Unsere Initiative "Anwendungslabor für Künstliche Intelligenz und Big Data"

Künstliche Intelligenz kann uns dabei unterstützen, mehr und präzisere Daten zur Umweltbeobachtung zusammenzuführen und auszuwerten. Mit diesen Daten können wir den Einfluss des Menschen auf Natur und Umwelt besser verstehen, indem wir mit KI und Big-Data-Analysen genauere Einblicke in unser planetares Erdsystem gewinnen. Aber auch bei aufwendigen Recherchen oder der Bewertung komplexer Daten zum Beispiel zum Energieverbrauch, zu Treibhausgasemissionen oder dem Konsumverhalten kann der Einsatz von Künstlicher Intelligenz helfen, Prozesse auf Behördenseite zu beschleunigen und ein ganzheitliches Umweltverständnis zu fördern. Dieses Potenzial nutzen wir für ein vorausschauendes und zielgerichtetes Handeln in der Umweltpolitik. Das Anwendungslabor KI und Big Data (kurz: KI-Lab) entwickelt hierfür künftig konkrete Anwendungen, die die vielfältige Arbeit des Umweltressorts verbessert – von Arten- bis Strahlenschutz, von Kreislaufwirtschaft bis zur Klimawandelanpassung. Das KI-Lab unterstützt dabei, bestehende Analyseverfahren zu optimieren beziehungsweise zu automatisieren und leistet einen wichtigen Beitrag für den Umwelt- und Klimaschutz. So schaffen wir die Grundlage für eine effizientere und effektivere datenbasierte Umweltpolitik.

Das KI-Lab entwickelt Lösungen für die energie- und ressourcenschonende Nutzung sowie den nachhaltigen Betrieb von KI- und Big-Data-Anwendungen für das gesamte Umwelt-Ressort. Neben der Nutzbarmachung etablierter datenwissenschaftlicher Technologien und Methoden werden in Kooperation mit den Geschäftsbereichsbehörden eigene Entwicklungen von Umwelt- und Nachhaltigkeitsanwendungen im KI-Lab umgesetzt und evaluiert. Ziel ist es, heterogene, komplexe und bisher nur schwer zugängliche Datenbestände mittels datenwissenschaftlicher Methoden und Technologien besser in Wert setzen zu können, um so die Sichtung und skalenübergreifende Analyse komplexer Umweltdaten zu vereinfachen und über Disziplingrenzen hinweg operabel zu machen. Dabei unterstützen wir die Fachseite im Aufbau eigener Kompetenzen im Bereich KI und Big Data und versuchen langfristig, die Befähigung und Akzeptanz zur Verwendung datenwissenschaftlicher Analysemethoden noch weiter zu verbessern.

In der Aufbauphase werden gemeinsam mit den Geschäftsbereichsbehörden im Rahmen von Methodenworkshops konkrete Anwendungsfälle ("Use Cases") identifiziert, um bedarfsbezogen den Einsatz von KI- und Big-Data-Methoden im Kontext der behördlichen Umweltüberwachung zu erproben und zu evaluieren. So sollen anwendungsreife Prototypen entwickelt werden, die zum Beispiel dabei helfen, komplexe und räumlich sowie zeitlich verteilte Umweltdaten besser analysieren, miteinander verschneiden und verstehen zu können. Dadurch kann eine ganzheitliche Betrachtung von zum Beispiel Luftqualitätsdaten, Gammaspektren oder Schadstoffkonzentrationen in Flüssen ermöglicht werden. So unterschiedlich wie die Themenfelder im Umweltressort, so unterschiedlich sind auch die Anwendungsfälle, die im KI-Lab zur Erprobung kommen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf der Umsetzbarkeit im Behördenalltag, das KI-Lab setzt daher auf eine engmaschige Begleitung der Entwicklungsvorhaben unter Einbeziehung der Fachseite und anderer Expertinnen und Experten, frühe Erprobungsversuche und eine offene Fehlerkultur bei der iterativen Bearbeitung der jeweiligen Pilotanwendungen.

Die im KI-Lab entwickelten Erkenntnisse sollen im Sinne einer offenen Innovationskultur und der nachhaltigen Nutzung und Verwertbarkeit, zugänglich gemacht werden. Neben den Entwicklungen und der Umsetzung von Pilotanwendungen, soll das Anwendungslabor für Künstliche Intelligenz und Big Data eine Anlaufstelle für Expertinnen und Experten aus dem Umweltressort sein, die auf der Suche nach fachlicher Unterstützung, geeigneten Hilfsmitteln oder der nötigen Schnittstelle zur Umsetzung ihrer fachlichen Probleme sind. Dazu gehören auch die Initiierung und Umsetzung von Kooperationsprojekten mit wissenschaftlichen Akteuren sowie die Stärkung der wissenschaftlichen Vernetzung. Als Innovationstreiber im Umweltressort und als zentraler Kompetenzknoten soll das Thema KI und deren nachhaltige Nutzung im Umweltressort und darüber hinaus gefördert werden, dazu gehört neben dem Wissenstransfer der Austausch und der technologische Diskurs zu Best Practice.

Mithilfe von projektbegleitenden Methodenworkshops verfolgt das KI-Lab eine ganzheitliche Strategie zum Kompetenzaufbau im gesamten Umweltressort und dezidierten Entwicklung passfähiger KI-Anwendungen. Dazu gehören sowohl die Bereitstellung von Technologien, Methoden und Architekturen zur Datenanalyse als auch technische Lösungen zur besseren Verfügbarmachung von Daten aus der Umweltüberwachung, zum Beispiel zur Sichtung großer Textmengen.

Im Sinne einer innovations- und kreativitätsfördernden Arbeitsweise gibt es offene Formate, in denen die Entwicklungsvorhaben systematisch unter Verwendung von Methoden des Design Thinkings gemeinsam mit der Bedarfsseite bearbeitet werden und sich auch Teilnehmende ohne unmittelbaren Projekt- oder Themenbezug als Freiwillige aktiv einbringen können. Das KI-Lab leistet damit einen Beitrag zur institutionellen Transformation, Verwaltungsmodernisierung und Anpassungsfähigkeit des Umweltressorts.

Die Implementierung des Anwendungslabors für Künstliche Intelligenz und Big Data ist eine Initiative des Fünf-Punkte-Programms "Künstliche Intelligenz für Umwelt und Klima", mit dem das BMUV die nachhaltige Gestaltung von KI und die Nutzung ihrer Chancen zugunsten von Klima und Umwelt fördert. Das Umweltbundesamt setzt die Initiative administrativ und fachlich im Auftrag des Bundesumweltministeriums um.