SMARTIES – SMART Integrated Electronic Sensors for quantifying atmospheric transport and mixing

Ziel des Projekts ist es, die lokale Erfassung von atmosphärischen Daten zu optimieren und so auf besondere Ereignisse wie Umweltkatastrophen, die Verbreitung von Staub oder Pollen sowie auch unfallbedingte Verunreinigungen der Atmosphäre frühzeitig reagieren zu können. Dadurch kann die Vorhersage von Wetterereignissen und Naturkatastrophen verbessert und so die Sicherheit von Menschen erhöht werden. 

Die vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation entwickelten Ballons sind aus biologisch abbaubaren Materialien gefertigt. Die Datenaufnahme mit mioty^® erfolgt energieeffizient und ohne zusätzliche Batterie. Das macht aus dem Projekt SMARTIES eine nachhaltigere Alternative zu den herkömmlichen Möglichkeiten des atmosphärischen Monitorings.

Mit SMARTIES bezeichnet man miniaturisierte Messinstrumente, die aus Umweltsensoren und einer drahtlosen Kommunikationseinheit bestehen. Beides wurde in ein Flugobjekt integriert. Während des Fluges übertragen sie Sensordaten über mioty^® an ein Netz von Basisstationen zur Echtzeit-Ortung und Datenanalyse mit hoher Energieeffizienz und Skalierbarkeit. Die Lokalisierung erfolgt ebenfalls mit der drahtlosen LPWAN-Technologie mioty^® des Fraunhofer IIS. So ist kein zusätzliches Funkmodul für die Lokalisierung nötig, wodurch das Gewicht des Flugobjekts minimiert werden kann. Außerdem sind die mioty^® minituarisiert.

Weitere Vorteile des mioty^® Funkprotokolls sind die Zuverlässige Abdeckung großer Gelände, ein niedriger Stromverbrauch und die hohe Sicherheit für die übertragenden Daten.

SMARTIES sollen als atmosphärische Tracer in einem bestimmten Bereich an verschiedenen Positionen Messungen durchführen. Dazu werden je Einsatz bis zu 100 Ballons mit einem Durchmesser von 30 bis 70 Zentimetern genutzt. Die Ballons sind mit Helium gefüllt und bestehen selbst vollständig aus biologisch abbaubarem Naturkautschuk.

Dank des miniaturisierten mioty^® Sensors können in der Atmosphäre verschiedene Messdaten wie Temperatur, Luftdruck und Feuchtigkeit erhoben werden. Die Daten aller Ballons werden in Echtzeit zur Basisstation am Boden übertragen und dort ausgewertet. Die Position einzelner Ballons kann dabei bis auf wenige Meter genau bestimmt werden. Da die Tracer selbst auch der Ausbreitung mit dem Wind folgen, können die Messungen auch zur Bstimmung der Windgeschwindigkeit oder der Ausbreitungsbestimmungen von Stoffen genutzt werden.

Während des Projektes sind mehrere Feldtests u.a. in Deutschland auf der Zugspitze und in Finnland geplant. Messungen auf der Umweltforschungsstation Schneefernerhaus auf der Zugspitze haben gezeigt, dass atmosphärische Strömungen je nach Größenskala unterschiedliche Muster aufweisen. Insbesondere der Bereich von wenigen Metern bis zu etwa 50 Kilometern ist dabei entscheidend für die Verteilung von Staub, Teilchen und Partikeln.

Um die praktische Anwendbarkeit der SMARTIES sowie deren Funkkommunikation zu testen, werden in einem definierten geografischen Gebiet in Finnland mehrere Testmessungen durchgeführt. Dabei wird auch die Datenaufnahme und -verarbeitung getestet, da diese auch bei widrigen Wetterbedingungen zuverlässig funktionieren sollen.