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

RSDYK Gebiedsdekkende dijksterkte bepaling met remote sensing Dyke quality assessment by remote sensing

13 – Oct - 2009

RSDYK

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

2010.Xx International Institute for Geo-Information Science and Earth Observation (ITC) Royal Haskoning Fugro Stichting Ijkdijk Gemeente Reeuwijk Hoogheemraadschap Rijnland

RSDIJK

Onderzoek en ontwikkelproject

• Vlakdekkend meten van de kwaliteit van een dijk en de ondergrond door toepassing van gestapelde remote sensing technologie • Stapelen : combineren van verschillende type metingen g en het monitoren van verschillen in reactie (factor tijd) op veranderende omgevingsvariabelen

1


13 – Oct - 2009

RSDIJK

Onderzoek en ontwikkelproject

• Ruimtelijk vaststellen van dijk en ondergrond model door toevoegen van gestapelde remote sensing technologie (complementair t.o.v. traditionele onderzoekstechnieken) • Verbetering g t.o.v. dijkj en ondergrondmodel g uit alleen puntbroninformatie; zwakste deel bepaalt de veligheid van de dijkring

Context • Meten vanaf dijk oppervlak of daarboven, vlakdekkend detecteren van anomalien (t.o.v. omgeving) • Selectie van meetmethodiek (stapelen (stapelen, response studies, herhalingsmetingen) • Toetsen van relevantie gedecteerde anomalie voor dijkenproblematiek (relaties tussen oppervlak, dijk en ondergrond) • Extrapolatie naar extreme (ontwerp condities)

2


13 – Oct - 2009

Doelstelling (1) • Primaire waterkeringen in Nederland – relatief veel informatie voorhanden – redelijke j inschatting g van de sterkte

• Regionale waterkeringen (en vooral ook voor de meeste waterkeringen in het buitenland) – weinig informatie – onderzoek van de waterkeringen op de traditionele manier, met sonderingen g en boringen g ((op p bijvoorbeeld j iedere 100 meter), kostbaar en tijdrovend – inschatting sterkte moeizaam en (impliciet) onzeker (de kans dat een lokale geul, zandlens of andere (geologische) discontinuiteit wordt gemist is lastig te kwantificeren)

Doelstelling (2) De combinatie van – Verschillende remote sensing (RS) technieken • Zichtbaar licht • Infrarood • Thermisch infrarood • Multi-spectraal analyse • Gamma spectraal analyse • Radar – Verschillende RS opnames in tijd onder contrasterende omgevingscondities (verschillende seizoenen, nat-droge periodes, etc) – Lokale geologische informatie – Geometrische data

Leveren samen (in potentie) een kwantitatief en ruimtelijk beeld van de sterkteopbouw van dijk en ondergrond – Niet één techniek die het antwoord geeft: het gaat juist om het waarnemen van verschillen door het combineren van technieken en uitvoeren van herhalingsmetingen in de tijd (onder contrasterende omgevingscondities)

3


13 – Oct - 2009

Plan van aanpak (1) Het project heeft de volgende onderdelen: Fase 1: • Fase 1 bestaat voornamelijk uit een literatuurstudie en het verzamelen van data door middel van terristrische opnamen en opnamen vanuit een kleine helikopter met remote sensing apparatuur en het analyseren van de resultaten in relatie met verschillende dijksterkte parameters. De volgende items zullen hierbij worden geanalyseerd: • De relatie tussen dijkbekleding in remote sensing (*) • De relatie tussen waterhuishouding en dijkbekleding (*) • De relatie tussen waterhuishouding in de dijk en sterkte parameters • De relatie tussen materiaal in de dijk en geologie van de omgeving van de dijk • De relatie tussen materiaal in de dijk en remote sensing • De relatie tussen materiaal in de dijk en dijksterkte

Plan van aanpak (2) Het project heeft de volgende onderdelen: Fase 2: • In fase 2 worden de relaties verder uitgewerkt die in fase 1 zijn vastgesteld. g • Uitwerken van de in fase 1 gevonden relaties in software routines waarschijnlijk in een GIS (Geographic Information System) omgeving. • Modelmatig besluitondersteunend systeem (DSS) voor dijkkwaliteit en sterkte gebaseerd op de fysische relaties ontwikkeld in fase 1 Noot: Het DSS zal moeten aangeven of afwijkingen van verwachte patronen inderdaad wijzen op een anomalie in de dijk en/of ondergrond en zoja of deze afwijkingen van belang zijn in relatie tot dijksterkte (nu en vooral tijdens een extreme conditie zoals een hoogwater, extreme droogte, etc.). Denk daarbij aan het traceren en beoordelen van lokale afwijkingen zoals een geul in of onder de dijk, een hogere dan verwachte grond waterstand, inhomogeniteiten in dijkopbouw (bv. t.g.v. een oude afschuiving, geologisch afzettingsmillieu, toepassing van vreemde constructiematerialen (puin), etc.).

