DE102013105872A1

DE102013105872A1 - Verfahren und Vorrichtung zur modularen Erfassung und Übertragung von Umweltwerten in Luft, Wasser und Boden

Info

Publication number: DE102013105872A1
Application number: DE201310105872
Authority: DE
Inventors: Thomas Scheerbarth; Christoph Lange
Original assignee: Deutsche Telekom AG
Current assignee: Deutsche Telekom AG
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2014-12-11

Abstract

Verfahren zur Erfassung von Messwerten von Inhaltsstoffen in der Luft und damit der Luftgüte, im Wasser und damit der Wasserqualität und/oder im Boden und damit der Bodenqualität, durch ein Sensor-Funk-Modul, das die ermittelten Messwerte direkt über eine Funkschnittstelle an ausgewählte Empfänger überträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung von Messwerten von Inhaltsstoffen in der Luft und damit der Luftgüte, im Wasser und damit der Wasserqualität und/oder im Boden und damit der Bodenqualität, durch ein Sensor-Funk-Modul. Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet der Messung von Bestandteilen in Luft, Wasser und Boden. Im Speziellen betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Identifizierung von Schadstoffen in der Luft, in Gewässern und im Erdreich sowie die Übertragung dieser Werte zu einem Server und eine entsprechende Verarbeitung und Auswertung.
Gebiet der Erfindung:
Die Luft-Wasser und Bodenqualität ist insbesondere in Städten und Ballungszentren in den vergangenen Jahren eine Größe geworden, die eine gesunde Umwelt maßgeblich beeinflussen kann. Um eine lebenswerte und gesunde Lebensumwelt zu erhalten bzw. wieder zu etablieren, wo die Werte inakzeptabel sind, ist zunächst eine Messung nötig, um den Status bestimmen zu können. Hierzu sind effiziente Messmethoden notwendig, die ggf. über verteilte Sensoren verfügen müssen, um auch größere Flächen und Gebiete abdecken zu können. Derzeit gibt es verschiedene Systeme: für Luftqualitätsmessungen existieren stationäre Messsysteme für den öffentlichen Raum, ebenso wie Geräte für den Hausgebrauch beim Privatanwender. Die Wasserqualität kann mit Hilfe von einzelnen Sensoren mit Individualanzeigen bestimmt werden. Die Eigenschaften von Erdreich und Bodenqualität lassen sich heutzutage mit unterschiedlichen separaten Messgeräten feststellen. Der heutige Stand der Technik wird an Hand von konkreten am Markt verfügbaren Lösungen und Geräten beschrieben. Diese Systeme sind typischerweise auf die jeweilige Einzelaufgabe zugeschnitten und arbeiten unabhängig voneinander.
Ein beispielhaftes, modernes System für die Messung der Luftbestandteile und damit der Luftgüte im öffentlichen Raum ist der airpointer [1], der es gestattet die Luftgüte in Bezug auf den Gehalt an z.B. CO, NO/NO2,/NOX, O3, SO2, H2S zu messen. Das System ist fernsteuerbar, die Daten können über eine Schnittstelle mittels Internetverbindung aus der Ferne ausgelesen werden.
Des Weiteren gibt es Systeme zur Messung der Luftqualität in Innenräumen, die aus einem Mess-Sensor-Gerät bestehen, dass mit einem tragbaren Gerät zur Ablesung und (Vor-)Verarbeitung der Messdaten per Kabel verbunden ist. Ein Beispiel hier ist Q-TRAK 7565 [2], ein Gerät, das die Messung, Datenerfassung und -analyse gestattet.
Zudem gibt es eine Vielzahl von Luftgüteampeln am Markt, die zumeist auf die Bestimmung der Luftgüte hinsichtlich eines oder weniger Luftinhaltsstoffe spezialisiert sind und zudem als alleinstehende Geräte ausgeführt sind.
Als Sensoren werden spezialisierte Bauelemente verwendet, so z.B. NDIR-Kohlendioxid-Infrarotsensoren (Non-Dispersive Infra-Red, NDIR), die mit Abmessungen im Zentimeterbereich aufwarten.
Im weiteren Sinn werden Luftgütemessungen ebenso von Rauchmeldern vorgenommen, die jedoch entweder ganz alleinstehende Geräte sind und autonom Alarm signalisieren, wenn Rauch detektiert wird [3]. Aufwendigere Rauchmelder können auch per Funk mit in limitiertem Abstand befindlichen weiteren, geeigneten Rauchmeldern vernetzt sein, um das Alarmsignal auch dort auszulösen [3]. Sie sind jedoch nicht mit weiteren Systemen vernetzt.
Ein interessanter und sehr einfacher und damit kosteneffizienter Ansatz zur Bestimmung ist an der University of California at Los Angeles (UCLA) entwickelt worden [3]: Smartphone-Nutzer machen ein Foto ihrer Umwelt gegen den Himmel und laden es über eine entsprechende Anwendung auf einen zentralen Server, der dann eine Schätzung der Luftqualität, z.B. der Feinstaubkonzentration daraus berechnet. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nur für grobe Abschätzungen der Luftgüte und funktioniert nur im Freien und bei ausreichendem Tageslicht.
