Skip to main content

2022 | OriginalPaper | Buchkapitel

IoT-basierte Wasserstandmessung mittels Low-cost-Messsystem und -Sensorik an kleinen Fließgewässern

verfasst von : Paul Schulze, Martin Engelmann, Frank Fuchs-Kittowski

Erschienen in: Umweltinformationssysteme - Wie trägt die Digitalisierung zur Nachhaltigkeit bei?

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Zusammenfassung

Zum Schutz von Hochwasser ist eine frühzeitige Warnung notwendig. An kleinen Fließgewässern fehlen automatische Pegelsystemen. Hier besteht der Bedarf an kostengünstigen Pegelsystemen. Es werden verschiedene berührungslose Sensoren zur Abstandsmessung (Ultraschall, Pulsradar, Lidar) untersucht und hinsichtlich ihrer Eignung zur Wasserstandmessung an kleineren Flüssen bewertet. Hierzu wurden vier verschiedene Sensoren (3 × Ultraschall, 1 × Lidar) betrachtet und zwei dieser Sensoren in einem Freilandexperiment getestet. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigten, dass der Lidarsensor VL53L1X eine deutlich höhere Varianz der Messwerte ausweist im Vergleich zum Ultraschallsensor DYP-ME007Y. Die betrachteten Ultraschallsensor DYP-ME007Y, JSN-SR04T und JSN-SR04T-2.0 können zur Bestimmung des Abstandes zur Wasseroberfläche bis zu einer Entfernung von mind. 300 cm eingesetzt werden. Der untersuchte Lidarsensor VL53L1X kann, einen ausreichenden Gewässerquerschnitt vorausgesetzt, für die Wasserstandbestimmung an kleinen Fließgewässern eingesetzt werden. Die untersuchten low-cost-Sensoren ermöglichen die Konstruktion von preiswerten Pegelsystemen zur Bestimmung des Wasserstandes auch an kleinen Fließgewässern, insbesondere in quellnahem Bereich.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat Collins, M., Knutti, R., Arblaster, J., Dufresne, J.-L., Fichefet, T., Gao, X., Jr, W. J. G., Johns, T., Krinner, G., Shongwe, M., Weaver, A. J., Wehner, M., Allen, M. R., Andrews, T., Beyerle, U., Bitz, C. M., Bony, S., Booth, B. B. B., Brooks, H. E., Brovkin, V., Browne, O., Brutel-Vuilmet, C., Cane, M., Chadwick, R., Cook, E., Cook, K. H., Eby, M., Fasullo, J., Forest, C. E., Forster, P., Good, P., Goosse, H., Gregory, J. M., Hegerl, G. C., Hezel, P. J., Hodges, K. I., Holland, M. M., Huber, M., Joshi, M., Kharin, V., Kushnir, Y., Lawrence, D. M., Lee, R. W., Liddicoat, S., Lucas, C., Lucht, W., Marotzke, J., Massonnet, F., Matthews, H. D., Meinshausen, M., Morice, C., Otto, A., Patricola, C. M., Philippon, G., Rahmstorf, S., Riley, W. J., Saenko, O., Seager, R., Sedláček, J., Shaffrey, L. C., Shindell, D., Sillmann, J., Stevens, B., Stott, P. A., Webb, R., Zappa, G., Zickfeld, K., Joussaume, S., Mokssit, A., Taylor, K., & Tett, S. (2013). Long-term climate change: Projections, commitments and irreversibility. In climate change 2013: The physical science basis. Cambridge University Press. https://www.ipcc.ch/report/ar5/wg1/. Collins, M., Knutti, R., Arblaster, J., Dufresne, J.-L., Fichefet, T., Gao, X., Jr, W. J. G., Johns, T., Krinner, G., Shongwe, M., Weaver, A. J., Wehner, M., Allen, M. R., Andrews, T., Beyerle, U., Bitz, C. M., Bony, S., Booth, B. B. B., Brooks, H. E., Brovkin, V., Browne, O., Brutel-Vuilmet, C., Cane, M., Chadwick, R., Cook, E., Cook, K. H., Eby, M., Fasullo, J., Forest, C. E., Forster, P., Good, P., Goosse, H., Gregory, J. M., Hegerl, G. C., Hezel, P. J., Hodges, K. I., Holland, M. M., Huber, M., Joshi, M., Kharin, V., Kushnir, Y., Lawrence, D. M., Lee, R. W., Liddicoat, S., Lucas, C., Lucht, W., Marotzke, J., Massonnet, F., Matthews, H. D., Meinshausen, M., Morice, C., Otto, A., Patricola, C. M., Philippon, G., Rahmstorf, S., Riley, W. J., Saenko, O., Seager, R., Sedláček, J., Shaffrey, L. C., Shindell, D., Sillmann, J., Stevens, B., Stott, P. A., Webb, R., Zappa, G., Zickfeld, K., Joussaume, S., Mokssit, A., Taylor, K., & Tett, S. (2013). Long-term climate change: Projections, commitments and irreversibility. In climate change 2013: The physical science basis. Cambridge University Press. https://​www.​ipcc.​ch/​report/​ar5/​wg1/​.
