Vom Schöpfeimer zum Sensornetz: Wir vernetzen unsere Gewässer

Gewässerüberwachung ist seit jeher Handarbeit. Ein Gewässerwart fährt mit der Multiparameter-Sonde an einen Standort, misst Temperatur, pH und Sauerstoff, notiert die Werte ins Klemmbrett und kehrt zurück. Im besten Fall passiert das einmal pro Woche, häufig nur monatlich. Dazwischen: blinder Fleck. Wer schon einmal an einem Sommermorgen verendete Fische am Ufer eines flachen Weihers gesehen hat, weiß, wie schmerzhaft dieser blinde Fleck ist.

Genau diesen Fleck schließen wir gerade — mit einem Sensornetzwerk, das wir Schritt für Schritt in unsere Vereinsgewässer einbringen.

Die limnologische Herausforderung

Stehende und langsam fließende Gewässer sind dynamische Systeme. Die Wassertemperatur folgt nicht nur dem Tagesgang der Lufttemperatur, sondern wird durch thermische Schichtung, Windereignisse und biologische Aktivität moduliert. Der gelöste Sauerstoff (DO) unterliegt einer ausgeprägten diurnalen Schwankung: Tagsüber produzieren Wasserpflanzen und Algen Sauerstoff, nachts verbrauchen Atmung und Abbau organischer Substanz ihn wieder. In nährstoffreichen — eutrophen — Gewässern kann der Sauerstoffgehalt in den frühen Morgenstunden so weit absacken, dass es zu akuter Hypoxie und damit zu Fischsterben kommt. Klassische Wochenmessungen erfassen genau diese kritischen Stunden nicht.

Ähnliches gilt für den pH-Wert: er wandert mit der Photosynthese (CO₂-Entzug → Anstieg) und dem Karbonatpuffer im Wasser. Eine Verschiebung um eine Einheit verzehnfacht die Protonenkonzentration — Auswirkungen auf Eier, Brut und benthische Wirbellose sind erheblich.

Wir brauchen also keine Stichprobe, sondern eine kontinuierliche Zeitreihe. Und genau die liefert klassisches Equipment für Vereine bislang nicht zu vertretbaren Kosten.

Unsere Lösung: ESP32, DS18B20 und LTE-M

Statt teure Profi-Sonden mit proprietären Datenloggern zu kaufen, gehen wir den Weg der offenen Hardware. Im Kern jeder unserer IoT-Bojen sitzt ein ESP32-Microcontroller — ein Industriestandard mit niedrigem Stromverbrauch und ausgereiftem Ökosystem. An ihm hängen:

• Temperatursensor (DS18B20) in Edelstahlgehäuse, OneWire-Bus, ±0,5 °C im Bereich −10 bis +85 °C
• pH-Elektrode mit Glasmembran und Verstärkerplatine
• Optischer Sauerstoffsensor (luminescenzbasiert, drift-arm gegenüber klassischen Clark-Elektroden)
• LTE-M / NB-IoT-Modul mit SIM-Karte — kein WLAN am See nötig
• LiFePO₄-Akku mit Solarpanel für autarken Dauerbetrieb

Der Controller misst in einem festen Intervall (Pilotphase: stündlich), schickt die Werte über die Mobilfunkschnittstelle direkt in unser Petri-Heil!-Backend und legt sich danach wieder schlafen. Stromverbrauch im Mittel: deutlich unter 1 mA. Eine einzige Boje liefert pro Tag rund 72 Einzelmesswerte — pro Jahr über 26.000 Datenpunkte je Gewässer.

Offene Schnittstelle: Bauen, was du brauchst

Uns ist wichtig, dass dieses System nicht zu einer Insel wird. Jede Boje, die heute bei uns hängt, ist ein vollständig dokumentiertes Eigenbauprojekt — und genauso behandeln wir auch fremde Geräte.

Das Petri-Heil!-Backend stellt eine dokumentierte HTTP/JSON-Ingest-Schnittstelle bereit. Wer eigene Hardware bauen will — ein anderer Microcontroller, ein anderer Sensorsatz, eine LoRaWAN-statt-LTE-Strecke, eine Solarpegel-Eigenkonstruktion am Wehr — kann dieses Gerät in unserem System registrieren und seine Messwerte direkt einliefern. Voraussetzung ist nur:

• ein Geräte-Token (vom Vorstand pro Gerät vergeben),
• ein JSON-Payload mit Sensor-ID, Messtyp, Wert und Zeitstempel,
• ein einfacher HTTPS-POST-Request auf den Ingest-Endpoint.

