Facharbeit aus der Physik

Lawinenverschttetensuchgerte Theorie und EigenbauDominik Schrder 19. Januar 2010

Betreuung durch Herrn Fleckenstein

Zeit ist die kritische Komponente bei der Suche nach Verschtteten in Lawinen. So genannte Lawinenverschttetensuchgerte1 empfangen bzw. senden elektromagnetische Wellen und machen eine Lokalisierung des Opfers erst mglich. Diese Arbeit befasst sich mit der Funktionsweise solcher Gerte und beschreibt die Entwicklung eines digitalen LVS-Gerts mit drei orthogonal angerichteten Antennen, welche die Suche beschleunigen und somit die berlebenschancen des Verschtteten erhhen sollen.

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kurz LVS-Gert

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis1 Einleitung 1.1 Lawinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.2 1.3 Schneebrettlawinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lockerschneelawinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Staublawinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6 6 7 7 7 8 9 9 9 10 10 10 11 11 11 12 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 17 17 17

Verschttungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bergung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Lawinenverschttetensuchgerte 2.1 Signalanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 2.3 Nahfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Frequenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Feldgeometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pulsierendes Signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Empfang des Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Verarbeitung des Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.1 2.3.2 Einantennige LVS-Gerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mehrantennige LVS-Gerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Eigenbau Backcountry Tracker 42 3.1 3.2 Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.3 3.3.1 3.3.2 3.4 3.4.1 3.4.2 4 Ergebnisse 4.1 4.2 Verbesserungspotential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ferritantennen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Empfangsschaltkreis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mikroprozessor Arduino Duemilanove . . . . . . . . . . . . . . . Analyse von Signalparametern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Entwicklung von Suchalgorithmen . . . . . . . . . . . . . . . . . Empfangsleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Suchgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Feldversuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Literaturverzeichnis 18 19

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1 Einleitung

1 EinleitungIm Folgenden soll ein allgemeiner ber- Schneeschichten derart labil ist, dass ledigblick ber die Lawinenproblematik in den lich leichter Druck von auen beispielsschneebedeckten Gebirgen gegeben wer- weise durch einen Wintersportler dazu den. Im Zuge der Recherchen haben sich fhrt, dass die oberste Schneeschicht ber das Standardwerk zu Lawinenvorbeugung die Breite des gesamten Hanges ins Rut3x3 Lawinen[Mun97] und Verentlichun- schen kommt und alle sich im Hang bendgen des Schweizer Lawinen-Forschungs- lichen Personen mit sich reit. Dabei entInstituts[Sch06] als sehr hilfreich erwiesen. steht eine sehr markante Abrisskante (Abb. 1.1). Beispiele fr Gefahrenfaktoren sind

1.1 Lawinen

Schneefall unter starkem Wind oder abrupte Temperaturnderungen. Auch die Steil-

Lawinen1 sind wohl die bedeutendste Na- heit des Hanges korreliert mit der Gefahr turgefahr in schneebedeckten Gebirgen. eines Abgangs. Die Gefahr fr den VerAllein im Alpenraum sterben jhrlich 100 schtteten besteht in erster Linie in VerletMenschen in Lawinen bzw. an den Folgen zungen durch Felskontakt und Erstickung der Verschttungen. Den Groteil der Op- unter den Schneemassen. Sie stellen auffer stellen Wintersportler dar, Lawinenab- grund ihrer Hugkeit und Gefhrlichkeit gnge auf Ortschaften und Verkehrswege wohl die akuteste Gefahr da. sind durch Schutzmanahmen glcklicherweise selten geworden. Die Entstehung von Lawinen hngt mageblich von der Beschaenheit der Schneedecke ab. Es werden grundstzlich drei verschiedene Arten von Lawinen unterschieden: Lockerschneelawinen und Staublawinen gehen meist von einem Punkt aus, whrend bei Schneebrettlawinen ganze Schneetafeln entlang einer Abrisskante abrutschen.

1.1.1 SchneebrettlawinenBei ungnstigen Witterungsverhltnissen kann es dazu kommen, dass die physikalische Verbindung zwischen zwei zu un- Abbildung 1.1: Schneebrettlawine mit markanter Abrisskante terschiedlichen Zeitpunkten entstandenen1

von lat. labina das Gleiten

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1 Einleitung

1.1.2 LockerschneelawinenWesentlich huger sind so genannte Lockerschneelawinen. Diese beginnen im Gegensatz zu Schneebrettlawinen immer punktfrmig. Sie treten vor allem auf, wenn innerhalb von kurzer Zeit eine groe Menge an Neuschnee auf die gesetzte Schneedecke gefallen ist. Lockerschneelawinen werden meistens spontan ausgelst, das heit ohne Einwirkung eines Wintersportlers. Von dem Ausgangspunkt breitet sich die Lawine kegelfrmig nach dem Schneeballprinzip aus (Abb. 1.2). Sie sind meist krzer, da weniger zusammenhngende Schneemasse abrutscht. Somit sind derartige Lockerschneelawinen als eher ungefhrlich zu betrachten.

in, dass unter dem enormen berdruck die Lungen platzen knnen. Staublawinen sind die zugleich seltenste und gefhrlichste Lawinenart.

Abbildung 1.3: Staublawine

1.2 VerschttungenVerschttungen treten in den allermeisten Fllen bei Schneebrettlawinen auf. Ca. zwei Drittel der mitgerissenen Personen werden nicht oder nur teilweise verschttet[Sch07], was eine schnelle Rettung ermglicht. Komplett Verschttete sind nur in knapp einem Zehntel der FlAbbildung 1.2: Mehrere punktfrmig be- le in der Lage, sich selbst zu retten[Sch07]. ginnende Lockerschneela- Das ist neben den schweren Schneemassen winen auch auf Bewusstlosigkeit und Orientierungslosigkeit der Opfer zurckzufhren. Die hauptschlich auftretenden Todesursachen von Verschtteten sind (nach Hug-

1.1.3 Staublawinen

In sehr exponierten Lagen kann sich, keit sortiert): Ersticken, Erliegen an durch aus einer Lockerschnee- eine Staublawi- den Abgang bedingten Verletzungen (Knone (Abb. 1.3) entwickeln, welche Ge- chenbrche, oene Schrfwunden), Unterschwindigkeiten von bis zu 300 km errei- khlungh

chen kann und eine Druckwelle vor sich

Die berlebenschancen einer verschtte-

her schiebt. Dabei werden extrem klei- ten Person sinken mit der Zeit nach der ne (