Verkehrsbedingte Schadstoffe sind seit langem eine Gefahr für die Bewohnerinnen und Bewohner von Städten. Allein durch Feinstaub sterben in Deutschland laut Umweltbundesamt jedes Jahr über 40.000 Menschen. Die Zahl der Neuerkrankungen geht in die Hundertausende. Das vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) geförderte Forschungsprojekt SAUBER zielt darauf, die Luftqualität in den Städten mit Hilfe Künstlicher Intelligenz deutlich zu verbessern.

Das Projekt SAUBER nutzt erstmals Satellitendaten, um einen flächendeckenden Überblick über die aktuelle und zu erwartende Luftqualität zu ermöglichen. „Indem wir Daten der Sentinel-Satelliten mit bodengestützten Daten verschneiden, können wir präzise und tagesaktuelle Informationen zur Schadstoffbelastung der Luft erlangen und Prognosen sowie Simulationen durchführen“, so Christian Gengenbach, Projektkoordinator und Mitarbeiter der Software AG. Die Ergebnisse sollen Kommunen und weiteren interessierten Akteuren zur Verfügung gestellt werden.

SAUBER bezieht die meisten seiner Daten vom europäischen Raumfahrtprogramm Copernicus. So erlauben es die Satelliten der jüngst gestarteten Missionen Sentinel-3 und Sentinel-5, Luftschadstoffe (z.B. Stickstoffdioxid, Feinstaub, Schwefeldioxid, Kohlenmonoxid) in einer bisher unerreichten Qualität und Auflösung vom Orbit aus zu erfassen. Auf einer Plattform werden alle Satellitendaten eingespielt, miteinander verschnitten und ausgewertet.

KI-gestützte Auswertung von Satellitenmessungen und zusätzlichen Daten

Damit verfügt das Forschungsprojekt über eine völlig neue Informationsgrundlage für die Stadt- bzw. Regionalentwicklung. Die Copernicus-Daten kamen hierfür bislang kaum zum Einsatz ‑ nicht zuletzt, weil ihre räumliche Auflösung zu groß ist. Um die Detailschärfe der Satellitendaten zu erhöhen, werden sie in dem Projekt mit weiteren Daten angereichert, u.a. mit Verkehrsdaten, Wetter- bzw. Klimadaten, Ergebnisse der lokalen Messstationen, Infrastrukturdaten oder Informationen zur Topografie bzw. Morphologie.   

Die Forschungsergebnisse sollen es ermöglichen, durch kurzfristige Maßnahmen ‑ etwa die umweltschonende Verkehrslenkung ‑ wie auch durch langfristige Planungen, etwa bei der Ausweisung von Flächen oder Verkehrswegen, die Luftqualität zielgenau und flächendeckend zu verbessern. SAUBER wird dabei nicht nur einen Überblick über die aktuelle Luftqualität bieten, sondern dank des Einsatzes Künstlicher Intelligenz auch Prognosen und Simulationen der zukünftigen Luftqualität. So lassen sich beispielsweise besonders stark betroffene bzw. gefährdete Gebiete im Vorhinein identifizieren und die drohende Luftverschmutzung durch proaktive Umplanungen oder Maßnahmen reduzieren.

Pilotregionen Stuttgart und Nordrhein-Westfalen

Das Projekt SAUBER ist Teil der Forschungsinitiative mFUND, die sich mit digitalen datenbasierten Anwendungen für die Mobilität 4.0 befasst. Projektpartner unter der Koordination der Software AG sind das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., das Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, die Geomer GmbH, die Hochschule Hof und das Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung in Dresden.

Begleitet wird das Projekt in der Umsetzung vom Amt für Umweltschutz der Landeshauptstadt Stuttgart. Aufgrund ihrer Kessellage ist die baden-württembergische Landeshauptstadt von Luftverschmutzung besonders stark betroffen. Weitere assoziierte Partner sind das Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen, das die Umsetzung aus Anwendersicht begleiten und gegebenenfalls mit geeigneten Umweltdaten unterstützen wird.