Hoe bepaal je de optimale hoogte van een brug om al het verkeer vlot en veilig te laten passeren? Het antwoord is afhankelijk van diverse factoren, waaronder de hoogte en frequentie van voorbijkomende schepen en de inpassing in de omgeving. Om voor de nieuwe Gerrit Krolbrug in Groningen een weloverwogen besluit te nemen, deed Rijkswaterstaat een beroep op Beenen in Heerenveen. De sensoroplossing van dit bedrijf resulteert in veel nieuwe data en nieuwe inzichten.
Van links naar rechts: Reinoud Hofsink (RWS), Albert Keizer en Wiljan Vos (beiden van Beenen). Hofsink: ‘De nieuwe brug moet weer tachtig tot honderd jaar mee, dus je wilt een weloverwogen besluit nemen.’ Foto: Henk Veenstra
- ‘Als je kijkt naar de Gerrit Krolbrug, moet zo’n schip daar door een pijpenlaatje.’
- ‘We hebben zelf veel kennis, maar halen die ook graag uit de markt.’
- ‘Toepassing van deze specifieke sensor in een heel andere omgeving maakte het complex.’
- ‘Inmiddels heeft ook de gemeenteraad een voorkeur uitgesproken voor een hoogte van 4,5 meter.’
Bruggen bouwen op basis van data
De Gerrit Krolbrug, een beweegbare brug met vaste verbinding voor voetgangers en fietsers, stond na bijna honderd jaar op de nominatie vervangen te worden. Daar kwam nog eens bij dat de brug in mei dit jaar zwaar beschadigd raakte door een aanvaring van een tankschip. Reinoud Hofsink is technisch manager IA/IV (industriële automatisering/informatievoorziening) bij Rijkswaterstaat, de eigenaar en beheerder van de brug: ‘De kans op storingen nam al toe en de onderhoudskosten waren reeds hoog. Daarnaast willen we de Hoofdvaarweg Lemmer-Delfzijl – die als derde vaarweg van Nederland Noord-Duitsland verbindt met de voor de beroepsvaart belangrijke havens Amsterdam en Rotterdam – opwaarderen. Deze is nu geschikt voor schepen van 110 meter lang en 11,40 meter breed. Als je kijkt naar de Gerrit Krolbrug, moet zo’n schip daar door een pijpenlaatje.’ In de nieuwe situatie moet de vaarweg 54 meter breed worden, zodat tegenliggers elkaar bij de brug tegelijk kunnen passeren. ‘Dat is veiliger omdat schepen niet op elkaar hoeven te wachten. En als de brug minder lang openstaat, beperkt dit de overlast voor het verkeer dat de brug over moet.’
Inpassing
De nieuwe brug moet echter ook ingepast worden in het stedelijk gebied rond de brug. Hofsink: ‘De onderdoor-vaarhoogte voor vaste bruggen op de route Lemmer-Delfzijl is gesteld op 9 meter 20. Zo’n hoge brug is op de plek van de Gerrit Krolbrug geen optie, omdat de opgang dan het uitzicht van bewoners belemmert en deze ook een heel eind het centrum in zou gaan.’ Verder speelt volgens Hofsink het comfort van gebruikers een belangrijke rol: ‘Je wilt geen heel steile oploop richting de brug, waar ouderen niet of slechts met moeite tegenop komen. Bovendien is het zo dicht bij het centrum, op zo’n krappe plek, niet de bedoeling extra verkeer aan te trekken. Dus we kijken ook meteen hoe de brug, waar dagelijks zo’n 15.000 fietsers gebruik van maken, aansluit op de wegen en of de huidige situatie zo moet blijven of dat bijvoorbeeld in de toekomst de auto te gast is.’
