Zadania do realizacji w ramach projektu

Badania geotechniczne i geofizyczne podłoża zbudowanego wału eksperymentalnego oraz w otoczeniu i korpusie wybranych do badań istniejących wałów przeciwpowodziowych

• Opracowanie dokumentacji technicznej wału eksperymentalnego wraz z urządzeniami towarzyszącymi oraz projektu rozbiórki wału po zakończeniu badań wraz z rekultywacją terenu,
• Przeprowadzenie kompleksowych badań oraz ocena parametrów geotechnicznych i geofizycznych podłoża w rejonie budowanego wału eksperymentalnego, w korpusie wału eksperymentalnego oraz ocena podłoża wybranego do badań wału istniejącego, celem rozpoznania budowy i właściwości podłoża i wałów oraz wstępnej oceny przydatności poszczególnych metod badawczych dla założonych celów monitoringu,
• Ocena parametrów geotechnicznych i geofizycznych wału eksperymentalnego i badanego wału istniejącego wraz z ich podłożem,
• Integracja modeli geotechnicznych i geofizycznych i interpretacja kompleksowa pomierzonych danych geofizycznych geologicznych i geotechnicznych,
• Ocena parametrów gruntu jako materiału do konstrukcji wałów przeciwpowodziowych.

Eksperymenty pomiarowe na wybudowanym wale eksperymentalnym i istniejących wałach przeciwpowodziowych

• Budowa wału eksperymentalnego wraz z wyposażeniem w urządzenia kontrolno-pomiarowe (oraz rozbiórką po zakończeniu badań),
• Opracowanie założeń do dynamicznego modelu zachowania się wałów w scenariuszach rzeczywistej pracy wałów pod obciążeniem w różnych warunkach meteorologicznych i hydrologicznych,
• Opracowanie metod pomiarowych obrazujących dynamikę zjawisk zachodzących w wałach wpływających na ocenę ich stanu,
• Dobór rozmieszczenia, typów sond i czujników w wale eksperymentalnym i badanym wale istniejącym (koordynacja z zadaniami 6 i 7),
• Montaż sieci pomiarowej na wale eksperymentalnym, testy transmisji, niezawodności,
• Bieżący monitoring geofizyczny i geotechniczny wału eksperymentalnego (dane napływające z sieci czujników, metody geofizyczne i geotechniczne, badania laboratoryjne próbek pobieranych w trakcie eksperymentów).

Opracowanie numerycznego modelu najczęściej występujących typów wałów w dorzeczu Górnej Wisły

• Budowa numerycznego modelu wałów przeciwpowodziowych (eksperymentalnego i na wybranych odcinkach wałów istniejących),
• Analiza projektowanych numerycznych modeli wałów pod kątem prawidłowości odwzorowania typowych obwałowań i przydatności dla potrzeb monitoringu,
• Opracowanie różnych scenariuszy rozwoju procesów dynamicznych na modelu wałów przeciwpowodziowego (istniejącego i eksperymentalnego).

Opracowanie dynamicznego modelu zachowania się wałów w oparciu o mierzone parametry na potrzeby oceny stanu wałów w sytuacjach prognozowanych obciążeń

• Wybór właściwych metod matematycznych analizy danych właściwych do budowy modelu symulacyjnego i predykcyjnego,
• Analiza danych napływających z zamontowanych czujników i budowa dynamicznego modelu numerycznego na potrzeby prognostyki,
• Analiza projektowanych dynamicznych modeli zachowania wałów pod kątem przydatności dla potrzeb monitoringu,
• Wybór właściwego zbioru mierzonych parametrów i optymalnej konfiguracji pomiaru na potrzeby określenia stopnia zagrożenia przesiąkania lub przerwania wału.

Innowacyjne zasady projektowania opomiarowania wałów przeciwpowodziowych

• Opracowanie wytycznych projektowania niezbędnego wyposażenia nowych i istniejących wałów przeciwpowodziowych w urządzenia kontrolno-pomiarowe,
• Określenie niezbędnych standardów badań geotechnicznych dla potrzeb monitoringu obwałowań w zależności od ich klasy ważności,
• Opracowanie wstępnych rekomendacji dla instytucji odpowiedzialnych za zarządzanie ryzykiem powodziowym.

Dobór i opracowanie założeń konstrukcji sond pomiarowych na potrzeby monitorowania stanu wałów przeciwpowodziowych

• Badania nad doborem mierników i metod pomiaru odpowiadających potrzebom dostarczania informacji według wymagań modelowania wałów przeciwpowodziowych otrzymanych w Zadaniu 2,
• Opracowanie założeń konstrukcyjnych sond wykorzystujących wybrane mierniki względem wymagań,
• Konstrukcja różnych typów sond testowych do badań zgodności z otrzymanymi wymaganiami,
• Weryfikacja przyjętych założeń dotyczących konstrukcji i działania sond na podstawie badań laboratoryjnych oraz badań terenowych.

Dobór i opracowanie założeń konstrukcji sieci czujników współpracujących z sondami pomiarowymi

• Badania nad doborem metod komunikacji czujników w zależności od cech struktur geotechnicznych, geofizycznych i określenie optymalnej metody komunikacji radiowej i kablowej z czujnikiem,
• Badania w celu optymalizacji funkcjonalnej czujnika w odniesieniu do wykorzystania energii i rodzaju wyposażenia.

