Extreme Wetterereignisse wie Starkregen, Hochwasser oder Dürre treten immer häufiger auf. Um angemessen reagieren zu können, sind Behörden und Infrastrukturbetreiber auf verlässliche Daten angewiesen. Dabei geht es um hydrometeorologische Messwerte – also Daten zu Niederschlag sowie weiteren klimatischen und wasserhaushaltsrelevanten Parametern. Zwei miteinander verbundene Projekte des Instituts für nachhaltige Wassersysteme der Hochschule Hof (inwa) beschäftigen sich mit genau dieser Fragestellung.
Es ist ein zunehmendes Problem: Viele hydrometeorologische Messstationen arbeiten noch mit veralteter Technik, sind unterschiedlich aufgebaut oder liefern fehlerhafte Daten. Dadurch entstehen Unsicherheiten, die sich unmittelbar auf Entscheidungen auswirken können – etwa bei Hochwasserwarnungen.
Moderne Technik für ein digitalisiertes hydrometeorologisches Messnetz
Hier setzt das Projekt „DMeStHyA“ (Entwicklung eines digitalen Mess- und Steuerungssystems für hydrometeorologische Anwendungen, anwendungsbezogenes Upscaling mit Praxistest im Feld) an. Ziel ist die Modernisierung, Standardisierung und Digitalisierung eines bestehenden hydrometeorologischen Messnetzes, wie sie am Beispiel des Messnetzes des Landesamtes für Natur, Umwelt und Klima Nordrhein-Westfalen (LANUK NRW) umgesetzt wurde.
Im Mittelpunkt stehen die technische Erneuerung der Messeinrichtungen, ein standardisiertes Stationsdesign sowie die Digitalisierung der Betriebsprozesse. Dazu gehören standardisierte Schaltschranklösungen, moderne Kommunikationsstrukturen und die Integration der Stationen in digitale Systeme zur Überwachung und zum Management des Messnetzbetriebs. Die Messstationen werden dadurch technisch vereinheitlicht und digital vernetzt. Das erleichtert Wartung und Betrieb, verbessert die Datenverfügbarkeit und ermöglicht es, Störungen frühzeitig zu erkennen.
Das Institut für nachhaltige Wassersysteme der Hochschule Hof (inwa) begleitet das Projekt wissenschaftlich. Zu den Aufgaben gehören die Analyse der Projektumsetzung, die Auswertung von Befragungen und Interviews mit Mitarbeitenden des Messnetzbetriebs sowie der Transfer der Ergebnisse in Forschung und Praxis.
Die zuverlässige Erfassung und Bewertung hydrometeorologischer Daten wird mit Blick auf Klimawandel, Extremwetter und den Schutz kritischer Infrastrukturen immer wichtiger. Gerade deshalb ist die Beteiligung der Hochschule Hof in solchen Projekten von besonderer Bedeutung: Wir bringen wissenschaftliche Analyse, Praxisnähe und den Transfer der Ergebnisse zusammen.“
Prof. Günter Müller-Czygan, Wissenschaftlicher Leiter
Durch die Modernisierung können Störungen schneller erkannt, Daten zügiger verarbeitet und Betriebsabläufe effizienter gestaltet werden. Ein besonderer Schwerpunkt der wissenschaftlichen Begleitung liegt auf der Frage, wie die Digitalisierung im praktischen Betrieb angenommen wird. Dazu wurden Mitarbeitende des LANUK befragt, um Erfahrungen aus dem Arbeitsalltag systematisch auszuwerten und in die Weiterentwicklung der Systeme einfließen zu lassen.
