Gebiedsdekkende dijksterkte bepaling met remote sensing Dyke quality assessment by remote sensing. Robert Hack & Joost van der Schrier

Transcriptie

1 RSDYK Robert Hack & Joost van der Schrier 2010.Xx International Institute for Geo-Information Science and Earth Observation (ITC) Royal Haskoning Fugro Stichting Ijkdijk Gemeente Reeuwijk Hoogheemraadschap Rijnland RSDIJK Onderzoek en ontwikkelproject Vlakdekkend meten van de kwaliteit van een dijk en de ondergrond door toepassing van gestapelde remote sensing technologie Stapelen : combineren van verschillende type metingen en het monitoren van verschillen in reactie (factor tijd) op veranderende omgevingsvariabelen 1

2 RSDIJK Onderzoek en ontwikkelproject Ruimtelijk vaststellen van dijk en ondergrond model door toevoegen van gestapelde remote sensing technologie (complementair t.o.v. traditionele onderzoekstechnieken) Verbetering t.o.v. dijk- en ondergrondmodel uit alleen puntbroninformatie; zwakste deel bepaalt de veligheid van de dijkring Context Meten vanaf dijk oppervlak of daarboven, vlakdekkend detecteren van anomalien (t.o.v. omgeving) Selectie van meetmethodiek (stapelen, response studies, herhalingsmetingen) Toetsen van relevantie gedecteerde anomalie voor dijkenproblematiek (relaties tussen oppervlak, dijk en ondergrond) Extrapolatie naar extreme (ontwerp condities) 2

3 Doelstelling (1) Primaire waterkeringen in Nederland relatief veel informatie voorhanden redelijke inschatting van de sterkte Regionale waterkeringen (en vooral ook voor de meeste waterkeringen in het buitenland) weinig informatie onderzoek van de waterkeringen op de traditionele manier, met sonderingen en boringen (op bijvoorbeeld iedere 100 meter), kostbaar en tijdrovend inschatting sterkte moeizaam en (impliciet) onzeker (de kans dat een lokale geul, zandlens of andere (geologische) discontinuiteit wordt gemist is lastig te kwantificeren) Doelstelling (2) De combinatie van Verschillende remote sensing (RS) technieken Zichtbaar licht Infrarood Thermisch infrarood Multi-spectraal analyse Gamma spectraal analyse Radar Verschillende RS opnames in tijd onder contrasterende omgevingscondities (verschillende seizoenen, nat-droge periodes, etc) Lokale geologische informatie Geometrische data Leveren samen (in potentie) een kwantitatief en ruimtelijk beeld van de sterkteopbouw van dijk en ondergrond Niet één techniek die het antwoord geeft: het gaat juist om het waarnemen van verschillen door het combineren van technieken en uitvoeren van herhalingsmetingen in de tijd (onder contrasterende omgevingscondities) 3

4 Plan van aanpak (1) Het project heeft de volgende onderdelen: Fase 1: Fase 1 bestaat voornamelijk uit een literatuurstudie en het verzamelen van data door middel van terristrische opnamen en opnamen vanuit een kleine helikopter met remote sensing apparatuur en het analyseren van de resultaten in relatie met verschillende dijksterkte parameters. De volgende items zullen hierbij worden geanalyseerd: De relatie tussen dijkbekleding in remote sensing (*) De relatie tussen waterhuishouding en dijkbekleding (*) De relatie tussen waterhuishouding in de dijk en sterkte parameters De relatie tussen materiaal in de dijk en geologie van de omgeving van de dijk De relatie tussen materiaal in de dijk en remote sensing De relatie tussen materiaal in de dijk en dijksterkte Plan van aanpak (2) Het project heeft de volgende onderdelen: Fase 2: In fase 2 worden de relaties verder uitgewerkt die in fase 1 zijn vastgesteld. g Uitwerken van de in fase 1 gevonden relaties in software routines waarschijnlijk in een GIS (Geographic Information System) omgeving. Modelmatig besluitondersteunend systeem (DSS) voor dijkkwaliteit en sterkte gebaseerd op de fysische relaties ontwikkeld in fase 1 Noot: Het DSS zal moeten aangeven of afwijkingen van verwachte patronen inderdaad wijzen op een anomalie in de dijk en/of ondergrond en zoja of deze afwijkingen van belang zijn in relatie tot dijksterkte (nu en vooral tijdens een extreme conditie zoals een hoogwater, extreme droogte, etc.). Denk daarbij aan het traceren en beoordelen van lokale afwijkingen zoals een geul in of onder de dijk, een hogere dan verwachte grond waterstand, inhomogeniteiten in dijkopbouw (bv. t.g.v. een oude afschuiving, geologisch afzettingsmillieu, toepassing van vreemde constructiematerialen (puin), etc.). 4

