Inhoud. 1 Achtergrond Wat is de Argus videotechniek? De naam Argus

Transcriptie

1

2

3

4 Inhoud 1 Achtergrond Wat is de Argus videotechniek? De naam Argus Historische ontwikkeling van het Argus programma De Argus techniek: systeem en data Van wetenschap naar kustbeheer Video monitoring in de praktijk Voorbereiding en uitvoering van een video installatie Voorbereiding: Operationele randvoorwaarden en ontwerp Specificatie van video hardware Uitvoering: Installatie van het videostation in het veld Regulier beheer en onderhoud Het gebruik van Argus videobeelden Inleiding Standaard bewerking van videobeelden en de Argus database Kwantitatieve analyse van Argus videobeelden Uitbreiding van de Argus werkomgeving in de nabije toekomst Presentatie van beheersparameters uit video Kosten van de Argus videotechniek Samenwerking RWS-WL rond een Argus toepassing Kostenschatting WL-bijdrage aan Argus project Resumerend A The Argus runtime Environment... A 1 1 i

5 A.1 DataBase Organizer (DBO)... A 1 A.2 geomtool2002 (FG)... A 3 A.3 Argus Field Data Manager (FDM)... A 6 A.4 Argus Merge Tool (AMT)... A 10 A.5 Argus Movie Maker (MM), Windows only... A 11 A.6 Argus Stack Tool (AST)... A 12 A.7 Intertidal Beach Mapper (IBM)... A 13 A.8 Intertidal Bathymetry (ibathy)... A 15 A.9 Intertidal Beach Processor (IBP)... A 17 B Notitie prijsstelling Argus licenties RWS... B 1 1 ii

6 1 Achtergrond In het kader van EU-project CoastView (contractnr. EVK3-CT ) wordt gewerkt aan de verbetering en toepassing van de Argus videotechniek ter vergroting van ons inzicht in het gedrag van kustsystemen en ter ondersteuning van praktische besluitvorming door kustbeheerders. De uitkomsten van CoastView (en gerelateerde projecten zoals het Voortschrijdend Onderzoeksprogramma VOP van RIKZ en WL) vormen het uitgangspunt voor de evaluatie van de meerwaarde van de Argus videotechniek voor Nederlandse kustbeheerders. Deze evaluatie wordt momenteel uitgevoerd door Rijkswaterstaat en naar verwachting afgerond op 1 april Bepalend voor de uitkomst van de evaluatie zijn de monitoring producten die verkregen met de videotechniek, hun relevantie voor gebruik in de praktijk van de kustbeheerder en de gerelateerde kosten. Een overzicht van Argus monitoring producten (zgn. video-derived Coastal State Indicators, CSI s) inclusief een beschouwing van nauwkeurigheden en bruikbaarheid voor kustbeheer wordt gegeven in de parallel opgeleverde VOP-2004 rapportage Bruikbaarheid voor de kustbeheerder van door Argus gemeten beheersparameters door Wijnberg en Aarninkhof. Dit rapport richt zich op de praktische aspecten rond de inzet van Argus video monitoring. Daartoe wordt een beknopt overzicht gegeven van de historische ontwikkeling van de Argus techniek en de in Nederland aanwezige video stations (Hoofdstuk 2), gevolgd door een beschrijving van de mogelijkheden en beperkingen van de huidige generatie video systemen en standaard analyse software (Hoofdstuk 3). In Hoofdstuk 4 wordt aandacht geschonken aan verschillende vormen van Argus samenwerking tussen Rijkswaterstaat en WL, en de daaraan gerelateerde kosten vanaf het moment van installatie tot en met de kwantificering van CSI s. Deze rapportage dient ter ondersteuning van de door RIKZ uit te voeren evaluatie van de meerwaarde van de Argus video monitoring techniek en wordt opgeleverd als Product van Overeenkomst RKZ-1418 (Deelproject 6 van het Voortschrijdend Onderzoeksprogramma RIKZ-WL). 1 1

7 2 Wat is de Argus videotechniek? 2.1 De naam Argus De naam Argus is afkomstig uit de Griekse mythologie. Op één van zijn vele tochten over de aarde viel het oog van Zeus de oppergod op Io, een mooie jonge vrouw. Om haar te beschermen tegen zijn jaloerse vrouw Hera veranderde hij haar in een kalf. Hera stuurde echter Argus om haar te bewaken. Argus had 100 ogen over zijn hele lichaam, waarvan hij er slechts twee tegelijk kon laten slapen. Zeus stuurde daarop Hermes die Argus met zijn lier helemaal in slaap suste waardoor hij in staat was Argus te doden. Iets met Argusogen bekijken betekent dan ook; iets argwanend in de gaten houden. En dat is precies wat het Argus videosysteem doet. Het Argus videosysteem bestaat uit een aantal camera's die de kust scherp in de gaten houden. Uit deze ruwe beelden is via verschillende analyse technieken allerlei informatie af te leiden. 2.2 Historische ontwikkeling van het Argus programma Sinds 1984 is door de groep van Prof. Rob Holman (Coastal Imaging Lab, Oregon State University, USA) gewerkt aan de ontwikkeling van de Argus video techniek. In eerste instantie gebeurde dat op basis van analoge videodata (film), welke op het Coastal Imaging Lab gedigitaliseerd werden voor verdere nabewerking. Vooral de tijdgemiddelde beelden bleken zeer bruikbaar. Deze nieuwe technieken zijn uitgebreid getest tijdens de grootschalige veldexperimenten in 1986 te Duck (North Carolina, USA). Naar aanleiding van dit pionierswerk is besloten op reguliere basis video data te gaan verzamelen. Vijf jaar later, in 1991, werd het eerste onbemande videostation geïnstalleerd in St. Petersburg (Florida, USA). De naam Argus is in gebruik sinds de installatie van het eerste volledig gecomputeriseerde station in 1992 op Yaquina Head (langs de kust van Oregon, USA). Vanaf dit moment worden video data ieder uur volautomatisch verzameld en opgeslagen op een lokaal archiefsysteem, dat via het internet bereikbaar is voor de gebruikers. Binnen het Argus programma wordt door een wereldwijde onderzoeksgroep voortdurend gewerkt aan de technische verbetering van de videosystemen waarmee data wordt ingewonnen en de ontwikkeling van methodieken om beelden te analyseren. Nieuwe ontwikkelingen worden gepresenteerd en uitgewisseld tijdens de Argus workshop die sinds 1996 elke 18 maanden wordt georganiseerd. Nederland is betrokken bij het Argus programma sinds de installatie van het Noordwijk station (mei 1995) door Oregon State University en de Universiteit Utrecht, gevolgd door installaties op de Egmondse Coast3D site (december 1997, OSU) en Jan van Speijk vuurtoren in Egmond (mei 1999, Rijkswaterstaat). Naast de Universiteit Utrecht zijn binnen Nederland Rijkswaterstaat, WL Delft Hydraulics en de Technische Universiteit Delft actief betrokken bij het Argus programma. 2 1

8 2.3 De Argus techniek: systeem en data Een Argus video systeem bestaat fysiek uit twee componenten, te weten een veldstation op lokatie en een archiefstation (Figuur 2.1). Een veldstation bestaat uit een variabel aantal camera s (meestal vijf, omdat daarmee een volledig 180º zichtveld kan worden beslagen), een computer die de camera s aanstuurt en enkele aanvullende hardware componenten die de verbinding van de camera s met de computer verzorgen (zie paragraaf 3.1 voor een gedetailleerde specificatie). Het veldstation staat in verbinding met het archiefstation via ADSL of in geval van de wat oudere stations een analoge telefoonlijn. Deze verbinding wordt gebruikt voor het overhalen van de videodata van het veldstation naar het archiefstation, ter specificatie van schema s voor het inwinnen van niet reguliere videodata (zoals meerdere beelden per uur of timestacks) en voor het uitvoeren van beheer en onderhoud op afstand (inclusief upgrades van de data collectie software). Eenmaal op het archiefstation zijn de videobeelden toegankelijk via het internet ( Daarnaast kunnen frequente Argus gebruikers op verzoek automatisch een copie van de beelden toegestuurd krijgen, waardoor een lokaal archief wordt opgebouwd. In geval van het Noordwijk station staat het archiefstation bij de Universiteit Utrecht en wordt een copie van de beelden doorgestuurd naar OSU en WL. In geval van de twee Egmond station bevindt het archiefstation zich bij WL en wordt een kopie van de beelden doorgestuurd naar de Universiteit Utrecht en Rijkswaterstaat. WL verzorgt tevens de back-up van de Nederlandse beeldarchieven, zodat de historische datareeks niet verloren gaat in geval van calamiteiten met de Argus server. Controle Veldstation Data Controle Beheerder Controle Archiefstation Beelden Internet Frequente Gebruikers Fig. 2.1: Componenten van een Argus video systeem Routinematig verzamelt een Argus videostation elk uur drie typen beelden: een momentopname, een tien minuten tijdgemiddelde beeld en een variantiebeeld. De momentopname dient om de locale (weers)condities vast te leggen, maar speelt verder geen belangrijke rol in de analyse. Het tijdgemiddelde beeld wordt gegenereert door gedurende tien minuten elke seconde een snapshot te nemen en deze te middelen over de tijd. Het resultaat is een glad patroon van helder witte banden, dat aangeeft waar gemiddeld genomen 2 2

9 Praktische Facetten Inzet Argus Z3781 Oktober 2004 de meeste golven breken. Dit patroon biedt een betrouwbare indicatie van de ligging van ondiepte gebieden en wordt dan ook gebruikt voor de bepaling van de bodemligging in de brandingszone. Daarnaast wordt dit type beeld gebruikt voor de bepaling van morfologische veranderingen op het intergetijdestrand. Het variantiebeeld tenslotte toont de variabiliteit van het lichtsignaal gedurende de tien minuten van de tijdmiddeling. Variantiebeelden kunnen helpen om gebieden met een bewegend oppervlak te onderscheiden van gebieden waar weinig gebeurt. Zo wordt het droge strand veelal donker afgebeeld ten opzichte van het bewegende water. Fig. 2.2 geeft een voorbeeld van de drie standaard Argus beelden. Fig. 2.2: Beelden van Egmond station Jan van Speyk (Camera 5 dd. 31 maart 2003). Momentopname, tijdgemiddeld beeld en variantiebeeld. Naast tijdgemiddelde data biedt een Argus videostation de mogelijkheid om tijdseries van pixelintensiteiten in te winnen. Dit gebeurt meestal met een frequentie van 2 Hz. Onderzoek door Oregon State University heeft laten zien dat dergelijke tijdseries een goede overeenkomst vertonen met een simultaan gemeten golfhoogtesignaal (Fig. 2.3). Dit type data wordt dan ook gebruikt voor de bepaling van golfkarakteristieken, zoals golfperiode en richting. Observed surface pixel Submerged pressure sensor a Amplitude (cm) Intensity (-) Duck NC, Nov. 14, b c Time (s) Fig. 2.3: Tijdserie van pixelintensiteiten (b) versus simultaan gemeten golfhoogtesignaal (c). De data zijn ingewonnen in Duck (USA) en afkomstig uit Lippmann and Holman (1993). Een derde data type, de zogenaamde timestack beelden, wordt verkregen door tijdseries van beeldintensiteiten in te winnen langs een raai van pixels. Het voorbeeld in Fig. 2.4 is verkregen door dit te doen langs een kustdwarse pixelraai in Duck (NC). De heldere band aan de bovenzijde (rond x = 170 m) is gerelateerd aan brekende golven op de kustlijn. De donkere, ietwat gekromde lijnen representeren individuele golven die zich voortplanten richting kust. De lokale helling van deze lijnen geeft een maat voor de voortplantingssnelheid van de golven, op basis waarvan een schatting kan worden gemaakt van de lokale 2 3

