Toolbox voor Waterbeheersing in polderlandschappen

De uitdaging van de klant

Poldergebieden, met name in de lagere regio’s van Nederland, kampen met het probleem van verhoogde piekstromingen als gevolg van zware neerslag, vooral door de snelle afvoer van verharde gebieden en de vertraagde afvoer van onverharde gebieden naar vele kleine kanalen en verder naar de benedenstroomse pompstations. Dit resulteert in onacceptabel hoge grondwatertafels, een probleem dat toeneemt door verstedelijking en extremere weersomstandigheden. Traditioneel werd dit opgelost door de capaciteit van pompstations te vergroten, maar deze benadering wordt niet langer als duurzaam beschouwd.

De bijdrage van Dotx Control Solutions

Dotx Control Solutions heeft een waterbeheersingstoolbox ontwikkeld, waarmee water in de bovenstroomse delen van het watersysteem effectief vastgehouden kan worden totdat de benedenstroomse delen dit extra volume kunnen verwerken. Deze aanpak volgt de filosofie ‘eerst vasthouden, dan opslaan, dan pas afvoeren’, en maakt gebruik van (Real-Time) besturingsstructuren in de bovenstroomse kanalen. De methode is gebaseerd op bovenstroomse PI-regeling met aanpassing van het setpoint, en heeft tot doel de beschikbare opslag in het hele gebied gelijkmatig te vullen.

Resultaten voor de klant

De implementatie van de Cascade PI-Control methode heeft het mogelijk gemaakt om de drainageproblemen in de polders te vermijden door effectief gebruik te maken van de beschikbare opslagcapaciteit in het gebied. Dit heeft geleid tot het voorkomen van lokale overstromingen en het verlagen van de risico’s op onaanvaardbare hoge grondwatertafels, zelfs tijdens extreme weersomstandigheden.

Technologieen en Technieken

De gebruikte technologieën en technieken omvatten real-time besturingssystemen, adaptieve setpointaanpassingen via PI-regeling, en geavanceerde hydrodynamische modellering van poldersystemen. Deze aanpak maakt gebruik van standaardhardware en vereist slechts minimale infrastructuuraanpassingen, wat bijdraagt aan de robuustheid en kostenefficiëntie van de oplossing.

Optimalisatie van regeling voor warmte-afleverset

De uitdaging van de klant

Een klant die producent is van warmte-afleversets ervoer certificeringsproblemen met hun afleverset voor warmtelevering, voornamelijk door te grote overshoots bij lage tapwaterstromen en hoge aanvoertemperaturen. Dit compromitteerde de efficiëntie en betrouwbaarheid van het systeem.

De bijdrage van Dotx Control Solutions

Dotx Control Solutions heeft een regeltechnische analyse uitgevoerd met gebruik van aangeleverde data en fysische inzichten. Er is een modelvorming gedaan voor de warmtewisselaar en de huidige regelaar, gevalideerd met meetdata. Vervolgens zijn verbeteringen in de regeling voorgesteld en getest.

Resultaten voor de klant

De aangepaste Dotx regeling leidde tot een nauwkeurigere overeenkomst tussen modelvoorspellingen en werkelijke prestaties, met name in het beperken van overshoot. De regeling voldoet nu aan de eisen zonder ongewenst regelgedrag.

Technologieen en Technieken

Gebruikte technologieën omvatten modelvorming voor de warmtewisselaar, PID-regeling, en feedforward regeling. De aanpak was gebaseerd op het combineren van theoretische modellen met praktijktesten.

Verbetering Regeling Rioolgemaal Vught

De uitdaging van de klant

Waterschap De Dommel ondervond instabiel regelgedrag bij rioolgemalen, met risico’s voor het transportsysteem en twijfels over de optimaliteit van het energieverbruik.

De bijdrage van Dotx Control Solutions

Dotx Control Solutions voerde een regeltechnische analyse uit op de data van Rioolgemaal Vught, inclusief de evaluatie en advies over de regeling en het instellen daarvan.

Resultaten voor de klant

De analyse leidde tot aanbevelingen voor optimalisatie van de regeling, waaronder het aanpassen van PID-instellingen en het overwegen van een modelmatige aanpak voor tuning. Dit resulteerde in een stabieler en efficiënter systeem.

