All-In-One Sensor Validatietest - Eindrapport

Industry

Siemens AG, I CS VS CMR, Werner-von-Siemens-Str. 65, 91052 Erlangen

Stichting IJKdijk

Naam Afdeling

Bernhard Lang I CS VS CMR

Telefoon E-mail

+49 173 7337 894 [email protected]

Onze referentie Datum

BL November 30, 2012

All-In-One Sensor Validatietest - Eindrapport Den Haag, München, 30 november 2012 Auteurs: Bernhard Lang Coen Speckens Rene Joubert Ilya Mokhov Hubert Kraut Arnaud Duchemin Frank Klöckner

Eindrapport

AIO-SVT

Inhoudsopgave 1 2

3

4

5 6 7

1 2

3

Samenvatting...................................................................................................................................................... 7 Inleiding .............................................................................................................................................................. 8 2.1 Rol van Siemens bij de dijkdoorbraakexperimenten ...................................................................................... 8 2.2 Vereisten voor dit rapport ............................................................................................................................... 9 Feitenrapport .................................................................................................................................................... 10 3.1 Beschrijving van de experimenten ............................................................................................................... 10 3.1.1 West Dijk ............................................................................................................................................... 10 3.1.2 Oost Dijk................................................................................................................................................ 17 3.1.3 Zuid Dijk ................................................................................................................................................ 23 3.2 Project-tijdlijn van Siemens .......................................................................................................................... 33 3.3 Het Siemens-systeem .................................................................................................................................. 34 3.4 Grafische gebruikersinterface ...................................................................................................................... 36 3.4.1 Navigatiepaneel .................................................................................................................................... 38 3.4.2 Dijkoverzicht .......................................................................................................................................... 39 3.4.3 Doorsnede-weergave ............................................................................................................................ 40 3.4.4 Berekende waarden (voorspellingen) ................................................................................................... 42 3.4.5 Projectfase Twitter ................................................................................................................................ 42 3.4.6 Weerstation ........................................................................................................................................... 43 3.4.7 Webcams en sensorbeeldmateriaal ..................................................................................................... 43 3.4.8 Sensorfilter ............................................................................................................................................ 44 3.4.9 Statusoverzicht ..................................................................................................................................... 45 3.4.10 Grafieken ........................................................................................................................................... 48 3.4.11 Grafieklegenda .................................................................................................................................. 48 3.5 Visualisering van sensorwaarden in de dijkdoorbraakexperimenten ........................................................... 49 Analyse ............................................................................................................................................................. 51 4.1 Analyse van sensorwaarden, bijv. van Alert Solution, Koenders, Landustrie, StabiAlert ............................ 51 4.2 Voorspelling door middel van Finite Element Models (eindig element modellen) ....................................... 52 4.3 Anomalie detectie strategieën ...................................................................................................................... 57 4.3.1 Clustergebaseerde anomalie detectie .................................................................................................. 57 4.3.2 Modellering met behulp van de transfer functie voor anomalie detectie .............................................. 58 4.4 Samenwerking van component Kunstmatige Intelligentie en Virtueel Model .............................................. 59 4.4.1 Datavoorbereiding ................................................................................................................................. 59 4.4.2 Oost en West Dijken ............................................................................................................................. 59 4.4.3 Zuid Dijk ................................................................................................................................................ 62 4.4.4 Anomaliedetectie .................................................................................................................................. 63 4.5 Toepassing van datagebaseerde methodes voor analyse van experimenten ............................................ 67 4.5.1 Inleiding ................................................................................................................................................. 67 4.5.2 West Dijk ............................................................................................................................................... 67 4.5.3 Oost dijk ................................................................................................................................................ 69 4.5.4 Zuid Dijk ................................................................................................................................................ 72 4.6 Conclusies voor datagebaseerde methode voor anomalie detectie ............................................................ 76 Toegevoegde Waarde van voorspellingen .................................................................................................... 77 Literatuur .......................................................................................................................................................... 80 Bijlagen ............................................................................................................................................................. 81 7.1 Bijlage 1: Resultaten van Finite Element Modeling...................................................................................... 81 7.2 WinCC OA Eigenschappen .......................................................................................................................... 94 7.3 HR Wallingford ............................................................................................................................................. 93 Inleiding .............................................................................................................................................................. 1 Geotechnische parameters ............................................................................................................................... 1 2.1 Doorlatendheid ............................................................................................................................................... 1 2.2 Afschuifsterkte ................................................................................................................................................ 2 2.2.1 Slappe klei............................................................................................................................................... 2 2.2.2 Veengrond............................................................................................................................................... 3 2.2.3 Zand ........................................................................................................................................................ 3 2.3 Stijfheid ........................................................................................................................................................... 4 2.4 Dichtheid ........................................................................................................................................................ 5 RELIABLE-voorspelling voor klasse A ............................................................................................................ 7 3.1 Waterpeil in reservoir onder kernkruin ........................................................................................................... 7

AIO SVT Siemens eindrapportage 2.docx

© Siemens AG 2012. All rights reserved

Blz. 2 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

3.1.1 Modelinstellingen .................................................................................................................................... 7 3.1.2 Resultaten ............................................................................................................................................... 7 3.2 Waterpeil in reservoir boven kernkruin........................................................................................................... 8 3.2.1 Modelinstellingen .................................................................................................................................... 8 3.2.2 Resultaten ............................................................................................................................................... 8 4 RELIABLE-voorspelling voor klasse B .......................................................................................................... 10 4.1 Waterpeil in reservoir boven kernkruin......................................................................................................... 10 4.1.1 Modelinstellingen .................................................................................................................................. 10 4.1.2 Resultaten ............................................................................................................................................. 10 5 HR Breach - klasse B voorspelling ................................................................................................................ 11 5.1 Run 1 ............................................................................................................................................................ 11 5.1.1 Initiële modelinstellingen ....................................................................................................................... 11 5.1.2 Resultaten ............................................................................................................................................. 12 5.2 Run 2 ............................................................................................................................................................ 12 5.2.1 Modelinstellingen .................................................................................................................................. 12 5.2.2 Resultaten ............................................................................................................................................. 12 5.3 Run 3 ............................................................................................................................................................ 13 5.3.1 Modelinstellingen .................................................................................................................................. 13 5.3.2 Resultaten ............................................................................................................................................. 13 5.4 Run 4 ............................................................................................................................................................ 13 5.4.1 Modelinstellingen .................................................................................................................................. 13 5.4.2 Resultaten ............................................................................................................................................. 13 5.5 Run 5 ............................................................................................................................................................ 13 5.5.1 Modelinstellingen .................................................................................................................................. 13 5.5.2 Resultaten ............................................................................................................................................. 14 5.6 Run 6 ............................................................................................................................................................ 14 5.6.1 Modelinstellingen .................................................................................................................................. 14 5.6.2 Resultaten ............................................................................................................................................. 14 5.7 Doorbraakverloopgrafieken .......................................................................................................................... 15 Bijlagen ...................................................................................................................................................................... 21



Blz. 3 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figurenlijst Figuur 1: Stroomschema met gegevens in AIO-sensorvalidatietest (bron Deltares) ................................. 8 Figuur 2: West Dijk profiel ..................................................................................................................... 10 Figuur 3: Alert Solution Sensoren - West Dijk ....................................................................................... 11 Figuur 4: Gebeurtenissen voor waterhoogte .......................................................................................... 12 Figuur 5: Gebeurtenissen voor waterspanning ....................................................................................... 12 Figuur 6: Tijdlijn van gebeurtenissen bij West Dijk ................................................................................. 14 Figuur 7: Diverse vlaggen zijn al geïnstalleerd (11:57 (NL) 25.08) ......................................................... 15 Figuur 8: Scheurvorming op de dijk - 21:09 (NL) 25.08 .......................................................................... 15 Figuur 9: Begin van de breuk bij West Dijk – 05:31 (NL) 26.08 .............................................................. 16 Figuur 10: West Dijk na breuk - 06:44 (NL) 26.08 .................................................................................. 16 Figuur 11: Oost Dijk profiel .................................................................................................................... 17 Figuur 12: Alert Solution Sensoren - Oost Dijk ...................................................................................... 17 Figuur 13: Gebeurtenissen voor waterhoogte ........................................................................................ 18 Figuur 14: Tijdlijn van de gebeurtenissen voor Oost Dijk ........................................................................ 20 Figuur 15: Start van lekkage – 15:17 (NL) 26.08 .................................................................................... 20 Figuur 16: Uitvergrote versie van Figuur 15 ........................................................................................... 21 Figuur 17: Scheuren op de kruin van Oost Dijk - 10:10 (NL) 27.08 ........................................................ 21 Figuur 18: Oost Dijk na breuk - 10:44 (NL) 27.08 ................................................................................... 22 Figuur 19: Profiel van Zuid Dijk – geselecteerde sensorposities............................................................ 23 Figuur 20: Alert Solution Sensoren - Zuid Dijk (west) ............................................................................ 24 Figuur 21: Alert Solution Sensoren - Zuid Dijk (oost)............................................................................. 24 Figuur 22: Gebeurtenissen voor schommelende inclinatiecoördinaten voor Zuid Dijk ............................ 25 Figuur 23: Tijdlijn van de gebeurtenissen voor Zuid Dijk ........................................................................ 28 Figuur 24: Zuid Dijk - 14:28 (NL) 8.09 ................................................................................................... 29 Figuur 25: Zuid dijk, begin van breuk – 14:29 (NL) 08.09.2012 ............................................................. 29 Figuur 26: Zuid dijk voortzetting breuk – 14:30 (NL) 08.09.2012 ........................................................... 30 Figuur 27: Zuid dijk na breuk – 14:34 (NL) 08.09.2012 ......................................................................... 31 Figuur 28: Zuid dijk – Breuklocatie– 14:36 (NL) 08.09.2012 .................................................................. 32 Figuur 29: Zuid dijk – 15:00 (NL) 08.09.2012 ........................................................................................ 33 Figuur 30: Siemens stroomschema gegevens ....................................................................................... 34 Figuur 31: WinCC OA startscherm bij 1e monitor ................................................................................... 36 Figuur 32: WinCC OA weergave linker monitor ...................................................................................... 37 Figuur 33: WinCC OA weergave project trends (rechter monitor)........................................................... 38 Figuur 34: Navigatiepaneel .................................................................................................................... 38 Figuur 35: Dijkoverzicht.......................................................................................................................... 39 Figuur 36: Sensor metingen ................................................................................................................... 40 Figuur 37: Sensortype weergave ........................................................................................................... 40 Figuur 38: Tabelweergave ..................................................................................................................... 41 Figuur 39: Berekening............................................................................................................................ 42 Figuur 40: Twitterbox ............................................................................................................................. 42 Figuur 41: Weerstation ........................................................................................................................... 43 Figuur 42: Webcam en geïntegreerde online visualisering van sensorleverancier Meta-Sensing ........... 44 Figuur 43: Sensorfilter ............................................................................................................................ 44 Figuur 44: Statusoverzicht ..................................................................................................................... 45 Figuur 45: Alarmconfiguratie .................................................................................................................. 47 Figuur 46: Grafieken .............................................................................................................................. 48 Figuur 47: Grafieklegenda...................................................................................................................... 48 Figuur 48: Tabbladen ............................................................................................................................. 49 Figuur 49: Voorspelling van faalmechanisme piping .............................................................................. 53 Figure 50: Virtuele sensoren .................................................................................................................. 54 Figuur 51: Virtuele sensoren en AS213.................................................................................................. 54 Figuur 52: Virtuele sensoren en AS218, 220, 222 .................................................................................. 55 Figuur 53: Verplaatsing in de virtuele sensoren ..................................................................................... 55 Figuur 54: Oost dijk: vergelijking van virtuele en echte sensoren ........................................................... 60 AIO SVT Siemens eindrapportage 2.docx


Blz. 4 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figuur 55: West dijk: vergelijking van virtuele en echte sensoren........................................................... 61 Figuur 56: Zuid dijk: vergelijking van virtuele en echte sensoren ............................................................ 62 Figuur 57: Oost dijk: virtuele sensor AS 218 (blauw) en echte AlertSolutions sensor AS 218 (groen). ... 63 Figuur 58: virtuele sensor - waterhoogte (blauw) en echte Deltares sensor (groen). .............................. 64 Figuur 59: Oost dijk: X-as – waterspanning na luchtdruk substractie, Y-as – hoogte.............................. 65 Figuur 60: Toepassing kunstmatige intelligentie bij Oost Dijk: a) en b) .................................................. 66 Figuur 61: Vergelijking waterspanning a) en b) ..................................................................................... 67 Figuur 62: Resultaten van anomaliedetectie met behulp van lineair model (simulatie/voorspelling) ....... 68 Figuur 63: Vergelijking tijdreeks a) en b) ................................................................................................ 69 Figuur 64: a) b) en c) ............................................................................................................................. 70 Figuur 65: a) b) en c) ............................................................................................................................. 71 Figuur 66: Bovenste: AlertSolutions inclinatiesensor (GB-AG-3) [graden] .............................................. 72 Figuur 67: a) b) en c) ............................................................................................................................. 73 Figuur 68: Bovenste: StabiAlert inclinatiesensor 3 ................................................................................. 74 Figuur 69: a) b) en c) ............................................................................................................................. 75 Figure 70: Waterdruk in set 1 aan virtuele sensoren .............................................................................. 89 Figure 71: Waterdruk in set 2 aan virtuele sensoren .............................................................................. 89



Blz. 5 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Tabellenlijst Tabel 1: Experimentlogboek voor West Dijk ........................................................................................... 14 Tabel 2: Experimentlogboek voor Oost Dijk ........................................................................................... 19 Tabel 3: Experimentlogboek voor Zuid Dijk ............................................................................................ 27 Tabel 4: Lijst met sensorleveranciers die deelnamen aan IJKdijk experimenten .................................... 50 Tabel 5: Dijkdoorbraakvoorspellingen voor West Dijk ............................................................................ 77 Tabel 6: Dijkdoorbraakvoorspellingen voor Oost Dijk ............................................................................. 78 Tabel 7: Dijkdoorbraakvoorspellingen voor Zuid Dijk .............................................................................. 79



Blz. 6 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

1 Samenvatting Vanuit het gezichtspunt van Siemens, zijn dit de belangrijkste conclusies van de dijkdoorbraakexperimenten in augustus/september 2012 in Booneschans. •

• • • •

Aangezien de stappen van het experiment vooraf goed waren gedefinieerd, was een wiskundige modellering van het dijkgedrag voor al deze volgende stappen en ten slotte van de faalmechanismen in de dijk een zeer bruikbare strategie om te voorspellen wat er zal of zou kunnen gebeuren en op welk moment. De door sensoren verstrekte informatie werd gebruikt om deze wiskundige modellen te verbeteren. Diverse sensoren waren in staat kritieke afwijkingen van een "normale status" vroegtijdig aan te tonen, evenals nog kritiekere afwijkingen vlak voor de dijkdoorbraken. Intelligente methodes om sensorwaarden te vergelijken met andere sensorwaarden (echte en virtuele), methodes voor systeemidentificatie, en kunstmatige intelligentie respectievelijk non-lineaire statistieken hebben hun waarde bewezen voor het genereren van vroege alarmmeldingen. Kunstmatige intelligentie respectievelijk non-lineaire statistieken kunnen hun volledige potentie aantonen in andere scenario's voor dijkdoorbraakvoorspellingen die afwijken van de verstrekte condities van de dijkdoorbraakexperimenten, b.v. onderscheiden van typische schommelingen van sensorwaarden door seizoensgebonden en/of weersinvloeden van kritieke afwijkingen, het vinden van de locaties van de meest kritische afwijkingen bij een langere dijk waar de secties elkaar totaal niet beïnvloeden.



Blz. 7 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

2 Inleiding 2.1 Rol van Siemens bij de dijkdoorbraakexperimenten Diverse dijkfaaltests zijn verricht te Booneschans, Nederland, binnen het IJKdijk-programma: • 2 piping-experimenten (augustus 2012) en • 1 macro-stabiliteitstest (september 2012). Siemens neemt deel aan het IJKdijk Consortium en heeft bijgedragen aan de experimenten bij de • West Dijk in augustus 2012 • Oost Dijk in augustus 2012 • Zuid Dijk begin september 2012

Figuur 1: Stroomschema met gegevens in AIO-sensorvalidatietest (bron Deltares)



Blz. 8 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Siemens heeft bijgedragen aan de volgende functieblokken: • • • • • •

Understandable data: Samen werken aan begrijpelijke sensorwaarden, met desbetreffende sensorleveranciers. Artificial Intelligence module: Ontwikkeling en toepassing van de component Kunstmatige Intelligentie, voor online anomaliedetectie (tijdens de experimenten). Interpretation/analysis: Deze taak vereist offline analyse van verzamelde metingen – tijdens en na de experimenten. Visualization of data: Doel van visualisering is ondersteuning van operators in de online gegevensanalyse. Warning/Alarmsystem: Dit subsysteem moet online data verwerken en alarmmeldingen geven. Detailled report

2.2 Vereisten voor dit rapport Stichting IJKdijk heeft om de volgende opbouw gevraagd: A) Feitenrapport Dit rapport bevat de beschrijving van het experiment vanuit het gezichtspunt van het sensor- of visualiseringsysteem (prestatie van sensoren, bijzondere gebeurtenissen). Naast grafieken, moeten er metingen en visualiseringen worden gepresenteerd. Analyses van metingen zijn ondergebracht bij deel B. B) Analyses Analyses en een omschrijving van eigen metingen en visualisering (bijv. wat gebeurt er in de dijk, welke faalmechanismen zijn zichtbaar). C) Toegevoegde Waarde van voorspellingen Gedurende de experimenten heeft Stichting IJKdijk al voorspellingen en gewijzigde voorspellingen ontvangen. Deze zullen in deze fase worden gevalideerd. In dit deel worden deelnemers gevraagd om een samenvatting van ingediende voorspellingen, waarbij wordt aangegeven in hoeverre voortschrijdende inzichten op basis van metingen hebben bijgedragen (of niet!!) aan de juistheid van de voorspelling.



Blz. 9 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

3 Feitenrapport 3.1 Beschrijving van de experimenten Het logboek voor het experiment is gebaseerd op het officiële logboek van de organisatoren. Dit logboek is aangevuld door gebruik te maken van echte sensormetingen. • Sommige tijden van gebeurtenissen in het logboek zijn gewijzigd. • Een paar gebeurtenissen op basis van sensorwaarden zijn toegevoegd. Voor dit doel zijn sensormetingen van twee verschillende deelnemers toegevoegd: • Deltares: hoogtesensoren (voor waterhoogte); • Landustrie: waterspanningsmeters. Dit experimentenlogboek is gebruikt als basis voor de volgende figuren: • Tijdlijn van de gebeurtenissen; • Relatie tussen sensorgegevens en gebeurtenissen. In dit rapport maken wij onderscheid tussen de drie experimenten op basis van hun locatie (West Dijk, Oost Dijk, Zuid Dijk).

3.1.1 West Dijk 3.1.1.1 Dijk en sensorposities in een notendop De AutoCAD-tekeningen verstrekt door de organisatoren van het experiment geven een compleet overzicht van de dijkconstructie, sensorsystemen en hun posities. Voor dit rapport geven wij een uittreksel van deze algemene informatie voor de West Dijk.

Figuur 2: West Dijk profiel



Blz. 10 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figuur 3: Alert Solution Sensoren - West Dijk

3.1.1.2 Gebeurtenissen De volgende sensormetingen zijn geraadpleegd: Deltares hoogtesensoren zijn gebruikt om daadwerkelijke gebeurtenissen te verkrijgen voor de watertoename met corresponderende datum en tijd, zie Figuur 4: • Waterhoogte binnenbassin, sensor-ID: 100393 • Waterhoogte buitenbassin, sensor-ID: 100394 Landustrie waterspanningsmeters, zie Figuur 5: • PT01: weergave gebeurtenissen bovenste DMC afvoersysteem, Sensor-ID: 100356 • PT02: weergave gebeurtenissen onderste DMC afvoersysteem, Sensor-ID: 100354



Blz. 11 van 128

Eindrapport 4 1

2

3

4

5

6

7

8

3,5

AIO-SVT

34 12 19 15 9 10 21 23 28 20 14 18 22 26 32 38

41 40 39

3 Waterhoogte in Waterhoogte uit

2,5 meter 2 1,5 1 0,5 0 12:00-21

12:00-22

12:00-23

datum

12:00-24

12:00-25

Figuur 4: Gebeurtenissen voor waterhoogte

De nieuwe gebeurtenissen zijn genummerd in Figuur 4 en hebben betrekking op kolom “id” van Tabel 1.

