(19)
(11)EP 3 666 986 A1

(12)EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43)Veröffentlichungstag:
17.06.2020  Patentblatt  2020/25

(21)Anmeldenummer: 18400037.0

(22)Anmeldetag:  11.12.2018
(51)Internationale Patentklassifikation (IPC): 
E03F 9/00(2006.01)
G05B 15/00(2006.01)
H04W 24/00(2009.01)
G06Q 10/06(2012.01)
G01F 15/06(2006.01)
H04Q 9/00(2006.01)
E03F 7/00(2006.01)
(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
Benannte Erstreckungsstaaten:
BA ME
Benannte Validierungsstaaten:
KH MA MD TN

(71)Anmelder: ECBM GmbH
40667 Meerbusch (DE)

(72)Erfinder:
  • Schloten, Elisabeth
    40667 Meerbusch (DE)
  • Kapust, Roland
    48165 Münster (DE)

  


(54)VERFAHREN ZUR BEDARFSORIENTIERTEN REINIGUNG VON ABWASSERKANÄLEN UND SINKKÄSTEN


(57) Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung, Planung, Verfeinerung und Dokumentation von bedarfsorientierten Reinigungsvorgängen und Reinigungsprogrammen für Abwasserkanäle, Sinkkästen oder Straßeneinläufe. Die Erfindung dient der Überführung von turnusmäßigen Reinigungsvorgängen von Abwasserkanälen, Sinkkästen oder Straßeneinläufen zu bedarfsorientierten Reinigungsvorgängen, durch eine Kombination von mit einer zentralen Stelle vernetzten Messanlagen in Revisionsschächten bzw. Kanalhaltungen, Sinkkästen oder Straßeneinläufen und einem Algorithmus, der der Vorbestimmung von Einbauorten der Messanlagen durch Einbeziehung ablagerungsbildender Einflussgrößen dient.




Beschreibung


[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung, Planung, Verfeinerung und Dokumentation von bedarfsorientierten Reinigungsvorgängen und Reinigungsprogrammen für Abwasserkanäle, Sinkkästen oder Straßeneinläufe. Die Erfindung dient der Überführung von turnusmäßigen Reinigungsvorgängen von Abwasserkanälen, Sinkkästen oder Straßeneinläufen zu bedarfsorientierten Reinigungsvorgängen, durch eine Kombination von mit einer zentralen Stelle vernetzten Messanlagen in Revisionsschächten bzw. Kanalhaltungen, Sinkkästen oder Straßeneinläufen und einem Algorithmus, der der Vorbestimmung von Einbauorten der Messanlagen durch Einbeziehung ablagerungsbildender Einflussgrößen dient.

[0002] Das öffentliche Kanalnetz besteht aus Regen-, Schmutz-, Misch- und Straßenentwässerungskanälen. Das öffentliche Kanalnetz dient der schadlosen Ableitung von Regen-, Schmutz-, Misch-, und Schmelzwasser. Dieses Kanalnetz muss unterhalten werden, um den Wert der gesamten Anlage zu erhalten und vor allem die Funktionsfähigkeit sicher zu stellen. In den Kanälen bilden sich Ablagerungen, die durch Spülarbeiten gelöst und dann abgesaugt werden. Bislang werden in vielen Kommunen Kanäle der Ortsentwässerung turnusmäßig gereinigt, was dazu führt, dass Kanäle gespült werden, die keinerlei Ablagerungen haben und somit voll funktionsfähig sind. Seit Erscheinen der DIN EN 14654-1:2014-08 (D) ist ein Reinigungsprogramm zu erarbeiten. Für die Erlangung der erforderlichen Grunddaten des Reinigungsprogramms muss ein Programm zur Gewinnung der notwendigen Daten durchgeführt werden. Teil der notwendigen Daten ist die Kenntnis von Kanalabschnitten mit Ablagerungsbildung. Bislang erfolgt die Detektion dieser Kanalabschnitte mit Ablagerungsbildung und somit der Spülschwerpunkte mithilfe von TV-Inspektion mittels Fahrwagen, Inaugenscheinnahme der Schachtgerinne, Schachtkameras, Kanalspiegelungen, Begehungen und ggf. dem Einsatz "Sehender Düsen" und den Erfahrungen der Mitarbeiter des Kanalbetriebes (siehe hierzu auch: Abschlussbericht der Ruhruniversität Bochum, Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften, Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Umwelttechnik: Untersuchungen zur bedarfsorientierten Kanalreinigung unter Nutzung betrieblicher Synergien Phase I & II, Bochum, Mai 2015, im Auftrag vom Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes NRW).

[0003] Auch die Entleerung der Ablagerungen in öffentlichen Straßeneinläufen oder sogenannten Sinkkästen erfolgt in den Städten in der Regel turnusmäßig. Straßeneinläufe oder Sinkkästen werden in den öffentlichen Straßen angeordnet, um diese bei Regenwetter oder beim Anfall von Schmelzwasser zu entwässern. Das oberflächig durch Regenereignisse oder Tauwetterperioden auf öffentlichen Straßen anfallende Wasser muss aus verkehrssicherheitstechnischen Gründen der öffentlichen Kanalisation zugeführt werden. Man unterscheidet nasse Straßeneinläufe von trockenen Straßeneihläufen. Nasse Straßeneinläufe sind zylindrische, in den Straßenkörper eingebrachte Bauteile, die mit einem Einlaufrost versehen sind. In einem bestimmten Abstand unterhalb des Einlaufrostes ist ein Ablauf zum öffentlichen Kanal vorgesehen. Unterhalb dieses Ablaufes ist ein Schlammsammeltopf mit festem Boden angeordnet, der sich im Zuge von Regenereignissen mit abgeschwemmten absetzbaren Stoffen, wie Staub, Laub, Winterstreugut oder Granulat, Reifen- und Bremsenabrieb füllt. Trockene Straßeneinläufe unterscheiden sich darin, dass unterhalb des Einlaufrostes ein Schlammsammeleimer angeordnet ist, der entnommen und entleert werden kann. Direkt unterhalb dieses Eimers ist ein Ablauf zur öffentlichen Kanalisation angeordnet. Auch die Eimer der trockenen Straßeneinläufe füllen sich mit Staub, Laub, Winterstreugut oder Granulat, Reifen- und Bremsenabrieb. Sowohl die nassen als auch die trockenen Straßeneinläufe müssen entleert werden.

