Die Umweltdaten des Sees im Blick Am Obersee wird intelligentes Umweltmonitoring zur Überwachung, Analyse und Optimierung der Wasserqualität eingesetzt.

Kontakt aufnehmen

Kundenprofil

Obersee, Bielefeld

Die Johannisbachtalsperre, auch bekannt als Obersee, ist das größte Gewässer der deutschen Stadt Bielefeld.
Der künstlich angelegte Stausee hat eine Fläche von ca. 14,5 Hektar.
Die tiefste Stelle beträgt ca. 2,5 Meter.
Der See ist ein beliebtes Naherholungsgebiet und ein Rückzugsort für viele heimische Tierarten.

Herausforderung

Niedriger Sauerstoffgehalt und aufwändige Prüfung der Wasserqualität

In heißen Perioden des Jahres resultiert durch die geringe Gewässertiefe des Obersees ein erhöhtes Risiko für Algenwachstum. Dies führt zu einer erhöhten Sauerstoffzehrung und kann zum Umkippen des Gewässers führen. Darunter leiden insbesondere die Fischbestände, für die der Sauerstoff im Wasser eine lebenswichtige Grundlage bildet.

Die Prüfung der Wasserqualität ist mit einem entsprechenden Aufwand verbunden, weil dazu eine Seebefahrung mit einem Boot erforderlich ist. Damit negative Umwelteinflüsse rechtzeitig identifiziert werden können und die Gebläse der künstlichen Belüftung zukünftig lediglich bei einem akuten Sauerstoffmangel belüften, hat das Umweltamt nun unser Smart Environmental IoT-System implementiert.

Lösung

Inbetriebnahme der Smart City Box am Obersee Bielefeld

Umweltbedingungen in Echtzeit überwachen und Belüftung bedarfsgerecht steuern

Am Obersee in Bielefeld werden Umweltbedingungen durch ein Smart Environmental IoT-System effektiv überwacht. Das Bielefelder Umweltamt setzt Sensortechnik ein, um die Wasserqualität, einschließlich Trübung und Sauerstoffgehalt, zu messen. Zusätzlich werden Daten zur Luftqualität und zum CO2-Gehalt gesammelt. Durch die Einbindung der Smart City Box können diese Werte nun rund um die Uhr erfasst und ausgewertet werden. Dies geschieht durch den Einsatz von LoRaWAN-Funktechnik und konventionell angeschlossenen Sensoren, die die Übertragung von Sensordaten um und aus dem See ermöglichen und so eine Überwachung in Echtzeit gewährleisten.

Die gesammelten Messwerte aus dem See und seiner Umgebung können auch zur Steuerung der künstlichen Belüftung genutzt werden. Stellt das lokale Automatisierungssystem negative Werte im See fest, wird die Belüftung an einzelnen Stellen des Sees aktiviert, um die Fische mit Sauerstoff zu versorgen. Die historischen und aktuellen Daten sind dabei einfach über eine webbasierte IoT-Plattform abrufbar.

Aufgrund der Erfassung der Messwerte erhoffen wir uns deutlich weniger Aufwände bei der Kontrolle des Obersees. Hinzu kommt, dass wir schneller auf Ereignisse reagieren können, da wir die Messwerte viel genauer sowie kontinuierlich aufnehmen und in der IoT-Plattform abrufen können.

Marco Butzkies, Mitarbeiter

Die Lösung im Detail

Webbasierte IoT-Plattform zur Datenvisualisierung

Sowohl die Messdaten der lokalen Sensorik ebenso wie der dezentralen LoRaWAN-Sensoren werden von einem Modem über das Mobilfunknetz an die IoT-Plattform grovez.io von Phoenix Contact übermittelt. Hierbei handelt es sich um eine webbasierte Applikation, in der sich die Messwerte anzeigen lassen. Die Nutzenden des Bielefelder Umweltamts erhalten somit einen aktuellen Einblick hinsichtlich des Gewässerzustands. Zusätzlich zu den derzeitigen Werten ist eine Darstellung der historischen Daten in Trends möglich, um z. B. Schwankungen im Sauerstoffgehalt zu erkennen.

Darüber hinaus werden die Daten auch anderen Nutzern wie z. B. den Stadtwerken über eine Cloud-to-Cloud-Kopplung zur Verfügung gestellt. So kann die eigene Datenplattform der Stadtwerke Bielefeld die Daten über eine gesicherte Verbindung via VPN (Virtual Private Network) vom zentralen MQTT-Broker abrufen.

Optimale Kommunikation mit LoRaWAN

Zur optimalen Funkabdeckung der dezentralen platzierten Sensoren wird die LoRaWAN-Funktechnologie verwendet. Bei LoRaWAN handelt es sich um eine drahtlose Netzwerktechnologie, die speziell für das IoT und das Aufnehmen von dezentralen Sensoren entwickelt worden ist. Im Gegensatz zu weiteren funkbasierten Systemen zeichnet sich LoRaWAN durch eine sehr große Reichweite bei geringer Stromaufnahme aus. Das ermöglicht die drahtlose Weiterleitung von Sensordaten über zwei Kilometer im Stadtgebiet bis zu 40 Kilometer in ländlichen Umgebungen – und dass bei einer langen Lebensdauer der Batterie. Diese Eigenschaften zeigen sich als besonders wichtig, da eine Vielzahl von Geräten im und um den Obersee verbaut ist.

