KI erhöht die Zuverlässigkeit der globalen Hochwasserprognose zur Zuverlässigkeit

Die Menschen verlassen sich auf Google, um während Krisen verlässliche Informationen zu erhalten, um sich selbst und ihre Lieben zu schützen. Überschwemmungen, die häufigste Naturkatastrophe, betreffen fast 1,5 Milliarden Menschen – etwa 19 % der Weltbevölkerung –, die erheblichen Risiken durch schwere Überschwemmungen ausgesetzt sind. Überschwemmungen bedrohen nicht nur Leben, sondern verursachen auch jährlich weltweit wirtschaftliche Schäden in Höhe von etwa 50 Milliarden US-Dollar.

In der Geschichte war es aufgrund der Komplexität des Problems und des Mangels an notwendigen Ressourcen und Daten schwierig, Überschwemmungen großflächig präzise vorherzusagen. Da nur ein kleiner Bruchteil der Flüsse weltweit mit Pegelmessgeräten überwacht wird, stellte dies eine große Sicherheitsherausforderung dar, insbesondere für Menschen in Entwicklungsländern und unterversorgten Gemeinschaften.

In einem neuen Artikel, der in Nature veröffentlicht wurde, untersuchen wir, wie KI die Flutvorhersage revolutionieren kann und Gebiete erreicht, die am stärksten vom Klimawandel betroffen sind. Unsere Ergebnisse zeigen, dass KI uns geholfen hat, Flussüberschwemmungen bis zu 7 Tage im Voraus genauer vorherzusagen. Dadurch konnten wir Flutvorhersagen in 80 Ländern anbieten, die 460 Millionen Menschen abdecken. Diese Vorhersagen stellen wir, wo möglich, über Google Search, Google Maps und Android-Benachrichtigungen zur Verfügung.

Unser Forschungsblog geht tiefer auf den Artikel ein und zeigt, wie die KI-basierten globalen hydrologischen Technologien von Google Research die Flutvorhersage im Vergleich zu aktuellen Standards erheblich verbessern können. Dies ist besonders wichtig in Ländern mit begrenzten Flutdaten, da wir so die Vorhersage weltweit erweitern können. Frühwarnsysteme können die Zahl der Todesopfer drastisch reduzieren, und verlängerte Vorlaufzeiten sind für Gemeinschaften ein entscheidender Vorteil. Unsere Technologie hat die Zuverlässigkeit globaler Kurzfristvorhersagen von null auf durchschnittlich fünf Tage erweitert, und wir haben die Vorhersagen in Afrika und Asien mithilfe von KI auf das Niveau Europas angehoben.

Diese Informationen sind nun ein Werkzeug für Menschen, Gemeinschaften, Regierungen und Hilfsorganisationen, um präventive Maßnahmen zu ergreifen und gefährdete Bevölkerungsgruppen zu schützen. Es war kein einfacher Weg, insbesondere in Gebieten mit wenigen Daten und starken Flutauswirkungen. Mit der Veröffentlichung unseres neuesten Artikels lassen wir einige Schlüsselmomente in unserem Bestreben Revue passieren, KI für präzise Flussflutvorhersagen zu nutzen:

Unser erster Pilot in Indien hat uns eine wertvolle Lektion erteilt

Unsere Reise begann mit einem Pilotprojekt in der Region Patna in Indien. Bihar, wo Patna liegt, ist einer der am stärksten von Überschwemmungen betroffenen Bundesstaaten Indiens, in dem viele Einwohner der ständigen Bedrohung durch verheerende Überschwemmungen ausgesetzt sind. Wir haben mit lokalen Behörden zusammengearbeitet und Echtzeitdaten genutzt, um Flutvorhersagen zu entwickeln, die 2018 in Google Public Alerts integriert wurden.

Wir haben unsere Modelle mit einer Mischung aus historischen Ereignissen, Flusspegeln und Geländedaten gefüttert und Hunderttausende von Simulationen durchgeführt, um detaillierte Flussflutvorhersagen zu erstellen. Während diese Methode auf Präzision für bestimmte Orte abzielte, war unser ultimatives Ziel, die globale Herausforderung anzugehen. Wir glaubten, dass maschinelles Lernen die Flutvorhersage weltweit skalieren könnte.

