Institut f?r Hygiene und Umwelt

Online-Bewertung der Messdaten Alarmerkennung

Trotz der kontinuierlichen Aufzeichnung der Messdaten rund um die Uhr k?nnen die Daten in der Regel nur einmal pro Tag von den Messstationsbetreibern gesichtet und ?kontrolliert werden. Eine pl?tzliche Ver?nderung der Wasserbeschaffenheit w?rde durch die t?gliche Pr?fung nur zuf?llig rechtzeitig bemerkt werden.??

Alarmerkennung

Daher ist es wichtig, ein automatisches Warnsystem in den Stationen zu implementieren, um rechtzeitig ?ber Auff?lligkeiten im Gew?sser informiert zu werden.

Das bisher ?bliche Verfahren zur automatischen Alarmerkennung bestand in der alleinigen Definition von statischen Schwellenwerten. Bei ?ber- beziehungsweise Unterschreitung dieser Grenzwerte wurde dann vom Stationsrechner eine Meldung abgesetzt. Auf den ersten Blick scheint diese einfache Methode sich f?r die Praxis gut zu eignen und ist daher als alleinige Methode zur Alarmerkennung noch weit verbreitet.

Bei genauerer Betrachtung der Problematik wird jedoch schnell deutlich, dass statische Grenzwerte in der Regel nicht ausreichend daf?r geeignet sind signifikante Auff?lligkeiten zu erkennen, da es sich dabei sehr oft um zeitlich eng begrenzte Abweichungen handelt, die sich innerhalb der Bandbreite normaler Werte bewegen.

Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel f?r ein derartiges Ereignis.

Auff?lligkeiten in der Leitf?higkeit und dem pH-Wert

Auff?lligkeiten im Datenverlauf der Leitf?higkeit und des pH-Wertes

Sowohl in den pH-Werten (gr?ne Linie), als auch in den Werten der Leitf?higkeit (blaue Linie) ist eine deutliche Auff?lligkeit erkennbar. Weiterhin ist ersichtlich, dass sich diese innerhalb der Bandbreite ?normaler? Messwerte befinden. Der pH-Wert zeigt lediglich eine Abnahme von pH 7,75 auf pH 7,6. H?tte man statische pH-Grenzen festgelegt, w?re diese Auff?lligkeit nicht registriert worden. ?

Statische Grenzen oder auch w?chentlich angepasste Grenzen helfen nur sehr gro?e Auff?lligkeiten zu finden. Diese Auff?lligkeiten sind in ihrem Ausma? dann h?ufig Katastrophen, die auch ohne kontinuierliche Messstationen erkannt werden; sei es durch augenscheinliche Ver?nderungen des Gew?ssers (tote Fische, Geruch, Farbe) oder dadurch, dass der St?rfall aufgrund seiner sonstigen Auswirkungen zum Beispiel bei Polizei und Feuerwehr bereits bekannt ist.

Die zu erfassenden Messgr??en m?ssen im kontinuierlichen Betrieb quasi ?augenblicklich? analysiert, ausgewertet und bewertet werden. Entscheidend ist immer die Abweichung vom erwarteten zeitlichen Verlauf der Messgr??en. Dabei geht es darum, sch?dliche in-situ-Ver?nderungen im Gew?sser zu erkennen, die in ihrem zu messenden Ausma? auch sehr klein sein k?nnen. Das Wasserg?temessnetz Hamburg verwendet daher Alarmkriterien und automatisierte mathematische Algorithmen die zur Auff?lligkeitserkennung genutzt werden. Diese Algorihmen wurden im Projekt EASE beschrieben.

Die Erfahrungen der Vergangenheit haben weiterhin deutlich gemacht, dass in den weitaus meisten F?llen einer st?rfallbedingten Gew?sserbeeintr?chtigung gleichzeitige Ver?nderungen in mehreren Messgr??en festzustellen sind, die f?r sich allein betrachtet relativ unbedeutend aussehen k?nnen. Diese Beobachtung hat zur Entwicklung eines ?Alarmindexes? gef?hrt. Durch diesen Alarmindex werden die Ergebnisse der Auff?lligkeitsberechnungen verschiedener Messgr??en, wie zum Beispiel UV-Absorption, elektrische Leitf?higkeit und Tr?bung in einer Station miteinander gekoppelt und zusammengefasst. Der Alarmindex (AI) wird aus allen registrierten Auff?lligkeiten mit unterschiedlichen Gewichtungen vom Stationsrechner berechnet. Nach jeder erkannten Auff?lligkeit steigt der Wert des Alarmindexes um eine - f?r jede Messgr??e definierte - Anzahl an ?Punkten?.

Der Alarmindex wird im Messstationenbetrieb laufend automatisch neu berechnet und erlaubt somit die schnelle und sichere Erkennung von Ereignissen beziehungsweise bedenklichen Gew?sserbeeintr?chtigungen. Weitere Vorteile des Alarmindexes sind:

  • die zuverl?ssige Vermeidung von Fehlalarmen durch die Verkn?pfung von Daten verschiedener unabh?ngiger Ger?te
  • Ger?test?rungen/Verschmutzungen einzelner Ger?te beeinflussen die Alarmgebung weniger stark
  • sichere und aussagekr?ftige Ergebnisse

Der schematische Ablauf einer St?rfallerfassung mittels Alarmindex wird im Folgenden erl?utert.

Schematischer Ablauf einer St?rfallerfassung mittels Alarmindex

?Alarmindex-Graphik

In dem gew?hlten Beispiel sind im Gew?sser deutliche Ver?nderungen der Messwerte zu erkennen. Der Stationsrechner analysiert die Messdaten mittels Doppelsigmatest und erfasst sowohl f?r die Messgr??e 1 (M1) als auch f?r Messgr??e 2 (M2) einen signifikanten Anstieg der Werte (A1 und A2). Weiterhin ist in einem Biotestger?t (B1) eine deutliche Verhaltens?nderung, beziehungsweise Sch?digung der Organismen zu registrieren. Der ger?teinterne Toxizit?tsindex steigt ?ber den internen Alarmschwellenwert (G) und erzeugt einen Ger?tealarm (A3).

Der Alarmindex (AI) wird aus allen registrierten Auff?lligkeiten mit unterschiedlichen Gewichtungen vom Stationsrechner berechnet. Nach jeder erkannten Auff?lligkeit steigt der Wert des Alarmindexes um einen f?r jede Messgr??e definierten Betrag. Bei ?berschreitung des ?gelben? Grenzwertes (G gelb) erfolgt eine erste Warnung, die als Stufe ?Ereignis? definiert wird. ?bersteigt der Alarmindex den ?roten? Grenzwert (G rot), wird vom Stationsrechner die Meldestufe (MS) erreicht.

Um zu verhindern, dass einzelne, zeitlich weit auseinander liegende Auff?lligkeiten zu einer Aufsummierung von ?Alarmindex-Punkten? f?hren, ist jeder Beitrag einer Auff?lligkeit zum Alarmindex mit einer Verfallszeit versehen, das hei?t die Punkte der einzelnen Auff?lligkeiten (hier A1bis A3) werden schrittweise wieder auf Null zur?ckgef?hrt.

Nach dem erreichen der Meldestufe, sendet der Stationsrechner die relevanten Informationen an die Rechnerzentrale. Von hier aus wird der Alarm automatisch per Mail oder SMS an die Mitarbeiter des Wasserg?temessnetz weitergeleitet. Zeitgleich wird in der Station automatisch eine Alarm-Probenahme gestartet.?