Büro für ökologische Studien und GIS-gestützte Datenauswertung
Roman HUGO & Roman FRICKE
15. Mainzer Arbeitstage des Landesamtes für Umwelt
Rheinland-Pfalz
Softwarebasierte Früherkennungssysteme
zur Prognose der
Abwanderungswahrscheinlichkeit von Blankaalen
Projektaktivitäten der Aalschutzinitiative Rheinland-Pfalz & innogy SE
nach TEGGERS-JUNGE, S. & L. KROLL, 2010
Projektaktivitäten der Aalschutzinitiative Rheinland-Pfalz & innogy SE
vom
Abwanderungsmodell zu
Früherkennungssystemen .
Dr. David Wendling
Modell zur Abwanderungsprognose der Blankaale in der Mosel
Projektaktivitäten der Aalschutzinitiative Rheinland-Pfalz & innogy SE
Grundlagenbetrachtung: abwanderungssteuernde und – abwanderungsbeeinflussende ASPEKTE
Grunddaten
1952 - 1962 1963 - 1973 1993 2008 - 2013 2011 - 2015
Wassertemperatur
Parameter-Kopplungsgruppe
Abfluss
Wasserstand Niederschlag Licht-/
Wasser-Trübung
Abflusstages-differenz
Mondphasen
Aalabwanderung
kausal - indikativ
Grundlagenbetrachtung: abwanderungssteuernde und – abwanderungsbeeinflussende ASPEKTE
Grundlagenbetrachtung: abwanderungssteuernde und – abwanderungsbeeinflussende ASPEKTE
potenzielle Blankaalabwanderung (%)
nach Wendling, D. (2017)
34,8 %
abnehmender Halbmond bis Neumond, ohne deutliche Abflusssteigerung
Daten Lehmen 1963 - 1973
Aalfänge in Lehmen zwischen
1952 und 1973
Grundlagenbetrachtung: Abwanderung – jahreszeitliche ASPEKTE
aus Wendling, D. (2017)
Dr. David Wendling
Modell zur Abwanderungsprognose der Blankaale in der Mosel
Methoden
FUZZY
CBR
KNN
Grunddatenmultivariate
Statistik
Q Abfluss ΔQ Abflussdifferenz MP Mondphasen WT Wassertemperatur I Index
hoch
mäßig gering
Abwanderungswahrscheinlichkeit
Prognose(n)
Methodenbetrachtung: drei Verfahren Anwendungshinweise nach Wendling, D. (2017)
FUZZY-Logik FUZZY
Case-Based-Reasoning CBR
Künstliche Neuronale Netzwerke KNN
Abfluss Abflussdifferenz
Mond-phase
(3) DQ cbm/s
Q cbm/s
Doppelspitzen Regenerationsfaktor
AW Abwanderungs-wahrscheinlichkeit
WT Wassertemperatur
FUZZY
FUZZY- Modell
If …. then …. else if …. then …. else if …. then …. else if …. then ….
Fuzzifizierung De-
Fuzzifizierung
Zugehörigkeitsfunktionen
R e g e l b a s i s
Prognose einer Abwanderung
unwahrscheinlich < 50%
möglich 50-70%
wahrscheinlich > 70%
neuer Fall
aktives Prognosemodell
aktives Aktualisierungsmodell
abgefragter Fall
Abfrage
Prüfung
gelöster Fall
vorgeschlagene Lösung
geprüfte Lösung
überarbeiteter Fall
Wissens-basis
Anpassung
erlernter Fall FÄLLE
FÄLLE FÄLLE
FÄLLE FÄLLE
Speicherung
CBR
Aale pro Reuse
KNN Kü
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Neu
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Mond-phase
(3) DQ cbm/s
Q cbm/s
Aale pro Reuse
Q DQ Mond
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hoch
Aale pro Reuse
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(3) DQ cbm/s
Q cbm/s
Aale pro Reuse
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Mond-phase
(3) DQ cbm/s
Q cbm/s
Aale pro Reuse
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Aale pro Reuse
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(3) DQ cbm/s
Q cbm/s
Aale pro Reuse
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Aale pro Reuse
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(3) DQ cbm/s
Q cbm/s
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Aale pro Reuse
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Aale pro Reuse
Mond-phase
(3) DQ cbm/s
Q cbm/s
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Aale pro Reuse
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hoch
Aale pro Reuse
Mond-phase
(3) DQ cbm/s
Q cbm/s
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Mond