Technologieen en Technieken

Gebruikte technieken omvatten simulatiemodellen van het gemaal en de huidige regeling, validatie met meetgegevens, en het toepassen van regeltechnische analyses.

Netcongestie vermijden door model voorspellende waterpeilregeling

De uitdaging van de klant

Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier wil graag bijdragen aan het voorkomen van netcongestie, door het energie verbruik van zijn gemaal in de Waterlandse Boezem te matchen met beschikbaarheid van energie. Omdat het water in de Boezem een bufferende werking heeft, kunnen zij zelf beslissen wanneer er wel of niet gepompt wordt. Dit is echter makkelijker dan dat het lijkt, want er moet ook voorkomen worden dat er overstromingen plaatsvinden.

De bijdrage van Dotx Control Solutions

Dotx Control Solutions benaderde dit probleem met een tweeledige strategie. Ten eerste, door een grondige analyse van het huidige waterbeheersysteem uit te voeren om de kernproblemen te identificeren. Vervolgens ontwikkelde en implementeerde ons team een geavanceerd hybride modelpredictieve regelsysteem, waarbij gebruik werd gemaakt van realtime weervoorspellingen om de waterinlaat en pompschema’s te optimaliseren. Dit systeem maakte gebruik van niet-lineaire modelpredictieve regeling (NMPC) om continu de optimale balans te vinden tussen waterpeilbeheer en energieverbruik.

Resultaten voor de klant

De implementatie van het geavanceerde regelsysteem door Dotx Control Solutions leverde aanzienlijke verbeteringen op voor Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier. Het systeem slaagde erin de waterstanden binnen de gewenste grenzen te houden, zelfs tijdens perioden van extreme weersveranderingen, waardoor het risico op overstromingen en droogte drastisch werd verminderd. Daarnaast realiseerde het waterschap een aanzienlijke daling in energieverbruik van de pompen, wat resulteerde in een kostenbesparing van 30% op jaarbasis, wat neerkomt op ongeveer 100.000€

Technologieen en Technieken

Het project maakte gebruik van geavanceerde technologieën en technieken zoals niet-lineaire modelpredictieve regeling (NMPC), real-time data-analyse, en integratie met weersvoorspellingsdiensten. Dotx Control Solutions ontwikkelde een op maat gemaakt softwareplatform dat naadloos integreerde met de bestaande infrastructuur van het waterschap en stelde dynamische aanpassingen van de pompschema’s mogelijk op basis van voorspelde weersomstandigheden.

Modelvoorspellende waterpeilbeheer regeling

De uitdaging van de klant

Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier stond voor een complexe uitdaging in het beheren van hun landelijke waterstanden, vooral in tijden van extreme weersomstandigheden zoals zware regenval en droogteperioden. De bestaande waterbeheersystemen waren niet in staat om de waterstanden efficiënt te reguleren, wat resulteerde in frequente overstromingen en waterschaarste in verschillende gebieden. Dit probleem werd verergerd door de hoge energiekosten van de pompsystemen, wat een duurzame en kostenbesparende oplossing vereiste.

De bijdrage van Dotx Control Solutions

Dotx Control Solutions benaderde dit probleem met een tweeledige strategie. Ten eerste, door een grondige analyse van het huidige waterbeheersysteem uit te voeren om de kernproblemen te identificeren. Vervolgens ontwikkelde en implementeerde ons team een geavanceerd hybride modelpredictieve regelsysteem, waarbij gebruik werd gemaakt van realtime weervoorspellingen om de waterinlaat en pompschema’s te optimaliseren. Dit systeem maakte gebruik van niet-lineaire modelpredictieve regeling (NMPC) om continu de optimale balans te vinden tussen waterpeilbeheer en energieverbruik.

