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57. JAHRGANG/57 E ANNÉE • N o 1 • Juni/Juin 2007<br />

STALACTITE<br />

Organe de la Société suisse de spéléologie<br />

Zeitschrift der Schweizerischen Gesellschaft für Höhlenforschung<br />

Organo della Società svizzera di speleologia


TECHNIK/TECHNIQUE<br />

Von der automatischen<br />

Hochwasserregistrierung<br />

zu Echtzeitdaten im Internet<br />

De l’enregistrement automatique<br />

des crues à la transmission de données<br />

en temps réel sur Internet<br />

Seit den ersten Vorstössen im Hölloch in<br />

der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts ist<br />

bekannt, dass die Gänge im Eingangsbereich<br />

nach heftigen Regenfällen oder bei<br />

Schneeschmelze durch Hochwasser geflutet<br />

werden können. Die Höhlenbegeher kannten<br />

die Gefahren solcher Überflutungen.<br />

Beobachtungen wurden bereits vor der<br />

systematischen Erforschung der Höhle ab<br />

Mitte des letzten Jahrhunderts überliefert<br />

und die Erkenntnisse über Hochwasserabläufe<br />

an folgende Generationen weitergegeben.<br />

Durch den glimpflich verlaufenen<br />

Einschluss der vier Höhlenforscher Bögli,<br />

Burkhalter, Gygax und Kaiser im August<br />

1952 konnten erstmals Beobachtungen zum<br />

Wasserverhalten hinter den beiden Siphons<br />

Sandhalde und Keller mit zeitgleichen Beobachtungen<br />

vor den Stauzonen gemacht<br />

und durch Beobachtungen von später Eingeschlossenen<br />

ergänzt werden.<br />

Depuis les premières explorations du<br />

Hölloch datant de la deuxième moitié du<br />

19 ème siècle, on sait que les galeries de<br />

la grotte situées à proximité de l’entrée<br />

peuvent être inondées suite à de violentes<br />

précipitations ou à la fonte des neiges.<br />

Les explorateurs connaissaient les dangers<br />

de telles inondations. Des observations<br />

avaient déjà été rapportées avant l’exploration<br />

systématique de la grotte effectuée<br />

à partir du milieu du siècle dernier et les<br />

connaissances sur le déroulement des crues<br />

transmises aux générations suivantes.<br />

Grâce à l’expédition effectuée avec succès<br />

en août 1952 par les quatre spéléologues<br />

Bögli, Burkhalter, Gygax et Kaiser, qui ont<br />

été enfermé derrière les siphons Sandhalde<br />

et Keller, des observations du comportement<br />

de l’eau ont pu être réalisées pour la<br />

première fois simultanément en aval et en<br />

amont de ces siphons.<br />

Felix Ziegler<br />

Regula Höhn<br />

Alle Fotos / Toutes les<br />

photos : © Felix Ziegler<br />

Traduction :<br />

Yvette Hauf &<br />

Andreas Nauer<br />

Neben der Beobachtung des Wasserstandes an verschiedenen<br />

Stellen im Hölloch und in den unterschiedlichsten<br />

Situationen (u.a. durch eigens ernannte<br />

Wasserwächter, die ihre Beobachtungen protokollierten)<br />

wurden seit 1905 durch Wasserfärbungen Zusammenhänge<br />

im Wasserfluss aufgeklärt, verschiedene Bestimmungen<br />

des Kalkgehaltes durchgeführt, Fliessgeschwindigkeiten<br />

ermittelt und Temperaturen gemessen. Auf Anregung der<br />

Arbeitsgemeinschaft Höllochforschung AGH installierte<br />

1987/88 die Landeshydrologie und -geologie am Höhleneingang<br />

und bei den Schlichenden Brünnen Limnigraphen<br />

zur Bestimmung der Abflussmengen. Zur Erfassung der<br />

jährlichen Niederschlagsmenge kamen 1988 in der<br />

Mittlist Weid und auf Flöscheggen je ein Totalisator<br />

dazu. Trotz all diesen Fakten blieb das unterschiedliche<br />

Verhalten von Hochwassern zeitlich wie örtlich unklar<br />

und warf noch immer viele Fragen auf.<br />

Um eine umfassende Hypothese über die Hochwasser<br />

zu entwickeln, die die unterschiedlichen Abläufe<br />

D<br />

es observations réalisées lors d’explorations ultérieures<br />

ont permis de compléter les premières. Outre<br />

les observations du niveau des eaux à différents endroits<br />

dans le Hölloch, et dans les situations les plus différentes,<br />

en périodes de hautes et basses eaux, en général protocolées<br />

par les « Observateurs de l’eau », fonctions qu’ils<br />

s’étaient attribuée, des tests de coloration effectués dès<br />

1905 ont largement contribué à la compréhension du<br />

comportement des eaux souterraines. On a également<br />

évalué les vitesses de l’eau, déterminé les teneurs en<br />

calcaire et mesuré les températures. Sur l’initiative de<br />

l’Arbeitsgemeinschaft Höllochforschung (AGH), le<br />

Service hydrologique et géologique national a installé,<br />

en 1987/88, à l’entrée du Hölloch et à proximité de la<br />

source Schlichenden Brünnen, des limnigraphes pour la<br />

mesure des débits. En 1988, on a installé des totaliseurs<br />

en surface à Mittlist Weid et à Flöscheggen pour saisir<br />

la quantité totale des précipitations annuelles. Malgré<br />

toutes ces investigations, les variations de l’évolution des<br />

82 Stalactite 57, 1, 2007


der beobachteten Ereignisse umfasst und erklärt, wären<br />

zeitgleiche Informationen von verschiedenen Stellen in<br />

der Höhle nötig. Aus Sicherheitsgründen können solche<br />

Aufzeichnungen jedoch nicht von Forschern persönlich<br />

erhoben werden. Eine Aufzeichnung sollte über einen längeren<br />

Zeitraum dauern, um Erkenntnisse über die Folgen<br />

der Schneeschmelze aber auch über Auswirkungen von<br />

Sommergewittern mit unterschiedlichen Vorgeschichten<br />

(vorangehende Trockenheit / Regenperiode) zu erhalten.<br />

Die Höhlenstellen von Interesse sind aber während der<br />

Sommerzeit gerade wegen der Wassersituation nur schwer<br />

oder gar nicht zugänglich, weshalb ein Messsystem über<br />

längere Zeit autonom arbeiten müsste. Erschwerend kam<br />

dazu, dass bei den zu überwachenden Stellen während der<br />

Überflutungsspitze relativ hohe Wasserdrücke erwartet<br />

werden mussten. Für neue Forschungszweige stehen zudem<br />

auch keine Kredite zur Verfügung, was bedeutet, dass<br />

engagierte Forscher ihre « Spielereien » selber finanzieren<br />

oder Sponsoren suchen müssen.<br />

Erste Generation – Wasserfühler<br />

All den geschilderten Anforderungen Rechnung tragend,<br />

tüftelten die jungen Elektroniker und Höllochforscher<br />

Felix Ziegler und Erwin Tschümperlin in der zweiten<br />

Hälfte der 80er Jahre an einem System, das zeitgleich an<br />

verschieden Stellen in der Höhle über Präsenz oder Abwesenheit<br />

von Wasser Aufschluss geben sollte. Ihr Ansatz<br />

war einfach : Das steigende bzw. abfliessende Hochwasser<br />

muss einen Schalter bedienen, und eine Elektronik soll<br />

mit minimalem Stromverbrauch die Schalterstellung<br />

in kurzen Zeitintervallen registrieren. Die Umsetzung<br />

