Masterproef Optimalisatie van de verwerkingsprocedure voor het ruimen van het Groot Schijn

Transcriptie

1 Masterproef Optimalisatie van de verwerkingsprocedure voor het ruimen van het Groot Schijn Studiegebied Industriële wetenschappen en technologie Opleiding Master in de industriële wetenschappen: milieukunde Promotoren Kathelijne Velghe Ward De Cooman, VMM Academiejaar Birgit Van Boxstael Howest departement Academische bachelor- en masteropleidingen, Graaf Karel de Goedelaan 5, 8500 Kortrijk

2 Woord vooraf Deze masterproef werd geschreven met het oog op het behalen van de graad van Master in de Industriële Wetenschappen: Milieukunde. Als ik terugblik op dit jaar kan ik concluderen dat het geheel aan acties (veldwerk, onderzoek, ) om tot dit werk te komen, een absoluut lichtpunt waren in dit hectische masterjaar. Ik ben dan ook enige dank verschuldigd aan het Team Waterbodemmeetnet van de Vlaamse Milieumaatschappij voor het opfleuren van elke masterproefdag die in het teken van het praktisch onderzoek stond. Daarbij wil ik in het bijzonder de heer W. De Cooman, mijn externe promotor, bedanken voor de geweldige begeleiding. Maar ook de heren L. De Temmerman, N. Meyskens, K. De Wit, K. Dehaemers en T. Beckx zou ik graag bedanken voor hun geduld, hulp en steun tijdens het voorbije jaar. Vervolgens wil ik mevrouw K. Velghe bedanken voor de begeleiding en het veelvuldig nalezen van deze masterproef. Tenslotte wil ik nog mijn ouders bedanken voor het mogelijk maken van deze studie. Birgit Van Boxstael I

3 Abstract Flanders gets quantity problems in the watercourses caused by human needs such as shipping, housing or agriculture that require greater flow capacity and water depth. Also the various floods are a quantity problem. On the other hand there s a need to clear the watercourses. All these problems can be solved by dredging. There is a need to optimize the processing procedure for measuring the quantity of sediment in the Flemish waterways. In the past no studies were available that did research on how to survey bends in watercourses in an efficient and accurate way. There is also need for a good method for averaging (smoothing) digital terrain models (DTM). This study was made to understand the processing with Terramodel software and understand the mathematical background. With this knowledge it was possible to optimize smoothing and surveying. The most efficient and accurate method for surveying bends and smoothing a DTM was made. Three types of curves were characterized and classified for practical surveying. Investigated curves can be classified in 3 classes. Class 1 contains the curves from and needed to be measured in 8 profiles. Curves of 80 needed 5 profiles and curves of needed 4 profiles. The best result for smoothing the DTM was obtained by using a grid size of m. These results gives the VMM a good support for surveying on an accurate and efficient way. II

4 Inhoudsopgave WOORD VOORAF... I ABSTRACT... II LIJST VAN AFKORTINGEN... V LIJST VAN TABELLEN... VI LIJST VAN FIGUREN... VII 1 INLEIDING BESCHRIJVING VMM Algemeen Geschiedenis Activiteiten Vestigingen Organogram LITERATUURSTUDIE Waterbodem Transport van contaminanten in de waterbodem Kwaliteit van de waterbodem Baggeren en saneren Ruimingsmeetnet Kwantiteitsbepaling Handmatige technieken Akoestische technieken Elektromagnetische techniek Positiebepaling Keuze meetmethoden Spreiding meetmethoden Dataverwerking...28 III

5 3.3.1 Algemeen Terramodel Groot Schijn MATERIAAL EN METHODEN Onderzoek van Vlaamse bochten Inventarisatie materiaal Methode Smoothing Inventarisatie materiaal Methode RESULTATEN EN CONCLUSIES Onderzoek Vlaamse bochten Bocht van Bocht van Bocht van Bocht van Bocht van Besluit: procedure inmetingen Smoothing Volume vergelijken Visuele beoordeling Besluit smoothing BESLUIT...56 BIBLIOGRAFIE BIJLAGEN IV

6 Lijst van afkortingen AOW ARW DGPS DEM DTM GPS IVA LIDAR MIRA NM RTK RWZI TIN VLAREA VMM Afdeling Operationeel Waterbeheer Afdeling Rapportering Water Differentieel Global Positioning System Digital Elevation Model Digital Terrain Model Global Positioning System Intern Verzelfstandigd Agentschap Laser Imaging Detection And Ranging Milieurapport Navigation message Real Time Kinematic Rioolwaterzuiveringsinstallatie Triangular Irregular Network Vlaams Reglement voor Afvalvoorkoming en -beheer Vlaamse Milieumaatschappij V

7 Lijst van tabellen Tabel 3-1 Overzicht plaatsbepalingsmethodes i.f.v. meettechnieken...26 Tabel 3-2 Overzicht gebruik van meetmethoden...27 Tabel 5-1 Resultaten bocht van Tabel 5-2 Resultaten bocht van Tabel 5-3 Resultaten bocht van Tabel 5-4 Resultaten bocht van Tabel 5-5 Resultaten bocht van Tabel 5-6 Resultaten smoothing...54 VI

8 Lijst van figuren Figuur 2-1 Beleidsdomeinen departement leefmilieu, natuur en energie... 3 Figuur 2-2 Organogram VMM... 5 Figuur 2-3 Organogram Team Meetnet Waterbodem... 5 Figuur 3-1 Waterbodem... 6 Figuur 3-2 Factoren die het transport beïnvloeden... 7 Figuur 3-3 Resultaten Triade Figuur 3-4 Baggerwerken...10 Figuur 3-5 Saneringscyclus van een waterbodem...12 Figuur 3-6 Uitschuifbare stok...13 Figuur 3-7 Niet inschuifbare peilstok...14 Figuur 3-8 Peilhengel...15 Figuur 3-9 Singlebeam en Multibeam...17 Figuur 3-10 Werking Side Scan sonar...18 Figuur 3-11 Subbottom profiler...18 Figuur 3-12 Georadar...19 Figuur 3-13 Waterdruktechniek...20 Figuur 3-14 Uitzetwerk...21 Figuur 3-15 Totaalstation...24 Figuur 3-16 Laser altimetrie...25 Figuur 3-17 Van links naar rechts: contour, grid, TIN...29 Figuur 3-18 Verwerking via Terramodel...30 Figuur 3-19 Omgeschreven cirkel...31 Figuur 3-20 Edge flipping...31 Figuur 3-21 Divide and Conquer...32 Figuur 3-22 Toevoeging van een punt in de driehoek Figuur 3-23 Interpolatie...34 Figuur 3-24 TIN Interpolatie...35 VII