9.
13.
Zurück zum Zitat Lin, F., Chang, W., Lee, L., Hsiao, H., Tsai, W., & Lai, J. (2013). Applications of Image Recognition for Real-Time Water Level and Surface Velocity. In 2013 IEEE International Symposium on Multimedia (S. 259–262). doi: https://doi.org/10.1109/ISM.2013.49. Lin, F., Chang, W., Lee, L., Hsiao, H., Tsai, W., & Lai, J. (2013). Applications of Image Recognition for Real-Time Water Level and Surface Velocity. In 2013 IEEE International Symposium on Multimedia (S. 259–262). doi: https://​doi.​org/​10.​1109/​ISM.​2013.​49.
15.
Zurück zum Zitat Yu, J., & Hahn, H. (2010). Remote detection and monitoring of a water level using narrow band channel. Journal of Information Science and Engineering, 26, 71–82. Yu, J., & Hahn, H. (2010). Remote detection and monitoring of a water level using narrow band channel. Journal of Information Science and Engineering, 26, 71–82.
19.
Zurück zum Zitat Schulze, C., Burkard, S., & Fuchs-Kittowski, F. (2020). Bildbasierte Verfahren auf kostengünstiger Micro-Controller-Hardware zum automatisierten Messen von Wasserstand an kleinen Gewässern. In U. Freitag, F. Fuchs-Kittowski, A. Abecker, & F. Hosenfeld (Hrsg.), Umweltinformationssysteme – Wie verändert die Digitalisierung unsere Gesellschaft? Springer Vieweg. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-658-30889-6_5. Schulze, C., Burkard, S., & Fuchs-Kittowski, F. (2020). Bildbasierte Verfahren auf kostengünstiger Micro-Controller-Hardware zum automatisierten Messen von Wasserstand an kleinen Gewässern. In U. Freitag, F. Fuchs-Kittowski, A. Abecker, & F. Hosenfeld (Hrsg.), Umweltinformationssysteme – Wie verändert die Digitalisierung unsere Gesellschaft? Springer Vieweg. doi: https://​doi.​org/​10.​1007/​978-3-658-30889-6_​5.
24.
Zurück zum Zitat Kuchling, H. (2007). Taschenbuch der Physik. Fachbuchverl Leipzig im Carl-Hanser. Kuchling, H. (2007). Taschenbuch der Physik. Fachbuchverl Leipzig im Carl-Hanser.
25.
Zurück zum Zitat Höfer, W. (2016). Raspberry Pi programmieren mit Java: Mit vielen Beispielprojekten. BoD – Books on Demand. Höfer, W. (2016). Raspberry Pi programmieren mit Java: Mit vielen Beispielprojekten. BoD – Books on Demand.
26.
28.
