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»Predictive Maintenance« in den Alpen

Tragbare Messtechnik vereinfacht Vorhersage von Lawinenabgängen

11. Januar 2021, 12:00 Uhr   |  Markus Haller

Tragbare Messtechnik vereinfacht Vorhersage von Lawinenabgängen
© Keysight Technologies / University of Pavia

Messaufbau zur Charakterisierung der Schneedecke mit zwei Radar-Empfängern und Netzwerkanalysator.

Forscher der Universität Pavia vereinfachen mit tragbarer Messtechnik die Untersuchungen von Schneedecken. Die Messergebnisse erlauben Rückschlüsse auf Lawinenabgänge.

Die Basis für Prognosen über Lawinenabgänge sind Messungen der physikalischen Parameter der Schneedecke. Relevant sind u.a. die Dichte und die Höhe einer Schneeschicht. Als zuverlässige Methode gelten Ausgrabungen, die allerdings zeitaufwendig sind. Es müssen metertiefe Schneegruben ausgehoben werden und die Messergebnisse können nicht ohne Weiteres auf einen größeren Radius um die Grabungsstelle verallgemeinert werden. Der größte Nachteil der Methode ist, dass sie aus Sicherheitsgründen gerade an lawinengefährdeten Stellen und bei schlechten Wetterbedingungen nicht durchgeführt werden können.

Radar-Sensor ersetzt Schneeschaufel

An der Universität Pavia haben Forscher einen neuen Ansatz zur Schneedecken-Vermessung entwickelt. Er basiert auf einem Messsystem aus Radarsensor und zwei Empfängern, das wie ein frequenzmoduliertes Dauerstrich-Radar arbeitet. Aus der Ausbreitungsgeschwindigkeit, Dämpfung und Eindringtiefe der Radarwelle errechnen sich Höhe, Dichte und in gespeicherte Wassermenge in der Schneeschicht.  

Als mobiles Auswertesystem wird ein etwa 3,5 kg leichter und tragbarer Netzwerkanalysator (Modell »FieldFox« von Keysight) verwendet. Die Datenverbindung geschieht über Ethernet-Buchse. Für die Anwendung im rauen Gelände wurde ein versiegeltes Gehäuse ohne Lüftungsschlitze entwickelt und das Thermomanagement entsprechend angepasst. Erprobungsmessungen mit dem Radar-Messsystem haben die Forscher in der Arktis und in den Alpen des Aostatals im Nordwesten Italiens auf 3000 Metern Höhe durchgeführt.

Als Referenzwert zur Überprüfung der Zuverlässigkeit werden die Radarmessungen mit den Messergebnissen aus Ausgrabungen verglichen. Aus dem Reflektionsverhalten der Radarwellen können außerdem Grenzschichten innerhalb der Schneeschicht ermittelt werden. Beim Vergleich mit Referenzdaten aus Ausgrabungen zeigt sich eine gute Übereinstimmung.

Dicht besiedelte Alpen

Der Ansatz der italienischen Forscher vereinfacht die Datenerhebung und ermöglicht Messungen auch an den besonders relevanten lawinengefährdeten Bereichen. Rund 12 Prozent der Weltbevölkerung leben in Gebirgsregionen, von denen die Alpen mit 13 Millionen Menschen die am dichtesten besiedelte ist. Dabei ist der Besucherzuwachs durch den Wintertourismus noch nicht einberechnet.

Die grundsätzliche Methode wurde erstmals im International Snow Science Workshop im Oktober 2018 in Innsbruck vorgestellt. Im Februar 2019 publizierten die Autoren ein weiteres Paper, in dem sie eine Abwandlung des Messaufbaus mit nun zwei Radar-Empfängern vorstellten unter dem Titel »Snowpack Monitoring Using a Dual-Receiver Radar Architecture« im IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing.

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