10 waterdiepte. Daarnaast worden timestack beelden gebruikt om de grootte en richting van kustlangse stroomsnelheden te bepalen. Cross shore distance (m) Time (s) Fig. 2.4: Voorbeeld van een kustdwars timestack beeld van Duck (NC). De verticale is positief richting zee, de kustlijn ligt rond x = 170 m. 2.4 Van wetenschap naar kustbeheer Gedurende de jaren 80 en de eerste helft van de jaren 90 werd de ontwikkeling en toepassing van de Argus videotechniek primair geïnspireerd vanuit een wetenschappelijke interesse. In dat kader heeft Oregon State University wereldwijd een tiental Argus stations geïnstalleerd (Fig. 2.5), die bedoeld waren voor de bestudering van het gedrag van natuurlijke kustsystemen in afwezigheid van menselijke ingrepen. De keuze van de sites was gebaseerd op een maximale diversiteit aan hydrodynamische en morfologische condities, variërend van reflectieve tot dissipatieve stranden met een variatie aan getij ranges en sediment karakteristieken. Daarnaast vormden grootschalige meetcampagnes zoals recentelijk het Nearshore Canyon Experiment nabij San Diego een aanleiding voor de installatie van een Argus station. Fig. 2.5: Overzicht van Argus sites wereldwijd. Met de toename van het gebruik van Argus video monitoring gingen medio jaren 90 stemmen op om de techniek ook te gaan inzetten op kustlocaties met een specifiek beheersprobleem. Dit heeft geleid tot een kleine twintig Argus installaties in Europa, Australië, Noord-Amerika en Japan, waarbij onder andere gekeken is naar de effectiviteit van strand- en vooroeversuppleties, de respons van een kustsysteem op de aanleg van een kunstmatig surf rif of een havendam en de doelmatigheid van een zogenaamd sand by-pass system. Belangrijk punt van aandacht bij dit soort toepassingen is de presentatie van Argus analyse resultaten in termen van voor de kustbeheerder bruikbare parameters. Een uitputtend 2 4

11 overzicht van internationale Argus toepassingen ten behoeve van kustbeheer zal worden gegeven in de notitie Argus en Kustbeheer: Internationale inzet, welke later dit jaar in VOP kader wordt opgeleverd. 2 5

12 3 Video monitoring in de praktijk Dit hoofdstuk geeft een overzicht van de praktische gang van zaken rond een gangbaar Argus video monitoring project. Daartoe worden de verschillende componenten van een project besproken, te beginnen met de (i) voorbereiding en uitvoering van de installatie van een video station, (ii) beheer en onderhoud op lokatie, (iii) standaard nabewerking van de video data en gerichte analyse van de beelden en (iv) de presentatie van beheersparameters. Hierbij ligt de nadruk op de uit te voeren werkzaamheden (met aandacht voor de interactie tussen Rijkswaterstaat en WL) en de mogelijkheden van de huidige operationele werkomgeving. Tevens wordt een specificatie gegeven van de gebruikte video hardware. 3.1 Voorbereiding en uitvoering van een video installatie Voorbereiding: Operationele randvoorwaarden en ontwerp Alvorens over te gaan tot de installatie van een Argus video station dient een drietal zaken nadrukkelijk vastgesteld te worden: Meerwaarde van Argus video monitoring. Het gebruik van een hoge resolutie video monitoring techniek dient meerwaarde te bieden boven het gebruik van traditionele survey methodes (zoals Jarkus lodingen en WESP metingen). De Argus video techniek leent zich optimaal voor het monitoren van kustproblemen die zich manifesteren op een ruimteschaal van enkele meters tot enkele kilometers en een tijdschaal van uren tot jaren. Dit betekent bijvoorbeeld dat Argus zeer geschikt is voor de bestudering van seizoensfluctuaties in de strandbreedte, de ontwikkeling van strand- en vooroeversuppleties, kustafslag tijdens stormen of de morfologische impact van waterbouwkundige constructies. Daarentegen is het binnen het huidige kustbeleid niet opportuun om de hele Nederlandse kust vol te bouwen met videostations. De morfodynamiek van verschillende kustvakken is immers niet dusdanig dat deze hele hoge eisen stelt aan de ruimtelijke en temporele resolutie van de monitoring techniek. Operationele geschiktheid van de monitoring site. Zodra de meerwaarde van het gebruik van video monitoring op een lokatie is vastgesteld dient te worden nagegaan of de lokatie de faciliteiten biedt die nodig zijn voor de toepassing van Argus. Dit betekent dat de beoogde lokatie dient te beschikken over: a) Een stabiel, hoog gelegen platform om de camera s te monteren. Voor het monitoren van kustprocessen over een kustzone van 3 km (dat wil zeggen, 1.5 km aan weerszijden van het station) wordt veelal gebruik gemaakt van een gebouw of toren met een hoogte van 30 tot 50 m ten opzichte van zeeniveau en een afstand van 0 tot 100 m vanaf de hoogwaterlijn. In geval van grotere hoogtes kan het horizontaal bereik nog wat toenemen. b) Een droge, afsluitbare ruimte om de computer en aanvullende video hardware in onder te brengen. De benodigde ruimte is marginaal. Een eenvoudige kast volstaat, en vaak kan de video hardware netjes weggeborgen worden in de technische installatieruimte van bijvoorbeeld een hotel. In geval van een afgelegen installatie 3 1

13 zonder vaste bebouwing is het mogelijk om de hardware op te slaan in een zeecontainer in de directe nabijheid van de camera s, of in een speciale, waterdichte doos waar de computer plus video apparatuur in past. Punt van aandacht zijn de te verwachten temperatuurschommelingen, aangezien het station niet goed zal functioneren bij temperaturen beneden de 5 of boven de 35 graden Celsius. Met name een hoge buitentemperatuur kan voor problemen zorgen. Een koude buitentemperatuur vormt meestal niet direct een probleem, vanwege de warmte die de computer plus video apparatuur afgeeft tijdens werking. c) Stabiele stroomvoorziening voor de computer en de camera s. Bij montage bovenop een gebouw is hierin meestal eenvoudig voorzien. In geval van een afgelegen installatie kan gebruik gemaakt worden van een dieselgenerator of een combinatie van zon- en windenergie. Het benodigde vermogen voor een vijf camera station met laptop computer bedraagt ca. 100 W maximaal. d) Een afdoende telecommunicatie infrastructuur. Idealiter beschikt een beoogde lokatie over een telefoonlijn met ADSL aansluiting. In dat geval is het video station 24 uur per dag on-line, beschikt het over voldoende bandbreedte om grote hoeveelheden data te ontsluiten en vindt het transport van data niet noodzakerlijker wijs pas s nachts plaats. Bovendien is voor het transport van hedendaagse videobeelden (1024x768 pixels) het gebruik van ADSL goedkoper dan een analoge telefoonlijn. Indien de beoogde lokatie niet beschikt over een telefoonlijn kan dit worden ondervangen door de aanleg van een draadloze verbinding met een gebouw dat wel beschikt over een vaste telefoonlijn. Voorwaarde is dat dit gebouw zich bevindt binnen een afstand van ca. 5 km van het videostation en dat er een vrije zichtlijn is tussen de zender en ontvanger van de verbinding. Het gebruik van mobiele telecommunicatie is technisch mogelijk maar niet aan te raden vanuit oogpunt van kosten en bandbreedte. 3. Zichtbaarheid van het fenomeen van interesse. De zichtbaarheid van het fenomeen van interesse hangt af van positionering ten opzichte van de camera s, de gangbare meteorologische condities, het type lenzen en de afmetingen van het fenomeen van interesse. De belangrijkste parameter in dit verband is de pixel resolutie, uitgedrukt in de afmetingen van een pixel projectie op het grondvlak (meestal zeeniveau). De afmetingen van een pixel projectie nemen toe met toenemende afstand tot het video station en toenemende breedte van de zichthoek van een lens. Afhankelijk van de monitoring doelstelling worden verschillende eisen gesteld aan de pixel resolutie. De bepaling van stroomsnelheden is mogelijk voor pixel projecties in de orde van enkele decimeters kustdwars, voor waterlijnen is de benodigde resolutie 1 à 1.5 m kustdwars en voor golfdissipatie patronen enkele meters. Verder verdient het aanbeveling de montage lokatie zodanig te kiezen dat de camera s gedurende de dag zo min mogelijk tegen de zoninkijken. De keuze van de optimale montage lokatie geschiedt in nauw overleg tussen Rijkswaterstaat en WL. Hierbij draagt Rijkswaterstaat de benodigde informatie aan voor wat betreft de doelstellingen van het monitoring project en de beschikbare infrastructurele faciliteiten op de beoogde lokatie. Op basis daarvan maakt WL een uitgekiend ontwerp van het station. Dit betreft met name de bepaling van het aantal camera s en de te gebruiken typen lenzen. De voorbereidingsfase wordt afgesloten met een gedetailleerde specificatie van alle benodigde hardware door WL en de aanschaf daarvan door Rijkswaterstaat. 3 2

14 3.1.2 Specificatie van video hardware De eerste generatie Argus video stations (Argus-I) had op lokatie de beschikking over een eenvoudige PC met DOS besturingssysteem, uitgerust met een zwart-wit beeldprocessor. De robuustheid van deze stations liet te wensen over, vandaar dat de stations sinds augustus 1997 op lokatie de beschikking kregen over een aanzienlijk betrouwbaarder Silicon Graphics (SGI) werkstation. Tegelijkertijd werd besloten tot de installatie van kleurencamera s en vond een opwaardering plaats van de video switch, waardoor het aantal te bedienen camera s opliep tot 6. Hiermee was de tweede generatie Argus video stations (Argus-II) een feit. Nadeel van Argus-II waren de beperkte mogelijkheden voor het simultaan aansturen van meerdere camera s (maximaal 2) en verlies van beeldkwaliteit door het analoge transport van beelden van de camera s naar de veldcomputer. Om deze nadelen het hoofd te bieden én vanwege de hoge kosten en beperkte beschikbaarheid van SGI werkstations is de Argus wereld in 2002 overgegaan op de derde generatie Argus stations (Argus-III). Deze beschikken over volledig digitale technologie (en navenant betere beeldkwaliteit), geven een hogere beeldresolutie en bieden verbeterde mogelijkheden voor simultane beeldinwinning van meerdere camera s. De camera s van een Argus-III station worden aangestuurd door een op Linux gebaseerde standard PC. Indien het stroomverbruik op lokatie geminimaliseerd moet worden (bv. bij gebruik van windmolens en zonnecollectoren voor de stroomvoorziening) kan de PC vervangen worden door een laptop. Een dergelijke configuratie is met succes toegepast op de Egmond Coast3D site, waar in februari 2004 een volledig stand-alone Argus station is gerealiseerd. De configuratie van een Argus-II en een Argus-III video station is schematisch getoond in Fig cam cam cam cam hub cam cam cam cam cam trigger SGI switch pow+sync Argus-II station Argus-III station Fig. 3.1: Configuratie van een Argus-II en Argus-III video station Zoals blijkt uit bovenstaande configuratie schets beschikt een Argus-II station naast het SGI werkstation voor de aansturing van de camera s en de tijdelijke opslag van beelden over een video switch, camera synchronisatie en voeding (power synch). De video switch is een schakelaar onder aansturing van de SGI, die er voor zorgt dat het video signaal van één van de camera s wordt doorgeschakeld naar de video ingang van de SGI. Door de camera s te 3 3

