Entwicklung und Erprobung eines multifunktionalen Geo ...
Entwicklung und Erprobung eines multifunktionalen Geo ... Entwicklung und Erprobung eines multifunktionalen Geo ...
GeoSN UniBwKapitel 1 Sensornetzwerkef) autarke Stromversorgung, die zumeist nur begrenzt über eine Batterie, teilweiseaber auch durch Solarenergie wiederaufladbar, konzipiert ist,g) Sicherheit und Funktionsfähigkeit des kompletten Netzes auch bei Ausfall einzelnerKnoten oder Kommunikationsstrecken bzw. bei Erweiterung des Systems.1.2. Anwendungsgebiete für WSNDer zentrale technische Aspekt eines WSN ist die Datenerfassung mit Hilfe der Sensorknotenund die meisten Anwendungen können einer der drei folgenden Kategorien zugewiesenwerden:1) Datenerfassung zum Ziel der Steuerung besonderer Aufgaben, um einen Nutzervon bestimmten Tätigkeiten zu entlasten,2) Datenerfassung mit dem Ziel der Bildung eines Modells, um dem Nutzer zum besserenVerständnis besonderer Sachverhalte zu verhelfen,3) Datenerfassung zum Zweck der Überwachung eines bestimmten Sachverhalts, mitdem Ziel, den Nutzer im Hinblick auf bestimmte Zustände zu warnen.Mitunter treten mehrere der Ausprägungen in einem System auf. Insbesondere Systemevom Typ 2 und 3 finden häufig parallel Anwendung, wenn neben der reinen Generierungvon Warnungen auch das zukünftige Verhalten eines Sachverhalts prognostiziert werdensoll.1.2.1. WSN als SteuerungssystemeAnwendungen bei denen WSN zur Steuerung permanent durchzuführender Aufgaben eingesetztwerden, ergeben sich etwa durch „Vernetzung“ von Gebäuden. Derartige Systemegibt es in Ansätzen schon seit der Einführung von Rauchmeldern mit angeschlossenenFeuerlöschanlagen sowie Alarmanlagen gegen unbefugtes Eindringen.Eine Gebäudevernetzung mit den Funktionalitäten eines WSN wird häufig als „Smarthome“bezeichnet, wie es beispielsweise an der UniBw [Web 2] im Fachbereich ET am Institutfür Mess- und Automatisierungstechnik entwickelt wurde.In einer solchen Wohnanlage übernehmen Sensorknoten etwa folgende Aufgaben:a) permanente Prüfung der Anwesenheit eines Menschen in einem Raum,b) zeitgesteuerte Aktivierung und Deaktivierung von Steckdosen und damit der angeschlossenenelektrischen Geräte,c) optimale Anpassungen von Heizungs- und Klimaanlage über die Überwachung desKlimas außerhalb und innerhalb des Hauses,d) automatische Fensteröffnungen in Reaktion auf CO 2 - und Feuchtigkeits-Messungen.Hierbei zeigt sich bereits die weit reichende Konfigurierbarkeit eines derartigen WSN. Sokönnen etwa Licht und Heizung geregelt oder auch automatisch Radio oder Fernseheneingeschaltet werden, bis hin zur automatischen Zubereitung von Mahlzeiten oder der Bereitstellungvon Kleidung.Sensorenvernetzungen von Wohnanlagen oder Arbeitsplätzen werden vermutlich in Zukunftaufgrund immer teurer werdender Energieressourcen an Bedeutung gewinnen, in-- Seite 10 -
GeoSN UniBwKapitel 1 Sensornetzwerkedem alle energieverbrauchenden Systeme überwacht und auch ohne Eingriff eines Nutzersvor Ort optimal geregelt werden.1.2.2. WSN als ModellierungssystemeDas zweite große Einsatzgebiet von WSN ist die Erfassung von Messdaten zur Modellierungeines zu untersuchenden Sachverhalts. Die Bandbreite der zu modellierenden Sachverhalteist dabei sehr vielfältig. Besonderes Interesse liegt zumeist in der Beobachtungnatürliche Phänomene, etwa des Klimas oder der Wanderbewegung von Wildtieren. DieModellierung dient dazu, den Sachverhalt an sich besser zu verstehen, zukünftiges Verhaltenzu prognostizieren und Ursachen von Veränderungen zu erkennen.Die Kombination von Sensoren und Auswerteeinrichtungen zur Wettermodellierung wirdetwa beim deutschen Wetterdienst bereits großflächig genutzt [Web 3]. Im Gegensatz zusolchen bestehenden Systemen ergibt sich bei der Nutzung eines WSN eine bessere Modellierbarkeitder teilweise sehr komplexen physikalischen Vorgänge durch die große Anzahlvon Messstationen im überwachten Messgebiet.1.2.3. WSN als ÜberwachungssystemeEinsätze eines WSN als Überwachungssystem können etwa folgende Bereiche umfassen:a) Temperaturmessstellen zur Waldbrandvorsorge,b) Durchflusssensoren