DMeStHyA - Entwicklung eines digitalen Mess- und Steuerungssystems für hydrometeorologische Anwendungen, anwendungsbezogenes Upscaling mit Praxistest im Feld

Die Bewirtschaftung landwirtschaftlicher Flächen erfordert insbesondere vor dem Hintergrund zunehmender Beschränkungen bei der Ausbringung stickstoffhaltiger Substanzen (Gülle, Gärreste aus Biogas sowie Klärschlamm) die Bewertung der Auswirkungen der Landwirtschaft auf den Wasserhaushalt. Die bisherige Datenlage erlaubt keine dynamische Nutzung von Landwirtschaftsflächen. Das Messnetz des Landesamts für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen (LANUV NRW) mit 300 hydrometeorologischen Messstellen dient nicht nur dem Hochwasserinformationsdienst. Es hat auch Potential zur Erfassung von Grundlagendaten, die die Bilanzierung und Bewertung des Nitrateintrags durch die Landwirtschaft ins Grundwasser und damit ein nachhaltiges Nitratmanagement ermöglichen. Die gewonnenen Daten sollen in ein cloudbasiertes Entscheidungsmanagementsystem überführt und dort den Anwendern zur Verfügung gestellt werden.

Ziel von DMeStHyA ist einerseits die Standardisierung des Aufbaus und Betriebs der hydrometeorologischen Messstellen. Andererseits sollen die gewonnenen Daten durch die Generierung einer Schnittstelle in ein cloudbasiertes Entscheidungsmanagementsystem überführt werden, um die digitale Datenerfassung und deren Bereitstellung zu optimieren. Dafür ist die Entwicklung eines Konzepts zu Design und Ausstattung der Messstellen sowie des gesamten Messnetzes notwendig.

Zunächst erfolgt die Ausstattung des Messnetzes mit neuen hydrometeorologischen Sensoren sowie der Ausbau der Lysimeteranlage St. Arnold zur Klimareferenzstelle. Die Modernisierung des Messnetzes dient dem Aufbau und der Verifizierung von KI-Modellen. Dann wird die Schnittstelle an die Cloud (SDI12-Übertragung) angepasst, um die Messdaten direkt am Sensor abzugreifen und eine echte Redundanz bei der Datenübertragung herzustellen (Prototypentwicklung). Das Potential des Upscalings auf andere Messnetze wird in einem nächsten Schritt abgeschätzt sowie die mögliche Einbindung weiterer Messnetze. Alle durchgeführten Arbeiten werden zur Dokumentation in ein digitales Betriebssystem überführt.

Die FG Wasserinfrastruktur und Digitalisierung übernimmt in DMeStHyA die wissenschaftliche Begleitung folgender Themen:

• Evaluation Digitalisierungsstandard aus Pilotprojekt
• Ökonomische Bewertung des Standards
• Anwendungsanalyse zum Upscaling des Standards auf andere Anwendungsfelder
• Evaluation der Messnetzdichte von Messstationen
• Evaluation der Datenplausibilisierung für eine valide Datenübertragung
• Ableitung einer Standardmethode zur Digitalisierungseinführung beim LANUV
• Analyse von organisationsbezogenen Effizienzgewinnen als Folge der Digitalisierung

Auch die Berichtserstellung und der Wissenstransfer aus weiteren F&E-Vorhaben, die Organisation der quartalsmäßigen Statusmeetings inkl. Protokollierung sowie die Erstellung jährlicher Zwischenberichte gehören zum Aufgabenfeld der FG.

Unterauftrag vom LANUV NRW

• LANUV NRW 
• HST Systemtechnik