[0004] Diese in 0002 genannten verschiedenen Methoden zur Feststellung von Ablagerungen kosten sehr viel Zeit und sind sehr personalintensiv, da die Ablagerungen im Kanalnetz gesucht werden müssen. Auch die benötigten in 0002 genannten Gerätschaften sind sehr kostenintensiv. Die Bündelung der so gesammelten Erkenntnisse und die daraus resultierenden Reinigungsprogramme sind bislang sehr aufwendig. Die Suche nach Ablagerungen muss auch regelmäßig wiederholt werden, was wieder zu hohen Kosten führt Die vielerorts noch durchgeführte turnusmäßige Reinigung produziert ebenfalls sehr hohe Kosten gerade in Hinblick darauf, dass viele Kanäle nicht gereinigt werden bräuchten.

[0005] Derzeit werden die in 0003 genannten Straßeneinläufe turnusmäßig gereinigt und sehr häufig wäre eine Reinigung nicht erforderlich, d. h. dass eine Vielzahl von Straßeneinläufen mit einem Reinigungsfahrzeug angefahren werden und es wird dann vor Ort festgestellt, dass eine Reinigung nicht erforderlich gewesen wäre. Aber auch der andere Fall, dass vereinzelte Straßeneinläufe seit längerer Zeit überfüllt sind, kommt sehr häufig vor. Dies führt zur Gefährdung der Verkehrssicherheit im Winter durch überfrierende gestaute Nässe oder zu Pfützenbildung bei Regenereignissen über das ganze Jahr. Auch können Überflutungen von Kellern, Gebäuden und Tiefgaragen Folge von verstopften und überfüllten Straßeneinläufen oder Sinkkästen sein.

[0006] In der Praxis wäre es wünschenswert ein Verfahren anwenden zu können, das verschiedene Einflussgrößen auf Ablagerungsbildung bündelt, die Bildung von Ablagerungen aufzeichnet und so und Vorhersagen ermöglicht.

[0007] Bislang erfolgt die Ermittlung von Ablagerungen im Kanalnetz wie schon in 0002 erwähnt mithilfe von TV-Inspektion mittels Fahrwagen, Inaugenscheinnahme der Schachtgerinne, Schachtkameras, Kanalspiegelungen, Begehungen und ggf. dem Einsatz "Sehender Düsen" und den Erfahrungen der Mitarbeiter des Kanalbetriebes. Ein bestimmtes Verfahren zur Ablagerungsfeststellung in Straßeneinläufen oder Sinkkästen außer der örtlichen Kontrolle durch Inaugenscheinnahme wird bislang nicht eingesetzt.

[0008] Die in 0004 genannten hohen entstehenden Kosten und der hohe Personalbedarf werden durch die Erfindung, der Messung von Ablagerungen und Übertragung über eine Datenverbindung an eine zentrale Stelle, deutlich reduziert. Die Messanlagen müssen für einen Messzyklus nur einmal installiert werden und liefern dann punktgenaue Ergebnisse über das Ablagerungsverhalten des betreffenden Kanalnetzes. Prognosen zum Ablagerungsverhalten werden möglich, und somit wird die Umsetzung der DIN EN 14654-1 deutlich vereinfacht.

[0009] Wie auch bei der Kanalreinigung besteht bei der Straßeneinlauf- oder Sinkkastenreinigung erhebliches Einsparpotential durch die Erfindung. Auch können durch die Erfindung Gefahren wie in 0005 beschrieben abgewehrt werden. Durch die Installation von Messanlagen in den Einlaufrosten der Straßeneinläufe bzw. Sinkkästen besteht die Möglichkeit, auf volle Schlammsammeltöpfe oder Schlammsammeleimer unmittelbar mit deren Leerung zu reagieren.

[0010] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung, Planung, Verfeinerung und Dokumentation von bedarfsorientierten Reinigungsvorgängen und Reinigungsprogrammen für Abwasserkanäle. Die Erfindung dient der Überführung von turnusmäßigen Reinigungsvorgängen von Abwasserkanälen zu bedarfsorientierten Reinigungsvorgängen, durch eine Kombination von mit einer zentralen Stelle vernetzten Messanlagen in Revisionsschächten bzw. Kanalhalturigen und einem Algorithmus, der der Vorbestimmung von Einbauorten der Messanlagen durch Einbeziehung ablagerungsbildender Einflussgrößen dient. Die Messanlagen beinhalten ein Datenübertragungsmodul zur Weiterleitung der aufgenommenen Werte und Batterien zur Energieversorgung. Die Messanlagen ermitteln das Anwachsen von Ablagerungen in Kanalnetzen. Die so gewonnen Informationen werden strukturiert zur Verfügung gestellt, z.B. über Schnittstellen zu Betriebsführungssystemen, Portalen und Apps. Die Einbauorte der Messanlagen wurden zuvor unter Einbeziehung ablagerungsbildender Einflussgrößen durch einen Algorithmus ermittelt. Die Eingangsdaten für den Algorithmus sind die Wandschubspannungen der einzelnen Haltungen des gesamten Kanalnetzes, ablagerungsbildende Schadstellen wie Verwurzelungen, Unterbögen, Scherbenbildung, klaffende Muffenspalte, einragende Stutzen im Kanal und historische Kenntnisse aus Betriebsführungssystemen und von den lokalen Experten. Bei Einsatz eines Betriebsführungssystems sind hier oftmals historische Daten abgelegt, die auf erhöhtes Ablagerungsverhalten hindeuten. Die Ermittlung der Wandschubspannungen erfolgt anhand von bekannten Bestandsparametem des Kanalnetzes und der bekannten Berechnungsmethode für die Wandschubspannungen. Alle zuvor genannten Einflussgrößen und Hinweise auf ein erhöhtes Ablagerungsverhalten durchlaufen einen Algorithmus, der eine prozentuale Wahrscheinlichkeit für Ablagerungsbildung im gesamten Kanalnetz für jede einzelne Kanalhaltung ausgibt. In den jeweils oberhalb der Haltungen mit hoher Wahrscheinlichkeit für Ablagerungsbildung angeordneten Schächten werden Messanlagen auf der Ablaufseite über dem Gerinne an der Schachtwand eingebaut.

