Mit der technischen Modernisierung des hydrometeorologischen Messnetzes im Projekt DMeStHyA wurde eine flächendeckend standardisierte und hochaufgelöste Datenbasis für verschiedene Anwendungen z. B. in der Umwelt- und Klimabranche geschaffen. Im Projekt DMeStHyA wurde jedoch festgestellt: Mehr Messwerte sind nur dann ein Gewinn, wenn ihre Qualität zuverlässig und nachvollziehbar abgesichert ist. Insbesondere für Starkregenwarnung, Kanalnetz- und Regenbeckenbetrieb sind belastbare Niederschlagsdaten eine zentrale Voraussetzung für zielgerichtete Entscheidungen im Betrieb oder als Basis verlässlicher Planungen. Vor diesem Hintergrund knüpft das Projekt NIQKI (Niederschlagsdaten-Qualitätskontrolle mit Künstlicher Intelligenz) an die Erkenntnisse des Projektes DMeStHyA an und entwickelt ein neuartiges Verfahren zur automatisierten Qualitätsprüfung von Daten mithilfe Künstlicher Intelligenz am Beispiel von Niederschlagsdaten.
Durch die im Projekt DMeStHyA umgesetzte Standardisierung der Messtechnik (siehe Artikel zum Projekt) im Feld stehen dem Landesamt für Natur, Umwelt und Klima Nordrhein-Westfalen (LANUK NRW) heute kontinuierlich und flächendeckend Messdaten aus dem landesweiten hydrometeorologischen Messnetz zur Verfügung. Einheitliche Sensorik, standardisierte Energieversorgung und konsistente Kommunikationswege bilden die Grundlage für einen stabilen Messnetzbetrieb. Gleichzeitig wurde deutlich, dass die wachsende Datenmenge und hohe zeitliche Auflösung eine manuelle Qualitätsprüfung im Tagesgeschäft zunehmend erschweren. Vor diesem Hintergrund wurde das vom Bundesministerium für Verkehr im Rahmen des Programms mFund geförderte Projekt NIQKI initiiert. Ziel ist es, Niederschlagsdaten automatisiert und möglichst in Echtzeit auf Plausibilität zu prüfen, Auffälligkeiten frühzeitig zu erkennen und die Prüfergebnisse dauerhaft in den operativen Betrieb zu integrieren. HST entwickelt hierfür die technische Basis und übernimmt den Aufgabenbereich Datenintegration, Systemarchitektur und Betrieb.
Standardisierte Daten als Grundlage automatisierter Prüfverfahren
Eine wesentliche Voraussetzung für die Umsetzung des Projekts NIQKI ist die im Projekt DMeStHyA erreichte Standardisierung von Messtechnik und Datenhaltung. Einheitliche Zeitstempel, standardisierte Schnittstellen und konsistente Datenstrukturen ermöglichen es, große Mengen an Zeitreihendaten automatisiert zu verarbeiten und vergleichbar auszuwerten. HST übernimmt die strukturierte Übernahme der Messdaten aus dem bestehenden LANUK-Messnetz über standardisierte OPC-UA-Schnittstellen und führt diese in einer eigens aufgebauten IT- und Cloudinfrastruktur zusammen.
Innerhalb dieser Plattform werden die eingehenden Messdaten technisch aufbereitet, gespeichert und in einer offenen, skalierbaren Datenbankumgebung bereitgestellt. Die Aufbereitung umfasst unter anderem die Vereinheitlichung von Zeitbezügen, die Prüfung auf Vollständigkeit sowie die eindeutige Zuordnung der Daten zu Messstellen und Sensoren. Dadurch stehen sowohl Rohdaten als auch weiterverarbeitete Zeitreihen in konsistenter Form für nachgelagerte Prüfprozesse zur Verfügung.
Ergänzend zu den Messwerten verarbeitet die Plattform Statusdaten und weitere Betriebsinformationen im Kontext der Bewertung. Dazu zählen beispielsweise Angaben zum aktuellen Betriebszustand der Messstellen, zur Energieversorgung, zu Kommunikationsausfällen sowie zu Wartungs- und Kalibrierungsarbeiten oder bekannten technischen Störungen. Auf dieser Basis werden Qualitätskennzeichen vergeben, die eine fachlich belastbare Einordnung der Messwerte ermöglichen. HST schafft damit die technische Grundlage für den Einsatz KI-gestützter Prüfverfahren, die nicht isoliert auf Einzelwerte reagieren, sondern Messdaten im betrieblichen Kontext bewerten und im laufenden Betrieb nutzbar machen.
Zentrale Systemintegration und Betrieb durch HST
Im Projekt NIQKI fungiert HST als technischer Integrator zwischen Messnetz, Datenplattform und KI-gestützter Qualitätsprüfung. Die zu entwickelnden KI-Modelle werden nicht als isolierte Insellösungen betrieben, sondern werden zukünftig gezielt als Module in die von HST bereitgestellte Systemarchitektur eingebunden. HST wird dabei die Integration der Ein- und Ausgangsschnittstellen verantworten sowie den stabilen Betrieb der Plattform und die kontrollierte Bereitstellung geprüfter und ungeprüfter Daten über definierte Exportschnittstellen sicherstellen.
Ergänzend entwickelt HST passende Funktionen für Monitoring, Visualisierung und Systemüberwachung. Dadurch bleiben Datenflüsse, Prüfergebnisse und Systemzustände transparent und nachvollziehbar. Die klare Trennung zwischen technischer Plattform und fachlicher Modellierung stellt sicher, dass die Lösung wartbar, erweiterbar und auf andere Messnetze übertragbar bleibt.
Die Ergebnisse der automatisierten Datenprüfung werden mit eindeutig definierten Qualitätskennzeichen versehen. Diese kennzeichnen beispielsweise Messwerte als plausibel, auffällig oder technisch beeinträchtigt, etwa infolge von Kommunikationsausfällen, Wartungsarbeiten oder bekannten Störungen. Die Qualitätskennzeichen werden derzeit projektspezifisch entwickelt und sukzessive in den operativen Betrieb überführt. Für operative Anwendungen stehen die gekennzeichneten Daten unter anderem für die tägliche Überwachung des Messnetzes, die fachliche Bewertung von Zeitreihen, die gezielte Nachbearbeitung auffälliger Messwerte sowie für weiterführende Auswertungen und Modellierungen zur Verfügung. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die automatisierte Datenprüfung nicht isoliert erfolgt, sondern die betrieblichen Abläufe des Messnetzes unmittelbar unterstützt.
| Projektpartner | |
| Autoren |
Prof. Günter Müller-Czygan, Institutsleiter, Forschungsgruppenleitung Wasserinfrastruktur und Digitalisierung am Institut für nachhaltige Wassersysteme der Hochschule Hof Dr. Viktoriya Tarasyuk, Wissenschaftliche Mitarbeiterin der Hochschule Hof |