crues, sur les plans temporel et spatial, restent toujours<br />

en grande partie inexpliquées.<br />

Afin de pouvoir développer une hypothèse globalisante<br />

concernant les crues, qui puisse expliquer les<br />

phénomènes observés, et notamment les variations de<br />

leur évolution, il serait nécessaire d’avoir recours à de<br />

nombreuses observations simultanées en différents endroits<br />

de la grotte. Toutefois, pour des motifs de sécurité,<br />

les chercheurs eux-mêmes ne peuvent procéder à de tels<br />

relevés. Par ailleurs, ceux-ci devraient avoir lieu sur de longues<br />

périodes afin d’obtenir des informations sur les effets<br />

d’événements tels que la fonte des neiges, mais aussi les<br />

orages d’été précédés par des conditions météorologiques<br />

différentes (période de sécheresse ou de pluie). Cependant,<br />

les emplacements d’intérêt dans la grotte sont difficiles<br />

d’accès, ou même impossibles à atteindre pendant l’été,<br />

justement à cause des crues, c’est pourquoi un système de<br />

mesure devrait pouvoir fonctionner pendant une longue<br />

période de façon autonome. De plus, la recherche est<br />

rendue plus difficile du fait que les emplacements à surveiller<br />

font l’objet d’une forte pression pendant la période<br />

d’inondation maximale. En l’absence d’un financement<br />

pour de nouveaux domaines de recherche, les chercheurs<br />

engagés doivent financer eux-mêmes leurs « jeux » ou se<br />

mettre à la recherche de sponsors.<br />

Première génération –<br />

détecteurs d’eau<br />

Pour prendre en compte tous ces besoins, deux jeunes<br />

électroniciens et spéléologues, Felix Ziegler et Erwin<br />

Tschümperlin, essayèrent, dans la deuxième moitié<br />

Montage der Messstation<br />

Twärenen<br />

(Regenmesser,<br />

Thermometer und<br />

Übermittlungselektronik).<br />

Montage de la station<br />

de mesure Twärenen<br />

(pluviomètre, thermomètre,<br />

électronique<br />

de transmission).<br />

Stalactite 57, 1, 2007 83


Schema der ersten<br />

« Wasserfühler »<br />

Schéma des premiers<br />

« détecteurs d’eau »<br />

der Schalterbedienung gestaltete sich jedoch schwierig.<br />

Die Lösung des Problems wurde in einem Einmachglas<br />

mit umgebendem Styropor gefunden, welches an einem<br />

Scharnier an der Höhlenwand befestigt wurde. Mit<br />

steigendem Hochwasser stieg auch das mit Styropor<br />

geschützte Einmachglas und bei einer gewissen Höhe<br />

kippte der integrierte Quecksilberschalter und stellte so<br />

einen registrierbaren Kontakt her. Entsprechend wurde<br />

der Kontakt bei sinkendem Wasserstand wieder unterbrochen.<br />

Am 15. April 1989 wurden solche Wasserfühler an<br />

den hochwasserkritischen Stellen Sandhalde, Wegscheide,<br />

Keller und Styx installiert. Die Registrierelektronik sollte<br />

alle zwei Minuten die Schalterstellung abfragen und auf<br />

einen nichtflüchtigen Speicher (EPROM) brennen. Von<br />

den vier Messgeräten lieferten nach knapp einem Jahr<br />

leider nur deren zwei Resultate. Bei einer Sonde hatte<br />

die Elektronik gestreikt, die andere ging durch ein Hochwasser<br />

zu Bruch – das schützende Styropor wurde vom<br />

Wasserdruck vollständig zusammengepresst.<br />

Verbesserte Version –<br />

« Feuerlöscher »<br />

Da die Wasserfühler zur Schalterbedienung von « Wasser<br />

– kein Wasser » grossen Bewegungen ausgesetzt und<br />

dadurch entsprechend anfällig waren, wurde bei der<br />

Weiterentwicklung nach Möglichkeiten gesucht, diese<br />

Bewegungen zu eliminieren.<br />

Für die Folgegeneration, welche bereits im zweiten<br />

Messjahr ab März 1990 zum Einsatz kam, setzte Ziegler<br />

daher bei gleicher Registrierelektronik auf einen Magnetschalter.<br />

In einem senkrecht montierten, orangen<br />

PVC-Rohr befand sich im oberen Teil wiederum ein<br />

Einmachglas mit Elektronik und zuunterst am Glasboden<br />

ein Magnetschalter. Ein auf einem Styropor-Schwimmer<br />

montierter Magnet, welcher bei Hochwasser an den Glasboden<br />

gedrückt wurde, löste den gewünschten Kontakt<br />

aus. Die gut sichtbaren orangefarbenen Röhren trugen<br />

den neuen Sonden schon bald den Namen « Feuerlöscher »<br />

ein. Im Sommer 1990 massen elf solcher Stationen an den<br />

vier bisherigen und an sieben zusätzlichen Standorten, vor<br />

allem im hinteren Teil des Basissystems, die Wasserstände.<br />

Der Schwachpunkt dieses Systems war der Schwimmer,<br />

denn die hohen Wasserdrücke komprimierten die Schwimmer,<br />

bis sie ihrem Namen nicht mehr gerecht wurden. So<br />

wurden in den folgenden Jahren verschiedene Materialien<br />

ausprobiert. Die besten Erfolge erzielten Schwimmer<br />

des années quatre-vingts, de développer un système<br />

qui pourrait donner des informations sur la présence<br />

ou l’absence d’eau dans la grotte, simultanément, dans<br />

différents endroits. L’idée de base était simple : la crue ou<br />

la décrue doit actionner un interrupteur et une installation<br />

électronique doit enregistrer les positions de l’interrupteur<br />

à de courts intervalles et avec une consommation de<br />

courant minimale. La réalisation de l’interrupteur s’avéra<br />

difficile. La solution consista en l’utilisation d’un bocal<br />

entouré de styropor, fixé par une charnière à une paroi<br />

de la grotte. Avec la crue, le bocal montait aussi et, à une<br />

certaine hauteur, le contacteur de mercure intégré était<br />

actionné et établissait un contact mesurable. Lors de décrue,<br />

le contact était de nouveau interrompu. Le 15 avril<br />

1989, des détecteurs d’eau de ce type furent installés aux<br />

emplacements critiques en cas de crues de Sandhalde,<br />

Wegscheide, Keller et Styx. Le système d’enregistrement<br />

électronique devait prendre note toutes les deux minutes<br />

de la position du contacteur et l’enregistrer sur une puce<br />

de mémoire morte reprogrammable (EPROM). Après une<br />

année d’expérimentation, seuls deux de ces instruments<br />

sur quatre livrèrent des résultats. L’un a subi une panne<br />

électronique et un autre a été détruit lors d’une crue, le<br />

styropor ayant été entièrement comprimé par la pression<br />

de l’eau.<br />

Version améliorée –<br />

« extincteurs »<br />

Comme les détecteurs d’eau étaient soumis à de grands<br />

mouvements, selon la présence ou non d’eau, pour le<br />

fonctionnement de l’interrupteur, on chercha par la suite<br />

à éliminer ces mouvements.<br />

Pour la génération suivante, qui commença dès la<br />

deuxième année de mesures, à partir de mars 1990, Ziegler<br />

installa, avec la même électronique d’enregistrement, un<br />

interrupteur magnétique. Dans un tube de PVC monté verticalement,<br />

