Extreme Wetterereignisse besser vorhersagen

Das noch sehr junge Projekt LINK, welches seit Anfang Dezember 2020 am Institut für IT Sicherheitsforschung läuft darf einen ersten Teilerfolg verzeichnen!

Zielsetzung des Projekts

Wenn Daten, Telefonate oder andere Funksignale über eine Richtfunkstrecke übertragen werden, wird das Signal durch Regen und Schneefall gedämpft. Mobilfunkbetreiber messen bereits jetzt diese Dämpfungen mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung. (Viele Funkstrecken sind kürzer als 5 km, und die physikalischen Signalstärken werden alle 3 Minuten gemessen und gespeichert.)

Die ZAMG möchte solche Daten verwenden, um kurzfristig und kleinräumig Stürme, Starkregen und ähnliche extremen Wetterereignisse vorhersagen zu können. Einsatzkräfte könnten dann genauer und somit effizienter als bisher vorgewarnt werden. Dem Entstehen von Schäden, die durch Muren und Hochwasser angerichtet werden, kann dadurch im richtigen Augenblick entgegengewirkt werden.

Die Rolle der FH St. Pölten

Das Institut für IT Sicherheitsforschung hat in diesem Projekt die Aufgabe, mit Methoden der künstlichen Intelligenz einen möglichst genauen Formalismus zu finden, mit dem aus den Messdaten der Mobilfunkbetreiber auf die tatsächlichen Niederschlagsmengen geschlossen werden kann.

Machbarkeit bewiesen

Das Projekt steht erst ganz am Beginn, und in der aktuellen Phase geht es noch darum, herauszufinden, welche Daten überhaupt verfügbar sind, und wie es um die Qualität dieser Daten bestellt ist. Der Projekt-Mitarbeiter des Instituts für IT Sicherheitsforschung Hubert Schölnast hat nun anhand der Daten, die der FH St. Pölten von H3A von einen Tag im Sommer 2020 zur Verfügung gestellt wurden, bewiesen, dass das Projekt prinzipiell durchführbar ist. Dazu hat er aus den Daten, die von H3A zur Verfügung gestellt wurden, ein Video berechnet.

Das Video

In diesem Video ist eine Landkarte von Österreich zu sehen, in der alle Richtfunkstrecken von H3A eingezeichnet sind. Wenn eine Strecke in hellgrüner Farbe dargestellt wird, bedeutet das, dass die Signaldämpfung zum jeweiligen Zeitpunkt ungefähr dem Durchschnittswert dieses Tages entspricht, oder sogar besser als sonst ist. Dunkelrote Striche bedeuten hingegen, dass das Signal auf der jeweiligen Strecke gerade stark gedämpft wird.

Nachdem wir das ursprüngliche Video (noch ohne Bild im Bild) den Projektpartnern präsentiert hatten, stellte uns die ZAMG einen Tag später ein kurzes Video zur Verfügung, dass eine Aufzeichnung der Niederschlagsmengen vom selben Zeitraum wiedergibt. Dieses Video wurde anschließend als Bild-im-Bild in das Video der FH St. Pölten montiert, so dass nun ein direkter Vergleich der beiden Videos möglich wird. Das hier gezeigte Video gibt den Zeitraum von 16:00 bis 23:57 Uhr vom 1. August 2020 wieder.

Ausblick

Beim aufmerksamen Betrachten wird man feststellen, dass bereits eine recht gute Übereinstimmung zwischen den Signaldämpfungen (große Österreichkarte mit grünen und roten Strichen) und den Gewitterwolken (kleines eingefügtes Bild mit blauen Wolken) besteht. Man erkennt aber auch, dass diese Übereinstimmung noch längst nicht perfekt ist. Das ist in dieser frühen Projektphase aber auch noch nicht zu erwarten.

In den nun folgenden Monaten wird das Projektteam des Instituts für IT Sicherheitsforschung an der FH St. Pölten, welches von Oliver Eigner geleitet wird, und dem Alexander Adrowitzer und Hubert Schölnast angehören, versuchen mit Hilfe von künstlicher Intelligenz eine deutlich bessere Übereinstimmung zu erreichen, damit anhand der Richtfunkdaten tatsächlich genau und verlässlich auf das Wetter geschlossen werden kann.

Projektpartner

• Hutchison Drei Austria GmbH (H3A)
  Mobilfunkanbieter und Betreiber tausender Richtfunkstrecken in Österreich
• Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik (ZAMG)
  Der staatliche meteorologische und geophysikalische Dienst Österreichs.

Wir gratulieren zu diesem ersten Erfolg!