[0011] Das Verfahren mit den in 0010 angegebenen Merkmalen wird folgendermaßen angewendet. Zunächst werden für die Kanalhaltungen die Wandschubspannungen ermittelt. In den Haltungen mit niedrigen Wandschubspannungen (Grenzwerte nach Arbeitsblatt DWA-A 110 Hydraulische Dimensionierung und Leistungsnachweis von Abwasserleitungen und -kanälen) ist die Wahrscheinlichkeit zur Bildung von Ablagerungen hoch. Die hierfür benötigten Parameter bezieht der in der zentralen Stelle ablaufende Algorithmus aus einem Kanalinformationssystem oder geografischem Informationssystem und einer Hydrauliksoftware: Dann fließen ablagerungsfördernde Schäden wie in 0010 benannt aus einem Kanalzustandskataster in den Algorithmus ein. Als weitere Eingangsdaten fließen Kenntnisse über Ablagerungen aus langjährigen Erfahrungen lokaler Experten in den Algorithmus ein. Auch im Rahmen von durchgeführten Spülarbeiten sind in Betriebsführungssystemen Hinweise auf Ablagerungen in der Form vorhanden, dass die Kanalhaltung pro Spülgang mehr als 1 Mal durchgezogen wurde. Diese Daten fließen in den Algorithmus ein. Auch im Rahmen von Schachtkontrollen festgestellte Ablagerungen sind in Betriebsführungssystemen hinterlegt und fließen ebenfalls in den Algorithmus ein. Ausgegeben wird der Name Schacht oben und der Name unterhalb liegenden Kanalhaltung. In diesen Bereichen werden die Revisionsschächte mit Messanlagen ausgestattet. Die Messanlagen werden i. d. R. auf der Ablaufseite des Schachtes oben an der Schachtwand über dem Gerinne angebracht.

[0012] Bei der zentralen Stelle handelt es sich um eine zentrale Datenbank oder sogenannte IoT-Plattform, die Daten aus weiteren Quellen erhält. Diese Plattform kann in der Cloud als Software as a Service zur Verfügung gestellt, beim Entwässerungsbetrieb vor Ort installiert oder in einem beliebigen Rechenzentrum betrieben werden.

[0013] In der zentralen Stelle läuft ein Algorithmus, der aus einer Kombination aus diesen Daten und den Werten aus den Messanlagen im Kanal errechnet, wann voraussichtlich die nächste Spülung welchen Kanals erforderlich ist. Die von den Messanlagen übermittelten Werte bestätigen oder widerlegen die Ergebnisse der Berechnungen, so dass der Algorithmus über Zeit lernt und kontinuierlich genauer wird. Die Messanlagen ergänzen auch Datenlücken. Wenn eine Messanlage über einen bestimmten Zeitraum, z.B. einige Wochen, einen erhöhten Füllstand meldet, ist das ein deutlicher Hinweis auf eine Ablagerung.

[0014] Die Vorausberechnungen bezüglich der nächsten erforderlichen Spülungen und die Messdaten werden dann auf verschiedenen Wegen dem Nutzer zugänglich gemacht. Sie können über eine Schnittstelle an ein Betriebsführungssystem übergeben werden, die dann Spülaufträge generiert. Außerdem können sie über ein Portal oder eine App den Nutzern angezeigt werden.

[0015] Die vorliegende Erfindung zu 0003 betrifft ein Verfahren zur Bestimmung, Planung, Verfeinerung und Dokumentation von bedarfsorientierten Entleerungsvorgängen und Entleerungsprogrammen für Straßeneinläufe oder Sinkkästen. Die Erfindung dient der Überführung von turnusmäßigen Entleerungsvorgängen von Straßeneinläufe oder Sinkkästen zu bedarfsorientierten Entleerungsvorgängen, durch eine Kombination von mit einer zentralen Stelle vernetzten Messanlagen in Straßeneinläufen oder Sinkkästen und einem Algorithmus, der der Vorbestimmung von Einbauorten der Messanlagen durch Einbeziehung ablagerungsbildender Einflussgrößen dient. Die Messanlagen werden in den Einlaufrosten oder unter den Abdeckplatten von Straßeneinläufen oder Sinkkästen angebrachten, die über eine Datenverbindung Ablagerungen in den Schlammtöpfen oder Eimern an eine zentrale Stelle melden. Andere Einbauorte oberhalb der Schlammtöpfe oder Eimer sind möglich. Die Messanlagen beinhalten ein Datenübertragungsmodul zur Weiterleitung der aufgenommenen Werte und Batterien oder Solarmodule zur Energieversorgung. Die Messanlagen ermitteln das Anwachsen von Ablagerungen in den Schlammtöpfen oder Eimern der Straßeneinläufe oder Sinkkästen. Die so gewonnen Informationen werden strukturiert zur Verfügung gestellt, z.B. über Schnittstellen zu Betriebsführungssystemen, Portale und Apps. Die Einbauorte der Messanlagen wurden zuvor durch einen Algorithmus ermittelt. Die Eingangsdaten für den Algorithmus sind die Lagedaten der Straßeneinläufe oder Sinkkästen, Granulatstreupläne aus den Winterdienstplänen der Kommunen, Baumstandorte in Straßeneinlauf- oder Sinkkastennähe aus einem Baumkataster und das Wissen zu verstärktem Ablagerungsaufkommen von lokalen Experten und Betriebsführungssystemen.