il plaça, dans la partie supérieure, un bocal muni<br />

de l’appareillage électronique, et, dans la partie inférieure<br />

du bocal, un interrupteur magnétique. Un aimant, monté<br />

sur un flotteur en styropor, touchait le fond du bocal en<br />

cas de crue et établissait ainsi le contact. La couleur orange<br />

bien visible du tube de PVC donna l’idée de baptiser ces<br />

nouvelles sondes du nom d’« extincteurs ». En été 1990, des<br />

mesures du niveau des eaux furent effectuées au moyen de<br />

ces nouvelles sondes, dans 11 endroits différents, soit les<br />

4 précédents et 7 nouveaux, principalement dans la partie<br />

« Feuerlöscher »-Sonde<br />

Sonde « extincteur »<br />

Seit 2001<br />

eingesetztes<br />

Drucksonden-<br />

Modell.<br />

Schema der « Feuerlöscher<br />

» / Schéma des<br />

« extincteurs »<br />

Modèle de sonde<br />

de pression utilisé<br />

depuis 2001.<br />

84 Stalactite 57, 1, 2007


aus geschäumtem Polyethylen (ETHAFOAM). Bis im<br />

Herbst 1997 sammelten die « Feuerlöscher » während jeweils<br />

bis zu 300 Tagen an den verschiedensten Stellen im<br />

Hölloch Daten über das Vorhandensein oder Fehlen von<br />

Wasser und erlaubten, in Kombination mit den übrigen<br />

systematischen Messungen, zu interessanten Erkenntnissen<br />

zu gelangen, welche verschiedentlich publiziert<br />

wurden (z. B. WILDBERGER & ZIEGLER, 1992).<br />

Drucksonden<br />

Während die « Feuerlöscher » in der Höhle mehr oder<br />

weniger problemlos Daten sammelten, stiegen u.a. durch<br />

deren Auswertung die Ansprüche an die Art der gesammelten<br />

Informationen. Man war nun nicht mehr nur daran<br />

interessiert, ob zu einem bestimmten Zeitpunkt Wasser<br />

vorhanden war oder nicht, sondern man hätte auch<br />

gerne gewusst, wie schnell das Wasser ansteigt oder sich<br />

absenkt. Auch andere Messparameter wie Temperatur<br />

oder Leitfähigkeit rückten in den Bereich des Möglichen,<br />

und der Wunsch nach genauerer Zeitaufzeichnung wurde<br />

laut. So entwickelte Ziegler verschiedene Prototypen von<br />

neuen Sonden, welche von kommerziell erhältlichen und<br />

preislich erschwinglichen Standard-Drucksensoren z. B.<br />

für Tanks ausgingen. Die ersten Geräte der neuen Serie<br />

wurden von April bis September 2001 im Hölloch und<br />

im Windloch getestet und deckten bereits in jenem<br />

kurzen Zeitraum überraschende Sachverhalte auf, wie<br />

zum Beispiel für die Sandhalde Wasseranstiege von<br />

bis zu 1.5 m/s oder Oszillation der Wasserhöhe nach<br />

schnellem Wasserrückgang. Seit 2002 sind acht bis zehn<br />

solcher Sonden im Hölloch stationiert, deren Druckdaten<br />

ausgewertet werden, wobei der Messbereich der Sonden<br />

unterschiedlich und begrenzt ist, so dass grosse Überdrücke<br />

nicht messbar sind (siehe u.a. Hochwasser 2005<br />

in diesem Heft). Die Auswertung der Temperaturdaten<br />

hingegen ist wegen der tiefen Auflösung von ± 0.2 ºC nicht<br />

wirklich aussagekräftig.<br />

Als Gehäuse der Sonden dient ein 19 cm langes Wasserrohr<br />

aus Messing (11⁄4 Zoll) mit Verschlusskappen auf<br />

beiden Seiten. Der Drucksensor, ein Keller Drucktransmitter<br />

vom Typ PA-21SC, ist im einen Deckelstück eingebaut<br />

und verbunden mit einer neu entwickelten Elektronik, die<br />

die Aufnahme von 512 000 Messungen erlaubt. Ergänzt<br />

wird die Registriereinheit durch eine 9V-Batterie, welche<br />

die Elektronik mit 3V und den separat geschalteten Sensor<br />

mit 5V versorgt. Neben dem Druck werden Batteriespannung<br />

und Temperatur im Innern der Sonde aufgezeichnet.<br />

Die Messintervalle für die drei Ausgänge sind individuell<br />

konfigurierbar. Unter Höhlenbedingungen wurde der<br />

Druck zuerst alle 2 min registriert, später wurde auf 5 min<br />

Intervalle umgestellt. Die Temperatur wird jede Stunde<br />

erfasst und die Batteriespannung täglich. Die aufgezeichneten<br />

Daten können seriell auf einen PC ausgelesen und<br />

beispielsweise in ein Tabellenverarbeitungsprogramm<br />

übernommen werden.<br />

Die Registrierelektronik, bestehend aus einem Singlechip-Microcontroller<br />

(ATMEL AT90LS8535) mit integriertem<br />

A / D-Wandler (Analog-Digital Umsetzer), einem<br />

3-Leitungs-8-Mbit FLASH Speicherchip (AT45DB081)<br />

und einem Uhrenbaustein, ist durch eine eigens entwickelte,<br />

doppelseitige Platine in Oberflächenbestückungs-<br />

Technologie (SMT) hergestellt. Die Materialkosten für eine<br />

arrière du système principal.<br />

Le point faible de ce système<br />

était le flotteur, car la pression<br />

des crues comprimait celui-ci,<br />

l’empêchant de remplir sa fonction.<br />

Les années suivantes, on<br />

testa différents matériaux. Les<br />

flotteurs en mousse de polyéthylène<br />

(ETHAFOAM) donnèrent<br />

les meilleurs résultats.<br />

Jusqu’en automne 1997, les<br />

« extincteurs » ont enregistré,<br />

pendant environ 300 jours, des<br />

données sur la présence – ou<br />

non – d’eau dans diverses parties<br />

du Hölloch, et ont permis,<br />

en relation avec les résultats<br />

provenant d’autres mesures<br />

systématiques, d’acquérir des<br />

connaissances intéressantes,<br />

parues dans diverses publications<br />

(p. ex. WILDBERGER<br />

et ZIEGLER, 1992).<br />

Sondes de pression<br />

Alors que les « extincteurs » avaient permis de recueillir<br />

des données dans la grotte avec plus ou moins de facilité,<br />

les exigences s’étaient accrues en matière d’informations,<br />

notamment du fait de l’exploitation des précédentes. On<br />

n’était plus seulement intéressé de savoir si, à un certain<br />

moment, il y avait de l’eau ou non, mais on voulait également<br />

savoir à quelle vitesse le niveau de l’eau montait<br />

ou baissait. D’autres paramètres de mesure, comme<br />

la température ou la conductivité, entraient dans le<br />

domaine du possible et on formula le vœu d’obtenir des<br />

relevés temporels plus précis. Ainsi, Ziegler développa<br />

différents prototypes de nouvelles sondes à partir de<br />

sondes de pression standard disponibles sur le marché et<br />

financièrement abordables, utilisées, par exemple, pour<br />

des réservoirs. Les premiers appareils de la nouvelle série<br />

furent testés d’avril à septembre 2001 dans le Hölloch et<br />

le Windloch et révélèrent déjà des faits très surprenants ;<br />

ainsi, par exemple, à Sandhalde, des montées du niveau<br />

d’eau de 1,5 m/s ou des oscillations du niveau d’eau après<br />

une rapide décrue. Depuis 2002, huit à dix sondes de ce<br />

type sont installées dans le Hölloch et les données four-<br />

Eingeweide eines<br />

Prototyps der « Feuerlöscher<br />

»-Sonde.<br />

Intérieur d’un<br />

prototype de sonde<br />