15 synchroniseren hoeft de SGI bij het omschakelen tussen 2 camera s niet telkens opnieuw uit te zoeken waar het beeld van een camera begint De configuratie van een Argus-III station is afhankelijk van de afstand tussen de camera s en de computer. Beperkende factor is de IEEE-1394 ( Firewire ) standaard die een maximale kabel lengte van 4.5 m per segment toestaat. Bij een kleine afstand tot 8 m kunnen de camera s rechstreeks verbonden worden met de computer. Dit kan enkele keren verlengd worden met 4.5 m door gebruik te maken van hubs. Aangezien het gebruik van een keten van hubs zeker in de buitenlucht niet wenselijk is kan voor grotere afstanden gebruik worden gemaakt van een glasvezel (optische) verbinding. Bij gebruik van een fiber optische verbinding is een extra 12V stroomvoorziening nodig nabij de camera s. Verder beschikt een Argus-III station over een externe trigger, die de aansturing van de camera s verzorgt. De hardware karakteristieken van een Argus-II en een Argus-III station worden hieronder nog eens in tabelvorm naast elkaar gezet. Argus-II Argus-III Lokatie Noordwijk, Egmond vuurtoren Egmond Coast3D Beeldafmetingen Veldcomputer Camera s Lenzen Verbinding camera s - computer 640x480 pixels (NTSC) 768x576 pixels (PAL) SGI-O2 werkstation met analoge video optie. Minimaal: 180MHz R5000SC processor, 64 MB RAM, 4 GB disk Sony SSC-DC50P Waterdichte behuizingen C-mount lenzen met vaste brandpuntsafstandenhandmatigeiris RG-59 MIL-C 75-Ω coax kabel Additionele hardware Kramer VS-601N Vertical Interval Switcher met optionele RS-232 control interface Telecommunicatie infrastructuur Sony YS-W270P Camera Adaptor voor 1-4 camera s ADSL router (eerste keus) óf ISDN router met BRI lijn (tweede keus) óf analoge modem met verbinding naar lokale service provider Archiefstation Eenvoudige PC met voldoende disk ruimte. Besturingssysteem Linux. Video data wordt ontsloten via NFS, Samba, FTP en HTTP. 1024x768 pixels Intel Pentium-4 PC. Minimaal 1.6 Ghz, 512 MB RAM, 20 GB disk Sony DFW-X700 Waterdichte behuizingen C-mount lenzen met vaste brandpuntsafstandenhandmatigeiris IEEE-1394 kabels plus hubs Indien nodig materieel voor fiber optische verbinding: Optical repeater (2 stuks, 400 Mbit/sec), voldoende glasvezelkabel & 12V stroomvoorziening (kan in combikabel) IEEE-1394 PCI interface card die minimaal 7 contexts ondersteunt Trigger Camera reset box (dedicated hardware) ADSL router (eerste keus) óf ISDN router met BRI lijn (tweede keus) óf analoge modem met verbinding naar lokale service provider Eenvoudige PC met voldoende disk ruimte. Besturingssysteem Linux. Video data wordt ontsloten via NFS, Samba, FTP en HTTP. Tabel 3.1: Gedetailleerde hardware specificatie voor Argus-II en Argus-III stations. 3 4

16 3.1.3 Uitvoering: Installatie van het videostation in het veld De uitvoeringsfase start met het testen van alle geleverde hardware componenten in het laboratorium. Vast onderdeel van de testprocedure is het calibreren van de camera s plus lenzen. Dit gebeurt door met elke camera afzonderlijk een opname te maken van een vast referentiepatroon, bestaande uit witte cirkels tegen een zwarte achtergrond. Analyse van het waargenomen patroon levert een tweetal distortie coëfficiënten d 1 en d 2, die gebruikt worden om videobeelden te corrigeren voor radiale beeldvervorming. Na de testfase volgt de installatie van het videostation in het veld. Dit gebeurt in nauwe samenspraak van Rijkswaterstaat en WL. Voorafgaand aan de installatie heeft Rijkswaterstaat gezorgd voor een gedegen montage platform in het veld, zodat het monteren van de camera behuizingen soepel kan verlopen. Alle video apparatuur wordt geïnstalleerd en uitgebreid getest in het veld. Belangrijk onderdeel van de installatieprocedure is de survey van zogenaamde Ground Control Points. Dit zijn goed zichtbare referentiepunten binnen het blikveld van een camera, die gebruikt gaan worden om het verband te leggen tussen de locatie van een object op een videobeeld en de locatie van datzelfde object in wereldcoördinaten (zie de beschrijving van geomtool, Appendix A.2). De survey van Ground Control Points gebeurt normaal gesproken met een GPS, dat wordt aangeleverd door Rijkswaterstaat. WL draagt bij middels advies voor wat betreft de keuze van een geschikte set Control Points (minimaal 3 per camera met voldoende spreiding over het scherm). Laatste stap van de installatie op locatie is het opzetten van de telecommunicatie infrastructuur, via welke het veldstation communiceert met het archiefstation. Met de realisatie van de verbinding tussen veldstation en archiefstation zijn de werkzaamheden in het veld voltooid en kan de installatie worden afgerond op kantoor. Dit betekent met name dat het Argus archiefstation moet worden ingericht voor ontvangst van de video data van de nieuwe site. De nieuwe site dient te worden toegevoegd aan de website en het batch programma dat iedere automatisch nieuwe html pagina s genereert dient te worden uitgebreid voor de nieuwe site. Tenslotte dient de standaard Argus database met meta informatie te worden opgezet voor de nieuwe site. Deze database bevat alle informatie die nodig is voor het interpreteren van de videobeelden (dat wil zeggen, informatie over het type camera, beeld processor, de Argus lokatie, Ground Control Points, etc) maar uitdrukkelijk niet de beeldarchieven zelf. Een succesvolle installatie wordt afgesloten met de bepaling van een set initiële geometrie oplossingen voor elk der camera s, gebaseerd op de distortie coëfficiënten d 1 en d 2 uit de testfase, de ingemeten Ground Control Points en de standaard Argus database. 3.2 Regulier beheer en onderhoud Regulier beheer en onderhoud van het Argus systeem betreft zowel de reguliere onderhoudswerkzaamheden aan de video apparatuur op lokatie als het onderhoud van de software waarmee video data worden ingewonnen. Reguliere werkzaamheden op lokatie zijn het schoonmaken van het glas van de camerabehuizingen en de controle van alle componenten van het video systeem, inclusief de energievoorziening. Reguliere werkzaamheden op afstand betreft met name de controle van het functioneren van de software en het uitvoeren van software upgrades. 3 5

17 Ervaring heeft geleerd dat installaties bovenop een vast gebouw (goede stroomvoorziening, robuuste communicatie infrastructuur) minder onderhoud vergen dan de wat complexere installaties bovenop bijvoorbeeld een afgelegen mast. Vooral gedurende de periode was het Egmond Coast3D systeem zeer onderhoudsgevoelig. Dit kwam doordat de in het strand ingegraven telefoonkabel van het Coast3D station naar Egmond voortdurend door bliksem getroffen werd. Met de vervanging van deze telefoonkabel door een draadloze verbinding is dit probleem verholpen, maar nog steeds is de onderhoudsinspanning voor het Coast3D station naar schatting een factor 2 groter dan voor het Jan van Speijk station. Voor de Egmond stations Coast3D en Jan van Speijk wordt regulier beheer en onderhoud op lokatie verzorgd door de Informatiedienst Water van Rijkswaterstaat. Voor het Noordwijk station vervult de Universiteit Utrecht deze rol. In geval van haperende beeldinwinning wordt allereerst geprobeerd op afstand in te loggen op het veldstation om het probleem te verhelpen. Indien dit geen soelaas biedt wordt een bezoek gebracht aan het veld. Vaak blijkt dan dat één van de hardware componenten (telecommunicatie, stroomvoorziening of video apparatuur) hapert en in het ergste geval vervangen moet worden. WL springt bij in geval van complexe problemen op lokatie en in geval van aanpassingen aan de configuratie van één der systemen. Tot op heden heeft WL invulling gegeven aan deze rol als onderaannemer van de Informatiedienst Water, waarbij het bedoeling was zoveel mogelijk kennis van het Argus systeem over te dragen aan mensen van de Informatiedienst. Gezien de afname van de WL bijdrage aan beheer en onderhoud over de afgelopen jaren wordt geconcludeerd dat deze opzet succesvol heeft gewerkt. 3.3 Het gebruik van Argus videobeelden Inleiding De activiteiten besproken in Paragraaf 3.1 en 3.2 zijn gericht op het inwinnen van de video data en het opbouwen van het Argus beeldarchief. Dit archief is op zichzelf al bruikbaar voor een visuele inspectie van de toestand van de kust en kan faciliteren in discussies met stakeholders in de kustzone. Echter, om te komen tot een kwantitatieve analyse van de processen in een kustsysteem is nog een aantal vervolgstappen nodig. Hiervoor is een operationele set applicaties ontwikkeld welke deel uitmaken van de zogenaamde Argus werkomgeving ( Argus Runtime Environment, ARE), zie Fig

18 Videodata (beelden, stacks) argustools Resultaten Veldgegevens (getij, golven) Argus database (meta-informatie) Fig. 3.2: Opzet van de operationele Argus werkomgeving De Argus werkomgeving is opgezet om op efficiënte wijze een koppeling te leggen tussen de beeldarchieven, externe meetgegevens (zoals getijwaterstanden en golfdata) en de Argus database van meta-informatie. De set Argus applicaties ( argustools ) vormt de interface tussen deze bronnen. In het vervolg van deze paragraaf wordt bij de beschrijving van de beschikbare applicaties onderscheid gemaakt naar tools voor standaard nabewerking van de beelden en de Argus database (Paragraaf 3.3.2) en tools voor beeldanalyse (Paragraaf 3.3.3). Voor een gedetailleerde beschrijving van de werking van de verschillende tools wordt verwezen naar Appendix A Standaard bewerking van videobeelden en de Argus database Alvorens over te gaan tot de gerichte analyse van Argus videobeelden ten behoeve van gebruik voor kustbeheer (Paragraaf 3.3.3) is het nodig dat (i) alle relevante meta-informatie beschikbaar is in de Argus database, (ii) dat de gewenste getij- en golfinformatie wordt ingebed in de Argus werkomgeving en (iii) dat de beelden een aantal standaardbewerkingen ondergaan. Deze drie stappen worden beschreven in deze paragraaf, inclusief een verwijzing naar de applicaties die daarvoor beschikbaar zijn. Het actualiseren van de Argus database van meta-informatie Zoals gesteld in Paragraaf wordt als onderdeel van de installatie van de installatie van een nieuw station de Argus database opgezet. Deze activiteit wordt verzorgd door WL om er voor te zorgen dat de nieuwe site op unieke wijze kan worden ingebed in het wereldwijde netwerk van Argus sites. De database bevat alle informatie die nodig is voor een kwantitatieve interpretatie van de videobeelden. Het meerendeel van deze informatie wordt eenmalig ingevoerd ten tijde van de initialisatie van de database (direct na installatie van het station). Dit betreft onder andere het type beeldprocessor, het type camera, de distortie coëfficiënten voor elke camera, algemene site informatie en de coördinaten van de beschikbare Ground Control Points. Mocht een Argus gebruiker daarna nog iets willen wijzigen aan deze basisinformatie, dan kan dat met behulp van de Data Base Organizer (DBO, zie Appendix A.1). Wellicht het belangrijkste onderdeel van de Argus database zijn de geometrie oplossingen. Een geometrie oplossing beschrijft de oriëntatie en kijkhoek van een camera en legt op die manier het verband tussen de positie van een object (bv. een muistroming of een kustlijn) op het beeld en in werkelijkheid. Geometrie oplossingen kunnen worden aangemaakt en 3 7

