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Post on 21-Feb-2020
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Hydrometrische Messmethoden für eine zuverlässige
HochwasservorsorgeSEBA Hydrometrie GmbH & Co. KG/ Stand der Technik
Dr.-Ing. Issa Hansen Hof, 12. Oktober 2017
HoWaFach – Fachtagung für Hochwasser- und Überflutungsschutz
Inhalt
• Einleitung
• Problemstellung
• Quantitatives Monitoring mit Hilfe hydrometrischer Messmethoden
• Neue Innovationen:
oKamerabasierte Durchflussmessung
oKamerabasierte Wasserstandsmessung
Einleitung und Problemstellung
Hochwasser!
- Sensoren werden überflutet
- Sedimenttransport
- Ablagerung
- Ausfall von Messdaten
- …
(Foto: REUTERS)
Meteorologie
Automatische Wetterstation
Quantitatives Monitoring mit Hilfe hydrometrischer Messmethoden
Quantitatives Monitoring mit Hilfe hydrometrischer Messmethoden
• Lattenpegel
• Surfloat
• RADAR
• Bubbler– PNEUMATIC GAUGE
• Drucksonde
• GaugeKeeper – optische Wasserstandserfassung
GaugeKeeperKamera-basierte Wasserstandserfassung
Monitoring von Entlastungsbauwerken
www.company.com
Company
LOGO
GaugeKeeper - optische Wasserstandserfassung
Patentiertes Bildverarbeitungsverfahren zur
Wasserstandserfassung
Datenübertragung via GPRS
Intelligentes Alarmmanagement
visuelle Überprüfung aktueller Wasserstände
Anschlüsse für weitere Sensoren
TCP/IP Funktionalität
Kantendetektion (Tagsbilder)
ROI
Kantendetektion (Nachtbilder)
ROI
GaugeKeeper-Komponenten
Besonderheiten und Vorteile
GaugeKeeper bietet neben der Wasserstandsmessung auch die Möglichkeit
anhand von aktuellen Bildinformationen eine Beurteilung der Situation vor
Ort.
Zeitraubende Kontrollbesuche an der Messstelle entfallen!
Verschlammung, Versandung, Eisbildung oder Treibgut stellen für den
GaugeKeeper kein Problem dar.
GaugeKeeper funktioniert auch bei extremen Ereignissen wie Hochwasser
problemlos weiter.
Mit seiner speziellen Beleuchtung ist es auch unter den unterschiedlichsten
Umgebungs-, Wetter- und Lichtbedingungen einsetzbar.
Anschlüsse für weitere Sensoren und Webcams sind möglich.
Eine zweite Kamera kann für die Überwachung der Umgebung installiert
werden.
Der GaugeKeeper verfügt über ein intelligentes Alarmmanagementsystem
(SMS, E-Mail)
Der geringe Energieverbrauch ermöglicht auch einen dauerhaften autarken
Batterie- oder Solarbetrieb.
Das Aktivieren des Messsystems kann alternativ mit Triggerimpulsen
angesteuert werden.
Validation
Der GaugeKeeper wurde unter unterschiedlichen Wetter- und Lichtbedingungen geprüft. Der Vergleich der mit Gauge-
Keeper erfassten Wasserständen mit den Messwerten herkömmlicher Sensoren wie Radar an der selben Messstelle
zeigt eine sehr gute Übereinstimmung.
