TMS – Tree Motion Sensor

Die TMS werden verwendet, um bei der Baumkontrolle im Rahmen eingehender Untersuchungen Informationen über die Standsicherheit des Baumes, also die Verankerungskraft der Wurzeln im Boden, zu erfahren. Die TMS messen die tatsächliche dynamische Schwingbewegung des Baumes in natürlichem Wind. Die TMS sind Neigungsmesser die, genau wie beim statischen Zugversuch, am Stammfuß angebracht werden, um die Wurzeltellerneigung zu bestimmen. Die Messung zeigt die tatsächliche Reaktion des Baumes auf den Wind – inklusive aller Effekte die die Umgebung bedingt.

Worin besteht der Unterschied zum Zugversuch  (Wessolly & Erb, 1998), der für die Bewertung von Defekten im Wurzelbereich eine bewährte Methode ist? Während des Zugversuchs wird mittels einer Winde eine künstliche Last in den Baum eingeleitet. Die Reaktion des Baumes auf diese künstliche Windersatzlast wird gemessen: die Neigung des Wurzeltellers und die Dehnung bzw. Stauchung der Randfasern. Die künstliche Last wird verglichen mit der zu erwartenden Windlast. Für die Abschätzung dieser möglichen Windlast stehen ausgereifte Programme zur Verfügung (Detter & arbostat). Ein schwieriger Teil dieser Windabschätzung besteht darin, die tatsächliche Exposition des Baumes zum Wind in der städtischen Umgebung zu ermitteln.

Die TMS zeichnen die dynamische Neigung des Baums in natürlichem Wind auf. Dieses Bewegung ist beeinflusst vom Baum (Kronenform usw.), vom Wind aber auch von der Windexposition des Baumes: vornehmlich Bebauung der Umgebung und andere Bäume. Die TMS messen die aus diesen Faktoren resultierende Neigungsbewegung. 

Mit TMS Messungen kann ohne großen Aufwand die Standfestigkeit von einer großen Anzahl von Bäumen geprüft werden.

Typische Einsatzmöglichkeiten für die TMS

Bestätigung der Standsicherheit.
Zeigen Bäume auch in kräftigen Windböen nur geringe Wurzeltellerneigungen, kann von einem stabilen Wurzelsystem ausgegangen werden.

Identifikation von Bäumen mit Verankerungsproblemen.
Eine Gruppe von Bäumen, z.B. eine Allee, wird mit TMS Sensoren bestückt. Der Vergleich der Messwerte deckt auf, welcher Baum überdurchschnittliche Reaktionen auf den Wind zeigt.

Kombination mit dem statischen Zugversuch.
Wenn ein Baum mit erhöhten Neigungswerten gefunden wurde, ist es häufig sinnvoll, einen statischen Zugversuch anzuschließen, um die Baumreaktion auf eine bekannte Kraft zu messen.

Überwachung von Bäumen bei Bauarbeiten.
Eine Stammneigungsänderung von Bäumen während Erdarbeiten (Spuntwandsetzen usw.) kann durch die TMS Sensoren erkannt werden.

Langzeitüberwachung von Bäumen.
Bäume die im Verdacht stehen, Verankerungsprobleme zu haben, können in regelmäßigen Abständen überprüft werden, um festzustellen ob:

  • die Wurzeltellerneigung im Wind geringer wird, im Falle dass der Baum neue und stärkere Wurzeln ausbildet
  • die Wurzeltellerneigung im Wind größer wird, für den Fall das Wurzeln absterben oder anderweitig beschädigt werden 
  • die Reaktion konstant bleibt 

Die TMS Messdaten können über ein Computerprogramm auf der Webseite www.treesensor.com ausgewertet werden. Der kostenpflichtige Treesensor Webdienst sucht die Maxima der Neigungen im Beobachtungszeitraum und erzeugt ein pdf, dass die ermittelten Werte darstellt.

Technische Details

Die TMS sind in kleine wasserdichte Gehäuse integriert, die mit zwei Schrauben am Baum befestigt werden. Die Bilder zeigen den Sensor bei Installation am Boden und als Control.

TMS als Control Sensor.


TMS als Base Sensor - Messung der Neigung des Wurzeltellers.

