DWA-M 151

Mein Konspekt vom “Merkblatt DWA-M 151 Messdatenmanagementsysteme (MDMS) in Entwässerungssystemen” (s. E-Mail von Wolfgang Lieb vom 23.11.2023)

• Grundlage zur Planung und Betrieb: Messdaten von Anlagen
• Messdaten müssen:
  • geprüft
  • korrigiert
  • archiviert werden
• Technische Hinweise zum Betrieb von Messungen → Merkblatt DWA-M 181
• Umgang mit Massendaten ist aber in diesem Dokumenten (DWA-M 151) erstmals dargestellt

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• Hier werden folgende Themen erfasst:
  • Anforderungen an MDMS
  • Funktionalitäten zur Unterstützung von:
    • Datenerfassung
    • Prüfung und Korrektur der Daten → Datenqualität
    • Dokumentation und Archivierung von Daten
    • Austausch von Daten
  • Daten = Messdaten + Metadaten
  • Ziel von diesem Merkblatt:
    • den Benutzern (Admins, Betreibern, Entwicklern, Herstellern, Planer und Aufsichtsbehörden) Infos und Hilfe anzubieten zu :
      • Konzeption
      • Aufbau
      • Pflege
      • Anwendung
      • Fortschreibung
    • sowie Datenaustausch und Integration in bestehende IT-Systeme

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DIN…

DWA…

Dokumente beschreiben Normen und Empfehlungen zu Messsystemen, Datenformaten, Dokumentationsverfahren etc.

Begriffe aus DWA-M 181 sowie folgende Definitionen:

• abgeleitete Daten:
  • durch eindeutige und im MDMS definierbare Bezeichnungsregeln ermittelte Daten (z.B. Durchfluss)
• aggregierte Daten:
  • durch zeitliche Zusammenfassung von Daten innerhalb von Zeitbereichen neu ermittelte Daten (z.B. Mittelwert, Summe etc.). Typische Aggregationsbereiche: Stunde, Tag, Monat, Jahr etc.
• äquidistante Daten:
  • …
• Bearbeitungsebene
  • … (eine Bearbeitung zur Verbesserung der Datenqualität führt zu einer höheren Bearbeitungsbene)
• Datenerfassung
  • zeitfolgenrichtige. gemeinsame Erafssung von Messwert und Zeitstempel
• Datenlücke
  • Zeitbereich in dem keine Daten vorliegen
• Datenqualität
  • Kenngröße, welche die Aussagekraft der Messdaten in Bezug auf eine bestimmte Nutzung beschreibt
• Diskretisierungszeitschritt (oft auch Zeitintervall genannt)
  • Zeitbereich zwischen zwei Messwerten. Kann äquidistant oder variabel sein
• Eingangsdaten
  • Alle Daten, die in ein System aufgenommen werden
• Messdaten
  • Daten + Zeitstempel
• Messdatenmanagementsystem
  • System zur kontinuierlichen und dauerhaften Speicherung, Aufbereitung, Auswertung sowie zum Austausch von Mess- und Metadaten.
• Messergebnis
  • Aus Messungen gewonnener Schätzwert für den wahren Wert einer Messgröße (?)
• Messgröße
  • Physikalische oder chemische Größe, die für die Messung gilt.
  • Messgröße = Messwert + Maßeinheit
• Messstelle
  • …
• Messstation
  • Gruppierung von Messeinrichtungen
• Produktionsdaten
  • Aus den Eingangsdaten entstandene und ggf veränderte Daten
• Schlüssellisten
  • Zusammenstellung der Zuordnungen von Begriffen zu eindeutigen Codes bzw. Werten
• Transformationsbeziehung
  • Transformationsbeziehungen stellen den Bezug zwischen mindestens zwei Messgrößen her:
    • haben keinen Zeitbezug
    • können eine zeitlich begrenzte Gültigkeit haben
• Zeitbezug
  • beschreibt wie eine Zeitreihe zwischen ihren benachbarten Wertpaaren definiert ist
    • kontinuierlich → interpoliert
    • Intervall → Stufen → konstant zwischen zwei Werten
    • momentan → nur an den Zeitpunkten
• Zeitbereich
  • …
• Zeitintervall
  • Diskretisierungszeitschritt
• Zeitlicher Gültigkeitsbereich
  • Zeitbereich für den eine bestimmte Eigenschaft definiert ist
• Zeitstempel
  • …
• Zeitreihe
  • In der Messtechnik und Informationstechnologie eingesetztes Hilfsmittel, um die Veränderung einer Messgröße über die Zeit zu beschreiben
• Zeitreihenfolge
  • Eine Zeitreihe, die andere Zeitreihen referenziert und in zeitlichen Folge durch Formeln und Rechenoperationen miteinander verknüpft

