Ausgangssituation

Durch den Klimawandel steigt die Waldbrandgefahr signifikant an, da längere Trockenperioden, höhere Temperaturen und häufigeres „Feuerwetter“ (Hitze, geringe Luftfeuchtigkeit, Wind) die Austrocknung von Vegetation beschleunigen. Obwohl menschliche Aktivitäten wie Lagerfeuer oder Brandstiftung als Hauptursachen gelten, bleibt ein Großteil der Auslöser ungeklärt – in Deutschland sind über 50 % der Waldbrandursachen unbekannt. Bisherige Forschungen vernachlässigten unseres Erachtens kritische Faktoren wie:

• Bodenfeuchte-Variabilität (entscheidend für Brandausbreitung) sowie
• Schadstoffemissionen in Bodennähe
  Insbesondere VOC (flüchtige organische Verbindungen) und extrem hohe CO-Konzentrationen (bis zu 150 ppm im Nahbereich) wurden trotz ihrer ökologischen Risiken kaum systematisch erfasst.

Lösungsansatz

Unser Konzept integriert erstmals Feuerwinde (durch Thermik verstärkte Winde), Bodentemperaturmodelle (basierend auf thermischer Diffusivität) und Echtzeit-Messungen von Schwebstaub und Gasen. Die Daten werden vor Ort gesammelt, ausgewertet und per Funk übertragen. Dieses System ermöglicht eine Früherkennung innerhalb wenige Minuten nach Brandausbruch, selbst in schwer zugänglichen Waldgebieten.

Herausforderung

In dichtbewachsenen Wäldern ist eine direkte Datenübertragung per Funk nur mit hohem technischen und energetischem Aufwand realisierbar. Die Energiebereitstellung durch erneuerbare Energie, wie PV-Module und Ladezellen ist durch die bodennahe Montage erschwert bzw. nur in Waldlichtungen möglich.

Executive Summary

In unserem Projekt haben wir uns zunächst auf die primären Rahmenbedingungen, wie

• Funkübertragung und
• Energieverbrauch fokussiert, da diese entscheidend für den Erfolg der Waldbrandfrüherkennung sind und einen möglichen Ansatz für weitere Projekte im Umwelt-, Klima- und Katastrophenschutz (wie zum Beispiel bei Überschwemmungen, ausgelöst durch lokalen Starkregen) sein können.

In unseren Lösungsansätzen können wir den Eigenenergieverbrauch durch geeignete Bauelemente und zeitliche Funktionsslots stark einschränken. Ein Betrieb des Systems mit eine Langzeitbatterie (19Ah) ist, unseren Messungen und Berechnungen nach, für die Dauer von bis zu 10 Jahren ohne Wartung denkbar.

Die bodennahe Datenübertragung aus dichtbewachsenen Gebieten ist über ein LoRaFunkMesh realisierbar. Dabei werden die Informationen vom Sensor über mehrere Hubs bis an das Ziel (Zugang zum Internet) übertragen. Das Meshnetzwerk ist in zufälligen Zeitslots aktiv und schafft damit Redundanz und Übertragungssicherheit. Dazu haben wir verschiedenen Produkte in einem LoRaMesh vernetzt und getestet.

Ein Prototyp wurde konstruiert, der auf den o.g. Grundlage ein energiesparendes Meshnetzwerk aufbauen kann. Weiter wurde in dieser Konstruktion bereits ein Sensor integriert, der die Voraussetzungen für die Erfassung der Bodennahen Gase aufnimmt, auswertet und mittels einer vortrainierten KI entsprechende Waldbrandprognosen liefern kann, - noch bevor es zu einem umfangreichen Waldbrand kommt.

Baupläne

Die Unterlagen zum Nachbauen sind hier in diesem Reporsitory abgelegt.

PCB

Hier findest du alles, was du an Elektronikinformationen braucht, um die Platine und die Bauteile zu bestellen. Wenn du die Platine ändern willst, dann leg schon mal los. Ich habe die Konstruktion mit Eagle von Autodesk erstellt.

Die Gerber-Dateien findest du im Gerber-Unterverzeichnis

Mit der BOM und der CPL steht der Bestellung nichts mehr im Wege.

Du kannst es dir auch einfach machen und wie ich, direkt bei JLCPCB bestellen. Dort habe ich für die Platine bereits ein Projekt angelegt.

CAD

Für den 3D-Druck brauchst du einen Drucker (logisch, oder?). Die CAD-Zeichnungen sind mit Fusio360, ebenfalls von Autodesk, erstellt und hier abgelegt. Auch hier darfst du gerne Hand anlegen und die Konstruktion nach eigenen Vorstellungen anpassen.

Die STL-Dateien sind hier.

Software

Die Software kanns du hier für VSC herunterladen. Allerdings ist hier noch nicht besonders viel zu finden. Das liegt einfach daran, dass wir uns erstmal um die Hardware gekümmert haben. Mit DB0ND und der oberen Forstbehörde wird es aber bald hier weiter gehen. Wir haben mit meshtastic auf unserer Relaisstation schon einige Tests gemacht und wissen, wo es ungefähr lang geht.