19 opgeslagen in de database met behulp van geomtool (FG, zie Appendix A.2). Dit gebeurt door op een goede kwaliteit Argus beeld de lokatie van bekende Ground Control Points aan te klikken. Geomtool legt vervolgens het verband tussen de aangeklikte beeldcoördinaten en de ingemeten veldcoördinaten van de Ground Control Points en bepaalt daaruit de geometrie oplossing. Wanneer de oriëntatie van een camera verandert (bijvoorbeeld na onderhoud van de camera s of na een zware storm) dient de geometrie oplossing aangepast te worden. Dit gebeurt door met geomtool een nieuwe oplossing aan te maken. Het is dan ook zaak om op reguliere basis de geldigheid van de meest recente geometrie oplossing te controleren en zo nodig een nieuwe oplossing aan te maken. Met behulp van DBO kan een overzicht verkregen worden van de beschikbare oplossingen in de database. Indien onverhoopt een ongeldige oplossing wordt opgeslagen, dan kan deze met DBO worden verwijderd. Het inbedden van getij- en golfinformatie De beschikbaarheid van actuele getij- en golfinformatie is van groot belang voor de kwantitatieve analyse van Argus videobeelden. Zo worden ruwe videobeelden veelal geprojecteerd op een horizontaal grondvlak op getijniveau om een bovenaanzicht van de kust te verkrijgen (zie hieronder) en zijn getij- en golfgegevens onmisbaar voor het nauwkeurig bepalen van de positie en hoogteligging van een waterlijn afgeleid uit een videobeeld. De Argus werkomgeving beschikt over routines die gegeven de naam van een Argus beeld of een periode van interesse met een druk op de knop de bijbehorende getijen golfcondities uitlezen uit de database. Om dat te kunnen doen moet de gewenste informatie wel zijn ingebed in de Argus werkomgeving. De tool om dat te doen is de Field Data Manager (FDM, zie Appendix A.3). FDM leest een ruwe data file, controleert de inhoud, vraagt de gebruiker om de benodigde site informatie te specificeren en genereert vervolgens data files voor getij en golven in het juiste format. Daarnaast slaat FDM de benodigde meta-informatie op in de Argus database. De Argus werkomgeving biedt de mogelijkheid om voor zowel getij- als golfinformatie een eerste en een tweede voorkeur databron te specificeren. Voor beide Egmond stations wordt voor de eerste keus getijwaterstand gebruik gemaakt van het gemiddelde van de gemeten waterstanden in IJmuiden en Petten. Tweede keus is de astronomisch voorspelde waterstand. Voor wat betreft golfhoogte, periode en richting wordt in eerste instantie gebruik gemaakt van de golfmetingen bij IJmuiden munitiestortplaats. Indien deze ontbreken wordt overgegaan op tweede-keus metingen van het golfstation Eierlandse Gat. Daarnaast is het mogelijk om voor periodes van specifieke veldexperimenten lokaal gemeten waterstanden en golfgegevens in te lezen. Standaard nabewerken van videobeelden Standaard onderdeel van het gebruik van Argus video monitoring is het ontschranken en samenvoegen van de beelden van meerdere camera s tot zogenaamde bovenaanzichten en panoramabeelden (Fig. 3.3). Het ontschranken van videobeelden is in feite het projecteren van een beeld op het grondvlak. Gegeven een geldige geometrie oplossing en de actuele getijwaterstand kan deze bewerking worden uitgevoerd met Argus Merge Tool (AMT, zie Appendix A.4). Op basis van deze bovenaanzichten is het direct mogelijk de lengteschalen en onderlinge afstanden van morfologische eenheden zoals zandbanken en muistromingen te bepalen. Daarnaast dragen ze in belangrijke mate bij aan de ontsluiting van de omvangrijke 3 8

20 Praktische Facetten Inzet Argus Z3781 Oktober 2004 Argus archieven. Immers, in plaats van de beelden van 5 camera s afzonderlijk te bekijken wordt in één oogopslag een indruk verkregen van het gehele kustsysteem. Door met behulp van de Argus Movie Maker (MM, zie Appendix A.5) een filmpje te maken van bijvoorbeeld alle bovenaanzichten op laag water wordt een efficiënte ontsluiting nog verder gefaciliteerd. Fig. 3.3: Argus panoramabeeld en bovenaanzicht van Egmond station Jan van Speijk. Panoramabeelden en bovenaanzichten van de Egmond stations Coast3D en Jan van Speijk worden op reguliere basis gegenereerd en beschikbaar gesteld via Daarnaast wordt ieder uur uit de beelden van deze twee sites een zogenaamde combi-merge samengesteld, die een bovenaanzicht biedt van 6 km kustlijn (Fig. 3.4). Combi-merges zijn beschikbaar via dezelfde website. Fig. 3.4: Combi-merge van de Egmond stations Jan van Speijk en Coast3D Kwantitatieve analyse van Argus videobeelden De huidige release van de Argus werkomgeving biedt een aantal operationele tools voor de gerichte analyse van Argus videobeelden. De meeste daarvan richten zich op de 3 9

21 kwantificering van kustlijnveranderingen en patronen van erosie/aanzanding op het intergetijdestrand. Daarnaast is er tool voor de analyse van de dynamiek van zandbanken. Onder verwijzing naar Appendix A worden deze tools hier kort beschreven, inclusief een indicatie van de te verkrijgen producten. Alle genoemde tools worden ondersteund met een grafische gebruikers interface en zijn daarmee geschikt voor gebruik door derden. Dynamiek van zandbanken en vooroeversuppleties De kustdwarse dynamiek van zandbanken en vooroeversuppleties kan worden geanalyseerd met behulp van zogenaamde stapelbeelden. Stapelbeelden worden verkregen door op een vaste waterstand beeldintensiteiten te bemonsteren langs een kustdwarse raai. Door vervolgens te kijken naar de verplaatsing van dissipatiepatronen in de tijd wordt een kwantitatieve indruk verkregen van de veranderingen van de morfologie. Een voorbeeld van een dergelijke stapelbeeld is gegeven in Fig Fig. 3.5: Stapelbeeld van Egmond station Jan van Speijk. Op de horizontale as staat de positie kustdwars (positief in zeewaartse richting), op de verticale as staat de tijd. De figuur is gemaakt over de periode mei 1999 mei 2000 en laat duidelijk zien hoe de in het voorjaar van 1999 aangebrachte vooroeversuppletie zich binnen een jaar over een afstand van ca. 100 m in kustwaartse richting verplaatst. 3 10

22 Stapelbeelden kunnen worden gegenereerd met behulp van de applicatie Argus Stack Tool (AST, zie Appendix A.6). AST staat toe om een willekeurige rechte raai te definiëren, waarna het programma bepaalt welke camera s meegenomen dienen te worden in de analyse. Beelden kunnen worden geselecteerd op basis van een vaste waterstand danwel een vaste golfhoogte. Dat laatste is bijvoorbeeld relevant wanneer de gebruiker geïnteresseerd is in de lokatie van zandbanken tijdens stormen. Nadeel van AST is haar één-dimensionale benadering, waarbij slechts wordt gekeken naar morfologische veranderingen in kustdwarse richting. Een meer geavanceerde techniek (ontwikkeld door de Universiteit Utrecht) voor de ruimtelijke kartering van de lokatie van zandbanken en de analyse van hun dynamiek kustdwars én kustlangs wordt op korte termijn operationeel beschikbaar gemaakt binnen de Argus werkomgeving. Ontwikkeling van de kustlijn en het intergetijdestrand Hoge resolutie Argus video waarnemingen bieden de mogelijkheid voor het kwantificeren van de morfologische ontwikkeling van het intergetijdestrand. Gangbare Argus analyse tools, zoals de Intertidal Beach Mappper (IBM, zie Appendix A.7) doen dit door ligging van de waterlijn te bepalen aan de hand van tijdgemiddelde videobeelden en de getij- en golfcondities ten tijde van de inwinning van het beeld. IBM bepaalt daartoe de lokatie van de waterlijn uit het kleurverschil van het natte en droge strand, en schat de bijbehorende hoogteligging door sommatie van de effecten van getij, golf set-up en swash. Op deze manier wordt een hoogtecontour van het intergetijdestrand verkregen. Door deze procedure te herhalen op verschillende momenten gedurende een getijcyclus wordt een set strandcontouren verkregen die gezamenlijk het gebied tussen de hoog- en laagwaterlijn opspannen. Interpolatie van deze strandcontouren, bijvoorbeeld met behulp van de geavanceerde Loess interpolator zoals opgenomen in ibathy (zie Appendix A.8), levert de bathymetrie van het intergetijdestrand. Met behulp van de Intertidal Beach Processor (IBP, zie Appendix A.9) wordt de Argus gebruiker in staat gesteld om relevante informatie (zoals de ontwikkeling van bepaalde hoogtecontouren, de intergetijde kustlijn indicator of erosie/sedimentatie patronen op het intergetijdestrand) af te leiden uit serie intergetijdebodems, afgeleid uit video. IBM biedt een hoge mate aan flexibiliteit voor het genereren van een set waterlijnen over een getijcyclus. Zo kunnen waterlijnen bepaald worden uit ruwe Argus beelden, maar ook uit met AMT gegeneerde bovenaanzichten van de kust. Dat laatste komt de efficiëncy ten goede. Afhankelijk van de eigenschappen van een site kan de gebruiker kiezen voor het gebruik van kleurinformatie, of zwart-wit informatie, of beide. Tenslotte is het mogelijk om kleine gaten in de dataset handmatig in te vullen. Deze functionaliteit komt van pas in gebieden met een matig kleurcontrast waar IBM geen betrouwbare oplossing weet te bepalen, maar waar de waterlijn met het oog wel degelijk zichtbaar is. Uitgebreid testen van het model heeft laten zien dat IBM goede resultaten levert over een grote range van morfologische en hydrodynamische condities. In Egmond is de vertikale afwijking van IBM resultaten minder dan 15 cm binnen 850 m aan weerszijden van het videostation. Dit is voldoende is om morfologische veranderingen op het intergetijdestrand op te lossen. De mate van automatisering van IBM laat nog te wensen over, waardoor het genereren van de intergetijdebodems nog een relatief arbeidsintensieve klus is. 3 11

23 Recent onderzoek heeft laten zien dat de gemeten morfologische veranderingen op het intergetijdestrand een goede afspiegeling bieden van de veranderingen in de grotere MKL zone. Daarmee heeft IBM in combinatie met de post-processing applicaties ibathy en IBP de potentie om uit te groeien tot een belangrijk instrument voor lokaal kustbeheer Uitbreiding van de Argus werkomgeving in de nabije toekomst Binnen het Argus onderzoeksnetwerk rond Oregon State University wordt voortdurend gewerkt aan de ontwikkeling van nieuwe en verbeterde tools voor de analyse van Argus videobeelden. Op basis van de Argus licentie overeenkomst tussen WL en OSU is WL gerechtigd deze op te nemen in haar operationele Argus werkomgeving. Op dit moment staat een aantal applicaties op het punt om operationeel ingebed te gaan worden. Dit betreft met name: Autogeom. Deze applicatie is bedoeld voor het automatisch verifiëren en genereren van geometrie oplossingen. Hij is gedurende de afgelopen 3 jaar ontwikkeld en getest door Oregon State University. Het concept is mede geïnspireerd door een eerdere versie ontwikkeld door WL en Rijkswaterstaat. De applicatie draait inmiddels in de standaard Argus werkomgeving maar dient nog nader te worden getest voor gebruik op de Nederlandse Argus sites. Operationele tools voor de aanmaak en analyse van timestacks. Binnen de Argus onderzoekswereld (en met name op OSU) is reeds ruime ervaring opgedaan met het gebruik van timestack beelden voor de kwantificering van golfparameters (periode en richting) en stroomsnelheden. De toepasbaarheid van dit type technieken voor de Nederlandse kust is onderwerp van huidig onderzoek. Onderzoeksversies van deze applicaties draaien inmiddels binnen de Argus werkomgeving. Voor gebruik door derden dienen de routines voor het genereren en analyseren van timestack beelden nog te worden voorzien van een gebruikersvriendelijke interface. Nieuwe tools voor de analyse van zandbanken en muistromingen. Dit betreft de inbedding van de reeds genoemde methodiek van de Universiteit Utrecht voor de analyse van de kustdwarse en kustlange dynamiek van zandbanken in een IBM-achtige omgeving. Op dezelfde wijze is het mogelijk om aan IBM een module toe te voegen voor de kartering van muistromingen. Op deze wijze ontstaat een applicatie waarmee op integrale wijze verschillende typen plan-view analyses uitgevoerd kunnen worden. Naast deze applicaties wordt er binnen verschillende onderzoekskaders gewerkt aan technieken, die zich nog niet op korte termijn zullen lenen voor operationeel gebruik door derden. Te noemen zijn methodieken voor de 2DH bepaling van de bodemligging in de brandingszone, methodieken voor de bepaling van de hoogteligging van het droge strand op basis van schaduwlijnen en data-model integratie concepten voor de real-time monitoring van de kustzone. Continuering van de onderzoeksinspanning op dit front is van groot belang voor de uitbreiding van de verbreding van de operationele scope van Argus in de nabije toekomst. 3.4 Presentatie van beheersparameters uit video De technieken besproken in de vorige paragraaf zijn in het recente verleden toegepast binnen verschillende Argus video monitoring projecten. In deze paragraaf wordt een aantal 3 12