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• Aufgaben von MDMS:
  • Planung und Durchführung von Messungen
  • Prüfung von Messdaten
  • Korrektur der Messwerte
  • Auswertung der Messdaten
  • Dokumentation der Messdaten
  • Archivierung der Messdaten
• Ziel: ausssagekräftige und belastbare Grundlage für weitergehende Aufgaben (z.B. Planung, Dimensionierung, Optimierung) zur Verfügung zu stellen
• Neben temporären Messungen auch Dauermessstellen integrieren
• Messdaten haben einen hohen wirtschaftlichen Wert
  • ⇒ Messdaten müssen geprüft, korrigiert, ausgewertet, dokumentiert und archiviert werden
• Messdaten beschreiben sehr dynamische Prozesse
• Sie müssen zeitnah geprüft und archiviert werden, sonst können sie später nicht mehr rekonstruiert werden
• MDMS ersetzt nicht die Datenerfassung (zentral oder dezentral).
  • Es dient der Zusammenführung, Prüfung, Weiterverarbeitung, Bereitstellung und Archivierung der massgeblichen Messwerte aus verschiedensten Quellen in einem System
• Die Anforderungen an die Messstellen sind im Merkblatt DWA-M 181 beschrieben

• MDMS sind empfehlenswert für alle Bereiche, wo Messdaten anfallen
• Beispiele für Anwendungsbereiche von MDMS
  • Auswertung und Bereitstellung geprüfter Messdaten in:
    • Planung
    • Abrechnung
    • Betrieb
    • Selbstüberwachung
    • …
    • Prognose und Alarmierung
    • Berichtwesen
    • Statistik
    • …
• MDMS Grundfunktionalitäten
  • Datenaufnahme
  • automatische und manuelle Datenprüfung und -korrektur
  • Dokumentation und Auswertung von Messdaten
  • Datenspeicherung (Archivierung)
  • Datenbereitstellung und Datenaustausch (Export)

• Um MDMS flexibel einsetzen zu können:
  • modular aufbauen
  • Schnittstellen anbieten
• Umfang und Herkunft der Daten sollen dokumentiert werden
  • am besten nach ISO 9001 und ISO 17025
• Grundsätzlich: Rohdaten sollen komplett in MDMS aufgenommen werden (!)
  • nur so kann Nachvollziehbarkeit und Flexibilität garantiert werden
• Bei der Datenaufnahme ins MDMS soll die Zeitinformation beibehalten werden
  • ⇒ keine Aggregierung & keine Korrektur darf erfolgen (nicht an dieser Stelle!)
• Außer Messdaten müssen auch Metadaten aufgenommen werden:
  • Import der Metadaten
    • manuell
    • automatisch
  • Historie
  • um doppelte Verwaltung zu vermeiden muss “führendes” System festgelegt werden
  • Personenkreis zuständig für Metadaten festlegen
  • Schnittstellen z.B. zu:
    • Kanalinformationssystemen
    • Betriebsführungssystemen
    • GIS
    • sonstige

• Einfachster Fall (wenn einmalig oder wenige Daten):
  • Excel
  • eine einfache DB
• Anforderungen an MDMS → s. Anhang A
• Vorgehen bei der Konzeption von MDMS, Anforderungen an Personal → s. Abschnitt 9
• DB
  • Integration der Daten aus verschiedenen Quellen
• Modularer Aufbau und (Mindest-)Funktionalitäten
  • Module:
    • Import
    • Datenprüfung (manuell oder automatisch)
    • Datenkorrektur
    • Auswertung
    • Dokumentation
    • Export
    • Archivierung
  • Schnittstellen zum Import bzw. zur Verwaltung von Metadaten
    • → aufgabenspezifisch
  • Datenimport
    • übliche offene und proprietäre Datenformate (s. Anhang B)
    • eine vom Anwender frei definierbare Schnittstelle (?)
    • CSV
    • Neben realen Messdaten sollten z.B. auch Zeitreihen aus Modellrechnungen importiert werden können
  • Datenexport
    • Messdaten, Messgrößen, zeitliche Auflösung, Datenformate → freiwählbar
    • Export aller Zeitreihen auch in äquidistanten Zeitscnitten soll möglich sein
  • Verarbeitung von Zeitreihen mit unterschiedlichen Diskretisierungszeitschritten und Zeitbezug
    • …
  • Darstellung von Zeitreihen
    • frei wählbar vom Benutzer
  • Berichtwesen
    • Standardlayouts / -berichte
      • per Knopfdruck oder automatisch
    • Meldungen über Import / Export
  • Datenarchivierung und Datensicherheit
    • Archivierung
    • Speicherung der Prüfungen und Korrekturen
  • Geografisch orientierte Benutzeroberfläche
    • Karten
  • Administration (Rechtevergabe etc.)
    • Benutzerverwaltung
    • Userspezifische GUI (z.B. widget-basiert)
  • Lizenzmodell
    • flexibel
  • Verwaltung von Mandanten
    • Mandantenfähigkeit in allen Modulen
    • Entsprechende Administration

