Project Digitalisering Ecologische Monitoring (DEM)

Informatiebehoefte

Project DEM ondersteunt de (wettelijke) taken van Rijkswaterstaat voor het rapporteren over de ecologische staat van de Noordzee. Verzamelde en verwerkte data zullen onderzoek en monitoring ondersteunen van programma Monitoring en Onderzoek Natuurversterking en Soortenbescherming (MONS) en Wind op Zee Ecologisch Programma (Wozep). Daarnaast zullen de data Kader Richtlijn Marien (KRM) rapportages ondersteunen.

Projectdoelen

Project DEM heeft als doel ecologische monitoring op de Noordzee te innoveren en te digitaliseren. 

Met dit doel voor ogen gaat project DEM:

1. Meetboeien ontwikkelen met een scala aan sensoren om een continue tijdsreeks van gecombineerde metingen in de waterkolom te realiseren op vier meetlocaties.
2. Een Data Management Systeem (DMS) opzetten om de verzamelde data geautomatiseerd te verwerken en de datakwaliteit te controleren, zodat de ruwe data zo snel mogelijk bruikbaar wordt voor ecosysteemanalyses en modelvalidaties.
3. Een expertgroep opzetten voor wetenschappelijke ondersteuning bij het ontwikkelen van de meetboeien en het DMS.
4. Vogel- en zeezoogdiermonitoring innoveren met beeldherkenning door kunstmatige intelligentie.
5. Investeren in innovatieve technieken voor ecologische monitoring op zee.

Het project loopt van 2024 tot en met 2028 en wordt uitgevoerd door de Centrale Informatie Voorziening (CIV) van Rijkswaterstaat (RWS) onder het programma Informatie Voorziening op Zee (IV op Zee) in opdracht van het ministerie van Landbouw, Visserij, Voedselzekerheid en Natuur (Min LVVN).
 

Projectplanning

12/2023    Goedgekeurde projectbrief, opdrachtverstrekking van LVVN aan RWS: project in de voorbereidingsfase.

09/2024    Definitieve behoeftestelling, meetmethoden en projectaanpak: project gaat over in de realisatiefase.

10/2024 – 2025    Voorbereiding en uitvoering van inkooptrajecten (Europese aanbestedingen), gunning en opdrachtverlening.

2026    Bouw en ingebruikname van de meetstations op zee, start van de onderzoeksprojecten.

2027 - 2028     Uitvoering van metingen op zee en afronding van de onderzoeksprojecten.
 

Meetboeien

Sets van twee meetboeien zullen uitgezet worden op vier meetlocaties in de Noordzee. De meetboeien zullen een continue tijdsreeks van gecombineerde metingen genereren. Een set van meetboeien bestaat uit een stringboei en een ecologieboei.

Stringboei

Een kleinere boei met sensoren op verschillende meetdieptes. De stringboei meet parameters die meer inzicht geven in primaire productie en stratificatie (Chl-A, cDOM, CTD, DO, hyperspectraal licht, PAR, turbiditeit). Daarnaast wordt er onderwatergeluid opgenomen met een passieve akoestische monitor (PAM) hydrofoon en worden zenders van vissen ontvangen met een fish tag receiver.

Ecologieboei

Een grotere boei met meer vermogen en geavanceerde sensoren nabij de wateroppervlakte. De ecologieboei meet abiotische factoren (ADCP, Chl-A, cDOM, CTD, DO, LDPSA, turbiditeit) ook wordt primaire productie en de planktongemeenschap nauwkeurig onderzocht met STAF en flowcytometrie (FCM). 

Daarnaast wordt er boven water een eenvoudig weerstation geplaatst, invallend licht gemeten (PAR) en zenders van vogels en vleermuizen ontvangen met een Motus Wildlife tracking system.
 

Meetlocaties

Noordwijk (10 km uit de kust, 20 m diep): Rijnpluim, historische dataset van CEFAS meetboei.

Walcheren (20 km uit de kust, 20 m diep): Borssele windpark.

Duitse Bocht (35 km uit de kust, 20 m diep): Oestergrondenherstel.

Terschelling (135 km uit de kust, 48 m diep): Oestergronden, windzoekgebied, lage zuurstofconcentratie nabij de bodem, schepen met FerryBoxen passeren, historische dataset van CEFAS meetboei.

Datamanagement

Voor de grote hoeveelheid data die verzameld gaan worden wordt een geautomatiseerd Data Management Systeem (DMS) ontworpen. De data zullen volgens de FAIR-principes (Findable, Accessibile, Interoperable en Reusable) ontsloten worden. 

Dit wordt gerealiseerd door datakwaliteit te testen, metadata toe te voegen en aan te sluiten bij nationale (AQUO) en internationale (SeaDataNet / EMODnet) datastandaarden. 