« extincteur ».<br />

Drucksonde mit Fühler<br />

und Elektronik.<br />

Sonde de pression<br />

avec senseur et électronique.<br />

5 cm<br />

Stalactite 57, 1, 2007 85


Messstation an der<br />

Oberfläche.<br />

Station de mesure<br />

en surface.<br />

Messstation bei den<br />

Schlichenden Brünnen.<br />

Station de mesure aux<br />

Schlichenden Brünnen.<br />

Sonde liegen bei etwa CHF 350.–, wovon CHF 200.– auf<br />

den Drucksensor entfallen.<br />

Messdaten von der Oberfläche<br />

per SMS ins Internet<br />

Die Verbindung der durch die Sonden im Hölloch<br />

ermittelten Wasserwerte mit dem Pegelstand bei den<br />

Schlichenden Brünnen erlaubte den Höhlenforschern<br />

bis zum Hochwasser 2005 aus der aktuellen Wasserhöhe<br />

an den Schlichenden Brünnen Rückschlüsse auf<br />

die Wasserverhältnisse in der Höhle, insbesondere<br />

des kritischen Keller-Siphons zu ziehen. Seit Ende der<br />

90er-Jahre machten daher – bei nicht absolut sicherem<br />

Höhlenwetter – viele Forscher vor dem Höhleneinstieg<br />

noch einen Abstecher zu den Schlichenden Brünnen.<br />

Neue Technologien generieren auch neue Bedürfnisse.<br />

Es wäre doch sehr praktisch, wenn man die Werte von den<br />

Schlichenden Brünnen gerade bei kritischer Wetterlage<br />

schon vor der Expedition von zuhause aus im Internet<br />

abrufen könnte ! Wiederum war es Felix Ziegler, der sich<br />

dieses Wunsches annahm und ihn technisch in die Praxis<br />

umsetzte. Seit dem 11. Januar 2003 sind Temperatur und<br />

Wasserstand (via Druckmessung) an der Karstquelle mit<br />

maximal vier Stunden Verspätung online abrufbar 1 . Da<br />

für eine verfeinerte Prognose der Wasserverhältnisse in<br />

der Höhle eigentlich auch aktuelle Niederschlagsmengen<br />

im Einzugsgebiet von grossem Nutzen wären, diese aber<br />

wegen grossen Wegdistanzen nicht systematisch eingeholt<br />

werden konnten, drängte sich ein Einsatz der entwickelten<br />

Technologie für Niederschlagsmessung mit einem Pluviographen<br />

geradezu auf. So kamen im Sommer 2003<br />

zwei weitere Oberflächenstationen dazu, welche seither<br />

regelmässig Angaben zu Niederschlagsmenge und Temperatur<br />

übermitteln, die ebenfalls im Internet abrufbar<br />

nies immédiatement analysées. Cependant, le champ de<br />

mesures de ces sondes est variable et limité de sorte que<br />

de grosses surpressions ne sont pas mesurables (voir, entre<br />

autres, crue 2005 dans ce cahier). En outre, l’exploitation<br />

des données de températures n’est pas très révélatrice du<br />

fait de leur faible précision (±0.2 ºC).<br />

Le boîtier de ces sondes est constitué d’un tube de<br />

laiton de 19 cm (11⁄4 de pouce) fermé par des bouchons<br />

des deux côtés. La sonde de pression, un transmetteur<br />

de pression Keller de type PA-21SC, est inséré dans l’un<br />

des deux bouchons et relié avec un nouvel équipement<br />

électronique qui permet l’enregistrement de 512 000<br />

mesures. L’unité d’enregistrement est complétée par une<br />

batterie de 9 V qui fournit l’électronique avec 3 V et la<br />

sonde branchée séparément avec 5 V. Outre la pression, la<br />

sonde enregistre la tension de la batterie et la température<br />

interne. On peut configurer séparément les intervalles de<br />

mesures pour les trois output. Dans les conditions de la<br />

grotte, la pression a été enregistrée tout d’abord toutes les<br />

deux minutes, et par la suite, toutes les cinq minutes. La<br />

température est saisie toutes les heures, et la tension de<br />

la batterie, journellement. Les données relevées peuvent<br />

être examinées sur un PC et reprises dans un programme<br />

de traitement de tableaux.<br />

L’électronique d’enregistrement constituée d’un Singlechip-Microcontroller<br />

(ATMEL AT 90LS8535) avec un<br />

transformateur A / D intégré (convertisseur analogiquenumérique),<br />

d’une mémoire FLASH 8M bit (AT45DB081)<br />

et d’un élément fonctionnel d’horloge, est protégée par<br />

une platine double face spécialement développée en technique<br />

de montage en surface (SMT). Le coût du matériel<br />

pour une sonde est de CHF 350.–, dont CHF 200.– pour<br />

le senseur de pression.<br />

Données de mesures transmises<br />

directement de la surface par<br />

SMS sur Internet<br />

La mise en relation des données de l’état des eaux obtenues<br />

grâce aux sondes disposées dans le Hölloch avec<br />

le niveau des eaux à Schlichenden Brünnen jusqu’aux<br />

inondations de 2005, a permis aux chercheurs de tirer du<br />

niveau des eaux des conclusions sur la situation hydrologique<br />

dans la grotte, notamment en ce qui concerne le<br />

dangereux siphon Keller. C’est pourquoi, depuis la fin des<br />

années 1990, de nombreux chercheurs font un détour par<br />

Schlichenden Brünnen en cas de conditions météorologiques<br />

incertaines dans la grotte. De nouvelles technologies<br />

génèrent de nouveaux besoins. En cas de temps incertain,<br />

il serait très pratique de pouvoir prendre connaissance<br />

de l’état des eaux à Schlichenden Brünnen par internet<br />

à la maison avant de partir en expédition ! C’est une fois<br />

de plus Felix Ziegler qui se chargea de réaliser ce vœu et<br />

le réalisa au plan technique. Dès le 11 janvier 2003, la<br />

température et le niveau de l’eau (par mesure de la pression)<br />

à la source karstique sont accessibles en ligne avec<br />

un retard de quatre heures au maximum 1 . Pour établir<br />

un pronostic plus précis de l’état des eaux dans la grotte,<br />

il serait utile de connaître les quantités de précipitations<br />

dans le bassin versant, mais celles-ci ne peuvent être réunies<br />

de façon systématique vu les distances, c’est pourquoi<br />

s’imposa la mise en œuvre de la technologie développée<br />

pour la mesure des précipitations, soit un pluviomètre.<br />

86 Stalactite 57, 1, 2007


sind. Zudem wurde auch die Station an den Schlichenden<br />

Brünnen mit einem Pluviographen ergänzt.<br />

Die technische Umsetzung umfasst mehrere Schritte,<br />

die dem Datenbetrachter im Internet kaum bewusst sind :<br />

1. Analog zu den Messungen in der Höhle werden die<br />

Daten vor Ort alle 30 Minuten erhoben und mittels<br />

eigener Registrierelektronik gespeichert, jedoch umfasst<br />

der Speicher nur wenige Tage. Die Messstationen<br />

auf der Oberfläche verfügen zusätzlich über ein Natelmodul<br />

(Siemens TC35). Zu voreingestellten Zeiten<br />

(6 mal pro Tag) generiert die Elektronik eine Datenreihe<br />

der letzten 100 Messwerte, die anschliessend<br />

per SMS (short message system) an einen ebenfalls<br />

mit Natelmodul bestückten Server gesendet werden.<br />

Durch die permanente Übermittlung der Werte der<br />