Resultaten voor de klant

De implementatie van het geavanceerde regelsysteem door Dotx Control Solutions leverde aanzienlijke verbeteringen op voor Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier. Het systeem slaagde erin de waterstanden binnen de gewenste grenzen te houden, zelfs tijdens perioden van extreme weersveranderingen, waardoor het risico op overstromingen en droogte drastisch werd verminderd. Daarnaast realiseerde het waterschap een aanzienlijke daling in energieverbruik van de pompen, wat resulteerde in een kostenbesparing van 30% op jaarbasis, wat neerkomt op ongeveer 100.000€

Technologieen en Technieken

Nonlinear Model Predictive Control, Hybrid Control, C++, Robust Control, API calls

Overkoepelende regeling voor een Kracht Warmte Station

De uitdaging van de klant

De klant heeft een Warmte Kracht Station waarmee een gedeelte van de Marinehaven in Den Helder mee van stroom en gas kan worden voorzien. De Installatie bestaat uit 3 Diesel-Gas Motoren, gekoppeld aan roterende omvormers. Tijdens normaal bedrijf werd hiermee elektra en warmte opgewekt wat het net in werd geleverd. Wanneer er een stroomuitval zou zijn, zou de installatie in eilandsbedrijf terug kunnen vallen en zelfstandig aan de elektra behoefte voldoen. De regeling was opgebouwd uit analoge regelkaarten uit de Simadyn-C serie van Siemens. De klant wou graag dat dit gedigitaliseerd werd en geintegreerd in het bestaande E-PLC. De inbedrijfsname diende te gebeuren binnen een tijdsperiode van 48 uur.

De bijdrage van Dotx Control Solutions

Dotx Control Solutions heeft de overkoepelende regeling ontworpen waarmee alle (oude) analoge functionaliteit digitaal overgenomen is. Om dit in bedrijf te stellen, is de regeling van te voren in parallel met de oude installatie getest, waarbij de uitgangssignalen met elkaar vergeleken zijn in alle mogelijke situaties.

Resultaten voor de klant

Als gevolg van de aanpak van Dotx Control Solutions is de inbedrijfsname binnen 48 uur succesvol gedaan, waarmee de analoge regeling volledig vervangen is door een digitale regeling.

Technologieen en Technieken

Digital Twins

Regel Systeem Monitor

Een van de productiefabrieken van een grote voedingsmiddelen leverancier heeft 6 kritieke regellussen, die een druk regelen. In verband met mogelijke uitstoot, wanneer deze druk te hoog wordt, is het van uiterst belang om deze regellussen te monitoren op hun prestaties. Dotx Control Solutions heeft, vanwege hun kennis van regeltechniek, opdracht gekregen om hun PID Monitor hiervoor in te zetten.

Monitoring

Om deze regellussen te monitoren is er een Digital Twin gemaakt van het onderdeel van de fabriek waar deze regellussen op ingrijpen. Deze Digital Twin is getraind op een aantal jaar historische data. Daarbij wordt automatisch gekeken naar onder andere:

  1. Reageren alle drukregelende kleppen zich volgens de voorspelling?
  2. Is de speling, en/of de stick-slip van deze drukregelende kleppen binnen de marge zodat het regelgedrag niet nadelig beinvloed wordt?
  3. Zijn er oscillaties (middels een frequentiespectrumanalyse) te vinden in het proces, welke duiden op randstabiel of onstabiel regelgedrag?
  4. Wat zijn de drukpieken tijdens batch processen? Hoe gedragen die zich in de tijd?
  5. Hoevaak is de regeling ‘gesatureerd’? Dat wil zeggen dat de regeling een maximale of minimale uitsturing heeft, en dus eigenlijk niet meer ‘in control’ is?

Werkwijze

Naar aanleiding van bovenstaande analyse, ontvangt onze klant direct een signaal wanneer er iets mis gaat, met een automatisch gegenereerd rapport met aanbevelingen voor de Operator om op te volgen.

Daarnaast, afhankelijk van de ernst van de opgetreden melding, analyseert Dotx Control Solutions de melding ook met de hand, om hier extra duiding aan te kunnen geven.

Vervolgens is er maandelijks nog een overleg, waarin eventuele terugkerende meldingen besproken worden zodat hier een oplossing voor gevonden kan worden.

