Sensorer til vand og miljø

Senest opdateret d. 22/8-2016
DHI
Resultatkontrakt 2016-2018 under temaerne Informations- og Kommunikationsteknologi og Klima og miljø
Ole Larsen
Business Development Manager

Man kan kun ”manage” ting man også kan måle – og dette gælder i høj grad også vand og miljø! Miljøovervågning er derfor nødvendigt for at forstå og forvalte miljøet, og ikke mindst for udnytte det på bæredygtig vis. Miljøovervågning og monitering er desværre meget dyrt, så reelt har vi aldrig data nok til at forstå alt hvad der sker i alle områder.

1. Markeds- og samfundsbehov

Man kan kun ”manage” ting man også kan måle – og dette gælder i høj grad også vand og miljø! Miljøovervågning er nødvendigt for at forstå og forvalte miljøet og for bæredygtig udnyttelse. Miljøovervågning er desværre meget dyr, så reelt har vi aldrig data nok til at forstå hvad der sker overalt. I dette projekt vil vi udvikle nye sensorer på baggrund af digital teknik og udvikle metoder til behandling af data indhentet gennem ”crowd-sourcing”. Sammen med konventionelle måleprogrammer vil disse data sikre en langt bedre forståelse af de enkelte økosystemer samt bedre og billigere koncepter for miljøovervågning.

Siden Vandmiljøplanen fra 1987 overvåges alle led i vandets kredsløb som en del af miljøovervågningen. Dette omfatter både overfladevand, grundvand og havet. I snart 30 år har overvågningen været domineret af analoge sensorsystemer, klassiske skibstogter og forskellige former for analyser og tællinger (se f.eks. beskrivelsen her). Omkostningerne forbundet med overvågning af natur og miljø koster samfundet omkring 250 mio. kr om året og den effektive drift er afhængig af betydelig fagekspertise. De høje omkostninger forbundet med miljøovervågning stiller stadigt voksende krav til overvågningens effektivitet. Stationsnettet leverer detaljerede data i et punkt på et givet tidspunkt – men, hvad sker der mellem vores stationer og mellem prøvetagningerne? Den mest avancerede metode til at interpolere mellem stationer og mellem prøvetagninger er ved at bruge af numeriske modeller – men hvis vi kunne måle fleksibelt mellem vores stationer ville vi kunne udtale os med meget større sikkerhed om miljøet. Både den absolutte sikkerhed, men også sikkerheden i de beslutninger, som myndigheder tager i forbindelse med miljøgodkendelser. Ud over punktmålinger, er en række nye teknikker på vej der potentielt kan forbedre overvågningsprogrammer (fx satellit-, droner-, DNA- og radar teknikker).

Nye sensorer kan hjælpe samfundet med at løse nogle af sine moniterings behov mere effektivt og dermed forbedre beslutningsgrundlaget for eksempel i forbindelse med miljøgodkendelser. De udviklede metoder og systemer også potentialet til at revolutionere miljøovervågningsmarkedet og give grobund for ny industri.

2. Ny teknologisk serviceydelse, kompetence og teknologi

Nye digitale sensorer og overvågning drevet af individer tillader et paradigmeskift i miljøovervågning. Det er nu muligt at måle næsten alt til ingen penge, især hvis vi som befolkning deltager. Denne model for monitering kan bidrage med et væld af data og observationer til lavere pris end før og samtidig tillade befolkningen at deltage aktivt i denne vigtige samfundsmæssige opgave – brugen af denne type data er ikke triviel. De nye teknologiske ydelser og kompetencer består af tre overordnede komponenter:

  1. Udvikling og test af små digitale sensorer til miljøovervågning
  2. Udvikling af systemer til ”crowd sourcing” af miljødata
  3. Udvikling og optimering af databaser, web og Smartphone programmer som muliggøre deling af data.