Unsere Beteiligung an beiden Projekten von Beginn an ermöglicht es uns, die Entwicklung der Digitalisierung im Messnetzbetrieb kontinuierlich zu begleiten. Dabei wird sichtbar, wie sich die Rolle der Mitarbeitenden an den hydrometeorologischen Stationen verändert und wie sie zunehmend in digitale Prozesse eingebunden werden.“
Dr. Viktoriya Tarasyuk (inwa)
Plausibilisierung von Niederschlagsdaten mit KI
Auf dieser Grundlage setzt das Folgeprojekt NIQKI (Niederschlagsdaten-Qualitätskontrolle mit Künstlicher Intelligenz) auf. Im Mittelpunkt steht die automatisierte Plausibilisierung von Niederschlagsdaten mit KI.
Das bedeutet, dass automatisch überprüft wird, ob Messdaten realistisch und vollständig sind. Ein Beispiel: Wenn in der Zeitreihe einer Messstation plötzlich ein Abschnitt ohne Daten oder mit auffälligen Werten erscheint, prüft das System automatisch, ob es sich um eine technische Störung, einen Übertragungsfehler oder um ein reales Ereignis handelt. Ziel ist es, Verfahren zu entwickeln, mit denen Messdaten schneller und zuverlässiger bewertet werden können. Für die Plausibilisierung werden physikalische Grenzwerte, heuristische Prüfregeln aus der Betriebserfahrung sowie Methoden der künstlichen Intelligenz kombiniert. So lassen sich Messfehler, Sensorausfälle oder Übertragungsprobleme frühzeitig identifizieren und die Qualität der Daten systematisch bewerten.
Das Institut für nachhaltige Wassersysteme der Hochschule Hof (inwa) begleitet das Projekt wissenschaftlich. Zu den Aufgaben gehören die Analyse des aktuellen Stands von Forschung und Technik, die Unterstützung bei der Evaluation der entwickelten Verfahren sowie die Bewertung möglicher Anwendungsfelder.
„Wir kombinieren physikalische Grenzen, Erfahrungswerte und KI, um Messfehler, Sensorausfälle oder Übertragungsprobleme frühzeitig zu erkennen. So können wir die Qualität der Daten deutlich verbessern.“
Prof. Günter Müller-Czygan
Eine Lösung mit Wirkung über die Region hinaus
Beide Projekte greifen eng ineinander: Während DMeStHyA die technische Grundlage durch ein modernisiertes und standardisiertes Messnetz schafft, ermöglicht NIQKI die systematische Bewertung der Datenqualität durch automatisierte Plausibilisierung. Gemeinsam verbessern sie damit die Verlässlichkeit hydrometeorologischer Daten und deren Nutzbarkeit für operative Anwendungen. „Unsere Beteiligung an beiden Projekten ermöglicht es uns, die Entwicklung von Anfang an wissenschaftlich zu begleiten und Erkenntnisse direkt in die Praxis zu übertragen“, betont Günter Müller-Czygan.
Die Bedeutung dieser Arbeit reicht dabei weit über die Region hinaus. Verlässliche hydrometeorologische Umweltdaten sind nicht nur lokal wichtig, sondern gewinnen auch im internationalen Kontext zunehmend an Bedeutung – etwa bei der Vorhersage von Hochwasser oder im Katastrophenschutz.
Zusammenarbeit als Grundlage der Projektumsetzung
Beide Projekte werden in enger Zusammenarbeit zwischen Forschung, öffentlicher Verwaltung und Unternehmen umgesetzt. Im Projekt DMeStHyA sind unter anderem das Landesamt für Natur, Umwelt und Klima Nordrhein-Westfalen (LANUK) sowie die HST Systemtechnik GmbH & Co. KG beteiligt. Das Folgeprojekt NIQKI wird von der Technischen Hochschule Köln koordiniert; weitere Partner sind unter anderem LANUK NRW, hydro & meteo GmbH sowie HST Systemtechnik GmbH & Co. KG.
Das Institut für nachhaltige Wassersysteme der Hochschule Hof (inwa) übernimmt in beiden Projekten die wissenschaftliche Begleitung und trägt dazu bei, die Ergebnisse systematisch auszuwerten und für weitere Anwendungen nutzbar zu machen.