Resultaat

  1. Geen uitstoot meer
  2. Lager energieverbruik
  3. Hogere productie

Digital Twin: Secundaire Afzuiging Oxystaal Fabriek 2

Digital Twin afzuiging oxystaalfabriek

In dit artikel wordt een samenvatting gegeven van het maken van een Digital Twin voor de Secundaire Afzuiging in de Oxystaal Fabriek 2, bij TATA. Hierin wordt de modelvorming besproken, het doorrekenen van verschillende scenarios waarmee de afzuigcapaciteit verhoogd zou kunnen worden, en de resultaten van deze doorrekeningen. Mede dankzij dit rapport heeft TATA besloten om niet verder te investeren in de Secundaire Afzuiging, maar om over te gaan op de bouw van de Tertiare Afzuiging, welk in 2023 in gebruik genomen is. Dankzij de doorrekening in dit rapport heeft TATA veel kosten kunnen besparen door niet over te gaan op ’trial-and-error’

1. Achtergrond

Bij TATA wordt er in de Oxystaalfabriek vloeibaar ruwijzer omgezet in staal. Een belangrijke stap hierin is het vermengen van schroot met vloeibaar ruwijzer. Tijdens het kiepen van het ruwijzer in de converter onstaan stof en rookgassen als gevolg van een reactie tussen het ruwijzer en het schroot. Deze worden afgezogen door de primaire en secundaire afzuiging, zie ook Figuur 1.

Omdat TATA de wens heeft om deze afzuiging te verbeteren, heeft TATA aan Dotx Control Solutions gevraagd een model te maken van de secundaire afzuiging, om te bepalen of er bottle-necks aanwezig zijn en/of met welke ingrepen ze de afzuiging konden verhogen, en zoja, met hoeveel.

Figuur 1: Schematische weergave van de afzuiging in het converterproces

1.1 Scenarios

In een eerste overleg tussen TATA en Dotx Control Solutions is bepaald dat de volgende modificaties aan de afzuiging het meest kansrijk leken:

  1. Verbetering van de regeling welk de ventilatoren aanstuurt.
  2. Verkleinen van de waaiers van de ventilatoren.
    • Deze waren ontworpen voor een onrealistische afzuigcapaciteit. Door ze te verkleinen bestaat het vermoeden dat ze op een efficienter werkpunt komen, waardoor de capaciteit toe kan nemen.
  3. Optimalisatie van de aanzuigleiding
  4. Toepassing van frequentiedrives.
    • Momenteel word de aansturing van de ventilatoren gedaan door ze te ‘smoren’
  5. Installatie van extra filtercompartimenten.
    • Om de systeemweerstand te verlagen. Momenteel is de verschildruk over de filters vaak de limiet waarop geregeld wordt.
  6. Installatie van een warmtebuffer
    • De afgezogen rookgassen mogen een maximale temperatuur hebben voordat het het filter in gaat. Als deze temperatuur te hoog is, wordt er een ‘koude lucht klep’ geopend, die valse lucht aanzuigt om de temperatuur van de rookgassen te verlagen. De warmtebuffer moet ervoor zorgen dat de rookgastemperatuur constanter blijft (‘peak-shaving’)
  7. Installatie van grotere afzuig-motoren

Omdat er in het proces in totaal 3 converters zijn waar afgezogen wordt, met in totaal 9 afzuiglocaties, en meer dan 200 verschillende combinaties van klepstanden op deze afzuiglocaties, is de afzuiging, maar ook de ‘bottle-neck’ sterk varierend. Daarom is ervoor gekozen om de afzuiging gedurende een heel jaar te gebruiken voor de modellering en de evaluatie van de verbeteringen.

2. Voorbeeld Modelvorming

Een schematische weergave van het volledige afzuig-proces is weergegeven in Figuur 1.

Figuur 1: Schematische weergave van het afzuigprocess.

