Die BAW-HH erstellte im mFUND-Projekt „EasyGSH-DB“ umfangreiche Simulationsergebnisse, deren Nutzung aufgrund der Menge / Struktur der Daten nur durch eine Rasterung möglich ist. Durch Aufbau einer Big-Simulation- and Geodata-Middleware soll der transparente Zugriff auf die unstrukturierten zeitvarianten HN-Simulationsergebnisse ermöglicht werden.
Aufgabenstellung und Ziel
In der Bundesanstalt für Wasserbau liegen synoptische, mehrjährige Ergebnisdatensätze aus hydro-numerischen (HN)-Simulationsmodellen in der Regel auf unstrukturierten Gebietszerlegungen und in hoher zeitlicher Auflösung vor. Die Nutzbarkeit dieser Daten kann durch eine geeignete Softwareinfrastruktur noch verbessert werden.
Ziel des im Rahmen der Förderinitiative mFUND des BMVI geförderten Verbundvorhabens mit der smile consult GmbH ist die Schaffung und prototypische Inbetriebnahme einer Big-Simulation- and Geodata-Middleware für unstrukturierte zeitvariante HN-Simulationsergebnisse.
Darüber hinaus stellt die Schaffung von Schnittstellen und Diensten zur Einbindung der Middleware in die nationale und europäische Geodateninfrastruktur sowie die mCLOUD ein zentrales Element für den Erfolg und die Nachhaltigkeit des Gesamtprojektes dar. Durch die Integration von Anwenderszenarien in die Projektbearbeitung und deren Dokumentation, kann frühzeitig auf die Erfordernisse von potentiellen Nutzern eingegangen werden.
Das Ziel der BAW ist, die HN-Simulationsergebnisse so zu strukturieren und dokumentieren, dass ein automatisches Füllen der Big-Simulation-Database ermöglicht wird sowie die hard- und softwaretechnische Basis für den operationellen Betrieb zu schaffen. Weiterhin ist die Definition der Anwendungsszenarien zusammen mit den zukünftigen Nutzern zu erstellen und erproben sowie die Möglichkeiten und Grenzen zu dokumentieren.
Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV)
Die fachbezogene weitergehende Nutzung der umfangreichen Simulationsergebnisse aus Projekten der BAW, insbesondere die synoptische Datenbasis aus EasyGSH-DB in ihrer originären zeitlichen und örtlichen Auflösung, ermöglicht neue Anwendungsszenarien in der WSV und erhöht die Daten-Transparenz weiter. Diese Vorgehensweise geht über den bisherigen Stand der Datenanwendung und des Datenaustauschs der BAW mit Dritten hinaus und erhöht den Anwendungsbezug und die Nutzbarkeit dieser Daten in der Praxis wesentlich.
Untersuchungsmethoden
Im Rahmen ihrer gutachterlichen Tätigkeit und in Forschungsprojekten nutzt die BAW unterschiedliche Simulationsmodelle. Beispielsweise führte die BAW im Rahmen des FuE-Projektes „EasyGSH-DB“ dreidimensionale Simulationen von Hydrodynamik, Salz- und Sedimenttransport sowie Seegang mit dem Programmsystem UnTRIM/SediMorph/UnK über eine Zeitspanne von 20 Jahren (1996 bis 2015) durch. Hierauf aufbauend wird im Vorhaben ein Verwaltungs- und Analysekonzept erstellt und prototypisch umgesetzt, welches die Grundlage für die Integration bestehender und zukünftiger Simulationsdaten bildet.
