LVS HintergrundwiSSen

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LVS Hintergrundwissen
Basiswissen | Vergleichstest | Internationale Studien
I NHALT S A NGA B E
LVS-Basiswissen.....................................................................03 – 11
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Einführung.............................................................................04
Mögliche Maxima bei 1-, 2- und 3-Antennen LVS...................05
LVS-Geräte mit einer Antenne................................................06
LVS-Geräte mit zwei Antennen.......................................07 – 08
3-Antennen LVS-Gerät PIEPS DSP....................................09 – 10
Anhang..................................................................................11
LVS-Geräte Vergleichtests................................................12 – 18
•
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•
•
•
Voraussetzungen & Ausrüstung..............................................13
Praxistest 1 („warm up“).......................................................14
Praxistest 2.....................................................................15 – 16
Praxistest 3............................................................................17
Praxistest 4............................................................................18
Internationale Studien .....................................................19 – 38
• Impact of advanced (electronic) technologies
used in avalanche probes (2008) ......................................19 – 23
• New definition of the useful range using a reliable,
accurate and reproducible test procedure with
practical relevance –
running a field test tracked by a DGPS (2008) ................. 24 – 31
• Untersuchung des Zusammenwirkens verschiedener
LVS-Sender bei Mehrfachverschüttung (2006) .................32 – 38
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LVS-Basiswissen
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Einfü hr ung
Bis Mitte der 90er Jahre gab es nur LVS-Geräte mit einer Antenne (sogen. „1-Antennen-Geräte) am Markt. Die Normvorgabe der
Sendefrequenz wurde seit Produktionsbeginn der ersten 457 kHz
Geräte von +/- 200 Hz auf +/- 100 Hz und in den letzten Jahren auf
+/- 80 Hz angepasst.
Leider wurden bei den ersten 457 kHz LVS Geräten minderwertige
Sendeoszillatoren eingebaut (hohe Abweichung von der Nennfrequenz bis zu 500 Hz).
z-Achse
x-Achse
y-Achse
Auch senden alle analogen LVS Geräte neben dem klassischen Piepton „- - - -“ auch einen Dauerträger (Dauerpiepton) „----“. Verschiedene Hersteller haben die Stärke des Piepton (empfangene
Sendesignale) visualisiert: z.B. PIEPS 457 Opti-4 mit aufsteigenden
Leuchtdioden.
PIEPS 457 Opti-4
z-Achse
Seit Mitte der 90er Jahre gibt es im deutschsprachigen Raum so
genannte digitale LVS-Geräte. Das sind LVS-Geräte mit 2 Antennen
und einer digitalen Anzeige der Entfernung.
Diese LVS-Geräte senden innerhalb der Normvorgabe und keinen
Dauerträger parallel zum Piepton.
x-Achse
z-Achse
Seit 2003 ist das Pieps DSP am Markt und es war über lange Zeit
das einzige LVS-Gerät mit 3 Antennen und wirklich digitaler Signalverarbeitung am Markt.
Digital verarbeitend bedeutet: das PIEPS DSP ist mit einem Digitalen
Signal Prozessor (DSP) ausgestattet, der das empfangene Signal digitalisiert und somit besser auswerten kann.
x-Achse
Die 3 Antennen ermöglichen das räumliche Verstehen des empfangenen Signals.
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y-Achse
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y-Achse
Möglic he Ma x ima
bei 1 -, 2- und 3- A ntennen LVS
Alle LVS-Geräte, 1-, 2- und 3-Antennen LVS senden mit einer Antenne. Die Signale werden in Feldlinienform in
457 kHz ausgesendet und dürfen laut Normvorgabe max. +/- 80 Hz abweichen.
Maximum 3-Antennen
Möglichkeit 1
Ortung bei waagrechtem Sender
Maxima 1- u. 2-Antennen
Die beiden äußeren Maxima werden bei Tiefenverschüttungen relevant. Dann zeigen 1und 2-Antennengeräte drei Maxima an!
S C H N E E O B E RF L Ä C H E
Blaue Linie: mögliche Maxima bei
3-Antennen-LVS (PIEPS DSP)
Rote Linie: mögliche Maxima mit
1-Antennen oder 2-Antennen LVS
Grafik 4,
Vergl. Praxistest 3
Maximum 3-Antennen
Maximum 3-Antennen
Maxima 1- u. 2-Antennen
Maxima 1- u. 2-Antennen
S C H N E E O B E RF L Ä C H E
Grafik 5,
Vergl. Praxistest 3
S C H N E E O B E RF L Ä C H E
Grafik 6,
Vergl. Praxistest 4
Möglichkeit 2
Ortung bei schrägem Sender
Möglichkeit 3
Ortung bei senkrechtem Sender
Bei der Feinsuche zeigt das PIEPS DSP, aufgrund seiner 3 Antennen, immer nur eine geringste
Entfernungsanzeige an (ein Maximum); und zwar immer genau über dem Sende-LVS, unabhängig davon, ob das Sendegerät senkrecht, waagrecht und tief oder schräg verschüttet ist.
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LVS G eräte mit eine r Antenne
werden als „analoge LVS Geräte“, „Einantennen LVS Geräte“ oder „Alt LVS Geräte“ bezeichnet. Sie besitzen
eine Antenne. Diese ist für Senden und Empfangen zuständig.
Grafik 8: Auf „Empfangen“ geschaltete 1-Antennengeräte empfangen in x-Richtung am stärksten
und in z- und y-Richtung abgeschwächt, je nach Verdrehung.
Grafik 7: Auf „Senden“ geschaltet, sendet das
1-Antennen LVS Signale in Feldlinienform auf der
Frequenz 457 kHz. Zusätzlich zum Sendeimpuls
wird auch ein schwaches Dauersignal gesendet.
Suche des Erstempfangs: Diese LVS haben in x-Richtung eine maximale Reichweite von gemessenen 40
bis 70 m (produktabhängig). Da der Empfangsbereich von 1-Antennengeräten stark elliptisch ist, muss der
Sucher sein 1-Antennengerät auf der Suche nach dem Erstempfang laufend um alle Achsen drehen.
Nach dem Erstempfang: Den besten Empfang hat der Suchende mit seinem 1-Antennen-Empfängergerät
wenn er sich genau „auf“ einer Feldlinie entlang bewegt. Steuern kann der Sucher diesen Vorgang über die
Akustik bzw. sein Gehör (laut / leise des Pieptons). Diese Lautstärke ändert sich auch je nach Lage von Sende- und Empfängerantenne zueinander.
Blaue Antenne: Sendeantenne
Gelbe Antennen an der Stelle der besten Koppellage: sehr lautes Signal bzw. bei visueller Unterstützung des Signals, geringste Entfernungsanzeige bzw.
höchste Leuchtdiodenanzeige.
Rote Antennen an der Stelle der schlechtesten
Koppellage: sehr leises Signal; weiteste Entfernungsanzeige bzw. Niedrigste Leuchtdiodenanzeige
Grafik 9: Vergl. Praxistest 1
Mehrfachverschüttung: Sollten mehrer LVS Geräte verschüttet sein, hört der Sucher mit seinem 1-Antennen LVS alle Pieptöne im Empfangsbereich gleichzeitig.
Das PIEPS DSP gibt bei Mehrfachverschüttung dem Suchenden immer nur das stärkste Empfangssignal aus. Weitere Sendesignale werden im Hintergrund bearbeitet und sind akustisch für den Suchenden nicht zu hören – Verwirrung ausgeschlossen. Mit dem PIEPS DSP
als Empfängergerät kann der Suchende dem verlässlichen Richtungspfeil bzw. unter 2 m
direkt der geringsten Entfernungsanzeige folgen.
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LVS Geräte mit zwei Antennen
Solche LVS-Geräte haben in ihrem Inneren zwei gekreuzt wirkende Antennen montiert. Eine in x-Richtung, eine in y-Richtung (siehe Graphik 2).
2-Antennen LVS auf „Senden“ geschaltet:
Eine der beiden Antennen ist aktiv und sendet die Signale (457
kHz) in Feldlinienform aus. Welche der beiden Antennen als
Sendeantenne festgelegt wird, entscheidet der Hersteller.
Blaue Antenne: in der Funktion als Sendeantenne.
In diesem Beispiel in x-Richtung
Grüne Antenne: beim „Senden“ keine Funktion
Grafik 10:
Auf „Senden“ geschaltete 2-Antennengeräte
senden, wie 1-Antennen LVS mit einer Antenne.
2-Antennen-LVS auf „Empfangen“ geschaltet:
2 Antennen sind aktiv (x und y). Da bei manchen Geräten die
x- und y-Antenne unterschiedlich stark empfangen bzw. die
Antennen durch die Signalauswertung unterschiedlich bewertet werden, ist nur ein eingeschränkter, kreisförmiger Empfang
möglich.
