Sicherheit

Der Trick mit den neuronalen Netzen  

VDI nachrichten, Karlsruhe, 19. 10. 07, swe – Ein Frühwarnprojekt aus dem Sonderforschungsprogramm Geotechnologien des BMBF hat die türkische Marmararegion im Fokus. Friedemann Wenzel, Leiter des Geophysikalischen Instituts an der Universität Karlsruhe, setzt mit seiner Projektgruppe, dem Geoforschungszentrum Potsdam und Informatikern der Humboldt Universität auf eine völlig neue Technologie zur Erdbebenfrühwarnung.

Wenzel: In der Region am Marmarameer existiert eine hohe seismische Gefährdung. Man rechnet damit, dass es innerhalb der nächsten 20 Jahre ein großes Beben südlich von Istanbul geben wird.

VDI nachrichten: Ist man in Istanbul darauf vorbereitet?

Wenzel: Es gibt ein türkisches Frühwarnsystem. Es konnte aber noch nie ausprobiert werden, ob es funktioniert. Die wenigen bestehenden teuren Messstationen arbeiten mit schwierigen Telekommunikationsverbindungen, Transmitterstrecken brechen zwischendurch einfach mal ab.

Wir prüfen, wie man mit modernen Geräten die Frühwarnung verbessern kann. Vor allem muss das auf die ganze Marmararegion ausgedehnt werden.

VDI nachrichten: Wie sehen Ihre Ideen zur Verbesserung aus?

Wenzel: Zum einen soll das existente System schneller und zuverlässiger gemacht werden. Zum Zweiten wird ein völlig neuer Typ von Sensornetzen entwickelt. Wir wollen dabei die Stationen von der einzigen Empfangszentrale abkoppeln und ein unabhängiges System entwickeln, das weniger störanfällig ist und dafür ein neues Konzept der Datenerfassung und Kommunikation nutzen.

VDI nachrichten: Was genau steckt dahinter?

Wenzel: Wir benutzen neuronale Netze zur Frühwarnung. Das ist ein computersimuliertes Hirn, das eigene Signale oder Informationen mit vorhandenem Wissen aus einem Archiv abgleicht. Aus Geoinformationen, Karten, Amplituden, die als Basiswissen eingespeist wurden, erkennt es Muster und leitet bestimmte Verhaltensweisen ab.

Sie müssen die Physik nicht verstehen, um zu wissen, dass die Herdplatte heiß ist. Sie haben das inzwischen gelernt. Das ist der Trick beim neuronalen Netz. Es erkennt aus den ersten wenigen Sekunden, was an Starkbeben kommen wird.

VDI nachrichten: Reichen die Messstationen?

Wenzel: Wir wollen im Prinzip eine neue Instrumentierung. Bis jetzt stehen wenige teure Beschleunigungsmesser an bestimmten Orten. Die Idee ist, Sensoren billig herzustellen und die so genannten „Low-cost-Sensoren“ massenhaft zu installieren, beliebig zu verteilen. Dann macht es nichts, wenn mal einer ausfällt.

Zusätzlich arbeiten wir im Informatikteil an einer neuen Informationsverarbeitung, und zwar daran, seismische Parameter so aufzubereiten, dass sie für Entscheidungsträger transparent sind. Zum besseren Verständnis verschneiden wir sie mit anderen Informationen.

VDI nachrichten: Wie schnell geht die Frühwarnung?

Wenzel: Man kann bis zu 30 s Vorwarnzeit gewinnen. Stellen Sie sich vor, die große Verwerfung im Marmarameer bricht: Wellen breiten sich aus, die auf den Inseln und dem Festland registriert werden. Aus dem Vergleich mit früheren Datensätzen weiß man nach ein paar Sekunden, wie stark das Beben wird. Also schon bevor die großen Bodenbewegungen in Istanbul stattfinden.

Im Standardverfahren dagegen hat man erst Stärke und Ort des Bebens bestimmt, und dann wurde ausgewertet. Da ist eigentlich schon alles vorbei.

VDI nachrichten: Wie zuverlässig sind Messinstrumente und -werte?

Wenzel: Früher sind die Messgeräte erst angesprungen, wenn ein recht starkes Ereignis sie angeregt hat. In den letzten Jahren ist viel an Zuverlässigkeit gewonnen worden.

Mit der heutigen Technik und den Möglichkeiten der Informationstechnologie laufen die Geräte Tag und Nacht und zeichnen alles auf. Sie merken sofort, wenn eine Station nicht mehr funktioniert und der Datenfluss abbricht.

Was noch eine Forschungsaufgabe ist – wie viel kann ich aus den ersten paar Sekunden vorhersagen? Man möchte immer eine Balance zwischen einer möglichst zuverlässigen und einer möglichst schnellen Warnung. KATHLEEN SPILOK

www-gpi.physik.uni-karlsruhe.de

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