TreeCop - Sensoren steuern die Bewässerung von Stadtbäumen in der Stadt Essen

Mit Hilfe von Copernicus-Satellitendaten über Trockenheitsstress, gekoppelt mit Bodenfeuchtesensoren, kann der tatsächliche Bewässerungsbedarf ermittelt werden. In einer ersten Pilotphase wurden 45 ausgewählte Stadtbäume sowie Bäume, die als Baumdenkmale besonders schützenswert sind, mit Sensoren ausgestattet (jetzt sind es bereits 80). Die intelligente Technologie ist unter der Erde und hoch über unseren Köpfen "versteckt": Die Bodenfeuchtesensoren sind im Wurzelbereich der Bäume angebracht. Zur Übertragung der Informationen wird in erster Linie das flächendeckende LoRaWAN-Datennetz der Stadtwerke Essen genutzt. Die Sensordaten werden drahtlos an Datenbanken übertragen, wo sie von den städtischen Förstern ausgewertet werden und Auskunft über den Zustand des Bodens geben. Durch die Anreicherung der Satellitendaten mit diesen Sensormessungen wird eine stadtweite Überwachung realisiert.

Die Forscher an der Universität Trier verwenden Bilder des europäischen Satellitenprogramms "Copernicus". Alle drei Tage überfliegt ein Satellit das Stadtgebiet und nimmt Bilder in Pixeln von zehn mal zehn Metern Rastergröße auf. Durch die Analyse der erfassten Daten lassen sich Informationen über den Chlorophyllgehalt der Blätter und damit über den Gesundheitszustand der Bäume gewinnen. Da sich die spektrale Signatur der Baumkronenoberfläche in Abhängigkeit von ihrer Wasserversorgung ändert, können die Satellitenbilder verwendet werden, um die Auswirkungen von Trockenheitsstress bei großen städtischen Bäumen anhand einzelner Bäume zu erkennen. Um Trockenstress zu vermeiden, werden frühzeitig zuverlässige Daten über die aktuelle Wasserversorgung des Bodens und ihre wetterabhängige Entwicklung benötigt, um das Wasserversorgungsmanagement für Stadtbäume zu ergänzen.

Bei den auf Baumwurzelebene eingesetzten Sensoren handelt es sich um so genannte Saugspannungsmessgeräte, die in einem keramischen Körper die Kraft messen, die für den notwendigen Unterdruck erforderlich ist, den die Wurzel erzeugen muss, um dem Boden anhaftendes Wasser zu entziehen und mit der entsprechenden Nährstofflösung aufnehmen zu können. An jedem Stadtbaum messen drei solcher Sensoren diese Saugkraft in einer Tiefe von 30, 60 und 100 Zentimetern unter der Oberfläche. Die Sensoren sind per Kabel mit einer Zentraleinheit zur Stromversorgung und Messdatenkommunikation verbunden, die wiederum die Messdaten über das LoRaWAN-Datenfunknetz der Stadtwerke Essen drahtlos an das städtische Rechenzentrum im Essener Systemhaus überträgt.

Geoinformatiker werten die Messdaten mit Hilfe einer speziellen Software aus und vergleichen sie zur Interpretation mit Satellitenbildern. Auf der Grundlage der Dateninterpretation sind zuverlässige Aussagen zur Wasserversorgung für den Großteil der nicht mit Sensoren ausgestatteten Stadtbäume zu erwarten.