Methodik

Das im Rahmen des BMBF / DFG Sonderprogramms „GEOTECHNOLOGIEN“ geförderte Verbundprojekt „Sensorbased Landslide Early Warning System“ (SLEWS) befasst sich mit der Entwicklung eines Frühwarnsystems zur Überwachung von Massenbewegungen durch die Integration von kostengünstigen Messsensoren aus dem Automobil- und Industriebereich zur Datenaufnahme in Multi-Hop drahtlos Sensornetzwerken (WSN).

Struktur eins drahtlosen Sensornetzwerks

Drahtlose Ad-Hoc, Multi-Hop Sensornetzwerke

Im Rahmen dieses Projektes werden sogenannten Ad-hoc Netze eingesetzt, die sich durch eine Selbstorganisation und Verwaltung des Systems auszeichnen. Das Netz wird aus zahlreichen einzelnen kleinen Recheneinheiten, den sogenannten Sensorknoten (Sensor Nodes oder Motes) aufgebaut, die je nach vorhandener Verbindung und Verbindungsstärke selbständig mit Nachbarknoten interagieren und Daten austauschen können. Durch die eigene Spannungsversorgung eines jeden Sensorknotens, wird ein unabhängiges Arbeiten der Knoten von anderen erreicht. Somit wird ein Zusammenbrechen des Netzes bei Ausfällen einzelner Knoten verhindert und eine dauerhafte Funktion, und damit eine beständige Überwachung ermöglicht. Per Funk werden die Daten zu einer Sammelstelle, dem sogenannten Gateway weitergeleitet. Über Schnittstellen erfolgt von hier die Verbindung vom lokalen Sensornetzwerk zu den Hauptrechnern (PC, Laptop, Server o.ä.) bzw. zu anderen Netzwerken (Internet). Weiterhin können über diese Schnittstelle Steuerungsbefehle an einzelne Knoten oder eine Gruppe an Knoten gesendet oder Softwareupdates aufgespielt werden.

Sensorknoten mit Messsensoren

Anwendung von Kleinstsensoren (MEMS) zur Erfassung von Oberflächendeformationen

An jedem Knoten werden zur Echtzeit-Erkennung und Überwachung der verschiedenen Rutschungsprozesse (Gleiten, Kippen, Fallen, Driften) und den unterschiedlichen Geschwindigkeitsraten mehrere konstengünstige Miniatur-Messsensoren angeschlossen. Neben präzisen Neigungs- und Beschleunigungssensoren, kommen vor allem Seilzugwegaufnehmern zur Erfassung von Längenänderungen zum Einsatz. Zudem werden Höhenmesssensoren auf die Anwendbarkeit in möglichst realitätsnahen Versuchen getestet und integriert.

Datenverwaltung und Visualisierung in einer Geodienstinfratstruktur

Die so gewonnen Daten werden über standardisierte Schnittstellen in einer OGC (Open Geospatial Consortium) konformen serviceorientierten Geodateninfrastruktur verarbeitet und entsprechend den Anforderungen des jeweiligen Endnutzers visualisiert und bereit gestellt. Die derzeit im Projekt SLEWS entwickelte prototypische Geodateninformationsstruktur für Frühwarnsys-teme mit Echtzeitsensorik zielt auf die Umsetzung einer diensteorientierten, modularen Infrastruktur entsprechend der Spezifikationsreihe des Sensor Web Enablements des Open Geospatial Consortium (OGC SWE) ab. Die Bereitstellung der Sensordaten kann je nach Nutzeranforderung direkt als Messwert (z.B. Textnachricht) oder nach einer Weiterverarbeitung mit geeigneten Diensten als Information z.B. Warnung bei Schwellwertüberschreitung. Nach außen repräsentiert ein Sensor Observation Service (SOS), ein standardisierter Dienst zur Anforderung von Sensorbeobachtungen, das Sensornetzwerk. In im werden alle Messkomponenten des WSN beschrieben, wie Sensortypen, Genauigkeit, Einheiten und mehr. Darüber hinaus kann der standardisierte Sensor Planning Service (SPS) zur Anforderung und Planung von nutzerbasierten Datenanfragen und der Sensor Alert Service (SAS) für die Übermittlung sensorbezogener Meldungen wie Schwellwertüberschreitungen verwendet werden.

Bereitstellung von nutzerspezifischen Informationen

Obwohl weltweit Frühwarnsysteme zur Identifizierung von Naturgefahren (z.B. Hochwasser, Stürme, Tsunamis) aufgebaut oder bereits operabel sind, stehen die Nutzerorientierung meist nicht im Vordergrund. Viele Systeme sind so ausgerichtet, dass sie eher auf die Bedürfnisse von Experten/Fachbehörden ausgerichtet sind, während die eigentlichen Betroffenen nicht ausreichend berücksichtigt werden, so dass Warnungen bei diesen nicht oder erst verspätet eintreffen. Entsprechend müssen neben den Fach-/Vollzugsbehörden und Einsatzkräften zukünftig die Betroffenen stärker in die Entwicklung von Frühwarn- und Alarmsystemen mit einbezogen, sowie deren Verhalten stärker berücksichtigt werden. Im Rahmen des Projektes SLEWS sollen deshalb auch die Bedürfnisse der am Warnprozess beteiligten Parteien untersucht werden, um darzustellen, wie diese durch die neuen technischen Möglichkeiten bei ihrem Handeln besser unterstütz werden können.