Workshop am 12. Internationalen Kongress für Speläologie UIS97

In Form einer Vor-Kongress Exkursion fand am 8. und 9. August 1997 in Muothatal ein Workshop über Elektronische Techniken in der Höhlenforschung statt. Mit Vorträgen und Präsentationen wurden am ersten Tag verschiedene Kommunikationsmittel und Datenaufzeichnungsinstrumente vorgestellt, praktische Versuche im Hölloch bildeten am zweiten Tag den Schwerpunkt. In den folgenden Zeilen soll eine Zusammenfassung der vorgestellten elektronischen Techniken gegeben werden.

von Ian Drummond und Christian Ebi

Einleitung

Auch die Höhlenforschung ist vom allgegenwärtigen Einzug elektronischer Systeme nicht verschont geblieben. Obwohl die Informatik schon seit längerer Zeit die Verarbeitung von Plandaten übernommen hat, waren in Höhlen komplexere elektronische Geräte nur selten anzutreffen. Gewicht, Stromverbrauch und mechanische Robustheit heissen die zusätzlichen Anforderungen an höhlentaugliche Instrumente.

Mit der zunehmenden Miniaturisierung können heute immer stromsparendere, kleinere und somit auch robustere Geräte gebaut werden. Ob es sich dabei um Beleuchtungsmittel, Kommunikationstechnik, Peiltechnik, Stromversorgungsfragen bei Bohrmaschinen, Datenaufzeichnungsgeräte, Sensoren oder Fledermausdetektoren handelt, das Interesse an diesem Gebiet hat in den letzten Jahren sehr stark zugenommen.

Um diesem Bedürfnis entgegen zu kommen, wurde im Muotathal dieser Workshop durchgeführt. Der Anlass bestand aus zwei Teilen, einem theoretischen und einem praktischen. Weiter sollte der persönliche Kontakt zwischen Personen mit gleichen Interessenten ermöglicht werden und die zukünftige Zusammenarbeit gefördert werden.

Teilnehmer

Am Workshop nahmen mehr Leute als erwartet teil. So konnten 21 aktive Teilnehmer aus 9 verschiedenen Nationen begrüsst werden. Speziell freute es die Organisatoren, dass einige der bekanntesten Fachleute auf dem Gebiet der Speleo-Elektronik erscheinen konnten. Verschiedene Teilnehmer hatten schon vor dem Anlass miteinander kommuniziert, meist jedoch mit schriftlichem respektive elektronischem Briefwechsel.

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Präsentationen

Am Freitagnachmittag wurden verschiedene Präsentationen gehalten, wobei hauptsächlich über die beiden Themenbereiche Kommunikation und Datenaufzeichnung gesprochen wurde. Diese beiden Gebiete der Speleo-Elektronik entsprach dem grössten Interesse der Teilnehmer.

Jacques Hurni (Schweiz) eröffnete die Vortragsserie mit einem Bericht über die Höhlenfunktechnik für Rettungszwecke in der Schweiz. Für Rettungen im Hölloch sind spezielle Kommunikationsgeräte notwendig, welche drahtlos Übermittlungsdistanzen von rund 800m durch den Fels erlauben [1], [2]. Felix Ziegler achtete bei der Entwicklung der Geräte auf geringes Gewicht und niedrigsten Strombedarf. Die Verwendung der Erdstrom-Technik erwies sich als das effizienteste Antennensystem. Durch die zum Teil hohen Störkomponenten im Empfangssignal ist ein gutes Grossignalverhalten wichtiger als ein sehr rauscharmer Vorverstärker. Die Geräte operieren im Langwellenbereich. Das System kann über einen VHF-Link mit der Rettungs-Einsatzzentrale verbunden werden.

