Nitrat-Monitoring 4.0 – Intelligente Systeme zur nachhaltigen Reduzierung von Nitrat im Grundwasser

Abstract

Nitrat im Grundwasser stellt weltweit unter anderem für die Trinkwasserversorgung ein großes Problem dar. Die Verteilung von Nitrat im Grundwasser ist dabei das Ergebnis eines komplexen Zusammenspiels vieler Einflussfaktoren, welches sich mit herkömmlichen Modellen für große Gebiete aufgrund der hohen Komplexität der Domäne nur schwer modellieren lässt. KI-Anwendungen, insbesondere Neuronale Netze bzw. Deep Learning Verfahren, lassen als datenbasierte Modelle, die komplexe Zusammenhänge aus einer großen Datenmenge extrahieren und übertragen können, hier einen deutlichen Mehrwert bei der zeitlich-räumlichen Vorhersage von Nitratwerten erwarten. Im vorliegenden Projekt soll daher ein übergreifendes System entwickelt werden, welches KI Verfahren mit Methoden der Umweltinformatik und speziell der Wasserdomäne kombiniert. Hierzu kommen State-of-the-Art Machine Learning Methoden wie Convolutional Neural Networks und Long short-term Memory Netzwerke zum Einsatz, um so eine verbesserte räumliche und zeitliche Vorhersage von Nitrat im Grundwasser zu erzielen und damit zur effizienten und nachhaltigen Nitrat-Reduzierung beizutragen. Diese werden mit Methoden des Operation Research und der semantischen Datenintegration erweitert, um damit einen Endnutzer bei der Entscheidungsfindung intelligent zu unterstützen.