Allen diesen Ansätzen, Lösungen und Geräten gemeinsam ist, dass sie für eine spezielle Situation die Luftqualität anhand von Messungen bestimmen können, diese jedoch nicht zentral erfasst und ausgewertet werden. Das Verfahren der UCLA ist nur für sehr grobe Bestimmungen der Luftqualität bei Tageshelligkeit im Freien anwendbar, also nicht, z.B., nachts oder in Innenräumen. Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
Bestandteile des Wassers und damit die Wasserqualität lassen sich mit entsprechenden Testgeräten [5] bestimmen. Damit können z.B. der Salzgehalt, der Sauerstoffgehalt aber auch Verschmutzungen wie z.B. Ölanteile usw. festgestellt werden. Beispielsweise kann das Gerät DiSt4&5 [8] die Wasserqualität bestimmen.
Bestandteile und Eigenschaften des Bodens und damit die Bodenqualität lassen sich bestimmen. Das Prinzip beruht auf der Messung von z.B. Feuchtigkeitsgehalt, Kalkgehalt, Eigenschaften des Bodens wie z.B. saures oder basisches Verhalten (pH-Wert) usw. Ein Beispiel hier ist das ph-Wert-Messgerät PCE-PH20S [7].
Allen diesen Systemen und Messverfahren gemeinsam ist, dass sie auf die Messung der entsprechenden Eigenschaften und Bestandteile der Luft, des Wassers und des Bodens spezialisiert sind und diese unabhängig voneinander durchführen und auch keine gemeinsame Auswertung erfolgt.
Überblick der Erfindung:
Die vorliegende Erfindungsbeschreibung hat das Ziel, den beschriebenen momentanen Stand der Technik mit geeigneten Verfahren signifikant zu verbessern, so dass es möglich wird, eine Messung der Luft-, Wasser und Bodenqualität für einen größeren Nutzerkreis unter Zuhilfenahme von Sensoren, die in mobilen Geräten, wie z.B. Smartphones, integriert sein können, auf einer breiten Basis zu ermöglichen. Dabei soll insbesondere auch die Kommunikation mit Auswertestationen bzw. -einheiten ermöglicht werden, so dass die gewonnenen Messdaten aggregiert und zu Aussagen über die Luft-, Gewässer- und Bodenqualität in z.B. Stadtgebieten oder Landstrichen oder auch zur Auslösung von Alarmen oder Warnmeldungen genutzt werden können. Darüber hinaus können die Eigenschaften der drei Einzelelemente Luft, Wasser, Boden verknüpft werden, um Aussagen zu treffen, die über die Einzeleigenschaften des jeweiligen Elements hinausgehen. Zudem sind heutige Messgeräte nur für die jeweilige Aufgabenstellung als teilweise kompakte Stand-alone-Messgeräte verfügbar.
Im Einzelnen umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung von Messwerten von Inhaltsstoffen in der Luft und damit der Luftgüte, im Wasser und damit der Wasserqualität und/oder im Boden und damit der Bodenqualität, durch ein Sensor-Funk-Modul, dass die ermittelten Messwerte direkt über eine Funkschnittstelle an ausgewählte Empfänger überträgt.
In der bevorzugten Ausführungsform umfasst das Sensor-Funk-Modul einen Formfaktor, der es mobil macht, und eine eigenständige Stromversorgung aufweist, und bei jeder Übermittlung von Messwerten an die Empfänger seine geografische Position übermittelt. Der Formfaktor sollte in der Regel so ausgebildet sein, dass das Gerät leicht tragbar ist. Als Formfaktor könnte zum Beispiel die Größe eines mobilen Endgerätes sein wie einem Smartphone oder einem Telefon. Maße könnten somit 10 × 20 × 4 cm sein, andere Dimensionen sind natürlich denkbar. Durch diese Mobilität, kann das Gerät jederzeit mit sich geführt werden und den Eigentümer über aktuelle Informationen informieren, sowohl in der unmittelbaren Umgebung, als auch über eine Funk-Schnittstelle, die Informationen in das Internet übertragen, um sie dort einer Vielzahl von Endgeräten zu übermitteln. Auch ist es denkbar, dass die Daten zentral auf einem Server abgelegt werden. Hierbei wird anhand von Login-Informationen und Identitätsinformationen, der Zugriff auf den zentralen Server gesteuert, auf dem dann die Messdaten eigenständig abgelegt werden können. Der zentrale Server nimmt dann eine Auswertung vor, und kann somit Aussagen über die Qualität in einem bestimmten geografischen Raum treffen, in dem sich gerade das mobile Messgerät befunden hat. Es ist auch denkbar, dass die Geräte Funkstandards unterstützen, die lediglich in einer kleinen Umgebung funktionieren, wie NFC (Near Field Communication) oder Bluetooth, so dass eine Kontaktierung mit einem Endgerät notwendig ist, um die Daten anzuzeigen bzw. in das Internet weiterzuleiten.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden eine oder mehrere der folgenden Daten vom Sensor-Funk-Modul übertragen: geografische Position, insbesondre GPS-Daten, Datum, Uhrzeit, eindeutige Sensor-Kennung, Messparameter-ID, Messwerte. Durch die Messparameter-ID können die Arten von Messwerten erkannt werden. Es handelt sich somit um eine Identifikation der Messparameter, die generell gefolgt sind von den eigentlichen ermittelten Messwerten. In der Regel werden die Daten als XML Format übertragen. Dies erlaubt ebenfalls eine Erweiterung und Anpassung. Zusätzlich werden Ortsparameter übertragen und Zeit und Datumsinformationen. Sollten die Parameter erweitert werden, bzw. sollte es Funk-Sensormodule geben, die unterschiedliche oder weitere Parameter erfassen können, so können diese entsprechend in der XML-Notierung codiert werden. Es wird somit ein flexibles und erweiterbares System bereitgestellt, das es ermöglicht, auch zusätzliche Messwerte zu erfassen. Generell kann dies durch einfache Software-Updates der Funk-Sensormodule erreicht werden.