Blaue Antenne: Auf Empfang geschaltete Antenne in diesem Beispiel in y-Richtung. Der Empfangsbereich ist elliptisch.
Grüne Antenne: auf Empfang geschaltete Antenne in diesem Beispiel in x-Richtung.
Grafik 11:
Elliptischer Empfangsbereich bei LVS-Geräten
mit zwei unterschiedlichen Antennen
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Suche des Erstempfangs
Da der Empfangsbereich von 2-Antennengeräten teilweise elliptisch ist, muss der Sucher sein 2-Antennengerät auf der Suche nach dem Erstempfang laufend um alle Achsen drehen.
Die 2-Antennen-LVS als Empfänger haben in bester Koppellage zum Sendegerät eine maximale Reichweite
von gemessenen 28 bis 31 m (produktabhängig; Entscheidend ist, welches LVS sendet und welches das Empfänger LVS ist – vergleiche Praxistest 2)
Nach dem Erstempfang
Folgt der Suchende den Richtungspfeilen am 2-Antennen-LVS. Diese leiten ihn zum Sendegerät.
Beachte: Diese Anzeige der Richtungspfeile muss nicht mit der besten Koppellage übereinstimmen (geräteabhängig)! Mit Beginn der „Feinsuche“ verlässt man sich bei den 2-Antennen-LVS nur mehr auf die Entfernungsanzeige. Spätestens jetzt sollte der Suchende, wie mit einem 1-Antennen-LVS die „beste Koppellage“
ermitteln.
Beachte: Je nach Lage und Tiefe des Sende LVS-Gerätes zeigen auch die 2-Antennen-LVS beider Feinsuche
bis zu 3 Maxima am Display (vergleiche Praxistest 3 und 4).
Beim PIEPS DSP ist die Empfangsleistung in x- und y-Richtung annähernd gleich. Das laufende Drehen um alle Achsen ist daher nicht mehr notwendig. Mit der dritten Antenne in zRichtung gibt es beim PIEPS DSP als Empfängergerät unabhängig vom Sende LVS und unabhängig von dessen Lage und Tiefe immer nur ein Maximum – genau über dem Sendegerät.
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3-Antennen LV S -Ge r ät P IE P S D S P
Seit 2003 ist das Pieps DSP am Markt un d es war über lange Zeit das einzige LVS-Gerät mit 3 Antennen
und wirklich digitaler Signalverarbeitung am Markt.
3 orthogonale Antennen:
==>
Bestimmen räumlichen Verlauf des Sendermagnetfeldes ––> Punktortung
==>
Ermöglichen genaueste Punktortung unabhängig von der Lage
und der Tiefe des Senders. (Siehe Grafik 4, 5 und 6)
Digitaler Signalprozessor (DSP):
==>
erhöht die Empfangsreichweite
==>
volle Reichweite über weiten Frequenzbereich; auch an den Frequenzgrenzen,
weit über der Normvorgabe.
Grafik 12:
Bis zu 70 m Reichweite bei
Sendefrequenz des Senders:
457 kHz +/- 100 Hz
Und bis zu 35 m bei +/- 500 Hz
(Altgerätemodus)
PIEPS DSP
Konventionelles LVS-Gerät
456000
456500
457000
457500
458000
==>
Ermöglicht Suche nach dem stärksten Signal – Senderselektion.
==>
Ermöglicht Auswertung 3er orthogonaler Antennen
==>
Ermöglicht Unterstützung der Mehrfachverschüttetensuche
==>
durch Scan- und Ausblendfunktion.
Start SCAN
MARK
Grafik 13
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Suche des Erstempfangs
Das PIEPS DSP hat eine maximale Reichweite von gemessenen 50 bis 70 m (umgebungsabhängig). Da der
Empfangsbereich von diesem 3-Antenngerät annähernd kreisförmig ist, muss bei der Suche des Erstempfangs
das Gerät nicht ständig um alle Achsen gedreht werden.
Y-Richtung
X-Richtung
Grafik 14
Kreisförmiger
Empfangsbereich
des PIEPS DSP.
Z
Nach dem Erstempfang
führt der Richtungspfeil (korrekte Richtungsanzeige) zum Sendegerät. Bei der Feinsuche zeigt das PIEPS DSP,
aufgrund seiner räumlich arbeitenden 3 Antennen, immer nur eine geringste Entfernungsanzeige an (ein
Maximum), und das immer genau über dem Sende-LVS. Unabhängig davon, ob das Sendegerät senkrecht,
waagrecht und tief oder schräg verschüttet ist.
Das PIEPS DSP gibt bei Mehrfachverschüttung dem Suchenden immer das stärkste Empfangssignal an. Weitere Sendesignale werden im Hintergrund bearbeitet und sind akustisch für den Suchenden nicht zu hören
– Verwirrung ausgeschlossen.
Neben dieser Senderselektion unterstützt die Scanfunktion und das Ausblenden („Mark“) die Mehrfachverschüttetensuche.
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Anhang
1
2
Geräteeigenschaften PIEPS DSP:
==>
==>
==>
==>
==>
==>
==>
==>
3
Reichweite digital 60 m
Hohe Reichweite auch
an den Frequenzgrenzen
457 kHz +/- 500 Hz
Punktortung mit 3 Antennen
Kompatibel mit 457 kHz LVSGeräten aller Marken
Mehrfachverschüttetensuche
Scanfunktion, Ausblendfunktion
Zusatzoptionen: Höhenmesser,
Kompass, Temperaturanzeige
Entspricht ETSI EN 300-718-1
4
1 LCD-Display (beleuchtet)
2 Hauptschalter
OFF-SEND-SEARCH
3 Verriegelung
4 Taste SCAN
5 Taste MARK
6 Taste OPTIONS
7 Richtungsanzeige
8 Nummerische Anzeige
9 Temperatur
10 Anzahl der Verschütteten
11 Höhenmesser
12 Kompass
13 Batterienanzeige
7
5
6
8
9
10
11
12
13
Das PIEPS DSP kann je nach Bedarf die Empfangsbandbreite automatisch anpassen und
ermöglicht somit einen annähernd gleichmäßigen Empfang im kompletten, zulässigen Empfangsbereich.
Durch die neue DSP Technologie sind auch zukünftige Verbesserungen und Softwareerweiterungen leichter möglich.
Das PIEPS DSP ist mit einer seriellen Schnittstelle ausgerüstet und kann bei Verbesserungen, nachträglich umprogrammiert werden.
Weiteres Wissen
von Profibergführern demonstriert,
gibt es auf der PIEPS Schulungs- DVD.
Hauptthema ist:
==> die richtige Anwendung des PIEPS DSP,
==> die Kameradenrettung und
==> der planmäßige Lawineneinsatz.
Weitere Themen sind die Erstversorgung und das „Testen von LVSGeräten“. Die DVD liegt jedem PIEPS DSP bei und ist ideal zur Eigenschulung und zur Verwendung als Lehrmittel bei Kursen.
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VERGLEICHSTESTS
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LVS-G er äte- Ve r gleic hstests
Hier werden einige Vergleichstests für die Praxis beschrieben und
Hintergründe erklärt, um die produktabhängigen Leistungsmerkmale von LVS-Geräten wirklich abschätzen zu können.
Voraussetzungen
Schaffe für einen aussagekräftigen LVS-Geräte
Vergleichstest folgende Voraussetzungen:
==>
Störungsfreies Gelände
(keine Stromleitungen in der Luft oder
unter der Erde, Handy ausgeschalten, etc.)
==>
Alle Tests am selben Gelände
==>
Immer gleicher Sender in gleicher Lage
==>
Gleiche Geländebedingungen
==>
Gleiche Temperatur
Die Ausrüstung
==>
LVS-Geräte verschiedener Fabrikation
==>
Maßband (mit PIEPS DSP länger 50 m)
==>
Markierungen (Fahnen, Schistöcke, etc.)
==>
Schreibzeug
==>
3-4 m lange Stange (nicht aus Metall)
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Praxistest 1
1.
2. ( „ wa r m up“) Bestimmen der Lage der Antennen in LVS-Geräten
Ein analoges LVS Gerät (1-Antennengerät) liegt waagrecht vor dir am Boden und sendet.
Schalte ein weiteres analoges LVS Gerät ein und auf „Empfangen“. Stelle dich damit in 5 m
Entfernung, schalte die Lautstärke auf „Medium“. Drehe nun dein Empfänger LVS einmal um die
eigene Achse (360° und immer waagrecht)
Interpretation: Piepton am lautesten: Antennen von Empfänger und Sender LVS sind parallel (=beste Koppellage) Piepton am leisesten: Antennen sind rechtwinkelig zueinander (=schlechteste Koppellage).
Frage / Aufgabe: Wie liegt die Sende-Empfänger Antenne in deinem LVS-Gerät?
