Nutzung offener Windmessdaten¶
(c) 2025 Technische Hochschule Augsburg - Fakultät für Informatik - Prof.Dr.Nik Klever - Impressum
Nutzung offener Windmessdaten für Ausbildung und Einsätze beim Mantrailing¶
3. Fachkonferenz des Rettungshundewesens im Katastrophenschutz und in der Vermisstensuche 24./25.9.2022¶
Nik Klever¶
Hochschule Augsburg - Fakultät für Informatik¶
Partnerhochschule der Feuerwehren und Hilfsorganisationen¶
Bergwacht Bayern¶
Inhalt¶
- Mantrailing und Wind
- Quantitative Erfassung ?
- Offene Wetterdaten des Deutschen Wetterdienstes
- Winddaten an beliebigen Orten ?
- Darstellung der Windverhältnisse in der Meteorologie
- Darstellung der Windverhältnisse und Trails beim Mantrailing
- Beispiele von unterschiedlichen Windeinflüssen beim Mantrailing
- Vergleich von berechneten Winddaten zu gemessenen Winddaten
- Erste Analyse
- Webserver http://klever.hs-augsburg.de/winddaten
- Fazit
Mantrailing und Wind¶
Ausnutzung des Geruchssinns des Hundes mittels des individuellen Geruchs von Menschen¶
Der individuelle Geruch des Menschen besteht im Wesentlichen aus VOCs (Volatile Organic Components - flüchtige organische Verbindungen), Aerosolen und Korneocyten (Hautplättchen)¶
Als VOC bezeichnet man die Gruppe der flüchtigen organischen Verbindungen und diese umschreibt gas- und dampfförmige Stoffe organischen Ursprungs in der Luft. Darunter fallen auch zahlreiche organische Verbindungen, die in biologischen Prozessen gebildet werden.¶
Prüfung des Windes mittels Seifenblasen¶
Problem der Negativ-Anzeigen bei Kreuzungen¶
Ein großes Problem bei der Ausbildung von Mantrailern ist, dass kein Mensch eine Aussage darüber machen kann, ab welcher Geruchsintensität der Hund entscheidet, hier ist kein spezifischer Geruch mehr vorhanden.¶
Jeder Hund hat aus meiner Sicht auch eine sehr individuelle Schwelle dieser Geruchsintensität, ab der er entscheidet, umzukehren.¶
Diese Schwelle herauszubekommen, ist eine der schwierigsten Aufgaben bei der Ausbildung eines Mantrailers.¶
Ausbildungsordnungen¶
Viele Mantrailing-Ausbilder sind sich dieser Probleme der Negativ-Anzeigen bei Kreuzungen nicht bewußt.¶
In der Ausbildung habe ich oftmals die Aussage gehört "hier waren wir nicht, kehr um", aus meiner Sicht eine Aussage, die in der Mantrailing-Ausbildung nichts verloren hat.¶
Kein Mensch kann entscheiden,¶
1. wie weit VOCs, Aerosole und Korneocyten aufgrund der Windverhältnisse an einer Kreuzung in die einzelnen Richtungen vertragen werden und¶
2. bei welcher Menge dieser Geruchsanteile ein Hund diese noch riechen kann¶
Prüfungsordnungen¶
Auch viele Prüfungsordnungen für das Mantrailing bauen auf Prüfungsordnungen von Flächen- und Trümmersuchen auf und beruhen oftmals auf formalen Bedingungen und verkennen damit die inidividuellen Ausprägungen beim Mantrailing.¶
Die Ausbildung von Flächen- und Trümmersuchhunden ist aber eine Konditierung der Hunde für einen bestimmten Ablauf.¶
Die Ausbildung von Mantrailern ist im Gegensatz dazu keine Konditionierung, sondern beruht auf dem Herausarbeiten von selbständigen Entscheidungen des Hundes. Dies erfordert neben einer hervorragenden Bindung auch eine hervorragende Kenntnis des Hundeführers von seinem Hund und insbesondere ein absolutes Vertrauen in seinen Hund.¶