25

1

5

4

6

7

8

41 40 39

19 21 23 28 34 38 12 15 9 10 14 18 20 22 26 32

PT01 PT02

20

mbar

3

2

15

10

5

0 12:00-21

00:00-22

12:00-22

00:00-23

12:00-23

00:00-24 date

12:00-24

00:00-25

12:00-25

00:00-26

Figuur 5: Gebeurtenissen voor waterspanning



Blz. 12 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Voor de West Dijk is het experimentlogboek beschreven in Tabel 1.

id

Datum, tijd 1 21-aug-2012 16:12:18 2 22-aug-2012 3:32:18 3 22-aug-2012 10:46:18 4 22-aug-2012 15:52:18 5 23-aug-2012 9:04:18 6 23-aug-2012 14:12:18 7 23-aug-2012 17:52:18 8 23-aug-2012 22:28:18 9 24-aug-2012 5:18:18 10 24-aug-2012 7:52:18 11 24-aug-2012 9:03:24 12 24-aug-2012 9:56:18 13 24-aug-2012 11:00:26 14 24-aug-2012 12:32:18 15 24-aug-2012 14:14:18 16 24-aug-2012 14:38:18 17 24-aug-2012 16:10:18 18 24-aug-2012 17:28:18 19 24-aug-2012 20:26:18 20 24-aug-2012 23:20:18 21 25-aug-2012 2:46:18 22 25-aug-2012 5:44:18 23 25-aug-2012 6:18:18 24 25-aug-2012 7:16:52 25 25-aug-2012 7:47:56 26 25-aug-2012 8:34:18 27 25-aug-2012 9:09:30 28 25-aug-2012 10:36:18 29 25-aug-2012 10:41:10 30 25-aug-2012 10:50:06 31 25-aug-2012 11:50:03 32 25-aug-2012 12:12:18 33 25-aug-2012 12:36:18 34 25-aug-2012 13:54:18 35 25-aug-2012 14:00:00 36 25-aug-2012 14:32:18 37 25-aug-2012 14:43:13 38 25-aug-2012 16:20:18 39 26-aug-2012 7:34:18 40 26-aug-2012 8:22:18 41 26-aug-2012 8:58:18 42 26-aug-2012 9:16:56


Omschrijving Toename in waterniveau, waarde: 0 Toename in waterniveau, waarde: 0,404 Toename in waterniveau, waarde: 0,88 Toename in waterniveau, waarde: 1,06 Toename in waterniveau, waarde: 1,16 Toename in waterniveau, waarde: 1,484 Toename in waterniveau, waarde: 1,49 Toename in waterniveau, waarde: 1,72 Toename in waterniveau, waarde: 1,794 Toename in waterniveau, waarde: 1,82 Bovenste DMC-buis wordt binnen een uur geopend. Toename in waterniveau, waarde: 1,94 Onderste DMC-buis wordt binnen een uur geopend. Toename in waterniveau, waarde: 1,94 Toename in waterniveau, waarde: 1,96 Onderste DMC-buis is geopend, waarde: 9,033 Onderste DMC-buis is geopend, waarde: 9,233 Toename in waterniveau, waarde: 2,05 Toename in waterniveau, waarde: 2,05 Toename in waterniveau, waarde: 2,06 Toename in waterniveau, waarde: 2,054 Toename in waterniveau, waarde: 2,066 Toename in waterniveau, waarde: 2,09 Bovenste DMC-buis wordt op dit moment een beetje verder geopend. Onderste DMC-buis wordt op dit moment een beetje verder geopend. Toename in waterniveau, waarde: 2,18 Onderste DMC-buis wordt op dit moment een beetje verder geopend. Toename in waterniveau, waarde: 2,27 Onderste DMC-buis wordt op dit moment een beetje verder geopend. Bovenste DMC-buis wordt op dit moment een beetje verder geopend. Bovenste DMC-buis wordt op dit moment een beetje verder geopend. Toename in waterniveau, waarde: 2,49 Bovenste DMC-buis is geopend, waarde: 3,973 Toename in waterniveau, waarde: 2,7 Onderste DMC-buis wordt gesloten om 14.00 uur plaatselijke tijd. Onderste DMC-buis is geopend, waarde: 3,89 Bovenste DMC-buis zal nu worden gesloten. Toename in waterniveau, waarde: 3,2 Toename in waterniveau, waarde: 2,94 Toename in waterniveau, waarde: 3,05 Afname in waterniveau, waarde: 0,47 Totaal falen van de West Dijk


Blz. 13 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Sensorwaarde invoer van het officiële logboek Toename/afname in waterniveau Bovenste DMC-buis is geopend onderste DMC-buis is geopend Bovenste/onderste DMC-buis is gesloten overige gebeurtenissen Tabel 1: Experimentlogboek voor West Dijk

De verkregen tijdlijn-logs van de gebeurtenissen worden automatisch verwerkt. De resulterende tijdlijn voor de gebeurtenissen staat in de volgende figuur. toename_in_water_niveau

1

2

3

4

22-aug-2012 12:00:00

5

6 7

8

23-aug-2012 12:00:00

26 34 23 32 12 15 9 10 14 18 19 20 21 22 28 38 24-aug-2012 12:00:00

41 40 39

25-aug-2012 12:00:00

DMC_bovenste_open 33 31 24 30

11

24-aug-2012 4:48:00 25-aug-2012 0:00:00 25-aug-2012 19:12:00

DMC_onderste_open 17 13 16

27 25 29 36

24-aug-2012 9:36:00 25-aug-2012 4:48:00 26-aug-2012 0:00:00

DMC_bovenste_dicht 37 24-aug-2012 12:00:00

25-aug-2012 12:00:00

DMC_onderste_dicht 35 24-aug-2012 12:00:00

25-aug-2012 12:00:00

overige_gebeurtenissen

Falen van de dijk

25-aug-2012 0:00:00

26-aug-2012 0:00:00

Figuur 6: Tijdlijn van gebeurtenissen bij West Dijk



Blz. 14 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

3.1.1.3 Foto's tijdens het experiment

Figuur 7: Diverse vlaggen zijn al geïnstalleerd (11:57 (NL) 25.08)

Figuur 8: Scheurvorming op de dijk - 21:09 (NL) 25.08



Blz. 15 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figuur 9: Begin van de breuk bij West Dijk – 05:31 (NL) 26.08

Figuur 10: West Dijk na breuk - 06:44 (NL) 26.08



Blz. 16 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

3.1.2 Oost Dijk 3.1.2.1 Dijkconstructie en sensorposities in een notendop De AutoCAD-tekeningen verstrekt door de organisatoren van het experiment geven een compleet overzicht van de dijkconstructie, sensorsystemen en hun posities. Voor dit rapport geven wij een uittreksel van deze algemene informatie voor de Oost Dijk.

Figuur 11: Oost Dijk profiel

Figuur 12: Alert Solution Sensoren - Oost Dijk



Blz. 17 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

3.1.2.2 Gebeurtenissen Het officiële logboek van de gebeurtenissen leek enkele onzekerheden te bevatten inzake het tijdstip van de gebeurtenissen. Teneinde de daadwerkelijke datum en tijd van gebeurtenissen te verkrijgen, werd de sensor voor het meten van de waterhoogte geraadpleegd. De volgende sensormetingen zijn geraadpleegd: Deltares hoogtesensoren zijn gebruikt om daadwerkelijke gebeurtenissen voor watertoename te verkrijgen met corresponderende datum en tijd, zie Figuur 4: • Waterhoogte binnenbassin, Sensor-ID: 100389 • Waterhoogte buitenbassin, Sensor-ID: 100390

4

1

2

3

4

5

6

9 10 11

8

12 13

15 17 19 21 24 14 16 18 20 23

25

3.5

meter

3

Waterheight in Waterheight out

2.5 2 1.5 1 0.5 00:00-22

00:00-23

00:00-24

00:00-25

00:00-26

00:00-27

date

Figuur 13: Gebeurtenissen voor waterhoogte



Blz. 18 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Voor de Oost Dijk is het experimentlogboek beschreven in Tabel 2

id

Datum, tijd 1 21-aug-2012 15:22:18 2 21-aug-2012 20:44:18 3 22-aug-2012 2:04:18 4 22-aug-2012 10:08:18 5 22-aug-2012 15:14:18 6 23-aug-2012 8:26:18

Omschrijving Toename in waterniveau, verschil: 0,0100 Toename in waterniveau, verschil: 0,5200 Toename in waterniveau, verschil: 0,5200 Toename in waterniveau, verschil: 1,0100 Toename in waterniveau, verschil: 1,1913 Toename in waterniveau, waarde: 1,3400

7 23-aug-2012 11:16:00 8 23-aug-2012 17:14:18 9 24-aug-2012 7:54:18 10 24-aug-2012 12:08:18 11 24-aug-2012 14:20:18 12 25-aug-2012 5:50:18 13 25-aug-2012 8:32:18 14 25-aug-2012 17:36:18 15 25-aug-2012 20:08:18 16 25-aug-2012 22:04:18 17 26-aug-2012 0:04:18 18 26-aug-2012 2:12:18 19 26-aug-2012 4:02:18 20 26-aug-2012 6:00:18 21 26-aug-2012 9:04:18

De eerste put is ontdekt bij de stroomafwaartse dijkteen van de Oost Dijk. De locatie ziet u in de webcam-foto's: deze wordt aangegeven met een blauw teken met een nummer 1 erop. Later worden nieuwe putten op een vergelijkbare manier aangegeven, zonder nadere aankondigingen op dit kanaal. Zodra een put zand gaat produceren, d.w.z. een daadwerkelijk teken dat piping plaatsvindt, wordt het teken rood. Toename in waterniveau, verschil: 1,5700 Toename in waterniveau, verschil: 1,7600 Toename in waterniveau, verschil: 1,8600 Toename in waterniveau, verschil: 2,0100 Toename in waterniveau, verschil: 2,0800 Toename in waterniveau, verschil: 2,2000 Toename in waterniveau, verschil: 2,2900 Toename in waterniveau, verschil: 2,4020 Toename in waterniveau, verschil: 2,5000 Toename in waterniveau, verschil: 2,5900 Toename in waterniveau, verschil: 2,6920 Toename in waterniveau, verschil: 2,7980 Toename in waterniveau, verschil: 2,8900 Toename in waterniveau, verschil: 2,8700

22 26-aug-2012 9:45:09 23 26-aug-2012 11:04:18 24 26-aug-2012 13:04:18 25 27-aug-2012 7:36:18 26 27-aug-2012 11:03:49

Door het falen van de West Dijk, stroomde er water in het bassin aan de stroomafwaartse zijde van de Oost Dijk. Wij zijn nu bezig dit water weg te pompen. Toename in waterniveau, verschil: 3,0480 Toename in waterniveau, verschil: 3,1680 Toename in waterniveau, verschil: 3,2600 Falen van de Oost Dijk

Sensorwaarde invoer van het officiële logboek Aangepaste invoer van het officiële logboek toename in waterniveau overige gebeurtenissen Tabel 2: Experimentlogboek voor Oost Dijk



Blz. 19 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

De verkregen tijdlijn-logs van de gebeurtenissen worden automatisch verwerkt. De resulterende tijdlijn voor de gebeurtenissen staat in de volgende figuur.

increase_in_water_level

1 2 3

4 5

6

8

23-Aug-2012 00:00:00

9 10 11

13 12

24 19 23 18 21 15 17 16 20 14

25-Aug-2012 00:00:00

other_events

The first well at the downstream toe.

7

27-Aug-2012 00:00:00

Failure of the dike

22

23-Aug-2012 00:00:00

25-Aug-2012 00:00:00

25

26

27-Aug-2012 00:00:00

Due to the failure of the West dike water flowed into the basin at the downstream site of the East dike. We are now pumping this water away.

Figuur 14: Tijdlijn van de gebeurtenissen voor Oost Dijk

3.1.2.3 Foto's tijdens het experiment

Figuur 15: Start van lekkage – 15:17 (NL) 26.08



Blz. 20 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figuur 16: Uitvergrote versie van Figuur 15

Figuur 17: Scheuren op de kruin van Oost Dijk - 10:10 (NL) 27.08



Blz. 21 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figuur 18: Oost Dijk na breuk - 10:44 (NL) 27.08



Blz. 22 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

3.1.3 Zuid Dijk 3.1.3.1 Dijkconstructie en sensorposities in een notendop De AutoCAD-tekeningen verstrekt door de organisatoren van het experiment geven een compleet overzicht van de dijkconstructie, sensorsystemen en hun posities. Voor dit rapport geven wij een uittreksel van deze algemene informatie voor de Zuid Dijk.

Figuur 19: Profiel van Zuid Dijk – geselecteerde sensorposities



Blz. 23 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figuur 20: Alert Solution Sensoren - Zuid Dijk (west)

Figuur 21: Alert Solution Sensoren - Zuid Dijk (oost)



Blz. 24 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

3.1.3.2 Gebeurtenissen De volgende sensormetingen zijn geraadpleegd: •

AlertSolutions inclinatiesensoren zijn gebruikt om de uitgravingsgebeurtenissen te verkrijgen.

In de onderstaande figuur ziet u de vierkantswortel van de som aan kwadraten van de inclinatiecoördinaten. 14

3

5 6

14

15

19

23

24

30

40

12

tilt, degree

10

GB-AG1 GB-AG2 GB-AG3 GB-AG4 GB-AG5 GB-AG6 GB-AG7

8

6

4

2

0

00:00-04

12:00-04

00:00-05

12:00-05 date

00:00-06

12:00-06

00:00-07

12:00-07

Figuur 22: Gebeurtenissen voor schommelende inclinatiecoördinaten voor Zuid Dijk (wortel uit het gemiddelde van kwadraten).

Verkregen tijd-logs zijn opgenomen in het gecombineerde tijdlijn-logboek, zie onderstaande tabel. Als gevolg, is voor de Zuid Dijk het gecombineerde logboek van gebeurtenissen als volgt:

id

Datum, tijd

Omschrijving

Om 12:30 (3 september) beginnen we met de eerste fase, het 1 03-sep-2012 12:30:00 opvullen van de zandkern van de dijk 16:00 nog steeds vullen van de zandkern met water. Inmiddels zijn we begonnen met het opvullen van het bassin bij de buitenste helling 2 03-sep-2012 16:00:01 van de testdijk 3 03-sep-2012 16:40:00 waarde 0,10497 4 04-sep-2012 1:00:01 Gestopt met vullen van zandkern en bassin om ongeveer 01:00 uur. 5 04-sep-2012 3:20:00 waarde 0,13729 6 04-sep-2012 7:00:01 waarde 0,15133 7 04-sep-2012 8:45:00 waarde 0,34114 8 04-sep-2012 9:35:00 waarde 0,11166 Om 11:00 plaatselijke tijd beginnen we met uitgraving van 1 meter 9 04-sep-2012 11:23:00 fase 3 van de test. Begonnen om 11:23 aan oostzijde van de testdijk 10 04-sep-2012 11:25:00 waarde 0,30172 11 04-sep-2012 14:10:00 waarde 0,40059 Fase 3 is voltooid om 16:30 plaatselijke tijd, met één verschil t.o.v. de tekeningen: de uitgraving begint bij 1,5m vanaf de dijkteen, in plaats 12 04-sep-2012 16:30:00 van 1,0m.



Blz. 25 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

13 04-sep-2012 18:25:00 waarde 1,232 14 04-sep-2012 20:25:00 waarde 0,46483 15 05-sep-2012 8:30:00 waarde 0,22672 Om 10 uur in de ochtend willen we naar fase 5 gaan. In eerste instantie slechts 0,5m uitgraving, waarbij een bodembreedte van 4m 16 05-sep-2012 10:00:01 wordt aangehouden. 17 05-sep-2012 11:30:00 Om 11:30 plaatselijke tijd was de uitgraving van 0,5m voltooid. Het filterniveau van de waterspanningsmeter in het bassin is NAP – 1,26 m. Het filterniveau van de waterspanningsmeter in de uitgraving 18 05-sep-2012 13:19:56 is nu NAP -2,66 m 19 05-sep-2012 13:40:00 waarde 0,70846 Om 15 uur plaatselijke tijd wordt de volgende 0,5m uitgegraven, tot een totale graafdiepte van 2,0m. Nog steeds bij een bodembreedte 20 05-sep-2012 15:00:01 van slechts 4m. Om 16:45 plaatselijke tijd was de uitgraving voor vandaag voltooid: Fase 5 met een totale graafdiepte van 2m en een bodembreedte van 21 05-sep-2012 16:45:00 slechts 4m. Wij moesten de waterspanningsmeter in de uitgraving vervangen. Het filterniveau van de waterspanningsmeter in de uitgraving is nu 22 05-sep-2012 17:19:13 NAP -3,15 m 23 05-sep-2012 20:40:00 waarde 0,55587 24 06-sep-2012 5:40:00 waarde 1,4049 25 06-sep-2012 7:20:00

26 06-sep-2012 7:50:00 27 06-sep-2012 8:01:13 28 06-sep-2012 8:02:13 29 06-sep-2012 8:10:12 30 06-sep-2012 8:15:00 31 06-sep-2012 8:16:00

Wij hebben een interventie verricht om 7:20. Wij zijn weer begonnen met het opvullen van de zandkern (langzaam, niet geforceerd) Om 7:50 (plaatselijke tijd) hebben wij de waterstroom naar de zandkern een beetje geopend, vergelijkbaar met de kleine stappen die we hebben genomen op de eerste dag van de test. Ook weer begonnen met opvullen van bassin. Wij proberen nu de zandkern op te vullen tot een hoogte van 0,25m boven de dijkteen. Vervolgens proberen wij een interventie te verrichten met de DMCbuis Weer gestopt met vullen van de zandkern waarde 1,8519 Om 8:16 was het DMC systeem geactiveerd.

Om 10:00 (plaatselijke tijd) is het vullen van de zandkern met water 32 06-sep-2012 10:00:01 weer hervat. Om 12:00 tussen de middag, wordt de DMC geactiveerd - nu 33 06-sep-2012 12:00:01 daadwerkelijk? 34 06-sep-2012 15:45:00 DMC is nog steeds actief. 35 06-sep-2012 15:45:00 Vullen van de zandkern is gestopt om 15:45 plaatselijke tijd. Om 17:00 uur beginnen we met het vullen van de containers met 36 06-sep-2012 17:00:01 0,25 meter water 37 06-sep-2012 17:00:01 Om 17:00 is DMC-buis gesloten Om 23:00 uur beginnen we met het vullen van de containers met 38 06-sep-2012 23:00:01 0,25 m water tot een hoogte van 0,50 m water 39 07-sep-2012 5:00:01 40 07-sep-2012 7:30:00

Om 5:00 beginnen we met het vullen van de containers met 0,25 m water tot een hoogte van 0,75 m water waarde 6,7512

41 07-sep-2012 8:00:01

Om 8 uur beginnen we met het vullen van de containers met 0,25 m water (tot een hoogte van 1,00 m)



Blz. 26 van 128

Eindrapport 42 07-sep-2012 9:30:00 43 07-sep-2012 9:31:00

AIO-SVT

Om 9:30 wordt het vullen van de zandkern met water hervat. Om 9:30 wordt het DMC-systeem weer geactiveerd (in afvoermodus).

Vanaf 15:30 tot 16:00, is de doorstroom in de DMC-buis verhoogd tot 44 07-sep-2012 15:30:00 20 % (was, en is nu 10%) Om 17 uur plaatselijke tijd zullen we het niveau in de containers verhogen van 1,00m naar 1,25m. Ondertussen gaan we door met het 45 07-sep-2012 17:00:01 vullen van de zandkern. 46 07-sep-2012 19:00:01 19:00 DMC-buis ook gesloten 47 07-sep-2012 19:00:01 19:00 uur, stoppen met vullen van de kern. 48 07-sep-2012 19:01:00 19:00 uur de klep is gesloten. 49 08-sep-2012 0:30:00

Om 00:30 plaatselijke tijd zullen we het niveau in de containers verhogen van 1,25m naar 1,50m.