Bei den Sensoren handelt es sich z.B. um PH-Wert-Messsensoren, zur Messung des PH-Wertes, des Bodens oder des Wasser. Diese Sensoren können Glaselektroden oder Edelstahl-Sonden mit Stoff-Diaphragma, aufweisen. Bodenfeuchte Sensoren z.B. durch kapazitive Hochfrequenzmessung der Bodenfeuchte vor Ort. Auch sind für das Wasser PH-Leitfähigkeits-TDS und Temperaturmessungen denkbar. Auch kann der Sauerstoffgehalt gemessen werden. Auch kann die Natriumkonzentration gemessen werden. In der Luft kann die Partikel-Menge gemessen werden, der Sauerstoffgehalt, die CO2 Gehalt, Schadstoffgehalt, Druck, die Temperatur oder die Feuchtigkeit. Auch sind Windrichtung und Geschwindigkeit denkbar.
Abgedeckt sollen weiterhin geeignete Sensoren, die kompakter und kleiner werden. Dann können sie im Rahmen der Erfindung in Smartphones eingebaut werden, um der erfindungsgemäßen Aufgabe zu dienen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sensor-Funk-Modul wassergeschützt, um die Wasserqualität zu erlangen.
In der bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Empfangen, Speichern und Verarbeiten der Messwerte auf dem Empfänger, der die Daten grafisch aufbereitet oder prüft, ob ein entsprechender Grenzwert eingehalten wird. Der Empfänger kann jedoch auch ein zentrales System sein, das mit den Sensorfunkmodulen kommuniziert und deren Daten und Orte erfasst. Die Daten werden dann regional aufbereitet und können dann wiederum über eine Schnittstelle an ein mobiles Endgerät übermittelt werden, das vorzugsweise eine entsprechende APP/Software aufweist, oder über einen Browser Zugang zu diesem zentralen System besitzt. Über diesen Browser bzw. die App können dann die Daten betrachtet werden, und insbesondere werden lediglich die Daten von Sensorfunkmodulen ausgewählt, die im Umgebungsbereich des Benutzers bzw. des mobilen Endgerätes sind. Auch ist es denkbar, dass ganze Routen bzw. Wege angegeben werden, für die die Belastung dann entsprechend entlang der Route ausgegeben wird. In einer besonderen Anwendungsform können Grenzwerte definiert werden, und wenn ein mobiles Endgerät in einen Bereich Eintritt, in dem der Grenzwert überschritten wird, so wird eine Warnmeldung erzeugt, so dass der Benutzer in Kenntnis einer hohen Umweltbelastung ist.
In einer weiteren Ausführungsform macht der Empfänger Vorhersagen zu Umweltbelastungen in bestimmten geographischen Bereichen, insbesondere, die Erstellung von Vorhersagen zur zeitlichen Entwicklung der Luftgüte, Wassergüte und/oder Bodengüte in abgegrenzten geographischen Bereichen. Über historisch gesammelte Informationen können dann Aussagen getroffen werden, die mögliche Aussagen über die Zukunft zulassen. Es sind somit Vorhersagen denkbar.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Endgerät eine kompakte Anzeige von Qualitätswerten für Luft-Wasser und/oder Bodenanalysen in einer gesamtheitlichen Darstellung vornehmen, so dass alle relevanten Parameter in übersichtlicher Form angezeigt werden. Die Darstellungen können als Balkendiagramme, Kurvenverläufe, Tortendiagramme oder Ähnliches ausgebildet sein. Auch können digitale Gradmesser anzeigt werden. Es ist auch denkbar, dass die Daten auf dem digitalen Endgerät angezeigt werden, insbesondere in der App, die speziell für die Auswertung der Sensordaten ausgebildet ist. In einer alternativen Ausführungsform kann das zentrale System entsprechende Webpages aufbauen, die auf einem Browser dargestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform können zusätzliche Qualitätsparameter auch nachträglich einfach kodiert werden, und der bestehenden Systemarchitektur hinzugefügt werden, vorzugsweise in dem Software Update der Funk-Sensormodule durchgeführt werden. Die Zunahme der Parameter erfolgt in der Regel durch eine entsprechende XML-Struktur, bei dem die Qualitätsparameter mit einem XML-Tag versehen sind. Somit können unterschiedliche Sensoren verwendet werden, die unterschiedliche Eigenschaften besitzen, und die oftmals durch Erweiterungen in Form von Hardware oder Software weitere Parameter erzeugen können. Durch die Verwendung einer eindeutigen Identifikation mit einem Tag sind entsprechende Erweiterungen der Sensorinformationen einfach möglich. Eine solche Erweiterung kann vorzugsweise durch Implementierung eines Software-Updates der Sensoren erreicht werden. Die Sensoren sind dabei so ausgebildet, dass über das Internet bzw. die kabellosen Datenverbindung ein entsprechendes Update auf die Sensoren eingespielt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform sind die einzelnen Funk Mess-Sensoren auch zentral nicht nur abzufragen sondern auch anzusprechen, um gezielt Informationen in das Sensormodul ‘einzuspielen‘, wie im Falle des Updates der Qualitätsparameter beschrieben. Das können z. B. auch neue Konfigurationen für geänderte Messaufgaben sein (ohne ein Update der Software im Sinne einer neuen Version).
