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TU Berlin

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Forschung

Künstliche Intelligenz überwacht Vulkane

Freitag, 25. Oktober 2019

Satelliten erfassen Verformung der Erdoberfläche – Zusammenarbeit mit der ESA

Satellitenfoto: Einlagerung des Lavastroms auf dem Ätna (Italien)
Lupe

Um den Überblick über den Aktivitätszustand von rund 18 aktiven Vulkanen auf der Erde – darunter auch der Ätna in Italien oder der Popocatépetl in Mexiko – zu haben, braucht Dr. Sébastien Valade seinen Schreibtisch an der TU Berlin nicht zu verlassen: Er lässt sozusagen überwachen. In einem gemeinsamen Projekt haben Wissenschaftler*innen der TU Berlin aus dem Fachgebiet Computer Vision and Remote Sensing von Prof. Dr. Olaf Hellwich und vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam eine neue Vulkanüberwachungsplattform (MOUNTS: Monitoring Unrest from Space) entwickelt. MOUNTS integriert die Daten von drei verschiedenen Satelliten und stützt sich bei der Auswertung auf Künstliche Intelligenz.  Das Projekt entstand im Rahmen von GEO.X, einem 2010 gegründeten Forschungsnetzwerk für Geowissenschaften in Berlin und Potsdam. Die Ergebnisse des Teams wurden im Fachjournal „Remote Sensing“ veröffentlicht.
Von den 1500 aktiven Vulkanen auf der Welt brechen jährlich rund 85 aus. Nur welche das sind, kann die Wissenschaft in den meisten Fällen nicht exakt vorhersagen. Das Unangenehme an Vulkanausbrüchen ist nicht zuletzt, dass sie alle unterschiedlich sind und demnach auch alle mehr oder weniger unterschiedliche Vorzeichen in Form von Wärme, Gasemissionen, Bodenverformung oder Ähnlichem haben. Ziel dieser Forschung ist es, langfristig mehr Verfahren der Künstlichen Intelligenz bei den erhobenen Daten einzusetzen, die aktuelle Daten mit langfristig gesammelten Daten vergleichen, um in Zukunft eventuell ein Warnsystem darauf aufbauen zu können.
In dem Projekt kombinieren die Wissenschaftler die Daten von drei verschiedenen Satelliten der European Space Agency (ESA). Einer der Satelliten arbeitet mit Radarstrahlung, die die Verformung der Erdoberfläche erfasst. „Wenn Magma aufsteigt, kommt es zu einer Verformung der Erdoberfläche, lange bevor es zu einem Ausbruch kommt. Um diese Daten zu analysieren, haben wir Verfahren der Künstlichen Intelligenz in die Plattform eingearbeitet“, so Sébastien Valade. Der zweite Satellit erfasst Daten von Infrarotsensoren, die auf Hitze reagieren, und der dritte Satellit misst die UV-Strahlung und leitet daraus Informationen über Gase wie Schwefeldioxid ab, die aus einem Vulkan ausströmen.
„Die Kombination dieser drei Messgrößen liefert uns wertvolle Informationen in Bezug auf potenzielle Vulkanausbrüche, aber bei Weitem noch keine vollständigen Informationen“, so der Forscher. So konnte das System – retrospektiv – eine ungewöhnlich hohe Vulkanaktivität erkennen, die 2018 zum Ausbruch des indonesischen Vulkans Krakatau führte. Aber: „Der Ausbruch des Vulkans Stromboli in Italien in diesem Sommer kam auch für uns unerwartet, was die Grenzen eines satellitengestützten Systems zeigt“, so Co-Autor Andreas Ley von der TU Berlin.
Im Laufe des Projektes wollen die Wissenschaftler den KI-Einsatz, der es ermöglicht, Satellitendaten erfolgreich auszuwerten, die man händisch nicht oder nur sehr langsam auswerten könnte, weiter ausbauen.
Die auf der Plattform verwendeten Daten sind öffentlich und können von jedem Interessierten eingesehen werden. „Für die Zukunft wünschen wir uns, dass die Plattform so aufgebaut wird, dass andere Forschungsinstitutionen diese Daten nicht nur nutzen, sondern auch ihre eigenen Daten einbringen können.“  „Ein Frühwarnsystem aufgrund von Satellitendaten ist im Moment noch Zukunftsmusik“, so Andreas Ley. „Aber auch die nachträgliche Detektion von Vulkanausbrüchen und die Kombinierung dieser Daten sind sinnvoll. Denn je mehr Vulkane wir in die Überwachung aufnehmen, je mehr Daten wir über Eruptionen sammeln, desto mehr können wir, aber vor allem auch die datenhungrigen Verfahren der KI, daraus lernen.“

Katharina Jung

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