• Systemdaten
  • Einzugsgebiet
  • Gerinne
  • hydraulische Eigenschaften
  • …
• Betriebsdaten
  • Infos über Betrieb des Entwässerungs- und Messsystems (z.B. Drosseleinstellungen, Pumpwerksbetrieb, Protokolle …)
• Prozessdaten
  • Daten der gemessenen technischen oder natürlichen Prozesse (z.B. Niederschlag , Abfluss etc.) als Zeitreihen
  • Dabei werden folgende Daten unterschieden:
    • primär
    • sekundär
    • tertiär

• Eingangsdaten: alle Daten, die in das MDMS aufgenommen (importiert) werden. Z.B. Daten aus Datenloggern, Messwerte, Werte aus Simulationen.
• doppelte Datenhalten vermeiden beim direkten Zugriffauf andere MDMS oder Services (?)
• Eingangsdaten sind in der Regel ungeprüfte Daten zu Beginn der Datenverarbeitung im MDMS
• Vor Veränderungen schützen(!)

• Eingangsdaten, die weiterverarbeitet sind (z.B. korrigiert)
• Sie können auch aus Berechnung entstehen (Eingangswert + X * Y / Z)
• Alle Veränderungen sollen dokumentiert und protokolliert werden
• Auf Datenschutz achten

• Alle Eingangsdaten sollen über Metadaten beschrieben werden
• Beispiele:
  • Qualitätsattribute
  • Parameter des Messgerätes
  • Kalibrierungsinformationen
  • …
• Durch weitere Verarbeitungsschritte im MDMS entstehen auch weitere Metadaten

• es gibt unzählige Formate (offen oder proprietär)
• die ergeben sich aus Anwendung / Herkunft
• Übersicht zu den Formaten → Anhang B

• Nur Messwert und Einheit und Zeitstempel sind nicht ausreichend für die Prüfung der Daten und Beurteilung der Prozesse
  • ⇒ Randbedingungen notwendig
• Metadaten = Randbedingungen
• DIN 1319 Teil 1 bis Teil 4
• Merkblatt DWA-M 181

• Auswahl der Messstelle - wichtig(!)
• Der Nutzer hat normalerweise keinen Einfluss auf Messwertaufnehmer bzw. -umformer
  • es wird meist als genormtes Signal (0-10 V, 0mA - 20mA …) oder Bus-Signal weitergegeben
• Beim Messwertaufnehmer und -umformer getrennt realisiert kann bei einer fehlerhaften Installation zu den sog. systematischen Fehlern kommen
• Messwertaufnehmer:
  • erfasst die gewünschte Größe über eine Hilfsgröße (z.B. Strom, Spannnung…)
• Messwertumformer hat folgende Aufgaben:
  • Speicherunge der Geräteeinstellungen und Messdaten
  • Versorgung des Messaufnehmers mit Spannung
  • Darstellung der Messwerte über interne/externe Anzeigegeräte
  • Verstärkung der Messsignale
  • Ausführung von Berechnungs- und Steuerungsfunktionen
  • Datenübertragung
• Für weitergehende Verarbeitung werden die Daten digitsalisiert
• Es ist zu achten, dass die Analog-Eingangskarte die nötige digitale Auflösung hat

• Metadaten
  • gerätespezifisch
    • Randbedingungen, die Einfluss auf Werterfassung haben
  • datenspezifisch
    • Datenverarbeitung, die ggf. schon in Auswerteeinheiten stattfinden
• Außerdem folgende Beispiele:
  • Topografische Hinweise
  • Bilder
  • Pläne
• Beispiele: Anhang C

• An jeder Stelle wo z.B. (Sensor-)Daten aufgenommen werden gibt es Einflusse, die Auswirkungen auf die später genutzten Datenbestände haben
  • z.B. Umrechnungen oder Transfertabellen
• Dort, wo Änderungen erfolgen, müssen die zugehörigen Metadaten erhoben werden

• Außer Import aus PLS oder anderen externen Datenquellen kann die Aufnahme ins MDMS auch über elektronische Datenübertragungen aus mobilen Geräten, Scannern etc. erfolgen
• Auch Handeingaben können erfolgen
  • ⇒ nicht immer sind alle Daten zeitnah verfügbar
• Zeitversatz, Start, Ende der Messkampagne sollen vermerkt werden (Anhang C)
• Die Personen, die Messdaten erfassen sollen auch können die Daten zu prüfen
• Eingabe → frei konfigurierbare Masken
• Vom MDMS generierte Metadaten sollen automatisch mit Zeitstempel, Benutzerkennzeichen usw. versehen und archiviert werden

• - Checkliste zur Bewertung eines MDMS
  • - Was ist das?
  • - Für wen?
  • - Kann man diese Checkliste als Fragebogen verwenden?
• - Zeitreihe?
• - Zeitreihenfolge?
• - Unterschied zwischen “Zeitreihe” und “Zeitreihenfolge”?