Bereits zu Beginn des Projektes kann auf eine umfangreiche und synoptische Simulationsdatenbasis über einen Zeitraum von 20 Jahren und mit einem Datenvolumen von knapp 80 TB aus dem mFUND-Verbundprojekt „EasyGSH-DB“ zurückgegriffen werden. Durch eine Rasterung der 10-minütigen Simulationsergebnisse auf Basis der unstrukturierten Berechnungsnetze auf ein 1x1-km-Raster in 20-minütigem Intervall, wie dies zur Veröffentlichung der EasyGSH-DB-Produkte damals umgesetzt wurde, konnten kleinere Dateigrößen von rund 25 GB erzielt werden (siehe Bild 1). Diese reproduzieren aber die komplexen bathymetrischen und hydrodynamischen Verhältnisse im Küstennahbereich und in den Ästuarmündungen nur eingeschränkt.
Im Projekt wird ein generischer Ansatz auf der Basis einer Middleware verfolgt, der einen anwendungsorientierten, selektiven und transparenten Zugriff auf die originär unstrukturierten HN-Simulationsergebnisse ermöglichen soll. (Text gekürzt)
Durch den Einsatz von Methoden zur automatisierten Fehlererkennung und Diagnose (FED) in gebäudetechnischen Anlagen wird die Entdeckungswahrscheinlichkeit fehlerhafter Betriebszustände deutlich erhöht. Voraussetzung hierfür sind Verfahren, mit deren Hilfe Abweichungen vom optimalen Betriebsverhalten, unter Berücksichtigung entsprechender Toleranzen, erkannt werden. Die Herausforderung dabei besteht vor allem in der Eingrenzung der möglichen Fehlerursachen innerhalb komplexer technischer Systemstrukturen. Die Erarbeitung geeigneter FED-Maßnahmen ist gerade bei größeren Gebäuden mit einem sehr hohen zeitlichen Aufwand verbunden. Zumeist unterscheiden sich jedoch einzelne 'Standard'-Komponenten nicht wesentlich hinsichtlich ihrer technischen Struktur und Funktionsweise. Die Individualität einer jeden Anlage liegt vielmehr in der Verknüpfung und Wechselwirkung dieser einzelnen Teilsysteme sowie deren gesamtheitlicher Regelungsstrategie. Nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist es wichtig, dass die FED-Maßnahme möglichst schnell an gegebenen Anlagenstrukturen angepasst und vorhandene messtechnische Ressourcen effizient genutzt werden können. Die Einführung einer standardisierten Methodik zur Systembeschreibung, Ableitung möglicher Fehlerzustände und deren Symptome sowie der Generierung systemspezifischer FED-Algorithmen sollen diesen Prozess wesentlich verbessern.
Die Projektschwerpunkte sind:
- Erstellung von Struktur,- Funktions- und Fehleranalysen für typische Komponenten der technischen Gebäudeausrüstung mithilfe der Fehlermöglichkeiten- und Einflussanalyse (FMEA)
- Entwurf einer Datenbank mit modularer Struktur zur Dokumentation der FMEA-Ergebnisse für Standard TGA-Komponenten
- Entwicklung von regel- und signalbasierten Algorithmen zur Detektion fehlerhafter Betriebszustände sowie Diagnose und Eingrenzung von möglichen Fehlerursachen
- Ermittlung messtechnischer Ausstattungsstandards für die Fehlerdiagnose unter Berücksichtigung der im System auftretenden Fehlermöglichkeiten
- Entwicklung einer standardisierten Verfahrensweise zur Erarbeitung von Fehlererkennungs- und Diagnosealgorithmen (FED) für gebäudetechnische Anlagen
- Implementierung der entwickelten Algorithmen in vorhandene Automationssysteme unter Nutzung der regelungsrelevanten Messgrößen und Datenpunkte (Verbundpartner).
Der Fokus liegt auf raumlufttechnischen Anlagen sowie Heiz- und Kühlsystemen. Die folgenden Teilbereiche werden betrachtet: Luftkühlung und Lufterhitzung, Be- und Entfeuchtung, Wärmerückgewinnung, Luftförderung und Verteilung, Kälteerzeugung, Rückkühlsysteme, Wärmeerzeugung (konventionell und regenerativ), Speichertechnik, Verteil- und Übergabesysteme.