50 08-sep-2012 4:00:01 51 08-sep-2012 8:00:01 52 08-sep-2012 9:30:00

Om 4:00 wordt het vullen van de zandkern met water hervat. Het waterniveau in de containers is nu 1,5 meter Om 8 uur gaan we al het water uit de uitgraving pompen. Om 9:30 gaan we container 2,3,4 en 5 opvullen tot 1,75 m

Om 14 uur vullen we de zandkern niet meer langzaam, maar gaan 53 08-sep-2012 14:00:01 wij hem vullen door middel van geforceerd pompen. 54 08-sep-2012 14:30:00 om 14:30 faalde de dijk invoer van het officiële logboek aangepaste invoer van het officiële logboek Sensorwaarde toename in waterniveau verandering in inclinatiesensor Bovenste DMC-buis is geopend onderste DMC-buis is geopend Bovenste/onderste DMC-buis is gesloten overige gebeurtenissen Tabel 3: Experimentlogboek voor Zuid Dijk



Blz. 27 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

De verkregen tijdlijn-logs van de gebeurtenissen worden automatisch verwerkt. De resulterende tijdlijn voor de gebeurtenissen staat in de volgende figuur.

inclination 3

5

7 11 6 8 10

04-Sep-2012 00:00:00

14 13

15

05-Sep-2012 00:00:00

19

23

2430

40

06-Sep-2012 00:00:00

07-Sep-2012 00:00:00

increase_in_water_level 26 41 37 25 27 32 36 38 39 42

1 2 04-Sep-2012 00:00:00

06-Sep-2012 00:00:00

45

50 49

53 52

08-Sep-2012 00:00:00

DMC_open 31 33 35 28 34 06-Sep-2012 09:36:00

43 44 07-Sep-2012 14:24:00

DMC_close 37 36

47 46

07-Sep-2012 00:00:00

other_events

4

9

12

04-Sep-2012 00:00:00

21 16 17 20 18 22 05-Sep-2012 12:00:00

29

35 34 07-Sep-2012 00:00:00

48 47 46

54 51 08-Sep-2012 12:00:00

Figuur 23: Tijdlijn van de gebeurtenissen voor Zuid Dijk



Blz. 28 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

3.1.3.3 Foto's tijdens het experiment Foto's van de zuid dijk: Figuur 24: Zuid Dijk - 14:28 (NL) 8.09

Figuur 25: Zuid dijk, begin van breuk – 14:29 (NL) 08.09.2012



Blz. 29 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figuur 26: Zuid dijk voortzetting breuk – 14:30 (NL) 08.09.2012



Blz. 30 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figuur 27: Zuid dijk na breuk – 14:34 (NL) 08.09.2012



Blz. 31 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figuur 28: Zuid dijk – Breuklocatie– 14:36 (NL) 08.09.2012



Blz. 32 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figuur 29: Zuid dijk – 15:00 (NL) 08.09.2012

3.2 Project-tijdlijn van Siemens De werkelijke tijdlijn wijkt iets af van de geplande tijdlijn: • • • • • • • • • • • • • • •

Start project in Karlsruhe: 12.06.2012-13.06.2012 On-site containerinstallatie, incl. voeding: 11.07.2012-13.07.2012 On-site systeeminstallatie: 13.08.2012-15.08.2012 On-site integratie, incl. verbindingstest met AnySense: 15.08.2012-17.08.2012 Bezoekersdag #1: 23.08.2012 Bezoekersdag #2: 28.08.2012 Bezoekersdag #3: 29.08.2012 Aanpassing voor overgang van experiment Oost/West Dijk experiment naar experiment Zuid Dijk: 28.08.2012-03.09.2012 Bezoekersdag #4: 05.09.2012 Bezoekersdag #5: 06.09.2012 Directiedag: 07.09.2012 Verwijderen Siemens-systeem en Siemens-container: 10.09.2012-12.09.2012 Download van enkele aanvullende sensorwaarden die niet beschikbaar waren gedurende experimenten: 08.10.2012-12.10.2012 Engelstalig versie gereed Indiening eindrapport: 22.10.2012



Blz. 33 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

3.3 Het Siemens-systeem

Figuur 30: Siemens stroomschema gegevens Siemens heeft op locatie een container met eigen voeding geplaatst. Het hele systeem werkt op een server met virtuele machines. Aanvullend was er een backup-server beschikbaar voor redundantiedoeleinden. Systeem Systeem was online van maandag 13 augustus tot 10 september 2012 onderbrekingen: Woensdag 15 augustus van 9 uur tot 16 uur vanwege vreemde inlogpogingen (geïdentificeerd Trojanincident) WinCC OA AnySense Driver was online vanaf 22 augustus 2012. TNO Sensor-gegevens waren beschikbaar van: • Oost-west: 30 juli 2012 14:15 tot 27 augustus 2012 14:30 • Zuid: 27 augustus tot 8 september 2012 19:15 WinCC Open Architecture (OA) wordt gebruikt als platform voor het Siemens Dijk Monitoring Systeem. WinCC OA is een SCADA systeem voor grootschalige automatiseringstoepassingen, met name voor gedistribueerde systemen, bijv. infrastructuren. Enkele voorbeelden zijn de Delfland-applicatie voor waterhoogtebeheer, het verspreide SCADA-systeem voor het Gasunie gasnetwerk in Nederland, and CERN in Genève / Zwitserland.



Blz. 34 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Geïnstalleerde basis van WinCC OA is ongeveer 5000 installaties. Siemens biedt WinCC OA aan klanten, als de klant een flexibelere en meer open platform wil hebben in vergelijking tot het algemener gebruikte "klassieke" WinCC SCADA systeem.

SIMATIC WinCC Open Architecture maakt deel uit van het SIMATIC HMI assortiment en is ontworpen voor gebruik in applicaties die een hoge mate van client-specifieke aanpasbaarheid vergen, grote en/of complexe applicaties en projecten die specifieke systeemvereisten en functies eisen. De effectiviteit van SIMATIC WinCC Open Architecture komt met name naar voren in het geval van genetwerkte en redundante hoogwaardige besturingssystemen. Continue, hoge-prestatie communicatie wordt gegarandeerd, van veldniveau naar regelcentrum, van de machine naar het hoofdkantoor van het bedrijf. Ongeacht de situatie, SIMATIC WinCC Open Architecture is gebruiksvriendelijk en hoge beschikbaarheid, betrouwbare informatie en snelle interactie zijn gegarandeerd. Applicatiewijzigingen kunnen ook worden gemaakt zonder dat er processen hoeven te worden onderbroken, wat betekent dat rendabiliteit, efficiëntie en veiligheid altijd in balans zijn. SIMATIC WinCC Open Architecture heeft zijn betrouwbaarheid bewezen in een groot aantal bedrijfskritieke applicaties. Hoogtepunten van SIMATIC WinCC Open Architecture zijn o.a.: • • • • • • • •

Objectoriëntatie maakt efficiency in engineering en flexibele systeemuitbreidingen mogelijk Tot en met 2048 servers op gedistribueerde systemen Opschaalbaar tot genetwerkte redundante hoogwaardige systemen met meer dan 10 miljoen tags Platformonafhankelijk en beschikbaar voor Windows, Linux en Solaris Hot-Standby Redundancy en Disaster Herstelsysteem garandeert de hoogste betrouwbaarheid en beschikbaarheid Platform voor op maat gemaakte oplossingen Omvattende reeks drivers voor connectiviteit: XML, OPC, TCP/IP, Modbus, IEC 60870-5-101/104, DNP3

Dit systeem bevat diverse voorzieningen voor visualisering bij beheerstations of tablet-PC's, hantering van waarschuwingen en alarmmeldingen, web-clients, geautomatiseerde rapportage, etc. WinCC Open Architecture (OA) wordt gebruikt als platform voor het Siemens Dijk Monitoring Systeem. WinCC OA kan om de 100 milliseconden gegevens navragen.

Voor meer details over de kenmerken van WinCC OA, zie hoofdstuk 7.2



Blz. 35 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

3.4 Grafische gebruikersinterface Het WinCC OA project biedt displayfunctionaliteit, bevat configuraties voor filtermechanisme, navigatie en online trendvisualisering voor operators (HMI). HMI biedt visualisering over twee monitors in de TNOcontainer. Figuur 31 toont de start-/home-schermen van de 1e monitor na opstarten van het WinCC OA-project.

Figuur 31: WinCC OA startscherm bij 1e monitor



Blz. 36 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figuur 32 toont het hoofdscherm van de linker monitor met: • Integratie van Google maps • Twitter-visualisering met betrekking tot de experimentfase • Webcam-beelden • Visualisering van sensor informatie zoals foto’s, diagrammen etc. geleverd door andere bedrijven • Dijkoverzicht • Dijkdoorsnede-weergave • Voorspellingsschema's • Alarm event window

Figuur 32: WinCC OA weergave linker monitor



Blz. 37 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figuur 33 toont online configureerbare trendvisualiseringen, waarbij ook een boomweergave met alarmindicatie is voorzien.

Figuur 33: WinCC OA weergave project trends (rechter monitor)

De HMI bestaat uit aanvullende schermen, bijvoorbeeld: • scherm met alarmmeldingen • diagnosescherm (met WinCC OA processen) • online hulp • uitvoering van vooraf gedefinieerde presentatie

3.4.1 Navigatiepaneel

Figuur 34: Navigatiepaneel

Het navigatiepaneel bestaat uit de volgende knoppen: Event Screen Opent een gebeurtenissenscherm waarin huidige en historische gebeurtenissen worden getoond (alarmmeldingen, waarschuwingen). Configuration Panel Opent het configuratiemenu System Overview Toont een overzicht van alle lopende processen van het project Help Opent de standaard WinCC OA hulpfunctie Execute File Voert een bestand uit dat is gedefinieerd in het configuratiebestand. Meestal kunt u een presentatie, video of pdf starten. Close Sluit of restart de gebruikersinterface.



Blz. 38 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

3.4.2 Dijkoverzicht Het dijkoverzicht toont een vereenvoudigde weergave van het experiment. Alle dijken zijn onderverdeeld in delen. Ieder deel heeft een signaallamp, die kan zijn • • • •

(grijs = geen KPI's) => niet gebruikt voor demonstratiedoeleinden groen = Betrouwbaarheidswaarde is beter dan of gelijk aan 90% geel = Betrouwbaarheidswaarde is beter dan of gelijk aan 50% rood = Anders

Ieder deel kan meer dan één toegewezen betrouwbaarheidswaarde hebben. In dit geval wordt de KPI getoond die past bij de gekozen filtercriteria (eigenaar en type meting) in het navigatiepaneel. Voor de complete dijk is er een algehele signaallamp die verbonden is met de berekende veiligheidsfactor van de voorspellingsbestanden. De waarde, de tekst en de kleur is gehaald uit de voorspellingsbestanden (csv). De verheven delen in de figuur zijn geselecteerd, waardoor de bijbehorende dijkdoorsnede wordt gevisualiseerd. Er kunnen twee doorsnedes tegelijk naast elkaar worden gevisuliseerd.

Figuur 35: Dijkoverzicht



Blz. 39 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

3.4.3 Doorsnede-weergave Voor ieder deel zijn er drie soorten detailweergaven mogelijk.

Figuur 36: Sensor metingen

Figuur 37: Sensortype weergave



Blz. 40 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figuur 38: Tabelweergave



Blz. 41 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

3.4.4 Berekende waarden (voorspellingen) Berekende (of voorspelde) waarden worden in het volgende paneel weergegeven. De waarden en beelden zijn uit de mappen voor uitwisseling gehaald. De weergave toont altijd de berekeningen voor de actueel geselecteerde experimentfase. De geselecteerde fase kan worden gewijzigd door op de label van de fase te klikken (bijv. in de onderstaande afbeelding moet u klikken op “13 Fase – Verder vullen van de zandkern –“.

Figuur 39: Berekening

3.4.5 Projectfase Twitter Aan de linkerzijde van de eerste monitor is een klein Twitter-vak weergegeven, welke automatisch wordt geactualiseerd met de nieuwste berichten uit het experiment. Als de gebruiker dubbelklikt op het kleine Twitter-vak, wordt het grote Twitter-vak geopend.

Figuur 40: Twitterbox



Blz. 42 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

3.4.6 Weerstation Het weerstation verstrekt verschillende weergaven voor metingen met betrekking tot vochtigheid, temperatuur, schittering, wind en regenval.

Figuur 41: Weerstation

3.4.7 Webcams en sensorbeeldmateriaal In de hoofdweergave, aan de linkerzijde, vindt u een overzicht van alle actieve webcams en sensorgevens die in beeldformaat zijn aangeleverd.. Door op de titel van een van de mini-afbeeldingen te klikken, wordt de webcamviewer geopend. Hier kunt u door alle opgeslagen beelden bladeren en desgewenst verslepen naar de andere monitor om naast specifieke grafieken de gebeurtenissen op een tijdstip te vergelijken



Blz. 43 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figuur 42: Webcam en geïntegreerde online visualisering van sensorleverancier Meta-Sensing

3.4.8 Sensorfilter De sensor in de tabel en de doorsnede-weergaven kunnen worden gefilterd met de meerkeuzemenu's in het navigatiepaneel.

Figuur 43: Sensorfilter



Blz. 44 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

3.4.9 Statusoverzicht Het statusoverzicht toont alle sensoren van de dijken drie keer, in een boomstructuur en op drie verschillende manieren gegroepeerd: • Logische groepen: Secties, Basisgroepen en Basissensoren • Eigenaarsgroepen: Sensoraanbieders: • Fysieke groepen: bijv., FlowRate, Declination Front, Declination Side, etc.

Figuur 44: Statusoverzicht

Binnen Expert-modus (zie Figuur 45) maakt WinCC OA het mogelijk drempels te configureren voor elk datapunt. Een datapunt kan staan voor • Een sensorwaarde • Een virtuele sensorwaarde • Een betrouwbaarheidswaarde • of een WinCC OA interne variabele, bijv. buffer overstroom, connectiviteit etc.



Blz. 45 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Deze alarmfunctie is een handig kenmerk voor individuele sensoren en met name voor de betrouwbaarheidswaarden van kunstmatige intelligentie. Hij kan ook worden gebruikt wanneer sensorleveranciers relevante drempels verstrekken voor hun systemen en de betekenissen ervan. Er kunnen ook instructies worden verstrekt of andere gebeurtenissen worden opgeroepen. (zie hoofdstuk 7.2).

In deel 4.3.4. wordt de detectie van anomalieën beschreven. Op basis van de berekeningsresultaten van de betrouwbaarheidswaarde, zie figuur 59 en 60b) is er een alarm geïdentificeerd op 24-aug-2012 15:06:18 en 25 aug-2012 02:06:18 met een drempelwaarde ingesteld op 0,8. Parallel hieraan wordt er een andere methode voor de detectie van anomalieën weergegeven in fig 60 a) waarin een echte en een virtuele sensorwaarde wordt getoond. Op basis van het verschil tussen deze waarden, kunnen er gemakkelijk alarmmeldingen worden gegenereerd.



Blz. 46 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figuur 45: Alarmconfiguratie Voor iedere meting kan er een alarmconfiguratie worden toegewezen. Indien deze alarmconfiguratie een alarm activeert, heeft de Sensor een rode stip in het statusoverzicht en ook alle bovenliggende knooppunten. Als een knooppunt geen geactiveerd alarm heeft voor zichzelf of zijn onderliggende knooppunten, dan heeft hij een groene stip.



Blz. 47 van 128

Eindrapport

3.4.10

AIO-SVT

Grafieken

Door middel van slepen en loslaten van sensoren vanuit de dijkdoorsnedeweergave of statusweergave (boomstructuur) kunnen trends worden gecombineerd met andere sensortrends. De verticale schaal is onafhankelijk manipuleerbaar en u kunt zo trends binnen de grafiek verschuiven, vergroten, verkleinen om tot een goed vergelijk te kunnen komen. Door middel van het scroll-wiel op de muis kan een samengestelde grafiek worden vergroot of verkleind. U kunt ook een window selecteren over een gedeelte van de grafiek om deze te vergroten. Wanneer niet en window maar een punt geselecteerd wordt, worden in een seperaat window alle sensor waarden weergeven op het geselecteerde tijdstip. De grafieken zijn georganiseerd in tabbladen. Iedere grafiek heeft een titel (klik op de grijze balk boven de grafiek om hem te wijzigen) en ieder tabblad heeft een naam.

Figuur 46: Grafieken

3.4.11

Grafieklegenda

Figuur 47: Grafieklegenda

De grafieklegenda toont een omschrijving, de huidige waarde en de eenheid voor iedere weergegeven meting. Door het vakje in de kolom “Show” te selecteren/deselecteren, kan er een trend worden geactiveerd en gedeactiveerd in de trendweergave. De kleuren in de “Show”-kolommen tonen de kleur van de trends. Door op de eerste en tweede datum te klikken, kan het tijdbereik worden gewijzigd. Als de optie “Shifting Time Range” is geselecteerd, wordt iedere nieuwe meting toegevoegd aan de trendweergave en wordt de tijdframe overeenkomstig verplaatst.



Blz. 48 van 128

Eindrapport

3.4.11.1

AIO-SVT

Tabbladen

Per tabblad worden er 4 grafieken weergegeven. U kunt de naam van een tabblad wijzigen door op de knop "Rename Tab" te klikken. Door middel van “New Tab” en “Remove Tab” kunt u tabbladen toevoegen en verwijderen.

Figuur 48: Tabbladen

3.5 Visualisering van sensorwaarden in de dijkdoorbraakexperimenten Siemens verzamelde alle beschikbare sensorinformatie via de AnySense database.

Tabel 4 geeft een overzicht van alle sensorleveranciers die van plan waren om deel te nemen aan de experimenten. Sommige sensorleveranciers waren geen lid van het consortium voor de dijkdoorbraakexperimenten en maakten geen deel uit van de groep officiële samenwerkingspartners. Om die reden konden de sensorwaarden van deze leveranciers niet worden gevonden in AnySense. De sensoren van Deltares dienen als referentiesensoren, zodat Siemens hier geen gebruik van kon maken tijdens de experimenten. Een juiste en betekenisvolle visualisering van sensorwaarden vereiste een fundamenteel begrip van de sensorwaarden: • Exacte positie van sensor; • Uitleg van fysieke waarden die moeten worden gemeten en gerelateerd bereik aan waarden en eenheden; • Nauwkeurigheid van meetapparatuur (bijv. +- 1%); • Impliciete signaalverwerking van ruwe data, zodat er een waarde wordt gevisualiseerd die onmiddellijk kan worden begrepen door op het scherm te kijken; • Potentiële kalibrering van ruwe data; • Dataopmaak (scalar, vector, bitmap, etc.); • Datasnelheid (belangrijk voor online analyse van tijdreeksen) De kolom “Type of measurements” geeft aan of de metingen geschikt zijn voor online analyse (online data) of voor offline analyse (online/offline data). Het Siemens-systeem WinCC OA visualiseerde alle data die in de AnySense database zaten en waar Siemens toegang toe had.