100
100,2
100,4
100,6
100,8
101
101,2
101,4
101,6
101,8
102
26.04.2011 15:54 26.04.2011 17:49 26.04.2011 19:45 26.04.2011 21:40
Wat
er L
evel
[m
]
Time
Water level measurement comparison
Camera Water Level
Radar Water Level
0
50
100
150
200
250
26.11.2014 06.12.2014 16.12.2014 26.12.2014 05.01.2015 15.01.2015 25.01.2015 04.02.2015
Wate
rlevel [c
m]
Date
water level measurement comparison plot
pressure sensor_waterlevel
GaugeKeeper_camera waterlevel
RMSE= 1 cm
GaugeKeeper Technische Daten
Mobile Abflussmesssysteme
• AquaProfiler®-M-Pro
• AquaProfiler®-M
• FlowSens (elektromagnetisches Verfahren)
• Messflugel F1 / M1
• ADCP moving boat (StreamPro, RiverPro, RiverRay)
RiverPro Anwendung
Messbetrieb
Leine
Von einer Brücke
Seilkrananlage
Montage an
Schlauboot
oder
motorgesteuert
es Boot
Stationäre Durchflussmesssysteme
Universal current meter in use
Messverfahren
• Mechanisch (Messflügel)
• Ultraschall-Laufzeit
• Ultraschall-Doppler ADCP
• Radar
• Bildeverarbeitung
Stationäre Durchflussmesssysteme
DischargeKeeperDie neuste SEBA-Innovation
Erfassung von
Fließgeschwindigkeitsprofil, Wasserstand und Durchfluss
DischargeKeeper
Besonderheiten
• Kamerabasiertes Messsystem zur
Erfassung des Fließgeschwindigkeitsprofils
der Oberfläche und des Wasserstandes
• Direkte Durchflussberechnung
• Berührungsloses Messverfahren mit nur
einem Sensor (Kamera)
• Datenspeicherung und Fernübertragung
von Messdaten, Bildern und Videos
• Anschlüsse für beliebige redundante
Sensoren
• Intelligentes Alarmmanagement
Berührungslose, optische Durchflussmessung für natürliche Fließgewässer, Bewässerungs- und Abwasserkanäle
• Eingabe-Parameter (definiert):
- Querschnittprofil-Daten
- > Vier Referenzpunkte
• Gemessene Parameter (optisch erfasst):
1- Wasserstand
2- Oberflächenfließgeschwindigkeit
• Modellierte Parameter:
Vertikales Fließgeschwindigkeitsprofil
• Berechnete Parameter:
1- mittlere Fließgeschwindigkeit
2- Durchfluss
• Messergebnisse:
Wasserstand h
Mittlere Fließgeschwindigkeit vm
Durchfluss Q
Messprozess im Überblick
Mit Hilfe eines optischen Verfahrens (basierend auf der
Kreuzkorrelationstechnik) zur Fließgeschwindigkeitserfassung wird das
Fließgeschwindigkeitsprofil der Wasseroberfläche gemessen.
Die Wasserstanderfassung erfolgt ebenfalls über Bildverarbeitung. Mit einer
Modellierungsmethode “mixing length model” zur vertikalen Profilbildung der
Fließgeschwindigkeit wird anschließend der Durchfluss direkt vor Ort
berechnet.
Der Anwender erhält innerhalb kürzester Zeit die Messergebnisse der
mittleren Fließgeschwindigkeit, des Wasserstands und des Durchflusses. Ein
Messprozess dauert i.d.R. nur 40 Sekunden. Neben den digitalisierten
Messwerten werden auch aktuelle Bilder gespeichert und können via GPRS
an einen FTP-Server übertragen werden.
Messprinzip
• Input-Parameter:
Positionen der Referenzpunkte, der aktuellen Wasserlinie und der
Kamera werden mit Hilfe eines Laser-Entfernungsmessers erfasst.
Querschnitte: z.B. mit Hilfe eines ADCP-Systems
Messprozess im Überblick
• Input-Parameter:
Positionen der Referenzpunkte, der aktuellen Wasserlinie und der
Kamera werden mit Hilfe eines Laser-Entfernungsmessers erfasst.
