IoT-Pilotprojekt: Pegelmessung in der Cloud

Mit der KOLIBRI-Cloud können Pegelstände jederzeit ausgelesen und die Wasser-Versorgung gesteuert werden.

Das Kololo-Wildreservat mit mehreren Unterkünften, einem gehobenen Restaurant und Swimmingpool befindet sich in der Nähe von Vaalwater, Limpopo (Südafrika). Kololo gehört zum Welgevonden-Wildreservat, wobei die Besonderheit darin besteht, dass die Big Five nicht auf dem Gebiet selber gehalten werden. Kurz gesagt ist Kololo ein familienfreundliches Wildreservat mit eigenem Zugang zu den Big Five und bietet so das Beste aus beiden Welten.

Das Reservat ist ländlich gelegen und verfügt deshalb über eine autarke Wasser- und Stromversorgung. Zwar ist Kololo an das Stromnetz angeschlossen – da Ausfälle jedoch vorkommen können, verfügt das Reservat über einen Diesel-Generator für Reserve-Strom.

Kololo verfügt über ein dreistufiges Wassersystem bestehend aus einem Brunnen, acht Sammeltanks und einem Verteilsystem mit Rohren und Schläuchen, um das Wasser zu den Lodges, zum Restaurant und zum Pool zu leiten. Die Hauptwasserquelle in Kololo ist ein 100 m tiefer Brunnen. Das Wasser im Brunnen kann durch ein Bohrloch erreicht werden. Da der Wasserbestand nicht unendlich ist, muss er mittels Pegelmessung im Brunnen eingeschätzt werden.

Aus dem Brunnen wird das Wasser über einen Kilometer in acht 5000-Liter-Tanks gepumpt. Diese Tanks sind nach ihrem Hersteller Jojo benannt und heissen ebenfalls ‚Jojos‘. Sie befinden sich weit oben auf einem Hügel und dienen als Speicher. Das Wasser aus den Jojos wird durch die Schwerkraft über eine Rohrleitung vom Hügel hinab an die Lodges und den Pool verteilt.

Um einen Einblick in den aktuellen Pegelstand zu erhalten, der für den Wasserbestand über einen bestimmten Zeitraum repräsentativ ist, muss sowohl der Pegel im Brunnen als auch in den Jojos gemessen werden. Zu diesem Zweck installierte Keller im Februar 2020 ein komplettes System zur Pegelmessung in einem der Jojos. Die Daten werden über ein drahtloses LoRa-Netzwerk ausgelesen. Da alle acht Jojos miteinander verbunden sind, ist der gemessene Pegel auch für die anderen Jojos repräsentativ.

Keller verfügt über ein breites Angebot an analogen und digitalen Pegelsonden. Zusätzlich zur Messung der Standardparameter Temperatur und Pegel können digitale Pegelsonden optional sogar die Leitfähigkeit ermitteln. Da die Daten am Schluss in einer Datenbank auf der KOLIBRI Cloud von Keller gespeichert werden, kann ausserdem die Datenhistorie eingesehen werden, die Rückschlüsse über den Verbrauch, Lecks und ähnlichem zulässt.

Kololo ist zwar nicht das grösste Wildreservat, verfügt jedoch über eine grosse Fläche von 3 000 Hektar (so gross wie 4 500 Fussballfelder) und ist somit zu gross für verdrahtete Sen­soren. Das Projekt verlangt eine drahtlose IoT*-Lösung, allerdings ist die Mobilfunkabdeckung im Reservat aufgrund der ländlichen Lage minimal. 4G und NB-IoT (also bereitgestellte Netzwerke) sind somit nicht verfügbar. Kololo ist jedoch ans Internet angeschlossen. Die Lösung ist ein LoRaWAN-basiertes Mikronetzwerk.

Es gibt verschiedene drahtlose IoT-Systeme wie etwa LoRaWAN und Sigfox. Die bekanntesten LoRaWAN-Systeme sind Loriot und The Things Network (TTN). TTN hat den grossen Vorteil, dass man mit einem ans Internet angeschlossenen TTN-kompatiblen Gateway ganz einfach eine lokale Abdeckung schaffen kann. Ein typisches lokales LoRa-Netzwerk beinhaltet drei Grundelemente:

1. Einen digitalen Sensor oder ein digitales Messgerät
2. Einen LoRa-Transmitter zur Übertragung der Messwerte
3. Einen LoRa-Gateway – einen Empfänger, der über Ethernet oder WLAN mit dem Internet verbunden ist, und der die Messdaten in die KOLIBRI Cloud von Keller weiterleitet.

In Kololo wird ein Sentrius-Gateway von Laird als LoRa-Gateway verwendet. Die LoRa-Fernübertragung wird mit einer ADT1-LoRa-Box von Keller bewerkstelligt. An die ADT1-Box ist eine digitale Pegelsonde aus der Serie 36XW von Keller angeschlossen, die den Druck (= Wasserpegel) und die Temperatur misst.

Die ADT1-Box ruft den Pegel von der Pegelsonde ab und überträgt die Daten zusammen mit dem Luftdruck und der Lufttemperatur an den LoRa-Gateway. Schliesslich leitet der LoRa-Gateway alle Daten über das Internet an die KOLIBRI Cloud von Keller, in der die Daten gespeichert werden. Die Daten können in der KOLIBRI Cloud Web-App eingesehen werden. Die Web-App bietet jedoch noch viel mehr, als nur die Dateneinsicht:

Daten können zum Beispiel exportiert und ausgedruckt, in andere Einheiten umgerechnet oder sogar für Berechnungen von Tankinhalten verwendet werden.