PiCUS Tree Motion Sensor 3

Die Wind-Reaktions-Messung mittels PiCUS Tree Motion Sensor (kurz TMS) wird verwendet, um im Rahmen eingehender Untersuchungen die Standsicherheit von Bäumen einzuschätzen.


                                  

PiCUS TMS 3 - Konsequent neu

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Wind-Reaktions-Messung - Das Verfahren

Die Wind-Reaktions-Messung erfasst die dynamische Schwingbewegung des Baumes in natürlichem Wind. Gemessen wird dabei die Wurzeltellerneigung.

Der Vorteil:
Die Reaktion des Baumes wird direkt, einschließlich aller Umgebungsbedingungen gemessen!
Dazu gehören Baumeigenschaften (Größe, Kronenform, ...), die Windstärke und -richtung, sowie die Windexposition des Baumes (vornehmlich Bebauung und andere Bäume in der Umgebung). 

Im Gegensatz dazu wird beim Zugversuch (Wessolly & Erb, 1998), der für die Bewertung von Defekten im Wurzelbereich eine bewährte Methode ist, eine künstlich erzeugte Windersatzlast in den Baum eingeleitet. Die Relation zu tatsächlich auftretendem natürlichem Wind kann, wegen der oben erwähnten Umgebungseinwirkungen, aber nur schwer abgeschätzt werden.

                                            

Typische Einsatzmöglichkeiten der Wind-Reaktions-Messung

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

Identifikation von Bäumen mit Verankerungsproblemen
Bei der Messung von Baumgruppen können die Messwerte verglichen und Bäume mit auffällig starken Wurzeltellerneigungen identifiziert werden.

Kombiniert mit dem statischen Zugversuch (TreeQinetic) - bzgl. Standsicherheit
Wenn ein Baum mit erhöhten Neigungswerten gefunden wurde, kann es sinnvoll sein, einen statischen Zugversuch anzuschließen, um die Baumreaktion auf eine bekannte Kraft zu messen.

Ergänzung zur Bruchsicherheitsuntersuchung mittels Schalltomographie (PiCUS Schalltomograph) und Widerstandstomographie (TreeTronic3)
Bäume mit bestimmten Defekten im unteren Stammbereich (mutmaßlichen Wurzelproblemen) können zusätzlich im Wind auf ihre Standsicherheit überprüft werden.

Überwachung von Bäumen bei Bauarbeiten
Wenn Bäume bei Bauarbeiten beschädigt werden oder in den Wurzelraum eingegriffen wird, verursacht auch dies ein typisches Messsignal. Die Daten der TMS ermöglichen es solche Eingriffe festzustellen und auch die Standsicherheit nach dem Eingriff einzuschätzen.

Wiederholte Messungen
Durch wiederholte Messungen an den selben Bäumen in vergleichbaren Windereignissen können Informationen über die Entwicklung der Standsicherheit und somit des Wurzelsystems über längere Zeiträume oder vor und nach bestimmten Ereignissen (wie z. B. Stürmen, Bauarbeiten, Freistellungen) gewonnen werden.

  • die Wurzeltellerneigung im Wind geringer wird (Baum bildet neue und stärkere Wurzeln aus)
  • die Wurzeltellerneigung im Wind größer wird (Wurzeln sterben ab oder werden anderweitig beschädigt)
  • die Reaktion konstant bleibt

Technische Details der PiCUS TMS Systeme

Eigenschaft PiCUS TMS 3 PiCUS TMS
allgemein    
Farbe Grau Schwarz
Gewicht 73 g 270 g
Maße 61 mm x 41 mm x 20 mm 100 mm x 80 mm x 75 mm
Gehäuseschutz vollständig wasser- und staubgeschützt regen- und staubgeschützt
min. Lebensdauer 5 Jahre 5 Jahre
Messung    
Genauigkeit Neigungsmessung 0,03 ° 0,03 °
Messintervall 0,05 s (20 Hz) 0,05 s (20 Hz)
Art der Neigungsmessung 3D-Messung 2D-Messung
Ausrichtung des Sensors Beliebig horizontale Ausrichtung
Genauigkeit Temperaturmessung 1 °C 1 °C
Zulässiger Temperaturbereich -20 – +50 °C -20 – +50 °C
Energieversorgung    
Akku-Kapazität und Laufzeit (fabrikneu) 250 mAh; > 14 Tage 2900 mAh; > 20 Tage
Akkuladung drahtlos Mikro-USB-Kabel
Ladezeit ca. 2 h ca. 6 h
empfohlene Ladetemperatur 5 – 35 °C 5 – 35 °C
Messdatenspeicher    
Speichertyp interner Flash-Speicher MicroSD-Karte
Speichergröße 256 MB bis 32 GB
Speicher-Laufzeit 20 Tage > 130 Tage (1 GB Karte)
Kommunikation    
Standby- und Messmodus Bluetooth Low Energy 4.0 Mikro-USB-Kabel
Daten-Download Bluetooth Classic 2.1 SD Kartenleser
Bedienung    
TMS-Aktivierung Magnetstift elektr. Schalter
Outdoor-Steuerung BLE-fähiges Mobiltelefon (Android, iOS)
+ TMS 3 App
elektr. Schalter
Daten- Download und Auswertung PC mit Bluetooth Classic
+ TMS 3 Control Software (direkte Bedienung des Sensors)
SD Kartenleser
+ TMS PC Software
PiCUS TMS Koffer    
Stromversorgung 230 V AC, 50 Hz (Netzteil) 230 V AC, 50 Hz (Ladegerät)
Anzahl TMS-Ladestationen 10 (drahtlos-Ladeschalen) 10 (MicroUSB-Ladegerät)
Anzahl TMS-Lager 20 20
Gewicht, voll (Schrauben, Kabel, 10 TMS) 5,5 kg 11 kg
Maße  48 cm x 35 cm x 15 cm 60 cm x 45 cm x 17 cm