9 Figuur 3-25 Situering Groot Schijn...37 Figuur 4-1 Inmeting...39 Figuur 4-2 Onderzochte traject...41 Figuur 4-3 Inmeting...42 Figuur 4-4 Raster grootte...42 Figuur 5-1 Visuele voorstelling foutenpercentage van een bocht van Figuur 5-2 Verschilkaart bocht van 40, a (5 profielen), b (4 profielen), c (3 profielen)...45 Figuur 5-3 Visuele voorstelling foutenpercentage van een bocht van Figuur 5-4 Verschilkaart bocht van 80, a (8 profielen), b (7 profielen), c (6 profielen), d (5 profielen), e (4 profielen)...47 Figuur 5-5 Visuele voorstelling foutenpercentage van een bocht van Figuur 5-6 Verschilkaart bocht van 105, a (10 profielen), b (9 profielen), c (8 profielen), d (7 profielen), e (6 profielen)...48 Figuur 5-7 Visuele voorstelling foutenpercentage van een bocht van Figuur 5-8 Verschilkaart bocht van 120, a (9 profielen), b (8 profielen), c (7 profielen), d (6 profielen), e (5 profielen), f (4 profielen)...50 Figuur 5-9 Visuele voorstelling foutenpercentage van een bocht van Figuur 5-10 Verschilkaart bocht van 135, a (12 profielen), b (11 profielen), c (10 profielen), d (9 profielen), e (8 profielen), f (7 profielen), g (6 profielen), h (5 profielen)...52 Figuur 5-11 Indeling in klassen...53 Figuur 5-12 Visuele voorstelling foutenpercentage smoothing...54 Figuur 5-13 Visuele voorstelling smoothing 0.9 x 0.9 (m)...55 VIII

10 1 Inleiding Een natuurlijke waterloop ontwikkelt een toestand waarbij waterafvoer, erosie, sedimentatie en sedimenttransport in evenwicht zijn. Menselijke ingrepen brengen dit evenwicht uit balans met een toename van de toevoer van slib en sedimenten in de waterlopen tot gevolg. De toevoer van slib is afkomstig van de lozing van ongezuiverd afvalwater terwijl de toevoer van sediment afkomstig is van landerosie en oevererosie. Deze verhoogde sedimenttoevoer veroorzaakt niet alleen een kwantiteitsprobleem maar ook een kwaliteitsprobleem. Het kwaliteitsprobleem komt tot stand door de continue wisselwerking tussen water en bodem. Een vervuilde bodem zal door nalevering het water blijven vervuilen maar ook door diffuse lozingen van het omliggende land. Denk vb. aan afspoeling van land en oever, dat verontreinigd is met pesticiden. Ook puntlozingen van zwevende stof (slib uit RWZI of overstorten) beladen met contaminanten zorgt nog steeds voor een impact op de waterloop/waterbodem. Hoewel de meeste verontreiniging van waterbodems wordt toegeschreven aan historische verontreiniging, worden toch nog steeds concentraties van contaminanten teruggevonden die niet te verklaren zijn. Sommige contaminanten zijn reeds lang verboden maar worden nog steeds teruggevonden. Daarentegen krijgt men te maken met een kwantiteitsprobleem door menselijke behoeften zoals scheepvaart, huisvesting of landbouw die een grotere afvoercapaciteit en waterdiepte vereisen. Ook de diverse overstromingen vallen onder het kwantiteitsprobleem. Deze problemen kunnen gedeeltelijk opgelost worden door voorzorgsmaatregelen die een aangroeiende sedimentatie voorkomen. Volgens verschillende studies is gebleken dat erosiebestrijdende middelen zeer efficiënt zijn. Maar dat vergt een grote aanpassing van verschillende gebruiken van land en water (zie sensibiliseringsprogramma van landbouwers). Enkele voorbeelden hiervan zijn: de beperking van overstorting van de rioolstelsels, goed ontwikkelde oeverstroken die oevererosie voorkomen,. Soms zijn ruimingswerken van een waterloop, gekoppeld aan afvalwaterzuivering en erosiebestrijding, noodzakelijk. Vooraleer ze uitgevoerd kunnen worden dient de kwaliteit en kwantiteit in kaart gebracht worden. M.b.v. deze gegevens kan het kostenplaatje van de werken bepaald worden en is verdere evaluatie van de waterloop mogelijk. De kwantiteitsbepaling werd in het verleden uitbesteed aan externe bureaus. Na een kosten-batenanalyse kwam de Vlaamse Milieumaatschappij tot de conclusie dat een kwantiteitsbepaling in eigen beheer kostenefficiënter is. De grote uitdaging van deze masterproef was het optimaliseren van de verwerkingsprocedure die uiteindelijk leidt tot een kwantiteitsbepaling. De vijf doelstellingen van deze masterproef kunnen als volgt omschreven worden: 1. Inzicht krijgen in de verwerkingswijze in Terramodel. 2. De theoretische achtergrond van Terramodel koppelen aan de praktische inmeting met een veldstrategie tot gevolg. 3. Onderzoek naar de meest accurate en efficiëntste methode voor het inmeten van enkele typische Vlaamse bochten in het Groot Schijn. 1

11 4. Opstellen van een gestandaardiseerde procedure voor het praktisch inmeten van 3 types bochten. 5. Onderzoek naar de mogelijkheid om de modellen uit te middelen (smoothen). Mijn belangrijkste rol in de VMM was inzicht te verwerven in de verwerkingsprocedure van de kwantiteitsbepaling en deze (software matige) te optimaliseren. In de eerste weken van mijn masterproef periode maakte ik kennis met Terramodel. Door op zoek te gaan naar de wiskundige beginselen van dit programma, kon ik mijn doelstellingen omtrent de optimalisatie volmaken. 2

12 2 Beschrijving VMM 2.1 Algemeen Figuur 2-1 Beleidsdomeinen departement leefmilieu, natuur en energie (Departement Leefmilieu, natuur en energie van de Vlaamse overheid, 2010) De Vlaamse overheid werd ingedeeld in 13 beleidsdomeinen. Elk beleidsdomein bestaat uit een departement en Verzelfstandigde Agentschappen. (Vlaanderen.be, 2010) Enerzijds staan de departementen in voor de beleidsplanning. Anderzijds houden de verschillende agentschappen zich bezig met de beleidsuitvoering (Van Boxstael, 2009). Door de hervorming werden 13 ministeries gevormd. Elk ministerie bestaat uit het departement en de IVA (Intern Verzelfstandigde Agentschappen) zonder rechtspersoonlijkheid. De Intern Verzelfstandigde Agentschappen staan o.l.v. een bevoegde minister. Wanneer een IVA rechtspersoonlijkheid heeft mag het in eigen naam contracten sluiten zonder tussenkomst van de minister. De Vlaamse Milieumaatschappij is een IVA met rechtspersoonlijkheid. Concreet wil dit zeggen dat de VMM werd opgericht bij decreet, door het Vlaams Parlement. Mevr. J. Schauvliege is momenteel el Vlaams minister bevoegd voor Openbare werken, Energie, Leefmilieu en Natuur (Van Boxstael, 2009). 3

