Dansk software skal varsle oversvømmelser
It-forskere fra Aarhus Universitet har udviklet et nyt softwaresystem, der kan forudse, hvilke områder i Danmark, der vil blive ramt af oversvømmelser.

I takt med at den globale opvarmning sætter ind, vil voldsomme oversvømmelser i Danmark blive en realitet, advarer klimaforskere. (Foto: Colourbox)

Det kom fuldstændigt bag på Greve kommune, da den i sommeren 2007 blev oversvømmet efter flere dages intense regnskyl. Hele bydele stod under vand, og udbedring af vandskaderne kostede svimlende høje summer.

Så voldsomme oversvømmelser hører stadig til sjældenhederne i Danmark, men alt tyder på, at de bliver hyppige, når den globale opvarmning for alvor sætter ind. Alle beregninger viser, at klimaet vil blive mere ekstremt med intense regnvejrsperioder afløst af længerevarende tørke.

For at ruste kommunerne til at kunne takle oversvømmelserne, har it-forskere fra bl.a. Datalogisk Institut, Aarhus Universitet udviklet en ny banebrydende computersoftware, kaldet TerraSTREAM, der beregner præcis hvor vandet flyder hen.

Når havene stiger, eller himlen åbner for sine sluser, kan softwaren gennemskue, hvordan vandet strømmer igennem landskabet, helt ned til felter, der kun er en meter på hvert led.

»Det er tvingende nødvendigt at kunne lave detaljerede oversvømmelsesmodeller. Hvis myndighederne skal have en chance for at bekæmpe en oversvømmelse, skal de vide nøjagtigt, hvor det bliver vådt. Vores software kan beregne dette for hele Danmark på én gang, og det er der, så vidt jeg ved ingen andre, der kan,« siger professor Lars Arge fra Datalogisk Institut, Aarhus Universitet. Han leder forskningscentret 'Center for Massive Data Algorithmic' (MADALGO) hvor softwaren er udviklet med støtte fra Det Strategiske Forskningsråd.

En overflod af data

Den nye software laver oversvømmelsesmodeller ved at regne på uhyre detaljerede højdemålinger af Danmark, som man har opnået ved at skyde lasere ned mod jordens overflade fra fly.

Laserscanningerne blev indført for få år siden, fordi de oprindelige højdemålinger med radar ikke var præcise nok. Men paradoksalt nok har man indtil i dag ikke rigtigt været i stand til at analysere de enorme datamængder, som laserne producerer.

Da laserne typisk laver målinger for hver halvanden meter, udvikler de uhyrlige mængder data i størrelsesordenen 1000.000.000.000 bytes, og det ligger langt uden for, hvad de eksisterende softwaresystemer kan håndtere.

»Staten har købt det enorme datasæt og har sendt dem ud til kommuner og styrelser. Men hidtil har kommunerne f.eks ikke rigtigt kunne bruge dem til noget, fordi datamængden er for stor til den software, der skal lave oversvømmelsesmodellerne,« pointerer Lars Arge.

Den nye software, terraSTREAM laver oversvømmelseskort på alt fra bjergfyldte områder i USA, som her, til de mere flade landarealer i Danmark.(Illu: MADALGO)

Af samme årsag har kommunerne hidtil været nødt til at skrælle massevis af data af, før de kunne sætte deres computere til at udregne forskellige oversvømmelsesscenarier. Men jo flere data, der skæres væk, des mere forsimplet bliver resultatet, og en af konsekvenserne er, at modellerne ikke tager højde for det vand, der strømmer ind i området fra nabokommunerne.

»Den eneste måde, man kan få en brugbar oversvømmelsesmodel på, er ved at kigge på helheden. Hvis man nøjes med at se på enkeltområder, kan man godt være heldig at få et resultat, der er nogenlunde ok, men som også kan være helt forkert,« pointerer Lars Arge.

Tager højde for diger

Det problem løser den nye software, fordi den er i stand til at bruge højdemålingerne fra hele landet. Samtidigt er den flere hundrede gange hurtigere end den software, som bruges i dag. (se boks).

Fakta

VIDSTE DU

Lars Arge leder Danmarks Grundforskningsfond forskningscentret 'Center for Massive Data Algorithmic' (MADALGO) hvor softwaren er udviklet med støtte fra Det Strategiske Forskningsråd.

Den nye software bruger altså ikke længere tid, selv om den producerer oversvømmelsesmodeller, der er langt mere omfattende og detaljerede end hidtil.

Da den nye softwares kan tage højde for hvert et lille bump og hver en lille fure i landskabet, behøver den ikke at lave antagelser om, hvordan vandet fordeler sig.

Dermed adskiller den sig markant fra de nuværende softwaresystemer, der eksempelvis går ud fra, at en vandstigning på én meter langs kysten automatisk vil medføre, at alle områder lavere end det vil blive oversvømmet - selv de områder inde i landet, der ikke har nogen forbindelse til havet. En antagelse, der er åbenlyst forkert.

