PORTFOLIO

GeoAlertNet – ein Sensornetzwerk zur Überwachung und Früherkennung von Naturgefahren.
Naturgefahren wie Erdrutsche, Felsstürze und Lawinen, aber auch Dammbrüche und Überschwemmungen, stellen eine erhebliche Bedrohung des Lebensraumes in der Schweiz dar. Insbesondere im alpinen Raum sind solche Gefahren allgegenwärtig. Trotz des Wissens über potentiell gefährliche Gebiete ist es oft nicht möglich, diese von der Nutzung auszuschliessen. Somit kommt der Früherkennung von Naturgefahren, insbesondere zur Sicherung von Menschenleben, eine hohe Bedeutung zu.

Bisher werden gefährdete Gebiete meist mit geotechnischen und geodätischen Methoden, wie Totalstationen und GPS, sowie mittels Radarinterferometrie überwacht. Um physikalische Parameter zu erfassen wird ein Teil dieser Systeme im Untersuchungsgebiet in Bohrungen und auf der Geländeoberfläche installiert und muss aufwändig verkabelt werden. Die Bestimmung der Lageänderung einzelner Punkte im untersuchten Gelände verursacht ebenfalls vergleichsweise hohe Kosten für die Installation und den Betrieb der Sensorsysteme. Kabellose Systeme können hier Abhilfe schaffen. Im Rahmen des EU-Projekts GoodFood mit kabellosen Sensornetzwerken zur Qualitätssicherung in der Lebensmittelindustrie, wurden Erfahrungen gesammelt. Dabei schliessen sich kostengünstige Sensorknoten zu selbst organisierenden Netzwerken (Ambient Intelligence) zusammen und können mit unterschiedlichen Sensoren ausgestattet werden. Durch die zu entwickelnde Integration der Distanzmessung zwischen den Sensorknoten eignet sich dieses System ideal für die kontinuierliche Überwachung von gefährdeten Gebieten und stellt die Infrastruktur für eine flächendeckende und gleichzeitig aktuelle Datenerfassung zur Überwachung und Früherkennung von Naturgefahren dar.

Für die Realisierung dieses Systems sind folgende Schritte vorgesehen:
- Entwicklung der nötigen Hard- und Software mit einer Auflösung der Distanzmessung deutlich kleiner 10cm.
- Algorithmen zur Einschätzung des Gefahrenpotentials.
- Pilotversuche über 1 Jahr in Zusammenarbeit mit der Geotechnikfirma Solexperts und dem Kanton Nidwalden
Das Endziel ist ein am Markt erfolgreiches alltagstaugliches System.

Die Gebert Rüf Stiftung leistet für das anwendungsorientierte Forschungsprojekt eine Anschubfinanzierung. Der Ansatz ein drahtloses Sensornetzwerk für die Überwachung und Früherkennung von Naturgefahren einzusetzen ist neu und wird, falls erfolgreich, grosse Anwendung finden. Die Überwachung und Früherkennung von Naturgefahren ist in der heutigen Zeit sehr relevant. Die Bevölkerungsdichte im Alpenraum lässt es nicht zu, dass potentiell gefährdete Gebiete nicht oder nur sehr eingeschränkt bewohnt werden. Das Projekt ist interdisziplinär, es arbeiten Geologen, Physiker, Elektroingenieure und Informatiker zusammen.

Es wurden zwei Pilotsysteme mit total 16 Knoten aufgebaut und für Feldtests in Betrieb genommen:

Das erste System mit 10 Knoten wurde in einem rutschgefährdeten Hang installiert. Mit dem Amt Naturgefahren des Bau- und Raumentwicklungsdepartements des Kantons Obwaldens haben wir einen Standort im Fangtobel bei Engelberg evaluiert, wo GeoAlertNet auf seine Praxistauglichkeit getestet wurde.

Das zweite System mit 4 Knoten wurde auf dem Dach der HSLU T&A in Horw in Betrieb genommen, hier konnten schnelle Änderungen ausgetestet werden, bevor sie im Standort Fangtobel eingesetzt wurden.