24 van die toepassingen besproken, waarbij de nadruk ligt op de presentatie van de Argus uitkomsten ten behoeve van gebruik door kustbeheerders. Kustlijnhandhaving Het Nederlandse beleid van kustlijnhandhaving is gebaseerd op de ontwikkeling van de zogenaamde Momentane Kustlijn (MKL), welke wordt afgeleid uit het zandvolume tussen ruwweg de duinvoet en de NAP-5m dieptecontour. In principe is het mogelijk de MKL positie rechtstreeks te bepalen uit video, maar vooralsnog met onvoldoende nauwkeurigheid en ruimtelijke resolutie. Het is daarentegen relatief eenvoudig om uit Argus videobeelden een zogenaamde Momentane Intergetijde Kustlijn (MIKL) af te leiden. In analogie met de bepaling van de MKL wordt deze afgeleid uit een zandvolume, namelijk dat van het intergetijde strand tussen de hoog- en laagwaterlijn. Recent werk heeft laten zien dat de ontwikkeling van de MIKL uitstekend correleert met die van de MKL. Fig. 3.6 geeft een voorbeeld hiervan, waarbij direct opvalt dat twee dipjes in de positie van de MIKL (in Februari en December 2000) niet konden worden vastgesteld op basis van de traditionele WESP metingen. Op deze manier is het mogelijk het gedrag van de kustlijn te monitoren met een hogere resolutie in tijd en ruimte, en bovendien een betrouwbaardere inschatting te maken van de te verwachten ontwikkeling in het komende jaar. MKL (WESP) MIKL (video) Tijd (maanden) Fig. 3.6: Ontwikkeling van de Momentane Kustlijn (MKL) en de Momentane Intergetijde Kustlijn (MIKL) te Egmond over de periode juni 1999 juni Kustafslag tijdens stormen Een belangrijke eigenschap van het Argus systeem is dat het een remote sensing techniek betreft. Anders dan in situ meettechnieken is het systeem daardoor wel in staat om metingen te verrichten voor, tijdens en na stormen. Figuur 3.7 geeft een voorbeeld van een dergelijke toepassing in Barcelona, waarbij IBM gebruikt is om kustlijnveranderingen te kwantificeren als gevolg van een serie stormen. De resultaten zijn gegenereerd door dr. Jorge Guillen (CSIC, Barcelona) en tonen aanzienlijke kustlijnfluctuaties op de tijdschaal van slechts enkele maanden. 3 13

25 Praktische Facetten Inzet Argus Z3781 Oktober 2004 Fig. 3.7: Kustlijnverandering in Barcelona als gevolg van een serie stormen. Jaarrond exploitatie van stranden Met de toenemende recreatiedruk op de kust bestaat vanuit gemeentes en strandtenthouders de wens tot jaarrond exploitatie van stranden. Daartoe dient de veiligheid van bebouwing op het strand gedurende het gehele jaar gegarandeerd te worden. Argus video monitoring kan bijdragen aan de beoordeling van deze veiligheid. Uit tijdgemiddelde videobeelden is een inventarisatie te maken van de dagelijkse ligging van de hoogwaterlijn (Fig. 3.8). Door deze metingen om te zetten in een overschrijdingscurve kan worden vastgesteld welk deel van het strand gedurende de gehele beschouwde periode niet onder water heeft gestaan. Deze droge delen markeren de lokaties die bij voorkeur worden aangewezen voor het aanbrengen van permanente bebouwing op het strand. Deze methode is ontwikkeld door de Universiteit Utrecht; haar voorspellend vermogen is punt van voortgaand onderzoek. Fig. 3.8: Overschrijdingscurve van de dagelijkse positie van de hoogwaterlijn te Noordwijk. De 0%overschrijdingslijn markeert het droge deel van het strand dat gedurende het achterliggende jaar niet onder water heeft gestaan. 3 14

26 Zwemveiligheid De veiligheid voor zwemmers wordt in hoge mate bepaald door de aan- of afwezigheid van muistromingen. In combinatie met brekende golven nabij de kust zijn muistromingen eenvoudig te detecteren op tijdgemiddelde Argus beelden. De Universiteit Utrecht heeft in samenwerking met Rijkswaterstaat het optreden van muistromingen bij Egmond over de periode in kaart gebracht (Fig. 3.9). Hieruit kwam naar voren dat muistromingen zeer frequent voorkomen langs het gehele kustvak voor de Egmond boulevard, maar tevens dat er geen duidelijk verband is tussen de aanwezigheid van muistromingen en de waargenomen morfologische veranderingen. Fig. 3.9: Lokatie van muistromingen voor Egmond in de periode Evaluatie van ingrepen in kustzone Te Egmond is de Argus videotechniek toegepast voor het monitoren van de morfologische ontwikkeling van een in 1999 aangelegde strand- en vooroeversuppletie. Hierbij is vooral gebruik gemaakt van een serie maandelijkse intergetijdebodems, bepaald uit tijdgemiddelde videobeelden met behulp IBM en ibathy. Fig toont een voorbeeld van zo n intergetijdebodem, geprojecteerd op een gedetailleerde kaart van Egmond. Analyse van de dataset intergetijdebodems heeft laten zien dat een additionele strandsuppletie (juli 2000) binnen enkele maanden volledig was opgenomen in het kustsysteem. Verder bleek dat de persistente vorm van de kustlijn primair gerelateerd was aan grootschaliger variaties in de morfologie van de vooroever (met name depressies in de zandbanken). Het effect van (seizoens-) variaties in het golfklimaat in relatie tot de waargenomen kustlijnveranderingen was slechts van secundair belang. 3 15

27 Praktische Facetten Inzet Argus Z3781 Oktober 2004 Fig. 3.10: Intergetijde bodem van Egmond (situatie november 2000), afgeleid uit tijdgemiddelde Argus videobeelden Recreatie Vanuit oogpunt van recreatie is de cruciale parameter voor kustbeheerders de breedte van het strand. Deze kan eenvoudig worden afgeleid uit de reeds genoemde dataset van intergetijdebodems. Fig toont een voorbeeld waarbij voor twee kustvakken in Egmond de afstand van de duinvoet tot respectievelijk de hoog- en laagwaterlijn is uitgezet in de tijd. De figuren tonen een aanzienlijke variatie van de strandbreedte gedurende de eerste twee jaar na aanleg van een gecombineerde strand- en vooroeversuppletie. Deze fluctuaties zullen onmiddellijk hun weerslag hebben op het strandbezoek ter plaatse, en daarmee de inkomsten voor lokale strandtenthouders. 3 16

28 Fig. 3.11: Ontwikkeling van de strandbreedte binnen twee kustvakken te Egmond, gedurende twee jaar na aanleg van een gecombineerde strand- en vooroeversuppletie 3 17

29 4 Kosten van de Argus videotechniek Dit hoofdstuk geeft een overzicht van de activiteiten rond een gangbaar Argus video monitoring project en de rolverdeling tussen Rijkswaterstaat en WL. Dit overzicht vormt het uitgangspunt voor een globale kostenraming van de WL bijdrage aan een dergelijk project. 4.1 Samenwerking RWS-WL rond een Argus toepassing Uitgaande van de in Hoofdstuk 3 gegeven beschrijving van de werkzaamheden in het kader van een gangbaar Argus video monitoring project geeft Tabel 4.1 een overzicht van de uit te voeren activiteiten. Hierbij is dezelfde indeling gehanteerd, namelijk (i) voorbereiding en uitvoering van de installatie van een video station, (ii) beheer en onderhoud op lokatie, (iii) standaard nabewerking van de video data en gerichte analyse van de beelden en (iv) de presentatie van beheersparameters. Het nummer in de eerste kolom refereert aan deze indeling. Afhankelijk van de gekozen samenwerking tussen de Rijkswaterstaat en WL kan de rolverdeling binnen een project enigszins verschillen. De twee meest gangbare varianten zijn: Variant 1: Voorbereiding en installatie door RWS en WL, beheer en onderhoud door RWS (gefaciliteerd door WL), standaard post-processing en analyse door RWS (gefaciliteerd door WL) Variant 2: Voorbereiding en installatie door RWS en WL, beheer en onderhoud door RWS (gefaciliteerd door WL), standaard post-processing en analyse door WL De twee varianten verschillen dus in de wijze waarop standaard post-processing en beeldanalyse worden uitgevoerd. Dit levert het volgende overzicht: Nr. Activiteit Variant 1 (Analyse RWS) Variant 2 (Analyse WL) 1.1 Vaststelling meerwaarde gebruik Argus video monitoring op de RWS (WL) RWS (WL) beoogde lokatie 1.2 Vaststelling operationele geschiktheid van de beoogde lokatie WL (RWS) WL (RWS) 1.3 Vaststelling zichtbaarheid fenomeen van interesse aan de hand WL WL van pixel resolutie kaarten 1.4 Technisch ontwerp van video configuratie en specificatie van WL WL benodigde hardware componenten 1.5 Aanschaf van de benodigde video hardware RWS RWS 1.6 Testen van de video apparatuur in het laboratorium en calibratie WL WL van de te gebruiken camera s plus lenzen 1.7 Voorbereiden van installatie op lokatie (prepareren van montage RWS RWS platform, stroomvoorziening, communicatie infrastructuur) 1.8 Installatie van het Argus video station op lokatie WL (RWS) WL (RWS) 1.9 Survey van Ground Control Points (minimaal 3 per camera) RWS (WL) RWS (WL) 1.10 Realiseren van communicatie verbinding van veldstation met WL (RWS) WL (RWS) buitenwereld 1.11 Configuren van archiefstation en website voor ontvangst van video data van de nieuwe site WL WL 4 1

30 1.12 Opzetten van de standaard Argus database (meta-informatie) WL WL voor de nieuwe site 1.13 Bepaling van een initiële geometrie oplossing voor elke camera WL WL en genereren van het eerste panoramabeeld/bovenaanzicht Kennisoverdracht ter plaatse, voor wat betreft bediening en WL (RWS) WL (RWS) onderhoud van een Argus station 2.1 Uitvoeren van regulier beheer en onderhoud op lokatie RWS RWS (schoonmaken lenzen, controle componenten, etc) 2.2 Verhelpen van storingen op lokatie RWS (WL) RWS (WL) 2.3 Controle van functioneren data collectie software en uitvoeren WL WL van software upgrades 2.4 Controle van functioneren archiefstation en de software voor het WL WL genereren van de html pagina s 3.1 Oplevering van software onder licentie voor de nabewerking en WL n.v.t. analyse van Argus videobeelden 3.2 Verzorgen van een training in het gebruik van de software voor WL n.v.t. nabewerking en analyse van Argus videobeelden 3.3 Actualiseren (op reguliere basis) van de Argus database (met RWS WL name genereren van nieuwe geometrie oplossingen) 3.4 Inbedden van getij- en golfinformatie in de Argus werkomgeving RWS WL 3.5 Reguliere aanmaak van panoramabeelden, bovenaanzichten en WL WL combi-merges voor presentatie op Gerichte aanmaak van panoramabeelden en bovenaanzichten RWS WL t.b.v. data onsluiting middels animaties 3.7 Toepassing van Argus analyse applicaties (AST, IBM, ibathy) RWS WL ter beantwoording van gerichte vraagstelling op lokatie 3.8 Toepassing van geavanceerde analyse tools die nog niet n.v.t. WL operationeel beschikbaar zijn binnen de Argus werkomgeving 3.9 Toelevering van software updates voor het actualiseren van de WL n.v.t. applicaties voor beeldverwerking en analyse 4.1 Presentatie van beheersparameters uit video, ter beantwoording van gerichte vraagstelling op lokatie RWS (WL) WL (RWS) Tabel 4.1: Rolverdeling RWS-WL binnen een gangbaar Argus video monitoring project. De als eerste genoemde partij is verantwoordelijk voor de uitvoering van een activiteit. Een tussen haakjes genoemde partij faciliteert de uitvoering van betreffende activiteit. 4.2 Kostenschatting WL-bijdrage aan Argus project Onder aanname van de installatie van een video station met vijf camera s en de beschikbaarheid van een robuuste infrastructuur voor telecommunicatie en stroomvoorziening levert Tabel 4.2 een globale kosteninschatting voor de WL bijdrage aan een Argus video monitoring project: Variant 1 (Analyse RWS) Variant 2 (Analyse WL) Eenmalige kosten installatie videostation Aanschaf video apparatuur Voorbereiding en uitvoering van de installatie (activiteiten 1.1 tot en met 1.14 uit Tabel 4.1) Training/ondersteuning gebruik Argus Analyse Software (Activiteit 3.2) Jaarlijkse kosten Ondersteuning data-inwinning (Activiteit 2.2 tot en ) ) met 2.4) Standaard post-processing beeldinformatie 4 2