Wie ist die Sende-Empfänger Antenne in deinem LVS-Gerät montiert?
Sende-Empfänger Antenne
Sende-Empfänger Antenne
MASSBAND
MASSBAND
Name / Bezeichnung
Test-LVS
Name / Bezeichnung
Test-LVS
Stelle mit Hilfe eines analogen Gerätes die Lage der Sende-Empfänger Antenne in einem 2- oder 3- Antennen LVS fest. Wie liegt dann die zweite
Antenne (Empfangsantenne) im LVS Gerät?
Sende-Empfänger Antenne
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Sende-Empfänger Antenne
MASSBAND
MASSBAND
Name / Bezeichnung
Test-LVS
Name / Bezeichnung
Test-LVS
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Praxistest 2
2A - Einrichten des Sende-LVS für einen optimalen Vergleich.
1.
2.
3.
4.
5.
Grafik 1: Richtungspfeil und Entfernung ändern
sich mit der Drehung des Sende-LVS.
Verwende als Empfänger-LVS ein
PIEPS DSP. Seine Richtungspfeile
zeigen korrekt der stärksten Feldlinie entlang.
Empfänger und Sender sind ca. 3 m
voneinander entfernt.
Drehe das Sende LVS langsam.
Die Richtungspfeile und die Entfernung ändern sich mit der Drehung.
Das Sende LVS ist perfekt ausgerichtet, sobald der angezeigte
Richtungspfeil parallel zum Maßband steht und die geringste Entfernung angezeigt wird.
Die beiden LVS sind nun in bester
Koppellage.
Grafik 2: Der Sender sendet am
stärksten in Richtung des ausgelegten Maßbandes.
2B - Bestimmen der maximalen Reichweite in bester Koppellage
6.
7.
8.
9.
Gehe nun dem Maßband entlang – ohne das LVS zu verdrehen.
Gehe so lange, bist du gerade noch ein Signal empfangen kannst (PIEPS-Vorgabe:
1 Signal pro 10 Sekunden über einen Zeitraum von 30 Sekunden).
Danach finde heraus, ob du in einer anderen Lage eine größere Reichweite erzielen kannst.
Die Lage mit der größten Reichweite ist die beste Koppellage.
Markiere diesen Punkt der maximalen Reichweite in bester Koppellage.
Grafik 3
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2C - Bestimmen der maximalen Reichweite in schlechtester Koppellage
Verdrehe dein Empfänger-LVS in bester Koppellage waagrecht um 90° –
damit hast du nun die schlechteste Koppellage und in den meisten Fällen nun keinen Empfang.
Bewege dich langsam wieder in Richtung Sende-LVS.
Sobald du wieder eine Anzeige am Display hast (1 Signal = 1 Anzeige pro 10 Sekunden über einen Zeitraum von 30 Sekunden), hast du die maximale Reichweite in schlechtester Koppellage erreicht.
Markiere auch diesen Punkt und errechne die Differenz zwischen diesen beiden max. Reichweiten.
10.
11.
12.
13.
Frage / Aufgabe: Vergleiche, wie in 2A bis 2C beschrieben, verschiedene LVS-Geräte zueinander.
Protokolliere die Ergebnisse in folgender Tabelle:
Test
Nr.
Test
Nr.
16
SendeLVS
Empfänger
LVS
Max. Reichweite in
bester Koppellage (BK)
Max. Reichweite
in bester Koppellage
Max. Reichweite in schlechtester Koppellage (SK)
Differenz
BK-SK
Max. Reichweite
in schlechtester Koppellage
1
O10oooo20oooo30oooo40oooo50oooo60oooo70oooo80 O10oooo20oooo30oooo40oooo50oooo60oooo70oooo80
2
O10oooo20oooo30oooo40oooo50oooo60oooo70oooo80 O10oooo20oooo30oooo40oooo50oooo60oooo70oooo80
3
O10oooo20oooo30oooo40oooo50oooo60oooo70oooo80 O10oooo20oooo30oooo40oooo50oooo60oooo70oooo80
4
O10oooo20oooo30oooo40oooo50oooo60oooo70oooo80 O10oooo20oooo30oooo40oooo50oooo60oooo70oooo80
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Praxistest 3
Anzahl der möglichen MAXIMA – Tiefverschüttung
1.
Nimm eine 3 bis 4 m lange Stange (nicht aus Metall)
2.
Befestige an dieser Stange dein Sende
– LVS (Sendeantenne) parallel zum waag
rechten Untergrund (z. B. mit einem Tape).
3.
Schalte es auf „Senden“ und Stange aufstellen.
4.
Entferne dich 10 m von der Stange – Schalte
dein Test LVS-Gerät auf „Empfangen“ und
beginne die Feinsuche.
Höhe
ca. 3-4 Meter
START
15
10
5
0
5
Aufgabe:
Führe den Praxistest zuerst mit einem 1-Antennen LVS durch,
danach mit einem 2-Antennen LVS und danach mit dem 3-Antennen LVS.
Frage: Wieviele Maxima erhältst du?
Wie weit ist das zuerst gefunde Maximum von der Stange entfernt?
EmpfängerLVS
Entfernung
1. Max – Stange
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Entfernung
2. Max – Stange
ALPINE
Entfernung
3. Max – Stange
PERFORMANCE
10
15
Anzahl
der empfangenen
Maxima
17
Praxistest 4
Anzahl der möglichen MAXIMA – Tiefverschüttung
1.
Nimm eine 3 bis 4 m lange Stange (nicht aus Metall)
2.
Befestige an dieser Stang dein Sende-LVS
(Sendeantenne) so, das die Sendeantnne
stehend zum waagrechten Untergrund (z. B.
mit einem Tape) steht.
3.
Schalte es auf „Senden“ und Stange aufstellen.
4.
Entferne dich 10 m von der Stange – Schalte
dein Test LVS-Gerät auf „Empfangen“ und
beginne die Feinsuche.
Höhe
ca. 3-4 Meter
Aufgabe:
Führe den Praxistest zuerst mit einem 1-Antennen LVS durch,
danach mit einem 2-Antennen LVS und danach mit dem 3-Antennen LVS.
Frage: Wie viele Maxima erhältst du?
Wie weit ist das zuerst gefundene Maximum von der Stange entfernt?
EmpfängerLVS
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Entfernung
1. Max – Stange
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Entfernung
2. Max – Stange
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Entfernung
3. Max – Stange
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Anzahl
der empfangenen
Maxima
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studien
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I mpact o f advanc ed ( electroniC)
te chnologies used in
avalan c he p r obes
Markus Eck,
Gregor Krenn
Michael Schober
PIEPS GmbH
Austria
ABSTRACT: While the necessary time for beacons search had been the major focus of beacons manufacturers and has been reduced to almost a minimum, the time needed for direct recovering (shovelling and excavating) can’t be affected significantly. It simply depends on factors like burial depth, consistency of the snow,
the adequacy of the used shovel, the right shovelling technique and finally by the physical constitution of the
rescuer. In the past, one factor of the overall time, the PROBING, hasn’t been paid much attention for. While
manufacturers did improve avalanche probes in general with the major focus on lightness and quality of the
probe tubes and locking systems, the principle together with the educated technique of probing hasn’t been
touched systematically. A newly introduced probe using additional electronic technologies claims to have a
significant impact to the overall rescue time for avalanche victims. This study analyses this impact based on
a large number of field tests.
KEYWORDS: pinpointing, probing, shovelling, avalanche transceiver, companion rescue, ART
1. INTRODUCTION
In general, ongoing development and improvement of avalanche transceivers had a significant impact in the overall
rescue time. Many important analyses and studies have been published about this issue. Most of them have been
based on using classic avalanche safety gear (transceiver, probe, shovel). Therefore studies of Frank Tschirky (SLF;
2000) and Dominique Stumpert (France; 2002) draw a good picture about the reasonableness of different rescue
equipment and methods.
This study takes a close look to the impact of “pinpointing and probing” within the total time of rescue and excavation of totally buried avalanche victims.
2. BACKGROUND
In open terrain - off the secured slopes - every individual is faced with the danger of slab avalanches.
In the case of such an emergency a totally buried
victim without an air pocket (primary assumed in
rescue operations) has a respectable chance to survive within the first 10 up to max. 15 minutes (Figure right).
Within this short period no organized rescue team
can be up there and the companion rescue is the
only chance for the buried victim.
Figure 1: Chance of survival for persons who have been caught
and completely buried in an avalanche in open terrain (Switzerland 1981-1998, n=735) as a function of burial time in minutes. Authors: Hermann Brugger, Markus Falk
Autoren & Adressen
Corresponding author address: Markus Eck, Pieps GmbH, Austria; Tel: +43 3182 52556-14; fax: +43 3182 52556-19; email: eck.markus@pieps.com
20
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The most critical and time consuming steps during companion
rescue operations are:
Figure 2: Critical and time consuming
steps during a companion rescue
operation
Various studies show, that each single step has its own parameters
of significant influence (i.e. Primary-Search dimensions of the slab
avalanche / primary searching area and search strip width, shovelling burial depth, snow conditions, equipment, technique…)
In the past a major focus of avalanche beacon manufacturers had
been put on reduction of the necessary time for beacon search.