13 2.2 Geschiedenis De VMM werd opgericht bij decreet van het bestuurlijk beleid van 12 december 1990 als Vlaamse openbare instelling. Door het decreet van 7 mei 2004, dat in werking trad op 1 april 2006, werd de VMM omgevormd tot een IVA met rechtspersoonlijkheid (Van Boxstael, 2009). De taken werden in het decreet van 7 mei 2004 vastgelegd (VMM, 2010). 2.3 Activiteiten De taken van de VMM zijn, zoals eerder vermeld, decretaal vastgelegd en onderverdeeld in drie thema s: lucht milieu water De VMM heeft de volgende taken (VMM, 2010): meten en controleren van de kwaliteit en kwantiteit van water watersystemen beheren heffing op watervervuiling innen heffing op grondwaterwinning innen adviseren over milieuvergunningen planning en toezicht op de zuiveringsinfrastructuur luchtkwaliteit bewaken doet beleidsvoorstellen inventarisatie van de lozingen opstellen MIRA 2.4 Vestigingen De hoofdzetel van de VMM bevindt zich in Erembodegem. Verder bezit de VMM vestigingen in de 5 provincies (Van Boxstael, 2009). 4

14 2.5 Organogram Figuur 2-2 Organogram VMM (VMM, 2010) Figuur 2-3 Organogram Team Meetnet Waterbodem (VMM, 2010) 5

15 3 Literatuurstudie 3.1 Waterbodem Het begrip waterbodem werd gedefinieerd, in het decreet van 18 juli 2003 betreffende het integraal waterbeleid, als de bodem van een oppervlaktewaterlichaam die altijd of een groot gedeelte van het jaar onder water staat, zie Figuur 3-1 (Belgisch Staatsblad, 2010). Figuur 3-1 Waterbodem (VMM, 2003) Onder waterbodem verstaan we de historische bodem en de sedimentlaag. Deze sedimentlaag wordt gevormd door afzetting van zwevende stoffen. Zwevende stoffen kunnen van industriële of huishoudelijke oorsprong zijn, maar ook landbouwactiviteit of afspoeling kunnen aan het ontstaan van zwevend stof liggen. De waterbodem doorstaat een continue cyclus van erosie en sedimentatie. Het is vanzelfsprekend dat de Vlaamse waterbodems, gezien de oorsprong van de zwevende stoffen, in het merendeel van de gevallen verontreinigd zijn. De afzetting van zwevend stof zal het grootst zijn in gebieden met een lage stroomsnelheid. Zo zal verontreinigd zwevend stof eerder terug te vinden zijn in de gebieden met een lage stroomsnelheid (Vignati, Pardos, & Diserens, 2003). Dit verklaart waarom er in de Vlaamse waterlopen een dikkere (vervuilde) sedimentlaag te vinden is dan in de Waalse waterlopen. De waterbodem is van cruciaal belang in het waterecosysteem. Het is de standplaats, rustplaats en voedselbron voor diverse fauna en flora. 6

16 3.1.1 Transport van contaminanten in de waterbodem Er bestaat een continue wisselwerking tussen water en bodem. Als gevolg van een steeds zoeken naar een chemisch evenwicht tussen water en bodem zal een contaminatie met microverontreinigingen van het water een contaminatie van de waterbodem veroorzaken. Een vervuilde bodem zal door nalevering het al dan niet propere water vervuilen. Contaminanten kunnen in verschillende vormen worden getransporteerd: Opgelost in het bodemwater; onder gasvormige toestand in de gasfase; geadsorbeerd op bodemcolloïden die zelf door het bodemwater getransporteerd worden. Verder gaat men van de ene transportvector over naar de andere via evenwichtsreacties. Zo bepaalt de constante van Henry het evenwicht tussen de gasfase en waterfase en de verschillende distributiecoëfficiënten het evenwicht tussen de waterige fase en bodemcolloïden, zie Figuur 3-2 (Kluwer, 1998). Figuur 3-2 Factoren die het transport beïnvloeden (Kluwer, 1998) In hoeverre een contaminant in staat is te migreren in de bodem, en op welke manier (via waterfase, vastgehecht aan bodemmatrix of via gasfase), hangt af van verschillende polluenteigenschappen. De belangrijkste worden kort besproken Wateroplosbaarheid De wateroplosbaarheid geeft aan in welke mate een product zich in de waterige fase zal verdelen. Hoe groter de wateroplosbaarheid, hoe sneller de contaminanten door een bodem getransporteerd worden via de verzadigde zone 1. 1 Poriën die volledig gevuld zijn met water. 7

17 Dampspanning De dampspanning is een maat voor de druk die door een product wordt uitgeoefend op de wanden van een gesloten ruimte. Hoe hoger de dampspanning, hoe groter de vervluchtigbaarheid. Meestal zijn wateroplosbare contaminanten niet geneigd te vervluchtigen Constante van Henry Deze eigenschap geeft weer in welke mate een product vervluchtigt van de waterige fase naar de gasfase. Hieruit kan men bepalen in welke fase een bepaald product zich concentreert (Kluwer, 1998) Adsorptie/desorptie Anorganische en organische contaminanten hebben de neiging te adsorberen aan de bodemmatrix. Deze adsorptie gebeurt voornamelijk aan de kleifractie en organisch materiaal. Klei is verantwoordelijk voor de adsorptie van polaire en hydrofiele producten. Organisch materiaal is in staat om zowel hydrofiele als hydrofobe producten te adsorberen. Adsorptie en desorptie worden weergegeven via distributiecoëfficiënten. Een belangrijke coëfficiënt is de octanol/waterverdelingcoëfficiënt (K ow ). Deze geeft de verdeling weer van een stof tussen n-octanol en water. De K ow - waarde geeft een idee over het hydrofobisch gedrag van een bepaalde contaminant. Hoe hoger deze waarde, hoe groter de neiging om geadsorbeerd te worden aan de bodemmatrix. Microverontreinigingen met een grote K ow - waarde, worden gemakkelijk geadsorbeerd, waardoor ze lang in de waterbodem aanwezig blijven en een diepe penetratie in de bodem mogelijk is (Kluwer, 1998). Tijdens baggerwerken moet rekening gehouden worden met de mogelijkheid dat sediment gebonden contaminanten terug worden vrijgegeven (Daniels, House, Rae, & Parker, 2000) Kwaliteit van de waterbodem De kwaliteit van de Vlaamse waterbodems is één van de verantwoordelijkheden van de VMM. In maart 2000 werd het 'routinematig meetnet waterbodemkwaliteit' opgestart. Dit meetnet heeft volgende doelen: De inventarisatie en monitoring van de kwaliteit van de waterbodem binnen het Vlaamse gewest aan een frequentie van één maal per 4 jaar, om prioritaire saneringsplaatsen voor de waterbodems te inventariseren. Het bepalen van de waterbodemkwaliteit door middel van indexen en waterbodemkwaliteitsklassen aan de hand van de triade beoordeling. Het toetsen van de meetgegevens aan de huidige wettelijke normen, zoals voorwaarden voor afvalvoorkoming (VLAREA). Het nagaan van de impact van specifieke acties op de waterbodemkwaliteit. Het kennen van de kwaliteit als basisinformatie voor het uitwerken van BBP's, advisering vergunningen, enz. 8