Zurück zum Zitat Rahman, N. M. F., Manjang, S., & Zainuddin, Z. (2017). Water level monitoring using ultrasonic-pipe in open channel. In 15th International Conference on Quality in Research (QiR) : International Symposium on Electrical and Computer Engineering (S. 262–266). 15th International Conference on Quality in Research (QiR). https://doi.org/10.1109/QIR.2017.8168493. Rahman, N. M. F., Manjang, S., & Zainuddin, Z. (2017). Water level monitoring using ultrasonic-pipe in open channel. In 15th International Conference on Quality in Research (QiR) : International Symposium on Electrical and Computer Engineering (S. 262–266). 15th International Conference on Quality in Research (QiR). https://​doi.​org/​10.​1109/​QIR.​2017.​8168493.
29.
Zurück zum Zitat Moreno, C., Aquino, R., Ibarreche, J., Pérez, I., Castellanos, E., Álvarez, E., Rentería, R., Anguiano, L., Edwards, A., Lepper, P., Edwards, R. M., & Clark, B. (2019). RiverCore: IoT device for river water level monitoring over cellular communications. Sensors, 19(1), 127. https://doi.org/10.3390/s19010127CrossRef Moreno, C., Aquino, R., Ibarreche, J., Pérez, I., Castellanos, E., Álvarez, E., Rentería, R., Anguiano, L., Edwards, A., Lepper, P., Edwards, R. M., & Clark, B. (2019). RiverCore: IoT device for river water level monitoring over cellular communications. Sensors, 19(1), 127. https://​doi.​org/​10.​3390/​s19010127CrossRef
30.
Zurück zum Zitat Odli, Z. S. M., Izhar, T. N. T., Razak, A. R. A., Yusuf, S. Y., Zakarya, I. A., Saad, F. N. M., & Nor, M. Z. M. (2016). Development of portable water level sensor for flood management system, 11(8), 6. Odli, Z. S. M., Izhar, T. N. T., Razak, A. R. A., Yusuf, S. Y., Zakarya, I. A., Saad, F. N. M., & Nor, M. Z. M. (2016). Development of portable water level sensor for flood management system, 11(8), 6.
31.
Zurück zum Zitat Alimenti, F., Bonafoni, S., Gallo, E., Palazzi, V., Gatti, R. V., Mezzanotte, P., Roselli, L., Zito, D., Barbetta, S., Corradini, C., Termini, D., & Moramarco, T. (2020). Noncontact measurement of river surface velocity and discharge estimation with a low-cost doppler radar sensor. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 58(7), 5195–5207. https://doi.org/10.1109/TGRS.2020.2974185CrossRef Alimenti, F., Bonafoni, S., Gallo, E., Palazzi, V., Gatti, R. V., Mezzanotte, P., Roselli, L., Zito, D., Barbetta, S., Corradini, C., Termini, D., & Moramarco, T. (2020). Noncontact measurement of river surface velocity and discharge estimation with a low-cost doppler radar sensor. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 58(7), 5195–5207. https://​doi.​org/​10.​1109/​TGRS.​2020.​2974185CrossRef
33.
Zurück zum Zitat Pandeya, B., Uprety, M., Paul, J. D., Sharma, R. R., Dugar, S., & Buytaert, W. (2020). Mitigating flood risk using low-cost sensors and citizen science: A proof-of-concept study from western Nepal. Journal of Flood Risk Management, e12675. https://doi.org/10.1111/jfr3.12675. Pandeya, B., Uprety, M., Paul, J. D., Sharma, R. R., Dugar, S., & Buytaert, W. (2020). Mitigating flood risk using low-cost sensors and citizen science: A proof-of-concept study from western Nepal. Journal of Flood Risk Management, e12675. https://​doi.​org/​10.​1111/​jfr3.​12675.
34.
Zurück zum Zitat Patil, P. S., Kapgate, P. D., Rathour, S. B., Mawale, N. P., & Khope, R. (2020). Water level monitoring and leakage detection system using long range module (LoRa). SAMRIDDHI : A Journal of Physical Sciences, Engineering and Technology, 12(SUP 2), 41–45. doi: https://doi.org/10.18090/samriddhi.v12iS2.9. Patil, P. S., Kapgate, P. D., Rathour, S. B., Mawale, N. P., & Khope, R. (2020). Water level monitoring and leakage detection system using long range module (LoRa). SAMRIDDHI : A Journal of Physical Sciences, Engineering and Technology, 12(SUP 2), 41–45. doi: https://​doi.​org/​10.​18090/​samriddhi.​v12iS2.​9.
