Pilotprojekt in Wuppertal: Wenn KI die Bäume gießt

Wenn Bäume berichten könnten, wie sie unter der Hitze und der Trockenheit leiden, gäbe es wohl allerorts ein großes Wehklagen. So aber müssen die Mitarbeiter der städtischen Grünflächen- und Forstämter selbst entscheiden, wie groß im Einzelfall der Trockenstress ist und wann gehandelt werden muss. In Wuppertal ist man schon deutlich weiter: Dort errechnet in einem bundesweiten Pilotprojekt demnächst Künstliche Intelligenz (KI), welcher Baum wie viel Wasser benötigt. „Wir wollen Stadtplanung so verändern, dass sie effizienter ist“, sagt Projektleiterin Christine Pohl, „und dass wir die Stadt künftig mit besseren Entscheidungen lebenswerter gestalten können.“

„DigiTal Zwilling“ heißt das Projekt, bei dem vereinfacht gesagt ein digitales Abbild der Stadt geschaffen wird, aber sozusagen lebendig, also in vielen Fällen in Echtzeit ablesbar. „Eine Stadt ist ja, wenn man so will, ein sich ständig veränderndes Ökosystem“, sagt Pohl. Dazu gehörten neben der Vegetation beispielsweise auch die aktuelle Verkehrssituation oder straßengenaue Angaben über Hochwasserrisiken. Durch das Übereinanderlegen der Daten ließen sich dann Rückschlüsse ziehen. Alles das mache der digitale Zwilling transparent und für die Bürger nachvollziehbar, weil öffentlich zugänglich. Pohl: „Abgesehen natürlich von kritischer Infrastruktur oder Daten, die Einzelpersonen betreffen.“

Eine derartige Vermessung einer Stadt fördert fast zwangsläufig bislang ungeahnte Erkenntnisse zutage. Im Fall der städtischen Bäume etwa zunächst mal eine überwältigende Zahl: Mehr als 1,4 Millionen Bäume stehen auf dem Wuppertaler Stadtgebiet, zuvor waren im Straßenbaumkataster nur rund 30.000 Straßenbäume händisch dokumentiert, weil diese der Sicherungspflicht unterliegen. Ermittelt wurde die neue Zahl durch die Auswertung von Luft- und Satellitenbildern aus dem Erdbeobachtungsprogramm Copernicus. Durch spezielles Training ist die KI in der Lage, auf diesen Bildern Baumkronen von anderen Objekten zu unterscheiden.

Nicht nur das: Auf Basis der Baumkronenflächen lässt sich auch die Baumart bestimmen. „Wir wissen jetzt, wo die Bäume stehen, wir wissen, was es für Bäume sind und wir wissen, welche Form die Bäume haben“, sagt Pohl. Das etwa sei wichtig, um Aussagen darüber zu treffen, wieviel Schatten ein Baum spendet, was sich wiederum auf das Stadtklima auswirken kann. Noch entscheidender aber sind Erkenntnisse über die Vitalität der Bäume. Buchen etwa würden mit dem Klimawandel nicht gut zurechtkommen und durch widerstandsfähigere Baumarten ersetzt, um weiterhin belaubte und schattenspendende Bäume in der Stadt zu haben.

Für die Vitalität der Bäume ist der Wassergehalt ein entscheidender Faktor. Dazu greift das Projekt auf eine Echtzeitsensorik zurück, die mit über im Boden des gesamten Stadtgebiets in unterschiedlichen Tiefen verteilten Sensoren die Bodenfeuchte und die Wasserverfügbarkeit misst. Zudem wurden schon zuvor Bodenfeuchtesensoren an Jungbäumen in der Innenstadt angebracht, um deren Wachstum zu überwachen. „Solche Bäume, die oft auf komplett versiegelten Flächen stehen, haben nicht viel Raum für ihre Wurzeln und sind sehr empfindlich“, erklärt Pohl. Deshalb sei es wichtig zu wissen, ob sie gewässert werden müssen oder ob sie alleine klarkommen.

Wichtig bei der Bodenfeuchte ist dabei der Zeitfaktor, also die Entwicklung über Monate hinweg, um für kommende Trockenperioden gewappnet zu sein. So könne man schon vorausschauend dort wässern, wo es perspektivisch kritisch werde – ein wichtiger Faktor, um sparsam mit der kostbaren Ressource Wasser umzugehen. Bislang wurde in anhaltenden Trockenperioden meist auf Verdacht gewässert. Auf der anderen Seite ließen sich auch potenzielle Risikofaktoren aus den Messwerten ablesen, nämlich, wenn der Boden gesättigt sei und kein weiteres Wasser mehr aufnehmen könne. Damit erhöhe sich die Gefahr von Überflutungen. „Unsere Vision ist es, künftig bei Hochwasser solche genauen Risikovorhersagen treffen zu können, damit niemand in Gefahr gerät“, sagt Pohl.

Noch ist das Projekt aber nicht komplett abgeschlossen, lassen sich bislang nur begrenzt Rückschlüsse ziehen. Die Sensoren seien im Boden, sagt Pohl, das Messnetzwerk damit fast komplett, aber nicht aktiv geschaltet. Vor-Ort-Messungen könne man einsehen, es existiere aber noch keine komplette Bodenfeuchtekarte. Was noch fehle, sei eine Verbindung mit den Satellitendaten, um wirklich flächendeckend die Situation im Boden und bei den Bäumen zu verknüpfen. Wichtig sei das auch deshalb, weil man erst dann zeitliche Entwicklungen ablesen und daraus Handlungsempfehlungen ableiten könne. Wobei sich schon jetzt Konsequenzen aus den neuen Daten ergeben hätten. So habe das Grünflächenamt angesichts des überwältigenden Baumbestands neue Baumkontrolleure bekommen, sagt Pohl. Und man könne die vorhandenen Ressourcen etwa beim Beschnitt effizienter einsetzen, weil man nun genau wisse, welcher Baum wo stehe und wie es ihm gehe.