Vermessung aus der Luft – Drohnen als Messwerkzeuge in der Wasserwirtschaft
© Springer Vieweg | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH (8/2019)
Drohnen sind in derzeit omnipräsent, nicht nur in der Medienberichterstattung, sondern auch auf Fachtagungen und bei Gesprächen unter Praktikern der Wasserwirtschaft. Die Einsatzmöglichkeiten dieser neuen Technologie in der Wasserwirtschaft sind vielfältig und gehen weit über einfache Schrägluftbilder hinaus. Der Artikel gibt zunächst einen kurzen Überblick über die theoretischen Grundlagen des Drohneneinsatzes. Daran anschließend wird anhand zweier Fallbeispiele gezeigt, welches Potenzial der professionelle Einsatz von Drohnen für die Wasserwirtschaft hat.
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Drohnen sind in derzeit omnipräsent, nicht nur in der Medienberichterstattung, sondern auch auf Fachtagungen und bei Gesprächen unter Praktikern der Wasserwirtschaft. Die Einsatzmöglichkeiten dieser neuen Technologie in der Wasserwirtschaft sind vielfältig und gehen weit über einfache Schrägluftbilder hinaus. Der Artikel gibt zunächst einen kurzen Überblick über die theoretischen Grundlagen des Drohneneinsatzes. Daran anschließend wird anhand zweier Fallbeispiele gezeigt, welches Potenzial der professionelle Einsatz von Drohnen für die Wasserwirtschaft hat.
Flächenhafte Niederschlagserfassung mittels Radar – Erfahrungen aus 25 Jahren Radardatennutzung bei Emschergenossenschaft und Lippeverband
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Die Erfassung des Niederschlagsgeschehens ist von zentraler Bedeutung für Hydrologie und wasserwirtschaftliche Aufgaben. Regenschreiber erfassen den Niederschlag direkt, mit hoher Genauigkeit und kontinuierlich, die Repräsentativität der Punktmessungen ist jedoch räumlich begrenzt. Demgegenüber bietet die Niederschlagsmessung mittels Radar den Vorteil, das Regengeschehen weiträumig flächenhaft erfassen zu können. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Erfahrungen aus der langjährigen Nutzungshistorie von Radarniederschlagsdaten bei Emschergenossenschaft und Lippeverband und stellt deren Anwendungsmöglichkeiten sowie Nutzungsvoraussetzung aus wasserwirtschaftlicher Sicht vor.
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Die Erfassung des Niederschlagsgeschehens ist von zentraler Bedeutung für Hydrologie und wasserwirtschaftliche Aufgaben. Regenschreiber erfassen den Niederschlag direkt, mit hoher Genauigkeit und kontinuierlich, die Repräsentativität der Punktmessungen ist jedoch räumlich begrenzt. Demgegenüber bietet die Niederschlagsmessung mittels Radar den Vorteil, das Regengeschehen weiträumig flächenhaft erfassen zu können. Der vorliegende Beitrag beschreibt die Erfahrungen aus der langjährigen Nutzungshistorie von Radarniederschlagsdaten bei Emschergenossenschaft und Lippeverband und stellt deren Anwendungsmöglichkeiten sowie Nutzungsvoraussetzung aus wasserwirtschaftlicher Sicht vor.
Ein Vorschlag für einen vereinfachten Berechnungsansatz der Messunsicherheit
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Der Bedarf an hochaufgelösten und fehlerfreien Messungen der Größen Wasserstand und Durchfluss wird immer wichtiger. Verschiedenste Messsysteme kommen hierbei zum Einsatz, welche alle von Natur aus einen gewissen Grad an Unsicherheiten beinhalten. Um die Aussagekraft und Zuverlässigkeit einer Messung beurteilen zu können, ist es notwendig, das Messergebnis mit einer Unsicherheitsangabe zu versehen. Die Entwicklung eines vereinfachten Berechnungsansatzes soll das Fachpersonal hinsichtlich der Angabe von Messunsicherheiten sensibilisieren.
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Der Bedarf an hochaufgelösten und fehlerfreien Messungen der Größen Wasserstand und Durchfluss wird immer wichtiger. Verschiedenste Messsysteme kommen hierbei zum Einsatz, welche alle von Natur aus einen gewissen Grad an Unsicherheiten beinhalten. Um die Aussagekraft und Zuverlässigkeit einer Messung beurteilen zu können, ist es notwendig, das Messergebnis mit einer Unsicherheitsangabe zu versehen. Die Entwicklung eines vereinfachten Berechnungsansatzes soll das Fachpersonal hinsichtlich der Angabe von Messunsicherheiten sensibilisieren.