Damit ist das System ausdrücklich offen für Tüftler, Bastler, Maker und Studierende, die eigene Module bauen wollen. Wer einen Wassertrübemesser entwickelt, einen Pegelsensor an einem Wehr installiert oder einen drahtlosen Wettermast neben dem Vereinshaus aufstellt, kann seine Daten in dieselbe Visualisierung kippen wie unsere Bojen — Dashboard, Tageskurven und Alarme inklusive. Die Messtypen sind erweiterbar; neue Geräte und Sensoren werden zentral verwaltet und sind ohne Code-Änderungen einsatzbereit.

Eine technische Dokumentation der Schnittstelle (Endpunkt, Authentifizierung, Payload-Format, Beispielcode für Arduino/ESP32 und Python) veröffentlichen wir parallel zum Pilotabschluss Ende 2026.

Was Gewässerwarte davon haben

Für unsere Gewässerwarte ist das Sensornetz mehr als ein Spielzeug — es ist ein Verstärker ihrer Arbeit:

1. Frühwarnung statt Forensik. Sinkt der Sauerstoff in der Nacht unter 4 mg/L, sieht das System es sofort. Eine automatische Benachrichtigung erlaubt Gegenmaßnahmen, bevor Verluste eintreten — Belüftung anschalten, Zufluss erhöhen, Bestand umsetzen.
2. Wissenschaftlich belastbare Zeitreihen. Wir bekommen erstmals echte Tageskurven, Wochengänge und Jahresgänge. Damit lassen sich Trends sauber von Wettereffekten trennen — eine Voraussetzung für jede ernsthafte Beurteilung des Gewässerzustands.
3. Dokumentation des Klimawandels. Wassertemperaturen pre-alpiner Gewässer steigen messbar. Wer in zehn Jahren wissen will, wie sich der Röhrenmoos verändert hat, braucht heute die Daten. Wir legen das Archiv an.
4. Entlastung im Alltag. Routinegänge entfallen nicht — aber sie werden gezielter. Statt jeden Mittwoch zur gleichen Stelle zu fahren, fährt man dann, wenn die Daten danach verlangen.
5. Transparenz gegenüber Behörden und Mitgliedern. Der Gewässerwart kann auf Knopfdruck zeigen, wie es um „seine“ Gewässer steht — mit Diagrammen, nicht nur mit Anekdoten.

Was heute schon läuft — und was noch nicht

Im Mitgliederbereich findet sich unter Gewässerüberwachung → IoT-Dashboard bereits die erste Ausbaustufe: drei Bojen liefern stündliche Werte für Wassertemperatur, pH und gelösten Sauerstoff. Die Visualisierung zeigt sowohl die Detail-Zeitreihe als auch Tagesaggregate (Min/Mittel/Max). Pro Gewässer sind alle Sensoren auf einer Karte zusammengefasst — der Status wird grün, gelb oder rot eingefärbt, sobald Werte den optimalen Bereich verlassen.

Was wir noch nicht haben: ausgereifte Wetterfestigkeit über mehrere Saisons, langzeitstabile Kalibrierung der pH-Elektroden, Anomalie-Erkennung, automatische Push-Benachrichtigungen an die Gewässerwarte. Daran arbeiten wir.

Roadmap bis Ende 2026

• Q2/2026 (jetzt): Pilot mit drei Bojen, Datenstrecke produktiv, Dashboard live
• Q3/2026: Erweiterung auf alle Pilot-Gewässer, Push-Benachrichtigungen, erste Anomalie-Erkennung
• Q4/2026: Veröffentlichung der offenen Geräte-Schnittstelle mit Dokumentation und Beispielprojekten, Abschluss der Prototyp-Phase, Übergang in den Regelbetrieb

Geplante Erweiterungen

• Sichttiefe über Drucksensor + Lichtschranke
• Leitfähigkeit als Indikator für Nährstoff- und Salzeinträge
• Pegelstand an Fließgewässern (Untere und Obere Argen)
• Mehrere Tiefenstufen bei stehenden Gewässern, um die thermische Schichtung tatsächlich zu erfassen
• Anomalie-Erkennung über statistische Modelle direkt im Backend

Wir verstehen das Sensornetz nicht als Selbstzweck. Es ist Infrastruktur — so banal wie wichtig — damit gewissenhafte Gewässerwarte ihre Arbeit auf Daten stützen können, statt auf Bauchgefühl. Der Fisch in der Argen wird den Unterschied nicht bemerken. Aber wir.

Wer mehr über die technische Umsetzung wissen will, mit eigener Hardware an die Schnittstelle anschließen möchte oder an einem Pilot für sein Gewässer interessiert ist — meldet sich gern direkt im Vorstand.