Projektlaufzeit: 01.01.2011 - 31.12.2013 = Sea water quality monitoring and management (SALMON)

Das Ziel des SALMON Projektes war die Entwicklung einer Systemlösung zur automatischen Überwachung und Analyse der Wasserqualität auf der Basis eines autonomen Unterwasserfahrzeuges (AUV). Dabei wurde bei der Entwicklung des Sensorsystems auf die vorhandene Expertise von -4H- JENA engineering GmbH (4HJE) bei der optischen in situ-Detektion von Nitrat zurückgegriffen. Eine Herausforderung für 4HJE war es, ein miniaturisiertes Komplettsystem zur Messung der Wasserqualität zu entwickeln, welches in das bestehende Unterwasserfahrzeug integriert werden kann und den Umwelteinflüssen Unterwasser (Druck, Temperatur) standhält. Dazu wurde Sensorik unterschiedlicher Hersteller und miniaturisierte Industrie-PCs in das Nutzlastsegment implementiert und die erforderliche Software zur automatischen Wasserqualitätsmessung und -auswertung entwickelt. Der Versuchsträger, das ferngesteuerte Unterwasserfahrzeug (ROV) „CWolf“, wurde vom Fraunhofer Anwendungszentrum Systemtechnik Ilmenau (AST) zur Verfügung gestellt. Durch die große Erfahrung bei der Entwicklung von Unterwasserfahrzeugen war das AST maßgeblich an der Spezifikation der Soft- und Hardware-Schnittstellen zum Versuchsträger AUV „CWolf“ beteiligt. Für die Arbeitsgruppe am AST bestand die Aufgabe darin, das Fahrzeug für die Aufnahme des Sensormoduls und den autonomen Betrieb umzurüsten. Des Weiteren übernahm das AST die Betreuung des Fahrzeuges während der Systemintegration, den Schubtests im AST-Testbecken, den Testfahrten in regionalen Talsperren sowie beim Abschlusstest in Norwegen. Die Projektkoordination und die Entwicklung der autonomen Führungsalgorithmen wurden am Institut für Automatisierungs- und Systemtechnik der Technischen Universität Ilmenau durchgeführt. Dazu entwickelte das Fachgebiet Systemanalyse (SAG) ein menügeführtes Planungstool für die Offlineplanung von Fahrzeugmissionen. Die C++-Programmierung der notwendigen Fahrzeugsoftware zur autonomen Führung und deren Überprüfung im entwickelten Simulationssystem war ein weiterer Arbeitsschwerpunkt der Forschergruppe. Das Fachgebiet Regelungstechnik (CEG) erstellte für den Autopiloten des Fahrzeuges ein Konzept einer robusten Folgeregelung basierend auf einer Störungs- und Zustandsschätzung. Dabei konnte auf die Expertise bei der Überwachung und Steuerung von Unterwasserfahrzeugen im küstennahen Bereich des Mads Clausen Institute (MCI) zurückgegriffen werden. Die erarbeitete Systemlösung zur Integration eines Sensorsystems in ein Unterwasserfahrzeug zeichnet sich durch ein modulares Konzept im Bereich der Hard- und Software aus. So ist es auch möglich, andere Applikationsaufgaben mit einem Minimum an hard- und softwaretechnischen Schnittstellen zwischen Nutzlastsegment und Fahrzeug zu lösen. Eine erste Anwendung des entwickelten Systems war die Analyse der Wasserqualität in der Umgebung von Fischfarmen in Norwegen. Das Norwegische Institute of Marine Research (IMR) unterstützte mit seiner Erfahrung bei der Erstellung eines Anforderungskataloges und stellte die Infrastruktur und ein Seegebiet für den Abschlusstest zur Verfügung. Während der gesamten Seetests arbeitete das Sensorsystem zuverlässig und lieferte auswertbare Messungen zur Wasserqualität. Durch die praktischen Erfahrungen der Projektgruppe mit dem System, dem erkannten Verbesserungspotential und den Gesprächen mit dem norwegischen Partner als möglicher Anwender, wurde die Weiterführung des Projektes zwischen den Thüringer Partnern und IMR beschlossen. Dazu werden z.Z. mögliche Förderinstrumente und passende Ausschreibungen im neuen EU-Förderprogramm geprüft

Von intermittierender zu kontinuierlicher Wasserverteilung in Entwicklungsländern

In Entwicklungsländern ist der intermittierende Betrieb von Wasserverteilungssystemen gängige Praxis. Mit dieser unsachgemäßen Betriebsweise sind negative Auswirkungen verbunden, die letztlich eine Erfüllung der grundlegenden Aufgaben einer Wasserverteilung verhindern. Gegenstand dieser Arbeit ist ein übertragbares Konzept zur Überführung intermittierend betriebener Wasserverteilungssysteme hin zu einer kontinuierlichen Betriebsweise sowie Werkzeuge zur Planung und Umsetzung des Konzepts

Darstellung und Analyse hydrologischer Topologien auf der Basis künstlicher neuronaler Netze

Die Sicherung und nachhaltige Nutzung der Ressource Wasser stellt eine globale Problematik dar, die nur durch eine Vielzahl von Einzelanstrengungen auf lokaler bis regionaler Ebene gelöst werden kann. Hierbei gilt es, ein ausgewogenes Verhältnis zwischen der Berücksichtigung von Anforderungen an die Wasserqualität auf der einen und der Bewirtschaftung der zugehörigen Einzugsgebiete auf der anderen Seite zu finden. Gerade die Bewirtschaftung landwirtschaftlich genutzter Flächen ist hierbei von vielen, häufig unbekannten Parametern abhängig wie etwa den spezifischen, physiografischen Eigenschaften der Einzelfläche oder auch individuellen Präferenzen der Bewirtschafter. Der anthropogen verursachte Stickstoffeintrag ist hierbei aufgrund der engen Verknüpfung mit der Bewirtschaftung geeignet, als Leitparameter zu fungieren. Eine Konfiguration optimierter Stickstoffeinträge kann dann in Verknüpfung mit den übrigen Parametern der realweltlichen Problemstellung zur Formulierung optimierter Bewirtschaftungskonfigurationen herangezogen werden. Sollen dabei jedoch topologische Beziehungen, die in reliefierten Einzugsgebieten z.B. in Form lateraler Stoffflüsse zwischen Einzelflächen auftreten, berücksichtigt werden, so stellt die Ermittlung solcher Konfigurationen ein bislang ungelöstes Problem dar. Zur Bearbeitung dieser Problemstellung wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein neuartiges Verfahren auf der Basis künstlicher neuronaler Netze entwickelt, welches gezielt nach optimalen Stickstoffeinträgen suchen und dabei topologische Beziehungen, große Datenmengen sowie detaillierte Prozessbeschreibungen verarbeiten kann