Genauigkeit 0,01°
Messintervall 0,05 Sekunden (20 Hz)
Batterielaufzeit: bis zu 20 Tagen (20 °C)

Anwendung

Die TMS sind Neigungsmesser, genau genommen Beschleunigungsaufnehmer, die die dynamischen Neigungsänderungen des Wurzeltellers autark über Stunden, Tage oder Wochen (maximal 30 Tage) aufzeichnen.

Die Messfrequenz beträgt 20 Hz, um die dynamische Schwingbewegung des Baumes zu erfassen.

Der Wind bewirkt die Neigung des Wurzeltellers sowie die Biegung des Stamms. Beide Messwerte enthalten Informationen über die Baumsicherheit. 

Die Höhe der Wurzeltellerneigung ist ein Maß für die Qualität der Verankerung: keine oder geringe Neigungen bei hohen Windgeschwindigkeiten bedeuten eine gute Verankerung. Hohe Neigungen bei geringen Windstärken deuten auf Standprobleme hin.

Für die Messungen wird Wind mit einer Böengeschwindigkeit von mindestens 40-45 km/h benötigt. Die Messdauer sollte 3 Stunden oder mehr betragen. Idealer Weise werden die Sensoren vor einem Sturm angebracht und bis zum Abflauen des Windes dort gelassen. Wind aus verschiedenen Richtungen ist besonders günstig, um die Verankerung bei unterschiedlichen Bedingungen zu testen.

Ein TMS wird direkt am Stammfuß angebracht. Das ist der sogenannte Basissensor. Die Neigungswerte des Basissensors sind ein Maß für die Wurzelstabilität des Baumes. Gut verankerte Bäume zeigen auch bei großen Windstärke nur eine geringe Neigung.  

Ein zweiter TMS, der Controlsensor, wird in etwa zwei bis drei Metern Höhe angebracht. Die Daten des Controlsensors helfen, die Neigungswerte des Basissensors von Störquellen der Umgebung (Straßenverkehr) zu unterscheiden: bei Neigungswerten am Basissensor sollten am Controlsensor zum selben Zeitpunkt noch größere Signal gemessen werden.

Die Neigung am Controlsensor muss größer sein, da der Baum sich nicht nur im Wurzelteller neigt sondern auch im Stamm biegt. Der Messwert des oberen Sensors ist genau genommen die Überlagerung aus Neigung und der Schwingbewegung des Baumes (Beschleunigung) und kann daher nicht gleich einer Neigung gesetzt werden.

Wenn der Basissensor eine Neigung zeigt, der Controlsensor aber nicht, dann handelt es sich beim Basissensor Signal um eine Art Störsignal, das zum Beispiel vom Straßenverkehr herrühren kann.

Basis- und Controlsensor werden über das GPS Signal präzise synchronisiert.

Auswertung

Die neuste Möglichkeit die TMS Messwerte auszuwerten sind die Wind - Kipp Kurven. Bei vorhandenen Winddaten können Diagramme gezeichnet werden, die den Zusammenhang zwischen Böenwindgeschwindigkeit und Wurzeltellerneigung zeigen - die Wind-Kipp-Kurven.

Das Beispieldiagramm zeigt die Wind-Kipp-Kurven von 3 Douglasien (Höhe etwa 32 m), deren Windreaktion im Orkan Xaver bei Windgeschwindigkeiten von bis zu 93 km/h gemessen wurden. Die rote Kurve stammt von einer Douglasie die im Stammfuß einen großen Schaden aber auch kräftige Wurzelanläufe hat, wie das PiCUS Schalltomogramm zeigt. Die anderen beiden Kurven stammen von Nachbarbäumen ohne Defekt im Stammfußbereich. Es ist zu erkennen, dass die Douglasie mit dem Schaden aufgrund der Wurzelanläufe sogar eine geringere Wurzeltellerneigung hat als die Referenzbäume.

Die Windwerte wurden von einer Wetterstation in etwa 9 km Entfernung aufgezeichnet, was die Streuung der Werte erklärt.

Dieses Video zeigt wie TMS Sensoren zur Messung der Standsicherheit im Rahmen von Baumkontrollen installiert werden.