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MCGS | Minimalkosten GNSS Sensor/System/Station

Im Projekt MCGS werden besonders kostengünstige, kompakte, stromsparende, GNSS-basierte Messsysteme für geowissenschaftliche und ingenieurstechnische Anwendungen entwickelt. Ein an den Einsatzort angepasster, niedriger Stromverbrauch wird u.a. durch eine spezielle Hauptplatine und Software erreicht (GFZ-Entwicklungen). Ein Drehschalter ermöglicht die Auswahl eines passenden Betriebsprogramms, mit dem die wichtigsten Systemkomponenten (CPU, GNSS-Empfänger Chip, Telemetriesender usw.) für die Messaufgabe ausreichend, aber nicht unnötig intensiv, betrieben werden. Dies geschieht z.B. durch entsprechend reduzierte Messintervalle. Das MCGS speichert die Rohdaten der GNSS-Messungen (GPS und Galileo) auf einer SD-Karte und kann (abhängig von der MCGS-Version) einen für die genaue Positionsbestimmung ausreichenden Teil der Daten stromsparend über einen Schmalband-Telemetriesender ausstrahlen (ca. 10 km Reichweite). Wo möglich, werden kostengünstige, und sogar ursprünglich für andere Zwecke bestimmte COTS Bauteile (commercial of the shelf), für eine Verwendung im MCGS ausgewählt und angepasst. So sind die Gehäuse des MCGS aus gewöhnlichem, viereckigen Aluminiumrohr gefertigt, dessen Länge einfach an das Volumen der jeweils verbauten Komponenten angepasst wird. Statt einer teuren (externen) GNSS-Antenne, wird eine sehr kostengünstige Chip-Antenne im MCGS integriert, geschützt durch eine einfache Plastikkappe. Ausgehend von ersten Entwicklungen zum Testen von Komponenten, Konstruktionen und Konzepten, sind mehrere MCGS-Versionen entstanden.

  1. MCGS mit am GFZ entwickelter Hauptplatine, Datentelemetrie per Funk über integrierte Telemetrie-Antenne (getestet u.a. in der Atacama-Wüste, Chile), nicht aufladbare interne Batterie (kein Solarmodul), konfigurierbar für Intervallbetrieb mit sehr niedrigen Stromverbrauch, z.B. 4x pro Tag für 30 Minuten mit einer Messung alle 30 Sekunden
  2. MCGS mit am GFZ entwickelter Hauptplatine, interne Batterie, keine Datentelemetrie per Funk (nur interne Datenspeicherung auf SD-Karte), Messrate und Intervall konfigurierbar, sehr niedriger Stromverbrauch (abhängig von Messkonfiguration)
  3. MCGS mit am GFZ entwickelter Hauptplatine, Datentelemetrie per Funk über externe Telemetrie-Antenne, mit kleinem Solarmodul und Akku, für kontinuierlichen Betrieb (eine Messung pro Minute) oder Intervallbetrieb
  4. MCGS mit COTS-Komponenten, Ethernet-Schnittstelle, POE-Stromversorgung über Netzteil oder Solarmodul,
    Messrate bis 1 Hz
  5. MCGS wie Version 4, aber mit integriertem Internet-Router (4G, WLAN, Bluetooth)   

Das MCGS-Projekt wurde zeitweise durch den Innovationsfond des GFZ gefördert, wodurch u.a. die MCGS-Version 3 entwickelt werden konnte. Insgesamt 40 Geräte der MCGS-Versionen 3 und 4 wurden im Rahmen einer Kooperation mit der Ruhr-Universität Bochum für das Projekt TectoVision (ERC Starting Grant, PI Jonathan Bedford) gefertigt. Sie werden seit 2023 in Griechenland zur Beobachtung der Bewegung von kleinen tektonischen Platten (Microplates) eingesetzt. Einige MCGS der Version 5 wurden in Lizenz durch die Firma maRam-UG produziert. Sie sollen ab 2025 zur Beobachtung von Bodenbewegungen im Zusammenhang mit aktivem Vulkanismus in der Eifel eingesetzt werden.

Das Bild zeigt eine Kollage aus 3 Photos. Auf dem linken Photo ist die MCGS Version 1 abgebildet. Am unteren Ende des Geräts ist ein Ständer mit 4 horizontal montierten Beinen zu sehen. Das mittlere Photo zeigt die MCGS Version3, installiert in einer Gebirgslandschaft auf dem Peloponnes in Griechenland. Das Gerät ist auf einem etwa 1 Meter hohen Rohrmast montiert. Im Vordergrund ist ein weiterer Rohrmast zu sehen, an dem ein kleines Solarmodul und an der Spitze eine Funkantenne montiert sind. Das rechte Photo zeigt die MCGS Version 5 mit einfacher 4G-Antenne und einem Steckernetzteil, liegend auf einem Tisch.
Links: MCGS Version 1 auf Ständer, mit intern verbauten Batterien. Mitte: MCGS Version3 mit kleinem Solarmodul und Antenne zur kontinuierlichen Datenübertragung, installiert auf dem Peloponnes (Griechenland), für das Projekt TectoVision. Rechts: MCGS Version 5 mit kleiner 4G-Antenne und Steckernetzteil, Lizenzfertigung durch maRam-UG (Fotos: C. Falck, GFZ)

Projektpartner:

Projektdauer:

  • Beginn 2017, wird fortgeführt

Finanzierung:

  • Haushaltsmittel GFZ Department 1
  • GFZ Innovationsfonds
  • Projekt TectoVision (ERC Starting Grant, Project ID 10104267)
  • Lizenzeinnahmen
  • GFZ CVO-Observatorium

Projektbezogene Publikation:

  • Bedford, J., Chousianitis, K., Ganas, A., Mouslopoulou, V., Sokos, E., Roumelioti, Z., Ramatschi, M., Falck, C., Männel, B., Garcia, C., Çökerim, K., Latypova, E., Gianniou, M., Saltogianni, V., Kanakaki, S., Pappas, C., Peña, C., Ioannidi, P., Kounanis, J., Shaaban, H., Arvanitis, A., Giorgos, F., Nikolakopoulos, K., Pikridas, C., Lazos, I., Evangelidis, C., Roth, M., Bradke, M., Sakkas, V., Schulte, A. (2024): Multi-frequency, multi-constellation, GNSS observations at low-cost tectonic GNSS stations in Greece. https://doi.org/10.5880/fidgeo.2024.004
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