2.1 Drukvallen

Voor het berekenen van de drukvallen is afzuigleiding gediscretiseerd in 14 segmenten. Voor elk van deze segmenten is de volgende formule gebruikt om de drukval te berekenen:

 \Delta p = \frac{1}{2} \sum^{i=1}_{i=14}( K_{fric} + K_{minor}) \rho_i V_i^2

Waarbij:

 \Delta p \quad = Drukverlies over een weerstand [N/m2]
 K_{fric}    \tab = Verliesfactor als gevolg van buiswrijving
 K_{minor} = Verliesfactor als gevolg van kleppen, bochten, vernauwingen. Zie [1]
 \rho = Gasdichtheid [kg/m3]
 V  = Snelheid van het gas [m/s]

Omdat de dichtheid niet constant (temperatuur- en drukafhankelijk) is geldt:

 \rho_i = \frac{p_i}{RT_i}

Waar:

 R  = Gasconstante voor rookgas [J/(kg·K)]
 T  = Temperatuur [K]

2.2 Leidingen

De verliesfactor als gevolg van buiswrijving kan als volgt berekend worden:

 K_{fric,i} = \frac{f L_i}{D_{H,i}}

Waarbij:

 L  = Buislengte [m]
 D_h = Hydraulische diameter.
 f(\epsilon, D_H, Re)  = Moody’s friction factor [m]
 Re  = Reynoldsgetal.
 \epsilon = Leiding ruwheid [m]

2.3 Ventilatoren

De ventilatoren zijn gemodelleerd met behulp van hun fan-curve waarop het volgende model gefit is:

\Delta P = -1.4Q^2 + 0.2Q + 175 [mBar]
P_{shaft} = -(36Q^2 + 150 Q + 356)\cdot 1e3 [kW]
 \eta = \frac{Q\cdot \Delta P}{P_{shaft}}\cdot 100 [%]

Waarin:
Q = Flow door de ventilator.
 \eta = Efficienty van de ventilator [%]

Vervolgens kan het effect van een diameter of toerental verandering gemodelleerd worden met de fan affinity laws, zie [1].

2.4 Dralls

De dralls zijn gemodelleerd als een weerstand die in serie staat met de ventilatoren. De formule en de constanten zijn gefit op basis van de historische dataset en informatie van de leverancier:

 \Delta p_{drall} = -K_{drall}(\alpha)Q^2 [mBar]

 K_{drall}(\alpha) = \frac{1200}{ (90-\alpha)^1.7 } + 0.7

Waarbij  \alpha de hoek van de drall is in [deg.]


3. Warmteoverdrachten

3.1 Leidingen

De warmteoverdracht als gevolg van convectie met de leidingen kan als volgt gemodelleerd worden (per sectie), zie [2]:

 \dot{Q}_i = hA_i(T_{leiding,i}(t) - T_{gas,in,i}(t) )

Waar:

 \dot{Q}_i = De warmteoverdracht tussen de leiding en het gas voor sectie i [J/s]
h = Warmteoverdracht coefficient [W/m2K].
 T_{leiding} = Temperatuur van de leiding [K]
 T_{gas,in} = Temperatuur van het instromende gas. [K]

Vervolgens kan de temperatuur van het gas aan het eind van de leiding  T_{gas,uit} bepaald worden met:

 T_{gas, uit,i} = T_{gas, in, i} - \frac{\dot{Q}_i}{\dot{m}c_{p,lucht}}

Waar:
 c_{p,lucht} = Warmtecapaciteit van lucht [J/KgK]
 \dot{m} = Massaflow van de lucht [kg/s]

De opwarming van de leiding kan dan ook worden berekend worden met:

 \frac{dT_{leiding,i}}{dt} = \frac{\dot{Q}_i}{m_i c_{p,staal}}

Waar:

 m_i = Massa van de leiding [kg]
 c_{p,staal} = Warmtecapaciteit van staal [J/KgK].

4. Modelverificatie

In dit hoofdstuk tonen we een verificatie van de modelering. Hiervoor is een gedeelte van de data gebruikt, waarin verschillende procescondities te zien zijn. De inputs voor dit model waren enkel de gemeten ‘drall’ hoeken, en de gemeten temperatuur ter plaatste van de inzuiging. Aan dit figuur is te zien dat, bijvoorbeeld de Mass Flow erg goed overeenkomt tussen het model en de werkelijkheid. Ook de temperatuur ter hoogte van het filter wordt er goed ingeschat. Dit bewijst dat ons model, de Digital Twin, met hoge nauwkeurigheid kan voorspellen wat er in werkelijkheid gebeurt. Dit stelt ons in staat om verandering te simuleren, zoals een extra filter, of extra motorvermogen. De resultaten hiervan zijn in het volgende hoofdstuk te zien.

