Berta Sándor
Mesterséges intelligencia jelzi előre a lavinákat
A kutatók egyre több adatot vesznek figyelembe.
A Svájci Lavinakutató Intézet - SLF kutatói már tavaly júniusban kifejlesztettek egy mesterséges intelligenciát alkalmazó számítógépes megoldást a lavinaveszély felmérésére. A rendszer tavaly tél óta van használatban. A teljesen adatvezérelt megközelítés olyan jól teljesített a regionális lavinaveszély szintjének automatikus előrejelzésében, mint egy tapasztalt lavina-előrejelző szakértő. Most a Tiroli Árvíz- és Lavinavédelem (WLV) és az Osztrák Szövetségi Erdészeti Kutatóközpont (BFW) Természeti Veszélyek Intézete egy nemzetközileg elismert eszközt alkotott meg a lavinaszimulációhoz. A fejlesztés új típusú információkkal látja el a tervezőket és ezzel jelentősen hozzájárul a természeti veszélyek elleni jövőbeni védelemhez.
Tirol tartományban évente átlagosan 2713 lavina érinti a települések területét, az élőhelyek és az infrastruktúra védelme ezért kiemelt prioritást élvez. A WLV 20 éve használ különböző modelleket, amelyek eredményeit azután beépítik a védelmi intézkedések és a veszélyzónák tervezésébe. Az elmúlt két évtizedben azonban nem csupán új tudományos eredmények születtek, hanem a technikai követelmények is fejlődtek. Ezért 2020-ban megkezdődött az új, AvaFrame nevű lavinamodell kidolgozása. Az AvaFrame első változata az év eleje óta áll rendelkezésre és annak segítségével a WLV szakemberei és külső lavinaszakértők még pontosabban és hatékonyabban tudják ábrázolni, hogyan alakulnak ki a lavinák és milyen hatásaik lehetnek.
Az AvaFrame 20 év lavinaszimulációs ismereteit tárolja és folyamatosan frissíthető a legújabb fejlesztésekkel. A különböző programmoduloknak köszönhetően a szimulációk továbbfejlesztése biztosított és a veszélyelemzés minősége folyamatosan javul. Lehetőség van továbbá a globális változásokhoz való dinamikus alkalmazkodásra, például arra, hogy a védőerdő hiánya hogyan hat a lavinára. A WLV különös hangsúlyt fektetett arra, hogy az AvaFrame nyílt forráskódú alkalmazásként van programozva. Ezzel a megközelítéssel a tudományos fejlesztés a kutatóközpontok számára is nyitott és a nemzetközi kutatásokhoz is van interfész. Emellett az alkalmazás felhasználható a természeti veszélyekkel foglalkozó szakemberek egyetemi képzésében, és így tudományosan is fejleszthető.
A nehéz friss hó már nem tud a lejtőn a talajhoz tapadni. Egy réteg elszakad, magával rántva a tömeget és végül akár 300 kilométer/órás sebességgel gurul a lakott völgy felé. Az, hogy ez mennyire lesz pusztító erejű, nem tudni. Az 1999-es galtüri lavina szintén ilyen sebességgel tartolt le mintegy 30 házat és tanyát. Közel 40 ember vesztette életét. E katasztrofális esemény óta sokat tettek a hófizika, a komplex lavina-előrejelzés és a védőszerkezetek tervezése terén. Az AvaFrame megalkotásakor a cél az volt, hogy megbízhatóbb kimutatásokat lehessen tenni arról, hogy a lavinák milyen messzire érhetnek el és milyen pusztító méreteket ölthetnek a házak és falvak számára. Ehhez az elmúlt 20 év lavinamodelljeit és különböző adatokat, például a hó mélységét és más jellemzőket adtak meg.
A szakemberek megkülönböztetnek hólavinát, laza havat, csúszós havat, por- és nedves hólavinát. A porlavina akár 300 kilométer/órás sebességgel is haladhat és egy egész településen károkat okozhat. Ilyen lavinatípus esetén egy ötfokozatú skálán 4-es és 5-ös figyelmeztetési fokozatot írnak ki. "A lavinák dinamikájával foglalkozunk, azaz azzal, hogy hogyan áramlanak, milyen pusztító erejűek és milyen messzire jutnak el. Az elsődleges cél egy operatív eszköz kifejlesztése a veszélyzónák tervezéséhez" - jelentette ki Jan-Thomas Fischer, a BFW Természeti Veszélyek Intézetének vezetője. A lavinamodellezés célja, hogy segítsen megvédeni egy emberi település területét a lavináktól. A 3D-s szimulációban a virtuális hó legördül a völgyben és megmutatja a lavinamozgást. Az eredményeket aztán a mérnökök felhasználhatják a lakóépületek tervezésénél.
