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Brandenburgs verkabelter Forst

Minicomputer für die Waldbeobachtung: Steffen Ortmann vom IHP (l.) erläutert Techniker Jan-Eric Bienge (M.) und Forstwissenschaftler Jürgen Müller Details des Sensorknotens.
Minicomputer für die Waldbeobachtung: Steffen Ortmann vom IHP (l.) erläutert Techniker Jan-Eric Bienge (M.) und Forstwissenschaftler Jürgen Müller Details des Sensorknotens. © Foto: MOZ
Ina Matthes / 04.03.2014, 17:30 Uhr
Eberswalde (MOZ) Einmal im Jahr erscheint ein Bericht über den Zustand des Waldes. Die Daten dafür werden zum Teil durch automatische Messstationen erhoben. Problematisch wird es, wenn dort der Strom ausfällt.

Hasen können den deutschen Waldzustandsbericht unangenehm stören. Nämlich dann, wenn sie Kabel auf Flächen anknabbern, wo Daten für den Bericht erhoben werden.

Fällt die Stromversorgung der Messtechnik aus, dann kann es passieren, dass in den Werten Lücken klaffen. "Zum Teil kommt dort nur einmal monatlich jemand zur Kontrolle. Da haben wir dann ein Problem", sagt Jürgen Müller vom Eberswalder Thünen-Institut für Waldökosysteme. In dieser Einrichtung des Bundes fließen alle deutschlandweit gesammelten Erhebungen zum Waldmonitoring zusammen. Auf 451 ausgewählten Flächen werden Daten auf unterschiedliche Weise erhoben. In Eberswalde wird damit dann in Zusammenarbeit mit den Bundesländern der jährliche Waldzustandsbericht geschrieben.

Das Thünen-Institut betreibt selbst solche Messfelder und entwickelt Technik, mit der Datenlücken verhindert werden sollen. Die Idee ist, automatisch zu überwachen, ob die Stromversorgung funktioniert. Ein solches System testen die Wissenschaftler gegenwärtig auf einem vier Hektar großen Versuchsgelände im Wald nahe Britz. Es ist unterteilt in einzelne Sektoren. In dem einen stehen Trichter zwischen den Kiefern - damit werden die Niederschläge erfasst. In einem anderen sind Metallringe um die Stämme gespannt - sie zeigen millimetergenau das Wachstum des Holzes an. Es gibt außerdem ein Bodenfeuchte-Messfeld und eine Wetterstation.

In jedem dieser Sektoren steht ein Mast mit zwei grauen Kästen. In einem davon steckt eine Batterie, in dem anderen ein Datenspeicher. Von den Kästen verlaufen Kabel zu den Bäumen - darüber werden die Messgeräte, die Sensoren, mit Strom versorgt und Daten übertragen. In Deutschland gibt es rund 80 Messfelder dieser Art im Wald. Im Abständen von einer Woche bis zu einem Monat werden die Datenspeicher abgelesen. Erst wenn jemand zur regulären Kontrolle kommt, wird auch ein Stromausfall bemerkt. Zwar werden genug Daten für den Bericht erhoben, aber die Genauigkeit könnte noch höher sein. Deshalb haben sich die Forstwissenschaftler mit dem Frankfurter Mikroelektronik-Institut IHP im Forschungsprojekt "ATEM" eine bessere Lösung einfallen lassen.

Einer der grauen Kästen - der Datenspeicher - wird durch einen Minicomputer ersetzt - einen so genannten Sensorknoten. Er fragt über die Kabelverbindung regelmäßig die Daten der Sensoren ab. Diese funkt der Sensorknoten an eine Basisstation auf dem Gelände, die sie wiederum an einen Rechner weiterleitet. "Die Forstwissenschaftler haben die Daten live zur Verfügung. Sie bekommen so auch sofort mit, wenn etwas mit der Technik nicht stimmt", sagt Dr. Steffen Ortmann, Wissenschaftler am IHP. Bis zum Stromausfall muss es dabei gar nicht kommen. Das System löst bereits Alarm aus, wenn der Ladezustand der Batterie einen Grenzwert unterschreitet. Es spart auch Energie. Zum einen steuern die Sensorknoten die Versorgung der einzelnen Messgeräte so, dass diese nur Strom bekommen, wenn sie Daten übermitteln. Zum anderen brauchen die Minicomputer zehnmal weniger Energie als die derzeit verwendeten Datenspeicher.

Die Sensorknoten in den Messfeldern bilden ein sogenanntes Sensornetz. Sie funken ihre gesammelten Daten an dieselbe Basisstation. Die Verbindung zwischen den Dutzenden Messgeräten an den Bäumen und den Sensorknoten hingegen soll im Britzer Versuchsfeld zunächst weiterhin über Kabel erfolgen. Das hat sich in diesem Fall bisher als effektiver erwiesen als das Funken - denn dafür wird mehr Energie benötigt.

Die Wissenschaftler testen derzeit die Technik. "Wir wollen Erfahrung damit sammeln, wissen wie die Geräte unter Umweltbedingungen bei Hitze und Kälte arbeiten", sagt Steffen Ortmann. Eine weitere Herausforderung ist die Energieversorgung. "Unsere Idee ist, die Energie zu nutzen, die uns die Umwelt liefert", erläutert der promovierte Forstwissenschaftler Jürgen Müller. Dafür werden unterschiedliche alternative Energiequellen angezapft. Auf der Wetterstation zum Beispiel dreht sich ein kleines Windrad. Daneben steht ein Solarmodul. Beide laden mit ihrer Energie die Batterie. Auf der Lichtung funktioniert das gut. Schwieriger wird es im Wald, wo die Blätter der Bäume die Sonneneinstrahlung dämpfen. Die Wissenschaftler haben Masten für Windräder in den Baumkronen angebracht. Sie probieren auch exotischere Verfahren: Thermogeneratoren, die aus der Temperaturdifferenz zwischen Boden- und Umgebungstemperaturen Energie gewinnen oder so genannte Flächenwandler, die aus der Bewegung von Bäumen Strom gewinnen. Die Forscher wollen herausfinden, welche Kombination von alternativen Quellen welche Messtechnik möglichst stabil mit Energie versorgen kann.

Ziel der Forschung ist ein Demonstrationsfeld, wo sich Forstexperten anschauen können, wie Sensornetze funktionieren und wie alternative Energieversorgung im Wald aussehen könnte. Die heimische Wirtschaft soll davon profitieren. Ein Partner im Forschungsprojekt ist die Umwelt-Geräte-Technik GmbH UGT aus Müncheberg. Möglicherweise kann sie die Sensornetz-Technik nutzen für neue Geräte Made in Brandenburg.

Attraktiv sind solche Systeme vor allem für abgelegene Testflächen, nicht nur in Deutschland. "Ziel ist", sagt Müller "dass da niemand mehr hinfahren muss, um Daten abzuholen. Und dass wir belastbare Daten erhalten."

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