Hintergrund
In den letzten 10 Jahren entstanden in Norwegen durch Wetter- und Naturereignisse Schäden in Höhe von 27 Milliarden Kr. Einige dieser Schäden könnten durch ein Warnsystem und schnelles Handeln der Gemeinden verhindert werden. Die norwegische Direktion für Wasserressourcen und Energie (NVE) gibt zwar Hochwasserwarnungen heraus, aber nur für größere Flüsse.
Der Fall
Der Fluss Leira in Lillestrøm führt häufig Hochwasser und wird vom Frühwarnsystem der NVE nicht erfasst. Auf diese Überschwemmungen muss reagiert werden, um Schäden oder in einigen Fällen sogar den Verlust von Menschenleben zu vermeiden. Bei einer Vorwarnung könnte Lillestrøm die Zahl der Einsatzkräfte reduzieren und die Sperrung von Brücken zu Krankenhäusern und zwischen Wohngebieten planen.
Das Ziel
Durch die Vorhersage der Flusspegel bei Hochwasser könnten wir vorhersagen, wann eine Reaktion erforderlich ist. Dadurch kann Lillestrøm Geld sparen und Einwohnern und Krankenwagen helfen, gesperrte Brücken zu umfahren. Das Ziel ist eine genaue 12-Stunden-Vorhersage, damit die Einsatzkräfte sehen können, wie sich der Flusspegel entwickeln wird, und Zeit haben, eine optimale Reaktion zu planen.
Was InfoTiles unternimmt
Im letzten Jahr haben wir mit der Gemeinde Lillestrøm im Zusammenhang mit dem Fluss Leira zusammengearbeitet, die häufig mit Problemen im Zusammenhang mit hohen Wasserständen zu kämpfen hat und keine Benachrichtigung von NVE erhält. Bei Überschwemmungen müssen die Planer schnell und richtig reagieren, damit es nicht zu größeren Sachschäden und Menschenopfern kommt. Mit einer Frühwarnung kann Lillestrøm das Sicherheitspersonal reduzieren und Krankenhäuser und Anwohner vor möglicherweise gesperrten Brücken warnen.
Die Daten, die wir sammeln
Wir sammeln riesige Datenmengen von Sensoren, Betriebs- und Kontrollsystemen (SCADA), offene Daten von met.no und NVE und verbinden sie mit #Maschinenlernen. Die Hochwasserwarnlösung ist jetzt für Asgeir und das Team in Lillestrøm einsatzbereit. Ein gemeinsamer Dienst, den Städte und Gemeinden in Norwegen und darüber hinaus sofort nutzen können. Der Vorteil einer gemeinsamen Lösung ist, dass man nicht bei Null anfangen muss. Man kann anonymisierte Daten und Erfahrungen aus anderen Flüssen nutzen, in denen die Lösung bereits existiert. Es ist ein Gewinn für alle, spart Ressourcen und gibt den Ersthelfern wichtige Zeit zurück.
Methode und Analyse
Wir haben Modelle mit langem Kurzzeitgedächtnis (LSTM) evaluiert, fanden aber, dass sie für diese spezielle Anwendung nicht leistungsfähig genug waren. Wir entschieden uns für ein Faltungsneuronales Netz (CNN) in einer Resnet-Architektur zur Vorhersage der Flusspegel. Resnet bedeutet, dass das Modell nur die Veränderung schätzen muss. Zum Trainieren des CNN verwendeten wir Daten, die wir von November 2020 bis Juli 2021 gesammelt hatten. Wir haben die Daten aufgeteilt, um Training und Tests zu ermöglichen, und Maßnahmen ergriffen, um eine Überanpassung zu verhindern, die ein anfängliches Problem darstellte.
Wie genau ist unser maschinelles Lernen?
Die Ergebnisse sind gut und haben einen mittleren absoluten Fehler von 5 cm. Derzeit ist das Modell weniger zuverlässig, wenn der Fluss einen konstanten niedrigen Wasserstand hat, aber das ist nicht von direktem Interesse, da bei niedrigen Wasserständen keine Überschwemmungen auftreten. Auch wenn dies nicht entscheidend ist, verbessern wir das Modell, damit es bei allen Pegelständen genau ist.
Was unsere Kunden sagen
"[Wir] haben die Lösung während der Krise aktiv genutzt. Es war wertvoll, die Entwicklung der Situation in Leirsund und an mehreren Stellen flussaufwärts in Echtzeit verfolgen zu können.
- Asgeir Hagen, Abteilungsleiter, Datenbanken und Prozessmanagement, Wasser und aquatische Umwelt, Lillestrøm Kommune
Fakten über Überschwemmungen in der Welt
- Keine andere Art von Naturkatastrophe hat in Amerika mehr Tod und Zerstörung verursacht als Überschwemmungen.
- Überschwemmungen verursachen weltweit jährlich Schäden in Höhe von über 40 Milliarden Dollar
- Es gibt nur wenige Orte auf der Erde, an denen Überschwemmungen kein Problem darstellen.
Fakten über Überschwemmungen in Norwegen
- Die Sicherung von Gebäuden gegen Überschwemmungen und Erdrutsche wird 85 Milliarden norwegische Kronen kosten
- 210.000 Gebäude in Norwegen benötigen laut NVE Schutz vor Überschwemmungen und Erdrutschen.
- Das Frühjahr ist die Hochsaison für Überschwemmungen in Ostnorwegen
- Überschwemmungen sind hauptsächlich auf Schneeschmelze und extreme Regenfälle zurückzuführen
Ressourcen