Om ruwe data om te zetten naar bruikbare data voor ecosysteemanalyses en modelvalidaties worden zes fases gedefinieerd:

1. Inwinning, 
2. Opslag, 
3. Technische datakwaliteitscontrole, 
4. Inhoudelijke datakwaliteitscontrole, 
5. Standaardisatie, 
6. Ontsluiting.    
    

Wetenschappelijke ondersteuning van expertgroep

Project DEM heeft een expertgroep opgezet voor wetenschappelijke ondersteuning bij het ontwerp van de meetboeien en het DMS. De expertgroep is een samenwerking van Rijkswaterstaat (RWS) en kennisinstituten, initieel zijn aangesloten: Deltares, Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) en de Universiteit van Amsterdam (UvA).

De groep heeft expertise in het biologische, chemische en fysische klimaat van de Noordzee. Verder hebben de experts specialistische kennis over de werking en inzet van de specifieke sensoren. 
 

De expertgroep zal adviseren over:

• Plaatsing en instellingen van sensoren op de meetboeien.
• Sensorkalibratie en sensorvalidatie.
• Datakwaliteitscontroles en datavalidaties.
• Primaire productie uitdrukken in koolstofeenheden.
• Chlorofyl-A concentratie schatten uit fluorescentie-metingen met minder frequente in situ watermonsters.
• Biovolume van fytoplankton uit imaging flow-cytometer afleiden.
• Aansluiting bij de Joint European Research Infrastructure for Coastal Observations (JERICO-RI).
   

Vogel- en zeezoogdiermonitoring met inzet van kunstmatige intelligentie

Momenteel worden vogels en zeegzoogdieren boven de Noordzee gemonitord door middel van menselijke waarnemingen vanuit vliegtuigen als onderdeel van de Monitoring Waterstaatkundige Toestand des Lands (MWTL). Echter met de bouw van windparken is de vlieghoogte boven de Noordzee gestegen en worden menselijke waarnemingen steeds uitdagender. Vandaar dat project DEM investeert in de ontwikkeling van een model dat geautomatiseerd vogels kan herkennen en annoteren.

Met deze investering wordt ingezet op het verbeteren van een model ontwikkeld in het project: Artificial Intelligence for recognizing megafauna (seabirds and mammals) in and around offshore wind farms (AI-MEG) van Wageningen Marine Research (WMR). Zodat meer vogelsoorten geïdentificeerd kunnen worden met een hogere betrouwbaarheid. 

Een extra focus zal liggen op beschermde vogelsoorten zoals de zeekoet. Hiervoor zal meer beeldmateriaal verzameld worden dat de Noordzee dekt met een extra fijn grid bij de kustzone, in Natura2000-gebieden en windzoekgebieden. Er zal zoveel mogelijk parallel gevlogen worden om de menselijke observaties te vergelijken met de automatische beeldherkenning om een trendbreuk in vogeltellingen te voorkomen. Uiteindelijk zal gekeken worden hoe de nieuwe vogelmonitoringsmethode geïmplementeerd kan worden binnen MWTL bij Rijkswaterstaat.

Investeren in innovatieve technieken voor waterkwaliteitsanalyse en ecosysteem-monitoring

Project DEM heeft de intentie om financieel en materieel bij te dragen aan het voorstel voor een Large-Scale Research Infrastructure (LSRI) genaamd AQUASYS. Project AQUASYS is een samenwerking van Naturalis, Nederlands Instituut voor Ecologie (NIOO-KNAW), NIOZ, Universiteit Leiden, Universiteit Twente en UvA.

Project AQUASYS wil innovatieve methoden voor waterkwaliteitsanalyse en ecosysteemmonitoring ontwikkelen. Voor project DEM zal de focus liggen op:

• Plankton imaging: Geavanceerde beeldherkenning voor de identificatie en kwantificatie van planktonpopulaties.
• Verticaal meten: Verticale profielen met sensoren voor waterkwaliteitsmetingen in de waterkolom.
• Environmental DNA (eDNA): Moleculaire technieken om biodiversiteit en soortensamenstelling in aquatische ecosystemen te monitoren.
• Smart maintenance: Slimme onderhoudssystemen voor efficiënter en duurzamer beheer van sensoren.

Deze technologieën zullen worden ontwikkeld met het oog op brede toepasbaarheid en een hoge mate van technologische volwassenheid. Hiervoor zal project DEM een materiële bijdrage leveren door een testboei beschikbaar te stellen voor onderzoek. Dit zou toekomstige implementatie binnen Rijkswaterstaat mogelijk moeten maken en bijdragen aan nauwkeurigere en efficiëntere ecologische monitoring.