letzten 50 Stunden ist sichergestellt, dass die Messreihe<br />

nicht abbricht, wenn einige SMS verloren gehen<br />

sollten oder der Server für einige Stunden ausser Betrieb<br />

ist.<br />

2. Auf der Serverseite werden die übermittelten Daten<br />

in eine SQL-Datenbank abgelegt.<br />

3. Gesteuert durch eine Zeitgebereinheit wird regelmässig<br />

ein Auswertungsprogramm gestartet, welches<br />

die Datenbank auf neue Einträge prüft. Noch nicht<br />

verarbeitete Daten werden zu Diagrammen und Internettabellen<br />

konvertiert.<br />

4. Die fertigen Internetseiten werden auf dem aktuellen<br />

Internetserver publiziert.<br />

Um möglichst genaue Angaben zur Niederschlagsmenge<br />

pro Zeiteinheit zu erhalten, wird ein Kipplöffelprinzip<br />

eingesetzt : Der Niederschlag trifft im windgeschützten<br />

Bereich von 200 cm 2 auf einen Löffel, der<br />

beim Überschreiten des Gewichts von 0.2 mm Niederschlag<br />

kippt, sich entleert und einen Impuls auslöst.<br />

Die Anzahl Impulse pro 30 min wird gespeichert und<br />

weitergegeben.<br />

Von SMS zur Modem-Übermittlung<br />

Dem Wunsch nach möglichst aktuellen Daten im Internet<br />

standen die SMS-Kosten (bei drei Stationen mit je sechs<br />

Übermittlungen pro Tag und 20 Rappen pro SMS sind<br />

dies 3.60 CHF / Tag) gegenüber. Deshalb wurde 2005 die<br />

Übermittlungstechnologie von SMS auf Modemverbindungen<br />

via GSM (global system mobile communication)<br />

umgestellt. Dabei ruft die Nateleinheit der Messstation<br />

diejenige des Servers an. Der Server prüft, ob ein eingehender<br />

Anruf zu einer zugeordneten Messstation gehört.<br />

Im Übereinstimmungsfall wird eine Modemverbindung<br />

zwischen den beiden Stationen aufgebaut und die bereitstehenden<br />

Messdaten übertragen. Da es sich bei der<br />

Datenmenge um sehr kleine Datenpakete (600 Bytes) handelt,<br />

die problemlos in der ersten Taxeinheit (10 Rappen)<br />

verschickt werden können, reduzieren sich die Kosten mit<br />

der neuen Transferart um die Hälfte. Der nachgeschaltete<br />

Teil der Datenverarbeitung (2) bis (4) wird unverändert<br />

beibehalten. Da es sich bei der Modemverbindung um<br />

eine wechselseitige Verbindung handelt, besteht nun<br />

auch die Möglichkeit via Server auf die Stationseinstellungen<br />

Einfluss zu nehmen. So können Messintervalle<br />

oder Übertragungshäufigkeit den Wettergegebenheiten<br />

angepasst werden, ohne dass dazu die Station persönlich<br />

aufgesucht werden muss.<br />

Ainsi, dès l’été 2003, deux stations de surface supplémentaires<br />

transmirent régulièrement des données sur les<br />

précipitations et les températures, également accessibles<br />

sur internet. De plus, la station installée à Schlichenden<br />

Brünnen fut équipée d’un pluviomètre.<br />

La réalisation technique comprend plusieurs étapes<br />

dont l’utilisateur n’est pas toujours conscient :<br />

1) Par analogie avec les mesures effectuées dans la<br />

grotte, les données en surface sont relevées toutes<br />

les 30 minutes et stockées au moyen de leur propre<br />

électronique d’enregistrement, mais la mémoire est<br />

limitée à quelques jours. Les stations de mesure en<br />

surface disposent également d’un module de téléphone<br />

cellulaire (Siemens TC35). A des périodes préétablies<br />

(six fois par jour), l’électronique produit la série de<br />

données des cent dernières mesures qui sont transmises<br />

par SMS (short message system) à un serveur<br />

équipé également d’un module de mobile. Du fait<br />

de la transmission permanente des données des 50<br />

dernières heures, il est garanti que la série de mesures<br />

n’est pas interrompue si quelques SMS sont perdus ou<br />

si le serveur est hors service pour quelques heures.<br />

2) Sur le site du serveur les données communiquées sont<br />

stockées dans une base de données SQL.<br />

3) Piloté selon une minuterie, un programme d’évaluation<br />

démarre régulièrement, lequel teste les nouvelles<br />

arrivées de données. Les données non encore traitées<br />

sont converties en diagrammes et tableaux internet.<br />

4) Les données traitées sont publiées sur le serveur<br />

actuellement en service.<br />

Pour obtenir les données les plus précises possibles<br />

sur les quantités de précipitations par unité de temps, un<br />

système de bascule est installé : Dès que les précipitations<br />

tombant dans une cuillère placée dans un endroit abrité<br />

du vent d’une surface de 200 cm 2 dépassent un poids de<br />

0.2 mm de pluie, la cuillère bascule et se vide, générant<br />

une impulsion. Le nombre d’impulsions en trente minutes<br />

est stocké et retransmis.<br />

Des SMS à la transmission<br />

par Modem<br />

Le souhait de disposer des données de mesures les plus<br />

actuelles sur internet s’est heurté au coût des SMS (trois<br />

stations avec chacune six transmissions par jour et 20<br />

centimes par SMS coûtent au total CHF 3.60 par jour).<br />

C’est pourquoi, en 2005, la transmission par SMS a laissé<br />

la place aux liaisons par modem par GSM (global system<br />

for mobile communication). Dans ce système, l’unité de<br />

téléphone cellulaire de la station de mesures appelle celle<br />

du serveur. Celui-ci examine si un appel provient d’une<br />

station qui lui est affiliée. Dans ce cas, une liaison de modem<br />

est établie entre les deux stations, et les données de<br />

mesures disponibles transmises. Comme il s’agit de petits<br />

blocs de données (600 bytes), ils peuvent entrer dans la<br />

catégorie de la première unité de prix (10 centimes), ce<br />

qui réduit les coûts de transfert de la moitié. La partie<br />

de l’exploitation des données (2) à (4) reste inchangée.<br />

Puisqu’il s’agit d’une liaison de modem, à double sens, il<br />

est possible d’agir par le serveur sur les installations de la<br />

station. Ainsi, les intervalles de mesures ou les fréquences<br />

de transfert peuvent être modifiés sans devoir se rendre<br />

à la station.<br />

Messstation Twärenen<br />

(Regenmesser, Temperatur<br />

und Übermittlungselektronik).<br />

Station de mesure<br />

Twärenen (pluviomètre,<br />

thermomètre,<br />

électronique de<br />

transmission).<br />

Fussnote /Note<br />

1<br />

www.hoelloch.org/<br />

phpwcms/index.php?<br />

messstationen_de<br />

Stalactite 57, 1, 2007 87


Wasserstand Keller<br />

und Schlichende<br />

Brünnen mit<br />

Temperatur Mitte<br />

September 2006.<br />

Niveau de l’eau<br />

à Keller et aux<br />

Schlichenden Brünnen<br />

et température,<br />

mi-septembre 2006.<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<strong>Cave</strong>-<strong>Link</strong> :<br />