Blz. 49 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Sensordeelnemer

Oost West

Zuid

Communicatie / Samenwerking

Alert Solutions

X

X

X

++

DMC (Landustrie sensoren)

X

X

X

+

Deltares

X

X

X

+

EMPEC

X

X

X

Intech

X

X

X

ITC

X

Koenders

X

StabiAlert

TenCate/Inventec

X

-

+ X

X

-

X

-

X

-

Weerstation Rensselaer Polytechnic Institute (New York) Colorado School of Mines Nanjing Hydraulic Research Institute National Chiao Tung University, inbreng

Beschikbaar voor Siemens Soort voor oost / metingen west / zuid – opmaak Online / Ja/Ja/Ja – in-situ tijdreeks Online / Ja/Ja/Ja – in-situ tijdreeks Online / Nee/Nee/Nee – in-situ tijdreeks Ja/Ja/Ja – Offline / JPEGremote afbeeldingen Ja/Ja/Ja – Offline / JPEGremote afbeeldingen Ja/-/- – Offline / JPEGremote afbeeldingen Online / Ja/Ja/Ja – in-situ tijdreeks Online / - /- /Ja – in-situ tijdreeks Na experiment / Online / - / na in-situ experiment – onbekend Online / Ja/Ja/Ja – remote tijdreeks

Verzoek is niet gestuurd Verzoek is niet gestuurd Verzoek is niet gestuurd Verzoek is niet gestuurd

Tabel 4: Lijst met sensorleveranciers die deelnamen aan IJKdijk experimenten



Blz. 50 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

4 Analyse Er wordt onderscheid gemaakt tussen twee benaderingen voor de analyse van sensorwaarden: • Interactieve analyse, bijvoorbeeld met krachtige visualiseringhulpmiddelen en hulpmiddelen voor wiskundige modellering • Geautomatiseerde analyse, bijvoorbeeld met online signaalverwerking, hulpmiddelen op basis van kunstmatige intelligentie, en geautomatiseerde alarmmeldingen Siemens richtte zich op Finite Element Models (eindige elementen modellen) voor de berekeningen van de dijkstabiliteit en diverse intelligente methodes voor geautomatiseerde alarmmeldingen. Webcams, reeksen infraroodfoto's, etc. konden ook worden gevisualiseerd in WinCC OA, maar er werd vooral ingezet op methodes voor online analyse.

4.1 Analyse van sensorwaarden, bijv. van Alert Solution, Koenders, Landustrie, StabiAlert Het analyseren van sensorwaarden begint met werken aan het begrijpen ervan, zie functieblok “understandable data” in Figuur 1 en meer in detail de criteria genoemd in paragraaf 3.5. “Communicatie/Coöperatie” weergegeven in de speciale kolom in Tabel 4 Tabel 4 toont de bereidheid van sensorleveranciers om samen te werken. “-” betekent dat er geen reactie was of ten minste één reactie was gegeven, “+” betekent dat tenminste een deel van de gevraagde informatie is verstrekt, “++” betekent dat de sensorleverancier de gevraagde informatie volledig heeft verstrekt. Dit is geen evaluatie wat betreft de kwaliteit van de sensor. Vereisten t.a.v. sensormetingen die geschikt zijn voor verdere verwerking met gegevensgebaseerde methodes van SIemens zijn als volgt: online stream van numerieke gegevens (tijdreeks). Dit betekent dat video streams en afbeeldingen (EMPECH en Intech) niet geschikt zijn voor gegevensverwerking. Weerstation is alleen praktisch in geval van langdurige experimenten met sterk veranderende weersomstandigheden. Voor kortdurende tijdreeksanalyse is dit type data niet praktisch. ITC is gerelateerd aan off line data uitsluitend geleverd in JPEG-opmaak, dat is waarom deze data niet zijn gebruikt voor online en offline gegevensanalyse. Analyse van Tabel 4 geeft aan dat alleen metingen van AlertSolutions, Koenders, Deltares, StabiAlert, Landustrie en TenCate geschikt zijn voor gegevensanalyse. Deltares gaf metingen van waterniveau in het bassin (zgn. “Water In”-metingen) en waterniveau in de sloot nabij de geteste helling (“Water Uit”)” voor Oost/West-experiment, waterniveau in de containers voor Zuid Dijk experiment. Overige Deltares-metingen (van waterspanningsmeters, SAAF inclinometers en overige apparatuur) waren niet in de planning om te worden gedeeld tot na afloop van het experiment en validering van alle verzamelde metingen. Ten Cate-metingen zijn na het experiment geïmporteerd. Om deze reden zijn ze niet in dit rapport meegenomen. Koenders heeft geen informatie verstrekt met betrekking tot gegevensverwerking. Dat is de reden waarom de grootste nadruk van dit rapport ligt op analyses van sensoren van AlertSolutions, StabiAlert en Landustrie.



Blz. 51 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

4.2 Voorspelling door middel van Finite Element Models (eindig element modellen) Samenvatting Gedurende het project werden de virtuele modellen van de natuurlijke dijk gecreëerd. Een virtueel model (eindig element model) wordt gecreëerd met behulp van speciale finite element engineering-software die wordt gekozen vanuit het probleem (geotechnisch of anders). Tijdens het project gebruikten wij Plaxis-software. Een virtueel model houdt ook rekening met verschillende kenmerken van geometrie, belasting, materiaaleigenschappen, etc. Aangezien de in beschouwing genomen gronddijken bij het onderzoekspunt lange objecten zijn, was het mogelijk 2-D modellen te gebruiken waarmee de kenmerkende doorsnede van het object wordt beschreven. Voor virtuele (finite element) modellen van Oost, West en Zuid Dijken, zijn 2-D elementen met 15-knooppunten gebruikt. Het Oost-West model heeft ongeveer 300.000 graden vrijheid en het Zuid model heeft ongeveer 350.000 graden vrijheid. Tijdens het natuurlijke experiment, werd de bestudering van de toestand van de dijk uitgevoerd met behulp van sensoren die geïnstalleerd waren in het dijklichaam. Om een vergelijking te maken tussen gegevens uit het natuurlijke experiment en de numerieke gegevens werden er GeoBeads waterspanningsmeters (van Alert Solutions) gebruikt. Zo lang de exacte dieptepositionering van GeoBeads sensoren niet was verstrekt in de beschrijving van het natuurlijke experiment, werden er twee sets virtuele sensoren overwogen. Virtuele sensoren zijn knooppunten van een virtueel model die op dezelfde plaatsen zijn geplaatst als natuurlijke sensoren. Tijdens het werk aan het Project werden de volgende soorten finite-element analyses uitgevoerd: - Analyse van waterspanningsveld wat plaatsvindt terwijl water het Zandlichaam infiltreert van Oost-West dijk tijdens het begin en verdere ontwikkeling van faalmechanisme piping; - Analyse van de vectorgrootheid van de verplaatsing die plaatsvindt tijdens het begin en verdere ontwikkeling van faalmechanisme afschuiving in Zuid Dijk. Ook is er een beoordeling van de veiligheidsfactor van de gronddijk uitgevoerd voor diverse soorten natuurlijke experimenten. Het werk is gebaseerd op: - Documenten en tekeningen geleverd door Deltares; - Finite-element methode en finite-element software PLAXIS, welke gericht is op het bestuderen van grondgedrag. Twee mogelijke experimentvarianten (gepland en werkelijk) werden overwogen in de controleberekeningen.

Oost-West Dijk Voorspelling voor begin van faalmechanisme piping vond plaats in nauwe samenwerking met HR Wallingford, gebaseerd op de resultaten van het numerieke experiment. In Figuur 1 kun je de afhankelijkheid zien tussen waterniveau aan de noordzijde van de helling (horizontale as) en mogelijkheid van falen (verticale as). De grafiek voor de voorspellingsanalyse is gemaakt door HR Wallingford op basis van door Siemens CT RUS verstrekte data m.b.t. tot de distributie van waterspanning. Zoals de voorspellingsanalyse liet zien, moesten de eerste tekenen van faalmechanisme piping worden waargenomen wanneer het waterniveau aan de noordzijde van de dijk het niveau 1,75 m bereikte.



Blz. 52 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figuur 49: Voorspelling van faalmechanisme piping

Tijdens het natuurlijke experiment werden de eerste tekenen van faalmechanisme piping waargenomen bij een waterniveau van 1,6m. Het verschil tussen voorspelde en werkelijke waarden is ongeveer 8%. Een dergelijke hoge nauwkeurigheid bewijst dat de gekozen methode goed is om dit soort taken op te lossen en veel potentie heeft om verder te worden ontwikkeld. Resultaten van het virtuele experiment (= gesimuleerd experiment) werden ook gebruikt om “risicovolle” afwijkingen van waterspanning vast te stellen tijdens het natuurlijke experiment (= werkelijk experiment). De methode waarbij deze data werden gebruikt is ontwikkeld en verbeterd gedurende het experiment. De resultaten van dit werk ziet u in figuur 2, 3. Er is gezien dat de curven die staan voor waterspanning in virtuele en echte sensoren een vergelijkbaar patroon voor stijgingen en dalingen hebben. De momenten waarop de data van echte sensoren zich anders beginnen te gedragen dan de data van virtuele sensoren, zijn gemarkeerd met zwarte ovale cirkels. In de werkelijkheid zou een dergelijk verschil in gedrag tussen virtuele en werkelijke data een teken kunnen zijn om een specifiek alarm-signaal te generen. Zodoende kan worden geconcludeerd dat de gekozen methode een goede toepasbaarheid laat zien voor het voorspellen van faalmechanisme piping en veel potentie heeft voor verdere ontwikkeling.



Blz. 53 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figure 50: Virtuele sensoren

Figuur 51: Virtuele sensoren en AS213



Blz. 54 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Second line 90 VD (12 cm between sand and clay) VD (29 cm between sand and clay) AS 218 AS 220 AS 222

80

70

60

50

40

30

20

10

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Figuur 52: Virtuele sensoren en AS218, 220, 222

Zuid Dijk Met behulp van het finite-element analyse zijn de reeksen voorspellingen van het moment van falen van de Zuid Dijk uitgevoerd. Eerste voorspelling (A-voorspelling) is gedaan vóór aanvang van het experiment. Deze voorspelling liet zien dat de “tweede fase van de uitgraving van de geul” de kritieke fase is. Na deze fase, zal de helling van de Dijk gaan bewegen zonder vermindering van deformatie (Figuur 4).

Figuur 53: Verplaatsing in de virtuele sensoren



Blz. 55 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Dag 105 staat voor het begin van het experiment (gepland op 3 september 2012), dag 106 moet 4 september 2012 zijn, enz. De belangrijkste aanname gebaseerd op de criteria voor de dijk zoals die gebouwd is, is dat de huidige geometrie van de dijk geconsolideerd en stabiel is. Hoewel we uit de metingen weten dat er nog steeds sprake is van een langzame maar voortdurende verzakking van de dijk, hebben wij deze aanname gekozen om de (statische) FEMmodellering toe te passen. Een modelleringsfout kan na een langere periode groter worden als de geometrie van de dijk als stabiel is beschouwd, maar dat niet was. Volgens de huidige berekeningen zullen de eerste significante veranderingen plaatsvinden op dag 108 (6 september 2012). Dergelijke veranderingen zijn het startpunt voor verdere veranderingen. De meest ernstige veranderingen zullen plaatsvinden op 7 september 2012).

De tweede voorspelling werd gedaan tijdens het experiment en hield rekening met enkele wijzigingen die waren geïmplementeerd door Deltares tijdens het bouwproces:

•

Geul was 0,5m verder van de dijkteen uitgegraven dan was gepland.

•

Geul was uitgegraven met een bodembreedte van slechts 4m. 6m was gepland.

• Kern van zand was ongeveer 35 cm gevuld op eerste dag. Is minder dan gepland (50 cm). Vervolgens zakte dit niveau geleidelijk tot 15-20 cm. Op 6 september. waterniveau in zandkern is verhoogd tot ongeveer 35-40 cm en op 7 september gaat het omlaag. • Op 7 september is zandkern slechts tot 40-45 cm gevuld (sensoren GB-AG-1 en GB-AG-5 in 2012_0907_Delta Inclination 24hour_15 hour.png) terwijl 75 cm gepland was •

Geul is gevuld met water.

De meeste van de wijzigingen hielden de dijk in een stabielere conditie dan was gepland. Hierna werd de voorspelde faaltijd gewijzigd en verplaatst naar de nacht van vrijdag op zaterdag. Daadwerkelijk falen van de dijk vond plaats op zaterdagmiddag. Volledige duur van experiment (tijd tot falen) = ongeveer 136 uur Eerste voorspelling van falen = ongeveer 110 uur Tweede voorspelling van falen = ongeveer 120 – 128 uur Dit bewijst dat de gekozen methode het mogelijk maakt om het moment van falen met een redelijk hoge nauwkeurigheid en betrouwbaarheidscoëfficiënt te voorspellen.



Blz. 56 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

4.3 Anomalie detectie strategieën De hoofdtaak van de op datagebaseerde kunstmatige intelligentie component is de detectie van anomalie binnen een on-line stroom van metingen. Dit kan worden uitgevoerd doortoepassing van verschillende strategieën: een op clustergebaseerde benadering en een modelgebaseerde benadering. Beschrijving van deze benaderingswijze word hier na op in gegaan.

4.3.1 Clustergebaseerde anomalie detectie De op cluster gebaseerde anomalie detectie benaderingswijze is gebaseerd op een van de drie aannames dat normale datapunten: • Horen bij een cluster van gegevens, terwijl afwijkingen tot geen enkel cluster behoren • Liggen dicht bij hun dichtstbijzijnde cluster centroid, terwijl afwijkingen daar ver van af liggen: Het proces van anomalie detectie vergt twee stappen: Het construeren van clusters en het berekenen van de afstand naar het dichtst bijzijnde centroid . Een van de belangrijkste voordelen van deze methode is dat deze goede resultaten geven in het geval van zelfstandige training. Statische anomalie detectie gaan er van uit dat normale datapunten voorkomen in het hoge waarschijnlijkheidsgebied van een stochastisch model, terwijl anomalie voorkomen in het lagere waarschijnlijkheidsgebied (b.v. Gaussian mixture models. Parzen windows) In dit project hebben we de zogenaamde Neurale wolk (Neural Cloud; NC) toegepast om abnormaal gedrag te kunnen vaststellen in een dijklichaam. Dit is een eenzijdige classificeerder gebaseerd op de clustering methode. Het NC classificatie algoritme ontvangt de voorbehandelde data en een set toegespitste features als input. Het hart van de NC classificatie agent (enkelvoudige classificatie algoritme) is een combinatie van een vooruitstrevende “K-Means” clustering algoritme en een uitgebreide radiale basis functie benadering. De NC neemt alle voorgaande bekende configuraties van geselecteerde parameters gedurende de geselecteerde periode in zich op (zie Figuur 7.2) De getrainde NC berekend, aan de hand van de betrouwbaarheidswaarde behorend bij normaalgedrag, een betrouwbaarheidswaarde voor elke nieuwe toestand van het dijklichaam. Een waar van 1 of 100% betekend een uitstekend vertrouwen in de huidige status van de dijk en een waarde van 0 of 0% betekend een volledig onbekende toestand, welke overeenkomt met een anomalie. De overgang tussen 100% en 0% is gelijkmatig, zodat alarmdrempels zullen moeten worden geïntroduceerd om discrete alarmen te kunnen generen. Gebasserd op de gewenste gevoeligheid.

Confidence value x2

x1 -- GOOD CONDITION -- BAD CONDITION

x2

a)

x1

b)

a) Voorbeeld van de toepassing van een Neurale Wolk op twee dimensionale data b) 3-D voorstelling van de betrouwbaarheidwaarde van normaal gedrag van een object De basis gedachte van NC voor complexe systemen is gebaseerd op de implementatie van een enkele geclassificeerde gebeurtenis, om daarmee de afwijkend gedrag van het hele systeem te kunnen vaststellen. We



Blz. 57 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

hebben deze benadering uitgebreid met de introductie van een set classificeerde “agents” , getraind en onafhankelijk van elkaar toegepast om afwijkingen te detecteren Elke eenzijdig geclassificeerde datapunten kan worden berekend uit ruwe of bewerkte data. Meervoudige sensor metingen kunnen worden gegroepeerd volgens het zogenoemde fysieke redundantie principe: aanpalende sensoren, sensoren van het zelfde dwarsprofiel of sensorwaarde met dezelfde fysieke parameters kunnen worden geanalyseerd door een eenzijdige classificeerder. Een andere manier of groeperen bestaat uit het evalueren van analytische redundantie tussen sensoren: in het geval van vastgestelde lineaire/ niet –lineaire afhankelijkheden gedurende een historische periode, kunnen sensoren worden gegroepeerd. De stabiliteit van de vastgestelde afhankelijkheid zal in dat geval worden bewaakt. Verschillende methodes voor data analyse kunnen worden gebruikt voor “feature extraction” (zie figuur)

Sensor measurements

Physical redundancy (the same placement)

Analytical redundancy

Confidence values

Committee

Cl1

Cl2

Feature extraction

-3

x 10 6

4

2 X2

Physical redundancy (type of sensor)

0

-2

-4

-5

-4

-3

-2

-1

0 X1

1

2

3

4

5 -3

x 10

Clk -- NORMAL BEHAVIOUR -- ABNORMAL BEHAVIOUR

Benaderingswijze voor detectie van afwijkende gedrag in dijken

4.3.2 Modellering met behulp van de transfer functie voor anomalie detectie In het geval dat een juist model is geconstrueerd, kan door middel van het vergelijken van de output van het model met de actuele sensordata leiden tot vaststellen van afwijking. De zelfde benadering kan worden gebruikt voor sensoren modules welke verschillende parameters meten op eenzelfde locatie: (zie figuur) in dit geval kunnen sensorwaarden kruislings worden gevalideerd. U is een input waarde y is een output waarde y* is een model output, e is een output fout.

– sensor

a) 1

u

2 Model TF

b)

1 2 3

“Real” TF

– physical parameter

y

“Real” TF

y*

-

e

4

Model TF

e

Decision support

Decision support

a) Transfer functie (TF) tussen verschillende sensoren b) Transfer functie (TF) tussen fysieke parameters in een enkele sensormodule



Blz. 58 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

4.4 Samenwerking van component Kunstmatige Intelligentie en Virtueel Model 4.4.1 Datavoorbereiding Het virtuele model geeft de voorspelling van sensorgedrag, virtuele sensoren genoemd. In het virtuele model hebben alle doorsneden dezelfde grondeigenschappen. Slechts één doorsnede wordt berekend. De waarden van virtuele sensoren worden vergeleken met de metingen van echte sensoren, zie figuren voor de 3 dijken hieronder: Figuur 54, Figuur 55 en Figuur 56. Kleine verschuivingen tussen stappen worden veroorzaakt door de verschillen tussen het geplande logboek verstrekt door organisatoren en de echte experimenten.

4.4.2 Oost en West Dijken Iedere stap in de tijdreeks staat voor de toename van waterniveau binnen de dijk. Voor beide sensoren leek het gedrag vergelijkbaar, tot een bepaald punt in het midden van de figuur (afhankelijk van het beoordelingsvermogen van een expert). X-as: datum in opmaak “hh:mm-dd” Y-as: waterspanning in mbar Deze figuren zouden kunnen worden gebruikt voor visuele inspectie of voor verdere gegevensverwerking – voor automatische detectie van de start van afwijking tussen gemodelleerde sensoren (= virtuele sensoren) en echte sensoren.



Blz. 59 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

4.4.2.1 Oost Dijk Figuur toont diverse waterspanningssensoren gedurende de tijd: .Virtuele sensoren worden aangegeven met de rode en blauwe lijnen. • 5 virtuele sensoren bij de posities van de Geobeads sensoren AS 213…AS217 • 5 virtuele sensoren bij de posities van de Geobeads sensoren AS 218…AS222 Echte sensoren zijn rode en blauwe stippellijnen. • Alert Solution sensoren: AS213 (rode stippellijn) en AS218(blauwe stippellijn). 70

60

virtual sensor: AS213, AS214, AS215, AS216, AS217 virtual sensor: AS218, AS219, AS220, AS221, AS222 real sensor: AS213 real sensor: AS218

50

mbar

40

30

20

10

0 00:00-22

12:00-22

00:00-23

12:00-23

00:00-24

12:00-24 date

00:00-25

12:00-25

00:00-26

12:00-26

Figuur 54: Oost dijk: vergelijking van virtuele en echte sensoren



Blz. 60 van 128

00:00-27

Eindrapport

AIO-SVT

4.4.2.2 West Dijk Geselecteerde virtuele sensoren zijn: • 3 virtuele sensoren bij de posities van Geobeads SVT 01-03 • 3 virtuele sensoren bij de posities van Geobeads SVT 04-06 Echte sensoren zijn: • Alert Solution sensoren: SVT 06 (rode gestippelde lijn) en SVT 03 (blauwe gestippelde lijn). Zie Figuur 55.