Due to a further progress in beacon technologies, like introduction
of direction indication (in 1996), digital signal processing, circular
range, 3rd antenna (all in 2003), the time consumption for the beacon search itself could have been brought down to almost the
minimum – given by physics.
But the time needed for direct recovering (shovelling and excavating) couldn’t have been affected significantly. It still simply depends
on factors like burial depth, consistency of the snow, the adequacy
of the used shovel, the right shovelling technique and finally by the
physical constitution of the rescuer.
In the past, one factor of the overall time, the PROBING, hasn’t been
paid much attention for. While manufacturers did improve avalanche
probes in general with the major focus on lightness and quality of
the probe tubes and locking systems, the principle together with the
educated technique of probing hasn’t been touched systematically.
And, there is an important correlation of time, spending for pinpointing as accurate as possible and time needed for probing (with all
kind of problems, like probing perpendicular to the surface, doubts
about “did I really hit him?”…)
A newly introduced probe - the PIEPS iProbe using additional electronic technologies - claims to have a significant impact to the overall
rescue time for avalanche rescue.
This study analyses this impact based on a large number of (still ongoing) field tests.
3. FIELDWORK AND METHOLOGY
During final exams (–> avalanche companion rescue and beacon search) of various organisations, like the Austrian
UIAGM mountain guide education a special developed survey has been used during this exams and have been
collected now since 2005.
During their final exam in beacon search the following
detailed time critical events had been collected:
n
n
n
n
n
n
Start of “Rescue Operation” (primary search)
First Signal –> start of rough search
Start Pinpointing –> start of slowly working on the surface
Start Probing –> start of using the probe
First Hit –> internal timing when using
a training station equipped with a hit
detection, without informing the examinee!
“Found” –> final recognition of the examinee
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21
The preferred size of a test field is 70x70m (no first signal at rescue start). To get a detailed result about the
coherency of time for pinpointing and time for probing a smaller field has been used (30x30m, beacons already
had a first signal). The typically used burial depth always has been about 1 meter and the “size of the target”
has been defined with 40x60cm (in most cases simulated with blankets). As it’s completely up to the examinees, which beacon they are familiar with and which they want to use for their “final run“, a broad variety of
available beacons had been used. In most cases, also data about 2nd and 3rd victims had been collected the
same way.
4. OBSERVED DATA
From out the data of several test runs, done from
2005-2007 we got the following general breakdown of
separate steps during the beacon search:
The first and astonishing result is, that the step “Pinpointing and Probing” together is roughly 58% from the total
beacon search time!!
And also the fact that roughly the same time is needed
for “Pinpoiting” (45%) and “Rough Search” (42%)! To
evaluate the coherency between “Pinpointing” and “Probing” with or without using the electronic iProbe, we
made a special test series in Spring 2008 with a special
focus on the time brake down for this individual steps.
Only a larger number of different runs using different targets gave a representative result!
Figure 3:
Time brake down, data collected during final exams
“Austrian Mountain Guide education”, 2005
In this test series we had also volunteers with different skil
levels (mountain guides, advanced users and amateurs).
As can be seen from the data, little more time has been
needed for pinpointing in comparison to data from field
tests in 2005 (only professionals). Due to the mixed structure of test persons (we also had amateurs during this
series) the time for probing is slightly higher.
Figure 4: Test result, July 2008, „Dachstein Glacier”, time brake down of beacon search time,
using standard probes
After the first test series had been finished, a second series has been done with the same group of test persons,
at same conditions but at a different test field, now using
the iProbe with electronic target indication.
A significant drop of both, the time for pinpointing and
the time for probing is clearly given by these numbers.
The average time for pinpointing dropped from 37 seconds down to 20 seconds (reduction of 46%) and average time for probing dropped down from 30 seconds to
17 seconds (reduction of 44%)!!
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Figure 5: Test result, July 2008, „Dachstein Glacier”, time brake down of beacon search time,
using PIEPS iProbe
PERFORMANCE
5. INTERPRETION and CONCLUSIONS
If all available test series from June 2007 until
July 2008 are taken into account, the average
time for pinpointing vs. probing with and without iProbe can be estimated!
Figure 6:
Time brake down
for pinpointing vs.
Probing, all test
series from June
2007 until July
2008
Pinpointing
Probing
Classic Probe
52 sec.
21 sec.
Using iProbe
Reduction
21 sec.
60%
12 sec.
43%
Furthermore, if it is taken into account, that pinpointing and probing together was roughly 60% of the overall
search time, a reduction of about 50% in pinpointing/probing will result in a reduction of 30% of the overall
beacon search time!
The following important conclusions can be achieved from this study:
n Conclusions using avalanche safety gear with classic probes:
If you take all field tests into account, a clearly shown coherency between time for pinpointing and time to
get the confirmation with the probe is obvious. Using a classic probe, you have to be more accurate with your
pinpointing (i.e. you have to invest more time) to reduce the time for probing. But there is still the problem of
doubts about the probing result. In dependence with snow conditions, burial depth, gradient of the slope and
skills of the test person up to 20% of the cases indicate a “found victim” without an actual target hit! During
the final exams of the Austrian Mountain Guide education approx. 10% of the examinees failed there “final
run” due to insufficient accuracy of pinpointing and timeout while probing. Especially doubts and uncertainness while probing have significant influence to the final time. While using a training station - equipped with
a probe hit indication - a time period up to 6 minutes could have been identified, beginning from a target hit
indication (given from the training station) until the final recognition from the test person.
n Conclusions using avalanche safety gear with the iProbe:
When using the iProbe, the time for pinpointing can be reduced by almost 50%. There is no need anymore for being too precisely. Time can be saved! In most cases the time for probing also can be reduced
to the half. Doubts or uncertainness hasn’t been observed anymore.
6. acknowledgments
Thanks to all test persons, volunteers and education staff members
helping us gathering detailed field test information.
7. References
Tschirky, F., Brabec, B. and Kern, M. 2000.
Avalanche rescue systems in Switzerland:
experience and limitations. Proceedings
International Snow Science Workshop, Blue Sky
MT, USA, 1-6 October 2000.
Dominique Stumpert (2002; Frankreich)
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NEW DE FI N I T I O N OF T H E U S E FUL
RANGE US I N G A R E L I A B L E , ACCURAT E ,
AND RE PR O DUCI B L E T E S T PR O CE D UR E
W ITH PR A C TI C A L R E L E VA N C E –
RU NNI NG A F I E L D T E S T T RACK ED B Y A DGP S
Markus Eck,
Michael Schober
Pieps GmbH, Austria
Marcellus Schreilechner
Joanneum Research,
Institute of Water
Resources Management
Hydrogeology &
Geophysics, Austria
ABSTRACT: We have used a Differential Global Positioning System (DGPS) for tracking the search trajectories of a rescuer at three different orientations of the antenna of a transmitted beacon. Hence, it is possible
to determine the useful range of the width of search strips for different beacons. All commercially available
(digital) beacons in Winter 2007/2008 were tested at a 50 x 50 m area in a field study. As examples three
runs of two beacons with different antenna positions of the transmitter is presented. A buried transmitted
beacon with a vertical orientation of the antenna represents the worst case scenario for determining the
search strip width.
KEYWORDS: Avalanche beacon; Useful range; DGPS; Field study; Coupling position; Search strip width
1. INTRODUCTION
In February 2006, the French ANENA (Association Nationale pour l‘Etude de la Neige et des Avalanches) started a
discussion about the value of the search strip width and about the so-called “Useful Range”. This was the beginning
of a still ongoing discussion with several organizations involved. In autumn 2006 the ICAR started the discussion
about “how to find a common procedure to determine the search strip width”. In February 2007 Chris Semmel
(DAV Sicherheitsforschung; Munich) publicized his statement and results, based on the measurements of the minimum receiving range. Also in February 2007 Juerg Schweizer (SLF; Davos) started his analysis (initiated by the ICAR)
about “Determining the search strip width based on range measurements” and presented the result at the ICAR
meeting 2007 in Pontresina (CH).
Till now, no consensus exists about which of the existing measuring and analysis methods is the most practical.
2. BACKGROUND
The worst case scenario in the case of a slab avalanche is, when your partner is buried totally and you start
your companion rescue without a receiving signal on your beacon. To search for the first signal as a single
rescue person, the rescuer has to cover the avalanche field with meander shaped tracks until he
gets the first detecting. If there are more than
one rescue person are around to help, they safe
time in going down the slab in parallel tracks. Doing this, each rescuer has to maintain the
maximum search strip width (distance between
the tracks of the rescuer/s) of his beacon.
