Das Making-of
Die Idee
Der LoRaPark Zeitz ist ein Pilotprojekt, das vom Digitalisierungszentrum Zeitz gemeinsam mit verschiedenen regionalen Partnern konzipiert und realisiert wurde.
Im Laufe des Jahres 2021 fand sich unter Koordination des DZZ ein agiles Projektteam aus Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Hochschule für Wirtschaft, Kultur und Technik (HTWK), von The Things Network Mitteldeutschland (TTN), IoT-Workplace, GISA GmbH sowie den Beruflichen Gymnasien des Burgenlandkreises. Ideengeber und Erstberater war die Stadt Ulm mit ihrem existierendem LoRaPark.
Nach kurzer Überlegung war klar, der Schlosspark der Moritzburg ist der perfekte Ort für den Schaugarten. Die verbauten Sensoren unterstützen nicht nur die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter bei ihrer Arbeit im Schlosspark, z.B. bei der Gartenpflege. Die Feuchtigkeitssensoren liefern hier Informationen und Messwerte, wann die Blumenbeete gegossen werden sollten. Der Schaugarten gibt auch Besucherinnen und Besuchern des Schlossparks einen guten Einblick in Nutzen und Funktionsweise der Sensorik.
Steffen Grau, TTN Mitteldeutschland, und Jörg Martin, IoT Workplace, berieten das DZZ bei der Bestimmung der Standorte für die technische Abdeckung für Gateway(s) und die Anbringung der Sensoren. Auch die technische Ausstattung und die Auswahl der erhobenen Daten wurden mit den Partnern diskutiert.
Installation des Gateway auf dem Rathausturm
Erster Schritt für den Aufbau war die Installation des 1. LoRaWAN® Gateways der Region in ca. 45 Meter Höhe auf dem Rathausturm der Stadt Zeitz Anfang Februar 2022. Aufgrund der Höhe erreicht das Gateway eine Reichweite von bis zu 13 Kilometern, je nach Himmelsrichtung und Topologie. Damit ist die Grundlage für ein drahtloses, offenes Kommunikationsnetzwerk mit großflächiger Abdeckung geschaffen, denn über die Gateways erfolgt die Datenfernübertragung. Der Standort und die Reichweite können über den TTN Mapper verfolgt werden unter https://ttnmapper.org.
Im Außenbereich des Rathausturms wurde unter Berücksichtigung der Senderichtung (line of sight) eine Halterung für die Antenne angebracht. Die Antenne wurde per Kabel mit dem LoRa®-fähigen Router verbunden. Dieser ist im Inneren des Rathausturms installiert. Die Anbindung an das Internet wird über eine Micro SIM-Karte im Router und das LTE-Mobilfunknetz realisiert.
Die Sensoren werden montiert
Mitte Februar 2022 wurden die ersten Sensoren montiert. Vor der Montage der Sensoren am eigentlichen Ort, richtete Jörg Martin, IoT-Workplace, die Sensoren bei uns im Büro ein und band sie in unseren Nutzer-Account bei The Things Network (TTN) ein.
Die von den Sensoren gemessen Werte wurden ab diesem Zeitpunkt über das Gateway an den Server von TNN übermittelt und konnten eingesehen werden. Zum Test der Funktionsfähigkeit stecken die Feuchtigkeits-Sensoren kurzzeitig in den Blumentöpfen unserer Büropflanzen und maßen die Feuchtigkeit der Erde.
Fazit: Die Pflanzen mussten schnell gegossen werden.
Die eigentliche Montage der Sensoren im Schlosspark war dann der praktische Teil der Arbeit.
Zur Messung des Wasserstands im Mühlgraben wurde der WILSEN-Wasserpegelsensor unter einer Brücke montiert, die im nord-östlichen Teil des Schlossparks über den Mühlgraben führt. Der Wasserpegel-Sensor misst per Ultraschall die Entfernung zur Wasseroberfläche. Zu dieser Zeit war der Wasserstand im Mühlgraben normal.
Der zweite Wasserpegel-Sensor wurde am Johannisteich in der Nähe der Open-Air Bühne angebracht. Dort soll er in regelmäßigen Abständen den Wasserstand des Teichs kontrollieren. Im Winter 2022 war der Wasserpegel im Teich sehr niedrig, da aufgrund eines Lecks im Teichboden viel Wasser entweichen konnte.
Die Montage der Sensoren wurde durch den DZZ Mitarbeiter Maximilian Salzmann durchgeführt. Das restliche Team vom DZZ sagt ausdrücklich Danke für seinen Einsatz.
Die Montage der Sensoren für das Parkplatzmanagement der beiden barrierefreien Parkplätze auf dem Parkplatz der Moritzburg Zeitz gestaltete sich einfacher.
Innerhalb kürzester Zeit waren die entsprechenden Löcher gebohrt und jeweils ein Parkplatzsensor wurde mittig auf einem der barrierefreien Parkplätze diebstahlsicher montiert. Wir danken an dieser Stelle dem Mitarbeiter der Stadtverwaltung Zeitz für die tatkräftige Unterstützung.