[0016] Das Verfahren mit den in 0015 angegebenen Merkmalen wird folgendermaßen angewendet. Zunächst fließen die Lagedaten der Straßeneinläufe oder Sinkkästen in einen Algorithmus, der in einer zentralen Stelle abgelegt ist, ein. Im Anschluss fließen die Granulatstreupläne aus den Winterdienstplänen einer Kommune in den Algorithmus. Nach Regenereignissen und in Tauwetterperioden wird das Granulat in die Straßeneinläufe oder Sinkkästen eingeschwemmt und füllt so verstärkt die Schlammtöpfe oder Eimer. Auch die Standorte von Bäumen in der Nähe von Straßeneinläufen oder Sinkkästen fließen aus einem Baumkataster in den Algorithmus ein. Weiterhin fließen die Kenntnisse von lokalen Experten über ein verstärktes Ablagerungsverhalten von Straßeneinläufen und Sinkkästen in den Algorithmus ein. Der Algorithmus gibt im Anschluss die mit hoher Wahrscheinlichkeit häufig zu reinigenden Straßeneinläufe oder Sinkkästen aus. Diese Straßeneinläufe oder Sinkkästen werden mit Messanlagen ausgestattet um das berechnete Verhalten zu überprüfen.

[0017] Bei nassen Straßeneinläufen befindet sich unterhalb des Straßeneinlaufrostes ein Schlammsammeltopf mit Überlauf zum Kanalnetz. Hier wird das Verfahren wie folgt angewendet:
Eine Messanlage wird über dem Schlammsammeltopf angebracht. Der Abstand zwischen Messanlage und Wasseroberfläche des Schlammsammeltopfes ist der Normalzustand. Wenn der Schlammsammeltopf voll ist, bildet sich ein kleiner Hügel über der Wasseroberfläche, so dass sich der Abstand zur Messanlage reduziert. Der Abstand zwischen Messanlage und Schlammsammeltopf wird in regelmäßigen Abständen übermittelt. Sobald die zentrale Stelle feststellt, dass über einen bestimmten Zeitraum, z.B. einige Tage, ein reduzierter Abstand beobachtet wird, muss der Schlammsammeltopf geleert werden und ein Entleerungsauftrag wird generiert. Der Entleerungsauftrag wird in das Betriebsführungssystem, das Portal oder die App übertragen und einer Entleerungskolonne zugewiesen. Dies kann vom System automatisiert oder manuell erfolgen. Der Auftrag wird ausgeführt. Die Ausführung wird in der zentralen Stelle dokumentiert.

[0018] Bei trockenen Straßeneinläufen befindet sich unterhalb des Straßeneinlaufrostes ein gelochter Eimer, der Feststoffe auffängt und das Wasser nach unten und zu den Seiten durchlässt. Hier ist das Verfahren wie folgt: Über dem Eimer wird eine Messanlage angebracht und der Abstand zwischen Messanlage und Eimerfülloberkante gemessen und übermittelt. Sobald die zentrale Stelle feststellt, dass über einen bestimmten Zeitraum, z.B. einige Tage, ein reduzierter Abstand beobachtet wird, muss der Schlammsammeleimer geleert werden und ein Entleerungsauftrag wird generiert. Der Entleerungsauftrag wird in das Betriebsführungssystem, das Portal oder die App übertragen und einer Entleerungskolonne zugewiesen. Dies kann vom System automatisiert oder manuell erfolgen. Der Auftrag wird ausgeführt. Die Ausführung wird in der zentralen Stelle dokumentiert.

[0019] Bei der zentralen Stelle handelt es sich um eine zentrale Datenbank oder sogenannte IoT-Plattform, die Daten aus weiteren Quellen erhält. Diese Plattform kann in der Cloud als Software as a Service zur Verfügung gestellt, beim Entwässerungsbetrieb vor Ort installiert oder in einem beliebigen Rechenzentrum betrieben werden.

[0020] Da die Batterielebensdauer rd. 5 Jahre beträgt ist es sinnvoll, die zu betrachtenden Straßeneinläufe oder Sinkkästen gebietsbezogen in 5 Teile aufzuteilen. Das Verfahren wie in 0014 bis 0018 beschrieben, durchläuft einen Jahreszyklus. Im Anschluss können die im 1. Teil eines Gebietes angebrachten Messanlagen in ein weiteres Gebiet umgesetzt werden, um so im Laufe von 5 Jahren einen kompletten Überblick über das Ablagerungsverhalten der gesamten Straßeneinläufe oder Sinkkästen zu bekommen.

[0021] Mit dem in 0015 bis 0020 beschriebenen Verfahren und den entsprechenden Randbedingungen ist dann auf Grundlage der aufgezeichneten Messwerte eine Vorausberechnung des Ablagerungsverhalten von Straßeneinläufen oder Sinkkästen möglich. Die Vorausberechnungen bezüglich der nächsten erforderlichen Leerung und die Messdaten werden dann auf verschiedenen Wegen dem Nutzer zugänglich gemacht. Sie können über eine Schnittstelle an ein Betriebsführungssystem übergeben werden, das dann Leerungsaufträge generiert. Außerdem können sie über ein Portal oder eine App den Nutzern angezeigt werden.