Zurück zum Windeinfluß - Quantitative Erfassung ?¶
Die obige Fragestellung - wie weit VOCs, Aerosole und Korneocyten aufgrund der Windverhältnisse an einer Kreuzung in die einzelnen Richtungen vertragen werden - war der Ausgangspunkt für meine Untersuchungen zum Windeinfluß.¶
Kann man den Windeinfluß irgendwie quantitativ erfassen ?¶
Eine erste Recherche hierzu ergibt, dass der Deutsche Wetterdienst, eine ganze Menge an Messtellen betreibt und entsprechende Wetterdaten sammelt und auch als offene Daten öffentlich zugänglich macht.¶
Offene Wetterdaten des DWD - Climate Data Center¶
Das Climate Data Center ist mit 10-minütigen und stündlichen Stationswerte und einer entsprechend guten geografischen Darstellung wesentlich aussagekräftiger¶
Klimadaten Portal - https://cdc.dwd.de/portal/
Darstellung der 10-minütigen Stations-Windrichtungen¶
Darstellung der aktuellen Windverhältnisse mit Windy.com¶
Winddaten an beliebigen Orten ? - Qualifizierte Prüfung (QPR)¶
Bewertung von Winddaten, mit denen die Ausbreitung von Luftschadstoffen und Gerüchen berechnet wird¶
Um die Ausbreitung von Luftbeimengungen und Gerüchen bewerten zu können, sind meteorologische Daten zu Windrichtung und -geschwindigkeit erforderlich. Die Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft (TA Luft) aus dem Jahr 2002 gibt den gesetzlichen Rahmen vor, in dem die Daten zur Verfügung gestellt werden.¶
Für die genaue Untersuchung der Windverhältnisse an beliebigen Orten schreibt die Qualifizierte Prüfung (QPR) vor, dass die Winddaten für das Rechengebiet an der sogenannten Ersatzanemometerposition (EAP) die typischen Strömungsverhältnisse wiedergeben müssen. In der Regel befindet sich weder am Standort des zu betrachtenden Ortes noch an einer EAP für eine Ausbreitungsrechnung eine Windmessstation. Um dennoch Aussagen zu den Windverhältnissen im Rechengebiet zu treffen, können trotzdem die Auswirkungen lokaler Einflüsse (z.B. die Anordnung von Höhenzügen oder die Verteilung von Bewuchs und Bebauung) auf Windrichtung und -geschwindigkeit in entsprechenden Gutachten berücksichtigt werden. Des Weiteren können kleinräumige Klimamodelle eingesetzt oder eine Ortsbesichtigung durchgeführt werden, um eventuell vorhandene lokale Windsysteme oder Windfeldmodifikationen aufzuspüren.¶
Quelle: https://www.dwd.de/DE/leistungen/gutachtenqpr/qpr.html
Nutzung der Stations-Windmessungen im Umkreis eines beliebigen Ortes zu beliebigen Zeiten¶
Für eine automatisierte Auswertung der Windverhältnisse an beliebigen Orten zu beliebigen Zeiten ist eine Qualifizierte Prüfung derzeit noch zu aufwändig.¶
Daher wird für eine automatisierte Analyse der Winddaten an beliebigen Orten zu beliebigen Zeiten nur eine erste, absolut grobe Näherung verwendet. Diese erste, absolut grobe Näherung ist ein mit einem entfernungsabhängigen Faktor multiplizierter Mittelwert der Messdaten aus den Stationen im Umkreis eines festgelegten Kreises um diesen Ort.¶
Darstellung der Winddaten eines beliebigen Ortes zu beliebigen Zeiten¶
Für die Darstellung von Winddaten werden im meteorologischen Umfeld in der Regel Windrosen verwendet. "Die vom Deutschen Wetterdienst erstellten Windrosen sind graphische Darstellungen in Form kreisförmiger Balkendiagramme. Sie beruhen auf der Grundlage prozentualer Häufigkeitsverteilungen der Stundenmittel der Windgeschwindigkeit (m/s) in Abhängigkeit von der 12-teiligen Windrichtung"¶
Beispiel für Windrose Fichtelberg/Hüttstadl 2012-2021¶
Darstellung der Windverhältnisse beim Mantrailing¶
Die zeitlichen Windverhältnisse werden als Windrose, jedoch nicht im klassischen Sinn, sondern als zeitlich angeordnete Winddreiecke dargestellt. Zur Verdeutlichung einer zeitlichen Abfolge der Windverhältnisse sind im folgenden - nicht realistischem - Beispiel die Winddreiecke erst mit der gleichen Windgeschwindigkeit (blau) und anschliessend mit ansteigender Windgeschwindigkeit (rot) jeweils im Uhrzeigersinn zeitlich hintereinander angeordnet.¶
Die Darstellung der Trails, sowohl von der Versteckperson als auch vom Mantrailer erfolgt als farbige Linie, wobei der Trail der Versteckperson blau und die des Mantrailers rot markiert ist.¶
Darstellung der zeitlichen Windverhältnisse als Windrose¶
Darstellung der Trails in Karten¶
Beispiel eines Trails mit deutlichem Windeinfluß (V.2020)¶
Beispiel desselben Trails in der Version 2022¶
Deutlich erkennbarer Windeinflu߶
In dem vergangenen Beispiel aus dem Jahr 2020 in Altenkunstadt ist deutlich der Windeinfluß zu erkennen.¶
Der Hund ist immer weit, teilweise bis zu 50 m von dem ursprünglichen Trail bei entsprechenden Abzweigungen (Strassen, Wegen, Hauseingänge, Hofzufahrten, etc.) in Richtung der zum Zeitpunkt des Trails vorherrschenden Windrichtung gelaufen und erst dann umgekehrt.¶
Die Windverhältnisse waren zum Zeitpunkt des Traillegens mit 6.5-7 m/s und damit einer Windstärke von 4 auf der Beaufortskala einer mäßigen Brise zuzuordnen. Dennoch gegenüber den sonstigen Windstärken von 0-2 eine deutlich gesteigerte Windstärke. Die Richtung des Windes ist fast gleichmäßig aus 245° (WSW) gekommen.¶
Beispiel eines Trails mit weniger Windeinfluß (V.2020)¶
Beispiel desselben Trails in der Version 2022¶
Weniger erkennbarer Windeinflu߶
In dem vergangenen Beispiel ebenfalls aus dem Jahr 2020 auf dem Gelände der Universität Bayreuth ist der Windeinfluß weniger deutlich zu erkennen.¶
Der Hund hat sich nur einer Stelle im nördlichen Bereich in einem Bogen ebenfalls bis zu 50 m von dem ursprünglichen Trail entfernt, ebenfalls in Richtung der zum Zeitpunkt des Trails vorherrschenden Windrichtung.¶
Die Windverhältnisse waren zum Zeitpunkt des Traillegens mit 1.9-3.3 m/s und damit einer Windstärke von 2 auf der Beaufortskala einer leichten Brise zuzuordnen. Die Richtung des Windes ist ungefähr aus 270° (W) gekommen.¶
Beispiel eines Trails mit nicht erkennbarem Windeinflu߶
Beispiel desselben Trails mit gemessenen Winddaten vor Ort¶
Nicht alle berechneten Winddaten stellen die lokalen Verhältnisse korrekt dar¶
Wie bereits in der Definition der Qualifizierten Prüfung beschrieben, müssen für korrekte Aussagen zu den Windverhältnissen die Auswirkungen lokaler Einflüsse (z.B. die Anordnung von Höhenzügen oder die Verteilung von Bewuchs und Bebauung) auf Windrichtung und -geschwindigkeit berücksichtigt werden, um eventuell vorhandene lokale Windsysteme oder Windfeldmodifikationen aufzuspüren.¶
Im vorangehenden Beispiel erkennt man deutlich die Abweichung der Stationsmittelwerte von den tatsächlich am Ort gemessenen lokalen Windverhältnisse, sowohl von der Windrichtung als auch von der Windgeschwindigkeit.¶