5 Plan van aanpak (3) Het project heeft de volgende onderdelen: Fase 3: In fase 3 worden de relaties die in fase 2 zijn vastgesteld en het DSS in een software omgeving g geïmplementeerd die de methdologie toegankelijk maakt. Dit in eerste instantie voor experts (dit onderdeel wordt in dit project gedaan), en ten tweede in een niet-expert systeem in samenwerking met verschillende andere projecten in het FC2015 project. Het maken van een eerste gebruikers interface voor experts Het meewerken in een van de andere projecten voor het ontwikkelen van een gebruikers interface voor niet-experts. De procesketen :. de zwakste schakel bepaalt het eindresultaat.. Data acquisitie Verwerken Analyse & zonering (o.a. GIS) Kalibratie & implementatie (o.a. GIS/prototype/praktijk) Meerdere technieken en sensoren (meerdere golflengte bereiken) Enhancement: Beeldverwerking per golflengte bereik Referencing: Koppeling naar onderliggende: - Fysische parameters - Fysische processen Verificatie van de anomalieën Link naar inspectie parameters Time window: Optimale keuze opname tijdstip (dag, seizoen) Meting in duplo: Combinatie van technieken in 1 vlucht Herhalingsmeting Geo- Referencing (GPS) Patroon en anomalie herkenning: - Multi-spectrale analyse - Multi-temporele analyse - Spatiële analyse Zonering: Opdeling in homogene gebieden Afgeleide toepassingsvelden: - Risicokartering - Beheer - Onderhoud - Planning - etc. 5

6 Meerdere golflengte bereiken Type straling en type sensor Passieve sensoren Actieve sensoren Emissie Thermaal Infrarood (ook s nachts) Reflectie Zonlicht: Zichtbaar licht Infrarood Ultraviolet Lidar (laser licht) 6

7 Gebruikelijke (air-borne) sensoren Laser scanning (geometrie) Thermaal Infrarood (temperatuurverschillen, vochtgehalte) Multispectraal (vegetatie, grondsoort, vochtverschillen) Meettechniek Spatiële en temporale resolutie detailniveau (pixel grootte) en tijdsinterval Relatieve nauwkeurigheid probleem en proces onderscheidend vermogen, welke problemen en processen kunnen op dezelfde plaats en tijd onderscheiden worden Absolute nauwkeurigheid wat is de validiteit van de methode, e.g. hoe betrouwbaar, hoe representatief 7

8 Tijdstip en duur meting (tijdvenster) Meetcondities (bewolking, belichting, stand van de zon, mate van aanstraling, etc.), ook afhankelijk van techniek/type sensor Gebruikmaking van optimale contrastcondities (uitvergroten van verschillen); ontwikkelen van meetplan Minimalisatie stoorbronnen (neerslag, bemesting, etc.) Richtlijnen en verordeningen Beeldverwerking Enhancement (contrast t verbetering) per bandbreedte Geo-referencing (Differential GPS kalibratie) 8

9 Referencing Koppeling naar onderliggende fysische parameters en processen: Geometrie, topografie (vervorming) Vochtgehalte (verdroging, vernatting, kwel) Oppervlakte geologie en geologisch milieu (wordingsgeschiedenis vanuit een kwartair geologisch perspectief) Grondsoort (klei, zand, veen) Vegetatie (vegetatiestress, type vegetatie) Patroon en anomalie herkenning Het creëren van informatie door het slim kijken in ruimte (spatiele analyse) en tijd (multi-temporele analyse) Het creëren van informatie door het slim combineren van metingen binnen meerdere golflengte bereiken (multi-spectrale analyse - stapelen) 9

