Informationstechnische Konzepte für. Online-Wassergütemessnetze

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1 Informationstechnische Konzepte für Andreas HAUMER, xs+s Software und Systeme 1 / 37

2 Inhalt Einführung Online Messtechnik Anforderungen und Begriffsbestimmungen Komponenten eines Online-Messnetzes Zusammenfassung 2 / 37

3 Modellierung Umwelt Messtechnik Planung, Analyse, Bewertung, Prognose Messung Synchronisation von Modell und Realität Laboranalytik EDV-gestützte Analysemethoden Online Messtechnik 3 / 37

4 Wesentliche Aufgabe eines Online Messnetzes Die wesentliche Aufgabe eines Online-Messnetzes ist: Die automatische und kontinuierliche Erfassung, Speicherung, Aufbereitung und Präsentation von Messdaten von mehreren Probenahmestellen mit hoher Aktualität und geeigneter Qualität 4 / 37

5 Automatisch Wesentliche zu automatisierende Aufgaben Durchführung der Messung vor Ort Grundegende Messdatenverarbeitung Datenspeicherung Weitere Funktionen Überwachung und Alarmierung Durchführung von Standardauswertungen 5 / 37

6 Kontinuierlich Messnetzbetrieb rund um die Uhr Unterteilung der Zeitdomäne Messintervall Atomare Messwerte Abhängig von der Messaufgabe und vom Medium 6 / 37

7 Datenerfassung Messung = Bestimmung von physikalischen Eigenschaften eines Mediums Einzelmessung Zeitreihe Ergebnisse der Datenerfassung Messwert Zusatzinformationen 7 / 37

8 Datenspeicherung Effiziente Datenspeicherung Messdaten und Metadaten Verschiedene Speicherbereiche Kurzzeitspeicher Langzeitspeicher Zwischenspeicher Archiv 8 / 37

9 Datenaufbereitung Erhöhung des Nutzens, der Qualität und des Informationsgehalts Bereiche Plausibilisierung Korrektur Aggregation Überwachung 9 / 37

10 Datenpräsentation Aufbereitete Messergebnisse werden in unterschiedlicher Form präsentiert Anwendergruppen und Zugriffsrechte Verschiedene Darstellungsarten Maschinenlesbar zur Weiterverarbeitung Grafisch und tabellarisch als Bericht oder Protokoll Präsentation im Internet 10 / 37

11 Datenqualität Labormessung vs. Online-Messtechnik Qualitätssicherungsmassnahmen Unterstützung durch die EDV Kalibrierung Plausibilisierung und Korrektur Speicherung und Auswertung von Zusatzinformationen 11 / 37

12 Typisches Online-Messnetz Sensors Sensors Monitoring Station Monitoring Station Sensors Monitoring Station Communication Equipment Central Station Users Database External Utilities 12 / 37

13 Sensor und Messgerät Vermittler zwischen Wirklichkeit und Modell Voraussetzung: Geeignetes Messverfahren Ohne Online-Sensor kein Online-Messwert 13 / 37

14 Aufgaben des Sensors im Online-Messnetz Umwandlung der physikalischen Messgröße in automatisiert verarbeitbare Signale Lieferung von messtechnischen Zusatzinformationen Messbetrieb ohne Benutzerinteraktion Stabiler, wartungsarmer Betrieb 14 / 37

15 Eigenschaften von Sensoren im Online- Messnetz Messverfahren Geschwindigkeit und Messintervall Anzahl der Messkanäle Schnittstellen und Schnittstellenstandards Betriebsarten 15 / 37

16 Messstation Einheit aus mehreren Komponenten Stationär und mobil Infrastruktur für den Betrieb der Messtechnik Vorverarbeitung der Messergebnisse Kommunikation mit der Zentrale Keine eindeutigen Systemgrenzen 16 / 37

17 Aufgaben der Messstation Sichere Betriebsumgebung für Messtechnik Ansteuerung der Sensoren Unterstützung des Messvorgangs Messwertvorverarbeitung Datenspeicherung Telemetrie 17 / 37

18 Komponenten einer Messstation Einhausung Energieversorgung Sensoren und Messgeräte Messtechnische Zusatzausstattung Messstationsrechner Telemetrieeinrichtungen 18 / 37

19 Messnetzzentrale Übergeordnetes Steuersystem und Kommandozentrale für das Messnetz Komponenten Benutzerschnittstellen Datenspeicherung Anwendungslogik Telemetrie 19 / 37