37.
Zurück zum Zitat Urbanski, K., & Woitowitz, R. (2013). Digitaltechnik: Ein Lehr- und Übungsbuch. Springer. Urbanski, K., & Woitowitz, R. (2013). Digitaltechnik: Ein Lehr- und Übungsbuch. Springer.
43.
Zurück zum Zitat Müller, R., Pfützner, B., Burkard, S., & Fuchs-Kittowski, F. (2018). Hochwasser messen, modellieren und managen unter Bürgerbeteiligung. In: M3 – Messen, Modellieren, Managen in Hydrologie und Wasserressourcenbewirtschaftung, Heft 39.18, (S. 335–346). Forum für Hydrologie und Wasserbewirtschaftung. Müller, R., Pfützner, B., Burkard, S., & Fuchs-Kittowski, F. (2018). Hochwasser messen, modellieren und managen unter Bürgerbeteiligung. In: M3 – Messen, Modellieren, Managen in Hydrologie und Wasserressourcenbewirtschaftung, Heft 39.18, (S. 335–346). Forum für Hydrologie und Wasserbewirtschaftung.
44.
Zurück zum Zitat Kühnel, C. (2012). Arduino: Hard- und Software Open Source Plattform. BoD – Books on Demand. Kühnel, C. (2012). Arduino: Hard- und Software Open Source Plattform. BoD – Books on Demand.
45.
Zurück zum Zitat Margolis, M. (2012). Arduino-Kochbuch. O’Reilly Germany. Margolis, M. (2012). Arduino-Kochbuch. O’Reilly Germany.
49.
Zurück zum Zitat Cherqui, F., James, R., Poelsma, P., Burns, M. J., Szota, C., Fletcher, T., & Bertrand-Krajewski, J.-L. (2020). A platform and protocol to standardise the test and selection low-cost sensors for water level monitoring. H2Open Journal, 3(1), 437–456. https://doi.org/10.2166/h2oj.2020.050. Cherqui, F., James, R., Poelsma, P., Burns, M. J., Szota, C., Fletcher, T., & Bertrand-Krajewski, J.-L. (2020). A platform and protocol to standardise the test and selection low-cost sensors for water level monitoring. H2Open Journal, 3(1), 437–456. https://​doi.​org/​10.​2166/​h2oj.​2020.​050.
54.
Zurück zum Zitat Sakphrom, S., & Korkua, S. K. (2019). Simplified stream discharge estimation for hydrological application based on NB-IoT deployment. In 2019 10th International Conference of Information and Communication Technology for Embedded Systems (IC-ICTES) (S. 1–5). https://doi.org/10.1109/ICTEmSys.2019.8695960. Sakphrom, S., & Korkua, S. K. (2019). Simplified stream discharge estimation for hydrological application based on NB-IoT deployment. In 2019 10th International Conference of Information and Communication Technology for Embedded Systems (IC-ICTES) (S. 1–5). https://​doi.​org/​10.​1109/​ICTEmSys.​2019.​8695960.
55.
Zurück zum Zitat Shaghaghi, N., Ferguson, P., Mayer, J., Cameron, Z., & Dezfouli, B. (2019). A low-power wireless sensing unit for hydro-system automation. In 2019 IEEE 9th Annual Computing and Communication Workshop and Conference (CCWC) (S. 0659–0665). doi: https://doi.org/10.1109/CCWC.2019.8666457. Shaghaghi, N., Ferguson, P., Mayer, J., Cameron, Z., & Dezfouli, B. (2019). A low-power wireless sensing unit for hydro-system automation. In 2019 IEEE 9th Annual Computing and Communication Workshop and Conference (CCWC) (S. 0659–0665). doi: https://​doi.​org/​10.​1109/​CCWC.​2019.​8666457.
56.
57.
Metadaten
Titel
IoT-basierte Wasserstandmessung mittels Low-cost-Messsystem und -Sensorik an kleinen Fließgewässern
verfasst von
Paul Schulze
Martin Engelmann
Frank Fuchs-Kittowski
Copyright-Jahr
2022
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-35685-9_9