Online-Daten aus der Höhle<br />

Wiederum hat das neue Angebot der aktuellen Messdaten im Internet<br />

auch neue Begehrlichkeiten geweckt. Die direkte Einsicht (in Beinahe-<br />

Echtzeit) in die Höhle zu Zeiten, wo die Wassergefahr den Höhlenbesuch<br />

verbietet, wäre eine willkommene Ergänzung zu den bereits<br />

verfügbaren Informationen. Bei einer umgehenden Datenverfügbarkeit<br />

wäre auch sofort zu erkennen, wenn eine Messstation nicht richtig arbeitet<br />

oder sogar ausfällt, und unter Umständen könnten korrigierende<br />

Massnahmen in Betracht gezogen werden. Bei den Drucksonden kann<br />

dies immer erst nach dem Auslesen der Daten am Ende der Messperiode<br />

festgestellt werden, und für diesen Messort entsteht dadurch eine<br />

Datenlücke. Am 13. September 2006 hat Felix Ziegler nun eine erste<br />

Versuchsstation im Keller-Siphon montiert, welche neben Gesamtdruck<br />

und Temperatur (Auflösung ± 0.001 ºC) auch Parameter zur Funktionsanalyse<br />

und Systemstabilität der Höhlenfunkverbindung misst und<br />

an die Aussenstation neben dem Fedli-Parkplatz übermittelt.<br />

Dieses innovative Projekt gelang durch die Nutzung der Resultate<br />

zweier unabhängiger Forschungsrichtungen der AGH : der oben<br />

Montage der <strong>Cave</strong>-<strong>Link</strong><br />

Sonde im Keller.<br />

Montage de la sonde<br />

<strong>Cave</strong>-<strong>Link</strong>, Keller<br />

<strong>Cave</strong>-link : des informations en<br />

ligne en provenance de la grotte<br />

De nouveau, la nouvelle offre de données de mesures suscite de nouvelles<br />

demandes. L’aperçu direct dans la grotte, quasiment en temps<br />

réel, au moment où le danger d’inondation en interdit l’entrée, serait<br />

un complément très apprécié aux informations déjà disponibles. Avec<br />

une disponibilité immédiate des données, on pourrait savoir sans délai<br />

si une station de mesures ne fonctionne pas correctement ou même<br />

tombe en panne, et on pourrait prendre des mesures de réparations.<br />

Avec les sondes de pression, une intervention n’est possible qu’après<br />

la récolte des données à la fin de la période de mesure, et il en résulte,<br />

pour cette station, une lacune de données. Le 13 septembre 2006, Felix<br />

Ziegler monta une première station d’essai au siphon Keller qui, outre<br />

la pression globale et la température (résolution ± 0.001°C), mesure<br />

également des paramètres concernant une analyse de fonction et la<br />

stabilité du système de liaison radio avec la grotte et transmet ces<br />

données à une station extérieure située à côté du parking Fedli.<br />

Ce projet innovateur réussit grâce à l’utilisation des résultats de<br />

deux directions de recherches indépendantes de l’AGH : Les relevés des<br />

données de mesures décrites ci-dessus et la radio de la grotte. Après<br />

le succès du développement de la technologie de la téléphonie sous<br />

terre en conditions spéléologiques (par exemple pour des interventions<br />

de sauvetage), les animateurs de cette branche de recherche, Jacques<br />

Hurni, Christian Ebi et Felix Ziegler se sont concentrés, à partir de<br />

1999, sur la transmission sur bande étroite au moyen d’émetteursrécepteurs<br />

à courant tellurique en VLF (very low frequency, ondes<br />

longues), bande (20 – 140 kHz), et ils sont parvenus à développer<br />

un système permettant de transmettre des textes et des séquences de<br />

données au moyen de la méthode ARQ (Automatic Repeat Request)<br />

à travers 960 mètres de rochers. Ce système, nommé <strong>Cave</strong>-<strong>Link</strong> fut<br />

présenté, entre autres, à Charmey, lors de l’exercice de sauvetage<br />

spéléologique, en 2003. Des connaissances très appréciables pour des<br />

interventions dans le Hölloch furent acquises également, dès 2005, en<br />

collaboration avec le canton du Jura et l’Institut suisse de spéléologie et<br />

de karstologie (ISSKA) en relation avec le développement du système<br />

de prévention contre les risques d’infiltration d’huiles minérales dans<br />

la Grotte de Milandre.<br />

Le système de mesures pour la transmission continue de données<br />

provenant de la grotte se compose de plusieurs élém ents : la station<br />

de mesures dans la grotte, la station de relais avec la radio de la grotte<br />

et le modem GSM à la surface, le serveur de données et l’élaboration<br />

pour internet. Ces derniers sont identiques aux points décrits ci-dessus<br />

(2) à (4). Les données intéressantes pour la recherche dans le domaine<br />

88 Stalactite 57, 1, 2007


<strong>Cave</strong>-<strong>Link</strong> Sonde<br />

im « Keller ».<br />

Sonde <strong>Cave</strong>-<strong>Link</strong>,<br />

« Keller ».<br />

beschriebenen Messdatenerhebungen und des Höhlenfunks. Nach<br />

erfolgreicher Entwicklung der Sprechfunktechnologie unter Höhlenbedingungen<br />

(z. B. für Rettungseinsätze) konzentrierten sich die<br />

treibenden Kräfte dieses Forschungszweiges, Jacques Hurni, Christian<br />

Ebi und Felix Zieger ab 1999 auf schmalbandige Datenübertragung<br />

mittels Erdstromtransceivern im VLF (very low frequency, Langwellen)<br />

Band (20 – 140 kHz) und es gelang ihnen, ein System zu entwickeln,<br />

mit welchem sich Texte und Datensequenzen mittels ARQ (Automatic<br />

Repeat reQuest) Methode fehlerfrei durch 960 m Fels schicken lassen.<br />

Dieses System mit dem Namen <strong>Cave</strong>-<strong>Link</strong> wurde u.a. an der nationalen<br />

Höhlenrettungsübung in Charmey 2003 vorgestellt. Zusätzliche, für<br />

den Einsatz im Hölloch wertvolle Erkenntnisse wurden ab 2005, in<br />

Zusammenarbeit mit dem Kanton Jura und dem Nationalen Institut<br />

für Höhlen- und Karstforschung SISKA, mit der Entwicklung des<br />

Ölüberwachungssystems für die Grotte de Milandre gewonnen.<br />

Der Messaufbau für die fortlaufende Übertragung von Messdaten<br />

aus der Höhle setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen : der<br />

