Voraus bestimmen kann. Wie beim Wetter können Bürger vielleicht bald die Feinstaubbelastung für die kommenden Tage im Internet abrufen.

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Mit künstlicher Intelligenz gegen dicke Luft: Siemens hat ein System entwickelt, das den Grad der Luftverschmutzung in Großstädten präzise und mehrere Tage im Voraus bestimmen kann. Wie beim Wetter können Bürger vielleicht bald die Feinstaubbelastung für die kommenden Tage im Internet abrufen.

von manuela dollinger

München – Heiter bis sonnig, die Regenwahrscheinlichkeit liegt bei zehn Prozent. Die meisten Menschen informieren sich täglich über das Wetter für die kommenden Tage. Wer ein Smartphone besitzt, ruft die Wettervorhersage für den Wohnort mit einem Klick ab. Siemens hat eine intelligente Software entwickelt, mit der Verbraucher sich auch über die Luftverschmutzung informieren können. Noch ist das Zukunftsmusik, technisch aber bereits möglich. Ein Pilotprojekt läuft derzeit in London.

Dort ermitteln rund 150 Messstationen rund um die Uhr Wetter- und Emissionsdaten. An die Stationen angeschlossen sind sogenannte künstliche neuronale Netze. Sie ermitteln den Grad der Luftverschmutzung und geben Prognosen ab. Mitentwickelt hat das System Ralph Grothmann von der zentralen Siemens-Forschung in München. „Unser System ist nicht nur in der Lage, die Luftverschmutzung an 150 Orten in London für jede Stunde der nächsten drei Tage und mit einer Fehlerquote von unter zehn Prozent vorauszusagen. Wir können aus den Daten auch schließen, was die Haupttreiber der Luftverschmutzung sind“, erklärt Grothmann.

Das Spezialgebiet des Wissenschaftlers ist künstliche Intelligenz. Was ein bisschen nach Science Fiction klingt, sieht Grothmann nüchtern. „In Wirklichkeit stecken dahinter mathematische, statistische Verfahren“, sagt er. Geforscht wird in diese Richtung bereits seit mehr als 25 Jahren. Den Prototyp für die Luftverschmutzungs-Software haben Grothmann und seine Kollegen innerhalb von drei Monaten entwickelt. Im Mittelpunkt steht dabei ein künstliches neuronales Netz. Es arbeitet ähnlich wie das menschliche Gehirn, erklärt Grothmann. „Am Anfang ist das System unerfahren. Aber es lernt im Laufe der Zeit durch Training, Zusammenhänge zu erkennen und so Vorhersagen zu treffen.“ Fünf Werte bestimmt die Software präzise: Stickstoffdioxid, Stickstoffmonoxid, Stickoxide, Ozon und Feinstaub (PM10). Zusammen genommen zeigen sie, wie stark die Luft verschmutzt ist.

Grundlage sind Wetterstationen. Sie speisen die neuronalen Netzwerke mit Daten – Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Sonneneinstrahlung und Nebel, Windstärke und -richtung. Das Wetter hat viel Einfluss auf die Luftverschmutzung. Ein Beispiel: Ist es heiß und trocken, sind mehr Partikel in der Luft, als wenn es geregnet hat. Zum Wetter kommen kalendarische Einflussfaktoren, die zusätzlich ins System eingespeist werden. Sonn- und Feiertage sowie Schulferien werden berücksichtigt – aber auch Großveranstaltungen wie Konzerte, Messen oder Fußballspiele, die den Verkehr in einer Region beeinflussen.

Eine Menge Daten, mit denen das neuronale System Vorhersagen trifft, die immer genauer werden, je länger die Software in Betrieb ist. „Wetterprognosen sind auf die nächsten 72 Stunden ausgelegt. Für diesen Zeitraum können wir auch den Grad der Luftverschmutzung prognostizieren“, erklärt Grothmann. In Großstädten arbeiten bereits jetzt dutzende Messstationen. Dadurch ist eine Prognose für Stadtteile, manchmal sogar für einzelne Straßenzüge möglich. „Je dichter das Netz der Messstationen, umso genauer lokalisiert das System die Luftverschmutzung“, so Grothmann.

Wenig Luftverschmutzung könnte so zum Wettbewerbsvorteil im Vergleich zu Städten mit hoher Schadstoffbelastung werden. Laut der Weltgesundheitsorganisation WHO sterben jedes Jahr weltweit sieben Millionen Menschen an den Folgen von Luftverschmutzung. Die meisten Todesfälle gibt es in Großstädten. Dort ist die Belastung besonders hoch.

Noch ist das System in der Pilotphase. Seit gut einem Jahr arbeitet es mit Daten von London. Doch man sei bereits mit anderen Städten im Gespräch, die Interesse an der Technologie hätten, heißt es bei Siemens. Grothmann hat viele Beispiel im Kopf, wie man das System künftig einsetzen könnte: „Stellt es eine negative Prognose, könnte zum Beispiel kurzzeitig ein Fahrverbot für die Innenstadt verhängt werden, um die Feinstaubbelastung zu senken. An einem heißen Tag könnte die Stadt dagegen morgens die Straßen befeuchten, um die Grenzwerte einzuhalten.“ Städte könnten künftig auch ihre Bürger im Internet über den Grad der Luftverschmutzung informieren – und zwar in Echtzeit.

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