Digitalisierung

Die digitale Transformation findet aktuell in allen Bereichen der öffentlichen Trinkwasserversorgung statt. Unsere Kompetenz am TZW besteht in der Lösung komplexer Fragen und Problemen von Wasserversorgungsunternehmen. Dies geschieht entweder durch direkte fachliche Unterstützung von Unternehmen oder im Rahmen von praxisnahen Forschungsprojekten. Dabei werden alle Bereiche der Trinkwasserversorgung - angefangen vom Ressourcenschutz über die Gewinnung und Aufbereitung bis zur Verteilung - in den Blick genommen. In all diesen Prozessschritten spielt die Digitalisierung heute eine entscheidende Rolle. Mit unserem digitalen Knowhow können wir hier kompetent zur Seite stehen. Dieses umfasst

• die Prozessanalyse und -optimierung,
• die Verarbeitung und Auswertung hochdimensionaler Daten mit Hilfe der Anwendung von sowohl deterministischen Modellen als auch Modellen des maschinellen Lernens
• technisch-wissenschaftliche Expertisen bezüglich des Aufbaus und der Wartung von Datenarchitekturen und Datenbanken
• sowie die Entwicklung von Lösungen (Webanwendungen, Software) für Mitarbeitende und Kunden.

Wasserbedarfsprognose

Die Abschätzung des zukünftigen Wasserbedarfs umfasst die Einbeziehung einer Vielzahl von sehr dynamischen Komponenten wie Wetter, Stadt- und Flächenentwicklungen in den versorgten Regionen. Das TZW bietet einen Webservice zur Prognose des kurzfristigen Wasserbedarfs auf Grundlage eines transparenten Machine-Learning-Modells an. Die Wasserversorgungsunternehmen können darauf direkt per Interneteinwahl zugreifen.

Auswertung von Wasserqualitäts- und Quantitätsdaten

In allen Bereichen der Wasserversorgung werden heute täglich umfangreiche Datensätze erstellt. Beispiele dafür sind die Überwachung der Wasserqualität mit Onlinesensoren, die zeitaufgelöste Erfassung von Wasserabgabemengen und -verbräuchen sowie die Analyse von Wasserproben mit komplexen Methoden wie dem Not-Target-Screening oder spektroskopischen Verfahren. Die zunehmend großen Datenmengen stellen neue Anforderungen an ein Unternehmen. Wir unterstützen unsere Kunden bei der Analyse und Auswertung dieser Daten. Das umfasst beispielsweise:

• die Eventdetektion, also die Erkennung von ungewöhnlichen Mustern, z. B. in Zeitreihen von Wasserqualitätsdaten. Events können hierbei durch echte Wasserqualitätsveränderungen oder aber durch fehlerhaft arbeitende Sensoren hervorgerufen werden.
• die Extraktion von regulären, wiederkehrenden Mustern, die einen oder mehrere Normalzustände beschreiben, z. B. Wasserverbrauchstypen. Dies schafft die Grundlage für ein besseres Systemverständnis und hilft beispielsweise das Wasserabnahmeverhalten von Kunden bzw. Kundengruppen zu analysieren.
• die Erkennung von Wasserverlusten in Zeitreihen von Wasserabgabe- bzw. Verbrauchsmessungen
• die Auswertung hochdimensionaler spektroskopischer Daten, z. B. Fluoreszenzspektren, mit denen organische Verbindungen im Wasser nachgewiesen werden können.

Erstellung von Regressions- und Klassifikationsmodellen (Machine Learning, KI)

Bei der Auswertung von Daten können relevante Informationen zu verschiedensten Themen gewonnen werden. So können beispielsweise aus Spektraldaten einer Wasserprobe Aussagen zur Konzentration einer bestimmten Substanz abgeleitet werden. Ein anderes Beispiel ist die Abschätzung des Zustandes einer Absperrarmatur oder die Schätzung eines Spülintervalls für einen Leitungsabschnitt.

Bei allen genannten Beispielen werden Modelle verwendet, die auf Basis von Eingangsdaten, z. B. zum Spektrum einer Wasserprobe oder die Kennzahlen eines Leitungsabschnittes, eine bestimmte Information (Zielgröße) bereitstellen. Im Falle einer kontinuierlichen Zielgröße spricht man von Regression, z. B. die Konzentrationsangabe. Im Falle einer kategorialen Zielgröße von einer Klassifikation, z. B. die Angabe eines Zustandes in gut, mittel, schlecht.

Inwieweit die Erstellung solcher Modelle möglich ist, können wir für verschiedenste Anwendungen aus allen Bereichen der Wasserversorgung im Rahmen von Machbarkeitsstudien prüfen. Dazu erfolgt die Prüfung der Datengrundlage und Datenqualität, die Erstellung von Modellen und deren Bewertung in Bezug auf Leistungsfähigkeit oder Genauigkeit.

Die Modelle beruhen unter anderem auf Methoden des Maschinellen Lernens. Das TZW legt dabei besonderen Wert auf die Interpretierbarkeit und Transparenz dieser Modelle. Dies wird erreicht, indem möglichst transparente Modelle und moderne Analysemethoden verwendet werden. Dazu gehört die Explainable AI, die die Analyse komplexer Modelle, z. B. neuronaler Netze, erlaubt.

Datenbanken

Wir unterstützen unsere Kunden dabei, ihre Daten in Datenbanken effizient und sicher zu verwalten. Das TZW verfügt über umfassende Kenntnisse in der Architektur von Datenbanksystemen und entwickelt in Rahmen von technisch-wissenschaftlichen Beratungsleistungen zusammen mit unseren Kunden individuelle Lösungen. Im Fokus stehen dabei die Systeme PostgreSQL, MariaDB sowie kleine, portable Datenbanksysteme wie SQLite.

Web- und GIS-Anwendungen

In einer zunehmend vernetzten Welt ist der Zugriff auf aktuelle und präzise Informationen von entscheidender Bedeutung für Wasserversorgungsunternehmen. Wir bieten hierzu Web- und GIS-Lösungen an, um relevante Daten zu sammeln, zu analysieren und in benutzerfreundlichen Schnittstellen zu präsentieren. Mit diesen Tools können Unternehmen ihr Trinkwasserverteilungsnetz effektiv verwalten und optimieren. Unsere Anwendungen ermöglichen es den Nutzern, wichtige Informationen wie Rohrleitungsnetzwerke, Pumpstationen, Wasserqualitätsdaten, Kundendaten und vieles mehr in Echtzeit zu visualisieren und zu analysieren.