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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 />
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<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