Der Feldtest dauerte von Herbst 2009 bis Sommer 2010. Folgende Resultate wurden erreicht:
Die gewünschte Genauigkeit der Distanzmessung konnte mit der eingesetzten Technologie der Ultraschall-Laufzeitmessung nicht erreicht werden. Die Genauigkeit liegt bei 60cm auf eine Messdistanz von 30m. Der Einsatz von drahtlosen Sensorknoten war erfolgreich, es gibt verschiedene Anwendungsmöglichkeiten in der Geotechnik für Messungen vor Ort, ohne Distanzmessung, wo ein autonomes, drahtloses System über längere Zeit Messwerte aufnimmt und mehrmals täglich per Funk weiterleitet. Dabei zeigte sich der Wert der „Plug & Play“ Schnittstelle für die Vielzahl von Sensoren die in der Geotechnik eingesetzt werde.

B. Kister, P. Sollberger, Z. Stössel, J. Janek, M. Klaper, D. Naterop, H. Wörsching, „Kabellose Sensornetzwerke - ein neues Instrument für die Überwachung und Frühwarnung bei Naturgefahren“, Messen in der Geotechnik 2008, 23. - 24. Oktober 2008, TU Braunschweig;
Bernd Kister, „Kriechprobleme in der Geotechnik“, Herbsttagung der Schweizerischen Gesellschaft für Boden- und Felsmechanik, 7. November 2008, ETH Zürich;
geoprotecta - Schweizer Fachmesse für integrales Risikomanagement von Naturgefahren und Klimafolgen, Messestandbetreuung: Z. Stössel, B. Kister, D. Naterop, H. Wörsching, 13. bis 15. November 2008, St. Gallen;
Peter Sollberger, “GeoAlertNet® - A plug&play Wireless Sensor Network Area Application Software”, Embedded Computing Conference 2009, 26. Mai 2009, Winterthur;
B. Kister, P. Sollberger, Z. Stössel, J. Janek, M. Klaper, H. Wörsching, D. Naterop, „GeoAlertNet© - a new instrument for monitoring landslides”, ISEG2009 - 10th International Symposium on Environmental Geotechnology and Sustainable Development, September 07 - 11, 2009, TFH Georg Agricola Bochum, Bochum, Germany;
Swiss Innovation Forum 2009, an der Future Expo, Messestandbetreuung: Z. Stössel und C. Wüthrich, 05. November 2009, Basel;
B. Kister, Z. Stössel, P. Sollberger, J. Janek, F. Zimmermann, H. Wörsching, D. Naterop, J. Harustiak, „GeoAlertNet© – ein kabelloses Sensornetzwerk zur Überwachung von Hangrutschungen und anderen Naturgefahren“, Kolloquium Bauen in Boden und Fels im Januar 2010 an der TA Esslingen;
B. Kister, P. Sollberger, Z. Stössel, J. Janek, M. Klaper, F. Zimmermann, H. Wörsching, J. Harustiak, D. Naterop, „The GeoAlertNet© – monitoring landslides with a wireless sensor network“, EUROCK 2010, European Regional Symposium of the International Society for Rock Mechanics, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Lausanne, Switzerland, 15–18 June 2010.

Mit Funk gegen den Hangrutsch: http://www.simplyscience.ch/desktopdefault.aspx/tabid-385/41_read-10257/ (eine Initiative von SGCI Chemie Pharma Schweiz, mit dem Ziel, das Verständnis der Jugendlichen für wissenschaftlich-technische Fragen zu fördern und sie dabei auch über mögliche Ausbildungs- und Laufbahnmöglichkeiten zu orientieren);
Früherkennung GeoAlertNet – ein neues System warnt vor Naturgefahren: http://www.publikationen.hslu.ch/repository/product/h-magazin-n2_2009-oktober.pdf, Das Magazin, Hochschule Luzern, November 2009.