6. September 2023

Eine Innovation zur Überwachung des Volumenstroms in Wasserläufen ohne Beeinträchtigung der natürlichen Umgebung

In Zusammenarbeit mit CSEM hat das Neuenburger KMU Precidata ein Überwachungssystem für den Wasserfluss von Bächen, Bächen und Suonen entwickelt. Ausgestattet mit drei Kameras, zwei Sonnenkollektoren und einer drahtlosen Verbindung zu einem Server ist die kontaktlose Lösung ohne grosse Eingriffe in das Flussbett und das ganze Jahr über im 24/7-Betrieb.

Blick auf einen kleinen Wasserfall in einem Berggebiet
© CSEM - Wie kann die Durchfluss­menge eines Bachs gemessen werden?

CSEM und das Neuenburger KMU Precidata haben ein System zur Überwachung, Messung und Warnung für den Wasserstand und die Durchfluss­menge in Flüssen, Bächen und traditionellen offenen Wasserkanälen im Gebirge entwickelt. Das mobile, leichte, autarke und per Funk mit einem separaten Server verbundene System, das seine Entstehung der BlueArk Challenge 2021 verdankt, beobachtet mit seinen drei Kameras das Flussbett das ganze Jahr über und rund um die Uhr. Es erfordert keinerlei Eingriffe in die Natur und kann für Gemeinden eine wertvolle Entscheidungshilfe sein, wenn es um die Optimierung der Wassernutzung und den Schutz vor Hochwasserschäden geht.

Dieses konkrete Projekt hat seinen Ursprung in der BlueArk Challenge, der 2021 ausgelobten Projektausschreibung von BlueArk, einem in Le Châble ansässigen Innovationszentrum, das sich der Innovation im Bereich Wasser und natürliche Ressourcen widmet. Das Neuenburger KMU Precidata und CSEM wurden für ihr Lösungskonzept ausgezeichnet, das es ermöglicht, die Durchflussmenge von Bergflüssen, Wildbächen und traditionellen offenen Wasserkanälen berührungslos und ohne grobe Eingriffe in das Flussbett zu messen.


Eine kostengünstige Lösung zur Erfassung der Wasserdurchflussmenge in Echtzeit und im Verlauf

Die von Precidata und CSEM geplante Anlage war 2021 Gegenstand einer Machbarkeitsevaluation, erhielt die Unterstützung des Kantons Neuenburg, und führte im Ergebnis zu einem Bildverarbeitungssystem mit mehreren Kameras und einem speziellen Beleuchtungssystem, das eine unterbrechungsfreie Erfassung ermöglicht. Die Lösung arbeitet mit energiesparenden Kameras (zwei Infrarotkameras und eine Farbkamera), die den Wasserstrom aus zwei verschiedenen Winkeln filmen und ihn so dreidimensional rekonstruieren können. Dank der Solarpaneele und einer Batterie arbeitet das System völlig autonom. Das System wird am Rand des Wasserlaufs installiert, erfasst und speichert die Daten und überträgt sie an einen Überwachungsserver, das ganze Jahr über und rund um die Uhr. Zusätzlich zur kontinuierlichen Überwachung können sich die Anwender direkt einloggen, um den Wasserlauf in Echtzeit zu beobachten. Das System kann darüber hinaus bei aussergewöhnlichen Ereignissen wie starkem Regen oder Sturzfluten unmittelbar Überschwemmungswarnungen generieren und vor hohen oder niedrigen Wasserständen/Durchflussmengen, Trockenheit usw. warnen.

Optimierung der Wassernutzung ohne Veränderung der natürlichen Umgebung

CSEM nutzte sein algorithmisches Fachwissen in den Bereichen KI und Computer Vision, um verschiedene Algorithmen für die Segmentierung, 3D-Kartierung und Durchflussmenge anzupassen und zu integrieren. Precidata seinerseits sorgte für die Integration der verschiedenen Komponenten. Das Ergebnis: eine integrierte, mobile und nachhaltige Lösung, bereit für den Einsatz vor Ort. Das Überwachungssystem ist leicht und schnell zu installieren, auch an schwer zugänglichen Orten, und dient dazu, die Durchflussmenge eines Wasserlaufs genau und regelmässig zu ermitteln und die in Echtzeit gesammelten Daten mit älteren Messungen zu vergleichen. «Dank unseres Systems verfügen Gemeinden, Kantone, der Bund und Naturschützer über eine wichtige Entscheidungshilfe, die es ihnen ermöglicht, Hochwasser- und Trockenperioden zu modellieren. So können sie Konzepte entwickeln, um die Wassernutzung zu optimieren und Hochwasserschäden zu verhindern», erläutert Cédric Berger, CEO von Precidata.