Aufbau von Kooperationen mit der Forschungs- und Wissenschaftsgemeinschaft

Im Jahr 2019 haben wir unsere Flutvorhersageabdeckung um das Zwölffache erweitert und 800.000 Warnungen an Betroffene in gefährdeten Gebieten gesendet, während wir unsere Vorhersagetechnologie verbesserten. Als wir tiefer in das Potenzial des maschinellen Lernens eintauchten, begannen wir, mit akademischen Forschern zusammenzuarbeiten, um physikalisch basierte Flutsimulationen mit unseren KI-Methoden zu kombinieren.

Unsere Forschung und der Fortschritt mit Long Short-Term Memory-Netzwerken (LSTMs) für präzise Flutvorhersagen inspirierten uns, eine globale, durchgehende Flutvorhersageplattform zu entwickeln. Diese Plattform würde verlässliche Informationen liefern, selbst in Regionen ohne Flutpegel.

Flutvorhersage weiter ausgebaut, aber durch lokale Datenverfügbarkeit eingeschränkt

Aufbauend auf dem Erfolg unseres Indien-Pilotprojekts haben wir unsere Vorhersagen auf ganz Indien und Bangladesch ausgeweitet und 360 Millionen Menschen erreicht. Dank der Fortschritte unserer Technologie konnten wir Vorhersagen bis zu 48 Stunden im Voraus erstellen. Unsere Modelle waren jedoch auf lokale Flusspegeldaten angewiesen, was die Skalierung auf andere Länder erschwerte.

Der Wechsel zu einem globalen KI-basierten Flutvorhersagemodell und die Erweiterung auf über 80 Länder

In Anbetracht der Einschränkungen durch die Abhängigkeit von lokalen Daten und mit Fortschritten in der KI-Forschung sind wir zu einem globalen Modell übergegangen. Wir haben globale Datenquellen genutzt, um unsere LSTM-Netzwerke zu trainieren, mit dem Ziel, Fluten auch in Gebieten ohne lokale Flusspegeldaten vorherzusagen.

Im Jahr 2022 haben wir die Flood Hub-Plattform gestartet, die Vorhersagen in 20 Ländern – darunter 15 in Afrika – anbietet, wo die Vorhersage zuvor durch Datenmangel eingeschränkt war. Bis 2023 haben wir auf 60 weitere Länder in Afrika, dem asiatisch-pazifischen Raum, Europa sowie Süd- und Mittelamerika ausgeweitet und damit 460 Millionen Menschen abgedeckt. Nun sind Echtzeitvorhersagen auf dem Flood Hub für viele gefährdete Gemeinschaften in Entwicklungsländern frei zugänglich. Dank unseres globalen KI-basierten Modells ist der Zugang zu Flutvorhersagen in Afrika nun mit Europa vergleichbar.

Zusammenarbeit in Partnerschaft

Um Wissenschaft und Forschung voranzutreiben und dort einen echten Unterschied zu machen, wo es am dringendsten benötigt wird, wissen wir, dass die Zusammenarbeit mit Akademikern, lokalen Regierungen und internationalen Organisationen entscheidend ist.

Wir arbeiten mit internationalen Hilfsgruppen zusammen, um umsetzbare Flutvorhersagen bereitzustellen, und kooperieren mit der Weltmeteorologieorganisation (WMO), um Frühwarnsysteme zu unterstützen, insbesondere die Initiative Early Warnings for All, die bis 2027 allen Menschen Frühwarnungen vor Klimarisiken bieten soll. Wir untersuchen auch, wie KI reale Herausforderungen nationaler Flutvorhersagebehörden bewältigen kann.

Wir haben eng mit Akademikern und hydrologischen Organisationen durch jährliche Workshops und Initiativen wie unser Caravan-Projekt zusammengearbeitet, das bestehende Datensätze standardisiert und zusammenführt.

Unsere Reise ist noch lange nicht zu Ende

Da der Klimawandel sich verschärft, können Überschwemmungen unerwartet auftreten. Unser Ziel ist es, unsere Forschung und Technologie weiterhin zu nutzen, um unsere Abdeckung zu erweitern, andere flutbezogene Ereignisse wie Blitz- und Stadtüberschwemmungen vorherzusagen und zu untersuchen, wie KI breitere Herausforderungen der Klimaanpassung und Nachhaltigkeit angehen kann.