Picture 1: Single rescue person and multiple rescue people
Autoren & Adressen
Corresponding author address: Markus Eck, Pieps GmbH, Austria; Tel: +43 3182 52556-14; fax: +43 3182 52556-19; email: eck.markus@pieps.com
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Using a smaller search strip width would mean to spend much more time (running a longer way). Also the
rescuer must have a look on it, not to increase this max. search strip width. In this case the possibility is very
high, not to detect the transmitter and miss the victim (loosing time), while moving over the avalanche. The
available beacons now, have an elliptic up to a circular receiving range (assists you most), because of the numbers and sizes of the different antennas and the technical performance inside the beacon.
Picture 2:
Typical receiving characteristic
of a 1-antenna beacon
Picture 3:
Different characteristics
of beacons with more
than one antenna.
A direction indication is
given to the rescuer.
To cover the recommended search strip width of a manufacturer, the rescuer has to know exactly how it has
been defined and how his beacon is working. An example: The receiving beacon has an elliptic receiving range. A) The direction indication starts as soon as
a receiving signal is detected on antenna -x and –y. B) Before getting a signal on the second antenna the beacon works like a 1-antenna beacon (bigger range) If the recommended search strip width depends on A), the
rescuer has to use a special kind of work (turning around), not to miss the victim. If it is A), the rescuer has to
run a longer distance, but must not think about the kind of work in this situation of stress.
So at the time the advertised maximum search strip width by the manufacturer, depends on the method the
manufacturer uses and its practical philosophy: “Maximum search strip width is the range within a direction
indication is shown on the display and the rescuer must not think about how to handle his beacon to cover the
given maximum search strip width” - or “The maximum search strip width is the max range the rescuer reaches
if he combines the technical performance (max possible range) of his beacon with an optimal kind of work.”
There are significant differences in recommendations of the search strip width in the international literature.
Most beacons have a range of 60 to 80 meters, but some digital display beacons have a range of half that because the microprocessor filters the audio signal (Temper 2001). One person can search for signals by making
traverses 20 m apart and 10 m from the edge of the deposit (Jamieson 2000). This is the reason why the search
strip width is one of the most determining factors for your overall searching time.
There are a vary of approaches, either based on measurement of the range in best coupling position and following mathematic reductions, or range tests using all different positions, while only the worst results are taken
into account. Since there it seems to be no common understanding in the near future, we decided to describe,
perform and analyze a new approach: Based on an avalanche field, divided like a chess field, beacons searches
has been performed and tracked using a DGPS with an accuracy less than a couple of centimeters. Analysis,
done afterwards, provides very interesting and highly relevant results.
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3. FIELDWORK AND METHOLOGY
DGPS
receiver
A square of 50 x 50 m was used for the investigation area for the field
study. This square was divided into 5 m wide strips. A digital transmitter
was positioned at a corner of the square in three different orientations
of the antenna. A person with a receiver beacon walked along the predefined strips with distances of 5 m. The searcher was directly followed
by a second person with a DGPS receiver (see Fig.1). Therefore it was
possible to record the accurate track which was used from the searcher.
Until to receive the first signal, the 5 m strips were used as path like
the search strips. After receiving the first signal a path according the
displayed signal of the beacon was followed and recorded.
Beacon
as receiver
Figure 1: The searcher was directly followed
by a second person with a DGPS receiver.
A NovAtel DL-4 receiver with an integrated memory card for data logging was used as DGPS instrument.
Every second the position of the beacon was recorded with an accuracy of few centimeters. The data were
processed with Waypoint GrafNav 7.8 in a post processing mode. So, a database for plotting and interpretation of the path of the searching beacons is available in one-second steps.
For every tested beacon three runs were done. These runs vary in three different orientations of the transmitter beacon in relation to the receiver beacon. The first run (chapter 4.1) was done in a so called “good
coupling position”. The antenna of the transmitter beacon has the same orientation (same azimuth) as the
receiver beacon. The second run (chapter 4.2) was done with a so called “bad coupling position”. The antenna of the transmitter beacon is perpendicular to the antenna of the receiver position. But both antennas
are horizontal orientated. The third run (chapter 4.3) was done with the so called “worst coupling position”.
The antenna of the transmitter beacon is vertical orientated.
With these three different antenna orientations all in Winter 2007/2008 commercially available (digital) beacons with two or three antenna were tested. In this report only two beacons are presented in three different
antenna orientations as examples.
4. OBSERVED DATA
The data are plotted as maps with the different observed trajectories. On each top of a map the average
velocities is shown in meter per second and the distance W to E is given in meters. The first observed signal
with a reliable direction and distance information of the beacons is marked with a symbol and a number.
The number indicates in the legend. At the legend of each run, different results are described. The first
number (A) indicates the distance readings of the display of the beacon. The second number (B) gives the
length of the trajectories to the transmitter in meters. The third number (C) shows the length of the direct
path to the transmitter in meters. (A,B,C measurement starts at the symbol and number till the transmitter).
The fourth number (D) informs us about the expired time from the start position to the current position in
seconds. As examples in this chapter the beacons with the highest and the lowest distance form the transmitter to the receiver are showen as graphs. The other results are presented as Table 1.
4.1 Runs with good coupling position
The transmitter is horizontal orientated. The antenna of the transmitter and the receiver are parallel or sub
parallel. At the left most run at the Fig. 2 and 3 is conforming to a coaxial coupling of the receiver and
transmitter antennas.
The beacon of Fig. 2 has a useful range of 35 m whereby the beacon of Fig. 3 has a useful range of 10 m.
Fig.4 has a not usable result.
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Figure 2: Trajectories of a beacon with big useful range with
a horizontal transmitter in a good coupling position.
Figure 3: Trajectories of a beacon with a small useful range
with a horizontal transmitter in a good coupling position.
4.2 Runs with bad coupling position
The transmitter is horizontal orientated. The antennas of the transmitter and the receiver are perpendicular to each other. The beacon of Fig. 5 has a useful
range of 40 m whereby the beacon of Fig. 6 has a
useful range of 10 m. Fig.7 has a not usable result.
Figure 4: Trajectories of a beacon with no useful range with a
horizontal transmitter in a good coupling position
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Figure 5: Trajectories of a beacon with a big useful range with
a horizontal transmitter position, whereby the antennas are
perpendicular to each others but both in horizontal positions.
PERFORMANCE
4.3 Runs with
vertical transmitter position
The transmitter is vertical orientated. The antennas
of the transmitter and the receiver are perpendicular in the third dimension to each other.
The beacon of Fig. 8 has a useful range of 30 m
whereby the beacon of Fig. 9 has a useful range of
5 m. Fig.10 has a not usable result.
Figure 6: Trajectories of a beacon with a small useful
range with a horizontal transmitter position, whereby
the antennas are perpendicular to each others but
both in horizontal positions.
Figure 8: Trajectories of a beacon with a big useful
range with a vertical transmitter position whereby
the antennas are perpendicular to each other.
Figure 9: Trajectories of a beacon
with a small useful range with a
vertical transmitter position whereby the antennas are perpendicular to each other.
Figure 7: Trajectories of a beacon with no useful range
with a horizontal transmitter position, whereby the
antennas are perpendicular to each others but both in
horizontal positions.
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Table 1: Comparison of the useful range
of the tested beacons in meters.
v
bc
gc
rs
––> vertical coupling position of the beacons
––> bad coupling position of the beacons
––> good coupling position of the beacons;
––> width of search strip, recommended
by the manufacturer.
es ––> effective search strip based on DGPS-method
The bold numbers are the minimal ranges in respect of each beacon and gives us the effective search strip width (the double). In
this chapter the beacons B3 and B10 are shown. The results of B8
are not useable to get a useful range.
Figure 10: Trajectories of a beacon with no useful
range with a vertical transmitter position hereby
the antennas are perpendicular to each other.
5. INTERPRETION AND DISCUSSION
The search strip width is usually defined as maximal the double width of the useful range. But we have at the
time no common and accepted definition of it.
Different manufacturers are using different approaches how to define the search strip width. Often this width
can only be archived when the user is acting like using a 1-antenna beacon width all consequences (need of
3D turns…). Also, with some 2- or 3-antenna beacons different operation methods have to be combined.
We can assume that every user will hold his beacon horizontal in respect to be able to read the display. Because of this and because of the extraordinary situation of stress, the rescuer forgets a special, recommended
kind of work mostly.
For us, the practical useful range depends on the coupling position and the max rang while running for the
first signal without any special kind of work. In our test, and we think this in general, the vertical coupling
position (between transmitter and receiver) is the worst case scenario. We think it shows us the practical
“useful range” for the search strip width – independent of the technical performance.