18 Het meetnet bevat 600 meetplaatsen. Per jaar worden 150 meetplaatsen onderzocht volgens de Triade. De Triade is een beoordelingsmethode waarbij elke meetplaats onderworpen wordt aan drie verschillende onderzoeken: n: fysicochemisch, biologisch en ecotoxicologisch. De combinatie van deze onderzoeken stelt de VMM in staat om waterbodems te rangschikken in functie van toenemende prioriteit voor saneringsonderzoek in het kader van het ecologisch herstel van rivieren/beken. Uiteraard zijn deze saneringen slechts zinvol wanneer men het lozen van verontreinigingen stop zet. In Figuur 3-3 worden de resultaten van de Triade van periode weergegeven. Dit taartdiagram geeft weer er in hoever het saneren van waterbodems prioritair is in Vlaanderen. Figuur 3-3 Resultaten Triade (VMM, 2010) Baggeren en saneren Baggeren wordt algemeen beschouwd als het weghalen van overtollig sediment uit waterlopen/zeeën. Bij verontreiniging van dit sediment dient men over te gaan op het saneren/zuiveren van dit sediment. Baggeren is van cruciaal belang bij volgende situaties: Verbeteren van de kwaliteit van de waterloop. Kans op overstromingen door een te hoge sedimentafzetting. Scheepvaartproblemen door een te dikke sedimentlaag. Indien men baggert om de kwaliteit van een waterloop te verbeteren kan men spreken over het saneren van de waterloop. Men zal de verontreinigde specie weghalen, waardoor de continue wisselwerking tussen de waterbodem en het water geen verontreinigd water meer kan teweeg brengen. Dit zal uiteindelijk leiden tot een verbetering van de kwaliteit van de waterloop. 9

19 Figuur 3-4 Baggerwerken Het uitgegraven sediment wordt baggerspecie genoemd. De toepassingsmogelijkheden van baggerspecie hangen af van de milieuhygiënische en bouwtechnische kwaliteit van de specie. Of baggerspecie al dan niet mag gebruikt worden als bodem of bouwstof is via wettelijke normen vastgelegd in het VLAREA (Vlaams Reglement voor Afvalvoorkoming en beheer). Deze zijn van toepassing op het sediment vanaf het moment dat het wordt gebaggerd. Vanaf dit ogenblik wordt de specie als afvalstof beschouwd (zelfs al is de specie niet-verontreinigd) (Vito, 2007). Van de jaarlijks te ruimen baggerspecie voldoet 82% aan de VLAREA-normen voor hergebruik. In dit getal zit de specie van zowel vaarbare als onbevaarbare waterlopen. Hierbij dient opgemerkt te worden dat 23% voldoet voor hergebruik als bodem en 59% voldoet voor hergebruik als bouwstof. Baggerspecie wordt in Vlaanderen voor volgende toepassingsmogelijkheden gebruikt (Vito, 2007): verspreiding op de oever (oeverdeponie); terugklepping van baggerspecie in de waterloop of de zee; behandeling van de specie, gevolgd door hergebruik als bodem of bouwstof; storting van specie. 10

20 3.1.4 Ruimingsmeetnet Aangezien de VMM verantwoordelijk is voor het onderhoud van de 1ste categorie waterlopen, werd een ruimingsmeetnet opgestart. Dit ruimingsmeetnet staat, binnen de VMM, onder de bevoegdheid van de Afdeling Operationeel Waterbeheer (AOW). Deze afdeling houdt zich ook bezig met de voorbereiding van het dossier waarin de kwaliteit en kwantiteit van de betrokken waterloop wordt verduidelijkt. Op basis van dit dossier kan een aannemer de omvang in kostprijs van de gevraagde werken inschatten en een offerte maken. Het team meetnet waterbodem van de Afdeling Rapportering Water (ARW) heeft de taak op zich genomen om de kwantiteitsbepaling van de sedimenten in eigen beheer te doen. In het verleden werden deze inmetingen uitbesteed aan externe bedrijven. De bepaling in eigen beheer brengt verschillende voordelen met zich mee: ARW kan kwaliteit en kwantiteit gemakkelijk aan elkaar koppelen omdat deze afdeling over een monitoringsmeetnet beschikt die de toestand en de trend van de Vlaamse waterlopen inventariseert en rapporteert; alle gegevens (meetplaatsen, werkplannen, parameterprojecten,...) worden gecentraliseerd in een waterbodemkwaliteitsdatabank; in de Waterbodemkwaliteitsdatabank werd een kwantiteitsmodule toegevoegd. In actie 8.2 van het sectoraal Uitvoeringsplan Bagger- en Ruimingspecie werd de opdracht gegeven voor het opstarten van een centralisatie van kwantitatieve gegevens zoals deze uitgevoerd werd in de kwantiteitsdatabank. De koppeling van kwantiteit en kwaliteit vereenvoudigt, verbetert, versnelt en standaardiseert het rapporteren. In de kwantiteitsmodule van de waterbodemkwaliteitsdatabank worden volgende gegevens weergegeven: hoeveelheid geruimde specie; kwaliteitstoestand voor en na een sanering (is de toestand verbeterd na de ruiming?); hoeveelheid geruimde specie op jaarbasis per provincie, per bekken ; verzameling van gegevens van onder andere aannemer, offerte. Het ruimingsmeetnet gaat als volgt te werk: 11

21 Figuur 3-5 Saneringscyclus van een waterbodem 12

22 3.2 Kwantiteitsbepaling Aan de hand van de locatie en het doel van de kwantiteitsbepaling, wordt een bepaalde methode aangewend. In dit deel wordt een opsomming van de verschillende kwantiteitsbepaling methoden gegeven Handmatige technieken Peilstok De peilstok of prikstok is de meest gebruikte methode voor het handmatig peilen. Er worden verschillende uitvoeringsvormen van de peilstok gebruikt. De meest gebruikte peilstok is een niet inschuifbare stok (zie Figuur 3-7). Bij de bepaling van de grenslaag tussen water en slib wordt een rooster bevestigd op deze stok. De bepaling van de grens tussen vaste bodem en slib gebeurt met een smallere voet of de achterzijde van een prikstok. Naargelang de locatie, varieert men de grootte van het rooster. (STOWA, 2006). De VMM maakt gebruik van een uitschuifbare stok (zie Figuur 3-6), omdat deze minder arbeidsintensief is. Het is tijdsrovend om tijdens de inmeting steeds het rooster te vervangen. De mate van uitschuiving is afhankelijk van de locatie/diepte. Voor zowel de bepaling van de sliblaag als de vaste bodem, maakt men gebruik van een smalle pin. Figuur 3-6 Uitschuifbare stok De werkwijze wijze van de peilstok is onafhankelijk van de uitvoeringsvorm. In beide gevallen wordt de stok loodrecht in het water gelaten tot wanneer men weerstand waarneemt. Op dit moment wordt de positie bepaald. Naargelang de locatie, varieert men de grootte van de voet. Indien de overgang tussen slib en vaste bodem moeilijk voelbaar is, maakt men soms gebruik van een aantal boringen (STOWA, 2006). De prikstokken worden zo licht mogelijk gemaakt zodat het gewicht van de stok geen invloed heeft op de indrukking in de bodem. 13