[0022] Nachfolgend wird die Erfindung zu 0010 und 0015 beispielhaft anhand der beigefügten Schritte beschrieben. In diesen zeigen:

[0023] Schritt 1a eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ablaufes der in den Algorithmus 20 einfließenden Parameter mit Ermittlung der priorisierten ablagerungsgefährdeten Kanalhaltungen 26 und Ausgabe der mit einer Messanlage 62 auszustattenden Schächte 84,

[0024] Schritt 1b eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ablaufes der in den Algorithmus 20 einfließenden Parameter mit Ermittlung der priorisierten 40 ablagerungsgefährdetsten Straßeneinläufe oder Sinkkästen 68 bzw. 74 und Ausgabe der mit einer Messanlage 62 auszustattenden Straßeneinläufe oder Sinkkästen 68 bzw. 74 ,

[0025] Schritt 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Messanlagenmontagesituationen in Revisionsschächten 84, nassen 74 und trockenen 68 Straßeneinläufen oder Sinkkästen 68 bzw. 74 mit der entsprechenden Vernetzung, je nach Technologie über einen Gateway 60, Router 60 oder anderen Empfänger 60 und dem Datenfluss der Messdaten 68 und 58 zurück in die zentrale Stelle 18 und deren Weiterverarbeitung im Algorithmus 20 bis zur Ausgabe von Arbeitsaufträgen 48.

[0026] Im Schritt 1a hat die zentrale Stelle 18 folgende Input Schnittstellen zu Software und Messanlagen 62 und bezieht die benannten Daten:
  • Geografisches Informationssystem bzw. Karialinfonnationssystem 2, die zentrale Stelle 18 bezieht von dort alle geographischen Daten 10 des Kanalnetzes und entsprechende eindeutige Schacht- und Haltungsnummern 10.
  • Hydrauliksoftware 4, die zentrale Stelle 18 bezieht von dort die Wandschubspannung 12 mit Grenzwerten für die einzelnen Kanalhaltungen des Kanalnetzes mit Übergabe von eindeutigen Schacht- und Haltungsnummern 10.
  • Kanalzustandskataster 6, die zentrale Stelle 18 bezieht von dort alle ablagerungsbildende Schäden 14 oder bekannte Abflusshindernisse 14 mit Übergabe von eindeutigen Schacht- und Haltungsnummern.
  • Betriebsführungssystem 8, die zentrale Stelle bezieht von dort alle ablagerungsrelevanten historischen Spül- und Schachtinspektionsinformationen 16 mit Übergabe von eindeutigen Schacht- und Haltungsnummern.
  • Erfahrungen des Kanalbetriebspersonals 8 zu ablagerungsbildenden Stellen im Kanalnetz mit Angabe von eindeutigen Schacht- und Haltungsnummern.


[0027] Aus den in 0026 genannten Eingangsdaten 10,12,14,16 ermittelt der in der zentralen Stelle 18 abgelegte Algorithmus 20 Wahrscheinlichkeiten für Ablagerungen 22 in Kanalhaltungen 78. Der Algorithmus 18 priorisiert die Kanalhaltungen 24 mit hoher Ablagerungswahrscheinlichkeit 22 und gibt Vorschläge für Einbauorte 26 von Messanlagen 62 in Form von Schachtnummern 26 aus. Ausgegeben wird immer der oben liegende Schacht 26 einer ablagerungsbildenden Kanalhaltung 78,

[0028] Im Schritt 1b hat die zentrale Stelle 18 folgende Input Schnittstellen zu Software und Messanlagen 62 und bezieht die benannten Daten:
  • Geografisches Informationssystem 2 bzw. Kanalinformationssystem 2, die zentrale Stelle 18 bezieht von dort alle geographischen Lagedaten 10 und Straßeneinlauf- oder Sinkkastennummern 32.
  • Granulatstreupläne 28 aus den Winterdienstplänen 28, die zentrale Stelle 18 bezieht aus den Streuplänen 28 Daten in Hinblick auf verstärkte Ablagerurigsbildung in Straßeneinläufen oder Sinkkästen 68 bzw. 74, wo Granulat 34 in Tauwetterperioden oder während Niederschlagsereignissen in die Straßeneinläufe oder Sinkkästen 68 bzw. 74 eingetragen wird. Übergeben werden Straßennamen mit Straßenabschnitten in georeferenzierter Form 28 und 32.
  • Baumkataster 30, die zentrale Stelle 18 bezieht von dort georeferenzierte Standortdaten 36 von Bäumen. Da Bäume im Herbst ihr Laub abwerfen und im Frühjahr Blütenstaub auf den Straßen ablagern, nehmen sie starken Einfluss auf das Ablagerungsverhalten 38 von Straßeneinläufen und Sinkkästen 68 bzw. 74.
  • Betriebsführungssystem 8, die zentrale Stelle 18 bezieht von dort alle ablagerungsrelevanten historischen Straßeneinlauf- oder Sinkkastenausfuhrdaten 68 bzw. 74 mit Übergabe von eindeutigen Straßeneinlauf- oder Sinkkastennummern 16.
  • Erfahrungen des Kanalbetriebspersonals 8 zu ablagerungsbildenden Gebieten 16 im Straßeneinlauf- oder Sinkkastennetz 68 bzw. 74. Angabe von eindeutigen Straßeneinlauf- oder Sinkkastennummern.


[0029] Aus den in 0028 genannten Eingangsdaten 32, 34, 36, 16 ermittelt der in der zentralen Stelle 18 abgelegte Algorithmus 20 Wahrscheinlichkeiten für Ablagerungen 38 in Straßeneinläufen oder Sinkkästen 68 bzw. 74. Der Algorithmus 20 priorisiert die Straßeneinläufe oder Sinkkästen 68 bzw. 74 mit hoher Ablagerungswahrscheinlichkeit 38 und gibt Vorschläge für Einbauorte 40 von Messanlagen 62 in Form von Straßeneinlauf- oder Sinkkastennummern 40 aus.