Messstation in der Höhle, der Relaisstation mit Höhlenfunk und GSM-<br />

Modem auf der Oberfläche, dem Datenbankserver und der Aufarbeitung<br />

fürs Internet. Letztere sind mit oben beschriebenen Einheiten (2)<br />

bis (4) identisch. Die für die Hochwassererforschung interessanten<br />

Werte werden analog der Drucksonden-Methode gemessen und in einem<br />

Speicher abgelegt. Die spezielle Elektronik des <strong>Cave</strong>-<strong>Link</strong>-Gerätes<br />

bereitet die Messwerte zweistündlich zu einem Datenfile auf und ruft<br />

dann über Funk die Aussenstation auf der Sendefrequenz 42 kHz. Wird<br />

der Aufruf von aussen quittiert, sendet die Höhlenstation das Datenfile<br />

in 2-Byte-Blöcken nach aussen. Jeder Block wird so lange gesendet,<br />

bis eine positive Empfangsbestätigung von der Aussenstation erhalten<br />

wird. Pro Sekunde werden sieben solche wechselseitige Interaktionen<br />

durchgeführt. Nach abgeschlossener Funkübertragung werden die<br />

Daten in der Aussenstation zwischengespeichert. Alle sechs Stunden<br />

stellt die Elektronik die GSM-Verbindung zum Server her und leitet<br />

die gesammelten Daten weiter.<br />

In diesem neuen System müssen in der Höhle nicht nur Messsonde<br />

und Registrierelektronik sondern auch die Funksender und -empfänger<br />

mit Strom versorgt werden.<br />

Um die Stromversorgung zu optimieren und damit das System<br />

länger autonom in Betrieb zu halten, wird heute eine maximale Sendeleistung<br />

(etwa 10 Watt) vorgegeben. Nach jedem korrekt übertragenen<br />

Block reduziert die Anlage die Sendeleistung automatisch um 1 dB<br />

(etwa 20%), analog wird die Sendeleistung vor jedem zu wiederholendes<br />

crues sont mesurées par une méthode analogue à celle des sondes<br />

de pression et déposées dans une banque de données. L’électronique<br />

spécifique de l’appareillage de <strong>Cave</strong>-<strong>Link</strong> dispose les données de mesure<br />

toutes les deux heures sur un fichier de données et appelle par radio<br />

la station extérieure sur une fréquence de 42 kHz. A l’instant où la<br />

station de surface répond, la station dans la grotte envoie le fichier de<br />

données par blocs de 2 bytes. L’envoi se poursuit jusqu’à ce qu’une<br />

confirmation parvienne de la station extérieure. Chaque seconde ont<br />

lieu sept interactions de ce type. A la fin de la transmission radio,<br />

les données sont stockées temporairement dans la station extérieure.<br />

Toutes les six heures, l’électronique établit une connexion GSM avec<br />

le serveur et transmet les données réunies.<br />

Dans ce nouveau système, la sonde de mesures et l’électronique<br />

doivent être approvisionnées en électricité ainsi que l’émetteur et le<br />

récepteur dans la grotte. Pour optimiser l’alimentation en courant et<br />

faire fonctionner le système plus longtemps de façon autonome, une<br />

puissance d’émission maximale d’environ 10 watts est prescrite. Après<br />

chaque bloc transféré correctement, l’installation réduit la puissance<br />

d’émission de 1 dB (environ 20%). De la même façon, la puissance<br />

d’émission augmente pour chaque bloc à répéter, jusqu’à la puissance<br />

maximale. Cette procédure permet, dans l’idéal, de réduire la puissance<br />

d’émission à 1/1000 de la puissance maximale. De même, pour<br />

optimiser la consommation de courant, les installations de radio ne<br />

sont enclenchées qu’au moment de la transmission des données. C’est<br />

pourquoi il est essentiel que les deux systèmes, dans la grotte et à la<br />

surface, fonctionnent de façon absolument synchronisée. Sur la bande<br />

de fréquence utilisée, on trouve aussi différents émetteurs de signal horaire,<br />

par exemple, DCF77 (77.5 kHz), d’Allemagne, ou HBG (75 kHz),<br />

de Suisse. Les deux stations radio se synchronisent automatiquement<br />

tous les deux jours grâce à ces deux émetteurs.<br />

La qualité du signal, une mesure de la qualité de la liaison, fait<br />

partie des paramètres de surveillance du système mentionnés ci-dessus.<br />

De plus, le nombre de blocs envoyés (B s<br />

) et le nombre de répétitions<br />

(R) de part et d’autre pendant la transmission sont enregistrés. La<br />

qualité de la liaison est indiquée en pourcentage et exprimée selon le<br />

calcul suivant (100·B s<br />

) / (B s<br />

+ R). Une qualité de liaison de 10% signifie<br />

donc que sur six blocs transférés, un sur dix est reçu avec succès, ce<br />

qui correspond à un bloc toutes les deux secondes. Les expériences<br />

du Jura montrent que la qualité de la liaison est en relation directe<br />

avec le bruit d’antenne (perturbations atmosphériques). Les perturbations<br />

dues aux orages ou aux clôtures électriques de bétail situées<br />

à proximité peuvent être jusqu’à 10 000 fois plus fort que les signaux<br />

reçus de la grotte. Pour surmonter de telles perturbations, il faudrait<br />

renforcer les émissions d’un facteur égal à la force des perturbations,<br />

j<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

Datenwege von der Erfassung bis ins Internet.<br />

Trajet de données de l’acquisition à la diffusion sur Internet.<br />

j<br />

<br />

k<br />

<br />

l<br />

<br />

m<br />

<br />

<br />

Stalactite 57, 1, 2007 89


den Block bis zur Maximalleistung erhöht. Mit diesem Vorgehen kann<br />

im Idealfall die Sendeleistung auf 1/1000 der Maximalleistung reduziert<br />

werden. Ebenfalls zur Optimierung des Stromverbrauches werden die<br />

Funkanlagen nur gerade zur Übermittlung der Daten eingeschaltet.<br />

Daher ist es existentiell, dass die beiden Systeme in der Höhle und<br />

auf der Oberfläche zeitlich absolut synchron laufen. Im verwendeten<br />

VLF-Frequenzband finden sich auch diverse Zeitzeichensender, so zum<br />

Beispiel DCF77 (77.5 kHz) aus Deutschland oder HBG (75 kHz) aus<br />

der Schweiz. Die beiden Funkstationen synchronisieren sich automatisch<br />

alle zwei Tage unter Nutzung der Zeitzeichensender.<br />

Zu den oben erwähnten Systemüberwachungsparametern gehört<br />

auch die <strong>Link</strong>-Qualität, ein Mass für die Verbindungsqualität. Dazu<br />

werden auf beiden Seiten während der Übertragung die Anzahl gesendeter<br />

Blöcke (B s<br />

) und die Anzahl Wiederholungen (R) erfasst. Die<br />

<strong>Link</strong>-Qualität wird in Prozenten angegeben und als Berechnung von<br />

(100·B s<br />

) / (B s<br />

+ R) ausgedrückt. Eine <strong>Link</strong>-Qualität von 10% bedeutet<br />

daher, dass bei den übertragenen sechs Blöcken, jeder zehnte erfolgreich<br />

ankommt, was einem Block alle zwei Sekunden entspricht. Die<br />

Erfahrungen aus dem Jura zeigen, dass die <strong>Link</strong>-Qualität im direkten<br />

