Nitrat-Monitoring 4.0

Nitrat-Monitoring 4.0

© M. Wingering, LUBW

Die Ausgangssituation: Was ist die ökologische Herausforderung?

In Deutschland werden rund 70 Prozent des Trinkwasserbedarfs über das Grundwasser gedeckt. Allerdings ist der Zustand des Grundwassers gefährdet: So zeigt sich vielerorts eine besonders hohe Belastung durch Nitrat. Grund hierfür ist unter anderem die Düngung umliegender Felder mit Gülle oder Mineraldüngern. Programme zum Grundwasserschutz sollen zielgerichtet und lokal wirken. Hierfür sind detaillierte Informationen und Vorhersagen zu Nitratwerten essentiell. Da Nitrat gut wasserlöslich ist, ist sein Anteil am Grundwasser räumlich und zeitlich allerdings stark variabel und nur schwer messbar.
 

Die Idee: Welchen Beitrag kann Künstliche Intelligenz konkret leisten?

Ziel des Projekts ist die verbesserte Vorhersage von Nitrat im Grundwasser. Diese erfolgt mittels Künstlicher Intelligenz (KI) und darauf aufbauenden intelligenten Unterstützungssystemen, die zum Schutz des Grundwassers und damit zur Reduzierung von Nitrat beitragen. Dies passiert, indem maschinelle Lernverfahren die Wasserqualitätswerte auf Basis grobmaschiger Messnetze räumlich präziser vorhersagen, als es aktuell mit konventionellen Methoden möglich ist. Ferner werden Empfehlungen zur Optimierung des Messnetzes gewonnen, z.B. zu noch unterbesetzten Standorten. Zudem sollen offene Datenstandards weiterentwickelt werden, um die Datenerhebung und -auswertung auch bei verschiedenen Akteuren und Systemen zu verbessern.
 

Ausblick

Die entwickelten Lösungsansätze werden in zwei wasserwirtschaftlich bedeutenden Pilotregionen, dem Einzugsgebiet des Zweckverbands Landeswasserversorgung in Baden-Württemberg und des Wasser- und Abwasser-Zweckverbands Niedergrafschaft in Niedersachsen, prototypisch implementiert und demonstriert.

Bei den beteiligten Projektpartner bestehen langjährige Kontakte zu Umweltämtern auf Landesebene und zu Wasserversorgern, die Ihre Unterstützung des Projekts zugesagt haben. Die Demonstratoren in den beiden Pilotregionen und die Kontakte zu Akteuren in ganz Deutschland sollen sicherstellen, dass praxistaugliche Projektergebnisse nach Projektende zeitnah und bundesweit zum Einsatz kommen können. .

Projektpartner

  • Disy Informationssysteme GmbH

    Die Disy Informationssysteme GmbH verbindet Datenanalytik und Geoinformation auf innovative Weise, um ein tief gehendes Verständnis der komplexen Zusammenhänge unserer Lebensräume zu ermöglichen. Die Lösungen von Disy basieren auf der eigens entwickelten Softwareplattform Cadenza für Data Analytics, Reporting und GIS. Durch die einmalige Verbindung von leistungsstarker Software und der Leidenschaft für fachliche Fragestellungen schafft das Unternehmen die Grundlage für ein nachhaltiges und effizienteres Handeln von Behörden, Institutionen und Unternehmen. Eine vielfach bewiesene Expertise von Disy liegt dabei in der nahtlosen Einbindung von Geodaten in alle datengestützten Prozesse. Zu den zahlreichen Kunden zählen namhafte Bundes- und Landesbehörden im deutschsprachigen Raum in unterschiedlichen Fachbereichen wie Sicherheit, Umwelt, Wasser, Verbraucherschutz, Landwirtschaft, Forstwirtschaft, Jagd, Infrastruktur oder Verkehr. Das Unternehmen mit Sitz in Karlsruhe entwickelt seine Software in Deutschland. Die Geo-Analytics-Plattform Cadenza ist mit dem Qualitätssiegel „Software Made in Germany“ des Bundesverbands IT-Mittelstand ausgezeichnet. Disy ist Talend Gold Partner und Value Added Reseller und Entwickler des Spatial-ETL-Plug-ins „GeoSpatial Integration für Talend“. Disy beschäftigt aktuell mehr als 120 Mitarbeiter.

  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

    Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 9 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 24 400 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist eine der deutschen Exzellenzuniversitäten

  • Fraunhofer Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

    Die Fraunhofer‐Gesellschaft ist die führende Organisation für angewandte Forschung in Europa. Unter ihrem Dach arbeiten 74 Institute und Forschungseinrichtungen an Standorten in ganz Deutschland. Eines davon ist das Fraunhofer‐Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB mit insgesamt rund 700 Mitarbeitern in Karlsruhe, Ettlingen, Ilmenau, Lemgo, Görlitz, Rostock und Peking (www.iosb.fraunhofer.de). Zu seinen Forschungsschwerpunkten zählen digitale Zwillinge, Industrie 4.0, Informationsmanagement sowie multisensorielle Systeme, die den Menschen bei der Wahrnehmung seiner Umwelt und der Interaktion unterstützen.

  • TZW: DVGW Technologiezentrum Wasser

    Das TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser entwickelt auf der Basis seiner umfangreichen Forschungsaktivitäten und Praxiserfahrungen Lösungen und Konzepte für alle Bereiche der nationalen und internationalen Wasserbranche vom Ressourcenschutz über die Gewinnung und Aufbereitung bis hin zur Entnahmearmatur. Unsere rund 200 hochqualifizierten Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter stehen Wasserversorgern, Unternehmen, Fachbehörden und Hochschulen partnerschaftlich zur Seite. Das TZW liefert zuverlässige Zahlen, Daten und Fakten und entwickelt daraus Lösungen für eine zukunftsfähige Wasserversorgung. Als Teil des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches e. V. (DVGW) ist das TZW gemeinnützig und unabhängig.

 

Abteilung ILT des Fraunhofer IOSB

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Umweltinformationssysteme

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Leistungen ILT

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