Vietnam setzt erstmals KI und Fernerkundung zur Überwachung der Meerwasserqualität ein.

Die sozioökonomische Entwicklung der letzten Jahre stellt die Ha Long Bucht und das Gebiet von Cua Luc (Provinz Quang Ninh) vor viele ökologische Herausforderungen, insbesondere die Verschlechterung der Meerwasserqualität, die das endemische marine Ökosystem bedroht.

Herkömmliche Überwachungsmethoden wie die Probenahme und Analyse vor Ort weisen hingegen viele Einschränkungen hinsichtlich Kosten, Zeitaufwand und Überwachungsumfang auf.

Angesichts dieser Realität haben sich vietnamesische und polnische Wissenschaftler zusammengetan, um die Forschung zur Anwendung von Fernerkundung und künstlicher Intelligenz bei der Überwachung der Wasserqualität zu koordinieren – ein moderner, wirtschaftlicher Ansatz, der eine kontinuierliche Überwachung über ein großes Gebiet ermöglicht.

Die gemeinsame Forschungsmission mit dem Code QTPL01.03/23-24, die vom Vietnam Space Center (Vietnam Academy of Science and Technology) und dem Polnischen Institut für Geophysik (Polnische Akademie der Wissenschaften) durchgeführt wird, trägt dazu bei, effektivere Überwachungsinstrumente für den Schutz der Meeresumwelt in wichtigen Küstengebieten bereitzustellen.

Moderner Ansatz

Laut Dr. Vu Anh Tuan, stellvertretender Generaldirektor des Vietnam Space Center und Leiter der Mission, handelt es sich um das erste Projekt in Vietnam, das gleichzeitig Sentinel-2-Satellitendaten, fortschrittliche Algorithmen des maschinellen Lernens und die GEE-Plattform (Googles Cloud-Computing-Plattform) nutzt, um Wasserqualitätsparameter wie Oberflächentemperatur, Schwebstoffe, Chlorophyll-a und chemischen Sauerstoffbedarf zu modellieren und zu überwachen.

Aus den Modellergebnissen erstellte das Forschungsteam Karten der räumlich-zeitlichen Verteilung der Wasserqualität, die dazu beitragen, Schwankungen zu überwachen und frühzeitig vor Verschmutzungsrisiken in der Ha Long Bucht und Cua Luc zu warnen.

Hierbei handelt es sich um zwei strategische Wassergebiete in der Provinz Quang Ninh, die nicht nur reich an landschaftlichen und ökologischen Werten sind, sondern auch eine wichtige Rolle für die wirtschaftliche und touristische Entwicklung der Provinz spielen.

Diese Karten können im Wassermanagement eingesetzt werden, um den Umweltschutz zu unterstützen und eine nachhaltige Entwicklung von Küstengebieten zu fördern.

Umweltsanierungsmaßnahmen in der Halong-Bucht. (Foto: Thanh Van/VNA)

Dr. Vu Anh Tuan sagte, die Neuheit der Forschung liege in der Synthese und kreativen Anwendung von Fernerkundungs-, künstlicher Intelligenz- und Cloud-Computing-Technologien zur Lösung des komplexen Problems der Wasserqualitätsüberwachung in der Ha Long Bucht. Gleichzeitig würden praktikable Lösungen vorgeschlagen, um die Herausforderung des Datenmangels zu bewältigen, und eine tiefgehende Analyse von hohem praktischem Wert geliefert.

Die Studie entwickelte Modelle des maschinellen Lernens und kalibrierte diese, um eine Genauigkeit von über 73 % zu erreichen. Außerdem wurden Karten der Verteilung dieser Parameter im Jahresdurchschnitt erstellt.

Darüber hinaus eröffnet die Studie einen neuen Ansatz für die Anwendung von Fernerkundungstechnologie in Kombination mit maschinellem Lernen zur Überwachung der Wasserqualität und unterstützt so effektiv das Wassermanagement in wichtigen Küstengebieten.

