
In Zusammenarbeit mit dem IKRK haben Wissenschaftler der EPFL und der ETHZ ein Programm entwickelt, das es ermöglicht, die Bevölkerungsdichte auf der Grundlage einer groben Schätzung auf regionaler Ebene mit bisher unerreichter Genauigkeit zu kennen.
Ob Krise, Konflikt oder Wiederaufbau - die große Mehrheit der Länder, in denen das Internationale Komitee vom Roten Kreuz (IKRK) tätig ist, verfügt über keine aktuellen Volkszählungen. Das Wachstum der Städte und die manchmal galoppierende Demografie machen die Zahlen schnell unbrauchbar. Doch wenn es darum geht, ein Wassernetz zu sanieren, lebensnotwendige Lebensmittel zu verteilen oder die Relevanz eines Präventionsprogramms zu bewerten, kann die Kenntnis der Anzahl der Menschen in dem betreffenden Gebiet die Effizienz steigern. Wissenschaftler der EPFL und der ETHZ haben in enger Zusammenarbeit mit dem IKRK und der Bin Khalifa Unversity in Katar ein Programm für künstliche Intelligenz entwickelt, das eine Vielzahl öffentlicher Fernerkundungsdaten wie die Anzahl der Gebäude, ihre durchschnittliche Größe, die Dichte des Straßennetzes in der Nähe und die Anzahl der Nachtlichter integriert und gewichtet. Das Pomelo genannte Tool wurde in mehreren afrikanischen Ländern erfolgreich getestet und ermöglicht eine bisher unerreichte Genauigkeit bei der Schätzung von Flächen, die so klein wie ein Hektar sind. Es wurde kürzlich in Scientific Reports veröffentlicht.
Hektargenaue Genauigkeit
Es wurden verschiedene Methoden entwickelt, aber keine ist geeignet, um genaue Schätzungen für humanitäre Zwecke, Stadtplanung oder Umweltmonitoring zu erhalten. Entweder werden die Zahlen durch Extrapolation einer genauen, aber lokalen Zählung auf ein größeres Gebiet gewonnen, oder sie werden aus Bildern von Drohnen, Satelliten oder anderen frei zugänglichen Geodatensätzen für sehr große Gebiete abgeleitet und dann für lokalere Schätzungen nach verschiedenen Kriterien disaggregiert. Das IKRK verwendet derzeit ein Tool, das auf dem Fußabdruck von Gebäuden am Boden basiert. "Es berücksichtigt jedoch keine anderen Daten, wie z. B. die Nutzung der Gebäude, da die Anforderungen für Industrie-, Verwaltungs- und Wohngebiete sehr unterschiedlich sind", sagt Thao Ton-That Whelan, Projektmanagerin beim IKRK. "Andere Programme, die auf künstlicher Intelligenz basieren, benötigen alle eine genaue Zählung, um mit dem Lernen zu beginnen, und verfeinern diese dann mit anderen Daten. Wir brauchen nur eine grobe Schätzung der Bevölkerung auf regionaler Ebene", bemerkt Devis Tuia, Professor am Laboratoire de science computationnelle pour l’environnement et l’observation de la Terre der EPFL.
Die Idee des Pomelo-Projekts, das Teil der Initiative "Engineering Humanitarian Action" ist, einer Partnerschaft zwischen der EPFL, der ETHZ und dem IKRK, um innovative Technologien und wissenschaftliches Fachwissen in den Dienst von Menschen in Not zu stellen, bestand also darin, eine künstliche Intelligenz zu entwickeln, die in der Lage ist, genaue Zahlen für punktuelle Gebiete von einem Hektar, also einem Quadrat mit einer Seitenlänge von 100 Metern, zu liefern. Das Geheimnis ihrer Genauigkeit liegt in ihrer Fähigkeit, eine Vielzahl von öffentlichen Datenquellen optimal zu nutzen: z. B. die Anzahl und Größe von Gebäuden, die Dichte des Straßennetzes, das Verhältnis zwischen bewaldeten und bebauten Flächen, Bilder von nächtlicher Beleuchtung und Darstellungen des Straßennetzes.
Pomelo für Tansania, Sambia und Mosambik getestet
Pomelo kann auf der Grundlage von frei zugänglichen Daten die dort lebende Bevölkerung in Bezug auf die wahrscheinliche Nutzung eines Gebäudes schätzen. "Wir wissen zum Beispiel, dass in Stadtzentren höher gebaut wird als in Vororten, dass sich dort, wo es am hellsten ist, mehr Menschen aufhalten, etc. Das gibt uns Zugang zu einer feineren Schätzung der Bevölkerungsdichte", betont Devis Tuia. "Ursprünglich wollten wir Daten aus sozialen Netzwerken nutzen, aber wir haben schnell festgestellt, dass deren Nutzung in Krisenländern nicht ausreichend verbreitet ist, insbesondere für ländliche Gebiete".
Die Forscherinnen und Forscher testeten ihr System mit Daten aus mehreren afrikanischen Nationen, darunter Tansania, Sambia und Mosambik, Länder, in denen auch das IKRK aktiv ist. Sie erstellten eine Reihe digitaler Karten, die Schätzungen der Bevölkerungsdichte pro Hektar zeigten, und verglichen sie mit Schätzungen aus anderen Programmen. Das junge Pomelo war viel besser als seine Konkurrenten, nicht nur in seinem Zielgebiet von einem Hektar, sondern auch in größeren Maßstäben und bei gröberen Schätzungen, selbst wenn die Dichte gering ist (1000 bis 2000 Einwohner).
"Diese Partnerschaft eröffnet uns den Zugang zu einer Spitzentechnologie, für die wir beim IKRK nicht unbedingt die Zeit oder die Kapazitäten haben, um sie zu erforschen", erklärt Thao Ton-That Whelan, der glaubt, dass dieses Tool eine echte Planungshilfe sein wird. "Es gibt natürlich Grenzen, zum Beispiel bei schnellen Bevölkerungsverschiebungen. Ob Gebäude leer stehen, können wir nur wissen, wenn wir Leute vor Ort haben. Aber wir haben auf jeden Fall Teams vor Ort, die uns diese Art von Informationen liefern können". Eine Anwendung, die auch von Nicht-Spezialisten leicht bedient werden kann, werden die Wissenschaftler bis April anbieten.
ReferenzenIn Scientific reports erschienener Artikel: "Fine-grained population mapping from coarse census counts and open geodata".