Doppler-Effekt und kontinuierliche Durchflussmessung in offenen Gerinnen
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Horizontale Ultraschall-Doppler-Geräte und Radargeschwindigkeitssensoren nutzen den Doppler-Effekt zur kontinuierlichen Messung der Fließgeschwindigkeit in offenen Gerinnen. Modernste Signalverarbeitungstechniken sowie die Verfügbarkeit von Metadaten sichern und überwachen die Qualität der Messwerte und ermöglichen so eine zuverlässige Durchflussbestimmung rund um die Uhr, auch in Extremsituationen.
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Horizontale Ultraschall-Doppler-Geräte und Radargeschwindigkeitssensoren nutzen den Doppler-Effekt zur kontinuierlichen Messung der Fließgeschwindigkeit in offenen Gerinnen. Modernste Signalverarbeitungstechniken sowie die Verfügbarkeit von Metadaten sichern und überwachen die Qualität der Messwerte und ermöglichen so eine zuverlässige Durchflussbestimmung rund um die Uhr, auch in Extremsituationen.
Technische, konzeptionelle und organisatorische Lösungen zur Qualitätskontrolle hydrometrischer Daten
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Aufgrund steigender Datenmengen und abnehmender personeller Ressourcen stoßen etablierte, oft manuelle Prozesse der Qualitätskontrolle an ihre Grenzen. Ein Ausweg besteht darin, Prozesse zu automatisieren und dem Anwender Werkzeuge für deren Überwachung und entsprechende Eingriffsmöglichkeiten zur Verfügung zu stellen. Der Beitrag behandelt technische, konzeptionelle und organisatorische Aspekte einer solchen Implementierung in einer modernen Software-Lösung. Dies inkludiert den korrekten technischen Datenfluss vom Sensor bis hin zur Datenbank, eine fachliche Kontrolle und Datenbearbeitung sowie die softwareseitige Unterstützung von Geschäftsprozessen.
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Aufgrund steigender Datenmengen und abnehmender personeller Ressourcen stoßen etablierte, oft manuelle Prozesse der Qualitätskontrolle an ihre Grenzen. Ein Ausweg besteht darin, Prozesse zu automatisieren und dem Anwender Werkzeuge für deren Überwachung und entsprechende Eingriffsmöglichkeiten zur Verfügung zu stellen. Der Beitrag behandelt technische, konzeptionelle und organisatorische Aspekte einer solchen Implementierung in einer modernen Software-Lösung. Dies inkludiert den korrekten technischen Datenfluss vom Sensor bis hin zur Datenbank, eine fachliche Kontrolle und Datenbearbeitung sowie die softwareseitige Unterstützung von Geschäftsprozessen.
Verwendung hydrologischer Messdaten in der Siedlungswasserwirtschaft
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Hydrologische Messdaten werden für viele siedlungswasserwirtschaftliche Anwendungen genutzt. Eine besondere Bedeutung besitzen die Parameter Niederschlag und Abfluss. Fehler bei der Datenerfassung sowie bei der Auswertung und Interpretation von Messdaten wirken sich unmittelbar auf die Anwendung aus und verursachen unsachgemäße Kosten. Ansätze für ein erforderliches Qualitätsmanagement werden beschrieben.
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Hydrologische Messdaten werden für viele siedlungswasserwirtschaftliche Anwendungen genutzt. Eine besondere Bedeutung besitzen die Parameter Niederschlag und Abfluss. Fehler bei der Datenerfassung sowie bei der Auswertung und Interpretation von Messdaten wirken sich unmittelbar auf die Anwendung aus und verursachen unsachgemäße Kosten. Ansätze für ein erforderliches Qualitätsmanagement werden beschrieben.
Messdatenmanagementsysteme für ein integrales urbanes Wassermanagement
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Zur Umsetzung eines integralen urbanen Wassermanagement ist es erforderlich, die Messdaten aus dem realen System zielgerichtet zu nutzen. Dabei kommt Messdatenmanagementsystemen eine zentrale Bedeutung zu, in denen alle Messwerte erfasst, bewertet, plausibilisiert und erst anschließend für die weitere Nutzung gespeichert werden. Dies wird am Beispiel der Stadt Bochum erläutert.
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Zur Umsetzung eines integralen urbanen Wassermanagement ist es erforderlich, die Messdaten aus dem realen System zielgerichtet zu nutzen. Dabei kommt Messdatenmanagementsystemen eine zentrale Bedeutung zu, in denen alle Messwerte erfasst, bewertet, plausibilisiert und erst anschließend für die weitere Nutzung gespeichert werden. Dies wird am Beispiel der Stadt Bochum erläutert.