In einer weiteren Ausführungsform ist der Empfänger mobil ausgebildet, und sein geografischer Standort wird mitgeteilt, um dann von den in der Nähe angeordneten Sensor-Funkmodulen direkt Sensorwerte zu erhalten, oder über ein zentrales System, das die Empfänger und die Sensor-Funkmodule anhand der geografischen Standorte zusammen bringt.
Die Funkstandards sind Bluetooth, WLAN, GSM, UMTS, LTE. Bei den Funkstandards, die lediglich kurze Entfernungen überbrücken, wie Bluetooth oder WLAN, können die Endgeräte unmittelbar mit den Sensoren Kontakt aufnehmen und gegebenenfalls als Relay fungieren, um die so erfassten Daten in das Internet weiter zu übertragen. Somit kann erreicht werden, dass Endgeräte die in der Nähe von Funksensoren sind die Funktionalität, das Weiterleiten und das Kontaktieren der Sensoren ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Sensor-Funkmodule mobile Telefone mit Sensoren für die Wasserqualität, Luftqualität und/oder Bodenqualität, und/oder wobei die Empfänger mobile Telefone sind, auf denen die Informationen oder Warnungen dargestellt werden.
Im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem heute überwiegend reine manuelle Messungen mit industriellen Messgeräten oder Messungen mit Messgeräten größerer Bauform im Vordergrund stehen, wird durch die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur der mobilen und großflächigen Nutzung von Eigenschafts-, Bestandteil- und Schadstoffmessungen vorgeschlagen.
Gegenüber dem Stand der Technik erfolgt die Verknüpfung von Mess-Sensoren mit Funkmodulen, welche es ermöglichen, die Messwerte per Funk auf bestimmte Empfangsgeräte zu übertragen.
Diese Empfangsgeräte können verschiedene Ausprägungen haben, wie beispielsweise Smartphones, Tablets, PCs, spezielle Anzeigetafeln oder Web-Dienste, welche die Messwerte aggregieren, verarbeiten und statistisch auswerten.
Die Funkmodule, welche die Messwerte übertragen, können ihrerseits ebenfalls verschiedene Ausprägungen haben. So können beispielsweise SIM-Karten in Verbindung mit der Nutzung des öffentlichen Mobilfunknetzes zum Einsatz kommen oder andere Funkverfahren wie Bluetooth oder NFC (Near Field Communication).
In einer weiteren Ausführungsform sind die Mess-Sensoren in direkter Weise in mobile Endgeräte integriert.
Ähnlich den in heutigen Smartphones integrierten GPS- oder Gyro-Sensoren, befinden sich Schadstoff-Mess-Sensoren direkt im Endgerät und können über eine definierte Softwareschnittstelle abgefragt werden.
Ein weiterer Aspekt besteht in der funktionalen Erweiterung gegenüber der heutigen reinen Messaufgabe mit einer integrierten Analysefunktion.
Dies bedeutet, dass die gekoppelten Mess- und Funksensoren je nach Ausprägung direkt und autark in der Lage sind, Schadstoffwerte zyklisch zu erfassen, zu analysieren und bei Erreichen eines bestimmten Grenzwertes automatisch eine Alarm- bzw. Benachrichtigungsfunktion zu aktivieren.
Damit lassen sich beispielsweise Wohnräume überwachen, in denen nicht sichergestellt werden kann, dass es eine bewusste Reaktion auf zunehmenden Schadstoffanteil, z.B. in der Luft, gibt. Ein weiterer Aspekt besteht in der Möglichkeit, eine Reihe von Mess-Sensoren so zu verkoppeln, dass eine großflächige Überwachung getrennter, unterschiedlicher Räume ermöglicht wird. Insbesondere lassen sich damit auch Mess-Sensoren für die unterschiedlichen Elemente Luft, Wasser und Boden miteinander verkoppeln, die es dann erlauben, ganzheitliche Aussagen zur Umweltqualität in abgegrenzten geographischen Gebieten zu treffen.
Ein weiterer Aspekt besteht darin, dass die Kombination von Sensor- und Funkmodul es erlaubt, dieses über ein Remote-Managementsystem zu konfigurieren.