Ian Drummond (Canada), Mitbegründer der Zeitschrift Speleonics, erzählte über die Erfolge in Canada mit Höhlen-Funkgeräten. Das von ihm entwickelte Höhlenfunkgerät benützt CB-Funkgeräte als Basis. Die Ausgangsfrequenz wird über einen Konverter in den Langwellenbereich umgesetzt. Auf diese Weise kann an einem Abend ein Höhlenfunkgerät gebaut werden, welches zudem sehr günstig wird und einfach zu bedienen ist [3]. Ian Drummond fordert die Entwickler von Höhlenfunkgeräten auf, in Zukunft die beiden Parameter Noisefloor und IMD der Empfänger anzugeben um einen einheitlichen Performancevergleich zu ermöglichen. Felix Ziegler weist daraufhin auf die Problematik der Selektivität bei Loop-Antennen hin. Da Loopantennen meist selektiv sind, ist die Eingangsstufe im Gegensatz zu Erdstromgeräten breitbandig. Ian Drummond stellte anschliessend die Idee vor, weltweit auf einer einheitlichen Ebene atmosphärisches Rauschen (E-M Noise) zu messen und die Resultate auszutauschen. Er stellt dabei ein Berechnungsverfahren vor, welches erlaubt, den absoluten Wert der Feldstärke in A/m zu bestimmen.

Über die Tätigkeiten der ADRASEC 38 (Association Départementale des Radio-Amateurs au Service de la Securité Civile Dep. 38 Isere) informierte anschliessend Graham Naylor. In der Gouffre Berger ereignete sich 1996 ein schwerer Unfall, welcher den Ausschlag für eine Forcierung der Entwicklungstätigkeit auf dem Gebiet der Höhlenfunktechnik gab. Mit einem Erdstrom-System konnte so die maximal mögliche Distanz im Gebiet der Gouffre Berger überwunden werden (540 m), was bis anhin nicht möglich war. Sehr eindrücklich waren zudem die theoretischen Betrachtungen zum Thema Performancevergleich zwischen Loopanntenen und der Erdstromtechnik. Weiter präsentierte Graham Naylor Frequenzspektren des Langwellenbandes aus welchem störungsfreie Bereiche ersichtlich wurden.

Michael Lake und seine Frau Jill Rowling präsentierten das australische Eindraht-Telefon Michiephone. Dieses System wurde 1974 von Neville Michie entwickelt und bildet heute das Standard-Kommunikationsmittel der Australischen Höhlenrettungsdienste (Cave Rescue Squads CRS). Das Design wurde von Michael Lake komplett überarbeitet und ist heute auf die Grösse einer Zigarettenschachtel reduziert. Weiter zeigte sich einmal mehr, wie einfachste Lösungen sehr effektiv sein können und eine weite Verbreitung eines Systems ermöglichen.

Frank Reid, ebenfalls ein sehr erfahrender Speleo-Ingenieur und Herausgeber der Zeitschrift Speleonics, berichtet aus seiner langjährigen Erfahrung und zeigt Bilder von erfolgreichen Funkpeilungen und Ortungen von Höhleneingängen. Es scheint, als könne Frank auf einen unermesslichen Schatz an Ideen, Artikeln und Wissen zurückgreifen. Grösste Aufmerksamkeit erregte Frank mit seinen spektakuläreren Bildern über die Errichtung eines künstlichen Eingangs in eine Höhle durch eine äusserst unkonventionelle Art der Sprengung.

Felix Ziegler stellte die Hochwasser-Aufzeichnungen im Hölloch vor, welche nun seit vielen Jahren durchgeführt werden. Die ausserordentlich hohen Drücke, welche bei Hochwasser im Hölloch auftreten können, stellen spezielle Anforderungen an die Konstruktion der Datenaufzeichnungsgeräte. Das neueste Gerät kann während einem Jahr gleichzeitig Druck, Temperatur und Leitfähigkeit in einem Siphon oder einer Hochwasserzone messen. Der Microcontroller, der Speicher und die Interfaceschaltungen sind dabei in einem rund 1 m langen Kupferrohr untergebracht. Die Sonde kann Drücke bis zu 22 bar aushalten.

