Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erdbebenforschung: Immense Datenmengen mit Künstlicher Intelligenz auswerten

30.06.2020

Die Struktur des Erdinneren abbilden und selbst Mikrobeben sichtbar machen: Das können Erdbebenforscherinnen und -forscher dank entsprechender physikalischer Methoden. Dabei werden allein am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) pro Jahr etwa 500 bis 1000 Milliarden Datenwerte erzeugt, doch dies ist nur ein kleiner Bruchteil der weltweit gewonnenen und archivierten Daten. Forscherinnen und Forscher suchen daher schon seit Jahren nach besseren und effizienteren Methoden, die Datenflut vollständig auszuwerten.

Die Struktur des Erdinneren abbilden und selbst Mikrobeben sichtbar machen: Das können Erdbebenforscherinnen und -forscher dank entsprechender physikalischer Methoden.


Die Störungsfläche (hell) ist durch das Zerbrechen eines Gesteinspakets während eines Erdbebens entstanden.

Foto: Joachim Ritter, KIT

Dabei werden allein am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) pro Jahr etwa 500 bis 1000 Milliarden Datenwerte erzeugt, doch dies ist nur ein kleiner Bruchteil der weltweit gewonnenen und archivierten Daten.

Forscherinnen und Forscher suchen daher schon seit Jahren nach besseren und effizienteren Methoden, die Datenflut vollständig auszuwerten. Für den Einsatz von KI in der Geophysik erhält das KIT aktuell eine Projektförderung des Ministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg sowie eine weitere der Helmholtz-Gemeinschaft.

Die Geophysik hat eine hohe gesamtgesellschaftliche Relevanz mit Blick auf Infrastrukturen, Rohstoffversorgung und die Einschätzung sowie Abwehr von Naturgefahren.

Die am Geophysikalischen Institut des KIT geförderten Projekte beschäftigen sich in der Erdbebenforschung mit neuen Wegen bei der Vorsorge gegen Naturgefahren. Dabei entwickeln die Forscherinnen und Forscher physikalische Methoden, um das Erdinnere strukturell abzubilden und die Prozesse im Erdinneren zu verstehen.

Land unterstützt KI-Projekt KISS in „Kleinen Fächern“

Im Projekt „KI-basierte seismologische Signalklassifizierung“ (KISS) sollen mit KI-basierten Systemen nun zum einen aktive seismische Störungen durch ihre Mikrobebentätigkeit in Südbaden sichtbar gemacht werden.

Zudem wollen die Forscherinnen und Forscher vulkan-seismologische Phänomene in der Eifel mit bisher unerreichter Genauigkeit und Vollständigkeit beobachten. In Baden-Württemberg ereignen sich Schadensbeben relativ selten, zuletzt 2004 bei Waldkirch in Südbaden.

Aus Beobachtungen ist bekannt, dass sehr schwache Mikrobeben viel häufiger vorkommen als bisher gemessen, da sie im Hintergrundrauschen der Bodenbewegungen oft nicht erkennbar sind.

Ein weiteres Ziel des Projektes ist es, mit selbstlernenden KI-Systemen schwächste Erdbeben zu identifizieren und potentielle Bruchflächen zu lokalisieren.

„Dabei operieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit enormen Datenmengen, die mit konventionellen Analysemethoden nicht mehr ausreichend ausgewertet werden können“, erläutert Projektleiter Professor Joachim Ritter.

In der Eifel arbeiten aktuell die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der Erkennung tieffrequenter Schwingungen, die im Zusammenhang mit einem Magmaaufstieg unter dem Laacher See stehen. Erstmals sollen nun KI-basierte Detektionen in diesem Frequenzbereich erfolgen.

Geophysik wird in Baden-Württemberg nur am KIT als Bachelor- und Masterstudiengang angeboten. Der Schwerpunkt in Forschung und Lehre liegt auf seismischen Abbildungsverfahren und der Erdbebenforschung. Die circa 150 betriebenen Erdbebenmessstationen erzeugen pro Sekunde meist 100 Datenpunkte, bei Experimenten mit 50 oder 100 Messstationen fallen so in einem Jahr etwa 500 bis 1000 Milliarden Datenwerte an, die gespeichert werden.

Hier setzen die KI-basierten Systeme zur seismologischen Signalklassifizierung an, dabei werden Erdbebensignale detektiert, ihre Ankunftszeit bestimmt und gegebenenfalls ihre Herkunft lokalisiert.

Einschränkungen und Probleme ergeben sich durch Bodenunruhe, zum Beispiel wegen Störsignalen aus Verkehr oder Industrie in dicht besiedelten Regionen, durch die das gesuchte Signal verrauscht wird.

„Ebenso erschweren nicht eindeutig zuordenbare Signale unterschiedlicher Dauer und Frequenz die Signalerkennung, wie unsere Untersuchungen an Vulkanen wie dem Laacher See in der Eifel zeigen“, führt Joachim Ritter aus.

Das Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg fördert das Projekt KISS in den nächsten beiden Jahren mit 100.000 Euro im Förderprogramm „Gesamtgesellschaftlich bedeutsame Beiträge ‚Kleiner Fächer‘ im Bereich Künstliche Intelligenz“.