[0030] Im Schritt 2 muss das Datennetz, über das die festgestellten Zustände 54 in den Schächten 84, Straßeneinläufen oder Sinkkästen 68 bzw. 74 gesendet werden 86, 58, aufgebaut werden öder es wird auf ein vorhandenes Netz zurückgegriffen.

[0031] Alle zuvor ermittelten Schächte 84, Straßeneinläufe oder Sinkkästen 68 bzw. 74 mit der Wahrscheinlichkeit einer erhöhten Ablagerungsbildung 26, 40 werden mit Messanlagen 62 ausgestattet. Die Messanlagen 62 verfügen über Datenübertragungsmodule. Die Messanlagen 62 sind mit Batterien zur Langzeitenergieversorgung ausgestattet. Auch kann die Energieversorgung über Solarzellen erfolgen.

[0032] Die Messanlagen 62 in den Schächten 84, Straßeneinläufen oder Sinkkästen 68 bzw. 74 übermitteln über das verbaute Datenübertragungsmodul und das aufgebaute, oder bereits vorhandene, Datennetz täglich den Abstand zwischen Messanlagenunterkante 82 und Wasseroberfläche des im Gerinne 80 fließenden Abwassers an die zentrale Stelle 18. Bei einem Kanal ohne Ablagerungen ist dieser Abstand höchstens so groß wie der Abstand zwischen der Unterkante der Messanlage 82 und der Gerinnesohle 80. Bei Trockenwetter werden nun über eine Woche Tagesganglinien aufgezeichnet. Der hier aufgezeichnete niedrigste Wert stellt dann die Nulllinie für die Ereigniserfassung dar. Bilden sich nun Ablagerungen 88 im Kanal, reduziert sich dieser Abstand von der Nulllinie und der Messanlagenunterkante 82.

[0033] Die Messanlagen 62 für nasse Straßeneinläufe oder Sinkkästen 74 wird über dem Schlammsammeltopf 92 angebracht. Der Abstand zwischen Messanlagenunterkante 72 und Wasseroberfläche 94 des Schlammsammeltopfes 92 ist der Normalzustand. Wenn der Schlammsammeltopf voll ist, bildet sich ein kleiner. Hügel 76 über der Wasseroberfläche 94, so dass sich der Abstand zur Messanlage 62 reduziert. Der Abstand zwischen Messanlagenunterkante 72 und Schlammsammeltopf 36 wird in regelmäßigen Abständen übermittelt 68,58,54.

[0034] Die Messanlagen 62 für trockene Straßeneinläufe oder Sinkkästen 68 werden über dem Eimer 70 angebracht und der Abstand zwischen Messanlagenunterkante 72 und Eimerfülloberkante 66 wird gemessen und übermittelt 68,58,54. Füllt sich der Eimer 70 bis über die Eimerfülloberkante 66 reduziert sich der Abstand zwischen Messanlagenunterkante 72 und Eimerfülloberkante 66.

[0035] Im Anschluss laufen alle gemessenen Werte der Messanlagen 62, und damit das Ablagerungsverhalten, in die zentrale Stelle 18.

[0036] Hat sich im Schacht 84 der Abstand zwischen Messanlagenunterkante 82 und Nulllinie um 15 % des abgehenden Rohrdurchmessers reduziert und tritt an z.B. 3 aufeinander folgenden Tagen auf, wird ein Spülauftrag 48 generiert. Diese Routine ist erforderlich, um bei Misch-, Straßenentwässerungs- und Regenwasserkanälen auszuschließen, dass ein Regenereignis und damit einhergehende höhere Füllstände das Verfahren verfälschen. Der Spülauftrag 48 wird in das Betriebsführungssystem 8, das Portal 44 oder die App 46 übertragen und einer Spülkolonne zugewiesen, vom System automatisiert oder manuell, und ausgeführt. Die Ausführung wird im System dokumentiert 50.

[0037] Sobald die zentrale Stelle 18 feststellt, dass über einen bestimmten Zeitraum, z.B. einige Tage, ein reduzierter Abstand zwischen Messanlagenunterkante 72 und Wasseroberfläche 94 der nassen Straßeneinläufe oder Sinkkästen 74 beobachtet wird, muss der Schlammtopf 92 geleert werden, und ein Entleerungsauftrag 48 wird generiert. Der Entleerungsauftrag 48 wird in das Betriebsführungssystem 8, das Portal 44 oder die App 46 übertragen und einer Entleerungskolonne zugewiesen. Dies kann vom System automatisiert oder manuell erfolgen. Der Auftrag wird ausgeführt. Die Ausführung 50 wird in der zentralen Stelle 18 dokumentiert.

[0038] Sobald die zentrale Stelle 18 feststellt, dass über einen bestimmten Zeitraum, z.B. einige Tage, ein reduzierter Abstand zwischen Messanlagenunterkante 72 und Eimerfülloberkante 66 der trockenen Straßeneinläufe oder Sinkkästen 68 beobachtet wird, muss der Schlammeimer 70 geleert werden und ein Entleerungsauftrag 48 wird generiert. Der Entleerungsauftrag 48 wird in das Betriebsführungssystem 8, das Portal 44 oder die App 46 übertragen und einer Entleerungskolonne zugewiesen. Dies kann vom System automatisiert oder manuell erfolgen. Der Auftrag wird ausgeführt. Die Ausführung 50 wird in der zentralen Stelle 18 dokumentiert.