Zusammenhang zu Antennenrauschen (atmosphärischen Störungen)<br />

steht. Störungen durch Gewitter oder auch der Schlag eines Viehhüters<br />

in der Nähe sind bis zu 10 000-mal stärker als die aus der Höhle<br />

empfangenen Signale. Um gegen solche Störungen durchzukommen,<br />

wäre eine um denselben Faktor höhere Sendeleistung erforderlich,<br />

wofür ein kleines Kraftwerk benötigt würde. Deshalb werden mit<br />

der ARQ Methode, dem Repetieren der gesendeten Blöcke bis zur<br />

erfolgreichen Übermittlung, die Lücken zwischen den atmosphärischen<br />

Störungen genutzt. Die Aussenstation führt zudem alle sieben Stunden<br />

eine Frequenzband-Messung über die ganze Spanne von 20 – 140 kHz<br />

(Frequenzspektrum) durch. Über sieben Tage hinweg ergibt sich so<br />

eine stündliche Belegungskarte des VLF-Bandes, die zur späteren Optimierung<br />

der Sendefrequenz genutzt werden kann.<br />

Ausblick<br />

Für die Zukunft sind einerseits Verbesserungen in der Datenübermittlung<br />

denkbar. So könnten sich die Sender des <strong>Cave</strong>-<strong>Link</strong>-Systems<br />

anhand der Belegungsdaten im VLF-Band eigenständig die optimale<br />

Sendefrequenz in Abhängigkeit der suchen. Im Übertragungsbereich<br />

der Aussenstationen wird sicher die Verwendung der GPRS-Technologie<br />

(General Packet Radio Service, Internet via Natel) zur Verbesserung<br />

des Preises pro Datenvolumen in Betracht gezogen.<br />

Andererseits werden bei erfolgreichem Abschluss und Auswertung<br />

des jetzt laufenden Höhle-an-Internet Versuchs weitere Standorte im<br />

Hölloch und / oder Höhlen im Forschungsgebiet der AGH folgen. Eine<br />

Ausweitung der Art der zu erfassten Werte ist denkbar, falls entsprechende<br />

Sonden existieren oder hergestellt werden können.<br />

Auch bei der Anzahl Stationen wird es noch Optimierungsmöglichkeiten<br />

geben. Mehrere Höhlenstationen könnten mit einer Aussenstation<br />

korrespondieren. Gedankliche Ansätze existieren auch in<br />

Richtung « Repeater » in der Höhle. Da die Funkübertragung in der<br />

Höhle effizienter ist als von der Höhle an eine Aussenstation, könnten<br />

mehrere Messstationen in der Höhle ihre Daten an eine kombinierte<br />

Mess- / Sammelstation übermitteln, welche dann alle Datenpakete an<br />

die Oberflächenstation sendet.<br />

Letztlich könnte ein solches Messstationen-Netz auch zur Sicherheit<br />

der Höhlenforscher beitragen. Die Aussenstation(en) könnte(n) bei<br />

entsprechender Anpassung für Rettungszwecke als Relais-Station(en)<br />

dienen. Und in fernerer Zukunft wird vielleicht auch die umgekehrte<br />

Nutzung der Technologie Internet-an-Höhle in Betracht gezogen und<br />

den Höhlenforschern so zu bestimmten Zeiten Wetterbericht und relevante<br />

Messwerte, wie zum Beispiel jene der Schlichenden Brünnen,<br />

an Stationen in ihren Biwaks liefern …<br />

■<br />

ce qui impliquerait l’installation d’une petite centrale électrique. C’est<br />

pourquoi la méthode ARQ utilise les lacunes entre les perturbations<br />

atmosphériques pour répéter l’envoi des blocs jusqu’au succès de la<br />

transmission. De plus, la station extérieure effectue, toutes les sept<br />

heures, une mesure de la bande de fréquence sur toute son étendue,<br />

de 20 à 140 kHz (spectre de fréquence). Ainsi, sur sept jours, s’établit<br />

une carte horaire de la bande VLF qui pourra être utilisée pour une<br />

optimisation ultérieure de la fréquence d’émission.<br />

Perspectives<br />

Pour l’avenir, on peut prévoir des améliorations concernant la transmission<br />

des données. Ainsi, les émetteurs du système <strong>Cave</strong>-<strong>Link</strong> pourraient<br />

chercher la fréquence d’émission optimale de façon autonome selon<br />

l’heure d’émission sur la base du taux d’occupation de la bande VLF.<br />

Dans le domaine de la transmission des stations extérieures, l’utilisation<br />

de GPRS (General Packet Radio Service, internet via mobile) est<br />

certainement à prendre en compte pour améliorer le prix par blocs<br />

de données envoyés.<br />

D’autre part, en cas de succès de la conclusion et de l’exploitation<br />

des essais en cours de « grotte-à-internet », d’autres expériences<br />

pourraient suivre dans d’autres emplacements dans la grotte, ou dans<br />

d’autres grottes appartenant au domaine de recherche de l’AGH. Une<br />

extension des types de données à saisir est également imaginable, au cas<br />

où des sondes adéquates pour un tel but sont disponibles ou peuvent<br />

être réalisées.<br />

Concernant le nombre de stations, il y a aussi des possibilités d’optimisation.<br />

Plusieurs stations dans la grotte pourraient correspondre<br />

avec une station extérieure. Des initiatives créatives existent aussi en<br />

direction de « Repeater » dans la grotte. Comme la transmission radio à<br />

l’intérieur de la grotte est plus efficace que celle qui a lieu vers un poste<br />

extérieur, plusieurs stations de mesures dans la grotte pourraient transmettre<br />

leurs données à un poste combiné de mesures et de collecte qui<br />

transmettrait les blocs de données réunis à une station de surface.<br />

Finalement, un tel réseau de stations de mesures pourrait aussi<br />

contribuer à la sécurité des spéléologues. Les stations extérieures pourraient,<br />

avec une adaptation adéquate, être utilisées lors d’opérations<br />

de sauvetage en tant que poste de relais, et, plus tard, la technologie<br />

pourrait être utilisée de façon inversée : de l’internet à la grotte afin<br />

de communiquer aux spéléologues, à leurs bivouacs, à des moments<br />

déterminés, les prévisions du temps et des données utiles, comme par<br />

exemple, les conditions à Schlichenden Brünnen …<br />

■<br />

Literaturnachweise /Bibliographie<br />

• HÖHN, R. (1999) : Rückblick auf die 50-jährige Umsetzung eines Entschlusses<br />

– Hölloch Nachrichten 9, Eigenverlag AGH.<br />

• HURNI, J. (2004) : Eine neue Generation von Geräten für den Höhlenfunk ? – Old<br />

man 9/2004.<br />

• HURNI, J. (June 2006) : A system for robust text and data exchange with new<br />

earth-current transceivers – BCRA <strong>Cave</strong> Radio & Electronics Group Journal 63.<br />

• Internetseiten der Arbeitsgemeinschaft Höllochforschung www.hoelloch.org<br />

(en allemand et en anglais).<br />

• JEANNIN, P., BOURRET, F. & WILDBERGER A. (1999) : Physikalisch-chemische Messungen<br />

im Einzugsgbiet des Schlichenden Brunnens – Hölloch-Nachrichten 9,<br />

Eigenverlag AGH.<br />

• BÄTTIG, G. & WILDBERGER A.(2007) : Ein Vergleich des Hochwassers von 2005 mit<br />

seinen Vorgängern – Stalactite.<br />

• WILDBERGER, A. & ZIEGLER, F. (1992) : Crue dans un karst alpin : Niveau d’eau dans<br />

les drains et débits aux exutoires – exemples provenant de la grotte du Hölloch<br />

(Suisse centrale) – Ann sc. Univ. Besançon, géol., Mém hors série 11 pp255-261.<br />

90 Stalactite 57, 1, 2007

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