Aufgabenstellung: Auf 30 Meßplots, die mit verschiedenen Kulturen bepflanzt sind, sollen mit zwei Wiederholungen jeweils in den Tiefen 30cm, 60cm und 90cm volumetrischer Wassergehalt, Bodentemperatur, elektr. Leitfähigkeit des Bodenporenwassers gemessen werden. Dabei soll die Meßtechnik die Bearbeitung der Meßparzellen mit herkömmlicher Landmaschinentechnik nicht beeinträchtigen.

Lösungsansatz: LoRaWAN-Knoten, die 6 Acclima TDR310H-Sensoren über SDI-12-Protkoll auslesen, sollen 30cm unter GOK vergraben werden. Die Stromversorgung über 3x D-Zellen soll einen Betrieb von ca. 1 Jahr ermöglichen. Die Meßwerte werden von den Knoten an ein LoRaWAN-Gateway mit 4G-Modem übermittelt, das die Daten auf einen Server der UP GmbH weiterleitet, wo sie aufbereitet und visualisiert werden.

Realisierung: Im Vorfeld der Installation wurde die Leistungsfähigkeit der Meßwert-Übertragung getestet. Prinzipiell ermöglicht die LoRaWAN-Technologie die Datenübertragung über Entfernungen von bis zu 8km (freie Sicht), wobei nur relativ kleine Datenpakete übermittelt werden. Durch Aufstellen des Gateways und das Vergraben eines LoRaWAN-Knotens mit GPS-Signalausgang wurde untersucht, inwieweit das gewünschte Gelände mit dieser Technologie und einem Gateway abgedeckt werden kann.

Die LoRaWAN-Knoten und der SDI-12-Verteiler werden in einer wasserdichten Box untergebracht – und 30cm unter GOK eingebaut. Die Bodenfeuchte-Sensoren werden in einer Entfernung von 2,5m von der Box in 30cm horizontal und in 60 und 90cm senkrecht im Boden eingebaut. Aufgrund der Geländeprofilierung ist an manchen Einbauorten die Verbindung zum Gateway ungenügend. Deshalb wird die Antenne über eine Schnorchelkonstruktion an die Oberfläche geholt. Das Gateway wurde im unteren Drittel der Meßfläche auf einem der Blühstreifen aufgestellt – ein 100W-Solarmodul lädt einen 90Ah-Akku. 

Neben den unterirdisch verbauten Bodenfeuchte-Temperatur-Sensoren wurden auf dem Gelände außerdem 10 Bodenfeuchte-Sensoren mit LoRa-Knoten vom Typ WC-EC-ST verbaut, die Meßwerte aus den oberen 6cm des Bodens ermmitteln und übertragen.

Die zwei auf dem Areal befindlichen Wetterstationen wurden im Herbst 2020 noch in das LoRaWAN integriert. Dazu wurden die vorhandenen Sensoren (VP4 und DS2 von Decagon, Luftfeuchte-temperatur-Fühler von Galltech, PAR-Sensoren von deka) an einen Tekbox-Knoten vom Typ TBSL1 angeschlossen. Die Stromversorgung erfolgt über ein 5W-Solarmodul und einen Li-Ionen-Akku.

Auswertung und Visualisierung
Die Meßwerte der Acclima Multiparameter-Sonden (Bodenfeuchte, Bodentemperatur, elektr. Leitfähigkeit des Bodenporenwassers) laufen alle 20min auf unserem Server auf, (Startzeit abhängig von Inbetriebnahme) die der Wetterstationen alle 15min. Auf dem Server erfolgt dann eine Verdichtung der Bodenparameter auf ein Basis-Level, bei dem alle Meßwerte auf eine feste Uhrzeit (xx:20, xx:40, xx:00) gezwungen werden.

Der Zugriff auf die Daten erfolgt über unsere WebVIS-Lösung unter: www.logstar-online.de

Bei Fragen zum Landschaftsexperiment patchCROP des ZALF (Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung) oder zur Nutzung der LoRa-Daten aus diesem Experiment, kontaktieren Sie bitte die wissenschaftliche Koordinatorin Dr. Kathrin Grahmann (Kathrin.Grahmann@zalf.de) oder besuchen Sie die Projekthomepage https://comm.zalf.de/sites/patchcrop/SitePages/Homepage.aspx

Hier einige Eindrücke vom Sommer 2020 zum Start des Experimentes (mit freundlicher Genehmigung des ZALF e.V.):