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Nachhaltige Forstwirtschaft: Damit der Waldweg per App um Hilfe rufen kann

  • Eine Frau hält einen schwarzen Laptop in einem Wald. Sie steht auf einem Weg, umgeben von Bäumen und Grünflächen. Die Frau trägt einen blauen Pullover und ein graues Kleid. Sie lächelt und blickt in die Kamera. © Hochschule Anhalt

Einschreiten, bevor Schäden entstehen: Ein Warnsystem für Waldwege würde die Forstwirtschaft ein Stück nachhaltiger machen. Künstliche Intelligenz als Herzstück einer App könnte dabei helfen. Sidney Kluge hat mit ihrer Masterarbeit im Studiengang Data Science dafür eine wichtige Frage geklärt.

Im Wald war Sidney Kluge während ihrer Masterarbeit nie, obwohl er eine zentrale Rolle spielte. Dafür verbrachte sie viel Zeit vor dem Computer – mit der Aufbereitung von Daten und Eingaben wie diesen: Information 1: Forstweg-Koordinaten 53.517181,13.376935. Information 2: unbefahrbar. Information 3: 15.2.2017. Information 4: Wetterdaten der vergangenen 3 Tage. Befehl: Berechne den Zustand des Waldwegs für den kommenden Monat. Das ist eines von vielen Beispielen, mit denen sie ein »Modell trainiert« hat. Das heißt: Aufgaben werden nach einem bestimmten Verfahren computergestützt gelöst. Weil die Daten aus der Vergangenheit stammen, ist das Ergebnis des Befehls bekannt: etwa »Weg ist aufgeweicht und muss befestigt werden« wie aus dem Beispiel in Sidney Kluges Masterarbeit. Damit konnte sie überprüfen: Liegt auch das Modell richtig?

Masterarbeit in Kooperation mit dem Fraunhofer IFF

»Das war im Grunde die zentrale Aufgabe meiner Masterarbeit: Können anhand der vorliegenden Daten mit Hilfe von Methoden des Maschinellen Lernens zuverlässige Aussagen zum Zustand der Waldwege getroffen werden«, erklärt Sidney Kluge ihren Beitrag zum Projekt »Intelliway«. Darin forscht das Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg an einer Möglichkeit, forstwirtschaftlich genutzte Wege automatisiert statt händisch zu kontrollieren. Damit könnten erhebliche Ressourcen eingespart und CO2-Emissionen vermieden werden. Es ist eines von mehreren Projekten, über das die Hochschule Anhalt mit anderen Forschungseinrichtungen kooperiert – und interessante Themen für Masterarbeiten anbieten kann.

Mit Maschinellem Lernen den Zustand von Waldwegen erkennen?

»Besonders der hohe Praxisanteil, der Mehrwert und der Bezug zur Nachhaltigkeit haben mich an dem Thema interessiert«, erklärt Sidney Kluge. Für ihre Berechnungen musste sie zum Teil nach Magdeburg in das Fraunhofer IFF fahren, da dort die Infrastruktur zur Verarbeitung der Daten eingerichtet wurde. Hier stellte sich auch heraus: Obwohl sie bereits tausende, über Jahre gesammelte Daten aus einem Thüringer Forstbetrieb zur Verfügung hatte, reichten sie noch nicht, um sie mit Methoden des Maschinellen Lernens auszuwerten. »Auch wenn mein Modell schon sehr präzise Aussagen treffen konnte, werden wir dafür noch mehr und genauere Daten benötigen, etwa zu den Wegen selbst«, erklärt sie. Aber: »Ich konnte zeigen, wie ein solches Modell aussehen könnte und welche Faktoren unbedingt einbezogen werden müssen«, ergänzt die heute 27-Jährige, die ihr Masterstudium am Fachbereich Informatik und Sprachen inzwischen abgeschlossen hat.

Nächste Station: intoMINT

Sollten zukünftig Verantwortliche aus der Forstwirtschaft oder Waldbesitzerinnen und Waldbesitzer per App erfragen können, wie der Zustand eines bestimmten Waldweges ist und ob sie ihn ausbessern müssen, wird darin wahrscheinlich auch ein Stück ihrer Masterarbeit stecken. »Und natürlich war der Lerneffekt – gerade in Zusammenarbeit mit den Fraunhofer-Forscherinnen und Forschern – für mich riesig«, sagt sie mit Blick auf ihre aktuelle Tätigkeit als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fachbereich Informatik und Sprachen der Hochschule Anhalt, für die sie gern in Köthen geblieben ist. Ihre neue Aufgabe: eine App, die Schülerinnen und Schülern spielerisch für Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik begeistern soll – kurz: intoMINT.

Besonders der hohe Praxisanteil, der Mehrwert und der Bezug zur Nachhaltigkeit haben mich an dem Thema interessiert.

Sidney Kluge

Big Data für Nachhaltigkeit und Biodiversität

»Die Qualität der Datenbasis ist oft der entscheidende Faktor beim Training intelligenter Modelle«, sagt Professorin Korinna Bade vom Fachbereich Informatik und Sprachen der Hochschule Anhalt. Sie hat die Abschlussarbeit von Sidney Kluge gemeinsam mit Dr. Katharina Holstein betreut. »Für die wenigsten aktuellen Data-Science-Projekte liegen Informationen lückenlos und entsprechend aufbereitet vor, um daraus eine automatische Anwendung per Knopfdruck zu entwickeln«, ergänzt Dr. Katharina Holstein, um nicht zuletzt den weltweiten Daten-Hunger zu erklären. »Dabei wissen wir, dass es funktioniert. Etwa bei den sehr gut überwachten Autobahnen, für die bereits KI genutzt wird, um vor Schäden frühzeitig zu warnen«, so Holstein, die ihr Wissen zum »Maschinellen Lernen« und zu »Künstlicher Intelligenz« derzeit auch in die Entwicklung des Studiengangs AI Engineering einbringt. Er soll das bestehende Studienangebot an der Hochschule Anhalt ergänzen und zukünftig vor allem Landwirtinnen und Landwirte an neue Technologien heranführen. Dr. Katharina Holstein: »Data Science ist aufwendig und deshalb brauchen wir neben der Forschung auch Bildungsprojekte, um in noch mehr Bereichen präziser und damit nachhaltiger wirtschaften zu können.«