Gyro-mapping in 3D
Net als bij alle vormen van data-inwinning, is ook bij metingen van ondergrondse as-built situaties het bewustzijn gegroeid dat de resolutie van belang is.
Door Remco Takken
Het Belgische Reduct bestaat al sinds 2001. Een team dat toen nog ‘internetboomondernemers’ werd genoemd, zag de noodzaak in van een kaartoplossing voor ondergrondse leidingen en kabels. In de tweede helft van de jaren negentig werden grote en snel geïmplementeerde breedbandnetwerken met een kleine diameter geïnstalleerd. De nauwkeurigheid van de as-built gegevens was echter matig. Om een oplossing te bieden voor deze uitdaging voor pijplijnbeheer, lanceerde Reduct de DuctRunner. Reduct brengt ondergrondse buisleidingen in kaart met behulp van gyroscopische mapping-technologie.
Vanaf het moment dat hun ‘rijdende robot’ (de sonde) op pad gaat door het ondergrondse kanaal of de buis, is het niet meer nodig deze te traceren terwijl deze op reis is. Wel moet er een uitgang zijn bij het eindpunt van de meting. Het ‘karretje’ moet immers ook weer naar buiten kunnen, maar dat kan eventueel ook het startpunt zijn. Omdat er geen elektromagnetische interferentie plaatsvindt, is een dergelijke methode prima geschikt voor werkzaamheden in de buurt van elektrische leidingen, in sterk verstedelijkte gebieden, nabij spoorwegen, enzovoorts.
Techniek
Nauwkeurige 3D-profileringgyroscopen, versnellingsmeters en soortgelijke sensoren vormen de kern van deze technologie die buisleidingen in kaart brengt. Stel je voor: de sonde is een pijl die perfect is uitgelijnd met de oriëntatie van de buis. Honderd keer per seconde registreren de sensoren de verandering in de richting waarin de pijl wijst. Twee geïntegreerde kilometertellers registreren de afgelegde afstand per monster, waardoor elk monster een lengte krijgt. Plaats alle monsters op volgorde en klaar is Kees: een nauwkeurig 3D-profiel van het buissegment in kaart gebracht. Met een snelheid tot twee meter per seconde zorgt zo’n DuctRunner voor minimale uitvaltijd voor netwerkoperaties, installatieteams en glasvezelploegen. Een getrainde ploeg kan binnen een uur na aankomst op locatie een 3D GIS-resultaat van een buissegment produceren. Honderd monsters per seconde geven tevens de mogelijkheid voor een nauwkeurige meting van de buigradius, golvingen en smeltlaslocatie.
Resolutie
In de loop der jaren ging Reduct inzien dat positionele datakwaliteit een belangrijke uitdaging is voor het beheer van ondergrondse pijpleidingen. Waar het volgens Otto Ballintijn, CEO van Reduct om draait, is het verzamelen van voldoende gegevens op het te meten traject: “We hebben uitgebreid onderzoek verricht naar de resolutie van de metingen. Het blijkt een enorm verschil te geven wanneer een sensor hoog- of laagfrequente data doorgeeft. Met een tiencentimeterresolutie is zeer nauwkeurig te bepalen of en hoe in een rioolbuis het water zal afvloeien. Op hoofdlijnen is een resolutie van een meter ook nog ‘best oké’, al zijn kleine, maar extreme afwijkingen dan al niet meer te zien. Bemeten we dezelfde buis met een resolutie van drie meter, dan blijkt dat geen enkele opwaartse afwijking nog wordt meegenomen. Bij vijf meter valt geen enkele karakteristiek van de buis nog uit de data af te lezen.”
Het hoge detailniveau voor het analyseren van rioleringen, is niet voor iedere gebruiker een vereiste. Waar het wat Ballintijn betreft vooral over moet gaan, zijn twee zaken: open data en de toegevoegde waarde van hoge puntfrequentie. “Binnen een organisatie hebben meerdere afdelingen positionele data nodig. De technische ingenieur belast met aanleg zal echter meer details nodig hebben om de best mogelijke conclusie te trekken, denk aan een hoge puntfrequentie van 1 tot 10 centimeter. Terwijl voor andere afdelingen, zoals degene die het GIS-platform beheren, een lagere frequentie voldoende is, bijvoorbeeld een 1 meter puntfrequentie. Ook de ingenieur die de buigstraal van bijvoorbeeld gasbuizen moet controleren, is gebaat bij een zo hoog mogelijke frequentie. Met ‘traditionele’ technologieën is het onmogelijk om de hoge frequenties te meten.”
Kabelgoot met mantelbuizen
Verschillende soorten metingen zijn mogelijk met gyro-mapping. Zo trok een energiebedrijf een bundel van zes mantelbuizen voor toekomstige hoogspanningskabels. De ingenieurs waren bang dat de bundel mantelbuizen tijdens het trekken was getordeerd omdat het koppel de weerstand verhoogt. Daardoor wordt mogelijk de maximale treksterkte van de kabels overschreden. Om het gedrag van de bundel te begrijpen, bracht de meetploeg van Reduct in één middag vier buizen van elk 800 meter lengte in kaart. De resulterende profielen werden geladen in 3D-modelleringssoftware. Daarmee kon de gebruiker over het resultaat ‘vliegen’ en concluderen dat er van torsie geen sprake was.
Buisintegriteit
Bij het installeren van stalen buizen onder druk is de integriteit van de buis op de lange termijn van het grootste belang. Specificaties voor wanddikte en buiging volgen doorgaans de ‘vuistregels’ van de branche. De 1000xD-regel voor HDD-installaties met stalen buizen is er een van. Deze regel stelt dat de buigradius van een (recht stuk) buis minimaal duizend keer de diameter van de buis moet zijn. Ingenieurs specificeren de wanddikte en andere eigenschappen van de buis op basis van deze regel en een buigradius kleiner dan 1000xD kan leiden tot een hoger dan gewenste spanning op de buis. Hogere stress staat gelijk aan een hoger risico.
Omdat de DuctRunner-technologie logt op een frequentie van 100Hz (100 samples per seconde), kan de 2D- en 3D-buigradius van zo’n buis nauwkeurig worden bepaald. In dit geval is een HDD-curve ontworpen om comfortabel te voldoen aan de 1000xD-regel. Het diepteprofiel van de Reduct-meting laat echter zien dat de werkelijke curve significant afwijkt van het ontwerp, met name tussen de 40 en 70 meter boringlengte. De buis in deze case study heeft een diameter van 323 millimeter. Volgens de 1000xD-regel moet een minimale straal van 323 meter worden aangehouden (zwarte stippellijn). Met behulp van de X-View-buigradiuscalculator is de waargenomen minimumradius slechts 190 meter. Een straal van 190 meter is gelijk aan ongeveer 590xD, een ernstige onderbieding van de Industry Standard-specificatie. Als gevolg hiervan voldeed de buis niet aan de veiligheidsspecificatie van de klant en moest deze worden verwijderd en opnieuw geboord door de aannemer.
Remco Takken r.takken@planet.nl is freelance tekstschrijver bij www.geotekst.eu.