Figuren Beschreibung
1 zeigt ein Prinzip einer Anordnung bei der ein Sensor-Funk-Modul und Empfangsgeräte in einem Raum sind, um die Daten zu empfangen, um sie zu analysieren
2 zeigt eine Prinzip-Darstellung der Analyse-Ergebnisse auf dem Display der Empfangsgeräte;
3 zeigt ein Prinzip einer Anordnung bei der ein Sensor-Funk-Modul und Empfangsgeräte in getrennten Räumen sind, um die Daten zu empfangen, um sie zu analysieren
4 zeigt eine Prinzip-Darstellung der Alarm-Melde-Funktion auf einem Endgerät;
5 zeigt ein Prinzip einer Anordnung bei der eine Vielzahl von Sensor-Funk-Modulen dezentral angeordnet ist, um die Daten über den Luftraum in eine zentrale Cloud zu senden, in der die Analyse stattfindet, um sie auf den Empfangsgeräten anzuzeigen.
6 zeigt ein Prinzip einer Anordnung bei der eine Vielzahl von Sensor-Funk-Modulen dezentral angeordnet ist, um die Daten über das Wasser in eine zentrale Cloud zu senden, in der die Analyse stattfindet, um sie auf den Empfangsgeräten anzuzeigen.
7 zeigt ein Prinzip einer Anordnung bei der eine Vielzahl von Sensor-Funk-Modulen dezentral angeordnet ist, um die Daten über den Boden in eine zentrale Cloud zu senden, in der die Analyse stattfindet, um sie auf den Empfangsgeräten anzuzeigen.
8 zeigt ein Prinzip einer Anordnung bei der eine Vielzahl von Sensor-Funk-Modulen dezentral angeordnet ist, um die Daten über den Boden, Wasser, Luft in eine zentrale Cloud zu senden, in der die Analyse stattfindet, um sie auf den Empfangsgeräten anzuzeigen.
9 zeigt ein Prinzip der Darstellung der Anzeige von Analyseergebnissen der Wassermessungen.
10 zeigt ein Prinzip der Darstellung der Anzeige von Analyseergebnissen der Bodenmessungen.
11 zeigt ein Prinzip der Darstellung der Update Fähigkeit der Sensor-Funk-Module, bei dem über einen zentralen Mechanismus die einzelnen Sensor-Funk-Module mit neuer Software versorgt werden können.
12 zeigt die Übertragungsparameter der Sensor Funkmodule.
Beschreibung der Ausführungsformen:
Anhand der gezeigten Figuren soll im Folgenden das Wirkungsprinzip näher beschrieben werden.
Generell beruht das Wirkungsprinzip auf der Idee, Mess-Sensoren, in diesem Fall Sensoren zur Messung der Luftgüte, der Wasserqualität sowie der Bodeneigenschaften mit einem Funkmodul auszustatten und zu koppeln, wobei das Funkmodul in der Lage ist, die gesammelten Messwerte über eine diesbezügliche Funkschnittstelle direkt zu einem Empfänger zu übertragen. Die Funkschnittstelle kann in verschiedenen Ausprägungen implementiert sein: Zum Beispiel in der Form eines GSM-, eines Bluetooth- oder eines NFC-Moduls.
Ein weiteres Wirkungsprinzip der Erfindung beruht auf dem Ansatz, die Empfänger der übertragenen Messwerte in die Lage zu versetzen, die Messwerte entsprechend zu analysieren und die Ergebnisse in der Form zur Verfügung zu stellen, dass sie von weiteren Systemkomponenten weiter verwendet werden können, um beispielsweise Anzeigefunktionen zu realisieren oder weitergehende Aktionen, zum Beispiel Alarme, auszulösen.
In 1 und 2 werden schematisch das Wirkungsprinzip der Anordnung gezeigt.

• Es werden die Luft, Wasser- und Bodenbestandteile mit geeigneten Sensoren einzeln bestimmt, z.B. die Kohlendioxidkonzentration in der Luft, der Salzgehalt des Wassers und der Säuregehalt des Bodens. Außerdem können weitere Sensoren andersartige Messwerte im Zusammenhang mit der Luft-, Wasser- und Bodengüte, also weitere Bestandteile, messen und aufnehmen. Die Messwerte werden in geeigneter Weise, vorzugsweise per Funkverbindung, weitergegeben.
• Die von verschiedenen Sensoren in ggf. unterschiedlichen Räumen aufgenommenen Messdaten werden von einer zentral angeordneten Auswerteeinheit oder einem Analysemodul aufgenommen. Dort werden die Werte verarbeitet, aggregiert und ausgewertet. Diese Auswertung kann z.B. ganz konkret so erfolgen, dass die einem Raum oder Bereich zugeordneten Messwerte mit Schwellwerten verglichen werden: Liegt der gemessene Wert unter dem Schwellwert oberhalb eines definierten Gefahrenwertes, kann konkret ein Alarm- bzw. Gefahrensignal an den betreffenden Raum bzw. das betreffende Gebiet ausgegeben werden – bezüglich des Parameters, der gegenüber dem Schwellwert ungünstig ist; also z.B. bezüglich erhöhter Luftverschmutzung bei entsprechender Detektion oder bezüglich der (Bade-)Wasserqualität bei Feststellung einer erhöhten Schadstoff-Konzentration in einem Gewässer.