Wichtigste Softwarefunktionen:

TMS PC Software

  • Darstellung der Rohmessdaten (Neigungswert und –richtung)
  • Funktion zur Identifikation und Analyse von Neigungsereignissen
  • Direkter Vergleich der Neigungsmesswerte verschiedener PiCUS TMS (typ. Basis- und Kontrollsensor am selben Baum)
  • Automatische Datenauswertung und Generierung der Wind-Neigungskurve

PiCUS TMS 3 spezifisch

  • App zur Steuerung der PiCUS TMS 3:
    • Statusanzeige
    • Eingabe von Baumdaten zum Start einer Messung
    • Live-Messmodus
  • Erweiterung des PC-Programms:
    • Automatisches Auslesen der Messdaten aus den PiCUS TMS 3
    • Automatische Strukturierung aller Neigungs- und Windmessdaten nach Projekten (Datenbank)
    • Direkter Vergleich der Neigungsmesswerte aller PiCUS TMS 3 (die am selben Baum angebracht waren)
    • Direkter Vergleich der Windneigungskurven verschiedener Bäume
    • Automatisches Einlesen und Verarbeiten der Windmessdaten (aufgenommen vom optional erhältlichen TMS Windmesssystem)

Anwendung der Tree Motion Sensoren

Der Wind bewirkt die Neigung des Wurzeltellers sowie die Biegung des Stamms. 
Die PiCUS TMS sind Neigungsmesser, die die dynamischen Neigungsänderungen des Wurzeltellers autark über Stunden, Tage oder Wochen aufzeichnen.

Voraussetzung:

  • Wind mit Böen > 45 km/h

Durchführung der Messung:

  • Anbringung der Sensoren vor dem Windereignis, Beenden der Messung nach Abflauen des Windes (minimale Messzeit 2h)
  • 2 PiCUS TMS an jedem Baum:
    Basissensor am Stammfuß - misst direkt die Wurzeltellerneigung
    Kontrollsensor in 2-3m Höhe - hilft bei der Filterung von Störquellen aus der Umgebung (z.B. Straßenverkehr) und der Identifikation echter Windreaktionen des Baumes
  • Komfortable Analyse im Büro, minimierte Vor-Ort-Zeit

Zeigt der Basissensor eine Neigung, der Kontrollsensor aber nicht, dann handelt es sich um eine Störung aus der Umgebung.
Bei echten Windreaktionen muss der Messwert am Kontrollsensor immer größer sein, als am Basissensor, da am oberen Sensor die Neigung zusätzlich durch die Stammbiegung überlagert wird.

Auswertung und Interpretation der Messdaten

Die mitgelieferte PC-Software erstellt Diagramme, die den Zusammenhang zwischen Windgeschwindigkeit und den gemessenen Wurzeltellerneigungen zeigen - die Wind-Neigungskurven. Die Windgeschwindigkeitswerte können entweder direkt vor Ort gemessen (TMS Windmesssystem) oder aus anderen Quellen (z.B. windfinder.com) abgelesen und manuell eingetragen werden.
Durch die Möglichkeit einer Extrapolation der Neigung für Windgeschwindigkeiten von 10 bis 20 km/h über den gemessenen, können auch Vorhersagen über das Verhalten des Baumes getroffen werden.

Beispiel
Es folgen Wind-Neigungskurven von 3 Douglasien (Höhe etwa 32 m) im Orkan Xaver (Windgeschwindigkeiten bis zu 93 km/h, von Wetterstation in etwa 9 km Entfernung aufgezeichnet):

Die rote Kurve stammt von einer Douglasie die im Stammfuß einen großen Schaden, aber auch kräftige Wurzelanläufe hat (siehe PiCUS Schalltomogramm). Die anderen beiden Kurven stammen von Nachbarbäumen ohne Defekt im Stammfußbereich. Es ist zu erkennen, dass die Douglasie mit dem Schaden sogar eine geringere Wurzeltellerneigung zeigt als die Referenzbäume.

Schlussfolgerung:
Die Douglasie hat auf den Defekt im Inneren reagiert, indem sie stärkere Wurzeln ausgebildet hat.

