Gewässerüberwachung

AbstractAls neue Eigentümer einer idyllischen Liegenschaft in Reutigen, haben wir vor kurzem unseren Wohnsitz an diesem bezaubernden Ort bezogen. Das Gebäude befindet sich in einer ländlichenUmgebung und wird von einem kleinen Bach begleitet, der meist nur wenig Wasser führt - es sei denn, es kommt zu starkem Regen, Hagel oder Schnee, gefolgt von Tauwetter. Unser Ziel ist die Überwachung des aktuellen Wasserstands, um frühzeitig Maßnahmen zu ergreifen, falls ein potenzieller Überlauf droht.Diese Diplomarbeit konzentriert sich auf die Entwicklung eines Gewässerüberwachungssystems. Zwei verschiedene Ansätze wurden verglichen und bewertet, wobei Variante 1 aus Gründen der Energieeffizienz für die Umsetzung ausgewählt wurde. Die Steuerung basiert auf einem Mikrocontroller namens Wemos D1 mini, der die Daten an die Entwicklungsplattform Node-RED überträgt. Mit Node-RED kann eine grafische Benutzeroberfläche erstellt werden, um die Messergebnisse darzustellen. Diese Benutzeroberfläche kann von unterwegs über ein Endgerät wie z. B. ein Handy oder einen PC per Fernzugriff aufgerufen werden. Die Wasserstandsmesswerte werden verschiedenen Zonen zugeordnet, und anhand dieser Zuordnung wird entschieden, ob eine Alarmierung ausgelöst wird. Diese Alarmierung erfolgt über E-Mail und WhatsApp, was bedeutet, dass sie überall empfangen wird, solange das Endgerät eine Verbindung hat. Der verwendete Sensor liefert nicht nur die Distanzdaten, sondern auch zusätzliche Informationen wie die Temperatur des Sensors und die reflektierte Signalstärke. Diese Daten werden in dergrafischen Benutzeroberfläche zusammen mit dem Akkustatus und der Signalstärke des lokalen WLAN-Netzwerks visualisiert. Zwischen den Messzyklen versetzt sich der Mikrocontroller in einen energiesparenden Modus, wobei die Dauer dieses Modus vom Wasserstand abhängt und entsprechend kürzer wird, je höher der Wasserstand ist. Alle ausgewerteten Daten werden auf einem zentralen Server gespeichert, damit sie zu einem späteren Zeitpunkt in geeigneter Form zur Verfügung stehen. Abschließend wurden die Realisierungskosten in sechs verschiedenen Kategorien aufgeführt und analysiert. Dies ermöglicht eine bessere Einschätzung der Aufwände für eine eventuelle weitere Produktion und gibt Aufschluss über die Gesamtkosten für eine Messstation. Die effektiven Realisierungskosten belaufen sich auf CHF 23'752.40. Darin ist die gesamte Diplomarbeit inbegriffen. Die Zielerreichung gemäß dem Pflichtenheft (Endergebnisse und Erfolgskriterien) wurde mit einem Zielerreichungsgrad von 93,9 % erreicht. Abzüge wurden hauptsächlich durch die fehlende Anbindung an einen Wetterdatenanbieter verursacht. BeschreibungNach meiner vierjährigen Ausbildung als Elektromonteur von 2003 bis 2007, bewarb ich mich 2010 bei der BLS Netz AG als Signaltechniker. Bis 2020 arbeitete ich in dieser Tätigkeit bis ich beschloss, die Ausbildung zum Elektrotechniker HF zu beginnen. Nach drei Jahren Ausbildung und dem erfolgreichen Abschluss, kann ich ab dem 01. Dezember 2023 bei einer neuen Tätigkeit als Technologiemanager, weiterhin bei der BLS Netz AG, Stellwerkprojekte betreuen. Das Bauen und Einrichten von Pegeln zur Wasserstandbeobachtung geht bis auf die Ägypter (2000 v. Ch.) zurück. Die Ägypter benutzten die Pegel, um den Wasserstand des Nils zu messen und anhand dessen den besten Zeitpunkt für die Aussaht zu bestimmen. Dazu benutzten sie Lattenpegel oder Steinstufen. Heutzutage gibt es eine Vielzahl von Messeinrichtungen, die mittels Berührung oder berührungslos funktionieren. Es gibt zum Beispiel Lattenpegel-, Schwimmerpegel-, Druckpegel- oder Radar- Messsysteme. Im Bereich der Datensammlung und Analyse gibt es verschieden Arten. Bei den älteren Messeinrichtung muss der Wasserstand vor Ort abgelesen werden. Bei den moderneren können die Daten via Fernauslesung protokolliert werden.Im Rahmen der Ausbildung zum Techniker HF in Elektrotechnik soll als Abschlussarbeit eine Diplomarbeit, nachführend als DA bezeichnet, erarbeitet werden. Die DA soll die Entwicklung zueiner Wasserstands- Überwachung aufzeigen. Die vorliegende DA vereint ältere Schwimmerpegelmessmethoden mit modernen kontaktlosen Messsensoren, die die Messungen und Alarmierung automatisch tätigen.