• Das Analysemodul übernimmt außerdem die Aufbereitung der gewonnenen Daten so, dass sie auf einem geeigneten Anzeigegerät, z.B. Tablet-PC, Smartphone, Laptop o. ä., dargestellt werden können.

Darüber hinaus können die von der Auswerte- und Analyseeinheit über die Sensorik gewonnenen und aufbereiteten Daten zu zentralen Servern übertragen werden, die dann aus der Vielzahl der vorliegenden Daten für geographische (Stadt-)Bereiche Aussagen über die Luftqualität ableiten können und ebenso auf Grund der erhobenen Datenmenge mit geeigneten Algorithmen – auch unter Einbeziehung von externen Kontextinformationen wie z.B. Wetterdaten bezüglich Luft- und Wasserströmungen – Vorhersagen über die zeitliche Entwicklungen der Umweltparameter und -qualität in bestimmten geographischen Bereichen machen können. Insbesondere können auf diese Weise auch frühzeitig erkennbare Veränderungen detektiert werden, die nur unter Verkopplung der drei Elemente erkannt werden können. Beispielsweise lassen sich durch schnellere Luftströmungen Veränderungen schneller erkennen, als direkt die im Wasser sich fortbewegenden Schadstoffe, die auf ein gemeinsames ursächliches Ereignis zurückgehen können: So lassen sich unter Umständen Warnungen für Gewässer schon im Voraus herausgeben auf der Grundlage der Analyse der Luftgüte.
Die Funktionsweise und das Wirkungsprinzip des Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindungsbeschreibung werden anhand der im Folgenden ausgeführten Ausführungsbeispiele weiterhin verdeutlicht.
Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Luft-Schadstoffdaten direkt in einem (geographischen) Raum erfasst werden können, parallel werden Daten zur Wasserqualität erfasst und ebenso zu Bodeneigenschaften (wenn anwendbar).
Das Funk-Sensor-Modul befindet sich in einem Raum und sendet die Daten der Raumluftanalyse, der Wassergütemessung und der Bodenqualitätsüberwachung über eine Funk Schnittstelle.
Empfangsgeräte, wie beispielsweise Smartphones oder Tablets, können die übermittelten Werte empfangen und mittels eines geeigneten Programms entsprechend auswerten und die Ergebnisse zur Anzeige bringen.
2 zeigt die prinzipielle Darstellung, wie Ergebnisse der Analyse dargestellt werden können. Die vom Sensor-Funk-Modul übermittelten Daten werden im Empfangsgerät verarbeitet, analysiert und entsprechend den Nutzerpräferenzen zur Anzeige gebracht. Dabei lassen sich innerhalb der Nutzerpräferenzen verschiedene Optionen auswählen.

• Darstellung im zeitlichen Ablauf, bspw. Tages-, Wochen-, Monats- oder Jahresverlauf
• Darstellung der kritischen Parameter

Die dargestellten Ergebnisse können gespeichert und an eine andere Stelle zur Kenntnis oder Weiterverarbeitung gebracht werden.
3 beschreibt einen Prinzip-Aufbau, bei dem das Sendemodul und die Empfangsgeräte räumlich voneinander getrennt sind.
Das Funk-Sensor-Modul befindet sich in einem Raum und sendet die Daten der Messung und Analyse über eine Funk-Schnittstelle an eine Zentrale.
Das Empfangsgerät befindet sich in einem anderen Raum, beispielsweise in einer Notruf- oder Alarmzentrale und empfängt die vom Funk-Sensor-Modul empfangenen Signale und wertet diese mit einer entsprechenden Analysesoftware aus.
4 zeigt eine prinzipielle Darstellung einer Alarmierungsnachricht auf einem Empfangsgerät, welche auf Grund der vom Sensor-Modul ermittelten Mess-Werte ausgelöst wird.
5 zeigt eine Ausführungsform, bei der verschiedene Funk-Sensormodule, welche räumlich getrennt angebracht sind, ihre Messwerte an eine zentrale Stelle (Server in der Cloud) übermitteln. Dort werden diese von unterschiedlichen Modulen empfangenen Messwerte zentral durch eine Analysesoftware verarbeitet und die Ergebnisse vorgehalten. Diese Ergebnisse können dann von unterschiedlichen Empfangsgeräten abgerufen werden, wobei in dieser Ausführungsform keine eigene Analysesoftware auf den Endgeräten mehr vorhanden sein muss.
Damit lassen sich die Schadstoffmesswerte von unterschiedlichen Räumen (öffentliche oder private Räume) zentral erfassen und verwalten.
6 zeigt die prinzipielle Darstellung der Verwendung der Funk-Sensormodule zur Messung von verschiedenen Substanzen im Medium Wasser. Diese Substanzen können beispielsweise der Nitratgehalt, der Härtegrad, der ph-Wert oder Blei-, Chlorid- oder Sulfatwerte sein. Das Besondere an dieser Ausführungsform ist die Kombination der Sensorik mit einem Funkmodul, welches wassergeschützt technisch in der Lage ist, die verschiedenen Messwerte an eine zentrale Plattform zu senden, bzw. an eine dem Funkmodul voreingestellte Zieladresse.
