Die Domäne - Berge, Täler & Risiken
Die Schönheit der Natur birgt oftmals auch Risiken – eines davon sind Steinschläge. Sie können massive Schäden an Infrastrukturen verursachen und stellen eine erhebliche Gefahr für Menschen dar, die in der Nähe solcher Zonen leben oder reisen. Obwohl Steinschläge eine allgemeine Bedrohung darstellen, haben sie in bergigen Regionen wie der Schweiz eine noch grössere Bedeutung. Nicht nur können Steine eine immense Kraft haben, es ist auch schwierig, in engen Bergstrassen auszuweichen oder in kurzer Zeit adäquat zu reagieren. In diesem Zusammenhang spielt Data Science eine Schlüsselrolle bei der Vorhersage und dem Management dieser Risiken.
Unsere Herausforderung & unser Ziel
Schiers, ein kleines Dorf in der Schweiz, steht vor einer besonderen Herausforderung. Eine Strasse, die immer wieder von Steinschlägen betroffen ist, muss gesichert werden. Die bestehenden Schutznetze sind veraltet und müssen erneuert werden - ein Projekt, das erst in einem Jahr realisiert werden kann. Unsere Aufgabe ist es, in dieser Zeit das Risiko abzuschätzen und Empfehlungen für das weitere Vorgehen abzugeben.
Wenig Daten, grosse Analysen
Die verfügbaren Daten zeigen Steinschlagereignisse über einen Zeitraum von drei Monaten. Sie enthalten wichtige Parameter wie Zeit, Datum, Masse und Geschwindigkeit der Steine, die von einem Geologen geschätzt und mit Radar gemessen wurden. Zusätzlich wurden Informationen von einem Ingenieurbüro zur Verfügung gestellt. Diese Ingenieure stellten fest, dass die Schutznetze bis zu einer Aufprallenergie von 1000 kJ sicher sind, aber wenn Steine mit einem Gewicht von mehr als 2 Tonnen im Netz sind, hält das Netz nur noch 500 kJ aus.
Die Methode der Simulation
Eine Methode der Risikobewertung ist die Berechnung der jährlichen Wahrscheinlichkeit eines Todesfalls. Zu diesem Zweck haben wir die Monte-Carlo-Simulation verwendet, die in der Risikobewertung weitverbreitet ist. Zu diesem Zweck haben wir Modelle erstellt, die die Originaldaten am besten widerspiegeln. Zusätzlich haben wir Modelle erstellt, die die Realität abbilden, um Wahrscheinlichkeitsverteilungen zu generieren. Dies beinhaltet die Annahme, dass die Steinschlaggefahr über die Zeit annähernd gleich ist und die Steinschlagereignisse unabhängig voneinander sind. Dies ermöglicht nicht nur die Betrachtung der Daten innerhalb des bestehenden Rahmens, sondern auch die Berechnung der Wahrscheinlichkeit von sehr grossen Steinen, die nicht in unserem Datensatz enthalten sind, deren Ereignis aber möglich wäre.
Bei einer Monte-Carlo-Simulation werden also mit den vorhandenen Daten weitere Steinschläge für weitere Millionen Jahre simuliert, um das jährliche Risiko zu bestimmen. Für die Auswertung wird ein Schema erstellt. Dieses definiert, welche Ereignisse auftreten müssen, um als fataler Steinschlag kategorisiert zu werden.
Auswertung
Nach Auswertung der Daten von über 100 Millionen simulierten Jahren konnte das jährliche Todesfall-Risiko berechnet werden. Die Berechnungen zeigen, dass das Steinschlagrisiko signifikant ist. Gemäss dem kantonalen Grenzwert von 0.1 Promille an Risikowahrscheinlichkeit, was einem Todesfall pro 10’000 Interaktionen entspricht, darf diese Strasse nach unseren Erkenntnissen nicht mehr benutzt werden. Unser Wert liegt 1.5 mal über dieser Schwelle, was etwa 1 Todesfall pro 6’666 Interaktionen entspricht.
Schliesslich ist zu beachten, dass in einem Auto in der Regel mehr als eine Person sitzt. Diese Wahrscheinlichkeit widerspiegelt also nicht, ob ein Bus, ein Lastwagen oder ein Personenwagen getroffen wird und wie viele Personen betroffen sind, sondern wie viele Steinschläge potenziell tödlich enden.
Empfehlungen
Angesichts der Tatsache, dass die bestehenden Sicherheitsnetze in Schiers veraltet sind und das Risiko von Steinschlägen für die Benutzer der Strasse signifikant ist, empfehlen wir dringend, dass die Stadt Schiers die Erneuerung der Netze als Priorität behandelt. Zudem sollte eine kontinuierliche Überwachung und Datenerfassung etabliert werden, um das Risiko besser bewerten und darauf reagieren zu können. In diesem Zusammenhang sind weitere Forschungen sowie die Entwicklung fortschrittlicher Modelle und Analysetools erforderlich, um die Genauigkeit der Risikobewertung zu verbessern und eine Projektion der Todesfallwahrscheinlichkeit auf ein Jahr zu erweitern.