3. Centrale aktiviteter

Nye små digitale sensorer: Digitale sensorer kan anvendes til miljøovervågning forudsat de bliver ”pakket rigtigt ind”. Dette indebærer udvikling af strømforsyning, datatransmission etc., som kan baseres på standard elektronikkomponenter. Hermed kan de produceres til en hidtil uset lav pris, som tillader en meget bredere anvendelse end myndigheders standard overvågningsprogrammer. Vi vil derfor udvikle og produktmodne sensorer baseret på tilgængelige standard industrikomponenter. Test af sensorerkomponenter viste at de målte mere præcist end traditionelle sensorer og kan produceres til ca. 25% af prisen for konventionelle sensorer. Disse sensorer kan tilbydes interessenter i industrien som: havne, marinaer og badestrande, hvor sensorene kan støtte industrien og direkte anvendes hvor der er betydelige rekreative aktiviteter samt brugere med interesse i målingerne.

Crowd sourcing – integration i overvågning: Den hurtige og globale udbredelse af smarttelefoner og ”gadgets” gør det muligt for både fagfolk og lægmand at deltage i dataindsamling for miljø-, vand- og ingeniørvidenskab øget eksplosivt. Vi vil udvikle, teste og anvende crowd-sourcing til miljømonitering. Specifikt indeholder dette test af data fra sensorer indbygget for eksempel i mobiltelefoner til opmåling og kartering, samt udvikling af App’s, som tillader engagerede brugergrupper (f.eks. fuglekiggere og jægere) at bidrage med naturobservationer. Disse observationer kan bruges til kartering af biotoper (ex. Ålegræs), kystnære sedimenter, etc.

Vi vil anvende systemet på mindst to forskellige områder: 1) Test til kartering af kystsedimenter og udvalgte biotoper; 2) Test af mobile sensorer, som fx GPS og ekkolod til forbedring af modeldata. I testen vil vi analysere data fra forskellige sensorer, der passerer samme lokalitet hyppigt som ekkolod og telefoner hvor målehyppigheden vil reducere usikkerheden i målingerne.

De relativt unøjagtige, men hyppige data, vil blive integreret med data fra andre metoder der spirer frem i dag. Her kan nævnes teknikker til kortlægning af bundvegetation ved brug af grøn laser eller satellit observationer, overvågning med droner og radar teknikker og analyser af DNA i vandmiljøet (eDNA). Ny teknikker vil blive screenet for relevans og brugbare teknikker integreret i kosteffektive koncepter for miljøovervågning der indarbejdes i fremtidige miljøgodkendelser for anlægsarbejder, akvakultur og indsatsplaner i forhold til diverse EU direktiver.

Udvikling og optimering af databaser, web og applikationer: En af de store udfordringer består i etablering af et system som tillader meget forskellige brugere at dele deres data med andre. Systemet skal være åbent for at tillade data at blive importeret uden at brugere kan hacke og ødelægge systemet. Yderligere er det et teknisk problem at sammensmelte data, af forskellig kvalitet og udstrækning. Der skal derfor udvikles et generelt importværktøj til databaser samt en procedure og program til at forene rumlige- og punktdata. Dette værktøj samt databaserne skal udvikles til brug i ”dataskyen”. På dette grundlag vil det være muligt at udvikle applikationer til at kartering eller monitering som tjener specifikke behov (fx. fugletælling, fisk, oversvømmelse). Data kan efterfølgende bruges og ’genbruges’ i en række VVM undersøgelser, kortlægning af arter og påvirkninger af eksempelvis klima mm. Ydelsen vil blive udformet, som applikationer til smarttelefoner med tilhørende database og analyse værktøj.

Den generelle mobilapplikation skal tilpasses de udvalgte projekter for at sikre nem brug. Foreløbig påtænkes applikationer til: Forsikringsindustri (oversvømmelse), kartering af kystnære sedimenter samt biotoper gennem industri og interessegrupper. Applikationerne vil blive leveret direkte til slutkunderne støttet af industri og interessegrupperne.

4. Mulige samarbejdspartnere

DHI ønsker at indgå samarbejder med myndigheder, foreninger og SME’er om brugen af crowd-sourcing og produktion af de udviklede sensorer. Yderligere skal data gøres tilgængelige for interessenter via DHIs dataportal.

Nøgleord

16 kommentarer

Herunder er indlæg og kommentarer fra interessenter på aktiviteter og aktivitetsforslag.