Bezeichnungsliste



[0039] 

2 Geografisches Informationssystem GIS/Kanalinformationssystem KIS

4 Hydrauliksoftware

6 Kanalzustandskataster

8 Lokale Experten Betriebsführungssystem '

10 Geodaten

12 Wandschubspannung

14 Schadstellen im Kanal

16 historische Kenntnisse zum Ablagerungsverhalten

18 Zentrale Stelle als IoT-Plattform

20 Algorithmus

22 Wahrscheinlichkeit für Ablagerungen

24 Priorisierung

26 Vorschlag für Einbauorte der Messanlagen/Schachtnummern

28 Granulatstreupläne aus Winterdienstplänen

30 Baumkataster

32 Lagedaten von Straßeneinläufen/Sinkkästen

34 Granulatabschwemmungen

36 Baumstandorte

38 Ablagerungsbildung

40 Sinkkastennummern

44 Portal

46 App

48 Arbeitsaufträge

50 Rückmeldung

52 aufbereitete Daten

54 reale Ablagerungsbildung

56 Einbau und Vernetzung der Messanlagen nach Vorschlag des Algorithmus

58 Datenübertragung

60 Router/Gateway oder anderer Empfänger

62 Messanlage

64 Straßeneinlauf- oder Sinkkastenrost

66 Schlammeimeroberkante

68 Datenübertragung

70 Schlammeimer

72 Messanlagensensorunterkante

74 nasser Straßeneinlauf

76 Ablagerungen im Schlammtopf

78 Kanalhaltung

80 Gerinnesohle

82 Messanlagensensorunterkante

84 Revisionsschacht

86 Datenübertragung

88 Ablagerungen in Kanalhaltung oder Schacht

90 Fließrichtung

92 Schlammsammeltopf

94 Wasseroberfläche




Ansprüche

1. Verfahren zur vereinfachten Bestimmung, Planung, Verbesserung und Dokumentation von bedarfsorientierten Reinigungsvorgängen und Reinigungsprogrammen für Abwasserkanäle 78, Sinkkästen oder Straßeneinläufe 68 bzw 74 durch Vorauswahl der mit Messanlagen 62 auszustattenden Revisionsschächte 84, Straßeneinläufe oder Sinkkästen 68 bzw 74 mit verstärktem Ablagerungsverhalten in einer zentralen Stelle 18 über einen Algorithmus 20, Ausstattung der so ermittelten Revisionsschächte 26, Sinkkästen oder Straßeneinläufe 68 bzw 74 mit Messanlagen 62 und durch Aufnahme von Messwerten, deren Weiterleitung 68 bzw. 86 an die zentrale Stelle 18 mit stetiger Verbesserung der Reinigungsprogramme und Generierung von Reinigungsaufträgen 48.
 
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass es eine zentrale Stelle 18 enthält, die mit maschinellen und manuellen Schnittstellen ausgestattet ist. Bei der zentralen Stelle 18 handelt es sich um eine zentrale Datenbank oder sogenannte IoT-Plattform, die Daten aus weiteren Quellen erhält. Diese Plattform kann in der Cloud als Software as a Service zur Verfügung gestellt, beim Entwässerungsbetrieb vor Ort installiert oder in einem beliebigen Rechenzentrum betrieben werden. Auf der zentralen Stelle 18 läuft ein Algorithmus 20. Sämtliche geografischen Daten 10 der Revisionsschächte 84 und Haltungen 78 eines kommunalen Kanalnetzes fließen aus einem Kanalinformationssystem oder geografischen Informationssystem 2 in einen Algorithmus 20. Als weitere Daten fließen für alle Regen-, Schmutz-, Mischwasser- und Straßenentwässerungskanäle einer Kommune mit einer Hydrauliksoftware 4 ermittelten Wandschubspannungen 12 in den Algorithmus 20 ein. Weiterhin fließen alle ablagerungsbildenden Schäden wie Unterbögen, Verwurzelungen, Scherbenbildungen, klaffende Muffen und einragende Stutzen 14 aus einem Kanalzustandskataster 6 in den Algorithmus 20 ein. Danach fließen historische Kenntnisse 16 zu vorhandenen bekannten Ablagerungsschwerpunkten des Kanalnetzes aus dem Wissen lokaler Experten 8 und einem ggf. vorhandenen Betriebsführungssystem 8 in den Algorithmus 20 ein. Der Algorithmus 20 liefert aus diesen Eingangsdaten Wahrscheinlichkeiten von Ablagerungen 22 in den eingeflossenen Kanalhaltungen 78, die zu betrachtenden Kanalhaltungen 78 werden priorisiert 24, und ausgegeben werden die Schachtnummern 26 der jeweils obenliegenden Schächte von Kanalhaltungen mit hoher Wahrscheinlichkeit der Ablagerungsbildung 22.
 
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass ein Netzwerk mit entsprechenden Routern 60 oder Gateways 60 aufgebaut wird oder bereits vorhanden ist, das der Übertragung 68 bzw. 86 der von Messanlagen 62 aufgenommenen und den Datenübertragungsmodulen weitergeleiteten Daten dient. Bei dem Datenübertragungsnetz kann es sich um eines der folgenden Netze handeln: LoRaWAN, Symphony, NB-loT, 2G, 3G, 4G, 5G, LTE-M oder sonstige Mobilfunknetze, Sigfox, Lemonbeat, Mioty, WavIoT Weightless-N, Weightless-P oder Weightless-W, RPMA, WiFi HaLow, BTLE, NFC oder RFID Link.
 
