Urbane Starkregenerfassung

Gefördert
von

Warum
25square?

Starkregen verursacht enorme Schäden an städtischer Infrastruktur - in NRW waren es im Jahr 2019 675.000.000,-EURO. Können Wassermassen nicht abfließen, werden Straßen, Häuser oder auch U-Bahn Schächte überschwemmt. Allerdings sind in den meisten Fällen nicht alle Stadtteile gleichmäßig von Regen betroffen - während es im Norden wie aus Eimern schüttet, kann im Süden der Stadt noch die Sonne scheinen.

Die Ausdehnung von Regen- und Unwetterzellen ist in Städten häufig eher klein - das macht ihre Detektion mit herkömmlichen Messsystemen wie Radar schwierig. Gleichzeitig verhalten sich Wind und Wetter in Städten anders als auf dem Land, was an der anderen Bebauung liegt.

Um den urbanen Lebensraum vor Überflutungen durch Starkregen zu schützen, wollen wir vorhandene Wetterdaten um ein dichtes Netz aus Sensoren ergänzen. Die Vielzahl an Sensoren wird zu einem intelligenten Schwarm zusammengefasst: Wo regnet es gerade (nicht) und wo wird der Regen hinziehen?

Mit diesen Informationen können nun die Verantwortlichen in Feuerwehr, Rettungsdienst und städtischer Infrastruktur vorbeugende Maßnahmen zum Schutz aller Einwohner ergreifen.

675.000.000,- EURO
In NRW im Jahr 2019

Unser
Ansatz

25square setzt auf den Einsatz kostengünstiger autarker Messzellen zur Erfassung von Starkregenzellen auf Stadtteilebene. Die Zellen sind einfach zu montieren, wartungsarm und bieten Erweiterungsplattformen für weitere Sensorik. Durch ein intelligentes Tracking-Verfahren können die Niederschlagszellen in ihrer Bewegung nachverfolgt und somit eine Warnung an die betroffenen Bürger ausgegeben werden.

Maßnahmen zum Schutz von öffentlicher Infrastruktur brauchen Zeit - wir wollen diese Vorwarnzeit bieten.
Im ersten Schritt werden im gesamten Stadtgebiet kleine, autarke Sensoren aufgestellt. Jede dieser Messeinheiten liefert kontinuierlich Informationen, ob und wie stark es an ihrem Standort regnet. Die Daten werden per Funk (LoRa) an einen zentralen Server übermittelt. Dort lässt sich im zweiten Schritt errechnen, wo im Stadtgebiet es gerade regnet - oder eben nicht.

Als drittes ermittelt ein computergestütztes Modell die wahrscheinlichste Bewegung der Regenzelle. So lässt sich vorhersagen, welche Stadtteile in den nächsten Minuten ebenfalls beregnet werden.

Trajektorien von Starkregenzellen mittels kostengünstiger Messtechnik und datengetriebenen Modellen auswerten und zu prognostizieren.

Die
Hardware

Die Messhardware besteht aus drei wichtigen Komponenten: Zunächst dem Messaufnehmer selbst, der elektrische Signale abhängig von der Regenstärke erzeugt. Diese werden danach von einer Digitalisierungseinheit in digitale Daten umgewandelt, die von Rechnern verarbeitet werden können. Ein Datenübertragungsmodul, zum Beispiel ein LoRa-Funkmodul, überträgt diese Daten dann mit Zeitinformationen an einen Datenserver, wo sie weiterverarbeitet werden.

Der Datenfluss vom Sensor zum Server ist in dem folgenden Bild dargestellt.

Das
Modell

Aus vielen einzelnen Regenstufen Informationen ermittelt das Modell die städtischen Regionen, in denen es gerade regnet und wo sich der Kern der Regenzelle befindet.