Aart Kroon (Dr, Københavns Universitet)
Søndag d. 12/4-15 kl. 12:53

Udvikling af små digitale sensorer til en meget lavt prisniveau vil være til stor gavn til videnskabelige experimenter i kystnære områder! Det er meget nemmer nu at få et synoptisk billede af for eksempel bølge transformation over lavt vand hel tæt på kystlinjen hvor det meste sediment transport finder sted. Den rumlige opløsning bliver med denne nye sensorer væsentlig bedre og samligninger med hydrodynamiske modeller øges deres værdi. Håber denne udvikling vil inkludere inno mere instrumenter i fremtiden.

Ole Larsen (Salgs Direktør, DHI)
Onsdag d. 6/5-15 kl. 06:44

Kære Aart Kroon, Tak for din kommentar! Jeg er helt enig i at nye instrumenter er nødvendige for at forstå bølgetransformationerne. De nye sensorer har meget høj tidslig opløsning sø ved at anvende flere sensorer i en kendt geometri kan vi faktisk regne på diskrete bølger.

Thomas Molnit (Area Manager SEA, Rohde Nielsen A/S)
Onsdag d. 6/5-15 kl. 06:29

Meget fint forslag. Det vil vaere en god løsnings model for fremtidens indsamling af field data. Haaber vi kan starte snarest, saa vi er med helt fremme i udviklingen, ogsaa internationalt.
Disse nye små billige sensorer vil komplementere andre innovative danske produkter og gøre det muligt for os at gå hånd i hånd gennem verden.

Ole Larsen (Salgs Direktør, DHI)
Onsdag d. 6/5-15 kl. 06:47

Tak for dit positive svar. Dansk vandindustri kan jo tilbyde mange løsninger især omkring rådgivning. Ved at kombinere med nye sensorer med dataydelser og rådgivning tror jeg at vi kan løfte samarbejdet og udvide værdikæden af Danske ydelser.

Carsten Frederiksen (VP, Sorbisense)
Onsdag d. 6/5-15 kl. 09:14

Rigtig godt og meget progressivt forslag!

En væsentlig udfordring for bedre forvaltning af natur og miljø er netop implementeringen af mere fleksible målemetoder og dermed også involvering af flere kilder til data opsamlingen. Nye metoder - fx Sorbicells - ER allerede tilgængelige og vi mangler i den grad at kunne vise, at vi er i stand til at tage et væsentligt skridt frem på området. Vi har i Sorbisense i dag kunder, der på eget initiativ overhaler myndighedernes metoder, så processen er allerede i gang og kan vi via ovenstående projekt ende op med et professionelt sammenkog af fleksible metoder i en elegant og bredspektret brugerplatform, så vil vi kunne vise at DK stadig er med i front på området.

Ole Larsen (Salgs Direktør, DHI)
Mandag d. 11/5-15 kl. 12:44

Kære Carsten,

Tak for din kommentar! Jeg er helt enig med dig I at et flexibelt målesystem med forskellige former for sensorer er vigtigt i de fleste projekter. At kombinere jeres Sorbicells med digitale sensorer så f.eks. temperatur og vandstand måles samtidig vil være rigtig spændende i mange anvendelser. Vi vil naturligvis gerne arbejde på denne integration og ser frem til at samarbejde med jer.

Tina G. Nielsen (Communications Manager, Danish Water Technology House)
Torsdag d. 7/5-15 kl. 10:31

Projektforslag med stort eksportpotentiale!

Crowd-sourcing er stadig en megatrend med et stort uforløst potentiale – ikke mindst inden for miljøovervågning. Crowd-sourcing har vist sig succesful inden for andre sektorer, og det er oplagt at kombinere i forvejen et af vores stærke fokus- og specialistområder i Danmark, miljø og vandbeskyttelse, med ”big data” og crowd-sourcing. Vi har indtil nu mest været med fra sidelinjen i forhold til crowd-sourcing, men det er tide at komme ind i kampen, hvis vi skal med i front.

Yderligere vil billige og intelligente sensorer komplementere andre danske, innovative produkter og services og gøre det muligt for os at gå sammen om at tilbyde eksportmarkederne ”intelligente helhedsløsninger”, som løser store samfundsudfordringer og samtidig tilbyder stor ”value-for-money”.