Het virtuele model omvat ook een simulatie van de activering van het afvoersysteem vanuit DMC. 100 virtuele sensor: SVT01, SVT02, SVT03 virtuele sensor: SVT04, SVT05, SVT06 echte sensor: SVT03 echte sensor: SVT06

80

60

mbar 40

20

0

-20

0:00-22

12:00-22

0:00-23

12:00-23

0:00-24 datum

12:00-24

0:00-25

12:00-25

0:00-26

Figuur 55: West dijk: vergelijking van virtuele en echte sensoren



Blz. 61 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

4.4.3 Zuid Dijk Virtuele sensoren zijn: • 3 virtuele sensoren: GB-AG1 (blauw), GB-AG2 (groen), GB-AG3 (rood) Echte sensoren zijn: • Alert Solution sensoren: GB-AG1 (blauw gestippeld), GB-AG2 (groen gestippeld), GB-AG3 (rood gestippeld) X-as: datum in opmaak “hh:mm-dd” Er zijn twee Y-assen – verplaatsing in [m] voor virtuele sensoren, links – schuine stand in [graden] voor echte sensoren.

Figuur 56 laat zien dat virtuele sensoren het gedrag van echte sensoren reflecteren – met name tijdens graafactiviteit. 0.15

10

8

AlertSolutions AlertSolutions AlertSolutions virtual dike virtual dike virtual dike

tilt AlertSolutions, degree

7 0.1 6

5

4 0.05 3

2

1

0

00:00-04

12:00-04

00:00-05

12:00-05

00:00-06

12:00-06

00:00-07

0 12:00-07 date

Figuur 56: Zuid dijk: vergelijking van virtuele en echte sensoren



Blz. 62 van 128

displacement virtual dike, meter

GB-AG1 GB-AG2 GB-AG3 GB-AG1 GB-AG2 GB-AG3

9

Eindrapport

AIO-SVT

4.4.4 Anomaliedetectie Siemens heeft diverse methodes ontwikkeld voor de detectie van anomalies op basis van data. Normaal gesproken worden historische data van het technische systeem, object (of hier dijk) verzameld en toegepast voor de training van typerend "goed" gedrag. Een afwijking van het typerende gedrag wordt beschouwd als een anomalie. Twee benaderingen werden met succes toegepast tijdens het experiment: • Ten eerste, het combineren van resultaten van de fysieke modellering in de vorm van virtuele sensoren (voornamelijk voor Oost/West dijk) met de echte sensormetingen. • Ten tweede, uitsluitend gebaseerd op sensorwaarden (voor zowel Oost/West als Zuid). Beide benaderingen lieten zien dat automatisch gegenereerde alarmmeldingen konden worden geactiveerd vóór het daadwerkelijke falen. Hiermee wordt het concept bewezen en zijn we positief gestemd over de verdere uitbreiding van het al gehele systeem, bijv. door middel van automatisch doorsturen van deze alarmmeldingen naar het desbetreffende personeel in de vorm van SMS, e-mail, etc., er vanuit gaande dat de melding al kan worden gezien op het scherm van de operator. In dit deel presenteren wij de resultaten van de toepassing van het Virtuele Model voor het detecteren van anomalieën in gegevens van echte sensoren.

X-as: datum in opmaak “hh:mm-dd”.

Figuur 57en Figuur 58 laten de vergelijking zien van virtuele en echte sensoren voor de parameters voor waterspanning en hoogte. ( X-as: datum in opmaak “hh:mm-dd” Pore pressure: Virtual Dike and East Dike

pore pressure, mbar

60

Virtual sensor: AS218 Real sensor: AS218

40

20

0

00:00-23 12:00-23 00:00-24 12:00-24 00:00-25 12:00-25 00:00-26 12:00-26 00:00-27 date

Figuur 57: Oost dijk: virtuele sensor AS 218 (blauw) en echte AlertSolutions sensor AS 218 (groen).



Blz. 63 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Hydraulic head: Virtual Dike and East Dike 4

hydraulic head, m

3

Virtual sensor: hydraulic head Real sensor: hydraulic head

2 1 0 -1 -2

00:00-23 12:00-23 00:00-24 12:00-24 00:00-25 12:00-25 00:00-26 12:00-26 00:00-27 date

Figuur 58: virtuele sensor - waterhoogte (blauw) en echte Deltares sensor (groen). Neural Clouds (NC – éénzijdige classificeerder) is getraind op een paar virtuele sensoren (de hele beschikbare dataset) en getest op echte Alert Solutions AS 218 sensoren die waterspanning meten en Deltares sensoren die de hoogte meten (de hele beschikbare dataset). Figuur 59 toont Neural Cloud clusters gemaakt op basis van virtuele sensoren. Data binnen de “cloud” zijn normale (=goede) data, data buiten de “cloud” zijn abnormale data die potentieel kritiek zijn. De “Neural Clouds” worden gegenereerd op een training die gebaseerd is op typical (hier blauwe data). Met deze methode kunnen arbitraire grenzen tussen vertrouwde datagebieden en niet-vertrouwde datagebieden worden gegenereerd. De overgang tussen “goede”, vertrouwde gebieden en “slechte”, niet-vertrouwde gebieden is een continue overgang, als een Gaussiaanse klok. De waarschijnlijkheid voor goede gebieden is tot en met 1 = 100%, terwijl in gebieden ver weg een dergelijke waarschijnlijkheid dicht ligt bij 0 = 0%. Een dergelijke waarschijnlijkheid noemt men een “Betrouwbaarheidswaarde”. Zwarte en rode punten hebben betrekking op de testset: zwarte punten hebben betrekking op clusters gerelateerd aan normaal dijkgedrag (verzamelde parameters bevinden zich in het tolerantiebereik dat is geraamd met behulp van virtuele sensoren), rode punten zijn gerelateerd aan abnormaal gedrag. Oost dijk: geconstrueerd op basis van virtuele sensoren 2-D clusters van normaal gedrag (X-as – waterspanning na luchtdruk substractie, Y-as – hoogte) en resultaten datatest met echte sensoren (AS 218 en Deltares hoogte): blauwe cirkels – trainingset, zwarte cirkels – testdata gerelateerd aan normale condities, rode cirkels – data buiten clusters gerelateerd aan abnormaal gedrag



Blz. 64 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Figuur 59: Oost dijk: X-as – waterspanning na luchtdruk substractie, Y-as – hoogte In Figuur 60b ziet u de gepresenteerde resultaten van de berekening van de betrouwbaarheidswaarde op basis van clustering-resultaten gepresenteerd in Figuur 59. De voornaamste oorzaak voor de lage betrouwbaarheidswaarde is het verschil tussen echte en virtuele waterspanningswaarden (Figuur 60a). Eerste korte alarmmelding voor 2 datapunten werd vastgesteld op 24-aug-2012 15:06:18 (NL tijd). Start van hoofdalarmmelding – 25-aug-2012 02:06:18.



Blz. 65 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Oost dijk: a) Vergelijking van virtuele sensor (blauw) en echte AlertSolutions sensor AS 218 (groen); b) Betrouwbaarheidswaarde berekend op basis van clustering gepresenteerd in Figuur 59. Blauwe punten hebben betrekking op normale condities – hoger dan geselecteerde drempel van 0,8 (groene lijn), rode punten – alarmsituatie.

X-as: datum in opmaak “hh:mm-dd”

a)

Pore pressure: Virtual Dike and East Dike

60

pore pressure, mbar

50

Virtual sensor: AS218 Real sensor: AS218

40 30 20 10 0 -10

00:00-23 12:00-23 00:00-24 12:00-24 00:00-25 12:00-25 00:00-26 12:00-26 00:00-27 date

b)

Confidence value

Confidence value

1 0.8 0.6 0.4 0.2

Test set normal behviour Test set abnormal behviour Threshold

0 00:00-23 12:00-23 00:00-24 12:00-24 00:00-25 12:00-25 00:00-26 12:00-26 00:00-27 date

Figuur 60: Toepassing kunstmatige intelligentie bij Oost Dijk: a) en b)



Blz. 66 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

4.5 Toepassing van datagebaseerde methodes voor analyse van experimenten 4.5.1 Inleiding Wij hebben geselecteerde methodes voor systeemidentificatie toegepast om de drempels voor vroegtijdige waarschuwingen te bepalen: • Coëfficiënten van lineaire regressie + universele drempel; • Maximum Overlap Discrete Wavelet Transform (MODWT) decompositie + universele drempel. Output: betrouwbaarheidswaarde 1 – als de coëfficiënten zich binnen de universele drempel bevinden, 0 – als de waarde er buiten is; • Lineaire modellering (simulatie/voorspelling). Fout is gebruikt als input voor Neural Clouds training. Outputwaarde: betrouwbaarheidswaarde in interval [0; 1], waarbij 0 correspondeert met abnormaal gedrag, 1 – “normaal” gedrag.

4.5.2 West Dijk Benadering met lineaire modellering is toegepast voor de detectie van anomalieën in het gedrag van de West Dijk. Een sensor die de waterspanning meet in het onderste DMC-systeem is gebruikt als input, de waterspanningsmeter van AlertSolution is geselecteerd als output (zie Figuur 61). a) Waterspanning in het onderste afvoersysteem (PT02) – input voor lineaire modellering; b) waterspanning SVT 06 (na luchtdrukcorrectie). X-as: datum in opmaak “hh:mm-dd” Input: Landustrie PT02 sensor (drainage) 16 14

mbar

12 10 8 6 4 2

00:00-22

12:00-22

00:00-23

12:00-23

00:00-24

12:00-24

00:00-25

12:00-25

00:00-26

date

a)

Output: pore pressure sensor SVT06 120 100

mbar

80 60 40 20 0 -20

00:00-22

12:00-22

00:00-23

12:00-23

00:00-24

12:00-24

00:00-25

12:00-25

00:00-26

date

b)

Figuur 61: Vergelijking waterspanning a) en b)



Blz. 67 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Resultaten van toepassing lineaire modellering (hier met name ARMAX(0,18,13), tijdvertraging = 4 ) worden weergegeven in Figuur 62. Resultaten van simulatie en voorspelling zijn gelijk door afwezigheid van autoregressieve componenten (na=0). Trainingset gebruikte 30% van de beschikbare data. Fout (Figuur 62) berekend als verschil tussen gemodelleerde output en echt signaal is gebruikt voor training van 1-D NC (Figuur 62). Eerste interval met lage betrouwbaarheidswaarde (dichtbij 0) zou kunnen worden geïnterpreteerd als onbekend gedrag. Tweede en derde intervallen met lage betrouwbaarheidswaarden hebben betrekking op diverse activeringen en deactiveringen van het lagere waterafvoersysteem. Het vierde vak toont enige anomalie op 25-aug-2012 14:54:18. Het vijfde vak begint met anomalie op 25-aug-2012 21:16:18. Resultaten van anomaliedetectie met behulp van lineair model (simulatie/voorspelling): a) Vergelijking van echte output (sensor SVT 06 na luchtdrukcorrectie - groen) en gesimuleerde/voorspelde output - blauw; b) Fout berekend als verschil tussen echte output en simulatie/voorspelling; c) Betrouwbaarheidswaarde berekend na toepassing van NC getraind op fout – voor 30% van de hele dataset (waarden dicht bij 1 zijn gerelateerd aan “normaal” gedrag, dicht bij 0 - anomalie); X-as: datum in opmaak “hh:mm-dd”

mbar

100

real output simulated / predicted output

50

0 00:00-22

12:00-22

00:00-23

12:00-23

00:00-24

12:00-24

00:00-25

12:00-25

00:00-26

date

a) 40

mbar

error 20 0 -20

00:00-22

12:00-22

00:00-23

12:00-23

00:00-24

12:00-24

00:00-25

12:00-25

00:00-26

b)

date

Conf. value

1

0.5 Confidence value 0 00:00-22

12:00-22

00:00-23

12:00-23

00:00-24

12:00-24

00:00-25

12:00-25

00:00-26

c)

1

2

3

4

5

date

Figuur 62: Resultaten van anomaliedetectie met behulp van lineair model (simulatie/voorspelling)



Blz. 68 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

4.5.3 Oost dijk Benadering met lineaire modellering is toegepast voor de detectie van anomalieën in het gedrag van de Oost Dijk. Sensor die het waterniveau binnen de dijk meet is gebruikt als input. de waterspanningsmeter van AlertSolution (AS 218) is geselecteerd als output (zie Figuur 63). a) Waterniveau in het bassin (Deltares) – input voor lineaire modellering; b) waterspanning AS 218 (na luchtdrukcorrectie). X-as: datum in opmaak “hh:mm-dd” Input: Water level in the basin

a) 4

meter

2

0

-2

00:00-22 12:00-22 00:00-23 12:00-23 00:00-24 12:00-24 00:00-25 12:00-25 00:00-26 12:00-26 00:00-27

b)

Output: Pore pressure sensor AS218

date

120

mbar

100 80 60 40 20

00:00-22 12:00-22 00:00-23 12:00-23 00:00-24 12:00-24 00:00-25 12:00-25 00:00-26 12:00-26 00:00-27

date

Figuur 63: Vergelijking tijdreeks a) en b) Resultaten van simulatie (ARMAX (18, 20, 15)) worden weergegeven in Figuur 64a. Trainingset gebruikte 30% van beschikbare data. Fout (Figuur 64b) berekend als verschil tussen gemodelleerde output en echt signaal is gebruikt voor training van 1-D NC (Figuur 64c). Eerste interval met lage betrouwbaarheidswaarde (dichtbij 0) zou kunnen worden geïnterpreteerd als onbekend gedrag. Het tweede interval correspondeert met anomalie in dijkgedrag wat wijst op begin van dijkinzakking (start op 24aug-2012 12:26:18).



Blz. 69 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Resultaten van anomaliedetectie met behulp van lineair model (simulatie): a) Vergelijking van echte output (sensor AS 218 na luchtdrukcorrectie - groen) en gesimuleerde output - blauw; b) Fout berekend als verschil tussen echte output en simulatie; c) Betrouwbaarheidswaarde berekend na toepassing van NC getraind op fout – voor 30% van de hele dataset (waarden dicht bij 1 zijn gerelateerd aan “normaal” gedrag, dicht bij 0 - anomalie); X-as: datum in opmaak “hh:mm-dd”

mbar

120 100 80

real output simulated output

60 40 20

00:00-22 12:00-22 00:00-23 12:00-23 00:00-24 12:00-24 00:00-25 12:00-25 00:00-26 12:00-26 00:00-27

a)

date

50

mbar

error 0

-50

00:00-22 12:00-22 00:00-23 12:00-23 00:00-24 12:00-24 00:00-25 12:00-25 00:00-26 12:00-26 00:00-27

Conf. value

b) 1

date Confidence value

0.5

0 00:00-22 12:00-22 00:00-23 12:00-23 00:00-24 12:00-24 00:00-25 12:00-25 00:00-26 12:00-26 00:00-27

c)

date

Figuur 64: a) b) en c) Resultaten analyse van voorspelling (gedurende 1 uur) weergegeven in Figuur 65a laten zien dat deze benadering ook geschikt is voor anomaliedetectie, maar biedt niet de mogelijkheid om trendafwijkingen waar te nemen. Interval anomalie start op 26-aug-2012 01:26:18 (gemarkeerd met groene vak) – vanaf deze tijd start “alarm” periode.



Blz. 70 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Resultaten van anomaliedetectie met behulp van lineair model (voorspelling): a) Vergelijking van echte output (sensor AS 218 na luchtdrukcorrectie - groen) en voorspelde output - blauw; b) Fout berekend als verschil tussen echte output en voorspelling; c) Betrouwbaarheidswaarde berekend na toepassing van NC getraind op fout – voor 30% van de hele dataset (waarden dicht bij 1 zijn gerelateerd aan “normaal” gedrag, dicht bij 0 - anomalie); X-as: datum in opmaak “hh:mm-dd”

150

mbar

real output 100

predicted output

50 00:00-22 12:00-22 00:00-23 12:00-23 00:00-24 12:00-24 00:00-25 12:00-25 00:00-26 12:00-26 00:00-27

date

a) 40

mbar

error 20 0 -20

00:00-22 12:00-22 00:00-23 12:00-23 00:00-24 12:00-24 00:00-25 12:00-25 00:00-26 12:00-26 00:00-27

date

Conf. value

b) 1 0.5

Confidence value

0 00:00-22 12:00-22 00:00-23 12:00-23 00:00-24 12:00-24 00:00-25 12:00-25 00:00-26 12:00-26 00:00-27

c)

date

Figuur 65: a) b) en c)



Blz. 71 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

4.5.4 Zuid Dijk Tijdfrequentie analyse AlertSolutions MODWT (Daubechies – 4 wavelet) voor 4 niveaus aan decompositie is toegepast voor de analyse van tijdreeksen (Figuur 66). Voor ieder niveau aan decompositie is een universele drempel geconstrueerd. Als de waarden zich buiten het vereiste bereik bevinden – wordt de “betrouwbaarheidswaarde” op 0 gezet (anomalie), in andere gevallen wordt deze op 1 gezet (“normaal” gedrag). Uitgravingsgebeurtenissen (gemarkeerd met roze en groene vakken) zijn gedetecteerd met behulp van de voorgestelde benadering. Bovenste: AlertSolutions inclinatiesensor (GB-AG-3) [graden], daarna niveaus aan decompositie en betrouwbaarheidswaarden berekend voor ieder niveau aan decompositie); X-as: datum in opmaak “hh:mm-dd”

Figuur 66: Bovenste: AlertSolutions inclinatiesensor (GB-AG-3) [graden]



Blz. 72 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

MODWT-gebaseerde benadering is vergeleken met lineaire regressiemethode. Figuur 67 laat zien dat de lineaire regressiemethode loze alarmmeldingen genereerde (bijv. laatste groene vak in Figuur 67) en niet erg robuust was. Betrouwbaarheidswaarde is gegenereerd op dezelfde manier als voor de MODWT-gebaseerde benadering. a) AlertSolutions inclinatiesensor (GB-AG-3) [graden]; b) Coëfficiënt van lineaire regressie; c) Betrouwbaarheidswaarden; X-as: datum in opmaak “hh:mm-dd”

Tilt, GB-AG3 10

a)

9 8

Signal

Degrees

7 6 5 4 3 2 1 0

00:00-04

12:00-04

00:00-05

12:00-05

00:00-06

12:00-06

00:00-07

12:00-07 date

Coefficient k of linear regression 1.2

b)

1

Degrees/hour

0.8 0.6 0.4 0.2 0 -0.2

00:00-04

12:00-04

00:00-05

12:00-05

00:00-06

12:00-06

00:00-07

12:00-07 date

Confidence value

c) Confidence value

1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 00:00-04

12:00-04

00:00-05

12:00-05

00:00-06

12:00-06

00:00-07

12:00-07 date




Blz. 73 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

4.5.4.1 StabiAlert MODWT (Daubechies – 4 wavelet) voor 4 niveaus aan decompositie is toegepast voor de analyse van tijdreeksen (Figuur 68). Voor ieder niveau aan decompositie is een universele drempel geconstrueerd. Als de waarden zich buiten het vereiste bereik bevinden – wordt de “betrouwbaarheidswaarde” op 0 gezet (anomalie), in andere gevallen wordt deze op 1 gezet (“normaal” gedrag). Uitgravingsgebeurtenissen (gemarkeerd met roze en groene vakken) zijn gedetecteerd met behulp van de voorgestelde benadering. Er moet worden opgemerkt dat in vergelijking met analyse van AlertSolutions sensoren (Figuur 66) er gebeurtenissen worden gepresenteerd in alle niveaus aan decompositie. Bovenste: StabiAlert inclinatiesensor 3 [graden], daarna niveaus aan decompositie en betrouwbaarheidswaarden voor ieder niveau aan decompositie); X-as: datum in opmaak “hh:mm-dd”

Figuur 68: Bovenste: StabiAlert inclinatiesensor 3



Blz. 74 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

MODWT-gebaseerde benadering is vergeleken met lineaire regressiemethode. Figuur 69 laat zien dat de lineaire regressiemethode slechts enkele gebeurtenissen detecteert. Betrouwbaarheidswaarde is gegenereerd op dezelfde manier als voor de MODWT-gebaseerde benadering. a) StabiAlert inclinatiesensor 3 [graden]; b) Coëfficiënt van lineaire regressie; c) Betrouwbaarheidswaarden; X-as: datum in opmaak “hh:mm-dd” Tilt, Sensor 3 0.9 0.8 Signal 0.7

Degrees

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

00:00-04

12:00-04

00:00-05

12:00-05 date

00:00-06

12:00-06

00:00-07

12:00-07

12:00-06

00:00-07

12:00-07

Coefficient k of linear regression 0.3

Degrees/hour

0.2

0.1

0

-0.1

-0.2

00:00-04

12:00-04

00:00-05

12:00-05

00:00-06

date Confidence value Confidence value

1

0.5

0 00:00-04

12:00-04

00:00-05

12:00-05

00:00-06

12:00-06

00:00-07

12:00-07 date




Blz. 75 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

4.6 Conclusies voor datagebaseerde methode voor anomalie detectie Door de aard van het experiment worden er in een relatief korte tijd veel veranderingen van sensorwaarde gemeten. Het trainen van de kunstmatige intelligentie module en het instellen van alarmeringsdrempels wijken daardoor af van een normale werkelijkheid van een dijk. Desalniettemin, datagebaseerde anomalie detectie is met succes toegepast in dit experiment. Correcte alarmen konden worden gegenereerd gebaseerd op online sensor data. De kwaliteit en robuustheid van de gebruikte anomalie detectie wijzen verschillen aanzienlijk: 1. De aanpak welke het meest robuust was, is degene waarbij een vergelijking gemaakt werd tussen de virtuele sensorwaarde, gegenereerd door het FEM model, en de gemeten echte sensor waarde. Het model staat voor de geplande verandering (fasering) in het experiment, zodat onverwachte veranderingen kunnen worden gedetecteerd en een alarm genereren. 2. Andere combinaties van eenzijdige classificatie, gebruikmakend van systeem identificatie zijn minder accuraat gebleken. Hoewel deze methodes veel minder moeite kosten als het gaat om modellering en kalibreren 3. Kunstmatige intelligentie gebaseerd op alleen statistiek, geneerden alarmen in een vroegtijdig stadium van het experiment wanneer kunstmatige, maar geplande verandering optraden. In een realistische situatie, zullen deze veranderingen niet in dezelfde mate en intensiteit optreden, derhalve kan deze methode worden toegepast in een normale situatie, waarbij adequate kan worden gereageerd op alarmen

Datagebaseerde methodes leveren informatie over abnormaal gedrag in een vroegtijdig stadium, maar zeggen niet veel over het tijdstip van een mogelijk dijkdoorbraak. Dit nadeel wordt gecompenseerd door de combinatie van fysieke modellen welke faalmechanismes kunnen simuleren. Door een beeld te vormen van de toekomstige toestand van een dijk kunnen dergelijk hybride modellen alarmen generen EN het falen van dijken voorspellen.



