Van sensordata naar gebruiksklare informatie: het pad naar een praktische ‘verziltings-app’

 

De berg realtime data die de IoT sensoren van Internet of Water Flanders over enkele jaren zullen genereren, is niet meteen hapklare informatie. Om nuttig te zijn dienen de gegevens correct en op maat geïnterpreteerd. Voor het databeheer van Internet of Water Flanders verbindt VITO kennis van water en hydrologie met de binnenlopende meetgegevens. Innovatieve algoritmes en machine learning technologie zullen zo onder meer de verzilting in kaart brengen. Dat zet de deur open voor gebruikersapplicaties die een permanente realtime opvolging bieden met alarmmeldingen.

Verzilting en haar gevolgen
In de polders, maar ook in de havengebieden en langs kanalen kampen we met de schadelijke gevolgen van de verzilting van ons grond- en oppervlaktewater. De combinatie van zout grondwater met het verdwijnen van de daarop liggende zoetwaterlens door droogte zorgt voor de verzilting in de polders.

Dat heeft tal van nadelige gevolgen. Een te hoog zoutgehalte vermindert namelijk de bruikbaarheid van dat water voor zowel de drinkwaterproductie als het gebruik in de landbouw. Het gebruik van te zout water bij irrigatie van landbouwgronden maakt de bodem onvruchtbaar en vee kan ziek worden of sterven van te zout water. En daar blijft het niet bij: bedrijven die oppervlaktewater gebruiken voor hun productie of voor hun koeling ondervinden eveneens problemen door verzilting. Ook de infrastructuur wordt sneller aangetast met een toenemende zoutconcentratie.

Elektrische conductiviteit
Het meetnetwerk van Internet of Water Flanders zal de problematiek gedetailleerd en in realtime in kaart brengen. De sensoren meten niet rechtstreeks de verzilting, maar wel de elektrische conductiviteit of geleidbaarheid in het water, en dat is een betrouwbare indicatie voor het zoutgehalte.

“Een precieze realtime meting van de actuele verziltingstoestand is van groot belang voor tal van stakeholders in Vlaanderen”, vertellen Ruth Vandeputte en Maarten van Loo (VITO). “De Vlaamse Milieumaatschappij (VMM) monitort al decennia lang het zoutgehalte in deze gebieden met behulp van maandelijkse staalnames en enkele sensoren. Het is dus geen kwestie van het probleem ontdekken. Maar met Internet of Water Flanders krijgen we de data van een uitgebreid en dicht netwerk van sensoren die permanent meten en onmiddellijk informeren over de actuele toestand. Dat is een belangrijke vooruitgang en biedt nieuwe mogelijkheden.”

Voorspellingen
“Zo laat machine learning technologie toe om ook voorspellingen over het zoutgehalte te doen. Als we de actuele situatie en deze in de daaropvolgende dagen op een toegankelijk, overzichtelijke en accurate manier aan de stakeholders kunnen presenteren, kunnen zij tijdig ingrijpen en de schadelijke gevolgen beperken of zelfs voorkomen: sluizen kunnen gesloten worden, landbouwers stoppen met irrigatie en de drinkwatermaatschappij stopt de waterinname.”

Artificiële intelligentie
“Met Internet of Water Flanders willen we het potentieel van de data maximaal benutten door het te koppelen aan onze hydrologische kennis in het data management systeem dat we momenteel bouwen.

We werken met machine learning technologie om het verwachte zoutgehalte te voorspellen. De computer kan namelijk patronen herkennen en de situatie gaan voorspellen. Daarvoor koppelen we de data afkomstig van onze sensoren aan onze kennis over de fysieke kenmerken van onze stromen zoals bodemtype, rivierbreedte, de nabijheid van de zee en de getijdenwerking…

Ondertussen verwerken we ook de gegevens van alle historische staalnames rond verzilting in Vlaanderen om de verwachte ‘normale’ omstandigheden voor elk seizoen vast te leggen. Dit zal ons in staat stellen om het te verwachten bereik van het zoutgehalte te karakteriseren. Zo kunnen we de binnenkomende sensordata beter interpreteren. En kunnen we op termijn niet enkel de toestand op alle sensorlocaties meten en voorspellen, maar ook de situatie langs elk riviertraject in Vlaanderen nauwkeurig inschatten en voorzien. En dat ongeacht de onmiddellijke nabijheid van een meetpunt”, vertelt Maarten van Loo.

Het houdt ook niet op bij de actuele verzilting en deze van de nabije toekomst. Met de meetgegevens krijgen we ook informatie over de waterstand, eventuele droogte-omstandigheden, overstromingen en misschien zelfs specifieke vervuiling door lozingen.

App op maat

Al deze informatie zal verwerkt worden in een uitgebreid dashboard. Hoewel dit buiten de scope van het onderzoekswerk van Internet of Water Flanders valt, zal het de creatie van specifieke gebruikersapps mogelijk maken. Denk bijvoorbeeld aan een app die landbouwers waarschuwt als het water te zout wordt voor irrigatie of als drinkwater voor runderen. “Ook de waterwegbeheerders en lokale overheden zouden specifieke applicaties kunnen gebruiken met makkelijk hanteerbare informatie. Dat zou hen toelaten beter te anticiperen op verzilting, overstroming, droogte… door hier of daar een sluis of dam te sluiten of te openen of zelfs het vergunningsbeleid aan te passen”, besluit Ruth Vandeputte.

 

 

Maarten van Loo is onderzoeker environmental modelling bij VITO. Hij behaalde zijn doctoraat in  de geografie in 2018 aan de KULeuven, waar hij werkte aan dynamische modelering van bodem, hydrologie en gewasopbrengst. Maarten rondt momenteel een opleiding in de Artificiële intelligentie af. Met deze extra kennis en zijn ervaring uit de IT-consultancy probeert hij een brug te bouwen tussen klassieke modeleertechnieken en machine learning.

Ruth Vandeputte is onderzoeker waterkwaliteitsmodellering bij VITO en VMM. Zij rondde haar studies af als bio-ingenieur in land- en waterbeheer aan Universiteit Gent in 2018. Na een ervaring met waterkwaliteitsmonitoring in het veld, richt zij zich nu op de analyse van waterkwaliteitsdata en -modellering. Voor het project Internet of Water werkt Ruth samen met zowel onderzoekers bij VITO als beleidsmedewerkers bij VMM.

Maarten en Ruth maken deel uit van het VITO-team dat mee zijn schouders zet onder het Internet of Water Flanders project. Dit multidisciplinair team van onderzoekers, IT- en technische experten werken samen aan ‘digitaal water’: de keten van sensorische metingen tot gebruiksklare informatie en applicaties voor waterbeheer.

Dank je voor je inschrijving!