DQ Aale pro Reuse
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gering
hoch
26 Aale pro Reuse
Mond-phase
(3) DQ cbm/s
Q cbm/s
25 Aale pro Reuse
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Q Mond
DQ
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gering
hoch
vollautomatisierter Datentransfer über
Internet-Datenbankserver upload-download vollautomatisierte Abwanderungsprognose
Software-Implementierung 2018
WEBSERVER
ASI DATA FLOW
11000 1 00110000
0000111 0000
00110000 0000111000 1
11 0000 0 101010001100
000
000110001100 0000111000 1
11 0000 0 101010001100
000
Datenauf-bereitung
11000 1 00110000 0000111 0000 0
101010001100000
00110000 0000111000 1 11 0000 0
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101010001100000
Landesamt für Umwelt Grunddaten
Tagesprognose Abwanderungs-
wahrscheinlichkeit KNN
CBR Fuzzy
KNN CBR
FUZZY
08.09.2018
08.09.2018
Problemfelder
fehlende Synchronisation der einzelnen Methoden
Bewertung der Ergebnisse
Abwanderung möglich
Abwanderung wahrscheinlich
Datum FUZZY CBR KNN Q Qdiff Mond
2018
Problemfelder
• Prognoseszenarien gelten ereignis- und (jahres-)zeitorientiert
Bewertung der Ergebnisse
FUZZY
CBR
KNN
In Phasen des abnehmenden Halbmondes und Neumondes, sollte im Methodenvergleich der Fuzzy-Prognose eine höhere Bedeutung beigemessen werden. In Jahren mit einer schwächeren Ausprägung der auslösenden Faktoren sind die Fuzzy-Prognosen am besten geeignet. Gegen Ende der Saison (zweite Novemberhälfte/Dezember) sind oft die Fuzzy-Prognosen etwas besser geeignet.
Am Anfang der Saison (den Monaten bis Ende Juli) liefern die CBR-Prognosen die besten Ergebnisse.
Sollte als Kontroll-Prognose für die beiden anderen Modelle oder bei „flacheren Verläufen“ verwendet werden.
nach Wendling, D. (2017)
Bewertung der Ergebnisse
Problemfelder
Prognosehäufigkeit Abwanderungsmeldung ohne Aalabwanderung
FUZZY
CBR
KNN Prognose ja, Abwanderung ja
Prognose ja, Abwanderung nein
Prognose nein, Abwanderung ja
Auswertung Lehmen 1963 - 1973
nach Wendling, D. (2017)
Bewertung der Ergebnisse
Problemfelder
Prognosehäufigkeit Abwanderungsmeldung ohne Aalabwanderung
Optimierung Grunddaten Methoden
Wassertemperatur
Parameter-Kopplungsgruppe
Abfluss
Wasserstand Niederschlag Licht-/
Wasser-Trübung
Abflusstages-differenz
Mondphasen
Aalabwanderung
kausal - indikativ
Optimierung: Grunddaten
Strömung Fliehbe-
schleunigung Lunarinitäts-
Index
Zeit Startzeit
Migration Lokalität
Datenbewertung Grundrauschen Bsp.: Gelbaal-Blankaal
Relative Gewässerbreite = Fläche des Gewässerabschnitts
Strecke des Gewässerabschnitts
Strömungsleistung ω in Anlehnung an Fergusen (1987)
DGM = digitales Geländemodell H1
H2
H1 = Höhe1 H2 = Höhe2
H1 – H2 Gefälle =
S_H1_H2
Strömungsleistung ω Probestelle mit Aalnachweis
Probestelle ohne Aalnachweis
Strömungsleistung ω
Abflusswerte im Längsverlauf
Probestelle mit Aalnachweis Probestelle ohne Aalnachweis
Modell zur Abwanderungsprognose der Blankaale in der Mosel
Früherkennungssystem zur Prognose der Blankaalabwanderung
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.
Foliennummer 1Foliennummer 2Foliennummer 3Foliennummer 4Foliennummer 5Foliennummer 6Foliennummer 7Foliennummer 8Foliennummer 9Foliennummer 10Foliennummer 11Foliennummer 12Foliennummer 13Foliennummer 14Foliennummer 15Foliennummer 16Foliennummer 17Foliennummer 18Foliennummer 19Foliennummer 20Foliennummer 21Foliennummer 22Foliennummer 23Foliennummer 24Foliennummer 25Foliennummer 26Foliennummer 27Foliennummer 28Foliennummer 29Foliennummer 30Foliennummer 31Foliennummer 32Foliennummer 33Foliennummer 34
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