Blz. 76 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

5 Toegevoegde Waarde van voorspellingen Siemens nam deel aan de twee soorten voorspellingen voor West Dijk, Oost Dijk en Zuid Dijk: klasse A voorspellingen (vóór aanvang van het experiment, bijv. zonder sensorinformatie) en klasse B voorspellingen (vanaf het begin van het experiment tot dijkdoorbraak, bijv. met sensorinformatie). Wij presenteren een samenvatting van alle Siemens voorspellingen tijdens de dijkdoorbraakexperimenten. Voor West Dijk en Oost Dijk hebben wij in detail naar de waterspanningsmeters gekeken. (Temperatuurwaarden van TenCate hadden wij op dat moment niet tot onze beschikking). Gedurende een lange periode zijn de voorspellingen voor West Dijk en Oost Dijk gezamenlijk beschouwd. Alleen in de laatste fase werden veranderingen (bijv. waterhoogte reservoir) significant, zodat de voorspellingen niet langer gezamenlijk konden worden behandeld.

Nr.

A1

Wanneer berekend/ ingediend 2012-08-17 / 2012-08-19

A2

2012-08-17 / 2012-08-19

A3

2012-08-12 / 2012-08-21, 14:59

B1

2012-08-22 / 2012-08-22, e 15:00, 15:08 (2 voorlegging) 2012-08-21, 15:53 / 201208-24, 22:00

B2

B2

B2

B3

23-8-2012, 15:00 / 2012-08-24, 22:00 23-8-2012, 15:00 / 2012-08-24, 22:00 2012-08-25 / 2012-08-25; 23:55

Tijd van doorbraak/ doorbraakconditie

Opmerkingen

79 uur na start van experiment/ einde fase 13 (Water steeg tot 2,5 m) 92 uur na start van experiment/ einde fase 14 (Water steeg tot 2,6 m. ) Waterhoogte reservoir van 2,6 m (interne overstroming boven kleikern)

Initiële voorspelling, geometrie en grondeigenschappen volgens dijkontwerp Voorspelde faalmodi: piping (80%), interne overstroming bij kleikern (15%), kruinoverstroming (5%) Initiële voorspelling, geometrie en grondeigenschappen, informatie verstrekt na constructie Voorspelde faalmodi: piping (80%), interne overstroming van kleikern (15%), kruinoverstroming (5%) Initiële voorspelling, waarschijnlijkheid van falen op basis van waterhoogte (voorlegging van HR Wallingford namens Siemens), combinatie van piping en interne overstroming van kleikern Begin van piping bij grondverschuiving bij waterhoogte reservoir van 1,65m Begin van piping (interne overstroming) bij 2,6 m. A1, A2, A3 herhaald. Nog steeds zonder analyse van enige sensorgegevens.

Zie boven

Zie boven

Analyse van waterspanningswaarden -> vergelijking met Plaxis FEM model -> aanpassing van virtuele waterspanningen –> opnieuw starten HR Reliable -> Begin van piping bij grondverschuiving bij waterhoogte reservoir van 1,75m Interne beoordeling: vergelijking waterspanningswaarden en FEM model -> geen update nodig

Zie boven

Vergelijking waterspanningswaarden en FEM model -> visualisering -> geen update nodig

Zie boven

Start van doorbraak in 7 u 15 min, Volledige dijkinzakking in 8 u 24 min

Waterspanningswaarden van Alert Solution SVT 03 (west dijk) laten sterke schommelingen zien, toepassing van HR Breach om de doorbraak die is begonnen te modelleren

Tabel 5: Dijkdoorbraakvoorspellingen voor West Dijk



Blz. 77 van 128

Eindrapport

Nr.

Wanneer berekend/ingediend

A1

2012-08-17 / 201208-19

A2

2012-08-17 / 201208-19

92 uur na start van experiment/ einde fase 14

A3

2012-08-12 / 201208-21, 14:59

Waterhoogte reservoir van 2,6 m (interne overstroming boven kleikern)

B1

2012-08-22 / 201208-22, 15:00, 15:08 (2e voorlegging) 2012-08-21, 15:53 / 2012-08-24, 22:00

B2

B2 B2 B3

B4

23-8-2012, 15:00 / 2012-08-24, 22:00 23-8-2012, 15:00 / 2012-08-24, 22:00 2012-08-25 / 2012-08-25; 23:55

27-8-2012 / 2012-08-27, 01:00

Tijd van doorbraak/ doorbraakconditie 79 uur na start van experiment/ einde fase 13

Zie boven

Zie boven

Zie boven Zie boven Start van doorbraak in 7 u 15 min, Volledige dijkinzakking in 8 u 24 min Doorbraak in ongeveer 8 uur

AIO-SVT

Opmerkingen

Initiële voorspelling, geometrie en grondeigenschappen volgens dijkontwerp Voorspelde faalmodi: piping (80%), interne overstroming bij kleikern (15%), kruinoverstroming (5%) Initiële voorspelling, geometrie en grondeigenschappen, informatie verstrekt na constructie Voorspelde faalmodi: piping (80%), interne overstroming van kleikern (15%), kruinoverstroming (5%) Initiële voorspelling, waarschijnlijkheid van falen op basis van waterhoogte (voorlegging van HR Wallingford namens Siemens), combinatie van piping en interne overstroming van kleikern Begin van piping bij grondverschuiving bij waterhoogte reservoir van 1,65m Begin van piping (interne overstroming) bij 2,6 m. A1, A2, A3 herhaald. Nog steeds zonder analyse van enige sensorgegevens. Analyse van waterspanningswaarden -> vergelijking met Plaxis FEM model -> aanpassing van virtuele waterspanningen –> opnieuw starten HR Reliable -> Begin van piping bij grondverschuiving bij waterhoogte reservoir van 1,75m Interne beoordeling: vergelijking waterspanningswaarden en FEM model -> geen update nodig Vergelijking waterspanningswaarden en FEM model -> visualisering -> geen update nodig Waterspanningswaarden van Alert Solution SVT 03 (west dijk) laten sterke schommelingen zien, maar niet Oost Dijk Toepassing van HR Breach om de doorbraak die is begonnen te modelleren

Schommeling van waterspanning Alert Solution AS 214 (enigszins rechts) is begonnen -> verwachting van doorbraak. Echter, Alert Solutions AS 213 (rechterhoek, laatste locatie van piping) is nog niet kritiek

Tabel 6: Dijkdoorbraakvoorspellingen voor Oost Dijk



Blz. 78 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Experiment voor Zuid Dijk week af van de twee andere. Verplaatsingssensoren speelden een belangrijkere rol.

Nr.

Wanneer berekend/ingediend

A1

2012-09-01 / 201209-02, 22:00

B1

1-9-2012 / 4-9-2012

Tijd van doorbraak/ doorbraakconditie Start bij tweede fase uitgraving geul en container vullen met 1,0 m water, 1 tot 2 dagen later risico op dijkdoorbraak Zie boven + 8 uur

B2

5-9-2012, 23:55

Zie boven

B3

2012-09-06 / 201209-06, 12.30

Zie boven

B4

B5

7-9-2012 / 7-9-2012, 10:00 7-9-2012 / 7-9-2012, 18:00

Zie boven +2 tot 10 uur Doorbraak gedurende de nacht

Opmerkingen

Initiële voorspelling, geometrie en grondeigenschappen, informatie verstrekt na constructie op 31 aug 2012. Voorspelde faalmodus: afschuiving Eerste significante verplaatsing op 6 sep 2012 Kritieke verplaatsing (doorbraak) verwacht voor 7 sep

Nog steeds zonder analyse van enige sensorgegevens. Lichte tijdverschuiving aangezien experiment met vertraging is gestart Wijzigingen in sensorwaarden te klein (0,5%), geen update van voorspelling Vergelijking van aangepast voorspellingsmodel met sensoren van Koenders, StabiAlert, AlertSolutions, Landustrie -> geen significante wijzigingen in voorspellingsmodel -> geen update in voorspelling Vergelijking met inclinatiesensoren van Alert Solutions > update voorspellingsmodel -> enige vertraging verwacht -> doorbraak binnen de volgende twee fasen Sensoren bevestigden eerste bewegingen, opzet van experiment brengt dijk in een iets stabielere conditie -> enige vertraging maar hoog doorbraakrisico deze nacht (geen update van voorspellingsmodel)

Tabel 7: Dijkdoorbraakvoorspellingen voor Zuid Dijk



Blz. 79 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

6 Literatuur Andre Koelewijn et al.: Description of the levee breach experiments in Booneschans, summer 2012, 1206242-

000-GEO-0002-v5-r-Design of IJkdijk All-in-OneSensor Validation Test.pdf Siemens prediction reports for levee breach experiments (class A and class B), Booneschans, Aug/Sep 2012, prediction_reports.zip Andrew Tagg et al.: Soil and breach analysis for the IjkDijk experiments. IjkDijk Predictions for levee breaches. HR Wallingford, October 2012. (MCM6932-RT001-R01-00.pdf)



Blz. 80 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

7 Bijlagen 7.1 Bijlage 1: Resultaten van Finite Element Modeling Dit deel bevat de resultaten van de numerieke modellering die zullen worden vergeleken met de resultaten van het natuurlijke experiment met als doel het gebruik van FEM voor voorspellingen te demonstreren. Om deze vergelijking te kunnen maken moesten wij de resultaten van numerieke experimenten wat betreft waterspanningsdistributie analyseren, aangezien alleen dit type data beschikbaar was van de sensoren in het veld. De legenda welke de betekenis van de kleuren beschrijft is alleen in de eerste figuur weergegevens. Deze is geldig voor alle figuren betreffende de West dijk en de Oost dijk West Dijk Distributie van waterspanning gedurende verschillende fasen van het natuurlijke experiment ziet u hieronder. Er kon worden gezien dat stijgend water bij de noordzijde van de dijk leidt tot toename van de waterspanningswaarde. Er kon ook worden gezien dat op het moment van initiatie van het DMC-systeem |(het openen van de buis), de waterspanning rondom DMC-buizen dramatisch afneemt en pas weer begint toe te nemen nadat het DMC-systeem is uitgezet.(sluiten van de buis)

Initiële toestand

Het waterverval = 0,5 m



Blz. 81 van 128

Eindrapport

AIO-SVT









Blz. 82 van 128

Eindrapport

AIO-SVT



Het waterverval = 2,2 m. DMC buis is geopend






Blz. 83 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Het waterverval = 2,7 m. DMC buis is dicht


Distributie van waterspanning in twee sets virtuele sensoren ziet u hieronder. We kunnen zien dat de waarde voor waterspanning in virtuele sensoren toeneemt naargelang de diepte en als de afstand ten opzichte van de buitenzijde van de dijk toeneemt. We kunnen ook zeggen dat de waterspanning omlaag gaat als het DMC-systeem actief is. Dat kunnen we duidelijk zien in de onderstaande grafieken.

Waterdruk in set 1 aan virtuele sensoren

Oost Dijk Distributie van waterspanning gedurende verschillende fasen van het natuurlijke experiment ziet u hieronder. Er kon worden gezien dat stijgend water bij de noordzijde van de dijk leidt tot toename van de waterspanningswaarde. Er moet ook worden gezegd dat een hoge waterspanningsfront een non-lineaire vorm heeft onder het dijklichaam en van de noord- naar de zuidzijde van de dijk beweegt tijdens het experiment.



Blz. 84 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Initiële toestand







Blz. 85 van 128

Eindrapport

AIO-SVT








Blz. 86 van 128

Eindrapport

AIO-SVT









Blz. 87 van 128

Eindrapport

AIO-SVT








Blz. 88 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

Distributie van waterspanning die ontstaat bij twee sets virtuele sensoren ziet u hieronder. Het is duidelijk te zien dat de waterspanningswaarden in virtuele sensoren hoger worden als de diepte wordt vergroot. Deze nemen ook toe bij verplaatsing van de buitenzijde van de dijk af.

Figure 70: Waterdruk in set 1 aan virtuele sensoren

Figure 71: Waterdruk in set 2 aan virtuele sensoren Zuid Dijk

De verplaatsingen zijn berekend voor de verschillende fases van het experiment. Er zijn in totaal 16 fases berekend: 1 Intern water niveau op 0,35 m voor de eerste keer 2 Het vullen van het reservoir 3 Uitgraven van de sleuf 1m 4 Uitgraven van de sleuf 1.5 m 5 Uitgraven van de sleuf 2 m 6 Intern water niveau op 0,35 m voor de tweede keer



Blz. 89 van 128

Eindrapport 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

AIO-SVT

Vullen van de containers tot 0.25 m Vullen van de containers tot 0.5 m Vullen van de containers tot 0.75 m Vullen van de containers tot 1 m Intern waterniveau tot 0,5 m Vullen van de containers tot 1.25 m Vullen van de containers tot 1.5 m Vullen van de containers tot 0,6 m Drainage Vullen van de containers tot 1.75 m

Van een aantal fases is een figuur weergegeven in dit rapport:

1 Intern water niveau op 0,35 m voor de eerste keer



Blz. 90 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

5 Uitgraven van de sleuf 2m

13 Vullen van de containers tot 1.5 m



Blz. 91 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

14 Intern water niveau tot 0,6 m

15 Drainage



Blz. 92 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

16 Vullen van de containers tot 1.75 m



Blz. 93 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

7.2 WinCC OA Eigenschappen

Bereik van applicatie • MMI, Bedieningsstation • Toezichthoudend regelstation • Productie dataverwerving • Visualisering • SCADA • Veiligheidsrelevante applicaties (SIL3) • „Grootschalig“ Systeem • Langdurige archivering • Alarmbeheersysteem

• Serial: RK512 / 3964R • Cerberus • Tele control / RTU: SSI,IEC 60870-5101, -104,DNP3 en SINAUT • Periferie tijdstempels • SNMP Manager & Agent • BACnet over IP driver • Dynamic Logics driver • Aanvullende drivers op verzoek of via C++ API

Architectuur • True Client-Server-systeem • Functionele scheiding in diverse managers (processen) • Ladingsdistributie op diverse computers • Redundantie (Hot-Standby) • Multi-Server - Gedistribueerde systemen tot en met 2048 Servers • Heterogene besturingssystemen mogelijk • Heterogene versiedistributie mogelijk • Multi-monitor bedrijf • Multi-Login op één werkstation • Systeem met meerdere gebruikers • Gebeurtenis-georiënteerd proces • Compressie interne berichten mogelijk

Datamodel • Vrij definieerbare en gemakkelijk te configureren structuur • Veel standaard objecten opgenomen • Modellering van technologische objecten in iedere hiërarchie • Door gebruiker te definiëren boomstructuur • Diverse verschillende eigenschappen definieerbaar op elementen • Type-in-type (referentie) • Erfenis • Groepen • Haalbaarheid diverse weergaves datamodel

Alarmsysteem • VDI 3699 / DIN 19235 • Vrij definieerbare alarmklassen • 255 verschillende prioriteiten • Tot en met 255 analoog alarm bereiken • Alarmkleuren (knipperend) • Samenvatting alarmmeldingen • Configureerbare setup voor hanteren berichtlading • Automatisch filteren van alarmmeldingen • Panel-hiërarchie samenvatting alarmmeldingen • Gecombineerd alarmen gebeurtenisscherm, alarmrij • Definieerbare kolom-set en kleuren • Geavanceerd sorteren en filteren • Configuraties kunnen worden opgeslagen • Direct toegang tot desbetreffend procesvenster • Opmerkingen bij alarmmeldingen • Alarmdetails, paren • Discrete alarmering (Alarmering van hoogste vorige statusinfo) • Online wijziging van alarmklassen • Meerdere gevallen van alarmering • Aanvullende waarden Proces-interfaces / drivers • Gebeurtenisgestuurde of cyclische navraag • Diverse verschillende drivers tegelijkertijd • S7 over TCP/IP en MPI • Teleperm M • TLS (Siemens Commbox) • OPC Client & Server (DA, A&E) • OPC UA Client & Server (DA, AC) • Modbus TCP • Applicom General Driver


Grafische gebruikersinterface • Drag & Drop • Flexibel venstertechniek • Platformneutrale applicatie • Beeld in beeld • Uitvergroten / Pannen • Cluttering / Decluttering • Root- Child en Embedded paneel • Multi-monitor bedrijf • Multi-selectie • True color / Synchroon knipperen • Tot en met 8 beeldlagen • Online tool-tips (meertalig) • Configureerbare paneeltopologie • GUI navigatie-objecten Redundantie • Hot stand-by • Rampherstelsysteem (2x2 Redundantie) • Automatische client-overschakeling • Automatisch herstel • Automatische procesbeeld sync • Automatische geschiedenis sync • Automatische synchronisatie projectdata • Redundante netwerken (LAN) • Redundante periferie component ondersteuning (S7, Applicom) • Split-mode werking voor updates en testen Platforms • Windows 7 Ultimate/Enterprise (32/64Bit) • Windows XP SP2/SP3 (32-Bit) • Windows Server 2003 (32-Bit) • Windows Server 2008 R2 (32/64-Bit) • Red Hat Linux 5 (32/64-Bit) • Open Suse 11.3 • Sun Solaris 10 • Oracle 10g • Oracle 11g


