KI-Wettbewerb fördert satellitengestützte Katastrophenkartierung

Vier Teams aus verschiedenen Ländern wurden für ihre bahnbrechende Arbeit bei der Nutzung künstlicher Intelligenz zur Erkennung von Erdbebenschäden aus dem Weltraum ausgezeichnet. Damit endete ein globaler Wettbewerb, der von der Europäischen Weltraumorganisation ESA in Zusammenarbeit mit der Internationalen Charta „Weltraum und Katastrophen“ – allgemein als „die Charta“ bezeichnet – organisiert wurde.

Bild: ESA

Die Gewinnerteams – TelePIX aus der Republik Korea, Datalayer aus Belgien, DisasterM3 aus Japan und Thales Services Numériques aus Frankreich – wurden kürzlich im Rahmen einer Zeremonie anlässlich der 54. Vorstandssitzung der Charta in Straßburg geehrt, wo die französische Weltraumagentur CNES für die nächsten sechs Monate die Leitung der Charta übernahm.

Die „AI for Earthquake Response Challenge“, die Teil der ESA Φ-lab Challenges-Initiative ist, kombinierte die operative Erfahrung der Charta mit dem Innovationsdrang des ESA Φ-lab und brachte 143 Teilnehmer aus 40 Ländern zusammen, um zu erforschen, wie weit künstliche Intelligenz bei der Automatisierung der Erkennung von Schäden nach Katastrophen aus dem Weltraum gehen kann.

Die Teilnehmer trainierten KI-Modelle, die in der Lage sind, zwischen beschädigten und unbeschädigten Gebäuden zu unterscheiden, und nutzten dafür einen der größten jemals für diesen Zweck zusammengestellten Datensätze zur Erdbeobachtung – mehr als 200 hochauflösende Bilder von fünf Erdbebenereignissen.

Philippe Bally, ESA-Vertreter der Charta, sagte: „Wenn ein Erdbeben eintritt, zählt jede Minute. Durch die beschleunigte Erstellung zuverlässiger Gebäudeschadenskarten aus Satellitendaten könnten diese Modelle eines Tages Rettungsteams dabei helfen, betroffene Gemeinden schneller zu erreichen.“

Eine globale Zusammenarbeit für eine schnellere Katastrophenhilfe

In der Erkenntnis, dass ein einzelner Betreiber oder Satellit die Anforderungen des Katastrophenmanagements nicht erfüllen kann, haben die ESA und das CNES 1999 die Internationale Charta „Weltraum und Katastrophen“ ins Leben gerufen. Im Jahr 2000 schloss sich die kanadische Weltraumagentur dieser Initiative an. Mittlerweile handelt es sich um eine Zusammenarbeit zwischen 17 Weltraumagenturen, die kostenlose Satellitenbilder zur Unterstützung der Katastrophenhilfe weltweit bereitstellen.

Im Rahmen eines sechsmonatigen Rotationssystems hat das CNES nun die Leitung übernommen und veranstaltet gemeinsam mit der ESA die letzte Sitzung des Charter-Vorstands und die Preisverleihung des KI-Wettbewerbs.

Der KI-Wettbewerb für Erdbebenhilfe wurde vom Φ-Lab der ESA zusammen mit einem Team aus der Industrie konzipiert und durchgeführt, das die Umgebung, die Tools und den Bewertungsrahmen für die Teilnehmer zur Entwicklung und Erprobung ihrer Modelle geschaffen hat.

Der im Wettbewerb verwendete Datensatz umfasste über 200 hochauflösende Bilder von fünf schweren Erdbeben und 13 Standorten – insgesamt 475 Gigabyte an Daten –, die aus den operativen Archiven der Charta stammen, einer globalen cloudbasierten Plattform, die von der ESA implementiert wurde und seit 2018 von einem Industriekonsortium aus Italien und Polen betrieben wird.

Diese stammen aus einer globalen virtuellen Konstellation von Satelliten, darunter Pleiades (CNES/Airbus), WorldView und GeoEye (USGS/Maxar), KOMPSAT-3 (KARI), Global (BlackSky) und Gaofen-2 (CNSA), was ihn zu einem der vielfältigsten Datensätze macht, die jemals für die KI-gesteuerte Kartierung von Schäden erstellt wurden.

Hinter den Kulissen spiegelte diese Initiative den Geist der internationalen Zusammenarbeit wider, der die Charta prägt. Das Luxembourg Institute of Science and Technology und ACRI-ST (Frankreich) koordinierten den Wettbewerb, übernahmen die wissenschaftliche Aufsicht und stellten die Qualität und Relevanz des Datensatzes sicher. Terradue (Italien), Entwickler des ESA Charter Mapper, ermöglichte den weltweiten Zugriff auf die Daten über das Earth Observation Training Data Lab des ESA Φ-Lab, wodurch alle Teams die gleichen Ausgangsbedingungen hatten.

Die Teilnehmer standen vor ähnlichen Herausforderungen wie bei realen Notfalleinsätzen: Multisensor-Bilder, variable Auflösungen, komplexe Co-Registrierung und extreme Klassenungleichgewichte – wie beispielsweise in Mandalay, Myanmar, wo nur 0,2 Prozent von fast einer halben Million Gebäuden beschädigt wurden.

Unter den Spitzenreitern zeichneten sich die europäischen Finalisten durch ihre innovativen Ansätze aus. Datalayer nutzte skalierbare, cloudbasierte Machine-Learning-Pipelines, um den riesigen Datensatz effizient zu verarbeiten, während Thales Services Numériques Deep-Learning- und vertrauenswürdige KI-Techniken aus der Luft- und Raumfahrt einsetzte, um strukturelle Schäden präzise zu lokalisieren.

Nächste Schritte

Als Betreiber der Pleiades-Konstellation und derzeitige federführende Agentur der Charta leitet das CNES nun die Bewertung nach dem Wettbewerb, um zu beurteilen, wie die leistungsstärksten KI-Modelle in operative Workflows zur Kartierung von Schäden integriert werden können.

Durch die Kombination des Experimentiergeistes des ESA Φ-Lab mit der humanitären Mission der Charta hat diese Initiative gezeigt, wie Weltraumdaten und KI Hand in Hand arbeiten können, um die schnelle Katastrophenhilfe zu verbessern – ein klares Beispiel für Innovation und internationale Zusammenarbeit.

Quelle (Englisch): https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/AI_challenge_advances_satellite-based_disaster_mapping