Kann die Wasserqualität in Stauseen aus Satellitendaten abgeleitet werden?
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Das Forschungsvorhaben MuDak-WRM hat zum Ziel, ein global anwendbares Vorhersagemodell für die Veränderung der Wasserqualität in Stauseen herzuleiten. Dazu sollen die Komplexität der Modelle reduziert werden und möglichst Daten aus der Fernerkundung anstelle von In-situ-Daten als Eingabeparameter für hydrologische Modelle herangezogen werden. Die Dateninfrastruktur des Projektes basiert auf offenen Geostandards wie dem Sensor Web. Dieser Beitrag beschreibt die Ansätze zur Integration von Satellitendaten in das Sensor Web.
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Das Forschungsvorhaben MuDak-WRM hat zum Ziel, ein global anwendbares Vorhersagemodell für die Veränderung der Wasserqualität in Stauseen herzuleiten. Dazu sollen die Komplexität der Modelle reduziert werden und möglichst Daten aus der Fernerkundung anstelle von In-situ-Daten als Eingabeparameter für hydrologische Modelle herangezogen werden. Die Dateninfrastruktur des Projektes basiert auf offenen Geostandards wie dem Sensor Web. Dieser Beitrag beschreibt die Ansätze zur Integration von Satellitendaten in das Sensor Web.
Unsicherheiten in der Wasserstandmessung mit Radarfüllstandsensoren
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Mit der redundanten messtechnischen Ausrüstung gewässerkundlicher Pegel an den Bundeswasserstraßen werden Unsicherheiten in der Wasserstandmessung offenbar. Aus dem Vergleich von mittels Schwimmern bzw. Radarfüllstandsensoren vorgenommenen Wasserstandmessungen an den Pegeln Mainz und Borkum-Südstrand ergibt sich über den Messzeitraum eine Standardabweichung der validen Messwerte von 1,7 cm bei viertelstündlicher Registrierung (Mainz) und 4,2 cm bei minütlicher Registrierung (Borkum-Südstrand).
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Mit der redundanten messtechnischen Ausrüstung gewässerkundlicher Pegel an den Bundeswasserstraßen werden Unsicherheiten in der Wasserstandmessung offenbar. Aus dem Vergleich von mittels Schwimmern bzw. Radarfüllstandsensoren vorgenommenen Wasserstandmessungen an den Pegeln Mainz und Borkum-Südstrand ergibt sich über den Messzeitraum eine Standardabweichung der validen Messwerte von 1,7 cm bei viertelstündlicher Registrierung (Mainz) und 4,2 cm bei minütlicher Registrierung (Borkum-Südstrand).
Arbeitsablauf und Qualitätssicherung in einem Messdatenmanagementsystem
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Unter einem Messdatenmanagementsystem (MDMS) versteht man ein System zur kontinuierlichen und dauerhaften Speicherung, Aufbereitung, Auswertung sowie Austausch von Mess- und Metadaten. Neben dem reinen Verwalten zeitbezogener Mess- und Metadaten stehen Werkzeuge zur Strukturierung und Verwaltung des Messnetzes, Fachverfahren zur Datenprüfung, -korrektur und Auswertung sowie zur Erzeugung benötigter Produkte, wie Grafiken und Berichte, zur Verfügung. Damit ist ein MDMS hervorragend für den Einsatz im Pegelwesen geeignet und unterstützt den gesamten Arbeitsablauf. Alle Mess- und Metadaten sind direkt erreichbar, können kontrolliert und korrigiert werden. So unterstützt ein MDMS den Anwender bei der Erstellung von Abflusskurven und Veränderungswerten.
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Unter einem Messdatenmanagementsystem (MDMS) versteht man ein System zur kontinuierlichen und dauerhaften Speicherung, Aufbereitung, Auswertung sowie Austausch von Mess- und Metadaten. Neben dem reinen Verwalten zeitbezogener Mess- und Metadaten stehen Werkzeuge zur Strukturierung und Verwaltung des Messnetzes, Fachverfahren zur Datenprüfung, -korrektur und Auswertung sowie zur Erzeugung benötigter Produkte, wie Grafiken und Berichte, zur Verfügung. Damit ist ein MDMS hervorragend für den Einsatz im Pegelwesen geeignet und unterstützt den gesamten Arbeitsablauf. Alle Mess- und Metadaten sind direkt erreichbar, können kontrolliert und korrigiert werden. So unterstützt ein MDMS den Anwender bei der Erstellung von Abflusskurven und Veränderungswerten.
