Integriertes Sensorsystem Mit sieben Sensoren gegen den Sturm

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Extreme Wetterereignisse bedrohen kritische Infrastrukturen: Der multifunktionale Wettersensor von Omron und Weathernews liefert präzise Daten in Echtzeit. Wie das Sensorsystem entwickelt wurde und welche technischen Herausforderungen es zu meistern galt.

Die Zunahme extremer Wetterereignisse durch den Klimawandel stellt Unternehmen vor erhebliche Herausforderungen bezüglich Risikomanagement und betrieblicher Kontinuität. Als Reaktion darauf hat Omron DMS (Device & Module Solutions) in Kooperation mit dem Wetterinformationsdienstleister Weathernews eine Sensorlösung zur lokalen Echtzeit-Wetterüberwachung entwickelt.

Die zuverlässige Erfassung lokaler Echtzeit-Wetterdaten gewinnt in zahlreichen Sektoren zunehmend an Bedeutung. Herkömmliche meteorologische Systeme zeigen angesichts der steigenden Frequenz und Intensität extremer Wetterereignisse zunehmend Limitierungen auf. Besonders betroffen sind Branchen wie Baugewerbe, Landwirtschaft, Energieinfrastruktur, Transport und Logistik sowie kommunale Einrichtungen.

Ein zentrales Problem: Professionelle Wettermesssysteme erfordern üblicherweise kostenintensive Installation, spezialisierte Wartung und umfangreiche Schulungen für den Betrieb. Das stellt ein Hindernis für Standorte, Orte und Gemeinden dar, die genaue Wetterdaten benötigen, aber nicht über die finanziellen Mittel und das technische Fachwissen vor Ort verfügen, um die hochentwickelten Sensoren zu kaufen, zu installieren und zu betreiben, die von spezialisierten meteorologischen Einrichtungen verwendet werden.

Eine interdisziplinäre Entwicklungskooperation

Auf Basis einer seit 2017 bestehenden Zusammenarbeit bei Messsystemen initiierte Weathernews gemeinsam mit Omron die Entwicklung eines kompakten, wartungsarmen Multifunktions-Wettersensors. Das Ziel: eine robuste, kostengünstige und flexibel einsetzbare Lösung zur Schließung von Lücken in der meteorologischen Datenerfassung. Die Entwicklung stellte das Team vor anspruchsvolle technische Herausforderungen.

Obwohl Omron über umfassende Expertise in Sensor- und Embedded-Technologien verfügt, erforderte die Konzeption eines Wettersensors ein tiefgreifendes Verständnis meteorologischer Phänomene. In enger Zusammenarbeit mit den Spezialisten von Weathernews wurde ein experimenteller Ansatz gewählt, der etablierte Theorien mit empirischen Messungen validierte.

Einige Unwägbarkeiten bei der Entwicklung

Bei der Entwicklung der Sensor-Hardware mussten zahlreiche physikalische Unwägbarkeiten bewältigt werden. So wurden beispielsweise Hochgeschwindigkeitskameras eingesetzt, um die reale Form fallender Regentropfen zu analysieren und deren Verhalten präzise zu modellieren – ein Ansatz, der die theoretische Annahme abgeflachter Tropfenformen durch Luftwiderstand in Frage stellte und zu einer optimierten Sensorgestaltung führte.

Bei Dachtests von Prototypen traten unerwartete Phänomene auf: Anhaftende Regentropfen auf der Sensoroberfläche sowie windbedingte Erschütterungen führten zu Fehlmessungen bei der Niederschlagserfassung. Daraus resultierten hardwareseitige Modifikationen, die eine zuverlässige Messfunktion auch unter realen Umweltbedingungen sicherstellen.

Besonders anspruchsvoll gestaltete sich die Entwicklung der Windmessmodule. Der Sensor musste in der Lage sein, Windgeschwindigkeiten von bis zu 50 m/s oder 180 km/h zu erfassen. Solch extreme Windgeschwindigkeiten liegen deutlich im Bereich eines schweren Sturms oder Orkans. Das sind Bedingungen, die konventionelle Testumgebungen nicht ausreichend simulieren konnten.