23 Figuur 3-7 Niet inschuifbare peilstok 14

24 Peilhengel Het principe van de peilhengel is vergelijkbaar met dat van de peilstok, al heeft de peilhengel het grote voordeel dat men vanaf de oever of vanuit een boot kan inmeten. De peilhengel kan allerlei grootten aannemen met als maximaal bereik 8 m. Inmeten vanaf een boot is noodzakelijk wanneer de watergang te breed of slecht begaanbaar is (STOWA, 2006). Dit type van inpeilen wordt niet gebruikt door de VMM. De peilhengel is ideaal voor het inmeten van de bovenzijde van de sedimentlaag. De positiebepaling van de vaste bodem daarentegen is niet zo aan de orde, aangezien men heel goed de weerstandsverschillen erschillen in de bodem moet voelen om nauwkeurig te meten. Verder is het meten met een peilhengel veel arbeidsintensiever naarmate men verder van de kant of boot meet (Kennis Centrum Waterbodem, 2006). Volgende aspecten zijn heel belangrijk bij het gebruik van deze methode (STOWA, 2006): loodrechte stand van de peilhengel; gevoel van de surveyor voor de weerstand die overeenkomt met het niveau van bovenzijde en onderzijde van de sedimentlaag; onnauwkeurigheid van het plaatsbepalingsysteem; Figuur 3-8 Peilhengel (STOWA, 2006) 15

25 3.2.2 Akoestische technieken Onder de akoestische technieken verstaan we het singlebeam -en multibeam echolood, side scan sonar en het subbottom profiler systeem. Enkel singlebeam wordt door de VMM gebruikt Single - en multibeam echolood Deze technieken worden bathymetrische technieken genoemd. Bij deze technieken wordt vanuit een boot, met behulp van geluidspulsen, de afstand tot de bodem bepaald (zie Figuur 3-9). De geluidsgolven worden uitgezonden, weerkaatsen op de bodem, keren terug en worden gedetecteerd. De looptijd van de echo is recht evenredig met de afstand. Uiteraard hangt de looptijd van de echo af van de geluidssnelheid in water. De geluidssnelheid is afhankelijk van de temperatuur, saliniteit en waterdiepte (Magelas, 2006). d= 2 vt d= diepte v= geluidssnelheid t= aankomsttijd De akoestische technieken worden gebruikt op plaatsen waar de waterloop zich hiertoe leent. Vanaf een waterdiepte van 150 cm en een breedte van 3 m is het gebruik van bathymetrie aan te raden. Hierdoor is het logisch dat deze techniek enkel gebruikt wordt voor de inmeting van bevaarbare waterlopen of recreatievijvers. Men maakt gebruik van verschillende frequenties naargelang het te meten onderdeel van de waterloop. Voor het inmeten van de bovenzijde van de sliblaag maakt men gebruik van 210 of 700 khz. Het bepalen van de onderzijde van de sliblaag gebeurt bij 33 khz (Magelas, 2006). Het cruciale verschil tussen singlebeam en multibeam is het aantal uitgezonden bundels geluidsgolven. In tegenstelling tot multibeam wordt met singlebeam slechts één bundel uitgezonden loodrecht onder de boot. Multibeam kan niet gebruikt worden in waterlopen, aangezien de taluds voor interferentie zorgen. Deze methode is ideaal voor het inmeten van zeeën. Bij beide methoden is het gebruik van een geluidsmeter noodzakelijk (Magelas, 2006). De VMM maakt, indien de locatie zich ertoe leent, gebruik van de singlebeam methode. 16

26 Figuur 3-9 Singlebeam en Multibeam (STOWA, 2006) 17

27 Side Scan Sonar Het Side Scan Sonar systeem wordt veel minder gebruikt dan single en multibeam echolood. Dit systeem bestaat uit een processor, een elektronische transmissiekabel en sleepkabel en uit een towfish. Deze towfish is vergelijkbaar met de transducer van singlebeam en zendt (en ontvangt) akoestische signalen uit. Het systeem zweeft boven de waterbodem en zendt zijwaarts een akoestisch signaal uit. Dit signaal wordt door de bodem gereflecteerd en terug opgevangen door de towfish (zie Figuur 3-10). De towfish genereert per keer één energiepuls en wacht op de gereflecteerde golf. Hoe meer pulsen uitgezonden worden, hoe nauwkeuriger het beeld. Aangezien harde objecten sterker reflecteren dan zachte objecten wordt de Side Scan Sonar vooral gebruikt voor het detecteren van grof vuil (fietsen, autowrakken, ). Figuur 3-10 Werking Side Scan sonar (Metaldec Survey BV, 2010) Subbottom profiler Een laatste akoestische techniek is de subbottom profiler (Figuur 3-11), deze wordt gebruikt voor de detectie van leidingen en objecten en het positioneren van het grensvlak tussen de sliblaag en de harde bodem. Deze techniek is vergelijkbaar met singlebeam met als enige verschil dat men een geluidspuls van lagere frequentie uitzendt (STOWA, 2006). Figuur 3-11 Subbottom profiler (GSE Rentals, 2010) 18

28 Foutenbronnen De grootste onnauwkeurigheden bij het gebruik van akoestische methoden zijn (STOWA, 2006): Plaatsbepaling Diepgang Bootgeometrie Squat (diepgang van de boot) Interpolatie Aangezien een sterkere reflectie zichtbaar is tussen vuil en sediment, ondervinden de akoestische technieken geen hinder van grof vuil op de bodem. Bij deze technieken is het zeer belangrijk om steeds de geluidssnelheid te meten omdat deze verschilt van waterlaag tot waterlaag. Deze is afhankelijk van de temperatuur en saliniteit van het water (Magelas, 2006) Elektromagnetische techniek Deze methoden worden niet gebruikt door de VMM Georadar Georadar, ook wel grondradar genoemd, wordt gebruikt voor het peilen van watergangen. Dit systeem zendt, via een zendantenne, kort magnetische pulsen uit. Deze pulsen reflecteren op inhomogeniteiten in de bodem. Deze methode wordt gebruikt in ondiepe (tot 3.5 m) zoete watergangen. Brakke of zoute waterlopen zijn ongeschikt (STOWA, 2006). Georadar wordt vooral gebruikt voor het onderzoeken van waterbodems op de aanwezigheid van leidingen, kabels e.d. Deze techniek is niet geschikt voor alle waterlopen, maar is volop in ontwikkeling voor het meten van waterdieptes. Figuur 3-12 Georadar (Prospección Geofísica y Geofísica Pura, 2010) 19