10 Kalibratie en implementatie Verificatie directe output/confirmatie van geconstateerde anomalieën Afwijkingen in gedrag van dijk in omgeving en in tijd Link naar inspectieparameters Zoeken naar causale verbanden GIS en praktijk kalibratie Afgeleide toepassingsvelden Duurzame ondergrond t.b.v. risicokartering, beheer & onderhoud, planning, etc. Proeflokaties Proeflokatie Reeuwijk (veendijk) Proeflokatie IJKdijk (overslagprooef kwaliteit en homogeniteit dijkbekledingsmateriaal) 10

11 Resultaten tot nu toe Proeflokatie Reeuwijk Veendijk 11

12 Proeflokatie Reeuwijk (1) 3 tests sites (Tempeldijk-North, Tempeldijk-South South, en Vreesterdijk) Tempeldijk-North en Tempeldijk-South zijn onderdeel van dezelfde veenkade Vreesterdijk is een achtergebleven stuk veen in de polder in gebruik als weg Test sites in Reeuwijk Zuid Holland (map: Routenet Routeplan, ; 16 Feb 2009) 12

13 Test sites Area: Partially excavated for peat excavation Tempeldijk = veenkade Location: North No known problems South Seepage ( kwel ) Proeflokatie Reeuwijk (2) Tempeldijk-North heeft zover bekend geen problemen Tempeldijk North heeft zover bekend geen problemen Tempeldijk-South heeft kwel en verzakkingen Vreesterdijk is een achtergebleven stuk veen in de verder uitgegraven polder in gebruik als weg 13

14 Geology G0: Holland peat C2: Holland peat on Callais III Deposits (tidal flat deposits) on an alternation of Holland peat and Gorkum deposits C2..: Holland peat on Callais III Deposits (tidal flat deposits) on Gorkum deposits (channel deposits) rc0: Holland peat on Gorkum deposits (channel deposits) Geological map of the area around Reeuwijk (after Bosch and Kok, 1994) 15 sonderingen (CPT s) en 2 boorgaten gemaakt op klein gebied (30 x 30 m) Grondmodel interpretatie gemaakt gebaseerd op de geologie en de min-of-meer bekende opbouw van de dijk 14

15 Subsurface Tempeldijk - South Interpretatie leidt tot: Geen bijzonderheden De CPT s en boorgaten geven geen aanleiding aan te nemen dat er problemen zijn ECHTER.. 15

16 Weerstandsmetingen Tempeldijk-South 3D Resistivity contour plot Weerstandsmetingen geven geen beeld consistent met sonderingen en boorgaten 16

17 Tempeldijk - temperature a a b b Tempeldijk North c Tempeldijk South c Temperatuur beelden veel onregelmatiger voor Tempeldijk-South dan voor Tempeldijk-North 17

18 Resultaten tot nog toe De temperatuurbeelden van de opbouw van Tempeldijk-South geven aan dat de opbouw heterogener en onregelmatiger is dan Tempeldijk Noord. De grotere inhomegeniteit en onregelmatigheid hangen waarschijnlijk samen met problemen als kwel en verzakkingen Meerdere technieken wijzen in dezelfde richting (slim meten en stapelen kan de waarneming versterken en inzicht geven in onderliggende fysische mechanismen) RS-IJkdijk Resultaten tot nu toe Voldoende indicatie dat de voorgestelde methode mogelijkheden heeft (potentie groot gezien miniaturisering van meettechnologie) 2 AIO/PhD studenten Relaties tussen opbouw dijk, ondergrond en remote sensing Relaties tussen grondwater en saturatiegraad en remote sensing (onverzadigde zone) Relaties kwaliteit van de dijk en remote sensing & extrapolatie naar extreme condities 18