Hin zu einer flächendeckenden Anwendung auf den Weltmeeren

Dr. Vu Anh Tuan fügte hinzu, dass die Studie Daten des Sentinel-2-Satelliten (MSI-Sensor) aus dem Zeitraum 2019-2023 in Kombination mit tatsächlichen Messdaten des Ministeriums für natürliche Ressourcen und Umwelt der Provinz Quang Ninh und der National Oceanic and Atmospheric Administration (USA) verwendete, um die Wasserqualität im Untersuchungsgebiet vorherzusagen.

Insgesamt wurden 78 Satellitenbilder auf der Google Cloud-Computing-Plattform verarbeitet und analysiert. Anschließend wurden maschinelle Lernalgorithmen wie Random Forest, Boosting Regression und AdaBoost Regression angewendet, um Wasserqualitätsindikatoren vorherzusagen.

Laut Dr. Vu Anh Tuan wurden in der Studie auch wichtige Spektralbänder aus Sentinel-2-Satellitenbildern identifiziert, was dazu beitragen kann, maschinelle Lernmodelle zu optimieren und die Kosten der Datenerfassung in Zukunft zu minimieren.

Die Forschungsergebnisse werden in den vietnamesischen Meeren Anwendung finden. (Foto: Viet Hoang/VNA)

Aus den Modellergebnissen erstellte das Forschungsteam Karten zur räumlichen und zeitlichen Verteilung der Wasserqualität, die dazu beitragen, Schwankungen zu überwachen und frühzeitig vor Verschmutzungsrisiken in der Ha Long Bucht zu warnen.

Diese Karten können im Wassermanagement eingesetzt werden, um den Umweltschutz zu unterstützen und eine nachhaltige Entwicklung von Küstengebieten zu fördern.

Bezüglich zukünftiger Forschungsrichtungen sagte Dr. Vu Anh Tuan, dass das Forschungsteam in der kommenden Zeit die Häufigkeit der Beobachtung und Probenahme erhöhen und KI weiter in die Satellitenbilddaten integrieren wolle, um die Genauigkeit der Berechnungsparameter zu verbessern.

Insbesondere die Ausweitung der Integration verschiedener Arten von Satellitendaten (derzeit hat das Team mit 3 Satellitentypen getestet) wird dazu beitragen, die Häufigkeit der Beobachtungen zu erhöhen und sich nicht nur auf 4 Wasserqualitätsparameter zu beschränken, sondern auf 5, 6 oder mehr erweitert werden können.

Eine der nächsten wichtigen Richtungen ist, dass die Gruppe diese Forschung in den gesamten vietnamesischen Meeren breitflächig anwenden wird.

Obwohl jedes Meeresgebiet seine eigenen Merkmale aufweist, können mit der gleichen Forschungsplattform und dem gleichen Rahmen die Berechnungsmethoden so angepasst werden, dass genaue und geeignete Ergebnisse erzielt werden.

Das übergeordnete Ziel des Teams ist die Einrichtung eines umfassenden Systems zur kontinuierlichen Überwachung und Steuerung der Meerwasserqualitätsparameter.

Das System wird den Planern wichtige Informationen liefern und rechtzeitig vor Wasserverschmutzung warnen, insbesondere vor den Auswirkungen auf die Aquakultur und andere maritime Wirtschaftssektoren.

Bei der Bewertung der Ergebnisse dieser Forschung sagte Associate Professor - Doctor Pham Quang Vinh, Mitglied des Acceptance Council der Vietnam Academy of Science and Technology, dass das Forschungsteam durch die Förderung der Anwendung von KI in der Wasserumweltforschung neue Algorithmen zur Verarbeitung von Fernerkundungsdaten in der Küstenwasserumweltforschung eingesetzt habe.

Dies ist ein typisches Beispiel für eine erfolgreiche wissenschaftliche Zusammenarbeit mit einer gemeinsamen Veröffentlichung beider Seiten in SCIE Q1 – einer hochrangigen internationalen Fachzeitschrift. Dadurch wird die wissenschaftliche Forschungskooperation zwischen Vietnam und Polen gefördert und neue Entwicklungsrichtungen für beide Länder eröffnet.

(TTXVN/Vietnam+)

Quelle: https://www.vietnamplus.vn/viet-nam-lan-dau-tien-ung-dung-ai-va-vien-tham-giam-sat-chat-luong-nuoc-bien-post1044935.vnp