Technische Universität Braunschweig

Neben der Konsortialführung wird die Technische Universität Braunschweig (TUBS) im Projekt zwei essentielle wissenschaftliche Beiträge leisten. Die wissenschaftliche Teilziele der Fernerkundung an der TU Braunschweig (TUBS-FE) umfassen die Entwicklung und Bereitstellung von Methoden der Fernerkundung und des maschinellen Lernens zur Ableitung topografischer Information, sowie von Bodenfeuchteparametern aus passiven und aktiven satellitenbasierten Sensordaten. Weiterhin ist es ein wichtiges Ziel, diese Methoden mit spezifischem Wissen der Anwendungspartner der Wasserwirtschaft und Einzelmessungen durch terrestrische Sensorik zu verknüpfen. Damit ist das weitere Ziel verbunden, einen wichtigen Integrationsbeitrag bzgl. der Datenaufbereitung und Modellierung für das zu entwickelnde Multiskalenmodell zu leisten und dann durch Vorhersagemodelle bei der Ableitung von Handlungsmöglichkeiten mitzuwirken. Das Schwergewicht der wissenschaftlich-technischen Teilziele der Algorithmik an der TU Braunschweig (TUBS-ALG) liegtin der Entwicklung algorithmischer Verfahren für die auftretende Wasserausbreitung und -ansammlung aufgrund von hochaufgelösten Geländedaten. Dabei sollen zu den (auf statischer Gleichgewichtsanalyse eines Unterauftragnehmers beruhenden) großräumigen und hochaufgelösten Zielkonfigurationen auch geometrische Methoden zur Analyse der auftretenden Flussintensitäten und damit sowohl Verlaufsgeschwindigkeiten als auch Geländebelastung untersucht werden. Diese zielen (im Zusammenspiel mit der hydrologischen Expertise der UKI) auf eine genauere Modellierung und damit auch Analyse und Prognose der Wechselwirkung zwischen Wasser und Gelände, was genauere Aussagen über Zeitverlauf und auch Erosionsrisiken zulässt. Hieraus ergeben sich zum einen Wechselwirkungen mit dem Einsatz von bodenbasierten Sensordaten (mit denen sich Ist-Zustand und Verlauf besser erfassen lassen), zum anderen aber auch Aussagen für das (nachfolgend imZusammenspiel beschriebene) Gesamtmodell und die folgenden Handlungsempfehlungen.

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Die Rolle der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (UKI) im Gesamtprojekt zielt auf eine verbesserte räumlich verteilte Modellierung von Wasser- und Sedimenthaushalt bei Extremereignissen. Hierzu zählt eine verbesserte Berücksichtigung von Extremereignissen bei der Modellkalibrierung, die modellbasierte räumlich verteilte Analyse von Auswirkungen hydrologischer Extremsituationen, die modellbasierte Ableitung und Evaluierung von Landnutzungsmanagement-Strategien und die modellbasierte Untersuchung von Auswirkungen hydrologischer Extreme auf den Sedimentaustrag.

Technische Universität Clausthal

Im Teilprojekt der TU Clausthal (TUC) wird das Ziel verfolgt, in einem Untersuchungsgebiet erhobene terrestrische Daten zuverlässig, witterungsunabhängig und zeitnah nach Erhebung bereitzustellen. Somit wird eine Grundlage für die initiale Kalibrierung, die kontinuierliche Verbesserung und die jederzeitige Aktualisierung der multiskaligen Modelle geschaffen, die mit dem gegenwärtigen Stand der Technik nicht erreicht werden kann. Ursächlich hierfür ist, dass aktuell eingesetzte drahtlose Technologien entweder keine hinreichende Netzabdeckung außerhalb dicht besiedelter Gebiete haben (bspw. 5G/UMTS/LTE) und/oder keine Mechanismen zur verlässlichen Einhaltung von Latenzschranken definieren (u.a. LoRaWAN, SigFox). Wesentliches Ziel ist es daher, die für Telemetrieanwendungen häufig eingesetzte LoRaWAN-Funktechnologie dahingehend zu adaptieren, dass sie den Anforderungen aus der Projektpraxis gerecht wird. Hierfür soll das Kommunikationsverfahren dahingehend modifiziert, erweitert und/oder (re-)kombiniert werden, dass eine zuverlässige Verbindung auch in Extremwettersituationen aufrecht erhalten werden kann und terrestrisch erhobene Daten in hoher Auflösung innerhalb der zulässigen Fristen übermittelt werden können.