KI-Initiative der Helmholtz-Gemeinschaft fördert REPORT-DL-Projekt

Das Verständnis von Erdbebengefährdung weltweit zu verbessern, ist Ziel eines weiteren Projektes am Geophysikalischen Institut des KIT. Im Projekt REPORT-DL (Rapid Earthquake Phase analysis of Ocean-bottom, Regional and Teleseismic events with Deep Learning) soll der globale Datenschatz, der in den vergangenen Jahrzehnten in seismologischen Datenzentren archiviert wurde, verwendet werden, um kleinste Beben und ungewöhnliche Signale der Erde zu detektieren. Die Verteilung dieser Mikrobeben erlaubt Rückschlüsse auf den Spannungszustand der Erdkruste und somit einer besseren Gefährdungsabschätzung. Hierzu adaptieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler moderne Verfahren der KI, die im Bereich der Bild- und Sprachverarbeitung eingesetzt werden.

„Bisher eingesetzte Verfahren sind lediglich für große Signal-Rausch-Verhältnisse geeignet und verpassen Millionen von kleinsten Erdbeben, die wichtig sind, um aktive Bruchflächen in der Erdkruste zu detektieren“, sagt Professor Andreas Rietbrock, Institutsleiter am Geophysikalischen Institut, „deshalb entwickeln wir KI-basierte Algorithmen, mit denen wir die großen Datenmengen in Archiven oder auch Echtzeit-Datenströme nach schwachen seismischen Signalen automatisch, schnell und systematisch durchsuchen können.“

REPORT-DL ist Teil der Helmholtz KI Initiative, in dem 19 Projekte mit hohem Risiko und hohem Nutzen gefördert werden, um Probleme mit hoher gesellschaftlicher Relevanz zu lösen. Die Helmholtz-Gemeinschaft fördert das Projekt für zwei Jahre mit 360.000 Euro.


Details zum KIT-Zentrum Klima und Umwelt: http://www.klima-umwelt.kit.edu

Weiterer Kontakt:

Dr. Sabine Fodi, Redakteurin/Pressereferentin, Tel.: +49 721 608-21154, E-Mail: sabine.fodi@kit.edu

Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 9.300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 24.400 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist eine der deutschen Exzellenzuniversitäten.

Diese Presseinformation ist im Internet abrufbar unter: http://www.sek.kit.edu/presse.php

Monika Landgraf | Karlsruher Institut für Technologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Wie Vulkane in der Tiefsee explodieren
30.06.2020 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Gletscherschwund in den europäischen Alpen
25.06.2020 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Bunter Barcode wird ISO-Standard

Fraunhofer SIT bringt alternativen Barcode in die Normung: Weltweit einheitliche Regeln für Datenaustausch und Praxiseinsatz

JAB Code, der bunte Barcode des Fraunhofer-Instituts für Sichere Informationstechnologie SIT, ist auf dem Weg zum internationalen ISO-Standard. JAB Code – Just...

Im Focus: Supercomputer entschlüsseln Materialverschleiß

Revolutionäre neue Methoden für die Materialwissenschaft: Riesengroße Computersimulationen erlauben an der TU Wien erstmals einen genauen Blick auf Verschleiß und Reibung.

Verschleiß und Reibung sind ganz entscheidende Themen für viele Industriebereiche: Was passiert, wenn eine Oberfläche über eine andere gleitet? Mit welchen...

Im Focus: ILA Goes Digital – Automatisierung & Produktionstechnik für die wandlungsfähige Flugzeugproduktion

Live-Event – 1. Juli 2020 – 11:00 bis 11:45 Uhr
»Automation in Aerospace Industry @ Fraunhofer IFAM«

Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM l Stade präsentiert bis zum 31. Juli 2020 erstmals sein zukunftsweisendes...

Im Focus: ILA Goes Digital – Automation & Production Technology for Adaptable Aircraft Production

Live event – July 1, 2020 - 11:00 to 11:45 (CET)
"Automation in Aerospace Industry @ Fraunhofer IFAM"

The Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM l Stade is presenting its forward-looking R&D portfolio for the first time at...

Im Focus: Neuer MRSA-Stamm wird von manchen Tests nicht erkannt

Zwei in der Diagnostik und Krankenhaushygiene verwendeten Schnelltests können einen neuen Stamm von Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus (MRSA) nicht detektieren. Dies haben InfectoGnostics-Forscher des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) jetzt mit internationalen Partnern in einer Studie im Fachjournal Eurosurveillance belegt. Der neue Bakterienstamm ist in Europa zunehmend verbreitet und wird wegen einer Veränderung in seinem Genom durch diese molekularen Tests nicht mehr korrekt als MRSA erkannt. Die falsch-negativen Resultate könnten zu Fehlentscheidungen bei der Antibiotika-Therapie führen und Maßnahmen zur Infektionsprävention in Kliniken verzögern.

Molekulare Testmethoden haben in den vergangenen Jahren die Infektionsprävention in vielen Ländern entscheidend verbessert: Kommerzielle Testsysteme auf Basis...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Virtuelles Meeting mit dem BMBF: Medizintechnik trifft IT auf der DMEA sparks 2020

17.06.2020 | Veranstaltungen

Digital auf allen Kanälen: Lernplattformen, Learning Design, Künstliche Intelligenz in der betrieblichen Weiterbildung, Chatbots im B2B

17.06.2020 | Veranstaltungen

Wie nutzt man KI für industriellen 3D-Druck? Virtuelle Fraunhofer-Konferenz zur generativen Fertigung

12.06.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Bunter Barcode wird ISO-Standard

30.06.2020 | Informationstechnologie

Licht aus dem Inneren des Tunnels

30.06.2020 | Physik Astronomie

Wie man die Verschmutzung des Trinkwassers mit MRT-Kontrastmitteln verhindert

30.06.2020 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics