Innovatives Immissions-Monitoring mittels Crowdsourcing-basierter Smartphone-Anwendung

Das Immissions-Monitoring elektromagnetischer Felder gehört zu einem verantwortungsvollen Technikfolgenmanagement beim Betrieb von Mobilfunknetzen. Die Realisierung eines flächendeckenden und zeitkontinuierlichen Monitorings ist jedoch aufgrund des mit herkömmlichen Methoden verbundenen Aufwands nicht möglich. Abhilfe könnte ein Crowdsourcing-basierter Ansatz schaffen, der auf die Erhebung von Messdaten mittels Standard-Smartphones setzt. Das IHF beschäftigt sich mit der Fragestellung, wie ein derartiges Monitoring-Konzept aussehen kann und welche Herausforderungen es bei der Umsetzung zu meistern gilt. Einen wesentlichen Aspekt bei den Untersuchungen stellt die erzielbare Genauigkeit der ermittelten Immissionswerte dar.

Hintergrund

Der klassische Ansatz zur Durchführung von Immissionsmessungen ist der Einsatz von professionellem Messequipment und fachkundigem Personal, was beides mit einem hohen Kosten- und Zeitaufwand verbunden ist. Gleichzeitig ist es nicht möglich zeitlich kontinuierlich und flächendeckend zu messen. Stattdessen wird in der Regel eine begrenzte Anzahl einzelner Messpunkte zu diskreten Zeitpunkten erfasst. Langzeitmesssysteme wie etwa das Automatische Messsystem (AMS) der Bundesnetzagentur liefern zwar Messdaten über 24 Stunden, können aber nicht zuletzt zum Schutz vor Vandalismus nur an nicht allgemein zugänglichen Orten platziert werden, wodurch die Messungen letztlich an weniger relevanten Orten aufgezeichnet werden.

Ein innovativer Ansatz zur Lösung dieser Probleme stellt eine Crowdsourcing-basierte Erfassung von Immissionsdaten mithilfe von gewöhnlichen Smartphones dar.

Konzept

Ein derartiges Konzept beruht auf der Tatsache, dass Mobilfunkendgeräte zum Einbuchen in eine Funkzelle und zur Aufrechterhaltung der Verbindung regelmäßig Signalstärke-Indikatoren erfassen, die mit der Feldstärke des Mobilfunk-Downlinks und somit auch mit der Immission verwandt sind. Zwar ist die Einzelmessung eines Smartphones mit größeren Unsicherheiten behaftet, vor allem wenn der Einfluss des Nutzers hinzukommt, als es beim Einsatz eines dezidierten Feldstärkemessgeräts der Fall ist, aber dafür lassen sich Messwerte in wesentlich größerer Zahl erfassen. Hierfür kommt das sogenannte Crowdsourcing zum Einsatz, bei dem die Datenerhebung von wenigen Fachleuten auf eine große Zahl von Laien übertragen wird, die mit ihren Smartphones Messwerte aufzeichnen. Grundsätzlich kann dies mit aktiver Mitwirkung des Nutzers geschehen, der einzelne Messungen startet, oder aber nach entsprechender Zustimmung kontinuierlich im Hintergrund erfolgen.

Werden diese Messwerte von einer großen Menge an Endgeräten und in kurzen Zeitabständen aufgezeichnet, lassen sich diese Daten zentral sammeln und auswerten. Auf diese Weise fallen die Unsicherheiten der Einzelmessung weniger ins Gewicht und es kann eine höhere Datenqualität gewonnen werden. Eine spezielle App kann die Messdaten erfassen, zwischenspeichern und an einen Cloud-Dienst weitergeben. Dort können die Daten aufbereitet und ausgewertet werden. Zu erfassen sind, neben den Messwerten selbst, der Zeitpunkt und die genaue Position der Messung. Weitere Informationen über den Nutzungszustand können helfen den möglichen Einfluss des Nutzers abzuschätzen.

Die wesentlichen Vorteile eines derartigen Ansatzes liegen auf der Hand: Es ist weder besonders geschultes Personal notwendig, noch muss spezielle Mess-Hardware beschafft werden, da Smartphones ohnehin vorhanden und weit verbreitet sind. Sie bieten außerdem den Vorteil, dass sie durch Neuanschaffungen der Nutzer technisch stets auf dem neuesten Stand gehalten werden und somit auch die aktuellen Funkdienste erfassen können. Damit entfallen die entsprechenden Kosten und Verzögerungen, die es bei der Einführung neuer Immissionsmesstechnik häufig gibt.

Aufgrund der Tatsache, dass sich Smartphones in der Regel stets in der Nähe ihrer Nutzer befinden, werden die Messdaten dort erhoben, wo es relevant ist, nämlich an Orten, an denen sich Personen aufhalten. Außerdem entfällt das Problem von Messungen in Bereichen mit beschränkten Zugangsmöglichkeiten für Immissionsmessungen.

Nicht zuletzt lässt sich auf diese Weise eine annähernd kontinuierliche Messung über Raum und Zeit realisieren, die zwar nicht lückenlos ist, aber dennoch wesentlich dichter als es mit herkömmlichen Methoden möglich wäre.

Herausforderungen

Trotz der genannten Vorteile gibt es einige Herausforderungen zu bewältigen, um verwertbare Ergebnisse zu erzielen. Zum einen wird eine ausreichend große Nutzerbasis benötigt, die bereit ist die benötigten Daten von ihrem Smartphone erfassen zu lassen. Hierfür sind ggf. entsprechende Anreize zu schaffen, z. B. indem der Nutzer für die Bereitstellung eine andere erstrebenswerte Funktionalität erhält. Außerdem ist sicherzustellen, dass die Erfassung datenschutzkonform erfolgt und ein Missbrauch der Daten, die auch die Erstellung von Bewegungsprofilen ermöglichen könnte, auszuschließen.

Jenseits dieser Rahmenbedingungen zum Aufbau eines solchen Monitoring-Systems müssen zwei Hauptfragen beantwortet werden:

1.    Wie hängen die Messparameter des Smartphones mit der Immission zusammen?

2.    Wie kann die Menge der gesammelten Daten ausgewertet werden, um zu einer höheren Genauigkeit gegenüber der Einzelmessung zu kommen?

Schließlich sind die verbleibenden Ungenauigkeiten abzuschätzen und zu bewerten.

Das IHF beschäftigt sich mit entsprechenden Untersuchungen und konnte bereits erste Fortschritte bei der Interpretation der Signalstärke-Indikatoren immissionsverwandte Messgrößen erzielen.

Die Forschungsaktivitäten in diesem Bereich werden im Rahmen des Vorhabens Projektseite beim BfS - „Machbarkeitsstudie eines auf Smartphone-Apps beruhenden Hochfrequenz-Messnetzwerkes zur Abschätzung der Exposition der Bevölkerung mit elektromagnetischen Feldern des Mobilfunks” durch das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) gefördert.