From the presented data we can observe a big span of the useful range. The minimal useful range was 5 m,
the maximum range was 30 m for the vertical transmitter orientation.
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6. SUMMERY AND CONCLUSIONS
The final conclusion is, that given maximum search strip widths by manufacturers, can’t be trusted in some
cases and doesn’t meet the requirements in an emergency rescue operation. As long as there is no common
understanding and no common standard about how to determine the “useful range” or the “search strip
width” some manufacturers will continue to provide wrong or irritating numbers for the “manufacturer recommended search strip width”.
Therefore the authors propose that manufacturers of avalanche beacon have to recommend a search strip
width derived from field tests (approach according 4.3) with a vertical orientated transceiver antenna.
Recommended search strip width derived from theoretical considerations associated with good a coupling
position are dangerous and not helpful.
Reliable information about one of the most important performance value of a beacon – the “useful range“
or “search strip width” (which is 2x useful range) is fundamentally essential for buyers, rescuers and individuals.
7. ACKNOWLEGMENTS
We thank Christoph Schreiner (University of Technology, Graz) and Roland Wack (Joanneum Research, Graz)
for providing and operating the DGPS system and for post processing the data.
8. REFERENCES
•
Temper, B., 2001. Staying alive in Avalanche Terrain.
The mountaineers books, Seattle.
•
Jamieson, B., 2000. Backcountry Avalanche Awareness,
7th edition. Canadian Avalanche Association.
•
Sivardière, F. 2006 (ANENA / Grenoble / france)
About Transceivers ranges advertised by manufacturers/dealers.
•
Semmel, Ch. 2007 (Sicherheitsforschung / Munich / Germany).
Position statement on the German Alpine Association (DAV)
safety test for determining the optimal search strip width
•
Schweizer, J. 2007 (SLF / Davos / Switzerland)
Determining the search strip width based on range measurements
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Unters uc h ung des Z u sammenwirkens ver s c hiedene r LV S - S ender
bei Meh r fa c hver s c h ü ttu ng
Laborstudie von
M. Eck, R. Sackl und
M. Schober
Theoretische Betrachtung
von E. Oeljeklaus und
M. Schreilechner
(Sommer 2006)
LVS-Geräte werden von Generation zu Generation komplexer - nicht zuletzt um die Problematik der Mehrfach-Verschüttung in den Griff zu bekommen. Mit dieser Studie wurde nun erstmals in einer Laborversuchsreihe und in einer kurzen theoretischen Betrachtung die Ursache der „Problematik Mehrfach-Verschüttung“ untersucht und es konnte festgestellt werden, dass von den verschiedenen LVS-Herstellern – bewusst oder
unbewusst - durchaus unterschiedliche Zugänge zu diesem Thema gewählt wurden.
Hintergrund:
Nachdem die Problematik mit Mehrfachmaxima durch die mittlerweile eingeführte 3-Antennentechnologie gelöst
wurde bleibt letztlich noch immer die Problematik der Mehrfachverschüttung als „letzte große Herausforderung“
an die nächsten Generationen von LVS-Geräten. Physikalische und normative Grenzen sowie eine entsprechende
Marktdurchdringung von „alten“ Geräten wirken einer zufrieden stellenden Lösung dieser Problematik entgegen.
Fakt ist, dass das Vorkommen von Mehrfachverschüttungen von zumindest zwei nahe beieinander liegenden Verschütteten einen ernstzunehmend großen Anteil an den Gesamtverschüttungen darstellt. Vom SLF in Davos wurden
Daten über Lawinenunfälle in den Schweizer Alpen von 1970-1999 zusammengestellt und in einer Studie im Jahr
2000 veröffentlicht. Zahlreiche Abhandlungen – auch zum Thema Mehrfachverschüttung – wurden auf Basis dieser
Daten veröffentlicht. Für die vorliegende Studie interessant ist vor allen die Statistik von Mehrfachverschüttungen:
Anzahl der
Verschütteten
Anzahl
der Unfälle
Anzahl der
verschütteten Personen
Anzahl
der Unfälle [%]
Verschüttete
Personen [%]
1
339
339
72,75
48,57
2
72
144
15,45
20,63
3
27
81
5,79
11,60
4
15
60
3,22
8,60
5
7
35
1,50
5,01
6
4
24
0,86
3,44
7
1
7
0,21
1,00
8
1
8
0,21
1,15
Gesamt
466
698
100,00
100,00
Tabelle1: Anzahl und Prozentsätze von Unfällen und dabei beteiligten Opfern bei Mehrfach-Verschüttung
(ganz - verschüttet ohne sichtbare Ausrüstung an der Oberfläche von 1970 bis 1999), Quelle: SLF Davos, 2000
Es zeigt ein klares Bild, dass Unfälle mit mehr als einem Verschütteten durchaus häufig (27,25%) vorkommen. Aus Basis der dabei verschütteten Personen sind dies sogar über 50%!
Autoren & Adressen
Markus Eck, UIAGM Berg- & Schiführer, Produktmanager, PIEPS GmbH, Parkring 4, A-8403 Lebring, Austria, eck.markus@pieps.com
Rudolf Sackl, Elektroniker, Entwicklungsleiter, PIEPS GmbH, Parkring 4, A-8403 Lebring, Austria, sackl.rudolf@pieps.com
Ing. Michael Schober, Nachrichtentechniker, Geschäftsführer PIEPS GmbH, Parkring 4, A-8403 Lebring, Austria, schober.michael@pieps.com
Dipl.-Ing. Marcellus Schreilechner, UIAGM Berg- & Schiführer, Joanneum Research Forschungsgesellschaft mbH, Institut für WasserRessourcen-Management, Hydrogeologie und Geophysik, Roseggerstraße 17, A-8700 Leoben, Austria, marcellus.schreilechner@joanneum.at
Prof. Dr. Eberhard Oeljeklaus, Universität Bremen, Fachbereich Mathematik/Informatik, Bibliothekstr. 1, D-28334 Bremen, oel@math.uni-bremen.de
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Normen und physikalische Grenzen
1000±300ms
Die geltenden Normen zwingen alle Hersteller
dazu, dass LVS-Geräte beim Senden der Signale
sich an diese halten. Abwärtskompatibilität scheint
wie bei vielen Normen das Maß der Dinge zu sein
und hat somit auch einen wesentlichen, größtenteils negativen Einfluss auf die Weiterentwicklung
von LVS-Geräten.
So erlaubt die Norm im Bezug auf das ausgesendete Signal hinsichtlich der Sendefrequenz, der Perioden- sowie der Pulsdauer derart große Toleranzen,
die heute weit unter dem technisch möglichen liegen – erlaubt aber keine Art von zusätzlicher Signalkennung (Modulation).
status
≥70ms
on
≥400ms
time
off
Bild1: Signal gemäß Norm EN 300718, Signalform 1A1, Pulslänge ≥70ms, Periodendauer 1000±300ms, Pause ≥400ms
Letztlich reduziert sich das Problem „Mehrfachverschüttung“ ja auf zwei Sender, die in unmittelbarer Nähe liegen
und von einem LVS-Gerät mit nahezu gleichen Signalstärken empfangen werden. Es kommt mehr oder weniger zu
häufigen Signalüberlagerungen, die sich in Form von Signal-Schwebungen (wechselweises Anheben bzw. Auslöschen des Signales) niederschlagen und weder für Analoggeräte (akustische Signaltrennung durch das menschliche
Gehirn) noch für hoch entwickelte Digitalgeräte mittels Signalanalysen immer eindeutig getrennt werden können.
Bild 2: Links: Zwei unterschiedliche Sender, die im Moment der Aufnahme keine Überlagerung aufweisen. Der Empfänger kann die beiden Signale sauber und getrennt empfangen. Durch unterschiedliche Periodendauer kommt es aber zu
regelmäßigen Überlagerungen. Rechts: Dieselben beiden Signale im Überlagerungszustand. Durch Signal-Schwebung
bzw. –Auslöschung kann das Empfangssignal während der Überlagerung nicht richtig gemessen werden!
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Überlegung zur Studie:
Bei dieser Laborstudie wurde von der Überlegung ausgegangen, dass eine Konstellation von zwei unmittelbar
nebeneinander verschütteten Lawinen-Opfern den Worst-Case darstellt. Selbst wenn man davon ausgeht,
dass bei Unfällen mit 3 oder mehr Verschütteten noch immer 30,8% der Personen betroffen sind – kann man
davon ausgehen, dass es sich auch hierbei um Szenarien handelt, die aufgrund ihrer räumlichen Ausdehnung
aus mehreren Einzelverschüttungen und höchstens Doppelverschüttungen angesehen werden können. Wir
gehen davon aus, dass wir mit der Betrachtung von max. 2 Verschütteten in unmittelbarer Nähe (wir legen
uns mit 10m fest) doch ca. 95% der Gesamtunfälle abdecken.