Die Sensoren zur Messung der Feuchtigkeit in den Blumenbeeten gestaltete sich etwas aufwendiger, da wir für die Befestigung der Feuchtigkeitssensoren eine besondere Konstruktion benötigten. Der Sensor ist nämlich ca. 20 Zentimeter tief in der Erde vergraben und mit einem Sender verbunden, der durch ein ca. zwei Meter langes Kabel mit dem Sender verbunden ist. Dieser ist an der Rückseite der Metallkonstruktion befestigt, die auch als Informations-Tafel dient. Das Kabel führt vom Sender aus zunächst durch die Erde und dann durch das innere des Metallständers bis hin zum Sender.
Die Idee für die diebstahlsichere Befestigung stammt von Markus Bräunlich, Mitarbeiter bei der BVU GmbH in Zeitz. Die Metallkonstruktionen wurden von den jungen Erwachsenen geschaffen, die von der BVU ausgebildet werden. Wir danken der BVU für die Ideengebung und die Umsetzung.
Beim Ausheben der Löcher für die Metallpfosten und die Sensoren wurde uns schnell klar, dass die Erde in 20 Zentimeter Tiefe noch etwas gefroren ist. Wir empfehlen daher allen, die selbst Sensoren ins Netzwerk einbinden möchten, die Montage von Outdoor-Feuchtigkeitssensoren frühestens ab Ende März vorzunehmen.
Der Feinstaubsensor in der Rahnestraße stellte die größte Herausforderung bezüglich der Montage dar.
Die SSBZ unterstützte uns dabei tatkräftig und stand uns mit einer Hebebühne zur Seite, mit der wir in schwindelerregende Höhen fuhren. Zuerst wurde ein Loch in die Fassade des Gebäudes gebohrt und ein Netzkabel hindurchgefädelt. Dieses dient der Stromversorgung des Sensors. Danach musste der Sensor nur noch mit ein paar Schrauben an der Hauswand befestigt werden. Von allen Sensoren war dieser der Spektakulärste in deiner Anbringung. Nun misst er die Feinstaubbelastung in der Rahnestraße.
Die Besucherstrom-Sensoren sind die Neusten im LoRaPark Zeitz. Davon befindet sich ein Sensor am Kassenhäuschen direkt am Haupteingang des Schlossparks, der andere am Eingang von der Moritzburg kommend.
Im ersten Schritt wurde die Sensorinstallation an der Schlossbrücke durchgeführt. Hierfür wurden Sender und Reflektor direkt gegenüber liegend am Brückengeländer befestigt. Gestaltete sich die Errichtung des ersten Sensors nahezu komplikationslos, so ist im Gegensatz dazu die Inbetriebnahme des zweiten Sensors komplizierter.
Laut Produktbeschreibung ist der Besucherstromzähler auf eine Entfernung von bis zu acht Meter zwischen Sende- und Empfangseinheit ausgelegt. Doch am Haupteingang des Schlossparks gibt es bereits bei einem Abstand von circa sieben Metern Signalverarbeitungsprobleme. Problematisch ist in diesem Zusammenhang neben der Entfernung zwischen dem Sender und Empfänger zusätzlich die Sonneneinstrahlung an der Empfangseinheit am weißen Kassenhäuschen. Durch die Helligkeit in dieser Umgebung maß der Sensor nur unzuverlässig die ein- und ausgehenden Personen. Das Problem war dem Hersteller bekannt und wir bekamen einen Ersatzsensor, der nun in der hellen Umgebungen besser funktioniert.
Unterstützung erhielten wir dabei von der BVU GmbH Zeitz, einem regionalen Bildungsträger, der uns in Vergangenheit bereits bei der Installation der anderen Sensoren tatkräftig unterstützt hat. Dafür möchten wir uns herzlich bedanken!
Zusammenarbeit mit dem Beruflichen Gymnasium des Burgenlandkreises
Die Gehäuse für zwei wetterfeste Sensor-Gehäuse für den LoRaPark wurden in einer Kooperation mit den Beruflichen Gymnasien des Burgenlandkreis (Fachbereich Technik/Ingenieurwissenschaft) nachgebaut. Schülerinnen und Schüler des Fachbereichs Technik/Ingenieurwissenschaft meldeten sich für den Workshop an und erstellten unter Anleitung ihres Lehrers Patrick Niechciol einen wetterfesten Nachbau der Gehäuse für den Feinstaubsensor und dem Sensor für die Wasserpegelmessung am Johannisteich. Sie konstruierten die Sensor-Gehäuse in einem 3D-Programm und druckten das Modell anschließend mit einem 3D-Drucker aus.
Zuvor waren zwei Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des DZZ zu Gast in ihrem Unterricht. Sie stellen das Projekt vor und erläuterten sowohl Infrastruktur des LoRaParks als auch Funktionsweise und Nutzen der verschiedenen Sensoren.
Fallstudie zum LoRaPark
Möchten Sie mehr über die Entstehung des LoRaPark Zeitz erfahren? Wir geben in unserer Fallstudie einen detaillierten Einblick in die einzelnen Etappen des Realisierungsprozesses, die Kooperation zwischen beteiligten Akteuren sowie die verwendete Technologie.
Haben Sie Fragen dazu? Dann sprechen Sie uns gerne an.
