GECCO 2017 Industrial Challenge

Die „GECCO 2017 Industrial Challenge“ gewann das Team der Frankfurt University of Applied Sciences (in der Mitte Prof. Dr. Doina Logofatu in Vertretung für ihre Studierende) (Bild: TH Köln)

Die "Genetic and Evolutionary Computation Conference" (GECCO) ist die weltweit größte und wichtigste Konferenz im Bereich genetischer Algorithmen und Programmierung. Mit von der Partie ist seit Jahren das SPOTSeven Lab der Fakultät für Informatik und Ingenieurwissenschaften.

Als Mitorganisator schreibt das Gummersbacher Team um Prof. Dr. Thomas Bartz-Beielstein für die Konferenz Challenges für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus; auf der diesjährigen Veranstaltung in Berlin die "GECCO 2017 Industrial Challenge". Gemeinsam mit dem Industriepartner Thüringer Fernwasserversorgung stellten sie den Teilnehmerinnen und Teilnehmern die Aufgabe, ein Ereigniserkennungssystem (engl. "event detector") zu entwickeln, um alle Arten von Veränderungen in den Wasserdaten zeitnah zu erkennen und zu melden. Professor Bartz-Beielstein und Doktorandin Martina Friese erklären, was darunter zu verstehen ist.

Was genau muss man sich unter einem "Event Detektor" vorstellen?
Thomas Bartz-Beielstein: Ein Event Detector funktioniert wie ein Alarmsystem oder eine Ampel. Stark vereinfacht ausgedrückt: Wenn Grenzwerte überschritten werden, wird eine Warnung ausgegeben. Da in der Wasserwirtschaft sehr viele Werte gleichzeitig gemessen werden, darunter Trübung, pH-Wert, Leitfähigkeit und Temperatur, ist dies keine triviale Aufgabe. Eine einfache Überschreitung der Grenzwerte ist häufig nicht aussagekräftig genug. Daher suchen wir nach Mustern in den Daten. Hierbei kommen Methoden der Computational Intelligence zum Einsatz, die in unserem Forschungsschwerpunkt "Computational Intelligence plus", zu dem das SPOTSeven Lab gehört, erforscht werden.

Warum ist es für die Wasserwirtschaft so wichtig, diese Veränderungen zu erkennen und welche Vorteile kann sie daraus gewinnen?
Thomas Bartz-Beielstein: Ein Beispiel: Im Frühjahr 2015 flossen mehr als 1,7 Millionen Liter Gülle in die Neye-Talsperre (in der Nähe von Wipperfürth) und verunreinigten 100 Millionen Liter Wasser. Dieses und ähnliche Kontaminationsereignisse sollten schnell erkannt werden. Allerdings ist die Trinkwasserqualität sehr gut, so dass es selten zu Kontaminationsereignissen kommt. Daher ist die Wasserwirtschaft an sehr kleinen, schleichenden Veränderungen in den Messwerten interessiert.

Wie zufrieden waren Sie mit den Wettbewerbsergebnissen?
Martina Friese: Wir waren sehr zufrieden mit der Anzahl der Arbeitsgruppen, da die Teilnahme an der Challenge immer mit einem großen Arbeitsaufwand verbunden ist. Die eingereichten Algorithmen, die für den Event Detector entwickelt wurden,  waren in den verschiedenen angewendeten Lösungsansätzen vielfältig, aber doch etwas schwächer als erwartet. Letzten Endes ist aber nicht unbedingt der Algorithmus das interessanteste Ergebnis der Challenge, sondern das, was alle Beteiligten aus den verschiedenen Arbeiten lernen können. Und die Kooperationen, die vielleicht im Anschluss daraus entstehen. Wir arbeiten jetzt zum Beispiel daran, eine Kooperation unserer mit Studierenden der Frankfurt University of Applied Sciences zu initiieren: Beide Gruppen fanden die Aufgabenstellung so spannend, dass sie über Case Studies daran weiter arbeiten wollen.

Wer nimmt gewöhnlich an den Challenges teil?
Martina Friese: Das ist total unterschiedlich. Vermutlich alle, die das Thema der Aufgabenstellung interessiert und die Zeit haben, eine Lösung für das Problem zu entwickeln. In den letzten Jahren waren das vor allem Doktoranden, die ihre entwickelten Verfahren so auf neue Probleme testen konnten. In diesem Jahr waren es vor allem Masterstudierende, die in Rahmen von Lehrveranstaltungen an dem Problem gearbeitet haben.

Das SPOTSeven Lab organisiert seit 2011 GECCO Challenges. Welche Vorteile ziehen Sie daraus, hier als Mitorganisator aufzutreten?
Thomas Bartz-Beielstein: Der große Vorteil besteht darin, dass ich meine Kontakte zur Industrie durch die Challenge vertiefen kann. Das Besondere an der GECCO IC-Challenge ist, dass die Aufgabenstellung von dem Industriepartner gestellt wird und somit einen großen Praxisbezug aufweist. Die Ergebnisse sind Open Source und stehen anschließend allen Wissenschaftlern zur Verfügung.  Ich verwende diese Ergebnisse dann für meine Lehrveranstaltungen. So werden zum Beispiel in diesem Semester Case-Studies, die auf der GECCO IC beruhen, im Masterstudiengang Automation & IT durchgeführt. Auch entstehen Kontakte zu den Universitäten der beteiligten Studentinnen und Studenten. Letztendlich entstehen dadurch auch wieder für mich neue Forschungsergebnisse.

Interview: Monika Probst

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