Neville Michie ist nicht nur durch die Entwicklung des australischen Michiephone bekannt, er entwickelt auch sehr anspruchsvolle Messgeräte. Einige dieser Messgeräte stellte er anhand von Vorführungen und Bildern vor. Die Instrumente zur Aufzeichnung von Höhlenklima (CO2) und Staubbildung in touristisch genutzten Höhlen waren besonders interessant [4]. Sein tragbares Feuchtigkeitsmessgerät kann Änderungen von 0.1% bei nahezu 100% Luftfeuchtigkeit aufzeichnen. Er zeigte zudem Bilder eines extrem empfindlichen Barometers, welches eine Genauigkeit von 0.01 mbar aufweist und Untersuchungen von Höhlenwinden dient. Weiter demonstrierte ein kommerzielles Produkt der US-Firma Onset. Diese Firma vertreibt Miniatur Data-Logger zu einem günstigen Preis. Aufzeichnungen können über ein Jahr dauern, anschliessend seriell ausgelesen werden und mit einer komfortablen Software ausgewertet werden.

Am Schluss zeigt Ian Drummond ebenfalls einen kleinsten Datenlogger, welcher registriert, wieviele Objekte mit Licht eine Höhle betreten. Weshalb mit Licht? So werden Fledermäuse, Nager und verirrte Vögel nicht mitgezählt! Das Gerät hat kann während 10 Jahren ohne Batteriewechsel aufzeichnen.

Parallel wurden verschiedenste Diskussionen geführt und die Teilnehmer nutzten die Gelegenheit, ihre mitgebrachten Instrumente auszustellen und zu demonstrieren.

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Praktische Versuche

Ganz im Zeichen der Höhlenkommunikation standen die Versuche, welche im ausgebauten Teil des Höllochs, rund 600 m im Berg und an der Oberfläche durchgeführt wurden. In der Höhle wurden insbesondere die Systeme AGH-Funk (Erdstromtechnik), ASS Cave Radio (Canada, Looptechnik) und das Michiephone ausprobiert.
Frank Reid machte interessante Erfahrungen mit einem tragbaren empfindlichen Audio-Empfänger, welcher starke Signale vom nahen Michiephone auffing. Eine Kontaktierung des Drahtes ist zum Empfang von Eindraht-Telefonsignalen war somit nicht notwendig.
Die Funkverbindungen mit der Erdstromtechnik erlaubten gute Verständlichkeit über eine Distanz von 267 m zur Oberflächenstation und ebenfalls zur 450 m entfernten VHF-Link Relaisstation. Eine starke Störkomponente konnte mit einem Notchfilter ausgeblendet werden. Die Reduktion von Störungen und flexiblere Frequenz/Kanal-Wahl sind ein Kernthema bei zukünftigen Höhlenfunksystemen.
Ian Drummond machte Vergleichsmessungen zwischen Erdstromtechnik und Loopantennen.

Schlussbemerkungen

Den Abschluss des Workshops bildete eine Schlussdiskussion, welche von Ian Drummond geleitet wurde. Die Teilnehmer berichteten darüber, welche Ideen sie gewonnen hätten und was von jeweils speziellem Interesse war. Das Interesse an einer weltweiten Aufzeichnung des atmosphärischen Rauschens sollte nicht vergessen geraten und die neu geschaffenen persönlichen Kontakte nicht aufgegeben werden.

Wookey präsentierte als internationales Medium die Cave Radio and Electronics Group (CREG) der BCRA, welche ein regelmässig erscheinendes Journal herausgibt. Dieses Journal bildet eine ausgezeichnete Plattform für Veröffentlichungen auf dem Gebiet der Speleo-Elektronik. Frank Reid erwähnte weiter die Zeitschrift Speleonics und die elektronische Mailing-Liste Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein..

Literatur

[1] Hurni J. 1995. Drahtlose Nachrichtenübertragung in grossen Naturhöhlen, Stalactite 45, 2: 82-87

[2] Hurni J., Ebi Chr. 1996. Alpine Cave Radio- Earth-current at Hoelloch, CREG Journal 25, pp4-5

[3] Drummond Ian (1993). Converting CB Radios for Use as Low-frequency Cave Radios, Speleonics 19, pp3-8

[4] Michie Neville (1997). The Threat to Caves of the Human Dust Source, UIS97 Proceedings V, pp43-46