5. Resultaten

In onderstaande tabel zijn de resultaten te zien van de voorgestelde modificaties. Met modificatie ‘R’ is te zien dat het debiet tijdens een ruwijzer inzet (het meest kritische moment) met 55% kan toenemen, indien een combinatie gemaakt wordt van modificaties 3-6. Ondanks de toename van 55% aan afzuigcapaciteit is, door de sterk verhoogde efficienty het stroomverbruik ook verlaagd.

Resultaten van modificaties en combinaties daarvan. Een positief percentage betekend een verhoging t.o.v. modificatie A.

6. Referenties

[1]: Fluid Mechanics 6th edition, Frank .M. White

[2]: Basic Heat & Mass Transfer 2nd edition, A.F. Mills

Disclaimer

De getallen die gegeven zijn, voor formules en resultaten zijn fictief en dienen enkel ter indicatie.

Digital Twin om ‘Big Data’ inzichtelijk te maken

In een eerder artikel, zie Bodemdiepte van een rivier voorspellen tot 9 cm nauwkeurig met een Digital Twin. is uiteengezet hoe single-beam metingen gebruikt kunnen worden om de bodemligging van de Ijssel te voorspellen. De combinatie Strukton – van den Herik had ook de wens om al hun metingen te verzamelen binnen de Digital Twin, zodat deze eenvoudig in te zien waren. In dit artikel leggen we uit hoe dit dashboard ontwikkeld is.

Strukton & van den Herik maken 4 keer per jaar een volledige 3d scan van zowel de bodem, als de oevers van de Ijssel. Dit geeft een gigantische berg aan data. Zo heeft een enkele 3d scan van de oevers van de Ijssel een grootte van 200Gb. Dit maakt het lastig om deze scans goed toegankelijk te maken.

Aan Dotx Control Solution is gevraagd om een online dashboard te maken, waarin deze data geupload kan worden, en waarin deze op een ‘google maps’ achtige manier in te zien is.

Om dit mogelijk te maken, is besloten om gebruik te maken van Azure als data opslag platform. De architectuur van de applicatie is te zien in onderstaand figuur. . De data komt dan terecht in de Cloud Storage van Azure. Ondertussen draait er een

Figuur 1: Architectuur van de applicatie

De dataflow is als volgt:

  1. Een gebruiker kan een zip-file met een nieuwe meting uploaden binnen het dashboard (de web applicatie)
  2. Deze zip-file wordt opgeslagen in een File Share op Azure
  3. Wanneer deze upload voltooid is, krijgt de Data Processing Server van Dotx een signaal om:
    • De zip file uit te pakken
    • Het dichtstbijzijnde punt van het baggerreferentievlak opzoeken (om te bepalen wat de afstand is tov het baggerreferentievlak)
    • Er wordt een .LAS bestand gemaakt
    • Dit .LAS bestand wordt omgezet naar een Octree datastruktuur, waarmee de google maps achtige zoomniveaus bereikt worden.
    • Dit octree bestand wordt weer geupload naar Azure.
  4. Binnen de web applicatie wordt gekeken welke ’tiles’ er in de huidige field-of-view zijn
  5. Deze tiles worden ingeladen in de web applicatie waardoor ze zichtbaar worden voor de gebruiker.

Resultaat

Onderstaand een figuur van hoe het dashboard voor Strukton & van den Herik eruit ziet:

Bodemdiepte van een rivier voorspellen tot 9 cm nauwkeurig met een Digital Twin.

Met Vaarwegenwijs kunt u tot op 9 centimeter nauwkeurig voorspellen wat de bodemdiepte zal worden op iedere locatie van een rivier.