• VMware ESXi Server 4 Toegang gebruiker • Volledige veiligheid gebruikerstoegang • Integratie met Windows Active Directory of Samba 4 (single sign on) • Gebruikersgroepen, gebieden • 32-Bit User ID • Diverse toestemmingsniveaus • Command protocol • Command process control • FDA 21 CFR Deel 11 Beveiliging • Blokkering via IP-Blacklist • Systeemstabiliteit via intrinsieke veiligheid • Autonome systemen • Authenticatie van Communicatie (Kerberos) • Integriteit van Communicatie (Kerberos) • Intrinsieke veiligheid van Communicatie (Kerberos) • Codering van panelen, scripts en libraries • Beveiliging plugin-mechanisme (API) Objectoriëntatie • Verwijzing van symbolen en objecten • Erfenis van gestructureerde datapunttypes • Hiërarchie Internet/Intranet • Web Client gebaseerd op browser plugin technologie • Pocket Client gebaseerd op Java Script / XHTML • Server sided scripting • Werkstations op afstand • IP-toegangslijsten • Optioneel : Kerberos • Web-Server, Web alarm screen, diagnose en rapportage • Https (SSL) - Communicatie Primitives & Widgets • Lijn, poly-lijn, vrije lijn • Rechthoek • Polygoon, Bezier bocht, Cirkel, ellips • Knop, cascadeknop, pop up • Radiovakken, aanvinkvakken • Tekstvelden, frames, Textedit • Combobox • Selectielijst • Trend, bar-trend • Tabel • Tab-pagina's • Duimwiel, voortgangsbalk, LCDnummer • DP-Tree, DPTypeView • Datum / tijd element, Kalender object • Platform neutrale External Widgets Objects (EWO) • ActiveX besturingselementen Bediening • Muis, pen, track ball

Blz. 94 van 128

Eindrapport • Toetsenbord (hotkeys en toetsenbordbediening) • Aanraakscherm ondersteuning Meertalige ondersteuning • Diverse talen tegelijkertijd • Online taalwijziging • Vertaal-tool • Aziatische tekenreeksen • Unicode Database • Diverse verschillende archieven • Buffer naar Disk • HDB of RDB Ondersteuning • Automatische administratie • Online backup • Gebeurtenisgeoriënteerd • Archief gladstrijken • Alle gegevenstypes (inclusief arrays) • Tijdstempel en kwaliteitsinfo • Gebruiker / bron van waardewijziging • Datareductie / statistische methodes • OLE-DB provider / SQL • Oracle geoptimaliseerde RDB verbinding • Datacompressie en -synchronisatie direct in Oracle • Compatibiliteit onder Linux, Windows en Solaris Animatiemogelijkheden • Voorgrond- / achtegrondkleur, transparantie • Zichtbaarheid, toegankelijkheid • Rotatie • Schaal (grootte, positie) • Geometrie / vorm • Drag & Drop • Figuur in vorm (WMF, EMF, XPM,BMP, GIF, JPEG, SVG, PNG) • Geanimeerde GIF en MNG • Hangende muis animaties • Beweging van objecten langs vrij definieerbare paden / contouren • Teksten en waarden • Tekstkleur, lettertype, stijl en grootte Engineeringsomgeving • Grafische editor • Projecthiërarchie editor • Database editor • Controleprogrammering editor • Wizards • Zoek en paneel preview functie • Rapport generator (MS Excel) • ASCII in / out manager • Mass data engineering • Mogelijkheid om externe versie besturingspakket te gebruiken • Geïntegreerde engineering met ETool & object bibliotheek • BACnet Browser & Data synchronisatie voor offline- / online engineering

AIO-SVT

• Database-toegang • ADO, COM en XML geïntegreerd • XML Parser integratie • XML-RPC-Interface • UART- en TCP-toegang • Volledig toegang tot attributen van grafische objecten • Know-How bescherming Ondersteunde technologieën • ActiveX, COM, EWO • API • ADO, ODBC, SQL, OLE-DB • OPC Client & Server (DA, A&E) • OPC UA Client & Server (DA, AC) • XML, XML-RPC • HTTP • TCP/IP, Kerberos • SMTP / Pop3 • SNMP V1-2-3 • AJAX Rapportage • Gebaseerd op Microsoft Excel • Tijdgestuurd, handmatig, getriggerd • Tijdvergelijking en offsets • Audit trail • Automatische distributie via e-mail • Automatisch creëren van webpagina • Online waarden, geschiedenis • Gecomprimeerde data, SQL, alarmmeldingen • Diagnose-tool Trending • Online & Offline • Waarde versus tijd of waarde • Vergelijkingstrends Balk en Tijd • Weergave van ongeldige waarden, alarmbereik en/of waardebereik • Tooltips • Frequentie distributie • Configureerbaar achtergrondbeeld • Configuraties kunnen worden opgeslagen • Diverse trendgebieden • Meerdere of gedeelde schalen • Liniaal, automatische legenda • Verschil liniaal • Tijdresolutie in ms • Schakelen tijdens looptijd tussen lokale tijd en UTC-tijd • Trendgebieden vergroten / verkleinen Alarmering op afstand • Voice-alarmering via telefoon • Bevestigingen op afstand • SMS en E-Mail

Objectbibliotheken • S7 Objectbibliotheken (Basic/Advanced) • BACnet objectbibliotheek • WinCC OA Standard objectbibliotheek Applicatieprogrammering (Control) • Vertaler met C-syntax • Multitasking • Bibliotheken en DLL´s • Ontwikkeling van gebruikersgedefinieerde API en driver • Debugger / diagnostische tools



Blz. 2 van 128

Eindrapport

AIO-SVT

7.3 HR Wallingford



Blz. 3 van 128

IJkDijk-voorspellingen van dijkdoorbraken Grond- en doorbraakanalyses voor de IJkDijkexperimenten

MCM6932-RT001-R01-00

11 oktober 2012

IJkDijk-voorspellingen van dijkdoorbraken Grond- en doorbraakanalyses voor de IJkDijk-experimenten

Documentgegevens Documentgemachtigden Vertrouwelijk - klant Projectnummer

MCM6932

Projectnaam

Grond- en doorbraakanalyses voor de IJkDijk-experimenten

Rapporttitel

IJkDijk-voorspellingen van dijkdoorbraken

Rapportnummer

RT001

Versienummer

R01-00

Rapportdatum

11 oktober 2012

Klant

Siemens AG Corporate Technology

Klantcontact

Bernhard Lang

Projectmanager

Jonathan Simm

Projectverantwoordelijke Andy Tagg

Documentversie-overzicht Datum 11 okt. 2012

Versie 01-00

Auteur JLH

Goedgekeurd AFT

Geautoriseerd AFT

Opmerkingen

Dit document is een vertaling van de Engelse versie en is derhalve niet ondertekend, is niet formeel gecontroleerd en evenmin geautoriseerd voor vrijgave. Voor een definitieve versie verwijzen wij naar de Engelstalige versie. © Siemens AG 2012. All rights reserved © HR Wallingford Ltd Dit rapport is opgesteld ten behoeve van een klant van HR Wallingford en voor niemand anders. De inhoud van dit rapport heeft uitsluitend betrekking op onze klant, evenals de werkwijzen en metingen die in dit rapport worden genoemd, en dan nog uitsluitend voor het doel waarvoor het rapport in eerste instantie is opgesteld. Wij zijn niet aansprakelijk voor enig letsel of enige schade veroorzaakt door andere partijen dan onze klant die zich op de inhoud van dit rapport beroepen. Dit rapport kan materiaal en informatie bevatten die van derden is verkregen. Wij zijn niet aansprakelijk voor enig letsel of enige schade aan derden of aan onze klant, veroorzaakt door fouten of onnauwkeurigheden in dit rapport als gevolg van materiaal of informatie die van derden is verkregen. Voor zover dit rapport informatie of materiaal bevat dat afkomstig is uit algemeen onderzoek, mogen derden en onze klant hier geen conclusies uit trekken voor hun eigen specifieke toepassingen. Als u niet de klant bent van HR Wallingford en u wilt informatie of materiaal uit dit rapport gebruiken voor een specifieke toepassing, neem dan vooraf contact met ons op voor advies.

MCM6932-RT001-R01-00


Inhoud 1. 2.

Inleiding…………………………………………………………………………………………………………1 Geotechnische parameters……………………………………………………………..............................1 2.1. Doorlatendheid....……...…………………………………………………………………………………....1 2.2. Afschuifsterkte….…………………………………………………………………………………………...2 2.2.1. Slappe klei……..…………………………………………………………………………………...2 2.2.2. Veengrond.…….…………………………………………………………………………………...3 2.2.3. Zand…..………………………………………………………………………..............................3 2.3. Stijfheid ….…………………………………………………………………………………………………..4 2.4. Dichtheid ………………………………………………………………………………………….….5 3. RELIABLE-voorspelling voor klasse A……………………………………………………………………7 3.1. Waterpeil in reservoir onder kernkruin …………………………………………………………………7 3.1.1. Modelinstellingen ……………………………………………………………………….....7 3.1.2. Resultaten …………………………………………………………………………………....7 3.2. Waterpeil in reservoir boven kernkruin ………………………………………………………………...8 3.2.1. Modelinstellingen ……………………………………………………………………….…8 3.2.2. Resultaten ……………………………………………………………….............................8 4. RELIABLE-voorspelling voor klasse B………………………………………………………………….10 4.1. Waterpeil in reservoir boven kernkruin ……………………………………………………………….10 4.1.1. Modelinstellingen ………………………………………………………………………...10 4.1.2. Resultaten ……………………………………………………………………………….....10 5. HR Breach - klasse B voorspelling………………………………………………….............................11 5.1. Run 1 ……………………………………………………………………………………………………..11 5.1.1. Initiële modelinstellingen ……………………………………………………………….11 5.1.2. Resultaten ……………………………………………………………...............................12 5.2. Run 2 ……………………………………………………………………………………………………...12 5.2.1. Modelinstellingen …………………………………………………………………………12 5.2.2. Resultaten …………………………………………………………………………………..12 5.3. Run 3 ………………………………………………………………………………................................13 5.3.1. Modelinstellingen …………………………………………………….............................13 5.3.2. Resultaten …………………………………………………………………………………..13 5.4. Run 4 …………………………………………………………………………………............................13 5.4.1. Modelinstellingen …………………………………………………….............................13 5.4.2. Resultaten ……………………………………………………………..……………………13 5.5. Run 5 ………………………………………………………………………………………………………13 5.5.1. Modelinstellingen …………………………………………………….............................13 5.5.2. Resultaten …………………………………………………………………………………..14 5.6. Run 6 …………………………………………………………………………………............................14 5.6.1. Modelinstellingen …………………………………………………….............................14 5.6.2. Resultaten …………………………………………………………………………………..14 5.7. Doorbraakverloopgrafieken …………………………………………………………………………15 Bijlagen……………………………………………………………………………………………………………….21 A. B.

Sedimenttransportvergelijking in HR Breach ……………………………….……………………………21 Materiaalgegevenstabel voor PLAXIS-analyse ………………………………………………….21 Figuren

Figuur 2.1: Doorlatendheid – kwelzand …………………………………………………………...1 Figuur 2.2: Doorlatendheid – “Stabiliteitvulzand” ……………………………………………….….1 Figuur 2.3: Effectieve spanning triaxiale testresultaten – slappe klei ……..............................2 Figuur 2.4: Effectieve spanning triaxiale testresultaten – veengrond ……..............................3 Figuur 2.5: Effectieve spanning triaxiale tests - basiszand ………………………………………….3 Figuur 2.6: Slappe klei - gemodificeerde samendrukkingsconstante voor elk getest monster 4 Figuur 2.7: Veen – gemodificeerde samendrukkingsconstante voor elk getest monster ……….4 Figuur 2.8: Basiszand – secansmodulus ……………………………………………………….…..5 MCM6932-RT001-R01-00


Figuur 2.9: Gemeten dichtheid in laboratoriumtests …………………………………………………5 Figuur 3.1: Verzwakkingskromme voor waterpeil onder kernkruin (klasse A voorspelling) ………7 Figuur 3.2: Verzwakkingskromme voor waterpeil boven kernkruin (klasse A voorspelling) ………8 Figuur 4.1: Verzwakkingskromme voor waterpeil boven kernkruin (klasse B voorspelling) ……..10 Figuur 5.1: Doorbraakverloop bij run 1 …………………………………………………………15 Figuur 5.2: Doorbraakverloop bij run 2 …………………………………………………………15 Figuur 5.3: Doorbraakverloop bij run 3 …………………………………………………………16 Figuur 5.4: Doorbraakverloop bij run 4 …………………………………………………………17 Figuur 5.5: Doorbraakverloop bij run 5 …………………………………………………………18 Figuur 5.6: Doorbraakverloop bij run 6 …………………………………………………………19 Tabellen

Tabel 2.1: Slappe klei – overzicht van gemeten schuifsterkten …………………………….…..2 Tabel 2.2: Veengrond – overzicht van gemeten schuifsterkten ………………………………...3 Tabel 2.3: Kernzand – overzicht van gemeten schuifsterkten ………………………………...4 Tabel 3.1: Reliable-parameters voor de klasse A voorspelling - waterpeil onder kernkruin …….…7 Tabel 3.2: Reliable-parameters voor de klasse A voorspelling - waterpeil boven kernkruin 8 Tabel 4.1: Reliable-parameters voor de klasse B voorspelling ……………………………….10 Tabel 5.1: Algemene instellingen ……………………………………………………………….….11 Tabel 5.2: Randvoorwaarden ……………………………………………………………………….…..11 Tabel 5.3: Dijkgeometrie en grondeigenschappen …………………………………………………11 Tabel 5.4: Doorbraakkenmerken …………………………………………………………………..12 Tabel 5.5: Gewijzigde modelinstellingen voor run 2 …………………………………………………12 Tabel 5.6: Gewijzigde modelinstellingen voor run 3 …………………………………………………13 Tabel 5.7: Doorbraakverloop bij run 3 ………………………………………………………….13 Tabel 5.8: Gewijzigde modelinstellingen voor run 4 …………………………………………………13 Tabel 5.9: Gewijzigde modelinstellingen voor run 5 …………………………………………………13 Tabel 5.10: Doorbraakverloop bij run 5 ………………………………………………………….14 Tabel 5.11: Gewijzigde modelinstellingen voor run 6 ………………………………………...14 Tabel 5.12: Doorbraakverloop bij run 6 …………………………………………………………..15

MCM6932-RT001-R01-00


1

Inleiding

Op verzoek van Siemens AG Corporate Technology levert HR Wallingford ondersteuning ten behoeve van hun inschrijving op de aanbesteding voor de “IJkDijk”-voorspellingen van dijkdoorbraken (oost-/westdijk) en de algehele stabiliteit (zuiddijk). Deze ondersteuning bestaat uit twee delen: Het afleiden van de grondparameters ter voorspelling (klasse A) van zowel de piping- als de stabiliteitsexperimenten enerzijds, en de analyse van de pipingexperimenten anderzijds, zowel voor klasse A als met de dagelijkse updates (klasse B) van de ingebedde sensoren. Dit rapport geeft een overzicht van de door HR Wallingford geproduceerde resultaten en zal deel uitmaken van de inschrijving die Siemens op de aanbesteding uitbrengt.

2

Geotechnische parameters

De pipingtestanalyses vereisten een evaluatie van de doorlatendheid van het testzand en het vulmateriaal van de dijk. Voor de stabiliteittest leverde Siemens een tabel met parameters ten behoeve van de Plaxis-software die voor de analyse is gebruikt. De verschillende grondmodellen van de materialen waaruit de dijk is opgebouwd, vereisten elk hun eigen parameters. Deze tabel staat aan het einde van dit hoofdstuk. Indien er voldoende testresultaten beschikbaar waren, zijn de parameters afgeleid uit de laboratoriumresultaten die in de aanbestedingsdocumentatie waren opgenomen. Dit was het geval voor het merendeel van de significante parameters die het gedrag van dijken bepalen. Indien er onvoldoende informatie beschikbaar was, of wanneer een parameter niet belangrijk was voor het gedrag van de dijken, is een subjectieve waarde gekozen.

2.1

Doorlatendheid

De doorlatendheid van het zand voor de pipingtest (oost-/westdijk) is bepaald aan de hand van de in de aanbestedingsdocumentatie vermelde deeltjesgrootteverdeling en de formule van Hazen. Deze formule relateert de D10 afmeting (de zeefopening die slechts 10% van het materiaal kan passeren) aan de doorlatendheid. De doorlatendheden uit de zeefkromme voor het materiaal dat wordt omschreven als “kwelzand” staan hieronder. Figuur 2.1: Doorlatendheid – kwelzand

De zeefkrommen van het materiaal dat wordt omschreven als “stabiliteitvulzand” zijn op dezelfde manier bepaald en de resultaten staan hieronder: Figuur 2.2: Doorlatendheid – “Stabiliteit vulzand”

MCM6932-RT001-R01-00

1


2.2

Afschuifsterkte

De procedures voor het doen falen van de zuiddijk verliepen relatief snel ten opzichte van de afvoercapaciteit van de grond om bovenmatige waterspanningdruk te verwerken. Daarom had de stabiliteit van de dijk ook kunnen worden bepaald met de ongedraineerde sterktes van de materialen die cohesie vertonen. Om echter ook klasse B (dagelijkse) voorspellingen te kunnen maken waarbij de sensorgegevens voor stabiliteitsberekeningen worden gebruikt, was het noodzakelijk om effectieve spanningparameters aan de grond toe te kennen en om Plaxis de analyse te laten uitvoeren zonder afname van hoge waterspanningsdrukken (Plaxis-methode A). Voor zowel veengrond als slappe klei zijn triaxiale testresultaten onderzocht. De hieruit afgeleide parameters staan hieronder.

2.2.1 Slappe klei Figuur 2.3: Effectieve spanning triaxiale testresultaten – slappe klei

Tabel 2.1: Slappe klei – overzicht van gemeten schuifsterkten Voorwaarde

Parameters

Best passende lijn door datapunten

c’ = 4,6 KPa Phi’ = 29,4º

Best passende lijn door oorsprong

MCM6932-RT001-R01-00

c’ = 0 KPa

2


Voorwaarde

Parameters Phi’ = 32,4º

Bij de analyse van slappe klei is gekozen voor c’ = 4,6 KPa, Phi’ = 29,4º.

2.2.2 Veengrond Figuur 2.4: Effectieve spanning triaxiale testresultaten – veengrond

Tabel 2.2: Veengrond – overzicht van gemeten schuifsterkten Voorwaarde

Parameters

Best passende lijn door datapunten

c’ = 9,7 KPa Phi’ = 27,5º


c’ = 0 KPa Phi’ = 40,9º

Bij de analyse van de veengrond is gekozen voor c’ = 9,7 KPa, Phi’ = 27,5º.

2.2.3 Zand Het interpreteren van de laboratoriumtests voor het vulzand in de kern van de dijk was lastig, aangezien er geen informatie was over de dichtheid na plaatsing – van Deltares begrepen we dat het vulmateriaal bij het aanbrengen niet is verdicht zodat het zich waarschijnlijk in redelijk losse toestand bevond. De resultaten van de laboratoriumtests staan hieronder: Figuur 2.5: Effectieve spanning triaxiale tests - basiszand

MCM6932-RT001-R01-00

3


Tabel 2.3: Kernzand – overzicht van gemeten schuifsterkten Voorwaarde Best passende lijn door datapunten

Parameters c’ = 1,95 KPa Phi’ = 26,5º


c’ = 0 KPa Phi’ = 27,1º

Omdat er tijdens het aanbrengen altijd enige verdichting zal hebben plaatsgevonden, is een wrijvingshoek van 30 graden aannemelijk.