Wie wurde getestet:
Um die Sendesignale einfach aufzeichnen zu können wurde ein
einfacher Direktempfänger mit nachgeschaltener Schmitt-Trigger gebaut. Diese Signale wurden an ein Speicheroszilloskop
angeschlossen sowie über einen Datenlogger auf einem PC aufgezeichnet. Um die Testreihen zu beschleunigen wurden immer
drei Signale gleichzeitig erfasst. Aus den Datenreihen (Sampling-Rate 10ms) wurden jeweils paarweise Phasen der Signalüberlagerung bzw. der Freistellung bestimmt! Die Berechnung
wurde mittels eines kurzen Analyseprogramms durchgeführt. Es
wurden die Zeitreihen dahingehend durchrechnete, dass jeweils
der Beginn einer Überlagerung (sobald mehr als ein Signal zeitgleich empfangen wird) und das Ende der Überlagerung (wenn
beide Signale wieder isoliert empfangen wurden) eine Phase
der Signalüberdeckung markiert haben. Diese Phase der „Überdeckung“ bzw. daraus resultierend die Phase der „Freistellung“
wurde so rechnerisch ermittelt und in die Zeitreihe eingefügt.
Bild4: Testaufbau mit drei Empfängermodulen,
einem Speicheroszilloskop (Tektronix TDS3014B)
Es wurden zuerst jeweils Geräte gleichen Typs miteinander getestet, wobei jedem Versuch drei Testreihen
zugrunde liegen um mögliche Zufallskonstellationen (Auswirkungen eines zufälligen Einschaltzeitpunktes) zu
berücksichtigt. Zusätzlich wurden alle möglichen Kombinationen von Geräten verschiedener Hersteller getestet. Auch hier mit jeweils drei Testreihen. Die Aufzeichnungsdauer für jede einzelne Testreihe betrug immer
exakt 10 Minuten. Zum einen, um sich wiederholende Überlagerungsphasen abdecken zu können, und zum
anderen, um eine relevante Suchzeit zu repräsentieren.
Welche Geräte
wurden getestet:
Testgerät
Aus einem umfangreichen Fundus an handelsüblichen Test- und
Demogeräten wurde eine zufällige Auswahl von mindestens drei
wahllos gewählten Geräten gleichen Typs herangezogen. Diese
Geräte wurden zu Beginn alle einzeln vermessen und die Basisparameter der Sender ermittelt. Es
wurden auch alle Testgeräte mit
neuen Batterien ausgestattet.
34
A-1
A-2
A-3
B-1
B-2
B- 3
P-1
P-2
P-3
T-1
T-2
T-3
V-1
V-2
V-3
X-1
X-2
X-3
F-1
F-2
F-3
M-1
M-2
M-3
Hersteller / Type
Arva / Advanced
Arva / Advanced
Arva / Evolution
Barryvox / Opto3000
Barryvox / Opto3000
Barryvox / Opto3000
Pieps / DSP
Pieps / DSP
Pieps / DSP
Tracker / DTS
Tracker / DTS
Tracker / DTS
Pieps / 457
Pieps / 457
Pieps / 457
Ortovox / X1
Ortovox / X1
Ortovox / X1
Ortovox / F1
Ortovox / F1
Ortovox / F1
Ortovox / M2
Ortovox / M2
Ortovox / M2
Seriennummer
1D-0052-1109
E-4604-1210
2260
M0122375
M0122797
M0049664
06048324620321
06048324620357
06048324620383
98618
52279
58767
98 99
10 06
25 06
444404
454547
347092
821072
443745
747747
033201
143766
132864
Frequenzabw.
Periodendauer
Pulsdauer
Norm: 457.000 ± 80 Hz Norm: 1000 ±300ms Norm: ≥ 70ms
+0 Hz
916 ms
74 ms
-2 Hz
890 ms
74 ms
+3 Hz
890 ms
76 ms
-3 Hz
996 ms
102 ms
-1 Hz
968 ms
102 ms
+7 Hz
1004 ms
102 ms
-5 Hz
960 ms
100 ms
-6 Hz
1020 ms
100 ms
-5 Hz
890 ms
100 ms
+9 Hz
804 ms
96 ms
+23 Hz
792 ms
94 ms
+9 Hz
776 ms
94 ms
-8 Hz
916 ms
100 ms
1 Hz
890 ms
96 ms
-7 Hz
890 ms
94 ms
-7 Hz
868 ms
212 ms
+5 Hz
880 ms
220 ms
+18 Hz
804 ms
196 ms
-40 Hz
1180 ms
366 ms
-91 Hz
1210 ms
370 ms
-79 Hz
1190 ms
388 ms
-54 Hz
704 ms
108 ms
-33 Hz
872 ms
104 ms
-34 Hz
622 ms
112 ms
Tabelle2: Ausgewählte Testgeräte und deren ausgemessene Parameter
PREMIUM
ALPINE
PERFORMANCE
Puls/PauseVerhältnis
8,8%
9,1%
9,3%
11,4%
11,8%
11,3%
11,6%
10,9%
12,7%
13,6%
13,5%
13,8%
12,3%
12,1%
11,8%
32,3%
33,3%
32,2%
45,0%
44,0%
48,4%
18,1%
13,5%
22,0%
Ergebnismatrix:
Obgleich die Signalüberlagerung (Überlagerungsgrad in % der Gesamtzeit) ausschlaggebend für die Problematik
des Suchenden ist, wurde als Ergebnis der Freistellungsgrad ausgewählt. Dieser sagt aus, wie viel der Testzeit war
dieses Signal „freigestellt“, also eindeutig und ungestört empfangbar. Es wurden alle möglichen Konstellationen
zueinander getestet und der Mittelwert von drei Messdurchläufen in der Ergebnismatrix (Tabelle 3) erfasst.
Arva
Barryvox
Pieps DSP
Tracker DTS
Pieps 457
Ortovox X1
Ortovox F1
Arva
68,15
73,62
72,17
71,90
74,40
61,25
41,93
Ortovox M2
62,50
Barryvox
73,62
77,34
69,77
64,44
70,49
58,10
45,58
56,97
Pieps DSP
72,17
69,77
66,64
63,88
70,93
54,98
41,68
58,47
Tracker DTS
71,90
64,44
63,88
72,41
69,03
56,90
30,88
62,87
Pieps 457
74,40
70,49
70,93
69,03
69,84
57,07
41,79
62,81
Ortovox X1
61,25
58,10
54,98
56,90
57,07
47,37
22,25
59,10
Ortovox F1
41,93
45,58
41,68
30,88
41,79
22,25
35,60
21,84
Ortovox M2
62,50
56,97
58,47
62,87
62,81
59,10
21,84
47,03
Tabelle 3: Eregebnismatrix: Freistellungsgrad [%] des Gesamtzeit als Mittelwert von jeweils 3 Messdurchläufen über je 10 Minuten
Diagramm 1: Freistellungsgrad (% der anteiligen Zeit während
die Signale frei und
klar empfangen werden können) bei Konstellationen von jeweils
zwei
LVS-Sendern
gleichen Typs (blau),
schlechtestes und bestes Ergebnis (orange
und grün), sowie Mittelwert aus allen möglichen Kombinationen
Diagramm 2: Freistellungsgrad (% der anteiligen Zeit während
die Signale frei und klar empfangen werden können) bei Konstellationen von jeweils zwei LVS-Sendern gleichen Typs
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Diagramm 3: Freistellungsgrad (% der anteiligen Zeit während die
Signale frei und klar empfangen werden können) aller möglichen
Gerätekonstellationen (jeweils zwei LVS-Sender)
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Interpretation der Ergebnisse:
Grundsätzlich stehe es jedem Hersteller frei, in welcher Form er sein Signal aussendet – solange er sich
innerhalb der von der Norm vorgeschriebenen Grenzen bewegt. Aus den Ergebnissen lassen sich mehrere
Grundstrategien der verschiedenen Hersteller erkennen, die auch auf den Überlagerungsgrad bzw. Freistellungsgrad maßgeblichen Einfluss haben. Haupteinflussfaktor ist letztendlich das Impuls/Pause-Verhältnis.
Strategie 1: Sehr kurze Impulse bei möglichst konstanter und langer Periodendauer
Bei kurzen Impulsen und langer Periodendauer ergibt sich schon rein rechnerisch ein günstiges Impuls/PauseVerhältnis – was sich auch in einem höheren Grad der Signalfreistellung positiv niederschlägt. Bei einer Konstellation zweier Geräte mit annähern gleicher Periodendauer, gibt es sehr lange Phasen ohne Überlagerung
aber auch entsprechend lange Phasen mit Überschneidungen!