"A másik alkalmazás az akciótervezés. A digitális eszközöket arra használjuk, hogy eldöntsük, mennyire hasznosak a lavinaakadályok, hol építsek gátat és az mekkora legyen. Azt is meg lehet vizsgálni, hogy egy védőerdő mennyire jól működik természetközeli megoldásként. Szintén fontos, hogy megkérdezzük, hogyan fog egy védelmi erdő fejlődni a jövőben. Az éghajlatváltozás fényében ez teljesen új jelentőséget kap" - magyarázta Fischer.
"Az Északi-sarkvidék hegyei és hóviszonyai teljesen másképp néznek ki, mint például Japánban. Itt különbségek vannak a magashegyi és az Alpok előterében lévő helyek között. Az éghajlat és a hó egyértelműen különbözik, az utóbbinak például más az állaga és más tulajdonságai vannak. Még egy lavina is más éghajlati viszonyoknak van kitéve Vorarlbergben vagy Bécs irányában, mint a Grossvenedigerben. Ez befolyásolja a lavina lefolyását. Az AvaFrame modellek az ilyen helyi körülményekhez és hőmérsékleti viszonyokhoz igazíthatók" - tette hozzá a szakértő.
Az AvaFrame alapvetően a házakra és falvakra veszélyt jelentő nagyon-nagyon nagy lavinákhoz készült. A jövőben azonban az eszköz kisebb lavinákra is alkalmazható lesz és így a veszélyzónák tervezésétől eltérő alkalmazásokhoz is hozzáadott értéket kínál. Ezáltal a szakemberek és mérnökök mellett a magánszemélyek is hasznát vehetik az innovációnak. Így például majd sítúrázók számára térképeket lehet készíteni, amelyek megmutatják, hol van lavinaterület.
A digitális eszköztár mellett elindult az AvaRange projekt is, amelyben a csapat szenzorok segítségével belelát a lavinákba. "Ez a projekt a modelleket és a szimulációs eszközöket is felhasználhatná például a betemetkezési helyek jobb előrejelzésére. Az érzékelők azt mérik, hogyan mozognak a lavinák a terepen. Ez azt is lehetővé teszi számunkra, hogy ellenőrizzük, mennyire jók a modelljeink, és hogyan lehet továbbfejleszteni őket" - emelte ki Fischer. Ezen túlmenően lehetőség nyílna annak vizsgálatára, hogy egy test milyen hatással van a lavinamozgásra és milyen szerepet játszik a mérete és alakja. A kutató szerint ezeket az adatokat egyrészt a szimulációkkal, másrészt a kísérleti terepen is össze lehetne hasonlítani.
A Svájci Lavinakutató Intézet - SLF kutatói már tavaly júniusban kifejlesztettek egy mesterséges intelligenciát alkalmazó számítógépes megoldást a lavinaveszély felmérésére. A rendszer tavaly tél óta van használatban. A teljesen adatvezérelt megközelítés olyan jól teljesített a regionális lavinaveszély szintjének automatikus előrejelzésében, mint egy tapasztalt lavina-előrejelző szakértő. Most a Tiroli Árvíz- és Lavinavédelem (WLV) és az Osztrák Szövetségi Erdészeti Kutatóközpont (BFW) Természeti Veszélyek Intézete egy nemzetközileg elismert eszközt alkotott meg a lavinaszimulációhoz. A fejlesztés új típusú információkkal látja el a tervezőket és ezzel jelentősen hozzájárul a természeti veszélyek elleni jövőbeni védelemhez.
Tirol tartományban évente átlagosan 2713 lavina érinti a települések területét, az élőhelyek és az infrastruktúra védelme ezért kiemelt prioritást élvez. A WLV 20 éve használ különböző modelleket, amelyek eredményeit azután beépítik a védelmi intézkedések és a veszélyzónák tervezésébe. Az elmúlt két évtizedben azonban nem csupán új tudományos eredmények születtek, hanem a technikai követelmények is fejlődtek. Ezért 2020-ban megkezdődött az új, AvaFrame nevű lavinamodell kidolgozása. Az AvaFrame első változata az év eleje óta áll rendelkezésre és annak segítségével a WLV szakemberei és külső lavinaszakértők még pontosabban és hatékonyabban tudják ábrázolni, hogyan alakulnak ki a lavinák és milyen hatásaik lehetnek.
Az AvaFrame 20 év lavinaszimulációs ismereteit tárolja és folyamatosan frissíthető a legújabb fejlesztésekkel. A különböző programmoduloknak köszönhetően a szimulációk továbbfejlesztése biztosított és a veszélyelemzés minősége folyamatosan javul. Lehetőség van továbbá a globális változásokhoz való dinamikus alkalmazkodásra, például arra, hogy a védőerdő hiánya hogyan hat a lavinára. A WLV különös hangsúlyt fektetett arra, hogy az AvaFrame nyílt forráskódú alkalmazásként van programozva. Ezzel a megközelítéssel a tudományos fejlesztés a kutatóközpontok számára is nyitott és a nemzetközi kutatásokhoz is van interfész. Emellett az alkalmazás felhasználható a természeti veszélyekkel foglalkozó szakemberek egyetemi képzésében, és így tudományosan is fejleszthető.