4


13 – Oct - 2009

Plan van aanpak (3) Het project heeft de volgende onderdelen: Fase 3: • In fase 3 worden de relaties die in fase 2 zijn vastgesteld en het DSS in een software omgeving g gg geïmplementeerd p die de methdologie toegankelijk maakt. Dit in eerste instantie voor experts (dit onderdeel wordt in dit project gedaan), en ten tweede in een “niet-expert” systeem in samenwerking met verschillende andere projecten in het FC2015 project. • Het maken van een eerste gebruikers interface voor “experts” • Het meewerken in een van de andere projecten voor het ontwikkelen van een gebruikers interface voor “niet-experts”.

De procesketen : …. de zwakste schakel bepaalt het eindresultaat …..

Data acquisitie

Verwerken

Analyse & zonering (o.a. GIS)

Meerdere technieken en sensoren (meerdere golflengte bereiken)

Enhancement: Beeldverwerking per golflengte bereik

Referencing: Koppeling naar onderliggende: - Fysische parameters - Fysische processen

Time window: Optimale keuze opname p tijdstip j p (dag, seizoen)

GeoReferencing g (GPS)

Patroon en anomalie herkenning: - Multi-spectrale analyse - Multi-temporele analyse - Spatiële analyse

Meting in duplo: Combinatie van technieken in 1 vlucht Herhalingsmeting

Zonering: Opdeling in homogene gebieden

Kalibratie & implementatie (o.a. GIS/prototype/praktijk)

Verificatie van de anomalieën Link naar inspectie parameters

Afgeleide toepassingsvelden: - Risicokartering - Beheer - Onderhoud - Planning - etc.

5


13 – Oct - 2009

Meerdere golflengte bereiken

Type straling en type sensor Passieve sensoren Actieve sensoren

Emissie

Reflectie

Thermaal Infrarood (ook ‘s nachts)

Zonlicht: Zichtbaar licht Infrarood Ultraviolet Lidar (laser licht)

6


13 – Oct - 2009

Gebruikelijke (air-borne) sensoren Laser scanning (geometrie)

Thermaal Infrarood (temperatuurverschillen, vochtgehalte)

Multispectraal (vegetatie, grondsoort, vochtverschillen)

Meettechniek • Spatiële en temporale resolutie – detailniveau (pixel grootte) en tijdsinterval • Relatieve nauwkeurigheid – probleem en proces onderscheidend vermogen, welke problemen en processen kunnen op dezelfde plaats en tijd onderscheiden worden • Absolute nauwkeurigheid – wat is de validiteit van de methode, e.g. hoe betrouwbaar, hoe representatief

7


13 – Oct - 2009

Tijdstip en duur meting (tijdvenster) • Meetcondities (bewolking, belichting, stand van de zon, mate van aanstraling, etc.), ook afhankelijk van techniek/type sensor • Gebruikmaking van optimale contrastcondities (uitvergroten van verschillen); ontwikkelen van meetplan • Minimalisatie ‘stoorbronnen’ stoorbronnen (neerslag, (neerslag bemesting bemesting, etc etc.)) • Richtlijnen en verordeningen

Beeldverwerking • Enhancement ( (contrast t t verbetering) b t i ) per bandbreedte • Geo-referencing (Differential GPS kalibratie)

8


13 – Oct - 2009

Referencing • Koppeling naar onderliggende fysische parameters en processen: – Geometrie, topografie (vervorming) – Vochtgehalte (verdroging, vernatting, kwel) – Oppervlakte geologie en geologisch milieu (wordingsgeschiedenis vanuit een kwartair geologisch perspectief) – Grondsoort (klei (klei, zand zand, veen) – Vegetatie (vegetatiestress, type vegetatie)

Patroon en anomalie herkenning • Het creëren van informatie door het slim kijken in ruimte (spatiele analyse) en tijd (multi-temporele analyse) • Het creëren van informatie door het slim combineren van metingen binnen meerdere golflengte bereiken (multi-spectrale analyse - stapelen)

9


13 – Oct - 2009

Kalibratie en implementatie • Verificatie directe output/confirmatie van geconstateerde anomalieën – Afwijkingen in gedrag van dijk in omgeving en in tijd

• Link naar inspectieparameters – Zoeken naar causale verbanden – GIS en praktijk kalibratie

• Afgeleide toepassingsvelden – Duurzame ondergrond t.b.v. risicokartering, beheer & onderhoud, planning, etc.

