Entwicklung und Erprobung eines multifunktionalen Geo ...

GeoSN UniBwKapitel 2 Geo-SensornetzwerkGesondert sollten hier die geotechnischen Sensoren betrachtet werden, die in ihrer heutigenAusprägung als permanente Monitoringsysteme insbesondere für Staudämme ([15],[19]) bereits in der Bauphase noch stärker als die geodätischen Sensoren dem Ansatz desSensorknotens entsprechen. Derartige Systeme bestehen immer aus sehr einfachen Sensorenohne eigene Fähigkeiten zur Signalverarbeitung, wie etwa Dehnungsmessstreifen oderExtensometer. Die Messungen dieser Sensoren liegen meist in rein analogen Spannungswertenvon zum Beispiel kapazitiven Widerständen vor [42]. Angeschlossen werden dieSensoren an eine Loggingeinheit [43], die zunächst die Signalverarbeitung mittels A/D-Wandler und anschließend die Messwertgenerierung mit entsprechend vorkonfigurierterund auf den angeschlossenen Sensor kalibrierter Berechnungsfunktionen durchführt (sieheAnlage 7), um die Messdaten zum Beispiel in eine Längeneinheit umzurechnen ([42],[44]). Die Forderung, dass an einen Knoten auch mehrere Sensoren angeschlossen werdenkönnen, ist hier verwirklicht, da an eine Loggingeinheit Sensoren verschiedener Art angeschlossenwerden können, sofern sie analoge Stromsignale generieren, etwa Sensoren zurBestimmung von Temperatur auf Basis von Widerständen ([45]).Die wesentlichen Unterschiede zwischen WSN und GeoSN liegen vor allem bei den technischenBesonderheiten, die in einem GeoSN auftreten und der zu untersuchenden Größe,die hohe Anforderungen an die Sensorik stellt. Das JPL (Jet Propulsion Laboratory) nenntdieses Vorgehen „One size does not fit all“, was aussagt, dass ein Sensornetzwerk an diezu untersuchende Größe angepasst werden muss, insbesondere was Aufbau der Knotenund die Kommunikation betrifft [Web 6].Für ein GeoSN muss somit zunächst insbesondere von den folgenden ursprünglichen Forderungenan ein WSN abgegangen werden:a) Ausbringung der Knoten,b) Stromversorgung und Lebensdauer,c) Miniaturisierung,d) Kosten eines Knotens,e) Räumliche Abstände zwischen den einzelnen Sensorknoten,f) Datenform und -menge eines Sensorknotens.Das Ziel in einen GeoSN für ingenieurgeodätische Überwachungsaufgaben ist in der Regel,aus den Messungen der einzelnen Sensorknoten auf die Bewegungen oder Verformungendes untersuchten Objektes zu schließen. Das Objekt muss durch Messstellen derSensorknoten zunächst diskretisiert werden. Dies stellt die Anforderung, dass die Sensorknotenan repräsentativen Punkten des Objektes angebracht werden. Diese Forderung nachgeplanter Anbringung am Objekt bedeutet eine Abkehr von der ursprünglichen Forderungnach ungeplanter Ausbringung der Knoten in einem WSN. Zusätzlich kommt die Forderungnach der Fähigkeit zur Positionsbestimmung für die Sensorknoten noch hinzu.Methoden der Positionierung innerhalb der Netzwerktopologie, die über die Längen derFunkstrecken realisiert werden, ermöglichen die Bestimmung lokaler Koordinaten derKnoten innerhalb des Netzwerkes. Die Abstandsbestimmungen im Funknetz finden zumeistüber Signalstärken statt. Um das Netz in sich zu fixieren, ist es erforderlich, dasseine gewisse Menge der Sensoren eigenständig Positionen bestimmen ([5], [11]). DerartigeNetzfähigkeiten stellen allerdings wesentlich höhere Anforderungen an die drahtlose- Seite 22 -