Opracowanie platformy komunikacyjnej systemu

• Analiza i budowa autonomicznych stacji kontrolno-pomiarowych zasilanych z konwencjonalnych lub odnawialnych źródeł zasilania,
• Badania podsystemu komunikacyjnego i protokołów transmisji danych w warstwie fizycznej i łącza danych,
• Dobór schematów i zbadanie metod adresacji w warstwie sieciowej,
• Badanie metod samoorganizacji sieci pomiarowej,
• Badania w zakresie metod przesyłania i zbierania danych pomiarowych przy wykorzystaniu warstw pośredniczących zorientowanych na komunikaty (ang. Message OrientedMiddleware (MOM)),
• Badania w zakresie schematów agregacji i filtracji zdarzeń pomiarowych.

Opracowanie centralnyego systemu monitorowania

• Zebranie wymagań od użytkowników systemu, ich analiza,
• Opracowanie architektury centralnego systemu monitorowania,
• Zapewnienie efektywnej współpracy modułów systemu (połączenie wyników modelu z innymi podsystemami – zarządzania, wizualizacji, kompozycja w aplikacje typu workflow) oraz wymiany danych z systemami zewnętrznymi,
• Badania w zakresie technik zapewniających wysoką jakość działania centralnego systemu monitorowania w zakresie zadań obliczeniowych i wizualizacji prognoz stanu wałów.

Opracowanie podsystemu zarządzania siecią pomiarową

• Badania w zakresie reprezentacji i autokonfiguracji realizacji procedur zarządzania infrastrukturą telemetryczną,
• Badania w zakresie definiowania procedur obsługi sytuacji awaryjnych stacji kontrolno-pomiarowych i automatyzacji akcji związanych z ich obsługą,
• Badania w zakresie schematów monitorowania i zarządzania infrastrukturą telemetryczną,
• Opracowanie założeń i prace programistyczne w zakresie podsystemu zarządzania infrastrukturą pomiarową i przesyłu danych (architektura zgodna z paradygmatem SOA),
• Badania w zakresie modelu danych dotyczących stacji kontrolno-pomiarowych,
• Badania w zakresie modelu danych dotyczących sieci czujników.

Zarządzanie danymi w systemie monitorowania

• Zebranie i analiza wymagań względem elementów danych w systemie monitorowania,
• Badania w zakresie zarządzania metadanymi i wyszukiwania zasobów w systemie monitorowania,
• Badania w zakresie zarządzania rezultatami obliczeń,
• Opracowania optymalnego modelu struktur danych, mechanizmu kolekcji i reprezentacji danych masowych tzw. „big data”,
• Analiza możliwości sprzęgu dla oprogramowania służącego do analizy statystycznej danych (szeregi czasowe, eksploracja danych oraz określenie sposobu realizacji działających w tle obliczeń prognostycznych, wykorzystujących duże zasoby danych,
• Zaprojektowanie systemu magazynującego dane, przebiegów wszystkich sygnałów, otrzymywanych w procesie monitorowania i obliczeń prognostycznych.

Opracowanie testowej implementacji podsystemu oceny stanu wałów oraz prognozowania stanu wałów

• Opracowanie metod implementacji wielowymiarowych szeregów czasowych zbudowanych z danych napływających z sieci czujników i opisujących stan wałów,
• Opracowanie metody analizy stanu wałów w ramach prototypowego systemu ekspertowego,
• Projekt i realizacja testowej implementacji realizującej analizę stanów wałów (moduł oceny stanów wałów oraz moduł prognozowania stanów wałów),
• Testy poprawności i analiza wyników.

Opracowanie podsystemu wizualizacji i wspierania podejmowania decyzji

• Badania w zakresie wizualizacji wyników pomiarów oraz wyników obliczeń, w szczególności wyników modułów oceny stanu wałów i lokalizacji, zagrożeń oraz symulacji prognozowanego stanu wałów oraz lokalizacji potencjalnych zagrożeń,
• Badania w zakresie automatyzacji procedur wspierających podejmowanie decyzji w stanach alarmowych,
• Opracowanie i implementacja niezbędnych narzędzi pomocniczych, wspomagających planowanie i przeprowadzanie eksperymentów na potrzeby rozwoju modeli matematycznych,
• Badanie i dobór technologii automatyzacji procesów rekonfiguracji pracy systemu w okresie zagrożenia powodzią (stanów alarmowych),
• Opracowanie sposobów komunikacji modułów wizualizacyjnych z modułami oceny i prognozowania stanu wałów.

Opracowanie efektywnej, skalowalnej platformy informatycznej systemu

• Wybór platformy sprzętowej i oprogramowania systemowego pracującego w modelu wysoko-dostępnej chmury prywatnej dla potrzeb centrum monitorowania,
• Wybór bazy danych do magazynowania danych masowych gromadzonych w procesie monitorowania wałów,
• Ocena funkcjonowania platformy oraz weryfikacja procedur zarządzania alokacji zasobów w modelu chmury prywatnej,
• Testowanie i ustalenie procedur wykorzystania chmury publicznej w sytuacji braku zasobów w chmurze prywatnej dla obliczeń w stanach zagrożenia powodziowego,
• Opracowanie procedur zarządzania zasobami w różnych stanach systemu monitorowania wałów oraz realizacji obliczeń symulacyjnych związanych z prognozowaniem stanu budowli hydrotechnicznej.