DSI Aerospace Technologie GmbH

Diese Ziele ergänzen sich mit denen des Teilvorhabens der DSI Aerospace Technologie GmbH (DSI-AS), das auf die prototypische Entwicklung innovativer Sensorsysteme zur Erfassung terrestrischer Boden- und Vegetationsdaten zielt. Aufgrund der geplanten, vergleichsweise niederratigen Anbindung einzelner Sensorknoten ̈uber LoRaWAN-Transceivermodule wird neben dem Systementwurf auch eine effiziente Vorverarbeitung der Rohdaten implementiert, die eine hochpräzise Extraktionaller notwendigen Parameter ermöglicht. Die dafür vorgesehenen KI-Methoden umfassen dabei insbesondere die Erkennung und Klassifikation bestimmter Zuständen oder Objekte, die auf dem Sensorsystem selbst durchgeführt werden, wodurch z.B. der Kommunikations-Overhead drastisch sinkt. Für die Realisierung des Sensorsystems wird auf Ultra-Low-Power (ULP) ICs, zurückgegriffen, welche die Eigenschaften einer hochintegrierten, leistungsfähigen, flexiblen, aber auch kostengünstigen Processing-Plattform in sich vereinen. Um eine möglichst hohe Langlebigkeit des Sensorsystems zu erreichen werden sämtliche Komponenten bezüglich ihres Energieverbrauchs, Robustheit, aber auch hinsichtlich der zu erwartenden Kosten untersucht. Die so entstehende, zugrunde liegende Hardwareplattform ermöglicht somit die Umsetzung leistungsstarker Sensorsysteme, die den besonderen Anforderungen (Langlebigkeit, Ausfallsicherheit, zuverlässige Kommunikation, etc.) optimal erfüllt.

REMONDIS Aqua Industrie GmbH & Co. KG

Das Ziel des Teilprojekts der REMONDIS Aqua Industrie GmbH & Co. KG (RAI) ist es, im Sinne des Environmental Monitoring und dem Internet der Dinge relevante Datenströme aus der Umweltund der wasserführenden Infrastruktur zu erheben. Mithilfe dieser Datenströme kann die Gegenwart in einen digitalen Zwilling der Projektregion abgebildet werden. Modulbasiert können auf Basis der derart erhobenen Daten individuelle Anwendungen entwickelt werden, die je nach Bedarf in einzelnen Teilbereichen des Zusammenspiels von Menschen und Natur, nachhaltige Verbesserungen generieren. Durch das Projekt EXDIMUM wird dem Partner RAI die Möglichkeit geschaffen, wichtige Erkenntnisse im Bezug auf den Langzeiteinsatz und die Zuverlässigkeit terrestrischer Sensorik zu gewinnen und Klarheit zu schaffen, welche nachhaltigen Anwendungsfälle zu wirklichen Mehrwerten unter Berücksichtigung des ”Triple Bottom Line“-Ansatzes führen.

AMENO GmbH

In einem digitalen Gesamtmodell werden die einzelnen Teilaspekte im Teilprojekt der AMENO GmbH (AMENO) integriert, die auf die Erstellung einer Applikation zur Verknüpfung und Darstellung aller relevanten Daten für die Systemnutzer zielt. Hierzu muss eine universelle Schnittstelle entwickelt und bereit gestellt werden, um die Daten aller Datenquellen zentral zu sammeln, zu validieren und aufbereitet allen weiteren Teilprojekten zur Verfügung zu stellen. Im Hintergrund sorgt die Applikation für eine kohärente Datenbasis zur Integration der zu erarbeitenden Datenauswertungsverfahren. Dies umfasst verschiedene Schnittstellen zu Datenquellen und -senken, welche von anderen Teilprojektendes Gesamtvorhabens bereitgestellt werden, sowie – sofern notwendig – Datenquellen von Dritten, welche die Qualität der Datenanalyse und -darstellung positiv beeinflussen. Neben der technischen Verknüpfung der Daten und Systeme spielt eine mögliche Validierung der ein- und ausgehenden Informationen im Rahmen eines QoS (Quality of Service) eine Rolle. Vordergründig entsteht somit ein digitales Abbild, mit welchem sowohl Ergebnisse der Sensorik und die Prädiktionen der künstlichen Intelligenz als auch die zugrundeliegenden Rohdaten dargestellt werden können. Hierzu werden verschiedenartige Darstellungsweisen aufgegriffen, welche hinsichtlich der Usability verprobt werden - denkbar wären beispielsweise ein Ampelsystem für die Darstellung des Status von Sensorik oder eine Kartendarstellung von prognostizierten Wasserverläufen. Die Applikation wird modular mit klar definierten Schnittstellen aufgebaut, um die Grundlage einer späteren Übertragbarkeit und Skalierbarkeit zu schaffen und im Projektverlauf weitere Datenquellen integrieren zu können.

EURAWASSER Betriebsführungsgesellschaft mbH

Die EURAWASSER Betriebsführungsgesellschaft mbH in Goslar (EW) nimmt als Betreiber der öffentlichen Entwässerungs- und Hochwasserschutzanlagen im betrachteten Einzugsgebiet Goslar die Rolle des Bindegliedes zwischen Forschung und Wissenschaft und der praktischen Anwendung ein und wird als Verbundpartner in alle Phasen des Vorhabens einbezogen. Damit sorgt EW wesentlich dafür, die für Betreiber bestehender Systeme maßgeblichen praktischen Anforderungen zu definieren und in die Systementwicklung einfließen zu lassen. Mit Hilfe der im Projekt gewonnenen Erkenntnisse wird EW ihre bestehenden Handlungs- und Betriebsprozesse im Krisenfall ggf. anpassen und optimieren können. Dabei spielt die Interaktion mit den eingebundenen Einrichtungen von Feuerwehr, Stadt Goslar, Landkreis Goslar und weiterer Beteiligter eine wesentliche Rolle, bei denen durch die im Projekt entwickelten Plattformen der Kommunikation und Analyse neue Impulse gesetzt werden können. EW wird hierzu die praxisnahen Anforderungen an die Entwicklung des Gesamtsystems definieren und in allen Projektphasen hinsichtlich Praktikabilität, Praxisnutzen und -tauglichkeit begleiten.