De achtergrond

Rijkswaterstaat wil graag efficienter omgaan met zijn baggerstrategie voor de Ijssel. In een eerste onderzoek willen zij verkennen in hoeverre single beam dieptemetingen bruikbaar zijn om een beter inzicht te krijgen in de bodemligging van de Ijssel. Momenteel wordt er slechts 4 keer per jaar een volledige scan van de bodem gemaakt. De visie van rijkswaterstaat is, dat door single-beam dieptemetingen te gebruiken (zoals verzameld worden door het bedrijf Covadem), er een actuele bodemligging geconstrueerd kan worden, waardoor er een dagelijkse voorspelling van de bodemligging gemaakt kan worden. Om dit uit te zoeken, heeft Rijkswaterstaat gevraagd aan de aannemer die de Ijssel in onderhoud heeft, Strukton & van den Herik, hier onderzoek naar te doen. Vanwege een eerder project (zie Wegenwijs) wat Dotx Control Solutions gedaan had met Strukton Civiel op het gebied van Digital Twins, zie hebben ze Dotx Control Solution gevraagd om dit onderzoek op zich te nemen.

Partners

Strukton Civiel & van den Herik

Strukton Civiel & van den Herik zijn specialist in de nauwkeurige beoordeling, het beheer en het onderhoud van cruciale infrastructuurprojecten. Binnen hun werkterrein valt ook het onderhoud van rivieren in Oost-Nederland.

Covadem

De dataleverancier van single beam metingen: Covadem heeft een vloot van meer dan 200 schepen uitgerust met een dieptemeter, die verbonden is met de cloud. Op deze manier worden realtime single beam dieptemetingen gemaakt.

Voorspellen van de bodemligging met single beam metingen

In dit artikel leggen we uit hoe we te werk zijn gegaan om te dit onderzoeken in hoeverre het mogelijk is, en met welke nauwkeurigheid, om de bodemligging te voorspellen met enkel single beam metingen.

Ter illustratie is in het figuur hieronder te zien hoe een multibeam en single beam meting eruit zien.

In het algoritme wat Dotx Control Solutions bedacht heeft, is er een combinatie gemaakt van de single beam metingen met de multibeam metingen, waarbij de single beam metingen op een slimme manier gecalibreerd worden aan de multibeam metingen. Zo kan de absolute afwijking tot nul gereduceerd worden, iets wat met enkel Covadem metingen lastig mogelijk is, omdat de afwijking afhangt van bijvoorbeeld de belading en de trim van het schip.

Resultaten

Het resultaat van de uitgebreide studie door DOTX heeft zeer positieve resultaten opgeleverd. In de onderstaande afbeelding toont het rechterdeel een schatting van de rivierbodem op basis van alleen de single-beam metingen. Het linkerdeel toont de werkelijke rivierbodem zoals de Digital Twin die voorspelt. De nauwkeurigheid neemt toe naarmate er meer, met Covadem, uitgeruste boten over de Ijssel varen. Om een idee te geven:

  • Met 2 boten is de afwijking slechts 15cm.
  • Bij 20 passages is de gemiddelde afwijking nog maar 9 cm.

U ziet aan de kleuren dat de voorspelling van de rivierbodemligging goed overeenkomt met de werkelijke rivierbodemligging.

Wat levert dat resultaat op?

  1. Voorspelling van de huidige rivierbodemligging van de vaarweg met een nauwkeurigheid van 9cm.
  2. Bepalen waar en hoeveel er gebaggerd moet worden om de vaardiepte te bepalen
  3. Hiermee kan de volgende meerwaardes behaald worden:
    • Betere garantie dat vaardiepte er is
    • Minder, want alleen daar waar noodzakelijk, baggeren
    • Minder obstructie van de vaarweg
    • Minder uitstoot van milieubelastende stoffen (bv Stikstof)
    • Voorspelbaar en daardoor beter planbaar onderhoud.

Waarvoor kan een Digital Twin nog Meer ingezet worden?