2.3

Stijfheid

Omdat in Plaxis het “slappe grond”-model (Soft Soil) is gebruikt, wordt de stijfheid van veen en klei aangeduid met de gemodificeerde samendrukkingsconstante. De samendrukkingsconstante is berekend onder aanname dat de belasting op de in-situ grond bij de aanleg (en de navolgende belasting) van de dijk de preconsolidatiedruk overtreft. Deze is daarna gedeeld door 2,3 om de gemodificeerde waarde te verkrijgen. De resultaten staan hieronder: Figuur 2.6: Slappe klei - gemodificeerde samendrukkingsconstante voor elk getest monster

Figuur 2.7: Veen – gemodificeerde samendrukkingsconstante voor elk getest monster

MCM6932-RT001-R01-00

4


De aanbevolen waarden voor analyse op basis van deze figuren waren: Slappe klei: 0,12 Veen: 0,22 Voor het kernzand dat zonder te verdichten is gestort, werd een secansstijfheid bij 50% faalbelasting op 10 MPa geadviseerd. Voor het basiszand zijn waarden voor de secansstijfheid bij 50% faalbelasting vastgesteld uit de laboratoriumtest, en deze zijn hieronder uitgezet ten opzichte van de celdruk die in de test is gebruikt. Een E50 van 50 MPa werd aanbevolen. Aangezien men niet verwacht dat een dijk tot op het basiszand zal doorbreken, beschouwen we deze waarde niet als een kritieke parameter. Figuur 2.8: Basiszand – secansmodulus

2.4

Dichtheid

De dichtheidswaarden worden in de aanbestedingsdocumentatie genoemd, en deze zijn uitgezet in de onderstaande grafieken: Figuur 2.9: Gemeten dichtheid in laboratoriumtests

MCM6932-RT001-R01-00

5


MCM6932-RT001-R01-00

6


3

RELIABLE-voorspelling voor klasse A

We hebben een analyse uitgevoerd met het RELIABLE-programma van HR Wallingford dat de faalkans onder een dijk berekent met de vergelijking van Selmeijer. Hieronder staan de details van onze klasse A voorspelling voor het ontstaan van piping in situaties met waterniveaus in het reservoir die zowel onder als boven de kruinhoogte van de kleikern (+2,3 m) staan.

3.1

Waterpeil in reservoir onder kernkruin

3.1.1 Modelinstellingen In het Reliable-programma worden de parameters uit Tabel 3.1 ingevoerd voor piping onder de dijk. Deze parameters zijn gekozen op basis van de informatie uit de experimenten of uit de literatuur. De volgende waterniveaus zijn meegenomen in het model (de bodem van het reservoir is gelijk aan het nulniveau 0 in het model): Reservoirkant (bovenstrooms), niveau varieert tussen 0 en 3 m Landkant (benedenstrooms), niveau = 0 m Tabel 3.1: Reliable-parameters voor de klasse A voorspelling - waterpeil onder kernkruin Verdeling

Waarde of gemiddelde

Standaarddeviatie

normaal

1E-4

2E-5

vast

15

vast

0,5

Dichtheid zand (kg/m )

normaal

1700

50

D70 (m)

normaal

2E-4

2E-5

White-constante (sleepfactor)

normaal

0,25

0.01

Rolweerstandhoek (graden)

normaal

41

1

2

vast

1,33E-6

Parameter Doorlatendheid (m/s) Kwelweg (m) Laagdikte (m) 3

Kinematische viscositeit (m /s)

3.1.2 Resultaten Er zijn verzwakkingskrommen bepaald voor verschillende waarden van de rolweerstand en de sleepcoëfficiënt, en hieruit is subjectief het meest waarschijnlijke faalpunt gekozen. Op basis van deze krommen voorspellen we dat piping zal optreden vanaf een waterpeil in het reservoir van 1,4 m (niveau +0,4 m). De verzwakkingskromme uit Reliable staat afgebeeld in Figuur 3.1.

Figuur 3.1: Verzwakkingskromme voor waterpeil onder kernkruin (klasse A voorspelling)

MCM6932-RT001-R01-00

7


1.0 0.9 0.8

Prob of Failure

0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

Water Level (m)

3.2

Waterpeil in reservoir boven kernkruin

3.2.1 Modelinstellingen Wij hebben eenzelfde soort analyse gemaakt voor het geval waarbij het waterpeil in het reservoir boven de kernkruin ligt. Hier is een subjectieve beoordeling gemaakt van de waterafvoer en de diepte van de kwelweg. De rolweerstand en de sleepcoëfficiënt zijn niet gevarieerd. Tabel 3.2: Reliable-parameters voor de klasse A voorspelling - waterpeil boven kernkruin Verdeling

Waarde of gemiddelde

Kwelweg (m)

vast

10,9

Laagdikte (m)

vast

3,0

Parameter

Standaarddeviatie

3.2.2 Resultaten Deze analyse wijst op het ontstaan van piping in het talud aan de landkant van de dijk bij een waterpeil in het reservoir van 1,65 m – dit geeft aan dat er voldoende druk is om piping te doen ontstaan zodra het waterpeil de kruin van de kern overstijgt. Deze druk is echter te klein om grote stromen te laten ontstaan. We gaan er daarom vanuit dat er piping zal ontstaan wanneer het water in het reservoir 300 mm boven de kernkruin staat, d.w.z. op een peil van 2,6 m (+1,6 m). Figuur 3.2: Verzwakkingskromme voor waterpeil boven kernkruin (klasse A voorspelling)

MCM6932-RT001-R01-00

8


1.0 0.9 0.8

Prob of Failure

0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

Water Level (m)

MCM6932-RT001-R01-00

9


4

RELIABLE-voorspelling voor klasse B

4.1

Waterpeil in reservoir boven kernkruin

4.1.1 Modelinstellingen Vanwege de gemeten sensorwaarden hebben we in het RELIABLE-programma de doorlatendheid verlaagd (Tabel 4.1) om de verzwakkingskromme te herzien. Tabel 4.1: Reliable-parameters voor de klasse B voorspelling Parameter

Verdeling

Gemiddelde

Standaarddeviatie

normaal

5E-5

1E-5

Doorlatendheid (m/s)

4.1.2 Resultaten De herziene verzwakkingskromme is afgebeeld in Figuur 4.1. De herziene schatting is, dat piping ontstaat bij een waterpeil in het reservoir van 1,75 m. Figuur 4.1: Verzwakkingskromme voor waterpeil boven kernkruin (klasse B voorspelling) 1.0 0.9 0.8

Prob of Failure

0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

Water Level (m)

MCM6932-RT001-R01-00

10


5

HR Breach - klasse B voorspelling

Het 'HR Breach'-model is uitsluitend gebruikt voor klasse B voorspellingen. HR Breach modelleert niet de aanloopprocessen die met de IJkDijk-tests worden onderzocht en die kritiek zijn voor een schatting van het doorbraakmoment. De voorspellingen die HR Breach genereert, worden gebruikt om te schatten hoe lang het duurt tot de dijk zal falen na het ontstaan van piping.

5.1

Run 1

5.1.1 Initiële modelinstellingen De parameters van het HR Breach-model worden in eerste instantie ingesteld op basis van de informatie uit de experimenten of uit de literatuur (Tabel 5.1 t/m Tabel 5.4). Zie Bijlage A voor een omschrijving van de gebruikte Visser-vergelijking voor het sedimenttransport. Tabel 5.1: Algemene instellingen Parameter

Waarde

Type dijk

homogeen

faalwijze

piping

Invoergrootheden

metrisch

Simulatie-starttijd (s)

0

Simulatie-eindtijd (s)

86.400

Tijdstappen (s)

1

Afstandstappen (m)

1 Tabel 5.2: Randvoorwaarden

Parameter

Waarde

Bovenstroomse voorwaarde

druk-tijd

Benedenstroomse voorwaarde

druk-tijd

Type reservoirkromme

peil-gebied

Bovenstrooms waterpeil (m)

(constant) 3,0

Benedenstrooms waterpeil (m)

(constant) 0,0

Tabel 5.3: Dijkgeometrie en grondeigenschappen Parameter

Waarde

Kruinhoogte (m)

3,5

Funderingsniveau (m)

0,0

Kruinbreedte (m)

1,0

Kruinlengte (m)

10,0

Benedenstroomse helling (1:x)

2

Bovenstroomse helling (1:x)

2

2

Cohesie (kN/m )

MCM6932-RT001-R01-00

5,0

11


Parameter

Waarde

D50

0,18 2

Treksterkte (kN/m )

0,01

Wrijvingshoek

30

Manning-n (stroom over kruin en talud)

0,02

Porositeit

0,35 3

Droge dichtheid (kg/m )

1550

Plasticiteitsindex

0 3

Erosieweerstandscoëfficiënt (cm /N.s) 2

Kritieke schuifspanning (N/m )

0 0

Tabel 5.4: Doorbraakkenmerken Parameter

Waarde

Initieel kwelpeil (m)

2,5

Initiële kweldiameter (m)

0,05

Sedimenttransportvergelijking Max. doorbraakdiepte (m)

Visser 3,5

Max. doorbraakbreedte (m)

10,0

5.1.2 Resultaten De kwelopening stort na 76 minuten in. Op dat moment was zijn diameter toegenomen tot 0,06 m en 3 bedroeg het debiet door de opening 0,003 m /s. Na de instorting was er geen sprake van overloop en veranderde de dijk niet significant (Figuur 5.1).

5.2

Run 2

5.2.1 Modelinstellingen Hoewel het zand nauwelijks cohesie vertoont, zorgt het vocht in het zand voor interne zuiging, waardoor de korrels wél verticale scheurvlakken en bogen kunnen ondersteunen. De grootte van deze sterkte is moeilijk te schatten en baseert zich voornamelijk op inschattingen van experts. Ook is het dijkmateriaal geen puur zand. Daarom verhogen we de cohesie tot 20 (Tabel 5.5). Tabel 5.5: Gewijzigde modelinstellingen voor run 2 Parameter

Waarde 2

Cohesie (kN/m )

20,0

5.2.2 Resultaten De kwelopening stort na 342 minuten in. Op dat moment was zijn diameter toegenomen tot 0,27 m en bedroeg het debiet door de opening 0,11 m3/s. Na de instorting ontstond er slechts een klein overloopdebiet van 2 l/s en veranderde de dijk niet significant (Figuur 5.2).

MCM6932-RT001-R01-00

12


5.3

Run 3

5.3.1 Modelinstellingen In deze run simuleren we piping onder de dijk door, met een zeer lage waarde voor het initiële kwelpeil (Tabel 5.6). Tabel 5.6: Gewijzigde modelinstellingen voor run 3 Parameter

Waarde 2

Cohesie (kN/m )

20,0


0,05

5.3.2 Resultaten De kwelopening stort na 69 minuten in. Op dat moment was zijn diameter toegenomen tot 0,30 m en bedroeg het debiet door de opening 0,14 m3/s. Na de instorting ontstond er een significant overloopdebiet. Dit veroorzaakt een doorbraak door erosie langs de kruin en langs het talud aan de achterzijde (Tabel 5.7, Figuur 5.3). Het model duidt op enige instabiliteit. Tabel 5.7: Doorbraakverloop bij run 3 Doorbraakbreedte (m)

Doorbraakdiepte (m)

Debiet (m3/s)

08:00

1,55

2,15

7,5

09:00

3,60

3,06

23,6

Tijd (hh:mm)

5.4

Run 4

5.4.1 Modelinstellingen Het initiële kwelpeil is gewijzigd (Tabel 5.8). Tabel 5.8: Gewijzigde modelinstellingen voor run 4 Parameter

Waarde 2

Cohesie (kN/m )

20,0


2,35

5.4.2 Resultaten De kwelopening stort na 245 minuten in. Op dat moment was zijn diameter toegenomen tot 0,26 m en 3 bedroeg het debiet door de opening 0,12 m /s. Na de instorting ontstond er slechts een klein overloopdebiet van 7 l/s en veranderde de dijk niet significant (Figuur 5.4).

5.5

Run 5

5.5.1 Modelinstellingen Het bovenstroomse waterpeil wordt verhoogd tot het experimentpeil (Tabel 5.9). Tabel 5.9: Gewijzigde modelinstellingen voor run 5 MCM6932-RT001-R01-00

13


Parameter

Waarde 2

Cohesie (kN/m )

20,0


2,35


(constant) 3,2

5.5.2 Resultaten De kwelopening stort na 150 minuten in. Op dat moment was zijn diameter toegenomen tot 0,26 m en 3 bedroeg het debiet door de opening 0,13 m /s. Na de instorting ontstond er een significant overloopdebiet. Dit veroorzaakt een doorbraak door erosie langs de kruin en langs het talud aan de achterzijde (Tabel 5.10, Figuur 5.5). Tabel 5.10: Doorbraakverloop bij run 5 Doorbraakbreedte (m)

Doorbraakdiepte (m)

Debiet (m3/s)

07:14

0,85

1,00

0,84

08:06

3,35

1,50

7,49

08:24

6,75

2,50

37,00

Tijd (hh:mm)

5.6

Run 6

5.6.1 Modelinstellingen Het bovenstroomse waterpeil wordt nogmaals verhoogd tot het experimentpeil (Tabel 5.11). Tabel 5.11: Gewijzigde modelinstellingen voor run 6 Parameter

Waarde 2

Cohesie (kN/m )

20,0


2,35


(constant) 3,3

5.6.2 Resultaten De kwelopening stort na 121 minuten in. Op dat moment was zijn diameter toegenomen tot 0,26 m en 3 bedroeg het debiet door de opening 0,14 m /s. Na de instorting ontstond er een significant overloopdebiet. Dit veroorzaakt een doorbraak door erosie langs de kruin en langs het talud aan de achterzijde (Tabel 5.12, Figuur 5.6).

MCM6932-RT001-R01-00

14


Tabel 5.12: Doorbraakverloop bij run 6 Tijd (hh:mm)

3

Doorbraakbreedte (m)

Doorbraakdiepte (m)

Debiet (m /s)

04:50

1,12

1,00

1,37

05:30

3,41

1,50

8,61

05:45

5,75

2,25

28,82

5.7

Doorbraakverloopgrafieken Figuur 5.1: Doorbraakverloop bij run 1

Figuur 5.2: Doorbraakverloop bij run 2

MCM6932-RT001-R01-00

15



MCM6932-RT001-R01-00

16



MCM6932-RT001-R01-00

17



MCM6932-RT001-R01-00

18



MCM6932-RT001-R01-00

19


MCM6932-RT001-R01-00

20


Bijlagen 6

Sedimenttransportvergelijking in HR Breach

Het HR BREACH-model kan met verschillende sedimenttransportformules rekenen. Deze omvatten diverse erosievergelijkingen (Chen, Hanson) en evenwichtstransportvergelijkingen (bijv. Meyer-Peter-Müller, Yang, enz.) voor grondsoorten met veel of weinig cohesie. Voor de IJkDijk-modellen is de Visser-vergelijking gebruikt voor grondsoorten zonder cohesie. Deze vergelijking is ontwikkeld door Visser (1998) voor fijne grondsoorten zonder cohesie. Hij is getest met drie fysieke dijkdoorbraakexperimenten. Eén van deze experimenten was een grootschalig praktijkexperiment in het Zwin langs de Nederlands-Belgische grens. Hij is toepasbaar in de volgende bereiken: Froude-getal (2,8 – 4,1), stroomsnelheden (1,2 – 3,5 m/s) en hellinghoeken (20o – 32o). De volgende formule is gebruikt:

waarbij

7

Materiaalgegevenstabel voor PLAXIS-analyse

Er zitten vijf verschillende grondsoorten en geogrid-materialen in de zuiddijk. Figuur 7.1: Dwarsdoorsnede van de zuiddijk

MCM6932-RT001-R01-00


MCM6932-RT001-R01-00

IJkDijk-voorspellingen van dijkdoorbraken Grond- en doorbraakanalyses voor de IJkDijk-experimenten Tabel 7.1: Lijst van parameters Type grond Basiszand

Veengrond

Materiaal model

Parameternaam

Waarden

Hardening Soil-model

Secansstijfheid bij standaard gedraineerde triaxiaaltest, E50ref [MPa]

50

Gedraineerd

Tangentstijfheid bij primaire oedometerbelasting, Eoedref [MPa]

75

Ontlast/herbelast-stijfheid voor bouwbelastingen, Eurref [MPa]

150

Macht voor spanningsniveau afhankelijk van de stijfheid, m Cohesie, c [MPa]

1 0

Hoek van inwendige wrijving, φ [°]

31,1

Dilatatiehoek, ψ [°]

5

Verzadigde dichtheid, γsat [kN/m³]

19

Onverzadigde dichtheid, γunsat [kN/m³]

17

Horizontale doorlatendheid, kx, [m/dag]

0,0864

Verticale doorlatendheid, kx, [m/dag]

0,07

Soft Soilmodel

Gemodificeerde zwelindex, λ

0,022

Gemodificeerde samendrukkingsconstante, κ

0,22

Ongedraineerd

Cohesie, c [MPa]

0,0097


27,5


0

Poisson-coëfficiënt voor ontlasten/herbelasten, νur

0,49

σ’xx / σ’yy spanningsverhouding bij normale consolidatie K0NC

0,54


10


3


10^-5


10^-6

MCM6932-RT001-R01-00

Opmerkingen

gebruik standaard (3*E50)

Deze waarden zijn verkregen met oedometertests en niet met isotrope compressietests aangezien deze niet beschikbaar waren uit gedraineerde triaxiaaltests (nr.2)


Type grond Klei

Kernzand

Afdekklei

Materiaal model

Parameternaam

Waarden

Soft Soilmodel

Gemodificeerde zwelindex, λ

0,012

Gemodificeerde samendrukkingsconstante, κ

0,12

Ongedraineerd

Cohesie, c [MPa]

0,004


29,4


0

Poisson-coëfficiënt voor ontlasten/herbelasten, νur

0,49

σ’xx / σ’yy spanningsverhouding bij normale consolidatie K0NC

0,51


14


11


10^-6


10^-7

Hardening Soil-model

Secansstijfheid bij standaard gedrain. triaxiaaltest, E50ref [MPa]

10

Tangentstijfheid bij primaire oedometerbelasting, Eoedref [MPa]

15

Gedraineerd

Ontlast/herbelast-stijfheid, Eurref [MPa]

30

Macht voor spanningsniveau afhankelijk van de stijfheid, m

1

Cohesie, c [MPa]

0


30


0


17


15


0.1


0,09

Mohr-Coulomb

Ongedraineerde Young-modulus, E [MPa]

37,5

Ongedraineerd

Ongedraineerde Poisson-coëfficiënt, v

0,49

Ongedraineerde schuifsterkte, cu (su) [MPa]

75


18

MCM6932-RT001-R01-00

Opmerkingen

Er bestaan geen laboratorium- of praktijktests voor dit materiaal. Daarom zijn deze waarden geschat. De dikte is beperkt en faalvlakken snijden de deklaag mogelijk niet.


Type grond

Materiaal model

TenCate (geogrids)

Parameternaam

Waarden


15


10^-6


10^-7

Axiale stijfheid, EA

Opmerkingen Deze waarden kunnen veel hoger zijn als de klei na het aanbrengen uitdroogt en scheuren vormt Deze kan verwaarloosd worden omdat haar relatief lage stijfheid slechts een gering effect heeft op het globale gedrag. Details zijn mogelijk te vinden via hun website.

Opmerkingen De parameters voor veen, klei en basiszand zijn afgeleid uit de laboratoriumtestresultaten die in het informatiepakket van Deltares waren opgenomen Plaxis-methode A gebruikt effectieve spanningen/sterktes om ongedraineerde sterktes te berekenen – daarom worden hier alleen de effectieve sterktes genoemd (met uitzondering van de kleideklaag).

MCM6932-RT001-R01-00

HR Wallingford is een onafhankelijk ingenieursbureau voor civiele techniek en hydrauliek. Wij leveren praktische oplossingen voor complexe, watergerelateerde vraagstukken aan een internationale klantenkring. Wij ontlenen onze deskundigheid aan het doen van geavanceerd onderzoek. Wij bieden een unieke combinatie van kennis, middelen en faciliteiten waaronder hypermoderne praktijklaboratoria, geavanceerde numerieke modelleertools en, boven alles, onze enthousiaste medewerkers met hun hoge niveau aan vaardigheden en expertise.

© HR Wallingford

HR Wallingford, Howbery Park, Wallingford, Oxfordshire OX10 8BA, Groot-Brittannië tel +44 (0)1491 835381 fax +44 (0)1491 832233 email [email protected] www.hrwallingford.com

IJkDi Grond- en doorbraakan

MCM6932-RT001-R01-00

All-In-One Sensor Validatietest - Eindrapport

Recommend Documents