20 Aufgaben der Messnetzzentrale Messnetzbetrieb Qualitätssicherung und -kontrolle Datenübernahme (automatisch und manuell) Datenauswertung Durchführung von Routineaufgaben Überwachung und Alarmierung Datenspeicherung und Datenweitergabe 20 / 37

21 Anforderungen an eine Messnetzzentrale Funktionalität Spezial- vs. Standardsoftware Flexibilität Homogenes vs. heterogenes Messnetz Performance Geschwindigkeit und Datenvolumen Verfügbarkeit 21 / 37

22 Architektur einer Messnetzzentrale Client/Server Trennung von User Interface und Business Logic RDBMS Zeitsteuerung Telemetrie Schnittstellen 22 / 37

23 Zusatzkomponenten einer Messnetzzentrale Werkzeuge für erweiterte Auswertungen Datenexport, Datenweitergabe und Datenverbund Internet-Präsentation Geographisches Informationssystem (GIS) 23 / 37

24 Datenbank Speicherung von Messdaten und Metadaten Langzeitspeicher für alle Daten im Messnetz Eigenständige Komponente, jedoch integraler Bestandteil der Messnetzzentrale Wesentliche Bedeutung zur Erfüllung der Leistungskriterien im Messnetz 24 / 37

25 Anforderungen an die Datenbank Stabile Basis für das Datenmodell Verwaltung des gesamten Datenbestands Leistungsfähige Zugriffsfunktionen Leistungsfähige Administrationswerkzeuge Hohe Performanz 25 / 37

26 Standard Datenbank Technologie Relational oder objekt-relational Client/Server Standardisierte Schnittstellen Erweiterte Technologien Verteilte Datenbank Datenbank-Cluster 26 / 37

27 Datenbank Auswahlkriterien Zu erwartender Datenbestand Eigenschaften des Datenmodells Schnittstellen Administration und Betrieb Bereits vorhandene Software und Know How Kosten und Lizenzbestimmungen 27 / 37

28 Dimensionierung der Datenbank Datenvolumen Messintervall Anzahl Probenahmestellenparameter Speicherplatzbedarf des Einzelmesswerts Antwortzeiten Datenmodell Hardware 28 / 37

29 Datenfernübertragung Kommunikation geographisch weit entfernter Komponenten Anwender <-> Anwendung Zentrale <-> Station Station <-> Sensor Zentrale <-> Sensor Anwender <-> Sensor 29 / 37

30 Anwendung der Telemetrie Haupteinsatzgebiet: Kommunikation Zentrale <-> Station Übertragung von Messdaten Übertragung von Metadaten Übertragung von Steuerbefehlen Meldung und Alarmierung 30 / 37

31 Kommunikations-Schichtenmodell Darstellung in einem Schichtenmodell Modularisierung und Kapselung von Funktionen (Methoden) und Parametern ISO/OSI 7-Schichten Modell Einfaches Schichtenmodell 31 / 37

32 Vereinfachtes Schichtenmodell 4-Schichten-Modell Hardwareebene Transportebene Befehlsebene Anwendungsebene 32 / 37

33 Technologien zur Datenfernübertragung (1) Hardwareebene Aufgaben Technologien Analogmodem, ISDN, GSM DatexP Standleitung Funkmodem 33 / 37

34 Technologien zur Datenfernübertragung (2) Transportebene Aufgaben Technologien Serielle Punkt-zu-Punkt Protokolle z.b. DIN66348 Paketorientierte Protokolle z.b. TCP/IP 34 / 37

35 Technologien zur Datenfernübertragung (3) Befehlsebene Aufgaben Technologien Messnetzspezifische Spezialprotokolle Standardisierte Spezialprotokolle (z.b. DDP) Datenorientierte Protokolle z.b. XML / XMLRPC 35 / 37

36 Technologien zur Datenfernübertragung (4) Anwendungsebene Aufgaben Technologien Messnetzspezifische Spezialprotokolle Keine anwendungsübergreifende Standards verfügbar 36 / 37

37 Zusammenfassung Online-Messnetz = automatische, kontinuierliche und aktuelle Messung an vielen Orten gleichzeitig Bietet: neue Möglichkeiten zur Überwachung, Steuerung und Qualitätssicherung Erfordert: Kooperation vieler einzelner Komponenten Bedingt: Sorgfältige Anforderungsanalyse, Design, Implementation und Betrieb 37 / 37

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