Kurz und Knapp

  • Mehr als die Hälfte aller aktiven Vulkane weltweit wird nicht überwacht. Das könnte aber in Zukunft durch die Auswertung von Satellitendaten möglich werden.
  • Ein Forschungsprojekt für ein Vulkanwarnungssystem der TU Berlin hat mittels Künstlicher Intelligenz erfolgreich erste Daten ausgewertet.
  • 17 Vulkane werden derzeit durch das System überwacht. Die Software wird durch neue Datensätze kontinuierlich weiterentwickelt.

Forschungsprojekt ebnet den Weg zu einem Vulkanwarnsystem

Mehr als die Hälfte der aktiven Vulkane der Erde werden nicht überwacht. Von den 1500 aktiven Vulkanen weltweit brechen jedes Jahr bis zu 85 aus. Nicht immer werden die Menschen davor gewarnt. Durch die Unwägbarkeiten bei den Kosten und der Wartung von bodengestützten Messinstrumenten in vulkanischen Umgebungen gestaltet sich eine umfassende Überwachung schwierig. Daher setzt ein Forschungsprojekt der Technischen Universität (TU) Berlin und des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ in Potsdam nun auf Künstliche Intelligenz (KI). Die soll dabei helfen, Satellitendaten von Vulkanen auszuwerten, um so frühzeitig vor einem Ausbruch warnen zu können.
In einem ersten Schritt auf dem Weg zu einem Vulkanwarnsystem ist die Vulkanüberwachungsplattform MOUNTS (‚Monitoring Unrest from Space‘) entstanden. Diese führt verschiedene Messdaten zusammen und analysiert Satellitenbilder, unter anderem mithilfe des Maschinellen Lernens. Durch Tests mit Daten jüngerer Ereignisse, wie dem Ausbruch des Vulkans Krakatau in Indonesien 2018 oder Ausbrüchen auf Hawaii und in Guatemala, zeigten Projektleiter Sébastien Valade und sein Team, dass ihre Plattform mehrere Datensätze mit unterschiedlichen Arten von Daten für eine umfassende Überwachung von Vulkanen zusammenführen kann.

Satelliten können entscheidende Daten liefern, wenn die bodengebundene Überwachung eingeschränkt ist oder fehlt. Eruptionen werden oft – wenn auch nicht immer – von Vorläufersignalen begleitet, die einige Stunden bis zu einigen Jahren dauern können. Diese Signale können Änderungen des seismischen Verhaltens, Bodenverformungen, Gasemissionen, ansteigende Temperaturen oder eine Kombination daraus umfassen.

„Mit Ausnahme der Seismizität können all diese Phänomene vom Weltraum aus überwacht werden“, sagt Valade. MOUNTS nutze unterschiedliche Satellitensensoren, um Veränderungen bei Vulkanen zu erkennen und zu vermessen. Die Plattform beziehe aber auch seismische Daten aus dem weltweiten GEOFON-Netzwerk der GFZ und Daten des United States Geological Survey USGS mit ein.

Zur automatischen Erkennung großer Deformationsereignisse wurden künstliche neuronale Netze verwendet. Die KI-Algorithmen wurden mit computergenerierten Bildern trainiert, die echten Satellitenbildern nachempfunden waren. Aus der großen Anzahl synthetischer Beispiele lernte die Software, größere Deformationsereignisse in echten, ihr bisher nicht bekannten Satellitendaten, zu erkennen. „Im Moment löst unser Deformationsdetektor nur eine einzige Aufgabe. Unsere Vision ist es, mehrere KI-Tools für unterschiedliche Aufgaben zu integrieren und sie kontinuierlich aus sämtlichen Daten lernen lassen, die das System auf globaler Ebene sammelt“, sagt Andreas Ley von der TU Berlin.

Derzeit überwacht MOUNTS 17 Vulkane weltweit. Die Website der Plattform ist im Internet frei zugänglich und so gestaltet, dass neue Daten einfach integriert werden können. Das Projekt wird von GEO.X, einem 2010 gegründeten Forschungsnetzwerk für Geowissenschaften in Berlin und Potsdam finanziert.

 

18.07.2019

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