FHDW baut Hochwasserschutz-System für die Strunde aus

Vor fünf Jahren wurde vor allem das Ahrtal, aber auch Bergisch Gladbach von einem der größten Unwetter Deutschlands getroffen. Studierende der Wirtschaftsinformatik an der FHDW entwickelten ein Frühwarnsystem für gefährliche Pegelstände an der Strunde. Jetzt hat eine neue Gruppe der FHDW das System mit verschiedenen KI-Modellen weiterentwickelt.

Wir veröffentlichen einen Beitrag der Fachhochschule der Deutschen Wirtschaft

Betroffenen und Angehörigen von Opfern der Flutkatastrophe, aber auch damals beteiligten Einsatzkräften hat sich der 14. Juli 2021 und die anschließende Nacht ins Gedächtnis gebrannt.

Brandrat Benjamin Severin von Polheim, stellvertretender Leiter der städtischen Feuerwehr in Bergisch Gladbach, erinnert sich: „Wir waren mit allem im Einsatz, was wir irgendwie auf die Straße bringen konnten. Gegen Mittag haben wir den Stab für Außergewöhnliche Ereignisse der Stadtverwaltung zusammengerufen und am Abend die Entscheidung getroffen, dass wir uns nur noch auf die Dinge konzentrieren, bei denen Leib und Leben konkret in Gefahr sind.“

In Bergisch Gladbach traf es unzählige Häuser, die Bäche traten reihenweise über die Ufer und auch die Strunde verursachte massive Schäden an Gebäuden.

Kurz nach der verheerenden durch permanenten Starkregen ausgelösten Katastrophe gab Peter Tutt (Master of Engineering), Dozent und Leiter der Fachhochschule der Wirtschaft in Bergisch Gladbach (FHDW) seinen Studierenden die Aufgabe, ein Hochwasserfrühwarnsystem für die Strunde zu entwickeln.

Die damals aufgebaute und anschließend weiterentwickelte IT-Infrastruktur nutzte jetzt eine neue Gruppe von Studierenden der Wirtschaftsinformatik, um das System durch verschiedene KI-Modelle, die Nutzung von Wetterstationen in Bergisch Gladbach und Daten des Deutschen Wetterdienstes (DWD) zu erweitern.

„Unsere Aufgabe war es, das bestehende System mit KI-Modellen zu kombinieren“, sagt der Studierende Christian Boll (21). „So hat sich unsere Gruppe entschieden, ein System zu entwickeln, um eine aussagekräftige Pegelprognose für die Strunde treffen zu können.“ Korrelierende Daten wie Bodenfeuchtigkeitswerte, regionale Regenvorhersagen und natürlich der aktuelle Strundepegel fließen so zusammen.

Die Studierenden entwickelten dann verschiedene Ansätze, um unterschiedliche KI-Modelle für die Pegelprognose zu trainieren. Die ersten Ergebnisse zeigten bereits Fortschritte: „Mit jeder neuen Trainingsrunde wird die Prognose des Modells deutlich genauer“, so Marcel Ullrich (20).

„Mit Deep Learning könnte es noch interessanter werden.“ Deep Learning bezeichnet den Teil der KI, bei der KI-Modelle durch neuronale Netzwerke und die Nutzung sehr großer Datenmengen selbst lernen. Ullrich: „Das Modell soll sich möglichst selbst trainieren – dafür braucht es allerdings eine sehr große Datenbasis.“

„Ein unheimlich spannendes Forschungsprojekt“, kommentierte von Polheim die Präsentationen der Studierenden. „Wenn wir uns angucken, wie gut können wir

zukünftig solche Ereignisse vorhersagen, dann sind das natürlich die ersten Schritte, die es braucht. Wie kann man KI füttern? Welche KI-Systeme sind dafür geeignet? Um im Idealfall dann vielleicht mit einer Stunde Vorlaufzeit sagen zu können, hier in dem Bereich in Bergisch Gladbach müssen wir uns auf größere Schadensereignisse vorbereiten. Das wäre für uns als Feuerwehr unheimlich hilfreich.“

Zur Präsentation war auch Stefan Dekker gekommen. Er ist Beigeordneter der Stadt Bergisch Gladbach und gleichzeitig Verbandsvorsteher des Strundeverbandes. „Wirklich total spannend“, sagt er. „Man kann sich gut vorstellen, dass wir mit solchen Modellen und mit solchen Berechnungen tatsächlich für die Zukunft etwas entwickeln können im Hinblick auf die Vorwarnung der Bürgerinnen und Bürger in unserer Stadt.“

Mit der von Marcel Böttcher geleiteten städtischen Stabsstelle Digitalisierung arbeitet die FHDW seit Längerem bei der Entwicklung smarter Technologien zusammen. Projektleiter der Stabsstelle ist Sven Hepting: „Solche Anwendungsfälle sind für uns als Stadt sehr interessant. Man muss sich jetzt anschauen, ob man das vielleicht in einer weiteren Kooperation mit der Hochschule angehen möchte.“

Auch Jens Hämmerling, der Geschäftsführer des Strundeverbands, war begeistert von der Arbeit der Studierenden: „Ich sehe die Studenten da auf dem richtigen Weg“, sagt er, weist aber auch auf die besonderen topografischen Verhältnisse im engen Strundetal hin: „Wenn es hier regnet, ist in zehn Minuten das Wasser in der Innenstadt. Es bleibt kaum Zeit für solche Berechnungen. Wenn der Rheinpegel in Köln steigt, dann wird das ausgelöst durch die Schneeschmelze in den Alpen, so hat man in Köln eine oder zwei Wochen Zeit, sich darauf einzustellen. Hier muss man sehr schnell reagieren.“

Für die Studierenden war der Besuch der hochrangigen Vertreter von Stadt, Strundeverband und Feuerwehr und die Aussagen zu ihrer Arbeit eine große Wertschätzung.

Um die Modelle zu optimieren, hatten die Studierenden teilweise auch Dutzende Stunden ihrer Freizeit geopfert, so Christian Boll. „Wir haben einfach gemerkt, dass die Prognosen immer besser werden. Und wir hatten dann auch den Gedanken, wenn es jetzt noch weiterläuft, dann wird es deutlich besser und dann kommt man vielleicht auch langsam in den Bereich, wo es einsetzbar wäre.“