Die LoRaWAN-Technologie nutzt eine bestimmte Art der Modulation, sodass sich Signale über eine große Entfernung sowie bei schwierigen Umgebungen übertragen lassen. Die Signale können durch Gebäude, Bäume oder andere Hindernisse hindurch gesendet werden, weshalb sich der Einsatz der Technologie für Anwendungen zur Überwachung der Umwelt – wie am Obersee – anbietet. Die LoRaWAN-Infrastruktur besteht grundsätzlich aus LoRaWAN-Gateways, welche die Kommunikation zwischen den Endgeräten (Nodes) und dem weiteren Netzwerk ermöglichen. In den Geräten werden die Funktelegramme in TCP/IP-basierte Pakete umgewandelt. Ferner ist ein LoRaWAN-Server erforderlich, der die Datenpakete entgegennimmt, entschlüsselt und die Nutzdaten respektive Messwerte an andere Systeme weitergibt.

Das Herzstück: die Smart City Box

Die Schaltschranklösung Smart City Box beinhaltet alle relevanten Komponenten zur Überwachung der Umwelt am Obersee. An das universelle System können Sensoren mit unterschiedlichen Schnittstellen einfach angekoppelt werden. Neben den Messwerten zu Wassertrübung und -sauerstoffgehalt werden Lufttemperatur sowie Luftdruck und CO2-Gehalt ebenfalls erfasst. Dazu sind verschiedene LoRaWAN-kompatible Sensoren unterschiedlicher Hersteller rund um den Obersee installiert worden. Die Messwerte werden an die in der Smart City Box integrierte SPS übertragen. Die PLCnext Control kontrolliert die Sensorik und kann Messfehler detektieren. Ein zentral in der Smart City Box montiertes Gateway sorgt für die Funkabdeckung an der Talsperre. Je nach Bedarf ist der Schaltschrank modular erweiterbar.

Intelligentes Umweltmanagement mit der Smart City Box

Mit der Smart City Box verbinden Sie ganz einfach die Daten der Stadt - vom Sensor bis zum Leitsystem. Die Datentransparenz verhilft zielgerichtete Optimierungsmaßnahmen für effiziente und nachhaltige Lebensräume abzuleiten. Die universell einsetzbare Box wird einfach in Ihre bestehende Infrastruktur angebunden.

Alle Anwendungen basieren auf einer Echtzeiterfassung von Sensordaten und einer drahtlosen Datenübertragung. Dank der offenen Systemarchitektur lässt sich die Box problemlos sowohl in kommunale Rechenzentren als auch in viele andere IoT-Plattformen integrieren.

Ihre Vorteile

Umweltdatentransparenz: Fernüberwachung von Wassertrübung und -sauerstoffgehalt in Echtzeit
Einfache Integration von dezentralen Sensoren mit verschiedenen Schnittstellen
Offene Schnittstellen auch auf Cloud-Ebene zur Datenbereitstellung für alle Beteiligten
Ableitung von wirksamen Maßnahmen zum nachhaltigen Schutz der Umwelt
Automatisierte und bedarfsgerechte Belüftungssteuerung spart Energie, Kosten und Ressourcen

Kontakt

Joel Stratemann

Manager Business Development Smart Cities

smartcity@phoenixcontact.com

Gern unterstütze ich Sie auf dem Weg zur Smart City. Profitieren Sie von unserer langjährigen Erfahrung und unserem umfangreichen Leistungsangebot.

Produkte

Steuerungen und I/O-Elemente zur Automatisierung

Automatisierungstechnik

Nutzen Sie zur Automatisierung Ihre präferierte Programmiersprache und binden Sie Ihre Anlage an Ihre Cloud an.

Mehr über Automatisierungstechnik

Industrial Wireless

Von IWLAN über Wireless IO bis LoRaWAN – Industrial Wireless ermöglicht sichere und zuverlässige Funkverbindungen für industrielle Anwendungen.

Mehr über Industrial Wireless

Industrie-Router und Cyber Security von Phoenix Contact

Sichere Fernkommunikation

Um weltweit mit Ihren Maschinen und Anlagen sicher kommunizieren zu können, finden Sie bei uns die passenden Industrie-Router und Cyber Security.

Mehr über Industrie-Router und Cyber Security

Person bedient Tablet vor einem Schaltschrank

Haben Sie noch nicht das passende Produkt gefunden?

Dann sprechen Sie uns gern an. Wir beraten Sie und finden gemeinsam die optimale Lösung.

Beratung anfordern

Fazit

Optimale Wasserqualität durch Nutzung von Umweltdaten

Durch die Verwendung der Umweltdaten eröffnen sich Städten und Gemeinden eine Vielzahl von Vorteilen. Z. B. lassen sich Kosten und Ressourcen einsparen, indem Umweltbedingungen in Echtzeit überwacht und sofort entsprechende Maßnahmen ergriffen werden. Zur Bestimmung der aktuellen Wasserqualität war das Umweltamt Bielefeld bisher darauf angewiesen, mehrfach aus einem Boot Proben aus dem See zu entnehmen. Durch die installierte Sensorik in Kombination mit der Smart City Box können diese Werte jetzt zu jeder Tages- und Nachtzeit aufgenommen und ausgewertet werden. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Verknüpfung von klassischer Automatisierung und Anwendungen im IoT-Bereich dem Umweltamt Bielefeld neue Möglichkeiten eröffnet, um die Umweltbedingungen zu verbessern und gleichzeitig Zeit und Kosten zu reduzieren.