7 zeigt die prinzipielle Darstellung der Verwendung der Funk-Sensormodule zur Messung von verschiedenen Substanzen im Medium Boden. Diese Substanzen können beispielsweise Nährstoffe, wie Stickstoff, Phosphor, Kalium und Calcium sein, der pH-Wert oder andere Bodenqualitätsrelevante Parameter. Das Besondere an dieser Ausführungsform ist – wie auch schon in 6 beschrieben – die Kombination der Sensorik mit einem Funkmodul, welches wassergeschützt technisch in der Lage ist, die verschiedenen Messwerte an eine zentrale Plattform zu senden, bzw. an eine dem Funkmodul voreingestellte Zieladresse.
8 zeigt die prinzipielle Darstellung der Verwendung der Funk-Sensormodule zur Messung von Raum- Wasser- und Bodenqualität in dieser Kombination. Die Darstellung zeigt, dass alle Sensoren mit einer einheitlichen Funktechnik ausgerüstet sind, die es erlaubt, die Messwerte an eine vordefinierte Adresse zu übermitteln.
9 zeigt eine prinzipielle Ausführung der Darstellung der Analyseergebnisse einer Wasserqualitätsmessung. Hier werden Messergebnisse und Analysewerte in übersichtlicher Darstellung vorzugsweise auf einer von grün bis rot reichenden Farbskala für eine schnelle Erkennbarkeit dargestellt.
10 zeigt eine prinzipielle Ausführung der Darstellung der Analyseergebnisse einer Bodenqualitätsmessung. In dieser Anzeige werden die Ergebniswerte beispielhaft numerisch dargestellt. Denkbar ist auch, sie gemeinsam mit Referenz- oder Normalwerten anzuzeigen, damit eine schnelle Bewertung des Bodenzustandes möglich gemacht wird.
11 zeigt das Prinzip der Aktualisierungsfähigkeit der Sensormodule, bei dem Funk-Sensor-Module über eine Funkschnittstelle programmtechnisch aktualisiert und konfiguriert werden können. Diese Aktualisierung kann von einer zentralen Instanz (Cloud) bewerkstelligt werden.
12 zeigt die prinzipielle Darstellung, welche Parameter das Funk-Sensor-Modul an das Analysemodul übermittelt. Dies sind im Einzelnen:

• GPS: Ortsposition
• Datum: Aktuelles Datum zum Zeitpunkt der Messung
• Eindeutige Sensor-ID: Sensor-Kennung (Typ: Luft, Boden, Wasser usw.)
• Messparameter-ID: Kennzeichnung des Messparameters (z. B. Säuregehalt, Nitratgehalt usw.)
• Messwerte: Tatsächliche Messwerte

Literatur und Quellen

[1] http://www.etserv.be/airpointer [abgerufen am 1.3.2013]
[2] http://www.technetics.de/tsi/q-trak-7565.htm [abgerufen am 1.3.2013]
[3] http://www.rauchmelder-lebensretter.de/[abgerufen am 11.3.2013]
[4] http://www.weltderphysik.de/gebiet/planeten/nachrichten-geo-und-planetenphysik/2010/crowdsourcing-fuer-die-umweltwissenschaft/ [abgerufen am 1.3.2013]
[5] http://www.welt-und-wasser.de/wpws/s/preise/mess/wasseranalyse_poolx.htm#mes [abgerufen am 28.03.2013]
[6] http://www.warensortiment.de/technischegalerie/index.php?cat=150 [abgerufen am 28.03.2013]
[7] http://www.pce-instruments.com/english/measuring-instruments/installation-tester/ph-meter-pce-holding-gmbh-ph-meter-pce-ph20s-det_56383.htm [abgerufen am 09.04.2013]
[8] http://www.mercateo.com/p/108IT-513(2d)4625/Sensor_fuer_DiSt_5_6_Herst_Teile_Nr_HI_73311.html [abgerufen am 12.04.2013]

Claims

Verfahren zur Erfassung von Messwerten von Inhaltsstoffen in der Luft und damit der Luftgüte, im Wasser und damit der Wasserqualität und/oder im Boden und damit der Bodenqualität, durch ein Sensor-Funk-Modul, das die ermittelten Messwerte direkt über eine Funkschnittstelle an ausgewählte Empfänger überträgt.
Das Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Sensor-Funk-Modul einen Formfaktor aufweist, der es mobil macht, und eine eigenständige Stromversorgung aufweist, und bei jeder Übermittlung von Messwerten an die Empfänger seine geografische Position übermittelt.
Das Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine oder mehrere der folgenden Daten vom Sensor-Funk-Modul übertragen werden: – geografische Position, insbesondre GPS-Daten, Datum, Uhrzeit, eindeutige Sensor Kennung, Messparameter ID, Messwerte.
Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensor-Funk Modul wassergeschützt ist, um die Wasserqualität zu erlangen.
Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Übertragung, Speicherung und Verarbeitung der Messwerte auf dem Empfänger erfolgt, der die Daten grafisch aufbereitet oder prüft, ob ein entsprechender Grenzwert eingehalten wird.
Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche wobei der Empfänger Vorhersagen zu Umweltbelastungen in bestimmten geographischen Bereichen macht, insbesondere die Erstellung von Vorhersagen zur zeitlichen Entwicklung der Luftgüte, Wassergüte und/oder Bodengüte in abgegrenzten geographischen Bereichen.
Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche wobei das Endgerät eine kompakte Anzeige von Qualitätswerten für Luft-Wasser und/oder Bodenanalysen in einer gesamtheitlichen Darstellung vornimmt, so dass alle relevanten Parameter in übersichtlicher Form angezeigt werden
Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei zusätzliche Qualitätsparameter, auch nachträglich einfach zu kodieren sind und der bestehenden Systemarchitektur hinzugefügt werden, vorzugsweise in dem Software Update der Funk-Sensormodule durchgeführt werden.
Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einzelnen Funk Mess-Sensoren auch zentral nicht nur abzufragen sondern auch anzusprechen sind, um gezielt Informationen in das Sensormodul ‘einzuspielen‘, wie im Falle des Updates der Qualitätsparameter beschrieben.
Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Empfänger mobil ausgebildet ist, und seinen geografischen Standort mitteilt, um dann von den in der Nähe angeordneten Sensor-Funkmodulen direkt Sensorwerte zu erhalten, oder über ein zentrales System, das die Empfänger und die Sensor-Funkmodule anhand der geografischen Standorte zusammen bringt.
Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Funkstandards Bluetooth, WLAN, GSM, UMTS, LTE sind.
Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensor-Funkmodule mobile Telefone mit Sensoren für die Wasserqualität, Luftqualität und/oder Bodenqualität sind, und/oder wobei die Empfänger mobile Telefone sind, auf denen die Informationen oder Warnungen dargestellt werden.
System umfassend ein Sensor-Funk-Modul zur Erfassung von Messwerten von Inhaltsstoffen in der Luft und damit der Luftgüte, im Wasser und damit der Wasserqualität und/oder im Boden und damit der Bodenqualität, gekennzeichnet durch eine Funkschnittstelle, wobei die ermittelte Messwerte direkt über eine Funkschnittstelle an ausgewählte Empfänger übertragbar sind.
Das System nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Sensor-Funk-Modul einen Formfaktor aufweist, der es mobil macht, und eine eigenständige Stromversorgung aufweist, und ausgebildet ist, um bei jeder Übermittlung von Messwerten an die Empfänger seine geografische Position zu übermitteln.
Das System nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine oder mehrere der folgenden Daten vom Sensor-Funk-Modul übertragen werden: – geografische Position, insbesondre GPS-Daten, Datum, Uhrzeit, eindeutige Sensor Kennung, Messparameter ID, Messwerte.
Das System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Systemansprüche, wobei das Sensor-Funk-Modul wassergeschützt ist, um die Wasserqualität zu erlangen.
Das System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Systemansprüche, wobei der Empfang, die Speicherung und Verarbeitung der Messwerte auf dem Empfänger erfolgt, der ausgebildet ist, um die Daten grafisch aufzubereiten, oder um zu prüfen, ob ein entsprechender Grenzwert eingehalten wird.
Das System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Systemansprüche, wobei der Empfänger ausgebildet ist, um anhand der empfangenen Daten, Vorhersagen zu Umweltbelastungen in bestimmten geographischen Bereichen zu machen, insbesondere, die Erstellung von Vorhersagen zur zeitlichen Entwicklung der Luftgüte, Wassergüte und/oder Bodengüte in abgegrenzten geographischen Bereichen.
Das System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Systemansprüche, wobei das Endgerät ausgebildet ist, um eine kompakte Anzeige von Qualitätswerten für Luft-Wasser und/oder Bodenanalysen in einer gesamtheitlichen Darstellung vorzunehmen, so dass alle relevanten Parameter in übersichtlicher Form angezeigt werden
Das System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Systemansprüche, wobei zusätzliche Qualitätsparameter auch nachträglich einfach zu kodieren sind und der bestehenden Systemarchitektur hinzufügbar sind, vorzugsweise als Software Update der Funk-Sensormodule.
Das System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Systemansprüche, wobei die einzelnen Funk Mess-Sensoren auch zentral nicht nur abzufragen sondern auch anzusprechen sind, um gezielt Informationen in das Sensormodul ‘einzuspielen‘, wie im Falle des Updates der Qualitätsparameter beschrieben.
Das System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Systemansprüche, wobei ein Empfänger mobil ausgebildet ist, und seinen geografischen Standort mitteilt, um dann von den in der Nähe angeordneten Sensor-Funkmodulen direkt Sensorwerte zu erhalten, oder über eine zentrales System, das die Empfänger und die Sensor-Funkmodule anhand der geografischen Standorte zusammen bringt.
Das System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Systemansprüche, wobei die Funkstandards Bluetooth, WLAN, GSM, UMTS, LTE sind
Das System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Systemansprüche, wobei die Sensor-Funkmodule mobile Telefone mit Sensoren für die Wasserqualität, Luftqualität und/oder Bodenqualität sind, und/oder wobei die Empfänger mobile Telefone sind, auf denen die Informationen oder Warnungen dargestellt werden.