Querschnitte: z.B. mit Hilfe eines ADCP-Systems
Messprozess im Überblick
Kalibrierung
Messsatellenkonfiguration
Besonderheiten und Vorteile
Einfache und kostengünstige Installation
Flexible Positionierung der Messmimik
Keine Strömungsmarkierer erforderlich
Repräsentative und berührungslose Messung
Vor-Ort-Auswertung
Ein intelligentes Alarmmanagementsystem
Autark, robust, unempfindlich, präzise
Übertragung von Messwerten, Videos und Bildern (Beweisfotos)
Validierung ADCP-Referenzmessungen
Percentage from the comparative measurements
40 <5%
60 <10%
80 <15%
R² = 0,9262
0
2
4
6
8
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0,0 5,0 10,0 15,0 20,0
Dis
char
geK
ee
pe
r Q
[m
3/s
]
ADCP Q [m3/s]
Correlation DischargeKeeper vs. ADCP
Plausibilitätsprüfung Schlüsselkurve
05
1015202530354045505560657075
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Dis
char
ge [
m3/s
]
Date
Discharge: Comparison DischargeKeeper vs Reference gkd
DK discharge [m³/s]
wwa discharge [m³/s]
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
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1,20
1,40
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0
Wat
er L
evel
[m
]
Date
Water Level: Comparison DischargeKeeper vs Reference gkd
DK water levelwater level…
Was, wenn der Messwert der Fließgeschwindigkeit fehlt?
DischargeKeeper questionnaire
Anwendungsbeispiele
Anwendungsbeispiele: eine Kamera mit einem Ansicht-Segment
Anwendungsbeispiele: eine Kamera mit einem Ansicht-Segment
Anwendungsbeispiele: mehrere Kameras mit jeweils einem Ansicht-Segment
Anwendungsbeispiele: eine Kamera mit mehreren Ansicht-Segmenten
SEBA-Hydrocenter DischargeKeeper-Messstellenbeispiel
SEBA-Hydrocenter DischargeKeeper am Ablauf einer Kläranlage
SEBA-Hydrocenter DischargeKeeper Am Zulauf einer Kläranlage
SEBA DischargeKeeper-Hardware
DischargeKeeper Technische Daten
Power consumption (for 12 V) DischargeKeeper componentsWith Infrared-Radiator Without Infrared-Radiator
with heating without heating with heating without heating
Processing Unit [A] 1.2 1.2 1.2 1.2
Camera [A] 1.0832 2.083 1.083 2.083
IR Radiator [A] 1.5 1.5
Sum [A] 3.7832 4.783 2.283 3.283
Maximum run duration with 100 Ah battery [h] 26.43 20.91 43.8 30.46
Discharge App
DischargeKeeper App
Auswahl der Messstelle
Voraussetzungen/ Anforderungen der Messstelle:
Hat der Querschnitt in Strömungsrichtung einen konstanten Verlauf?
Ist der Gewässerquerschnitt konstant/stabil?
Ist der Flussabschnitt zumindest auf einer Seite des Ufers für eine Person zugänglich?
Ist die Flussrichtung mit eigenen Augen erkennbar?
Hat der Fluss/Kanal einen gut definierten Querschnitt?
optimale Messposition?
• Beide Ufer sollen sichtbar sein;
• Der Wasserstand auf der gegenüberliegenden
Uferseite sollte idealerweise eine gerade Linie
sein;
• Zwei permanente Markierungen an jedem
Ufer, die für die Handy-Kamera deutlich
sichtbar sind;
• Der Winkel zwischen der Kamera an der
optimalen Position und der horizontalen
Wasserlinie beträgt mindestens 20 Grad;
• Die optimale Position soll <20 Meter vom Ufer
entfernt;
• Die vier Markierungen sollten etwa in einer
Ebene parallel zur Kanalneigung liegen.
Einrichten von Messstellen
Einrichten von Messstellen
Kalibrierung
Durchführung einer Messung
DischargeKeeper-Messstellenbeispiel für die App
DischargeKeeper-Messstellenbeispiel für die App
DischargeKeeper-Messstellenbeispiel für die App
DischargeKeeper-Messstellenbeispiel für die App
Groundwater Surface water Discharge Water quality Meteorology Sewage water
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
SEBA Hydrometrie GmbH & Co. KG
Gewerbestr. 61A
D-87600 Kaufbeuren
Phone: +49 (0) 8341/9648-0
Fax: +49 (0) 8341/9648-48
Homepage: www.seba.de
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