Anwendungsbeispiele

  • Vergleichende Analyse von Bäumen einer Gruppe
    Alle Bäume einer Allee von Ahornen wurden mit PiCUS TMS 3 ausgestattet und somit gleichzeitig, mit wenig Aufwand und sehr schnell ausgemessen. Die vergleichende Analyse identifizierte Bäume, die im Vergleich zu anderen derselben Gruppe ungewöhnlich hohe Neigungswerte aufweisen.

    Schlussfolgerung:
    Im direkten Vergleich der Wind-Neigungskurven (Diagramm) ist deutlich zu erkennen, dass Ahorn 5 eine signifikant höhere Neigung aufweist, als die anderen Vier. Dieser Baum sollte daher einer genaueren Kontrolle (mittels bekannter Messmethoden) unterzogen werden.

  • Einzelbaumanalyse
    Tomogramm zeigt großen Schaden im Stammfuß (die Linde leidet unter Brandkrustenpilz)

    Punkt 1 - Wurzeltellerneigungen bei Windgeschwindigkeit > 90 km/h bereits 0,7° (unbelaubt)
    Punkt 2 - Neigungs-Extrapolation für Windgeschwindigkeit von 110 km/h: 1,4°

    Schlussfolgerung:
    Der Brandkrustenpilz beeinflusst bereits die Standsicherheit der Linde. Nach der verallgemeinerten Kippkurve (nach Sinn / Wessolly / Erb 1998) ergibt sich, dass ein Baum, der auf 2-4° gezogen wird, bei gleichbleibender Kraft umkippt (Entwurzelungskraft). Die Linde würde bei 110 km/h demnach noch nicht versagen.

Anemometer (optional)

Das TMS Anemometer ist ein Anzeige- und Aufnahmegerät für Windrichtungs- und Windgeschwindigkeitsdaten. Es besteht aus einem Anemometer für die Windgeschwindigkeit, einem Windrichtungsgeber sowie einem Datenlogger. Zusätzlich ist ein 10 m Mast verfügbar an dem dieses Zubehör montiert werden kann.

Der Vorteil der Verwendung des Anemometers  liegt darin, dass die Winddaten im direkten Umfeld erhoben werden und sich somit besonders gute Korrelationen von Wind- und Neigungsdaten erreichen lassen. Weiterhin stehen die aufgezeichneten Winddaten mit hoher Messfrequenz zu Verfügung. Diese Vorteile kommen vor allem dort zum Tragen, wo das Netz öffentlich zugänglicher Messstationen dünn ist oder geographische Besonderheiten eine Übertragung regionaler Winddaten auf den oder die gegenständlichen Bäume nur bedingt zulassen.

Ein Alleinstellungsmerkmal des Anemometers ist der direkte Datenimport in die TMS 3 Control Software. Der Datenlogger verwendet ein Dateiformat, dass ohne weitere Zwischenschritte mit den Daten der PiCUS TMS 3 Sensoren verwendet werden kann. Während fremde Dateiformate Mehrarbeit verursachen und fehleranfällig sind, weil sie von Hand angepasst werden müssen, kann die direkte Verbindung des Datenloggers mit wenigen Klicks geöffnet und der Datentransfer vorgenommen werden.

Datenlogger - technische Daten  
Versorgungsspannung 3,6 V über eingebauten LiPo Akku
Stromaufnahme < 1 mA
Schnittstelle USB 2.0 für Datenkommunikation mit PC
Temperaturbereich -10 °C ... 60 °C
Abmessungen (LxBxH) 110 x 60 x 35 mm
Stromaufnahme während des Ladens 350 mA
Ladedauer ca. 4 h
Laufzeit ca. 30 Tage
Anemometer - technische Daten  
Versorgungsspannung 5 V DC
Stromaufnahme < 0,01 mA (5 V Versorgung, ohne externe Last)
Signalausgang

Spannungsimpulseingang in Höhe der Versorgung

(16 Impulse/Umdrehung, belastbar bis max. 5 mA)

Messbereich Anlauf < 0,3 m/s, bis 50 m/s
Temperaturbereich -20 °C ... 70 °C
Abmessungen 135 x 135 mm
Windrichtungsgeber - technische Daten  
elektrischer Ausgang Spannung 0 ... 5 V DC
Versorgungsstrom < 20 mA
Messprinzip Halleffekt Absolutwertgeber
Messbereich Anlauf 0,2 m/s, 0 ... 360°
Temperaturbereich -25 °C ... 80 °C
Abmessungen

Höhe 140 mm

Drehradius der Fahne 150 mm

Auflösung 1024 (10 Bit) / 4096 (12 Bit)
Updaterate 1,0 ms
Ausgangsbelastung > 10 kΩ

Mobile Apps

Um mit den neuen TMS 3 Sensoren zu arbeiten, ist es notwendig die zugehörige App aus dem App Store auf ihr Mobiltelefon zu laden. Bitte klicken Sie auf den zugehörigen Store-Button oder scannen Sie untenstehenden QR-Code.