Beherrschung der Klimafolgen

Sensor im Einsatz am Bachlauf

Der Klimawandel hat schon jetzt enormen Einfluß auf unsere Gesellschaft. Steigende Temperaturen, veränderte Niederschläge und zunehmende Wetterextreme werden zu unserem Alltag gehören und wir müssen lernen, mit diesen Folgen des Klimawandels besser umzugehen. Hochwasservorhersage und frühzeitige Warnungen ermöglichen rechtzeitige Schutzmaßnahmen und werden überlebenswichtig. Das aktuelle Meßnetz überwacht nur die Pegelstände der großen Flüsse. Bei lokalen Starkregenereignissen sind es aber auch die kleinen Fließgewässer in der Nähe, die über die Ufer treten und Schaden anrichten. Hier bietet IoT2 mächtige Werkzeuge, um sich und sein Hab und Gut aktiv zu schützen.

Warum nicht selbst tätig werden, und den Bach in Nähe von Haus und Hof per IoT-Messstation überwachen? Der finanzielle Aufwand hält sich angesichts des Schadenpotentials in Grenzen. Und das Beste, die dazu notwendige Technik haben wir schon kennengelernt:

Mit LoRaWAN als Infrastruktur (s. Mitmachklima) bieten Bürgernetze wie das Flood Network in Oxford oder die Smart-City Initiative Dornbirn in Österreich feinmaschige Alternativen und ermöglichen den Anliegern so frühzeitige Schutzmaßnahmen für den eigenen Keller.  Überschwemmte Straßen werden im Bürgernetz per Smartphone oder SMS signalisiert (s. IFTTT), geben auch außerhalb der Kisensituation automatisch vorausschauende Umleitungsempfehlungen und vermeiden unnötige Umwege für die Bürger. Allein das kontinuierliche Monitoring läßt potentielle Gefahren oft frühzeitig erkennen und durch Baumaßnahmen beherrschen, bevor es zu einem Schadensereignis kommt.

Dank LoRaWAN und Ultraschallsensoren: Messung der Pegelstände auch kleinerer Bäche ist möglich. (Quelle: https://map.flood.network/)

Selber machen: Messung des Wasserpegels

Zur praktischen Messung des Pegelstands an einem Gewässer kann z.B. der zur Wasserstandsmessung optimierte Ultraschallsensor  Maxbotix MB7369  eingesetzt werden. Oberhalb der Wasseroberfäche z.B. an einer Brücke befestigt, liefert dieser Sensor eine analoge Spannung, die proportional zum Wasserpegel ist. Hierzu haben wir mit der Citizen-Science-Box ein wasserdichtes Gehäuse und eine autarke Energieversorgung entwickelt. Das Projekt Citizen-Science-Box findet sich auf hackster.io. Vorteil dieses Sensors ist die eingebaute Intelligenz, um Temperatur und Wellengang zu kompensieren.

Eine zyklische Dauerschleife überträgt den Messwert alle 15 Minuten über TTN an das Backend. In der einfachen Beschaltung ist der Sensor immer aktiv und verbraucht relativ viel Energie. Zu Optimierung, z.B. bei Betrieb über Photovoltaik, ist es deshalb ratsam, den Sensor in den Ruhezeiten mittels eines digitalem Steuersignals (digitalWrite(GPIO0)) in des Sleep-Modus zu versetzen. In der Citizen-Science Box haben wir das durch ein MOS-FET gelöst.

Im TTN-Backend können die Pegeldaten z.B. per IFTTT-Integration an die Cloud weitergeleitet und dort per einfacher Regel zur automatischen Alarmierung per VoIP genutzt werden. Der Octopus würde dann bei ünerschreiten eines Pegels einen Anruf aufs eigene Handy starten (s. unser Mitmachprojekt Octopus triff den Rest der Welt). Fertig ist die eigene Hochwasseralarmierung.

Sensor - Grove Stecker
PIN7 - GND (schwarz)
PIN6 - VCC (3.3V) (rot)
PIN5 - optional auf (weiss Grove Stecker, dann kann auch serielle Abfrage genutzt werden)
PIN3 - auf A0 (gelb)
Ultraschallsensor
Der Ultraschallsensor zur Abstandsmessung wird an der analogen Grove-Buchse angeschaltet. Zur wetterfesten Umsetzung fehlt noch ein spritzwassergeschütztes Gehäuse und ggf. eine regenerative Energieversorgung.
Ardublock zur Wasserstandsmessung
Zyklische Messung alle 15 Minuten. Da vorhanden, werden auch die Wetterdaten mit übermittelt.
Bilderrahmen Gipfel-Exponat
Demonstrator zur Pegelmessung auf der Woche der Umwelt 2021 beim Bundespräsidenten
Citizen-Science-Box
Wasserdicht und mit autarker Energieversorgung durch Photovolatik ist die Hardware für den Feldeinsatz optimal gerüstet (Citizen-Science-Box).
Pegelmesswerte
Der Pegelsensor im Einsatz: Das Wasser kommt schnell (Regen), der Abfluss dauert.
Energiemonitoring
Dank Photovoltaik zur Energieversorgung ist die Pegelmessung autark und benörigt auch im Winter keinen Batteriewechsel. Hier die Daten der LiPo-Spannung von Oktober bis April. Mitte April wurde die solare Versorgung unterbrochen.
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