Ole Larsen (Salgs Direktør, DHI)
Mandag d. 11/5-15 kl. 12:48

Kære Tina,

Tak for din kommentar! Ja der er et kæmpe forretningsmæssigt potentiale i denne ide. En af forudsætningerne for at realisere det er at få produkterne eksporteret. Vi er derfor meget glade for at DWTH kan hjælpe os ind på kritiske vækstmarkeder og på den måde være med til at sikre det bliver en succes.

Vinay Venkatraman (CEO, Leapcraft)
Torsdag d. 7/5-15 kl. 16:58

We would be very interested in this initiative as we build smart city solutions and we are in constant need for high quality sensors. We have an IOT platform for cities ( http://cphsense.leapcraft.dk) that we want to now integrate with water quality also. It would be a strategic advantage for us at Leapcraft to have access to these type of sensors and also the expertise locally in Denmark.

Ole Larsen (Salgs Direktør, DHI)
Mandag d. 11/5-15 kl. 12:55

Dear Vinay,

Excellent to see your new platform that can integrate the results from new sensors. The application of sensors together with your software system offer a great opportunity to step into the highly dynamic and complex problems managing and controlling city utilities and supply. I hope that we can meet and discuss potential collaboration soon.

Henrik Østergaard (Leder El og Automation, De Danske Gærfabriker A/S)
Fredag d. 8/5-15 kl. 12:05

Som ejer af eget rensningsanlæg ser De Danske Gærfabrikker arbejdet med forbedret spildevandskvalitet og monitorering af tilløb som en vigtig parameter for optimering af processen. Nye sensor teknikker vil bidrage til denne effektivitet. Sensorer der nemt og enkelt kan placeres strategisk vil øge datagrundlaget for at træffe beslutninger der reducerer og optimerer industrielle processer.

Ole Larsen (Salgs Direktør, DHI)
Mandag d. 11/5-15 kl. 13:02

Kære Henrik,

Tak for din kommentar. Det at sensorene er baseret på digital teknologi gør dem både billige og nemme at integrere i et anlæg. Vi kan blandt andet vælge forskellige måde at anbringe sensorene såvel som forskellige typer af kommunikation og dermed sikre at processmålinger kan bruges til optimering af industrielle processer.

Anders Permin (chefkonsulent/dyrlæge, DTU)
Fredag d. 8/5-15 kl. 11:30

Nye prisbillige sensorer som kan monitorere kvaliteten af f.eks spildevand ville også være en stor gevinst - måske ikke så meget i Danmark, men i mange andre områder af verden bliver spildevand i højere grad brugt til at vande afgrøde med. Afgrøder som efterfølgende bruges til menneskeføde. Sensorer vil alt andet lige kunne sikre en korrekt brug af spildevandet og dermed højne fødevaresikkerheden, så de korrekte afgrøder dyrkes. Dermed er der et stort eksport potentiale i udvikling af mikrobiologiske sensorer.

Ole Larsen (Salgs Direktør, DHI)
Onsdag d. 13/5-15 kl. 14:18

Kære Anders,

Tak for din gode kommentar. Omfanget af digitale målemetoder vokser dag for dag hvilket gør dem meget mere interessante end analoge målemetoder. En god partner til DHI har netop testet et lille qPCR system bygget af nøjagtig de samme komponenter som vi ser på. Det betyder at sensoren i det samlede system faktisk kan variere fra simple fysiske parametre som temperatur til qPCR medens strømforsyning, dataoverførsel etc kan genanvendes. Denne genanvendelse gør de digitale teknologier meget attraktive - også til fødevaresikkerhed og andre vandkvalitetsaspekter.

Jan Gregersen (Civililingeniør, HydroInform)
Onsdag d. 13/5-15 kl. 15:19

Det at få adgang til økonomisk fordelagtige sensorer, vil kunne styrke mindre konsulentvirksomheder i udførelsen af større rådgivningsopgaver. Jeg hilser derfor initiativet velkommen.

Ole Larsen (Salgs Direktør, DHI)
Onsdag d. 13/5-15 kl. 15:23

Kære Jan,
Jeg tror at du har helt ret. Med moderne små sensorer bliver det med et muligt at monitere meget mere og det vil give adgang til lokale data som er nødvendige for at udføre rådgivningsopgaver. Et betydeligt lavere investeringsbehov vil naturligvis hjælpe til at udbrede studierne til en større konsulentkreds end tilfældet er i dag.