4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass Messanlagen 62 in die nach Verfahren 2 ermittelten Einbauorte 56 bzw. Schächte 84, inklusive der entsprechenden Datenübertragungsmodule und Energieversorgung durch Batterien, installiert werden. Die Messanlagen 62 sind explosionsgeschützt und in der Ex-Zone 1 einsetzbar. Die Energieversorgung erfolgt über entsprechende für den Explosionsschutz zugelassene Batterien. Die Installation erfolgt über dem Gerinne 80 im Schacht 84 auf der Ablaufseite. Die Messanlagen 62 sind dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Messanlagen 62 um Abstandsmesssensoren wie Ultraschall, Radar oder Lidar handeln kann. Bei dem verwendeten Datenübertragungsmodul kann es sich um LoRaWAN, Symphony, NB-IoT, 2G, 3G, 4G, 5G, LTE-M oder sonstige Mobilfunknetze, Sigfox, Lemonbeat, Mioty, WavIoT Weightless-N, Weightless-P oder Weightless-W, RPMA, WiFi HaLow, BTLE, NFC oder RFID Link Module handeln. Die Messanlagen 62 in den Schächten 84 übermitteln über das verbaute Datenübertragungsmodul und das aufgebaute, oder bereits vorhandene, Datennetz täglich den Abstand zwischen Messanlagenunterkante 82 und Wasseroberfläche des im Gerinne fließenden Abwassers an die zentrale Stelle 18. Bei einem Kanal ohne Ablagerungen ist dieser Abstand höchstens so groß wie der Abstand zwischen der Unterkante der Messanlage 82 und der Gerinnesohle 80. Bei Trockenwetter werden nun über eine Woche Tagesganglinien aufgezeichnet. Der hier aufgezeichnete niedrigste Wert stellt dann die Nulllinie für die Ereigniserfassung dar. Bilden sich nun Ablagerungen im Kanal 88, reduziert sich Abstand von der Nulllinie und der Messanlagenunterkante 82. Über die so in der zentralen Stelle 18 erfassten Messdaten 54 kann der Algorithmus 20 Vorhersagen zum Ablagerungsverhalten 54 berechnen und Reinigungsaufträge 48 generieren. Die Reinigungsaufträge 48 werden in das Betriebsführungssystem 8, das Portal 44 oder die App 46 übertragen und einer Spülkolonne zugewiesen vom System automatisiert oder manuell und ausgeführt. Die Ausführung wird im System dokumentiert 50.
 
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem die Messanlagen 62 in den obenliegenden Schächten 84 niedriger priorisierter Kanalhaltungen 26 umgesetzt werden, um so über die Zeit eine flächendeckende Spülplanverfeinerung zu erlangen und komplett auf bedarfsorientierte Reinigung umzustellen.
 
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass in den Algorithmus 20 geografische Lagedaten 32 der öffentlichen Sträßeneinläufe oder Sinkkästen 68 bzw. 74 aus einem geografischen Informationssystem 2 oder Kahalinfonnationssystem 2 einfließen. Als weitere Daten fließen aus den Winterdienstplänen 28 Granulatstreupläne 28 einer Kommune in den Algorithmus 20 ein. Aus einem Baumkataster 30 fließen Standortdaten von Bäumen 36 in den Algorithmus 20 ein. Weiterhin fließen historische Kenntnisse 16 lokaler Experten 8 und historische Daten aus einem Betriebsführungssystem 8 zu verstärktem Ablagerungsverhalten in den Algorithmus 20 ein. Der Algorithmus 20 liefert aus diesen Eingangsdaten Wahrscheinlichkeiten von verstärkten Ablagerungen 38 in den Straßeneinläufen oder Sinkkästen 68 bzw. 74, die zu betrachtenden Straßeneinläufe oder Sinkkästen 68 bzw. 74 werden priorisiert 24 und ausgegeben werden die Straßeneinlauf- oder Sinkkastennummern 40 der Straßeneinläufe oder Sinkkästen 68 bzw. 74 mit hoher Wahrscheinlichkeit der Ablagerungsbildung 38.
 
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Messanlagen 62 nach Anspruch 3 in die nach Verfahren 6 ermittelten Einbauorte 56 oder Straßeneinläufe und Sinkkästen 68 bzw. 74, inklusive der entsprechenden Datenübertragungsmodule und Energieversorgung durch Batterien, installiert werden. Die Messanlagen 62 für nasse Straßeneinläufe oder Sinkkästen 74 werden über dem Schlammsammeltopf 92 angebracht. Der Abstand zwischen Messanlagenunterkante 72 und Wasseroberfläche 94 des Schlammsammeltopfes 92 ist der Normalzustand. Wenn der Schlammsammeltopf 92 voll ist, bildet sich ein kleiner Hügel 76 über der Wasseroberfläche 94, so, dass sich der Abstand zur Messanlagenunterkante 72 reduziert. Die Messanlagen 62 für trockene Straßeneinläufe oder Sinkkästen 68 werden über dem Eimer 70 angebracht und der Abstand zwischen Messanlagenunterkante 72 und Eimerfülloberkante 66 wird gemessen und übermittelt. Füllt sich der Eimer 70 bis über die Eimerfülloberkante 66, reduziert sich der Abstand zwischen Messanlagenunterkante 72 und Eimerfülloberkante 66. Die in den Straßeneinläufen oder Sinkkästen 68 bzw. 74 gemessenen Daten werden über das Datenübertragungsnetz aus Anspruch 3 über Router 60 oder Gateways 60 an die zentrale Stelle 18 gesendet. Über die so in der zentralen Stelle 18 erfassten Messdaten 54 kann der Algorithmus 20 Vorhersagen zum Ablagerungsverhalten 38 berechnen und Reinigungsaufträge 48 generieren. Die Reinigungsaufträge 48 werden in das Betriebsführungssystem 8, das Portal 44 oder die App 46 übertragen und einer Entleerungskolonne zugewiesen, vom System automatisiert oder manuell, und ausgeführt. Die Ausführung wird im System dokumentiert 50.
 
8. Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem die Messsonden 62 in den Einlaufrosten 62 der Straßeneinläufen oder Sinkkästen 68 bzw. 74 niedriger priorisierter 24 Straßeneinläufe oder Sinkkästen 68 bzw. 74 umgesetzt werden, um so über die Zeit eine flächendeckende Entleerungsplanverfeinerung zu erlangen und komplett auf bedarfsorientierte Reinigung umzustellen.
Es folgen 3 Zeichnungen und die Zusammenfassung.
 




Zeichnung













Recherchenbericht









Recherchenbericht




Angeführte Verweise

IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



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In der Beschreibung aufgeführte Nicht-Patentliteratur