Strategie 2: Kurze Impulse bei möglichst unterschiedlicher und langer Periodendauer
Diese Strategie scheint Standard bei modernen digitalen Geräten zu sein. Ob durch Fertigungsstreuung oder
durch Zufallsgenerator beim Einschalten - es wird eine unterschiedliche lange Periodendauer vorgegeben.
Dies hat zwar den Nachteil, dass Überlagerungen recht häufig auftreten, hat aber den entscheidenden Vorteil, dass diese Überlagerungen immer nur von kurzer Dauer sind.
Strategie 3: kurze Periodendauer
Diese verschlechtern das Impuls/Pause-Verhältnis und es ist auch mit einem höheren Überlagerungsgrad zu
rechnen. Hat aber zumindest den Vorteil, dass bei Suchgeräten eine etwas schnellere Anzeige erfolgen kann.
Strategie 4: Lange Impulse, lange Periodendauer
Diese Strategie wurde offensichtlich ohne Berücksichtigung von Mehrfachverschüttungen gewählt. Neben
möglichen Reichweitenvorteilen ergeben sich aber wesentliche Nachteile - schon aufgrund des ungünstigen
Impuls/Pause-Verhältnisses.
Zusammenfassung Status-Quo:
In der Vergangenheit galt folgende These: Ob altes Analog-Gerät oder modernes Digital-Gerät – senden
tun sie alle gleich!
Diese These lässt sich durch diese Studie eindeutig widerlegen. Für den Verschütteten kommt es letztlich darauf an, wie sein Gerät sendet – mit der richtigen Frequenz und mit der richtigen Strategie. Dass sein Signal
eindeutig und ungestört vom Suchenden wahrgenommen wird, hat doch maßgeblichen Einfluss darauf, dass
leichter und somit auch schneller gefunden werden kann – unabhängig davon mit welcher Suchtechnologie
die Retter ausgerüstet sind!
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PERFORMANCE
Kurze theoretische Betrachtung:
Es seien T1 und T2 die Periodendauern (1000+/-300ms) von zwei Sendern, und es sei T1≤T2. Mit P1 und
P2 werden die Pulslängen (≥ 70ms) der beiden Sendeimpulse bezeichnet. Als Voraussetzungen für T und P
gelten, dass es sich um positive natürliche Zahlen handelt und dass die Bedingungen P1< T1-q, P2<T1-q
und P 1+P2<T1 erfüllt sind. Mit q wird der größte gemeinsame Teiler (ggT) und mit K wird das kleinste
gemeinsame Vielfache (kgV) von T1 und T2 bezeichnet, wobei dann
ist.
Es wird für diese Rechnung angenommen, dass beide Signale zum selben Zeitpunkt mit einem Impuls beginnen.
In der Praxis ist dies jedoch ein besonderer Fall, der vermutlich äußerst selten zustande kommt. Nach K Zeiteinheiten, also nach einem vollständigen Zyklus, befinden sich die Signale beider Geräte wieder in derselben Position zueinander. Starten die beiden Signale nicht zum gleichen Zeitpunkt sondern mit zeitlicher Verzögerung
k.q+s, 0≤s<q so wird im Falle s=0 innerhalb von K-T1 Zeiteinheiten ein gemeinsamer Beginn eines Impulses erreicht. Ist s>0, so ändern sich die unten angegebenen Werte für A höchstens um ± 2. Die obige Annahme
eines gleichzeitigen Starts bedeutet daher im Rahmen dieser Untersuchungen keine echte Einschränkung.
Es sei P das Minimum und Q das Maximum der Zahlen P1 und P2 und wobei [a] die größte ganze Zahl bezeichnet, die kleiner oder gleich a ist. Der Quotient wird sozusagen abgerundet. Nun kann A als die Anzahl der Zeitintervalle der Länge ≥ 0 berechnet werden, in denen beide Geräte
gleichzeitig senden.
A=1+r+R, falls q die Zahlen P1 und P2 nicht teilt,
A=2+r+R, falls q genau eine der beiden Zahlen P1 und P2 teilt,
A=3+r+R, falls q die Zahlen P1 und P2 teilt.
Bezeichnen wir mit U den Zeitraum innerhalb eines Zyklus, in dem die beiden Sender getrennt voneinander senden
und damit auch getrennt empfangen werden können, so ergibt sich für U die einfache Beziehung U=K-(T1.A).
Zum besseren Verständnis seien hier einige Beispiele durchgerechnet.
Beispiel 1:
Arva Advanced 1D-0052-1109 mit T1=916ms und P1=74ms
Barryvox Opto M0122375 mit T2=996ms und P2=102ms
Als K = kgV von 916 und 996 erhalten wir 228084ms (3,8 min), als q=ggT von 916 und 996 erhalten wir
4. r=[P/q]=18 und R=[Q/q]=25. Da q die Zahlen P1 und P2 nicht teilt, erhalten wir für A=44, das heißt,
dass sich 44 Impulse der beiden Geräte überlagern. Nun kann die Zeit, in der die beiden Signale getrennt
empfangen werden können, als U=K-(T1.A)= 187780 berechnet werden. Der Freistellungsgrad ergibt sich
daher als Quotient von U und K. U/K=0,82, das heißt, dass der Freistellungsgrad 82% beträgt.
Weitere Beispiele seinen nur kurz angegeben:
Tracker DTS 52279 mit T1=972ms und P1=94ms und Tracker DTS 98618 mit T2=804ms und P2=96ms ––> Freistellungsgrad 74%
Tracker DTS 52279 mit T1=972ms und P1=94ms und Ortovox F1 443745 mit T2=1210ms und P2=370ms
––> Freistellungsgrad 61%
Ortovox F1 821072 mit T1=1180ms und P1=366ms und Ortovox F1 443745 mit T2=1210ms und P2=370ms ––> Freistellungsgrad 38%
Bild 5: Graphische Darstellung des letzten Beispiels mit einer Zykluslänge (kgV) von 142780 ms (2,4 min) und einem Freistellungsgrad von nur 38%.
Die roten und die schwarzen Striche stellen zwei verschiedene Geräte dar. Die Periodendauern und die Pulsdauern sind maßstabstreu dargestellt.
Auch aus den durchgerechneten Beispielen ist ersichtlich, dass lange Periodendauern T und vor allem lange
Pulsdauern P schlechte Voraussetzung für die Lösung von Mehrfachverschüttungen bringen.
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Zukunft:
Völlig neue Wege werden wieder von PIEPS beschritten und eine revolutionäre, neue Sendestrategie eingeführt.
Durch ein Update wird nunmehr auch „intelligent“ gesendet. Das Gerät empfängt und analysiert auch während des Sendebetriebes den Nachbarsender. Das eigene Signal wird dann so angeglichen und verschoben,
dass es keine Überlagerungen mehr gibt – unabhängig um welches Nachbargerät es sich handelt! Dadurch
hat der Verschüttete den Vorteil, dass sein Sendesignal bei einer Nahverschüttung mit einem weiteren Opfer
„sauber“ empfangen werden kann – unabhängig vom Fabrikat des zweiten Sender!
Bild 6: Signal A mit IS Funktion erkennt Signal B
(hellblau) als Nachbarsender, anfänglich noch mit
Überlagerungen!
Bild 7: Signal A mit IS-Funktion hat sein Sendesignal
angeglichen und so verschoben, dass es keine Überlagerungen mit Signal B (hellblau) mehr geben kann!
Diagramm 4:
Freistellungsgrad (% der anteiligen Zeit während die Signale frei und klar empfangen
werden können) bei unterschiedlichen Kombinationen
mit einem PIEPS-DSP mit
IS-Option (jeweils zwei LVSSender) im Vergleich zu den
Werten aus Diagramm 1
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PERFORMANCE
L ö s u ng mit dem P ieps S i c he r heitssystem
(1) Nach der erfolgreichen Punktortung mit seinem 3-Antennengerät PIEPS DSP (nur ein Maximum) startet
Retter A das rasterförmige Sondieren mit der elektronischen PIEPS Sonde „iPROBE“. Der laute akkustische
Dauerton der Sonde iPROBE und die Lichtanzeige signalisieren dem Retter A den Treffer (0 bis 50 cm am LVS
Sender). Retter A drückt die Taste „Mark“ an seiner Sonde „iPROBE“ und deaktiviert damit das Sende LVS
(mit iPROBE Support) des lokalisierten Verschütteten C. (2) Automatisch zeigt nun das digitale PIEPS DSP des
Retters A den nächsten Verschütteten am Display an. Display-Anzeige: „nur 1 Verschütteter“ (3) Während
Retter A mit der Sonde des Retters B nun den Richtungspfeilen seines PIEPS DSP zum nächsten Verschütteten
D folgt, beginnt Retter B mit dem Ausschaufeln des Verschütteten C. Retter A eilt nun zum Verschütteten D.
A
B
A, B = Retter
C, D = Verschütteter
iPROBE
1
C
2
A
iPROBE
3
D
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