Proeflokaties • Proeflokatie Reeuwijk (veendijk) • Proeflokatie IJKdijk (overslagprooef – kwaliteit en homogeniteit dijkbekledingsmateriaal)

10


13 – Oct - 2009

Resultaten tot nu toe

Proeflokatie Reeuwijk Veendijk

11


13 – Oct - 2009

Proeflokatie Reeuwijk (1) • 3 tests sites (Tempeldijk (Tempeldijk-North North, Tempeldijk-South Tempeldijk South, en Vreesterdijk) • Tempeldijk-North en Tempeldijk-South zijn onderdeel van dezelfde “veenkade” • Vreesterdijk is een achtergebleven stuk veen in de polder in gebruik als weg

Test sites in Reeuwijk – Zuid Holland

(map: Routenet‐Routeplan, http://www.routenet.nl ; 16 Feb 2009)

12


13 – Oct - 2009

Test sites Area: Partially excavated for peat excavation Tempeldijk = “veenkade” Location: North – No known problems South – Seepage (“kwel”)

Proeflokatie Reeuwijk (2) • Tempeldijk-North Tempeldijk North heeft zover bekend geen problemen • Tempeldijk-South heeft kwel en verzakkingen • Vreesterdijk is een achtergebleven stuk veen in de verder uitgegraven polder in gebruik als weg

13


13 – Oct - 2009

Geology

G0: C2: C2..: rC0:

Holland peat Holland peat on Callais III Deposits (tidal flat deposits) on an alternation of Holland peat and Gorkum deposits Holland peat on Callais III Deposits (tidal flat deposits) on Gorkum deposits (channel deposits) Holland peat on Gorkum deposits (channel deposits) Geological map of the area around Reeuwijk (after Bosch and Kok, 1994)

• 15 sonderingen (CPT’s) (CPT s) en 2 boorgaten gemaakt op klein gebied (30 x 30 m) • Grondmodel interpretatie gemaakt gebaseerd op de geologie en de “min-of-meer” bekende opbouw van de dijk

14


13 – Oct - 2009

Subsurface – Tempeldijk - South

Interpretatie leidt tot: • Geen bijzonderheden • De CPT’s en boorgaten geven geen aanleiding aan te nemen dat er problemen zijn ECHTER…..

15


13 – Oct - 2009

Weerstandsmetingen Tempeldijk-South 3D Resistivity contour plot

Weerstandsmetingen geven geen beeld consistent met sonderingen en boorgaten

16


13 – Oct - 2009

Tempeldijk - temperature

a

a

b

b

c

Tempeldijk‐North

c

Tempeldijk‐South

Temperatuur beelden veel onregelmatiger voor Tempeldijk-South dan voor Tempeldijk-North

17


13 – Oct - 2009

Resultaten tot nog toe • De temperatuurbeelden van de opbouw van Tempeldijk-South geven aan dat de opbouw heterogener en onregelmatiger is dan Tempeldijk Noord. • De grotere inhomegeniteit en onregelmatigheid hangen waarschijnlijk samen met problemen als kwel en verzakkingen • Meerdere technieken wijzen in dezelfde richting (slim meten en stapelen kan de waarneming versterken en inzicht geven in onderliggende fysische mechanismen)

RS-IJkdijk 2009-2012 Resultaten tot nu toe • Voldoende indicatie dat de voorgestelde methode mogelijkheden heeft (potentie groot gezien miniaturisering van meettechnologie) 2 AIO/PhD studenten • Relaties tussen opbouw dijk, ondergrond en remote sensing • Relaties tussen grondwater en saturatiegraad en remote sensing (onverzadigde zone) • Relaties kwaliteit van de dijk en remote sensing & extrapolatie naar extreme condities

18

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

Recommend Documents