Wij van DOTX kunnen u dus helpen met het onderhoud van rivieren. Maar waar zouden zo’n Digital Twin ook voor ingezet kunnen worden? Wat voorbeelden:

  1. Waterwegen
    • Waterhoogtes voorspellen: Om calamiteiten te voorkomen of daarvoor gewaarschuwd te worden
  2. Industriële processen
    • Virtuele Modellering: Digitale tweelingen maken het mogelijk om een nauwkeurige virtuele representatie van een fysiek systeem te creëren. Dit model kan worden gebruikt voor simulaties, analyses en optimalisaties, waardoor bedrijven beter inzicht krijgen in hun processen.
    • Voorspellend Onderhoud: Door real-time gegevens van het fysieke systeem te vergelijken met het digitale tweelingmodel, kunnen ondernemingen de staat en prestaties van hun apparatuur voorspellen. Dit maakt het mogelijk om onderhoudsactiviteiten proactief te plannen, stilstand te verminderen en de levensduur van apparatuur te verlengen.
    • Optimalisatie van Processen: Digitale tweelingen stellen bedrijven in staat om hun processen te optimaliseren door verschillende scenario’s virtueel te testen. Dit kan leiden tot efficiëntere workflows, kostenbesparingen en verbeterde productkwaliteit.
    • Real-time Monitoring: Het gebruik van digitale tweelingen maakt real-time monitoring van industriële processen mogelijk. Hierdoor kunnen bedrijven snel reageren op veranderingen, fouten detecteren en corrigerende maatregelen nemen om de operationele efficiëntie te handhaven
    • Kostenreductie: Door het verbeteren van efficiëntie, het minimaliseren van stilstand en insteltijden en het optimaliseren van resourcegebruik kunnen digitale tweelingen bijdragen aan aanzienlijke kostenreducties en vermindering van milieubelasting in industriële processen
    • Verbeterde Besluitvorming: Het hebben van een digitale tweeling als referentiepunt maakt betere en geïnformeerde besluitvorming mogelijk. Het stelt organisaties in staat om snel en flexibel te reageren op veranderende omstandigheden en markteisen.
  3. Gezondheidszorg: In de gezondheidszorg kunnen digitale tweelingen worden gebruikt om patiëntenindividuele modellen te maken. Deze modellen kunnen dienen als virtuele representaties van patiënten, waardoor artsen en zorgverleners behandelingen kunnen simuleren, gepersonaliseerde geneeskunde kunnen bevorderen en de efficiëntie van medische procedures kunnen verbeteren.
  4. Stedelijke Planning: Digitale tweelingen kunnen worden ingezet om stedelijke gebieden en infrastructuur virtueel te modelleren. Dit helpt bij het plannen van stadsontwikkeling, het voorspellen van verkeersstromen, het optimaliseren van energieverbruik en het verbeteren van de algemene leefbaarheid van steden.
  5. Landbouw: In de landbouw kunnen digitale tweelingen worden gebruikt om de groeiomstandigheden van gewassen te simuleren. Dit helpt boeren bij het optimaliseren van landbouwpraktijken, het beheren van hulpbronnen, het voorspellen van oogstrendementen en het verminderen van milieueffecten
  6. Milieumonitoring: Digitale tweelingen kunnen worden ingezet voor het modelleren en monitoren van ecosystemen en natuurlijke hulpbronnen. Dit is waardevol voor het begrijpen van klimaatverandering, het voorspellen van natuurrampen, en het bevorderen van duurzaam milieubeheer
  7. Onderwijs en Training: In het onderwijs kunnen digitale tweelingen worden gebruikt voor simulaties en trainingen in verschillende vakgebieden. Dit biedt studenten de mogelijkheid om praktijkervaring op te doen in een virtuele omgeving.
  8. Vastgoed: In de vastgoedsector kunnen digitale tweelingen worden gebruikt om virtuele modellen van gebouwen en infrastructuur te maken. Dit ondersteunt bij ontwerp, constructie en faciliteert faciliteitenbeheer.
  9. Transport en Logistiek: Digitale tweelingen kunnen worden toegepast in de transport- en logistieke sector om de efficiëntie van routes, transportmiddelen en supply chain-processen te optimaliseren.
  10. Telecommunicatie: In de telecommunicatie kunnen digitale tweelingen worden gebruikt voor het optimaliseren van netwerkprestaties, het plannen van dekking en het voorspellen van toekomstige eisen aan telecommunicatienetwerken.

Wilt u weten wat Dotx Control Solutions B.V. en Digital Twins voor u kunnen betekenen?

Neem contact op met: Leo Den Brok

M: +31652007300

E:l.denbrok@dotxcontrol.com

nl_NLDutch