Bei diesem Beispiel wird auch die von unterschiedlichen Geräten gemessenen GPS-Aufzeichnungen deutlich, - beide Trails sind - bis auf den WSW-Teil durch den Wald - immer auf den Wegen gelaufen. Der Hund hat sich nur an der Abzweigung in diesen WSW-Teil schwer getan, was hier sehr gut durch die gemessenen Windverhältnisse erklärt werden kann.¶
Vergleich der berechneten DWD Daten mit stationärer Windmessung vor Ort (Messgerät: Thies Clima Sensor)¶
Generelle Annahme zu den Vergleichen¶
Die geringeren Windgeschwindigkeiten bei den gemessenen Daten beruhen aus meiner Sicht auf den folgenden Unterschieden:¶
- zum ersten auf den in der Regel "freien" Messtellen des Wetterdienstes gegenüber der Messstelle im bebauten Umfeld¶
- zum zweiten auf den unterschiedlichen Datenerfassungsfrequenzen und den daraus unterschiedlichen Mittelungsalgorithmen.¶
Berechnete DWD Daten 5.5.2021¶
Gemessene Daten 5.5.2021¶
Vergleich 20.7.2022¶
Die Maximalwerte der Windgeschwindigkeiten liegen in diesem Beispiel in unterschiedlichen Bereichen für die beiden Verfahren (2.7 m/s für die gemessenen Daten und 11.8 m/s für die berechneten Daten)¶
Die Windrichtungen liegen in diesem Beispiel anfänglich in entgegengesetzter Richtung (ca.110°) und schwenken erst nach 20 Minuten in den Bereich von ca. 260° für beide Verfahren¶
Berechnete DWD Daten 20.7.2022¶
Gemessene Daten 20.7.2022¶
Vergleich 17.6.2022¶
Die Maximalwerte der Windgeschwindigkeiten liegen in diesem Beispiel in ähnlichen Bereichen für die beiden Verfahren (0.4 m/s für die gemessenen Daten und 0.9 m/s für die berechneten Daten)¶
Die Windrichtungen liegen in diesem Beispiel in unterschiedlichen Richtungen (ca. 230° für die gemessenen Daten und ca. 330° für die berechneten Daten)¶
Berechnete DWD Daten 17.6.2022¶
Gemessene Daten 17.6.2022¶
erste Analyse¶
Die deutlichsten Unterschiede in den berechneten und gemessenen Daten ergeben sich bei schwachen Windverhältnissen, hierfür sind die Berechnungen eben nicht aussagekräftig für die lokalen Windverhältnisse.¶
Die deutlichsten Gemeinsamkeiten in den berechneten und gemessenen Daten ergeben sich bei stärkeren Windverhältnissen (ab vielleicht einer frischen Brise oder einem starken Wind), hierfür scheinen die Berechnungen auch für die lokalen Windverhältnisse aussagekräftig zu sein.¶
Weitere Untersuchungen, insbesondere auch die Einbeziehung der topographischen Verhältnisse an den unterschiedlichen Messstellen sind notwendig, um weitere Aussagen treffen zu können.¶
Windgeschwindigkeiten und Beaufortskala (Quelle: Wikipedia/Windgeschwindigkeit)¶
| Beschreibung | Bft | m/s | Symbol |
|---|---|---|---|
| Windstille, Flaute | 0 | 0–0,2 |  |
| leiser Zug | 1 | 0,3–1,5 |  |
| leichte Brise | 2 | 1,6–3,3 |  |
| schwache Brise | 3 | 3,4–5,4 |  |
| mäßige Brise | 4 | 5,5–7,9 |  |
| frische Brise, frischer Wind | 5 | 8,0–10,7 |  |
| starker Wind | 6 | 10,8–13,8 |  |
| steifer Wind | 7 | 13,9–17,1 |  |
| stürmischer Wind | 8 | 17,2–20,7 |  |
| Sturm | 9 | 20,8–24,4 |  |
| schwerer Sturm | 10 | 24,5–28,4 |  |
| orkanartiger Sturm | 11 | 28,5–32,6 |  |
| Orkan | 12 | > 32,7 |  |
Webserver klever.hs-augsburg.de/winddaten¶
