Permanente Überwachung eines Schiffshebewerks mit kosteneffizienten GNSS Sensoren

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1 Permanente Überwachung eines Schiffshebewerks mit kosteneffizienten GNSS Sensoren J. Glabsch 1, C. Hesse 2, O. Heunecke 1, F. Keller 2, S. Schuhbäck 1 Angewandte Geodäsie und GNSS Nürnberg,

2 Low Cost GNSS Monitoringsystem Sensorknoten 3 Zentralstation Sensorknoten 2 b 2 q tk Messobjekt b 3 q tk b t 3 4 k WLAN b t 1 4 k b t 2 4 k Sensorknoten 1 b 4 q tk Aussagen zum Bewegungsverhalten b 1 q tk Sensorknoten 4 Sensorknoten q 2

3 Low Cost GNSS Monitoringsystem Komponenten (I) Sensorik L1 GNSS-Empfänger (zzgl. Antenne) Trägerphasentracking Schnittstelle zur Ausgabe der binären Daten Robustes Design Modell Smart Antenna V1G Empfänger OEMV-1G Anzahl Kanäle 14 GPS L1, 12 GLO L1 Genauigkeit Trägerphase 0,15 cm Energieverbrauch 1,0 W Schnittstellen RS-232 / RS-422 / USB Preis ~ 1200 Modell LEA 6T Empfänger ublox 6 Anzahl Kanäle 16 L1 GPS Genauigkeit Trägerphase Nicht spezifiziert Energieverbrauch 0,1 W Schnittstellen USB / RS-232 Preis ~ 350 3

4 Low Cost GNSS Monitoringsystem Komponenten (II) Infrastruktur Kommunikation WLAN, Internetzugang Bridge Wireless Device Server Externe Antennen DSL (via Sat) Powermanagement Solarpanel Laderegler Pufferbatterie Brennstoffzelle 4

5 Datenbankbasierte Speicherung Filebasierte Speicherung Low Cost GNSS Monitoringsystem Komponenten (III) Software Entwicklung / Support LabView Initialisierung Zusammenstellung GNSS Rohdaten Support Konvertierung Prozessierung mit GrafNav WaSoft Basislinien Ausgleichung Xdesy Epochenlösungen User Zeitreihenanalyse GeoSCADA GOCA Webserver bzw. zentrale Datenbank 5

6 Low Cost GNSS Monitoringsystem Historie IfG Im Rahmen der Dissertation S. Pink am Institut für Geodäsie an der Universität der Bundeswehr München entwickelt (Testaufbau am Campus) Seit Juni 2007 zur Hangüberwachung am Hornbergl (Reutte, Tirol) Bewegungen (ca. 20 cm/a) durch epochale Messungen bekannt Zusammenhang zwischen Jahreszeiten und Bewegungen? Seit August 2008 zur Hangüberwachung am Sudelfeld (Bayrischzell) Bewegungen (ca. 1,5 cm/a) durch epochale Messungen bekannt Kombination mit anderer Sensorik (TDR, IATS) FAZIT: Robustes und zuverlässiges System zur Hangüberwachung Weitere Anwendungsbereiche? Ziel: Marktreife! 6

7 Pilotprojekt: Bauwerksmonitoring Schiffshebewerk Scharnebeck: Doppelhebewerk am Elbeseitenkanal 45 km südöstlich von Hamburg Maximale Hubhöhe: 38 m 7

8 Schiffshebewerk Scharnebeck - Allgemeines Systembetrieb seit Dezember Objektpunkte und 2 Referenzstationen (Smart Antenna V1G) Zentralstation mit Industrie-PC, Internetanbindung via UMTS geringe Abschattungen aller Stationen Stationen verfügen über 230V Netzanschluss 8

9 Schiffshebewerk Scharnebeck Systemaufbau (I) Ref1 und Zentralstation 1) Industrie-PC 2) USV 3) WLAN-Bridge 4) 3G Internet-Router 5) Ethernet-Switch 6) Serial Device Server 7) Eingang GNSS, WLAN, 230V 8) Ausgang Monitor, Tastatur, Maus 9) Beleuchtung 9

10 Schiffshebewerk Scharnebeck Systemaufbau (II) Einfacher Sensorknoten #101, #102, #104 und Ref2 Sensorknoten mit Repeater-Funktionalität #103 10

11 Schiffshebewerk Scharnebeck Ergebnisse (I) #101 - Gleitender Mittelwert 3h ( ) Rechtswert Hochwert #

12 Schiffshebewerk Scharnebeck Ergebnisse (II) #102 - Gleitender Mittelwert 3h ( ) Rechtswert Hochwert # 102 #

13 Schiffshebewerk Scharnebeck Ergebnisse (III) #103 - Gleitender Mittelwert 3h ( ) Rechtswert Hochwert # 103 # 102 #

14 Schiffshebewerk Scharnebeck Ergebnisse (IV) #104 - Gleitender Mittelwert 3h ( ) Rechtswert Hochwert # 103 # 102 # 101 #

15 Schiffshebewerk Scharnebeck Ergebnisse (V) #103 - Gleitender Mittelwert 3h ( ) Rechtswert Hochwert Tagesmitteltemperatur Wetterstation Hamburg Fuhlsbüttel ( ) 15

16 Zusammenfassung und Fazit Millimetergenaue Bewegungsdetektion mit kosteneffizienter GNSS Sensorik Drahtlose Datenübertragung in einem frei gestalt- und skalierbaren Sensornetz Kontinuierliche Akquisition, Aufbereitung, Auswertung und Visualisierung der Daten Datenbankbasierte Speicherung der Messdaten und Ergebnisse Netzlösung mit georeferenzierten Aussagen zu Verschiebungen Integration weiterer Sensorik (u. a. Tachymetrie, Meteorologie) möglich Modulare Struktur für das Einbinden externer Softwareprodukte Benutzerfreundliches User Interface Fernabfrage und Fernwartung des Systems 16

17 Permanente Überwachung eines Schiffshebewerks mit kosteneffizienten GNSS Sensoren Nürnberg,