31 Actualiseren Argus database (1 geometrie oplossing per maand per camera, Act. 3.3) Toevoegen getij- en golfgevens aan Argus werkomgeving tbv beeldinterpretatie (Act. 3.4) Aanmaak merges & plan-view movies, presentatie van resultaten per week (Act. 3.5 en 3.6) Reguliere beeldanalyse (Act. 3.7) Analyse kustlijnontwikkeling (gemiddeld tij, orde 1 kustlijn per week) Analyse erosie/sedimentatie intergetijdestrand (orde 1 intergetijdebodem per maand) Analyse bankdynamiek en/of muisystemen Interpretatie monitoring gegevens in context van vraagstelling (rapportage) Geavanceerde beeldanalyse (Act Bodemligging brandingszone, variatie golfperiode en richting) Kosten software licenties Data collectie licentie Data analyse licentie Totaal kosten per categorie Subtotaal 1: Eenmalige kosten Subtotaal 2: Additionele jaarlijkse kosten PM 2) PM 2) Totaal kosten monitoring project 1 jaar Totaal kosten monitoring project 2 jaar Totaal kosten monitoring project 3 jaar ) In geval van een afgelegen video station met dientengevolge een minder robuuste infrastructuur voor stroomvoorziening en telecommunicatie bedragen deze kosten naar verwachting ca euro per jaar. 2 ) Geavanceerde beeldanalyses worden vooralsnog niet toegepast als een standaard nabewerking, waarvoor operationele analyse software (i.e. geschikt voor gebruik door derden) beschikbaar is. De kosten die hiermee gemoeid zijn zullen dan ook sterk afhankelijk zijn van de specifieke vraagstelling, vandaar de indicatie PM. Als richtlijn voor de kosten van een bodemanalyse uitgevoerd door WL geldt een bedrag van per jaar. In geval van een driejarig monitoring project liggen de kosten van de WL-bijdrage plus video apparatuur dus in de orde van tot per jaar. Hierbij wordt opgemerkt dat de benodigde analyse inspanning sterk kan variëren per project (afhankelijk van de specifieke doelstelling). Genoemde licentiekosten zijn de standaard prijzen voor externe partijen, zoals vermeld in de notitie Prijsstelling Argus licenties dd. 29/10/2003. Deze notitie is opgenomen in Appendix B. Over de definitieve invulling hiervan zal nog vervolgoverleg plaats vinden tussen RWS en WL. 4 3

32 5 Resumerend In deze rapportage is een overzicht gegeven van de activiteiten die nodig zijn rond de uitvoering van een gangbaar Argus video monitoring project. Er is aandacht geschonken aan de operationele randvoorwaarden waaraan een beoogde Argus lokatie dient te voldoen, de mogelijkheden van de huidige generatie videostations en bijbehorende analyse tools zijn besproken en de rolverdeling tussen Rijkswaterstaat en is aan bod geweest. Eén en ander heeft geleid tot een gedetailleerde overzichtstabel van de benodigde activiteiten (Hoofdstuk 4) en een globale inschatting van de kosten van de video apparatuur en de WL bijdrage aan een Argus project. Alvorens te besluiten tot de uitvoering van een Argus video monitoring project is het van belang de specifieke meerwaarde van het gebruik van hoge resolutie video monitoring vast te stellen boven het gebruik van een traditionele survey techniek. Deze manifesteert zich met name op het vlak van kustproblemen met een ruimteschaal van meters tot enkele kilometers en een tijdschaal van uren tot jaren. Voorbeelden hiervan zijn seizoensfluctuaties in de strandbreedte, de ontwikkeling van strand- en vooroeversuppleties, kustafslag tijdens stormen en de impact en veiligheid van waterbouwkundige constructies. Met het toenemend gebruik van strand- en vooroeversuppleties ter bestrijding van kusterosie en de groeiende recreatiedruk op de kust is het de verwachting dat de integrale aanpak van dit soort kleinschalige kustproblemen een belangrijk punt van aandacht is in de nabije toekomst. In deze rapportage is de nadruk gelegd op de beschrijving van operationeel beschikbare applicaties voor de nabewerking en analyse van Argus videobeelden. Het is van belang om op te merken dat daarnaast binnen het wereldwijde Argus onderzoeksnetwerk voortdurend wordt gewerkt aan de ontwikkeling van nieuwe analyse technieken. Dit betreft bijvoorbeeld een applicatie voor de automatische aanmaak van geometrie oplossingen en methodieken voor de kwantificering van golfkarakteristieken, stroomsnelheden en bodemligging in de brandingszone. Zodra de generieke toepasbaarheid van deze technieken is aangetoond worden ze opgenomen als integraal onderdeel van de Argus werkomgeving, waarbij wordt gestreefd naar een optimale koppeling van de Argus analyse resultaten en gangbare parameters (kustindicatoren) in de wereld van het kustbeheer. Naast de monitoring van kustindicatoren met hoge resolutie in ruimte en tijd impliceert het gebruik van Argus video monitoring de opbouw van een gedetailleerd, langjarig data archief. Dit kan gebruikt worden voor inspectie achteraf, wat nuttig kan zijn voor onderzoeksdoeleinden, het monitoren van constructiewerkzaamheden ( wat was wanneer gebeurd? ) en kan faciliteren in discussies met stakeholders in de kustzone ( hoe lag het strand er destijds bij ). Het is van belang dit soort overwegingen mee te nemen in de beoordeling van de meerwaarde van het Argus videosysteem. 5 1

33 A The Argus runtime Environment At present, six applications are part of the standard set of Argus analysis tools. These are summarised in Table A.1: No. Application Call Which means: 1 DBOrganizer DBO Date Base Organizer 2 geomtool2002 FG Find Geometry 3 ArgusMergeTool AMT Argus Merge Tool 4 MovieMaker MM Movie maker 5 ArgusStackTool AST Argus Stack Tool 6 IBMapper IBM Intertidal Beach Mapper Table A.1: Overview of standard Argus Analysis Tools A seventh application named argusdesigntool (ADT), that can be applied to design the camera configuration of new Argus stations, is meant for specialized use only and therefore briefly discussed in Appendix C. In the next few sub-sections, detailed comments & guidelines are given on each of six applications mentioned above. A.1 DataBase Organizer (DBO) Initially, DBO was developed to view existing geometry solutions and if necessary to remove erroneously stored geometries from the argusdb. Later on, DBO was extended to operate on other database elements as well: sites, stations, cameras & GCP s. Allthough DBO allows for the modification of each of these structures, it is strongly recommended not to change any field of the site, station, camera or GCP structure, since this may strongly violate the functioning of the ARE. A 1

34 Fig. A.1: User Interface of the Argus DataBase Organizer (DBO) The relevant functionality of DBO can be described the next listing: 1. Make sure the ARE has been initialized 2. Start DBO by typing DBO at the Matlab prompt. DBO automatically loads the entire current Argus database (that is sites, stations, geometries, eurotides, etc). 3. View the information available. You can swap between data elements with the help of the Select DB button in the lower left corner. Some of the elements provide sorting functionality to facilitate access to the data (eg. geometries can be sorted by camera, whendone and whenvalid). 4. Modify the data base as requested. This generally concerns the removal of erroneous geometry solutions, modification of the whenvalid field of geometry solutions or the inclusion of new eurotide/eurowave structures. Notice that the date format for the whenvalid field is very strict! 5. Once again: It is strongly recommended not to change any field of the site, station, camera or gcp elements! 6. Save the updated database with the help of the DBO Save option (only possible if you are the current user ). A 2

35 The various Argus database elements (site, station, camera, gcp, geometry, etc) are connected by means of fixed key-words (that should never be modified)! An overview of the database elements is presented in Figure A.2: Eurotide Eurowave siteid Site Eurotide Eurowave CRXXX CARCHUNA siteid CRXXX IP ipid Station GCP IP FIWIRE01 Station GCP stationid CR00S Camera Camera cameraid gcpid CR01C CR0001 Geometry Geometry geometryseq geometry.1 usedgcp usedgcp Fig. A.2: Argus database structure. General layout (left-hand side) and example set-up for the Argus station in Carchuna (Spain, right-hand side) A.2 geomtool2002 (FG) Geomtool2002 was originally developed by Nathaniel Plant (Naval Research Lab, MS, OSU), making use of Argus core routines developed by John Stanley at Oregon State University. The application is meant for the generation of new geometry solutions. For a detailed background on image quantification and geometry solutions, reference is made to Lippmann and Holman (1989) and Holland et al (1997). A 3

36 Fig. A.3: User Interface of geomtool2002 (FG) Use of geometool2002 typically involves the following steps: 1. Load an Argus image for which the most recent geometry solution is no longer valid (menufile loadimage) 2. Load the most recent geometry solution (menu geometry load geom), to get a first order impression of the location of the different GCP s. At the same time, all GCP s available at the site and time of interest are imported. 3. Label the GCP s on the screen (menu image show labels). 4. Choose a clearly visible GCP, which can be used to determine a new geometry solution. Zoom in somewhat within the area of this GCP (click on left mouse button). 5. Select the GCP of interest from the listing of GCP s (make sure the lower left button is set to All GCPs ). 6. Pick the location of the GCP on the screen (menu GCP Pick gcp). 7. Zoom out again (right mouse button) 8. Repeat steps 4-7 for the next GCP. You need at least 2 to be able to determine a geometry solution. 9. A very clear horizon can be used as a GCP as well. To that end, select GCP horizon gcp from the menu and follow the instructions (click just a few pixels above the horizon, use left mouse button, finish by clicking the right button). Decide whether you accept all horizon gcp s 10. If any of the GCP s does not satisfy, than select the option Picked GCPs from the selection button in the lower left corner. Select the erroneous GCP and click Clear UV in the lower right corner. Do so for each GCP which should not be used for the determination of a geometry solution. A 4

37 11. Determine the new geometry solution (menu Geometry solve geom). This is done by following an efficient iteration procedure. If this procedure is successfully (typically after about iteration steps), the result is summarized on screen (separate window) and the computed GCP s are shown in the image. 12. Modify the whenvalid field? If not, the time in the whenvalid field will be set to match the epochtime of the image you are presently working on. However, the situation may occur that the new solution was valid already during a certain time ahead of the present image (e.g. during the morning of the same day). In that case, response with Yes. Geomtool2002 will invite to select an Argus image, starting from which the new geometry solution will be valid. 13. Judge on the quality of the result by comparing the computed location of the GCP s to their real-world location as observed from the underlying image. A visual inspection of results satisfies for this. However, FG also returns a few quality indicators, representing (in reverse order): qual3: The [2xN] matrix qual3 represents the Uand V for each of the N GCP's that were used to determine the geometry solution qual2: The [1x4] matrix qual2 represents the 95% confidence intervals for each of the 4 angles (tilt, azimuth, field of view, roll) that compose the geometry solution qual1: Number of GCP's (N) used to determine the geometry solution err: rms value of the 2N offsets U and V If you are not satisfied yet, re-determine a geometry solution by excluding some picked GCP s from the analysis or by picking additional GCP s. 14. If you are happy with the result, save the new geometry to file (menu geometry save geom) (only possible if you are the current user ). 15. Refresh the image (menu image refresh) and remove all picked GCP s manually (button select DB, picked GCP s, clear UV for each of them). Load the next image 16. Repeat steps Notice that geomtool2002 offers some additional functionality, which is worth mentioning here: Option rectification (menu Image Plan view). This option invites the user to indicate the 4 corners of an area of interest by clicking the left mouse button. After the fourth point, geomtool will project the image area of interest on the ground plane (a process called image rectification and the present the result in a separate window. Option Virtual GCP (menu GCP virtual gcp). This option allows for the definition of virtual GCP s. This can be very useful if a site provides clearly visible image objects which are however hard to survey in the field (for instance, corners of windows or street lights). For those cases, additional, virtual GCP s can be generated on the basis of an existing geometry solution. Notice that this should be a high-quality solution, to prevent the situation that errors strongly accumulate. Newly created virtual GCP s are immediately added to the argusdb and stored in an update file. It is strongly advised to make only very limited use of this option. Image modification. Occasionally, poor image contrast or brightness may obscure the proper identification of GCP s. For those situations, the image menu provides a few options to improve image quality Option Initial Angles from the selection button in the lower left corner. With the help of this option, initial values can be defined for each of the 4 angles (azimuth, roll, fov & tilt) that are involved in the iteration process. In that way, the control over this iteration process is being improved. Alternately, one can even fix the value of each of the 4 angles. Fixed values do not participate to the iteration process, hence the number of GCP s needed may decrease (less unknown variables) A 5