in Flussdämmen, insbesondere auch in behelfsmäßigen Sandsackbautenbei Hochwassersituationen,c) militärische Anwendungen und Schutz vor Terrorismus,d) Gebäudeüberwachungen in tektonisch aktiven Gebieten.Insbesondere die ersten drei Einsatzmöglichkeiten machen den massenhaften Einsatz vonSensoren deutlich, um möglichst große und ggf. schwer zugängliche Gebiete lückenlosabzudecken.Beim Einsatz eines WSN als Überwachungssystem ist das wesentliche Ziel der Datenerfassungdie Einordnung eines Ergebnisses in eine Zustandstabelle, die wiederum über entsprechendeReaktionspläne Warnungen an den Anwender ausgeben soll.Das Thema WSN ist in Europa noch nicht sehr weit verbreitet, in den USA gehen diesbezüglichdie Ansätze schon sehr viel weiter, was insbesondere der Punkt c) in der obigenAufzählung verdeutlicht. Im nationalen Technologieplan der USA [9] werden WSN zurAufklärung terroristischer Angriffe, insbesondere auf Basis von ABC-Waffen, schon explizitangesprochen.In der Überlappung eines WSN für Überwachungsaufgaben und Modellbildung mit denbereits existierenden Ansätzen und Systemen für geodätische Überwachungssysteme ergibtsich ein Geo-Sensornetzwerk für ingenieurgeodätische Überwachungsmessungen.- Seite 11 -
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<strong>Geo</strong>SN UniBwKapitel 1 Sensornetzwerkedem alle energieverbrauchenden Systeme überwacht <strong>und</strong> auch ohne Eingriff <strong>eines</strong> Nutzersvor Ort optimal geregelt werden.1.2.2. WSN als ModellierungssystemeDas zweite große Einsatzgebiet von WSN ist die Erfassung von Messdaten zur Modellierung<strong>eines</strong> zu untersuchenden Sachverhalts. Die Bandbreite der zu modellierenden Sachverhalteist dabei sehr vielfältig. Besonderes Interesse liegt zumeist in der Beobachtungnatürliche Phänomene, etwa des Klimas oder der Wanderbewegung von Wildtieren. DieModellierung dient dazu, den Sachverhalt an sich besser zu verstehen, zukünftiges Verhaltenzu prognostizieren <strong>und</strong> Ursachen von Veränderungen zu erkennen.Die Kombination von Sensoren <strong>und</strong> Auswerteeinrichtungen zur Wettermodellierung wirdetwa beim deutschen Wetterdienst bereits großflächig genutzt [Web 3]. Im Gegensatz zusolchen bestehenden Systemen ergibt sich bei der Nutzung <strong>eines</strong> WSN eine bessere Modellierbarkeitder teilweise sehr komplexen physikalischen Vorgänge durch die große Anzahlvon Messstationen im überwachten Messgebiet.1.2.3. WSN als ÜberwachungssystemeEinsätze <strong>eines</strong> WSN als Überwachungssystem können etwa folgende Bereiche umfassen:a) Temperaturmessstellen zur Waldbrandvorsorge,b) Durchflusssensoren in Flussdämmen, insbesondere auch in behelfsmäßigen Sandsackbautenbei Hochwassersituationen,c) militärische Anwendungen <strong>und</strong> Schutz vor Terrorismus,d) Gebäudeüberwachungen in tektonisch aktiven Gebieten.Insbesondere die ersten drei Einsatzmöglichkeiten machen den massenhaften Einsatz vonSensoren deutlich, um möglichst große <strong>und</strong> ggf. schwer zugängliche Gebiete lückenlosabzudecken.Beim Einsatz <strong>eines</strong> WSN als Überwachungssystem ist das wesentliche Ziel der Datenerfassungdie Einordnung <strong>eines</strong> Ergebnisses in eine Zustandstabelle, die wiederum über entsprechendeReaktionspläne Warnungen an den Anwender ausgeben soll.Das Thema WSN ist in Europa noch nicht sehr weit verbreitet, in den USA gehen diesbezüglichdie Ansätze schon sehr viel weiter, was insbesondere der Punkt c) in der obigenAufzählung verdeutlicht. Im nationalen Technologieplan der USA [9] werden WSN zurAufklärung terroristischer Angriffe, insbesondere auf Basis von ABC-Waffen, schon explizitangesprochen.In der Überlappung <strong>eines</strong> WSN für Überwachungsaufgaben <strong>und</strong> Modellbildung mit denbereits existierenden Ansätzen <strong>und</strong> Systemen für geodätische Überwachungssysteme ergibtsich ein <strong>Geo</strong>-Sensornetzwerk für ingenieurgeodätische Überwachungsmessungen.- Seite 11 -
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