Für die genaue Kalibrierung wurde schließlich ein externer Hochleistungs-Windkanal eingesetzt. Außerdem registriert der Sensor Niederschlagsmengen bis zu 50 mm/h. Da der Sensor für den Einsatz in Umgebungen wie Baustellen entwickelt wurde, wo starke Winde in der Höhe die Ausrüstung gefährden können, musste eine Lösung gefunden werden.

Wie ein integriertes Sensorsystem umgesetzt werden kann

Am Ende der 15-monatigen Entwicklungszeit hatte Omron einen komplexen Sensor entwickelt, der in der Lage ist, mehrere Wetterdatenströme gleichzeitig mit einem einzigen Gerät zu erfassen. Der Sensor vereint sieben separate Sensoren in einem und ermöglicht eine genaue Echtzeitmessung von:

• Windrichtung,

• Windgeschwindigkeit (bis 50 m/s),

• Niederschlag,

• Temperatur,

• Luftfeuchtigkeit,

• Luftdruck und

• Lichtstärke.

Das durchdachte Design des Sensors verbindet Leistungsfähigkeit mit praktischen Vorteilen: Mit Abmessungen von 125 mm x 125 mm x 267 mm und einem Gewicht von einem Kilogramm lässt sich der Soratena Pro flexibel platzieren. Die IPx3-Schutzklasse gewährleistet einen zuverlässigen Außeneinsatz, während der vollständige Verzicht auf bewegliche Teile die Wartungsanforderungen minimiert.

Das System ist nach IPx3 geschützt und für den Dauereinsatz im Freien ausgelegt. Der vollständige Verzicht auf bewegliche Teile minimiert das Risiko mechanischer Defekte und reduziert den Wartungsaufwand erheblich. Das Gerät arbeitet nach dem Plug-and-play-Prinzip und benötigt lediglich eine Stromversorgung.

Die Datenübertragung erfolgt in der aktuellen europäischen Version kabelgebunden über RS232-Schnittstelle. Zusätzliche drahtlose Kommunikationsoptionen wie LTE-M und LoRa befinden sich in der Entwicklung, um die Einsatzmöglichkeiten weiter zu flexibilisieren.

Mögliche Anwendungsfälle und ein Ausblick

Der Omron-Wettersensor eignet sich insbesondere als kostengünstige, flexible und präzise Lösung für die Echtzeit-Überwachung von Wetterbedingungen an dezentralen Standorten. Seine kompakte Bauweise und einfache Handhabung ermöglichen den Einsatz auch in infrastrukturell weniger erschlossenen Gebieten. Auf Baustellen erhöht er die Sicherheit bei Kranbetrieb und Höhenarbeiten durch rechtzeitige Warnung vor kritischen Windgeschwindigkeiten.

Energieversorger profitieren von der kontinuierlichen Überwachung von Freileitungen und Solaranlagen, während Logistik- und Transportunternehmen die Daten zur Routenoptimierung bei Extremwetter nutzen können. Auch für Freizeit- und Sportveranstaltungen sowie im kommunalen Katastrophenschutz bietet das System wertvolle Unterstützung.

Die kontinuierliche lokale Datenerfassung trägt zur Verbesserung der Katastrophenvorsorge bei, indem sie lokalisierte Frühwarnsysteme mit präzisen Echtzeit-Informationen versorgt. In Verbindung mit der dazugehörigen Software ermöglicht der Sensor die Einstellung individueller Schwellenwerte für Warnmeldungen und die Analyse historischer Daten. Das hilft Unternehmen und Kommunen, ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber wetterbedingten Risiken zu erhöhen und effektivere Strategien zur Anpassung an klimatische Veränderungen zu entwickeln. (heh)

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