29 Waterdruk techniek Een bekende waterdruk techniek is het Medusa systeem. Dit systeem maakt gebruik van de waterdruk voor het bepalen van de waterdiepte. Een dieptesensor sleept achter de boot over de bodem van de waterloop. De diepte wordt bepaald door rekening te houden met het feit dat de dichtheid bij de overgang van water naar waterbodem tot op een bepaalde waarde gaat. De hoogteligging van de overgang wordt verder afgeleid uit een waterdrukmeter die de hoogte van de waterkolom bepaalt. Het Medusa systeem steem kan op alle bodemsoorten toegepast worden. In tegenstelling tot de akoestische technieken moet de geluidssnelheid niet gemeten worden. Figuur 3-13 Waterdruktechniek (Kennis Centrum Waterbodem, 2006) Positiebepaling Zonder nauwkeurige positiebepaling zijn de inmetingen waardeloos. Hieronder volgt een opsomming van de verschillende mogelijke methoden. Het is zeer belangrijk dat tijdens de kwantiteitsmetingen gebruik gemaakt wordt van een nauwkeurige plaatsbepaling. De gebruikte techniek is volledig afhankelijk van locatie tot locatie. Volgende methoden zijn mogelijk (STOWA, 2006): Uitzetwerk (meetlint en/of piketten) (D)GPS RTK-GPS Totaalstation Laser 20

30 Uitzetwerk (meetlint en/of piketten) Hierbij wordt de locatie van een punt bepaald d.m.v. het totaalstation. De exacte locatie wordt opgeslagen en met behulp van een nagel of piket wordt de plaats aangeduid. Vanaf dit punt kan men verdere locaties uitzetten. Figuur 3-14 Uitzetwerk 21

31 (D)GPS GPS staat voor Global Positioning System en werd ontwikkeld door het Departement of Defense (DoD) van de USA. Het systeem bestaat uit minstens 24 satellieten op een hoogte van km. Elke satelliet draait tweemaal per dag om de aarde in 6 verschillende banen (Magelas). Iedere satelliet zendt een uniek GPS signaal uit. Dit signaal bestaat uit vier soorten informatie: (Magelas, 2006) C/A code en een P code. bevatten de tijdinformatie die wordt gegenereerd door de atoom klokken in de satelliet. De Coarse Aqcuisition code (C/A code) bevat de identificatie code van de satelliet. Deze code wordt elke milliseconde uitgezonden. De P-code is enkel decodeerbaar door het Amerikaanse leger. Almanak data: levert de GPS ontvanger informatie over de plaats van de satelliet op een bepaald tijdstip (deze informatie is op voorhand bekend) Ephemeris data: bevat actuele informatie over de status van satelliet, alsook de datum en de tijd. De almanak en de ephemeris vormen samen de 'navigation message', de NM. Het principe is gebaseerd op de afstandsmeting tussen de satelliet en de ontvanger. De GPS ontvanger berekent de afstand tot de satellieten door de tijd te meten waarin de GPS signalen de ontvanger bereiken. M.a.w. het tijdsverschil tussen het verzonden en ontvangen signaal wordt gemeten (Van Boxstael, 2009). De ontvanger synchroniseert de interne klok met de kloksignalen van de ontvangen GPS signalen. De ontvanger keert als het ware terug in de tijd, naar de tijd van uitzending door de satelliet. Tijdens de synchronisatie wordt aan de hand van de C/A code de exacte positie van de satelliet bepaald door deze op te zoeken in de ephemeris gegevens uit de NM (Van Boxstael, 2009). Hoeveel tijd de ontvanger moet worden teruggeschoven, is de reistijd van het GPS signaal. Uit dit tijdsignaal kan de afstand tot de satelliet bepaald worden. Het tijdsverschil wordt vermenigvuldigd met de snelheid van het signaal, de lichtsnelheid (Van Boxstael, 2009). Eén satelliet geeft één afstand die overeenkomt met een sfeer. Indien men drie sferen laat kruisen, verkrijgt men twee mogelijke plaatsbepalingen. Soms is één punt verwerpbaar. Pas vanaf vier satellieten, kan exact de plaatsbepaling gebeuren door de vier sferen te laten snijden. Waar de sferen snijden kan ook de pseudorange genoemd worden (Magelas, 2006). De nauwkeurigheid van de GPS is onderhevig aan een aantal foutenbronnen: Vertragingen in ionosfeer en troposfeer; multipath: vertraging van signaal op grote objecten; onnauwkeurigheid van de klok in de ontvanger; orbitale fouten: onnauwkeurigheden in de posities van de satellieten; 22

32 aantal satellieten (Magelas, 2006). Deze foutenbronnen worden opgelost door DGPS. DGPS staat voor Differentieel Global Positioning System. Het principe van DGPS bestaat eruit dat een (referentie) GPS ontvanger op een bekende plaats wordt gepositioneerd. Met het ontvangen signaal wordt een omgekeerde berekening uitgevoerd waardoor de ontvangsttijden bepaald worden aan de hand van de gekende positie. Vervolgens vergelijkt het systeem de normale ontvangen reistijden met de berekende reistijden, waarna een correctiefactor wordt bepaald. De referentieontvanger stuurt zijn correctiefactor door via radiolink, satellietsignaal of telefoonverbinding naar de gewone ontvangers. Hierdoor worden de metingen van de gewone ontvangers gecorrigeerd (Van Boxstael, 2009) RTK-GPS De werking van RTK ligt in het verlengde van DGPS. Toch is er een groot verschil tussen beide: DGPS werkt met een gecodeerd signaal en RTK met de faseverschillen in de satellietsignalen. Bij RTK is het satellietsignaal zelf (C/A code, ) niet interessant, wel de fase van de draaggolf van het signaal. I.t.t. DGPS is RTK tot op enkele cm nauwkeurig (Van Boxstael, 2009). RTK maakt gebruik van een referentieontvanger en een mobiele ontvanger (rover) waarbij het faseverschil gemeten wordt tussen het uitgestuurde signaal van de satelliet en het door de ontvangers gegenereerde identieke signaal. De referentieontvanger bevindt zich op een plaats met een nauwkeurige positiebepaling. Met een geheel aantal golflengten en de faseverschillen wordt d.m.v. de afstanden naar de satellieten een basislijn berekend tussen de twee ontvangers (Van Boxstael, 2009). Aan de hand van de basislijn wordt de positie van de mobiele ontvanger precies gemeten. De afstanden worden berekend door volgende vergelijking: X=Xsat t - Xrec X = Afstand tussen satelliet en ontvanger. Xsat (t) = X-coördinaat van de satelliet op het tijdstip van uitzenden. Xrec = X-coördinaat van de ontvanger. Deze vergelijking wordt eveneens gebruikt voor het bepalen van de Y, Z coördinaten. De afstand van verschillende satellieten tot de ontvangers wordt gelijktijdig gemeten, waardoor een verschilvector kan opgesteld worden tussen beide ontvangers. Door de vector te koppelen aan de referentieontvanger, wordt een nauwkeurige plaatsbepaling van de rover verkregen (Van Boxstael, 2009). 23

33 Totaalstation Een totaalstation of tachymeter bestaat uit een theodoliet en een afstandsmeter. Een theodoliet meet horizontale en verticale hoeken doordat een kijker om een verticale en een horizontale as draait. Door een meetsysteem op beide assen wordt de hoekgrootte afgelezen. Het is zeer belangrijk dat het toestel waterpas staat. Dit is mogelijk door een ingebouwde waterpas en verstelbare schroeven. De afstandsmeter bepaalt de schuine afstand tot een punt. Deze schuine afstand wordt omgerekend naar de horizontale afstand. D.m.v. de horizontale hoek en de horizontale afstand worden de (x, y)- coördinaten van een bepaald punt bepaald. Bij betrekking van de verticale hoek bekomt men de (x, y, z) coördinaten, waarbij z de hoogte weergeeft (Van Boxstael, 2009). Figuur 3-15 Totaalstation 24