38 Option Pie Pan Pick (PPP). This option was included to determine the intra-pixel location of a GCP on the basis of center of mass considerations. It is particularly useful at Duck (NC, USA), where large, circular shields were erected to act as a GCP for the Argus station at that site. Besides, it may be helpful when lights are being used as nighttime GCP s. A.3 Argus Field Data Manager (FDM) The Argus Field data Manager is a tool to add or remove field data files plus the associated database entries to/from your Argus Runtime Environment. To add data, FDM invites you to select a raw data file of pre-scribed format (see below), to specify any meta-information as needed and to store both the data and the meta-information in the ARE. These steps are successively treated along with the Graphical User Interfaces involved. Fig. A.4: FDM Data Input Window. The first window that shows up after starting FDM is the FDM Data Input Window. It is used to import a raw data file (text format) that can be prepared with any pre-processing program (Matlab, Excel, etc). The present version of FDM caters for tide and wave data only, a plug-in for meteorological data is not available yet. The raw data file can be located in any arbitrary directory, but it is recommended NOT to store it anywhere under the FieldDataRoot to avoid pollution of the ARE fielddata archive. The raw data file is allowed to have any arbitrary name, but the file itself is required to obey the following format: In the case of tide data, the text file should consist of 7 columns with an equal number of elements each. Columns 1-6 are used to specify the time of interest (year month day hour minute second), the 7 th provides the tidal level at that particular moment. A 6

39 In the case of wave data, the text files should consist of 7 or more columns with an equal number of elements each. Columns 1-6 are again used to specify the time of interest (year month day hour minute second), the 7 th column and further provide the wave data at that particular time. The set of wave parameters can consist of as many parameters as are required. A recommended set of wave parameters consists of the rms wave height H rms (in meters), the peak period T peak (in seconds) and the wave angle of incidence (degrees) with respect to the north (positive angles in clockwise direction). Examples of raw tide and wave data files are listed in Appendix B. Alternatively, the time frame can also be specified in terms of Matlab s datenum format or as epochtimes. In that case, a raw tide data file consists of 2 columns and a wave data file of 2 or more. Though not embedded yet in FDM, the ARE allows for the inclusion of meteorological data files, which need to have the same format as the wave data files. The set of meteorological parameters can consist of as many parameters as are required. A recommended set of meteorological parameters consists of the atmospheric pressure ρ atm (mb), wind speed W speed (m/s) and the Wind Direction W dir (degrees) with respect to the north (positive angles in clockwise direction). Notice furthermore that raw field data should be specified along an equidistant time grid with constant time step dt. The use of variable timesteps within a single data file is not allowed. This also implies that any data gap on file should have a length equal to an integer value times the timestep! Processing steps when importing a raw data file The general way of adding field data starts with selecting the appropriate plugin for your input data file (presently either tide or wave). After selecting this plugin, other fields become visible (see Figure A.4). The input file info box shows the general layout of the file. Subsequently, select the input data file. The properties of the input file and a preview appear in the same input file info box. Below the input file info box, an editable box shows (in codes) the column order of the input file. If your data file differs from the standard order, you can specify the order here by editing the numbers. Help on the meaning of the codes can be obtained by clicking the 'List of codes' button. Next step is to specify appropriate values for the output data properties. This is done in the right-hand box. You can change the data name and source, as well as the desired start time, end time and time step of the output dataset (within the range of the input dataset). Other parameters that can be modified include the error code that is used in the raw input data file (these values will be converted into 'NaN' values in the output) and the time correction (in hours) that should be applied to convert the time frame of the raw data file into GMT times (the Argus standard). For example, raw data provided in Middle European Time (MET) should have a timecorrect of 1, raw Oregonian data in Pacific Standard Time should have a timecorrect of -8. Notice (i) that, depending on the window size, you may need to scroll down through the output data screen to see all fields and (i) that you should not change any of the formats of the editable strings since that will result in an error. Storing the data file plus associated meta-information in your ARE When all parameters are set, click the 'Next' button. The input data will be read and converted as specified by the user. FDM invites you to specify the directory to store the data file. Notice that this has to be the directory Tide or Wave under your FieldDataRoot. A 7

40 If stored anywhere else, your ARE will not be able to locate the data file and no field data are returned after calling DBGetEuroTide or DBGetEuroWave. At the same time, FDM also generates a corresponding.mat file for quick access to the data. After clicking Next, a listing of the first 25 lines of the resulting output file (i.e., the data file that have been stored in the ARE) is shown in the FDM Verify Data Window (Fig. 3.2). If this is correct, you can continue with 'Ok'. If not, click 'Cancel'. You will then be prompted to delete the outputfile. Fig. A.5: FDM Verify Data Window. If the processing of the data file was successful, the Field data meta-information GUI (Figure 3.3) will be opened. Data fields containing information that is readily known from previous processing steps have already been completed. The user must, however, still select the side to which the data apply. The site of interest can be specified from a select-box, which shows all sites available in the present database (i.e., the database initialized with the help of argusinit). After selecting the site, the site ID is added automatically. This field should never be changed by manual editing. The lower popup menu shows the tide or wave parameters (Param_*) provided by this particular file. The units and preference level for the each parameter can be changed. After each changed parameter, 'Apply' should be clicked to store the changes. After entering all information, click 'Add to DataBase' to store the meta-information in the active Argus database. Please use the Argus Database Organizer (DBO, Section A.1) to verify whether the things went OK or to modify, if necessary, any eurotide or eurowave database entry. A 8

41 Fig. A.6: FDM Add to Database Window. Removing field data from the archive The removal of field data from your Argus Runtime Environment involves the delete of both the field data files as well as the meta-information stored in the Argus data base. If the second step is omitted, the ARE assumes field data to available (the meta-information is there) but cannot trace the field data itself. As a result, no data are returned and your ARE may generate an error. If you like to delete field data, select that option in the menu of the FDM Main Window (Figure A.4). The FDM will prompt you for the data text file to delete (generally in your Fielddata directory). After confirmation, the FDM will delete the txt and mat file and the meta-information is removed from the Argus database. A 9

42 A.4 Argus Merge Tool (AMT) AMT provides a user interface to merge images of multiple cameras into panoramic or plan view images. Also, it can be used to rectify images from a single camera. The tool was specifically developed for the merging of large series of images, to generate plan view movies or for display at an Argus website. Fig. A.7: User Interface of Argus Merge Tool (AMT) The AMT user interface features 3 different sections. The upper left section allows the user to specify the type of merging he is interested in. This involves specification of: The site of interest (egmond, jvspeijk, miyazaki, etc.) The region of interest in this site (e.g. ROI2) The cameras of interest ( All or a sub-set) The input image type (snap, timex, variance or daytimex) The output image type (colour or grayscale) The rectification level. So far, only the option manual is operational The type of merging (Panoramic view, or plan view, or both) On the basis of the site and region of interest selected here, default settings for the plan view area, panoramic field of view and colour scaling are read from the (user or default) settings file and filled in the upper right section of the database. Notice that variation of the spatial (DX, DY) and angular (Dtheta, Dalpha) resolution directly affects the resulting image size. To remove sharp transitions between different cameras, an optional colour balancing can be applied. The method presently implemented is based on the work done by Jack Puleo (Naval Research Lab, MS, USA). It scales image intensities per colour band on the basis of a mean (Rmean, Gmean, Bmean) and offset value (Rmin, Gmin, Bmin). A side effect of the use of A 10

43 colour balancing may be that the image overall looses contrast. Further investigation over a range of Argus sites is needed to arrive at optimum settings for the colour balancing parameters. The edited values for the particular region of interest can be stored in the user settings by selecting the command in the user menu. The lower section of the AMT user interface governs which images are to be merged. Merging can be performed in single image mode (output to screen), in bulk mode (output stored on disk) or from file. In the latter case, the user needs to create an input file (text format), which provides a listing of the images to be merged. Example input files are provided in Appendix D. In the case bulk merging, an arbitrary number of images per day can be merged during a longer period of time. In this specific case, the user can specify The type of output he prefers (jpg images, or mat files, or both) Whether or not to include gridlines & tickmarks at the merged images The output directory (that can be stored in the user settings as well). NB: Notice that the times specified in Section 3 of the user interface represent GMT times! So, requesting AMT to generate a merge of Miyazaki at September 22, GMT 06:00 hr. will merge images collected at Miyazaki within half an hour of JST 15:00 hr. (local time). A.5 Argus Movie Maker (MM), Windows only Moviemaker has been designed to create AVI movies of a series of Argus images, either oblique, panoramic or plan view. After specification of the directory of interest, a list of files is selected with the help of a file mask (Fig. A.8). This file mask can be used in the selected directory, but also using multiple directories. The latter allows the user to select e.g. all daytimex images for a certain month of a certain camera. To build up the file mask, the user specifies patterns of the desired image names, extended with asterisks (*) as wildcards. For example: to select all timex images in the selected directory, specify the mask as *.timex.jpg (note the dot before timex to exclude daytimex images). To select all timex images around 12 o clock of camera 1 for the month July, select the e.g. [imagepath]\jvspeijk\2003\ c1 directory and specify the mask as *Jul*\*_12_*.timex.jpg. After specification of the file mask and clicking on the Select files button, the desired images are added to the list. It is possible to add your files in multiple selections. Each time, the selected files are added to the bottom of the list. After completing the image list, the list can be saved as a text file and can be loaded the next time, to reduce time. Another way to add files to your compilation is by using the Pick files button that allows you to select your files by hand in a certain directory. After selecting a file in the list, it is possible to open a popup menu with the right mouse button. This menu allows you to delete the selected file or the entire list and to preview the selected image. If your compilation is complete, you can choose to leave the Sort (Argus) files marked, so that the selected files are sorted (in ascending order), based on the first part of the filename, which is the epoch time in argus images. This can be useful if the selection you made is not chronological. The sorting will be performed just before the generating of the AVI, after clicking on the Generate AVI button. In the AVI properties frame, the user can specify the properties of the AVI to be made. The Frames per second box specifies the speed of the animation (default 4 fps). The Quality box specifies the compression quality of the images in the AVI and depends on the A 11

44 codec used, if it applies (default 95). In the Scaling box, the user can specify a number between 0 and 1 to resize the resulting AVI (default 1). Resizing can result in a smaller file size for the AVI. In the Compression codec menu, the user can choose which codec to use for the AVI compression. Note that, however the list contains several codecs, not all of these codecs are necessarily installed on your system. An error will be shown, after attempting to generate an AVI, if a selected codec is not installed. The default Cinepak codec will be generally available on Windows machines and is quite useful for argus images. When everything is set, clicking the Generate AVI button will start the processing of the images. This process is shown in a separate window. Note that you cannot put this window to the background or place another window on top of it, since that will be visible in the animation! Fig. A.8: User Interface of Argus moviemaker Notice that: Moviemaker does not work well on UNIX systems, mainly because of the incompatibility of the AVI format. The file mask, specified over multiple directories, can provide some problems under Windows NT. The result will be that no files are added to the list. Users with NT may have to specify masks that operate only in the selected directory and select files in multiple selections. A.6 Argus Stack Tool (AST) AST has been designed for the analysis of the morphodynamics of sand bars. To that end, image intensities are sampled along a user-specified array and stacked over time. On the basis of the evolution of the wave breaking patterns over time, the migration of sand bars can be quantified. A 12