Verschillende afwegingen
Bij het bepalen van de hoogte van de brug spelen ook nog andere factoren. ‘Een hogere brug is gunstiger met het oog op de doortocht van de scheepvaart, de brug hoeft dan minder vaak open’, aldus Hofsink. ‘Daarnaast bekijken we of het een tafelbrug in het wegdek of een hefbrug wordt, met vier pylonen op het land, die altijd zichtbaar zijn. Vandaar dat onze voorkeur uitgaat naar een brug van 4,5 meter hoog.’ De scheepvaart wordt alleen maar drukker vanwege al het containervervoer, ook wordt vervoer over water als groener ervaren. ‘In één 110-meter-schip passen net zoveel containers als in één kilometer aan vrachtwagens, en dan draait er maar één motor’, zegt Hofsink.
Gissen = missen
Voor het maken van een onderbouwde keuze voor de hoogte van de nieuwe brug geldt volgens Hofsink: meten is weten en gissen is missen. Vandaar dat Rijkswaterstaat aanklopte bij industrieel automatiseerder Beenen in Heerenveen. Hofsink: ‘Uiteraard hebben we zelf veel kennis in huis, maar we halen ook graag kennis uit de markt. In tegenstelling tot conventionele aannemers, die zich vooral richten op elektrotechniek, heeft Beenen zich daarnaast gespecialiseerd in industriële automatisering.’ Beenen bedient onder meer de food, machinebouw en water & infrastructuur. In 1986 werd het bedrijf overgenomen door Batenburg, dat zo’n 1.200 medewerkers telt. Met zelf 230 medewerkers is Beenen een van Batenburgs grotere werkmaatschappijen.
Puntenwolk
Rijkswaterstaat gaf Beenen de opdracht hoogte-informatie van passerende schepen te verzamelen. ‘In eerste instantie hebben we nagedacht over een visuele toepassing, zoals een camera. Maar het gaat om een heel breed vaargebied, dat je lastig met camera’s kunt vangen’, zegt Albert Keizer, MES-engineer bij Beenen. ‘Daarom hebben we uiteindelijk LIDAR-technologie (Laser Imaging Detection And Ranging, red.) toegepast. Door een onzichtbare laserstraal over het water te sturen, maken wij een puntenwolk met hoogte-informatie. Zo is tot op 15 centimeter nauwkeurig te bepalen hoe hoog het schip is – wat overigens ook de eis van Rijkswaterstaat was.’ Het gebruik van deze technologie heeft volgens Keizer nog een voordeel boven een camera. ‘Bij een 3D-puntenwolk is een schip ondanks de gedetailleerde informatie relatief onherkenbaar en personen helemaal niet. Dat is belangrijk met het oog op de AVG.’
‘We zijn enorm te spreken over de extra informatie’
Heatmap
De metingen bij de Gerrit Krolbrug startten begin 2020 en gebeuren met een sensor. Om de informatie te dubbelchecken is ook een brug even verderop naar het noorden in Dorkwerd voorzien van een sensor. Keizer: ‘Deze sensortechnologie hadden we eerder toegepast op kleinere schaal in een industriële omgeving voor kwaliteitscontrole van producten. Ook daar ging het om hoogte-informatie, maar dan in termen van millimeters in plaats van centimeters. Daarnaast is een industriële omgeving relatief clean, terwijl we bij een brug te maken hebben met vogels, golven en weersomstandigheden, die je moet uitsluiten bij de analyse.’ De puntenwolk vormt daarbij de eerste (leesbare) vorm van data, die Beenen na een aantal bewerkingen uit de sensor haalt. ‘Na nog een aantal tussenstappen zetten we deze om in een zogeheten heatmap in 2D, waarbij we ruis van vogels beter kunnen elimineren en zo nauwkeuriger hoogte-informatie kunnen ophalen. Hoe roder het beeld, hoe dichter bij de sensor oftewel hoe hoger het betreffende scheepsonderdeel.’
Autonoom systeem
Een tweede doel was een zo autonoom mogelijk systeem ontwikkelen en niet oneindig veel data opslaan. ‘Om schepen te kunnen scannen, hebben we een detectiemodule geschreven, die ook bepaalt wanneer het systeem begint met scannen’, verklaart Keizer. ‘Daarnaast hebben we bij de scheepvaart te maken met een trager proces dan bij kwaliteitscontrole in een productieomgeving. Voor deze opdracht moesten we bijna realtime steeds tot conclusies komen.’ Vos, dataconsultant bij Beenen: ‘Toepassing van deze specifieke sensor in een heel andere omgeving – zonder stroom en internet en zonder mensen in de buurt – maakte het complex.’