34 Laser Laser is een vrij nieuwe plaatsbepalingsmethode. Via laser altimeters of laserscanners is het mogelijk de plaats nauwkeurig te bepalen. Deze techniek wordt ook wel laser altimetry of LIDAR genoemd. De laser altimeter wordt in een vliegtuig of satelliet geplaatst en stuurt een infrarood lasersignaal uit op de in te meten locatie. Het signaal wordt door de aarde gereflecteerd en terug opgevangen door de laser altimeter. Met behulp van de looptijd van het signaal en rekening houdend met de geluidssnelheid, wordt de afstand tot de aarde bepaald. Uiteraard is het de bedoeling dat de (x, y, z)- coördinaten berekend worden. Naast de afstand tot het oppervlak moet men de locatie van het vliegtuig van waaruit de laser vertrok kennen, alsook de richting van de laseraltimeter. Deze e gegevens worden verkregen via GPS (GeoLas Consulting, 2010). In de tachymeter van de VMM zit een laserfunctie die plaatsbepaling mogelijk maakt. Deze functie is vrij langzaam in gebruik en wordt niet toegepast bij de VMM. Figuur 3-16 Laser altimetrie (AGIV, 2011) 25

35 Conclusie Voor een hoge accuraatheid is het gebruik van RTK-GPS (zie Tabel 3-1) aan te raden. Deze techniek is toepasbaar op zowel handmatige als akoestische technieken. Jammer genoeg Is het gebruik van GPS niet altijd mogelijk door te veel begroeiing, geen ontvangst, bruggen, Als dit het geval is, gaat men over tot het gebruik van het totaalstation. Bij deze methode wordt een spiegel bevestigd op de peilstok, peilhengel, boot. Het nadeel van het totaalstation is dat deze methode vrij arbeidsintensief is. Tabel 3-1 Overzicht plaatsbepalingsmethodes i.f.v. meettechnieken (STOWA, 2006) Meettechniek Peilstok Peilhengel Singlebeam Multibeam Georadar Medusa Uitzetwerk 5 5 n.v.t. n.v.t. n.v.t. n.v.t. GPS 5 m n.v.t. 5 m 5 m 5 m 5 m RTK-GPS 1 cm n.v.t. 1 cm 1 cm 1 cm 1 cm (D)GPS 2 m n.v.t. 2 m 2 m 2 m 2 m Totaalstation 1 cm 1 cm n.v.t. n.v.t. n.v.t. n.v.t. Laser 1 cm 1 cm n.v.t. n.v.t. n.v.t. n.v.t. 26

36 3.2.5 Keuze meetmethoden Zoals eerder aangehaald hangt het gebruik van een bepaalde methode af van de locatie. Indien men gebruik maakt van een boot, zoals bij de akoestische methoden, moet men er rekening mee houden dat een waterdiepte van 1.5 m noodzakelijk is. Verder kan men handmatig inpeilen wanneer ook hier de waterdiepte dit toelaat. Tabel 3-2 Overzicht gebruik van meetmethoden (STOWA, 2006) Meettechniek Peilstok Peilhengel Singlebeam Multibeam Georadar Medusa Waterdiepte <1.5 m <2 m >1.5 m >1.5 m m >0.2 m Waterbreedte onbeperkt <8 m >3 m >3 m >3 m onbeperkt Bovenkant slib /- + Onderkant slib +/- +/- +/- -? - Zout/brak water Reactie bodemvreemd materiaal n.v.t Spreiding meetmethoden De metingen moeten zo worden uitgevoerd dat een interpolatie tussen de verschillende punten een accuraat beeld geeft van de werkelijkheid. Zo zal men bij het gebruik van handmatig inpeilen, singlebeam echolood en georadar gebruik maken van dwarsraaien. De afstand tussen 2 dwarsraaien is van volgende aspecten afhankelijk: Type waterloop: in kunstmatig rechte aangelegde waterlopen en meren varieert het bodemprofiel minder sterk dan in bochtige natuurlijke beken. Type gebied: in stedelijk gebied bevatten de waterlopen meer grof vuil en verhardingen dan in landelijk gebied. Doel peiling: de inpeilingen kunnen nodig zijn voor onderhoudsbaggerwerken of voor saneringsbaggerwerken. In het geval van saneringsbaggerwerken is de nauwkeurigheid van de metingen van primordiaal belang, gezien men veelal te maken heeft met verontreinigd slib en de baggerkosten veel hoger liggen. De afstand tussen 2 dwarsraaien varieert tussen 25-50m bij saneringsbaggerwerken en om de 200 m bij onderhoudsbaggerwerken in landelijk gebied. In beken werkt men sowieso met een afstand van m, gezien de onvoorspelbaarheid van deze waterlopen. 27

37 3.3 Dataverwerking Algemeen Na het inmeten van de gekozen waterloop, worden data verkregen in de vorm van (x, y, z)- punten. Deze punten ontstaan door inmeten met behulp van één van de besproken methodes op pagina 13. Bij verder onderzoek van de waterloop is omzetting van deze punten in een 3D- model wenselijk. Een 3D-model, of een Digital Terrain Model, is een digitale weergave van het ingemeten oppervlak. Soms wordt een DTM ook wel DEM (Digital Elevation Model) genoemd (Droj, 2008). DTM s worden gebruikt voor volgende toepassingen: Visualisatie van het terrein; reductie van zwaartekrachtmetingen; cartografische en morfologische terrein analyse; verbeteren van satellietfoto s; extractie van terreinparameters onderzoek naar erosie; etc. Verder worden DTM s veel gebruikt om het reliëf van terreinen weer te geven in GIS systemen (Dalyot, Doytsher, & Katzil, 2009). De nauwkeurigheid van het DTM hangt af van interpolatiefouten, gekozen resolutie en de nauwkeurigheid van de bron data. Uiteraard wordt de nauwkeurigheid van de databron beïnvloed door de gekozen positiebepaling. (RTK-GPS en totaalstation zijn accurater dan uitzetwerk) (Keim et al., 1999) (Dadson, 1999). Een DTM kan uit verschillende soorten databronnen gegenereerd worden. De voornaamste vormen zijn fotometrisch (LIDAR), terreinsurveys en digitale cartografische data (Rahman, 1994). Digitale cartografische data worden veel gebruikt gezien de grote beschikbaarheid aan topografische kaarten. Deze vorm van dataverwerking is niet mogelijk bij onderzoek van subaquatische terreinen. In deze cases maakt men veelal gebruik van terreinsurveys. DTM kaarten kunnen in verschillende structuren weergegeven worden, de voornaamste zijn: TIN (Triangular Irregular Network) Contouren Grid Het TIN werd reeds in de jaren 70 ontwikkeld met de bedoeling een netwerk te vormen van onregelmatig geplaatste punten (Wadembere, 2000).Het is een netwerk van vectoren waarbij de gevormde driehoeken elkaar niet overlappen. Deze driehoeken variëren door de terreinruwheid (EGIS foundation, 1994). Een volgende weergave voorstelling van een DTM zijn contouren. Deze worden vooral gebruikt bij topografische weergaven. Contouren verbinden de punten met gelijke hoogte met elkaar. 28

