Innovative Sensoren für bessere Überwachung der Wasserqualität
Anthropogene Einflüsse, Umweltverschmutzung und industrielle Nutzung sind Risikofaktoren für aquatische Ökosysteme. Um im Wasser lebende Organismen besser zu schützen, Probleme frühzeitig zu erkennen und wirksam gegenzusteuern, ist die Überwachung der Wasserqualität unerlässlich. „Die Satellitenüberwachung ist eine hervorragende Möglichkeit für das flächendeckende Monitoring von Ozeanen, Küstenzonen und Binnengewässern“, erklärt Stefan Simis, Projektkoordinator von MONOCLE am Labor für Meeresforschung Plymouth, Vereinigtes Königreich. „Ein Grund für ungenaue Ergebnisse sind atmosphärische Störungen, die sich ohne bodengestützte Referenzdaten jedoch nur schwer prognostizieren lassen.“ Eine zentrale Herausforderung für zuverlässige Satellitendaten etwa über Algenblüten oder kontaminierte Oberflächenabflüsse ist, dass sie sich kaum mit geeigneten In-situ-Daten abgleichen lassen. Obwohl die Datenlücke weltweit ein Problem ist, sind Entwicklungsregionen besonders betroffen.
Genaue Messdaten zur Wasserfarbe
Schwerpunkt des EU-finanzierten Projekts MONOCLE war daher eine bessere Wasserüberwachung, und insbesondere die Kostensenkung optischer Sensoren für die Kalibrierung von Satellitendaten. Zudem sollten sämtliche sensorbasierten Entwicklungen für möglichst viele Nutzende zugänglich und erschwinglich sein. Hierfür wurden hochgradig autonome Systeme entwickelt, die Kosten für Wartung und Datenverarbeitung reduzieren, sowie kostengünstige Geräte, die auch ohne spezielles Fachwissen einsetzbar sind. Unterstützt wurde dies über Open-Source-Lizenzen und Schulungsmaterial für die unabhängige Verwendung. Das Ergebnis der Arbeit sind acht kostengünstige Sensorsysteme mit entsprechenden Datendiensten, etwa drei Referenz-https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/radiometry (Radiometriegeräte), Kameras für kommerziell erhältliche Drohnen sowie Farb- und Transparenzmessgeräte. Die einfache Handhabung dieser Innovationen wurde in Tests mit Citizen-Science-Gruppen bestätigt, die auch technische Kriterien und Kostenfaktoren bewerteten. „Einige unserer Demonstratoren sind bereits im Vertrieb“, so Simis. „Kontaktinformationen der Lieferanten sind auf der Projektwebseite aufgeführt, die auch Empfehlungen zur Arbeit mit den wachsenden Datenmengen enthält, die von den MONOCLE-Systemen generiert werden.“
Methoden der Datenintegration
Ein besonderer Schwerpunkt von MONOCLE ist die künftige Einbindung von Bürgerwissenschaft bei der Erhebung und Auswertung von Daten. Ein Voraussetzung hierfür ist, dass die Daten mit Satellitenbeobachtungen und High-End-Referenzstationen abgleichbar sind und die Forschung so auf qualitätsgesicherte Daten aus mehreren Quellen zurückgreifen kann. „Diese Methoden wie auch die Demonstrationen zeigten, dass besonders in datenarmen Gebieten auch Daten von Nicht-Fachleuten relevant sind“, ergänzt Simis. „Da die Technologie einsatzbereit ist, steht nun das lokale Engagement der Gemeinden im Vordergrund, um Probleme vor Ort zu lösen.“
Große Bandbreite an Datendiensten
Die MONOCLE-Arbeitsgruppe geht davon aus, dass derartige In-situ-Beobachtungsnetzwerke – basierend auf autonomen wie auch partizipativen Beobachtungen – die flächendeckende Wasserüberwachung deutlich verbessern und genauere Messdaten liefern werden. Das Team wird das Innovationspotenzial für die App-Entwicklung, Umweltberatung und Datenanalyse weit über die Projektlaufzeit hinaus befördern, da sämtliche Datendienste nicht-exklusiv verfügbar sind, mit interoperablen Datenstandards des Open Geospatial Consortium (OGC) arbeiten und maximal wiederwendbar sind. Das System ermöglicht die Verbindung zu Datendiensten mit Datenvisualisierungs- und Analysetools und erweiterbaren Benutzeroberflächen. „Die Erweiterung unseres Sensornetzes wird globalen Raumfahrtagenturen und -diensten bei der Kalibrierung satellitengestützter Daten und der Validierung von Informationen über optisch komplexe Gewässer unterstützen“, sagt Simis. „Auch Umweltbehörden können von bürgernaher Forschung profitieren, um Routineüberwachungsdaten zu ergänzen oder weiterzuverwenden, insbesondere in Regionen, die noch kaum Messdaten liefern.“
Schlüsselbegriffe
MONOCLE, Wasser, Ökosysteme, Umweltverschmutzung, Satellit, Sensor, Wasserqualität, Wasserüberwachung