Um weitere Untersuchungen allen Interessierten zur Verfügung zu stellen, habe ich unter der obigen Web-Adresse einen Webserver eingerichtet, der Berechnungen (ohne Gewähr) für aktuelle als auch zurückliegende Zeiten durchführen kann.¶
Für die obige Untersuchung vom 20.7.2022 daher zum Vergleich jetzt die Vorgehensweise in einem normalen Browser.¶
Eingabe für die Windverhältnisse der letzten N Stunden¶
Eingabe für die Windverhältnisse eines beliebigen Zeitraums¶
Eingabe des Zeitraums¶
Automatische Auswahl des Standorts (falls dies freigegeben ist)¶
Setzen des zu berechneten Standorts mit einem Mausklick¶
Bestätigen des Standorts zur Berechnung mit einem doppelten Mausklick¶
Ergebnis der Berechnung in einem Quadrat und Buttons für alle 10 Minuten¶
Anzeigen aller Windpfeile durch Klicken des Buttons "Alle Zeiten"¶
Oder auch nur einzelner Windpfeile durch den entsprechenden Button¶
Der graue Hintergrund lässt die verwendeten Messstellen besser erkennen¶
Durch Klicken auf die Messstelle werden die exakten Windverhältnisse an dieser Messstelle eingeblendet¶
Durch Klicken auf die Grafik wird die Animation in einer neuen Webseite vergrößert wiedergegeben¶
Fazit¶
Es ist möglich, aus den offenen Winddaten des Deutschen Wetterdienstes Schlüsse zu ziehen und Erkenntnisse für das Verhalten des Hundes zu bekommen¶
Allerdings sind die aus diesen offenen Winddaten des Deutschen Wetterdienstes berechneten Winddaten für einen bestimmten Ort immer mit Vorsicht zu verwenden, da die lokalen Windverhältnisse in den Berechnungen nicht berücksichtigt werden können.¶
Die vorgestellten Daten untermauern allerdings, dass die lokalen Windverhältnisse für das Mantrailing ein nicht zu unterschätzender Einfluß ist, der meines Erachtens gerade in der Ausbildung und auch bei Prüfungen viel zu wenig beachtet wird.¶
Webserver¶
Wie bereits angemerkt dient der Webserver nur zu einer ersten, sehr groben EInschätzung der WIndverhältnisse an einem beliebigen Ort.¶
Deswegen sind die exakten Windverhältnisse der innerhalb des eingegebenen Radius vorhandenen Messstellen des Deutschen Wetterdienstes zur besseren Abklärung darstellbar.¶
Über den Radius kann auch die Anzahl der Messstellen verändert werden.¶
Die Zeit zur Berechnung der Darstellung hängt im wesentlich von der Anzahl der darzustellenden Stunden sowie dem Radius und damit der Anzahl der Messtellen ab. Für längere Zeiträume kann es daher vorkommen, dass der Browser bereits vor dem Ausliefern des Ergebnisses aufgibt und die Verbindung abbricht.¶
Anmerkung zu GPS-Sensoren¶
Zu guter Letzt möchte ich aufgrund der von mir beobachteten unterschiedlichen Sensitivität der GPS-Sensoren in gängigen Geräten (Smartphones, Trackern, etc. ) auf die Abweichungen von GPS-Trails zum tatsächlich gelaufenen Weg aufmerksam machen. Die Mehrzahl der hierfür verwendeten Geräte sind keine Präzisionsgeräte aus dem Vermessungswesen und eine fehlerhafte Abweichung muss hier immer berücksichtigt werden.¶
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit¶
Quellenverzeichnis¶
DWD OpenData¶
Aktuelle Windmeldungen¶
Klimadaten¶
DWD Server¶
Benutzte Daten¶
- Winddaten - aus Klimadaten für dieses Jahr
- Winddaten - aus Klimadaten für historische Zeiträume bis Ende des vergangenen Jahres
- Synoptische Wetterdaten - aus aktuellen (10-minütigen bzw. stündlichen) Bodenwettermeldungen