38 De laatste mogelijke weergave is een grid, dit is gebaseerd op een regelmatig verdeeld rooster. Een grid kan rechtstreeks vanuit een puntenbestand gegenereerd worden, maar conversie van TIN of contouren naar grid is ook mogelijk. Figuur 3-17 Van links naar rechts: contour, grid, TIN (Dalyot, Doytsher, & Katzil, 2009) De echte berekening van deze modellen gebeurt door spatial interpolation algorithms (Droj, 2008). Elk van de eerder opgesomde weergaven werkt met een specifiek interpolatie algoritme (zie Figuur 3-17) Terramodel In deze masterproef wordt gebruik gemaakt van Terramodel. Dit is een softwarepakket geproduceerd door Trimble, een Amerikaans bedrijf gespecialiseerd in positiebepalingsystemen. Terramodel wordt omschreven als een flexibel software pakket, geschikt voor de snel veranderende wereld van survey, ontwerp en constructie (Trimble, 2010). Gezien VMM gebruik maakt van Trimble materiaal (GPS, totaalstation, ) is het logisch dat de keuze op Terramodel viel. Het verwerkingsschema van Terramodel ziet er als volgt uit (zie Figuur 3-18): 29

39 Figuur 3-18 Verwerking via Terramodel (Rijkswaterstaat directie Limburg, 2003) Hierbij worden de (x, y, z)-punten omgezet in een continu vorm/model. Bij deze conversie wordt gebruik gemaakt van interpolatie. In het geval van Terramodel gaat men over tot een DTM in de vorm van een TIN. Een eerste belangrijke stap is het vormen van het TIN (Wadembere, 2000). Hierbij is het belangrijk dat bij de inmeting, punten zo werden gekozen dat elke (belangrijke) verandering in het oppervlak vertegenwoordigd wordt door een punt. Verder is de vorming van de driehoeken zeer belangrijk. Deze kan op verschillende manieren gebeuren: The Delaunay triangulatie (Leica, 2010) Ordenen volgens afstand (Klinkenberg, 1997) In Terramodel wordt gebruikt gemaakt van de Delaunay triangulatie The delaunay triangulatie De vorming van driehoeken is gebaseerd op de Delaunay triangulatie. Deze methode werd ontdekt door Boris Delaunay in 1934 (McEachron, 2009). Hij gaf volgende definitie aan zijn methode: de omgeschreven cirkel van een driehoek wordt gevormd door drie punten en kan geen andere punten bevatten dan de drie die de cirkel bepalen. De omgeschreven cirkel wordt verkregen door de middelloodlijnen en van twee zijden te tekenen en met het verkregen snijpunt de cirkel te construeren (zie Figuur 3-19). 30

40 Figuur 3-19 Omgeschreven cirkel Het vormen van Delaunay Triangles berust op algoritmische berekeningen. De vijf meest gebruikte algoritmes zijn Incremental, Gift Wrap, Divide and Conquer, Sweepline en QuickHull (Su & Drysdale, 1996). Van deze vijf algoritmen zijn Divide and Conquer en Incremental het meest aangewezen voor de constructie van een TIN (De Wulf, Hennau, & Constales, 2006). Een veel gebruikte methode voor het vormen van Delaunay Triangles is edge flipping. Edge flipping, kortweg flipping genoemd, wordt gebruikt wanneer de driehoeken niet voldoen aan het Delaunay principe. Bij het flippen van zijden is het de bedoeling dat twee driehoeken die niet voldoen aan de Delaunay driehoeken na de ingreep wel voldoen. Deze werkwijze wordt weergegeven in Figuur De driehoek abc en acd voldoen niet aan Delaunay Triangles aangezien de omschrijvende cirkels respectievelijk d en b bevatten. Na flipping zijde ac tot bd, worden de driehoeken abd en bcd gecreëerd die wel voldoen aan Delaunay (De Wulf, Hennau, & Constales, 2006). Figuur 3-20 Edge flipping (De Wulf, Hennau, & Constales, 2006) Divide and Conquer algoritme Het divide and Conquer algoritme gebruikt de hele dataset en verdeelt deze in subsets zodat er één of twee driehoeken naast elkaar overblijven. Hierna worden de deeloplossingen aan elkaar verbonden (zie Figuur 3-21). Deze methode is t.o.v. het Incremental algoritme het meest aangewezen om grote datasets te verwerken erken gezien de hogere snelheid (De Wulf, Hennau, & Constales, 2006). 31

41 Figuur 3-21 Divide and Conquer (De Wulf, Hennau, & Constales, 2006) Incremental algoritme Dit algoritme start met de constructie van een driehoek die alle punten van de dataset bevat. Eén voor één worden de punten toegevoegd aan de driehoek en komen de Delaunay driehoeken tot stand. Dit proces wordt weergegeven in Figuur Eerst wordt het nieuwe punt P toegevoegd (a). Vervolgens wordt het punt verbonden met de zijden van de bestaande driehoek waarin het punt zich bevindt. Hierna wordt gecheckt of de nieuwe verbinding nog steeds voldoet aan het Delaunay principe. Er mag zich, met andere woorden, geen nieuw punt in de omgeschreven cirkel bevinden. Als de gevormde driehoek hieraan voldoet, verandert er niets en werd een deel van de Delaunay driehoek gevormd (c, d). Indien, zoals in (d), de gevormde driehoek niet voldoet, wordt de zijde geflipt en worden 2 andere diagonalen kandidaat om een zijde te worden. Dit proces gaat verder tot er geen kandidaat zijden meer te vinden zijn (streepjeslijn). (Lischinski, 1993) Doordat de snelheid daalt naarmate de dataset stijgt, is dit algoritme minder geschikt voor de constructie van een TIN uit grote datasets. Dit algoritme is eerder geschikt voor het updaten van een TIN en niet voor het vormen van een TIN (De Wulf, Hennau, & Constales, 2006). 32

42 Figuur 3-22 Toevoeging van een punt in de driehoek. (Lischinski, 1993) Interpolatie Na het construeren van het TIN gaat Terramodel over op interpolatie. Aangezien tijdens het inmeten een dataset ontstond die niet de gehele oppervlakte bedekt, is interpolatie nodig om alle tussenliggende punten te voorspellen (zie Figuur 3-23). Interpolatie wordt onderverdeeld in globale en lokale interpolatie. In het eerste geval is er sprake van een interpolatie die van alle punten in de dataset gebruik maakt. Logischerwijs zal het veranderen van één punt, de hele berekening veranderen (Caverly). Lokale interpolatie maakt enkel gebruik van de omringende punten, waardoor bij verandering van één punt enkel de omringende punten beïnvloed worden (Fürst) (Caverly). De interpolatiekeuze wordt bepaald door het type variabele en de afstand tussen de punten. 33