A nehéz friss hó már nem tud a lejtőn a talajhoz tapadni. Egy réteg elszakad, magával rántva a tömeget és végül akár 300 kilométer/órás sebességgel gurul a lakott völgy felé. Az, hogy ez mennyire lesz pusztító erejű, nem tudni. Az 1999-es galtüri lavina szintén ilyen sebességgel tartolt le mintegy 30 házat és tanyát. Közel 40 ember vesztette életét. E katasztrofális esemény óta sokat tettek a hófizika, a komplex lavina-előrejelzés és a védőszerkezetek tervezése terén. Az AvaFrame megalkotásakor a cél az volt, hogy megbízhatóbb kimutatásokat lehessen tenni arról, hogy a lavinák milyen messzire érhetnek el és milyen pusztító méreteket ölthetnek a házak és falvak számára. Ehhez az elmúlt 20 év lavinamodelljeit és különböző adatokat, például a hó mélységét és más jellemzőket adtak meg.
A szakemberek megkülönböztetnek hólavinát, laza havat, csúszós havat, por- és nedves hólavinát. A porlavina akár 300 kilométer/órás sebességgel is haladhat és egy egész településen károkat okozhat. Ilyen lavinatípus esetén egy ötfokozatú skálán 4-es és 5-ös figyelmeztetési fokozatot írnak ki. "A lavinák dinamikájával foglalkozunk, azaz azzal, hogy hogyan áramlanak, milyen pusztító erejűek és milyen messzire jutnak el. Az elsődleges cél egy operatív eszköz kifejlesztése a veszélyzónák tervezéséhez" - jelentette ki Jan-Thomas Fischer, a BFW Természeti Veszélyek Intézetének vezetője. A lavinamodellezés célja, hogy segítsen megvédeni egy emberi település területét a lavináktól. A 3D-s szimulációban a virtuális hó legördül a völgyben és megmutatja a lavinamozgást. Az eredményeket aztán a mérnökök felhasználhatják a lakóépületek tervezésénél.
"A másik alkalmazás az akciótervezés. A digitális eszközöket arra használjuk, hogy eldöntsük, mennyire hasznosak a lavinaakadályok, hol építsek gátat és az mekkora legyen. Azt is meg lehet vizsgálni, hogy egy védőerdő mennyire jól működik természetközeli megoldásként. Szintén fontos, hogy megkérdezzük, hogyan fog egy védelmi erdő fejlődni a jövőben. Az éghajlatváltozás fényében ez teljesen új jelentőséget kap" - magyarázta Fischer.
"Az Északi-sarkvidék hegyei és hóviszonyai teljesen másképp néznek ki, mint például Japánban. Itt különbségek vannak a magashegyi és az Alpok előterében lévő helyek között. Az éghajlat és a hó egyértelműen különbözik, az utóbbinak például más az állaga és más tulajdonságai vannak. Még egy lavina is más éghajlati viszonyoknak van kitéve Vorarlbergben vagy Bécs irányában, mint a Grossvenedigerben. Ez befolyásolja a lavina lefolyását. Az AvaFrame modellek az ilyen helyi körülményekhez és hőmérsékleti viszonyokhoz igazíthatók" - tette hozzá a szakértő.
Az AvaFrame alapvetően a házakra és falvakra veszélyt jelentő nagyon-nagyon nagy lavinákhoz készült. A jövőben azonban az eszköz kisebb lavinákra is alkalmazható lesz és így a veszélyzónák tervezésétől eltérő alkalmazásokhoz is hozzáadott értéket kínál. Ezáltal a szakemberek és mérnökök mellett a magánszemélyek is hasznát vehetik az innovációnak. Így például majd sítúrázók számára térképeket lehet készíteni, amelyek megmutatják, hol van lavinaterület.
A digitális eszköztár mellett elindult az AvaRange projekt is, amelyben a csapat szenzorok segítségével belelát a lavinákba. "Ez a projekt a modelleket és a szimulációs eszközöket is felhasználhatná például a betemetkezési helyek jobb előrejelzésére. Az érzékelők azt mérik, hogyan mozognak a lavinák a terepen. Ez azt is lehetővé teszi számunkra, hogy ellenőrizzük, mennyire jók a modelljeink, és hogyan lehet továbbfejleszteni őket" - emelte ki Fischer. Ezen túlmenően lehetőség nyílna annak vizsgálatára, hogy egy test milyen hatással van a lavinamozgásra és milyen szerepet játszik a mérete és alakja. A kutató szerint ezeket az adatokat egyrészt a szimulációkkal, másrészt a kísérleti terepen is össze lehetne hasonlítani.