Ein Prototyp wurde in den Kantonen Neuenburg und Wallis im Feldversuch getestet; angesichts der hervorragenden Resultate ist die Lösung nun bereit, potenziellen Anwendern präsentiert zu werden. Bei entsprechender Nachfrage werden die Forschungsarbeiten fortgesetzt und das System weiterentwickelt.

Weiterführende Informationen

Überwachung kleiner Wasserläufe – nicht so einfach wie es aussieht

Auf der einen Seite steht eine wachsende Zahl klimabedingter Extremwetterereignisse. Auf der anderen Seite stehen die Wasserläufe, die unsere Bergregionen prägen, und ein erhöhter Bedarf an Überwachungssystemen, insbesondere bei starken Regenfällen. Für die Messung der Durchflussmengen in kleinen Wasserläufen gibt es verschiedene Lösungen, aber alle haben Nachteile: Satellitenbilder beispielsweise sind zeitlich und räumlich zu unflexibel (in der Regel eine Aufnahme pro Woche) und können keine Warnmeldungen generieren. Ausserdem erfordern sie direkte manuelle Eingriffe, eine grosse Menge an technischen Geräten und ein komplexes Verfahren. Industrielle automatisierte Lösungen für die Wasserstandsmessung (Durch­flussmesser, Druckventile, Wehre usw.) erfordern feste Install­atio­nen (kanalisierte Wasserläufe) und sind deshalb keine überall einsetzbaren und umweltschonenden Lösungen. Teillösungen wie Radarsysteme können zwar eine Hochwasserwarnung ausgeben, liefern aber nur einen Messwert, nämlich die Wasserhöhe, der keine direkte Schätzung der Durchflussmenge ermöglicht (es wird die Geschwindigkeit benötigt) und der auch Veränderungen in der Breite des Wasserlaufs nicht berücksichtigt. Bildverarbeitungs­systeme schliesslich sind eher für grosse Wasserläufe geeignet und erfordern aufwendige, entsprechend teure Installationen.

Über Precidata

Voici bientôt 20 ans que l’entreprise neuchâteloise Precidata Sàrl propose ses compétences pointues dans la collecte, le traitement et la mise en valeur des données ainsi que dans le reporting, la gestion des alertes, la commande à distance, l’automatisation, la gestion de laboratoires (LIMS), etc. Elle sauvegarde les données en temps réel sans pertes et envoie alertes et rapports automatiques à une multitude de clients. Pionnière du domaine, son équipe de spécialistes accompagne ses clients dans leurs développements. Les performances et la souplesse inégalées de GlobalVision, des SmartGateway et SwitchBox totalement développés à l’interne en font, entre autres, un acteur-clé de l’internet des objets (IoT), des Green Tech, de la digitalisation, du Big Data, de l’intelligence augmentée, etc. www.precidata.com

Über BlueArk

BlueArk ist ein Innovationszentrum für Technologie und ein In-situ-Datenlabor mit Sitz in Le Châble (Kanton Wallis, Schweiz). Es wurde 2018 gegründet und ist auf das Management natürlicher Ressourcen mit besonderem Schwerpunkt auf intelligentem Wassermanagement und Digitalisierung spezialisiert. Mit einem umfassenden Dienstleistungsangebot, das sowohl im Flachland als auch im Alpenbogen anwendbar ist, beschleunigt es die Entstehung und Entwicklung praktischer, innovativer und rentabler Lösungen für die Herausforderungen des Klimawandels, insbesondere im Bereich der Wasserwirtschaft. BlueArk steht auch hinter dem Projektaufruf "BlueArk Challenge", der seit 2019 regelmässig stattfindet, und organisiert die jährliche BlueArk Conference, eine Veranstaltung für Fachleute aus dem Bereich der Wasserwirtschaft. www.blueark.ch

Erfahren Sie mehr über die CSEM Lösungen im Bereich des Internet der Dinge :

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