Een heatmap in 2D: hoe roder het beeld, hoe dichter bij de sensor oftewel hoe hoger het betreffende scheepsonderdeel.
Specifieke algoritmes
De ruwe data uit de sensoren worden opgeslagen, waarna Beenen er specifieke algoritmes op loslaat. Vos: ‘Het opschonen kost veel tijd vanwege alle ruis. Verder controleer ik de output op eventuele onregelmatigheden aan de hand van statistieken. Als er bijvoorbeeld een veelvoud aan schepen van exact 6 meter 53 is langsgekomen, betekent dit dat we de algoritmes moeten aanpassen om de uitkomsten goed te krijgen.’ Inmiddels heeft Beenen vier rapportages opgeleverd en die samen met Rijkswaterstaat verder uitgewerkt. Bij de laatste rapportage combineerde Beenen bovendien de hoogte-informatie met informatie uit het automatisch identificatiesysteem (AIS) van de schepen zelf, over bijvoorbeeld diepte, lengte en breedte, naam en bestemming.
Die toevoeging levert Rijkswaterstaat veel informatie op. ‘Bijvoorbeeld dat er bij de Gerrit Krolbrug veel meer kleine schepen langskomen dan bij de brug bij Dorkwerd’, zegt Reinoud Hofsink. ‘En ook of een brug onterecht openstaat, wat energie kost, voor slijtage aan de brug zorgt en het verkeer ophoudt. Al die nieuwe inzichten nemen we mee in onze overwegingen. Zo hebben we aantoonbaar kunnen maken dat bij een hoogte van 4,5 meter de brug 28 keer per dag open moet bij het huidige aanbod van 50 schepen per dag.’
Variantenstudie
Rijkswaterstaat heeft samen met de gemeente en bewoners gewerkt aan een variantenstudie. ‘Inmiddels heeft ook de gemeenteraad een voorkeur uitgesproken voor een hoogte van 4,5 meter. Het is aan Mark Harbers, minister van Infrastructuur en Waterstaat, om hierin een beslissing te nemen. Daarna wordt in samenwerking met de stakeholders het voorlopig ontwerp gemaakt. Naar verwachting gaat de nieuwe Gerrit Krolbrug in 2026 open voor verkeer’, stelt Hofsink. Tot die tijd blijft Beenen meten om de informatie actueel te houden, variatie uit te sluiten en effecten op langere termijn in kaart te brengen. ‘Welk type schepen vaart er precies, welke draaiingen zijn vereist bij de bruggen, om hoeveel schepen per brug gaat het? We zijn enorm te spreken over de extra informatie, die ons verder helpt in het besluitvormingsproces. Ook de nieuwe brug moet weer tachtig tot honderd jaar mee, dus je wilt een weloverwogen besluit nemen.’
Stijgende behoefte
Daarnaast wil Rijkswaterstaat graag meer ervaring opdoen met dit soort systemen. ‘Binnen onze organisatie is dit een redelijk nieuwe ontwikkeling, zeker naar de combinatie van AIS-data met de hoogte en draaiingen van beide bruggen’, aldus Hofsink. ‘Je ziet ook een enorme groei aan data vanwege een stijgende behoefte aan informatie in de markt. Scheepvaart is als een busdienst: schippers varen allemaal op tijd en willen precies weten wanneer een brug open is en wanneer ze moeten wachten. En dit is nog maar het begin: in de toekomst kunnen we hier informatie over verkeer, vrachtwagens en scheepsprofielen aan toevoegen.’ Ook Wiljan Vos ziet nog ruimte voor andere toepassingen. ‘Naar aanleiding van dit project zijn we begonnen met voorspellend onderhoud voor een brug in de provincie Overijssel. Daar hebben we sensoren op de motoren van de brug geplaatst, waarbij Beenen live kan meekijken of de motoren goed werken.’
