Mit KI: Konsortium unter Beteiligung der Hochschule Hof will Kanalnetze intelligent bewirtschaften
Hof, 29.02.2024 – Die Entwicklung eines intelligenten Managementsystems für Kanalnetze ist das Ziel eines Forschungsprojektes unter Beteiligung der Hochschule Hof. Erreicht werden soll dies durch die Verwendung innovativer Kanalnetzsensoren und unter Einbeziehung historischer Wetterdaten und aktueller Wetterprognosen. Die Projektpartner wollen so eine Datenerfassung, -auswertung und -steuerung entwickeln, die es erlaubt, belastbare Vorhersagen für die künftige Belastung der Kanalnetze zu treffen. Dies kann Kanalnetzbetreibern u.a. wertvolle Hinweise für einen resilienten Kanalbetrieb, zur Vermeidung von Gewässerverunreinigungen und für zukünftige Baumaßnahmen liefern.
Überschwemmungen infolge von Starkregenereignissen treten in Deutschland immer häufiger auf und verursachen in Verbindung mit schweren Unwettern oft große Schäden. Damit einher gehen oft auch erhebliche Umweltbelastungen durch die unkontrollierte Einleitung ungeklärter Abwässer in die Fließgewässer. „Erschwerend kommt zudem hinzu, dass die Kanalisationsrohre die anfallenden Wassermassen nicht mehr aufnehmen können, obwohl in der Kanalisation selbst und in den angeschlossenen Regenbecken noch Speicherkapazität vorhanden wäre“, so Prof. Günter Müller-Czygan von der Forschungsgruppe “Wasserinfrastruktur und Digitalisierung” am Institut für nachhaltige Wassersysteme der Hochschule Hof (inwa).
Starkregen und Trockenperioden
Außerdem deuten die Beobachtungen der Forschenden darauf hin, dass in Zukunft mehr extreme Trockenperioden zu erwarten sind. „Ort und Zeitpunkt solcher Ereignisse lassen sich nur schwer vorhersagen, so dass die Kanalisationsbetreiber mit teilweise gegensätzlichen Herausforderungen aus Starkregen und lang anhaltenden Trockenperioden konfrontiert sind, auf die sie vorbereitet sein müssen“, so der Forschungsgruppenleiter.
Dynamisches Kanalmanagementsystem
Die durch die Projektpartner angestrebte Lösung im Projekt „InSchuKa4.0 – Kombinierter Infrastruktur- und Umweltschutz durch KI-basierte Kanalnetzbewirtschaftung“ (https://www.bmbf-wax.de/verbundvorhaben/inschuka4-0/ ) fokussiert daher auf der Umsetzung eines dynamischen, flexiblen Kanalnetzmanagements am Beispiel des Kanalnetzes in Jena. Geschehen soll dies durch eine intelligente Datenerfassung, -auswertung und -überwachung in Verbindung mit modernen Verschlussorganen, hierbei wird das vorhandene Kanalnetzvolumen bei Starkregen optimal genutzt. Zudem wirkt diese Lösung möglichen negativen Auswirkungen auch in Trockenperioden entgegen, wie z. B. verstärkter Sedimentation, Geruchsbildung oder Korrosion, indem die Verschlussorgane gezielte Spülwellen auf der Kanalsohle erzeugen und diese dadurch reinigen. Weiterhin sorgt das zusätzlich erzeugte Speichervolumen nach einer längeren Trockenperiode dafür, dass eine unkontrollierte Einleitung von Schadstoffen in Gewässer bei kurzzeitigen Starkregenereignissen verhindert wird.
Meeting zum Projektfortschritt
Im Rahmen eines Meetings zum Projektfortschritt wurden nun die aktuellen Ergebnisse an der Hochschule Hof präsentiert und diskutiert. In umfangreichen Simulationen konnten die unterschiedlichen Betriebsvoraussetzungen für das intelligente Managementsystem analysiert und deren Wirkungen ermittelt werden. Diese Ergebnisse wurden mit den vorgesehenen Verschlussorganen verglichen und die Auswahl der Maschinen bestätigt, so dass kurzfristig die Materialbeschaffung und technische Installation des Versuchsequipments beginnen kann.
Durch die Hochschule Hof wurden bis zum aktuellen Zeitpunkt verschiedene Umfragen durchgeführt. Hierbei bestätigten die in erster Linie aus der Praxis stammenden Umfrageteilnehmer die Notwendigkeit und Richtigkeit der innovativen Projektziele und gaben wichtige Hinweise für Detailaspekte des modernen Managementsystems. Basierend auf den Ergebnissen der Umfrage zur Akzeptanz künstlicher Intelligenz in der deutschen Wasserwirtschaft diskutieren die Partner deren grundsätzliche Einsatzmöglichkeiten im kommunalen Abwassermanagement, auch vor dem Hintergrund des bisher vorgesehenen sogenannten CBR-Verfahrens (Case Based Reasoning), einer besonders transparenten Form der künstlichen Intelligenz. „Aus den unterschiedlichen Beiträgen der Projektpartner wurde deutlich, dass unser Projektziel der intelligenten Datenintegration und -analyse für die Zukunftsfähigkeit der Kanalnetzbewirtschaftung essenziell ist“, so Prof. Müller-Czygan. Innerhalb der anschließenden Diskussion wurden auch die Möglichkeiten der Übertragung der Projektergebnisse auf andere Vorhaben, die in einem ähnlichen Umfeld stattfinden, analysiert.
Förderung und Partner
Das Projekt „InSchuKa4.0“ wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und läuft noch bis zum 31.01.2025. Als Projektpartner fungieren:
• HST Systemtechnik GmbH & Co. KG
• Pegasys Gesellschaft für Automation und Datensysteme mbH
• Nivus GmbH
• JenaWasser
• Hochschule Magdeburg-Stendal, Fachbereich Wasser, Umwelt, Bau und Sicherheit
Zur Projektseite: https://www.bmbf-wax.de/verbundvorhaben/inschuka4-0/
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Prof. Günter Müller-Czygan
+49 9281 409 - 4683
guenter.mueller-czygan(at)hof-university.de
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