45 Fig. A.9: User Interface of Argus Stack Tool (AST) AST requests the user to specify the site of interest, the end points of the array of interest and the period of interest. As before, the period of interest is to be specified in GMT times. With the help of the option Show Array, the user can verify whether the array co-ordinates entered do satisfy. Proper use of this application demands that image intensities are sampled at similar tidal levels (cf. Van Enckevort and Ruessink, 2001). To that end, AST applies an image filter, which selects the images that obey some user-specified filter criteria. In the example given in Fig. A.9, only images which were sampled at a tidal levels between 0.20 m and (that is the value 0 plus or minus half the range) qualify for analysis. If the user is interested in storm events only, a similar filter can be applied on the basis of wave height information. The fielddata (water level, wave height) needed to do so are read from the ARE fielddata archive, see Section Error! Reference source not found.. A.7 Intertidal Beach Mapper (IBM) IBM is meant for the interactive mapping of shorelines. The application allows the user to load an Argus image from the video archive, specify a Region of Interest (ROI) and to determine the location of the shoreline within that ROI. For most cameras, a default ROI is suggested as well. The user interface of IBM is shown in Fig. A.10. A 13

46 Fig. A.10: User Interface of the Intertidal Beach Mapper (IBM) After loading an image from the video archive, IBM automatically reads the hydrodynamic conditions from the fielddata archive and the relevant meta-information from the argusdb. A user-specific ROI can be defined by clicking the button Indicate ROI. Use the left button of the mouse to specify the corners of the ROI, clicking the right mouse button closes the polygon and finishes ROI definition. After specifying a ROI, you can optionally store it in your personal user settings for future use by clicking the Store ROI button, thus replacing the existing ROI. New ROIs can be added with the Add button below the ROI selection menu. This function copies the current ROI to a user specified name. After that, select the newly copied ROI and click Indicate ROI to alter it and subsequently Store ROI. With the Del button you can delete the current ROI and the Ren button renames the current ROI. User-specified regions of interest will be loaded automatically (if available) when you load an image of the same site and camera. IBM contains a sophisticated elevation model to estimate the elevation of the shoreline at the time of image collection, accounting for the effects of tide- and storm-induced water level variations outside the surf zone, wave set-up at zero water depth and swash oscillations at infragravity and incident wave frequencies. The Find Elevation button allows for the running of the Shoreline Elevation Model in stand-alone mode (only if all tide- and waveparameters are known). If one of the wave parameters is missing, the shoreline elevation is assumed to match the tide level. In the case of a missing tide level, the estimated elevation is set to a nan (not-a-number), which can be edited manually. Hitting the Find Waterline button first starts the Intertidal Beach Mapper, which involves subsequently running of the elevation model and the shoreline detection model. This is done by clustering the dry and wet pixels within the ROI, in colour or grayscale space or both (selectable). The shoreline is found at the interface of both clusters. If the clustering appears to be successful, IBM opens a second window showing a 2-dimensional histogram of the two clusters for the criterion (colour or grayscale) that provides the best distinction A 14

47 (Fig. A.11). Besides, the identified shoreline is also shown in the Argus image in the IBM main window. Fig. A.11: IBM Result Window, showing the distinction between dry and wet pixels On the basis of a visual inspection of the results, the user decides whether to accept the solution provided by the model, or to dismiss it. If the result largely satisfies, apart from a few outliers, the user is advised to select Accept. After that, the outliers can be removed manually with the help of the Remove Dots option. Once the result fully satisfies, it can be stored by hitting the Store WL button. Results are saved in the specified output directory (see the User menu), in anticipation of further post-processing. The latter may involve the mapping of intertidal beach bathymetry on the basis of set of waterlines, sampled over a tidal cycle. An example of that is given in Appendix E. The present release of IBM also operates on plan-view images, after being generated with an Argus rectivication/merge tool like AMT. To do so, you need to store AMT output results in the binary mat format, since the jpg images do not contain any grid information. Furthermore, the User menu offers several options to store user- and/or site-specific settings, like a representative local beach slope, preferential criteria settings and parameter settings for the shoreline elevation model. For a detailed background on the intertidal beach mapper, reference is made to Aarninkhof et al. (in press), who present the model formulations, an investigation of model accuracy and example applications in The Netherlands and Australia. Extension of the IBM functionality through incorporation of relevant post-processing techniques (shoreline evolution over time, mapping intertidal beach bathymetry) is anticipated soon. A.8 Intertidal Bathymetry (ibathy) ibathy allows the user to interpolate a bathymetry, based on the shorelines mapped in the IBM. This tool can be called directly from the IBM (from its Tools menu) and the loaded picture in IBM can be transferred directly to ibathy by means of the File menu/copy image from IBM functionality. To interpolate a bathymetry, the user should load a number of mapped shorelines ranging over different levels, the same way as in the MovieMaker (see section A.5). Clicking the loaded shorelines with the right mouse button, allows the user to delete and show the shorelines in the loaded image. Subsequently, the user can indicate and store the region of interest (ROI). A 15

48 Fig. A.12: ibathy user interface The user can choose the interpolation methods (LOESS (by N. Plant) or standard Matlab interpolations) and the grid size to interpolate on. With Make Bathy the bathymetry will be interpolated within the ROI, using all loaded shorelines. Save Bathy will save the bathymetry with a fixed name (if possible) in a location chosen by the user. Since the tool uses multiple layers on the image and Matlab allows zooming on just one layer, the other layer and title have to be corrected after zooming in or out. This can be done by clicking Correct zoom after zooming. Notes: 1) If the user selects plan images to interpolate on, the interpolated surface will be shown as a transparent surface on top of the image and shorelines. This will only be possible if the computer supports OpenGL rendering. In Matlab 6.1 however, the updating of the figure can be very slow, which is a Matlab problem. Therefore, the OpenGL can be switched off, increasing the update speed significantly, in the User menu. The disadvantage is, that the surface will not be transparent anymore. 2) It is possible with interpolated bathymetries on plan images, to undock the resulting figure (in the File menu), allowing the user to have a closer look on the results. This allows the user to rotate the surface and shorelines and modify the object properties (color, thickness etc.) by means of the standard Edit menu. The image on the background will not rotate. 3) If elements in the image drop away (for instance the bathymetry is not visible anymore), the can refresh the elements by unchecking and re -checking the boxes in the Image control area. 4) It may happen that when there is no ROI present yet, the image will disappear when the user zooms. This can be solved by indicating the first ROI. 5) When elements, such as ROI lines or shorelines exceed the image boundaries, it may happen that, when the user clicks Zoom on, the axes zoom out entirely to capture all elements. This looks a bit disorderly, but the user can simply zoom in on the picture or part of interest to solve this. Subsequently, click Correct zoom. A 16

49 A.9 Intertidal Beach Processor (IBP) The Intertidal Beach Processor (IBP) is a tool that can perform various types of analysis on the mapped shorelines or bathymetries. The program is plugin orientated and can easily be extended with new types of analysis. At the moment, the only analysis implemented is to determine the Intertidal Coastline (or IKL in dutch). The program can be started from the Tools menu in the IBM or via the Switch menu in ibathy. The same functionalities apply as for ibathy, as well as note 1), 3), 4) and 5). Fig. A.13: IBP user interface To illustrate how to do an analysis, the determination of the IKL will be used as an example. This analysis uses (for now only) bathymetries as an input. Select at Data basis! Bathymetry and select in Analysis! Determine IKL. The comments on the plugin will appear in your Matlab command window. Load an image or copy it from the IBM. Load the bathymetries in the list. Note that the order of appearance in the list will be used as the chronological order, no sorting will take place! The user should look closely on the order of loaded bathymetries before calculating. Next, the cross sections have to be defined on which the analysis will take place. This can be done by means of the normal Matlab syntax, for example see the default values. Also the minimum and maximum in cross shore direction (argus X) have to be specified. These cross sections can be visualised by selecting Show cross sections. If you change the cross sections, you will have to uncheck and re -check this box to update the image. In this analysis, these lines will be the region of interest. Subsequently, the analysis parameters can be set. In this case, you define the upper and lower limit of the level used to determine the IKL. The Tick defines the tick spacing in your resulting figures, so that an analysis with many files (=different times) do not result in a figure with unreadable dates at the bottom. A 17

50 After setting all the parameters, click Calculate and the plugin will calculate the position of the IKL and volume changes over time (specified in the filenames) and over all cross sections and will produce plots to visualise the results. The plots are standard Matlab figures and texts and properties can be changed as normal, using the Edit menu. A 18

51 B Notitie prijsstelling Argus licenties RWS Aan : Arno de Kruif, Rijk Oosterhoff (RIKZ) Van : Stefan Aarninkhof Betreft : Datum : 29 oktober 2003 Kopie : Arjan van der Weck, Tom Schilperoort Afhandeling: Ter bespreking Het gebruik van video ter ondersteuning van kustbeheer Prijsstelling Argus licenties Rijkswaterstaat Inleiding Momenteel werkt RIKZ in de persoon van Rijk Oosterhoff aan de oplevering van het implementatieplan Argus. In dit plan wordt een inventarisatie gemaakt van de technische mogelijkheden van de techniek, haar bruikbaarheid voor kustbeheer en de benodigde financiële en personele inspanning voor operationeel gebruik in de praktijk. Onderdeel van dat laatste zijn de jaarlijkse licentiekosten voor het gebruik van Argus data collectie en analyse software. Op verzoek van RIKZ wordt in deze notitie het standaard Argus Licentie Model 2003 van WL (zie Bijlage 1) toegepast op de Rijkswaterstaat (RWS) organisatie. Toepassing van het Argus Licentie Model 2003 voor Rijkswaterstaat De achtergrond van het Argus Licentie Model 2003 (zie Bijlage 1) brengt ons tot de volgende constateringen: RWS wordt beschouwd als een niet-academische partner. Hiervoor gelden de standaard licentie prijzen, te weten 2000 per jaar voor het gebruik van de data collectie software en 4000 per jaar voor het gebruik van de data analyse software. Een licentie voor het gebruik van de data collectie software wordt verleend aan de zgn. local operator. In geval van Egmond is dit de Informatiedienst Water, in geval van de installatie van een nieuw station bij t Zwin zou dit de Directie Zeeland kunnen zijn. De data collectie software is site-specifiek en wordt derhalve in rekening gebracht voor ieder afzonderlijk videostation. Een licentie voor het gebruik van de data analyse software wordt verleend aan de RWS dienst die daadwerkelijk betrokken is bij de analyse van Argus beelden. In de huidige situatie zou deze verleend worden aan RIKZ. De data analyse software is generiek en derhalve toepasbaar voor meerdere stations. Voor de tweede en volgende stations van één en dezelfde local operator wordt een afnemend licentiebedrag in rekening gebracht (zie Bijlage 2). Een Argus licentie is niet overdraagbaar. Gelet op de speciale rol die RWS heeft gespeeld bij de ontwikkeling en operationalisering van Argus analyse software wordt een korting van 20% verleend op de kosten van de analyse licentie (zie Bijlage 2). B 1

52 Inbedding huidige RWS stations in Licentie Model 2003 Tot april 2005 zijn RWS en WL gezamenlijk betrokken bij het CoastView project, waardoor de Argus collectie en analyse software kosteloos ter beschikking wordt gesteld. Na afloop van CoastView is het voorstel van WL dat het Licentie Model 2003 in werking treedt. In geval van de huidige 2 Egmond stations betekent dit: Een licentie ter waarde van 4000 per jaar voor de Informatie Dienst Water, voor het gebruik van de Argus collectie software op 2 stations Een licentie ter waarde van 6000 per jaar voor het RIKZ, voor het gebruik van de Argus analyse software op 2 stations Zoals besproken met Arjan van der Weck stelt het hierboven geïntroduceerde licentiemodel WL in staat om structureel aandacht te schenken aan het beheer van de Argus code, de verbetering van de bruikbaarheid van Argus analyse technieken en de operationalisering van nieuwe concepten. Daarnaast is in de genoemde bedragen een vaste afdracht verwerkt aan OSU, bij wijze van royalty afdracht over analyse activiteiten door derde partijen. B 2

53