Softwaren regner på højdemålinger, der er lavet med lasere ombord på fly. Laserne skyder ned mod jordoverfladen for ca. hver meter. Derfor kan den nye software 'se' de mindste bump og riller i landskabet. (Illu: MADALGO)

»Området kan være beskyttet af et eller flere diger eller andre former for forhøjninger, der sørger for at holde vandet ude. Og det kan være ret svært at regne på. Derfor er det typisk også her, at de nuværende softwaresystemer skyder forbi målet,« siger Lars Arge og fortæller, at den nye software automatisk vil tage højde for digerne.

Henter pakker af information

Den nye software åbner for nogle helt nye muligheder for at kunne takle oversvømmelserne. Eksempelvis vil de kunne hjælpe kommunerne med at finde de 'huller' i området, der vil kunne bruges som afløb for det vand, der truer med at oversvømme byen. Oversvømmelsesmodellen bliver en slags 'hulkort', der udpeger de lavestliggende områder i byen, og som samtidigt hjælper med at finde de veje, der kan føre vandet derhen.

Eksempelvis har byen Greve et fodboldstadium, som med fordel kunne bruges som opsamlingssted for regnvand. Ud fra en oversvømmelsesmodel vil man kunne se, hvor det ville være strategisk bedst at opstille nogle pumper, der kunne føre alt vandet over i 'hullet', så man hurtigt kunne få tørlagt byen igen.

Begejstret samarbejdspartner

Det er et utroligt inspirerende forskningsmiljø, de har hos Lars Arge og de er fantastisk entusiasiske. Den ros skal han have som leder, for han har en smittende begejstring

Kristian Keller

En af de danske virksomheder, der kan se store perspektiver i den nye software, er COWI, der blandt andet lever af at rådgive kommunerne om oversvømmelser. Af samme grund betænkte virksomheden sig heller ikke et øjeblik, da de for år tilbage hørte om arbejdet på Aarhus Universitet. De involverede sig straks i projektet med Århus forskerne.

»Det er knald-hamrende godt det, som Lars Arge og hans kolleger laver,« siger gruppeleder hos afdelingen for geodata i COWI Geodata Kristian Keller, der pointerer, at det kræver de bedste data at kunne give den bedste rådgivning til kommunerne.

»Ved at indgå i et samarbejde med teamet så vi en chance for at markere os på markedet, fordi deres software kunne give en meget større udnyttelsesgrad af vores data. Pointen er, at softwaren er i stand til at regne på mange flere data end de nuværende former for software, så selv hvis du laver en oversvømmelsesmodel for et lille område, så får du automatisk bidragene fra naboområderne med, og det er helt unikt,« slutter han.

Den nye software bliver lige nu testet og vil inden længe være klar til brug.

Fik idéen under 'hurricane' i USA 

I 1999 arbejdede Lars Arge på Duke University i staten North Carolina i USA. Om sommeren blev staten ramt af en voldsom orkan, der strøg igennem staten og trak en overflod af regn med sig. Halvdelen af staten blev oversvømmet. Meteorologerne havde forudset orkanens komme og havde også lavet nogle beregninger af, hvor oversvømmelserne ville blive værst. Desværre viste det sig at være nogle helt andre dele af staten, der blev oversvømmet, end hvad man forventede.

»Man kunne kun få forsikringen til at dække, hvis man lå i den del af staten, der var defineret som risikozone i forhold til beregningerne. Så folk mistede alt, hvad de havde og stod pludselig uden noget som helst. Det gav os idéen til at udvikle software, der kunne håndtere alt den tilgængelige data og dermed udvikle nogle oversvømmelsesmodeller, som man kunne stole på,« fortæller Lars Arge.

Snedigt trick speeder beregningerne op

Årsagen til, at laserscanningerne hidtil har været ubrugelige er, at de fylder for meget til at kunne ligge på samme computer som selve softwaren. De enorme datamængder kræver deres helt egen harddisk. Det er den nuværende software imidlertid ikke gearet til. Den er nemlig designet til at hente en lille bid information ad gangen. Men hver operation tager en million gange længere, når informationen skal hentes på en anden harddisk, og det er urealistisk lang tid.

Men det problem har Lars Arge og hans kolleger imidlertid løst.

»Der var en gang en klog mand, som sagde, at forskellen mellem at hente information fra en computers ram og på en ekstern harddisk kan sammenlignes med at man enten spidser sin blyant ved sit eget skrivebord eller tager til Australien for at gøre det. Vælger du at rejse helt til Australien, er det en god idé at tage en hel pakke blyanter med i bagagen, som du kan spidse, mens du nu alligevel er dernede. På den måde sparer du en masse transporttid,« fortæller Lars Arge, som pointerer, at det netop er det trick, som deres software bruger.

Når den nye software sendes ud efter data på harddisken, finder den ikke kun de specifikke data, som computeren har brug for lige nu og her, men samler også informationer op fra harddisken, som den skal regne på lige om lidt. Forskerne har fundet en særlig måde at arrangere dataene på en måde, så softwaren let kan finde rundt i dem, og helt konkret henter softwarens algoritme en pakke med tusindvis af data hjem for hver gang, den er på visit.

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud