Top Banner
FACULTEIT WETENSCHAPPEN Opleiding Geografie en Geomatica Master in de Geomatica en Landmeetkunde Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS getijmeetboei Reine Stoffels Aantal woorden in tekst: 16 109 Promotor: Prof. Dr. Ir. A. De Wulf, vakgroep Geografie Academiejaar 2012 2013 Masterproef ingediend tot het behalen van de graad van Master in de Geomatica en Landmeetkunde
93

Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

Mar 07, 2020

Download

Documents

dariahiddleston
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

FACULTEIT WETENSCHAPPEN

Opleiding Geografie en Geomatica Master in de Geomatica en Landmeetkunde

Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een

GPS getijmeetboei

Reine Stoffels

Aantal woorden in tekst: 16 109

Promotor: Prof. Dr. Ir. A. De Wulf, vakgroep Geografie

Academiejaar 2012 – 2013

Masterproef ingediend tot het behalen van de graad van

Master in de Geomatica en Landmeetkunde

Page 2: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

II

WOORD VOORAF

De laatste vijf jaar heb ik unieke kansen gekregen die me hebben gevormd tot wie ik nu ben.

Mijn Erasmus in Brest en daaropvolgend deze masterproef hebben deuren geopend naar

nieuwe interesses waarvan ik blij en gelukkig word. Ik ben enorm dankbaar dat ik de

mogelijkheid gekregen heb om mij te verdiepen in de wereld van de hydrografie. Het

schrijven van deze masterproef was een boeiende en leerrijke zoektocht en daarom wil ik

hieronder de tijd nemen om alle mensen te bedanken die hiertoe bijgedragen hebben.

In de eerste plaats dank ik mijn promotor prof. dr. ir. Alain De Wulf die me aanmoedigde om

hydrografie te studeren en me de kans gaf het onderwerp van deze masterproef uit te diepen.

Ik dank ir. Hans Poppe en de Vlaamse Hydrografie voor het voorzien van de data, voor alle

hulp en voor de vlotte communicatie.

Dank aan Cornelis Stal, dr. Veronique Van Acker en Timothy Nuttens voor de uitleg en het

nalezen. Zonder hen zou het uiteindelijke resultaat van deze masterproef niet tot stand

gekomen zijn.

Tot slot bedank ik degenen die voor mij persoonlijk een grote steun zijn geweest tijdens het

verwezenlijken van dit proefschrift. In de eerste plaats mijn ouders die altijd voor mij klaar

staan en me telkens opnieuw aanmoedigen om de juiste keuzes te maken. Bedankt voor alle

goede raad en jullie eindeloos geduld. Mijn broers en mijn zussen voor alle liefde en steun,

hun luisterend oor en motivatie. Mijn vrienden en medestudenten die steeds zorgden voor de

nodige afleiding en ontspanning. Alexander, mijn geografica peter, voor alle aanmoedigen,

steun en nalezen. Elizabeth, voor de krachtige motivaties. En Lys die steeds klaar stond met

een grapje en me zo met een glimlach naar de eindstreep bracht.

Reine Stoffels,

Gent, 17 mei 2013

Page 3: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

III

INHOUDSOPGAVE

WOORD VOORAF............................................................................................................... II

INHOUDSOPGAVE ............................................................................................................ III

FIGUREN ............................................................................................................................. V

TABELLEN ........................................................................................................................ VI

BIJLAGEN ........................................................................................................................ VII

1. INLEIDING....................................................................................................................1

1.1 Literatuuroverzicht ...................................................................................................2

1.1.1 Het getij ............................................................................................................2

1.1.1.1 Geschiedenis ..............................................................................................2

1.1.1.2 Algemeen ...................................................................................................3

1.1.1.3 België .........................................................................................................7

1.1.2 Getijreductiemethoden ......................................................................................9

1.1.2.1 Harmonische analyse ..................................................................................9

1.1.2.2 M2 reductie methode ................................................................................ 12

1.1.3 GPS getijmeetboei ........................................................................................... 14

2. STUDIEGEBIED, DATA EN METHODEN ................................................................ 16

2.1 Studiegebied en data ............................................................................................... 16

2.1.1 Getij volgens GPS ........................................................................................... 17

2.1.2 Radardata en parameters .................................................................................. 18

2.2 Methoden ............................................................................................................... 20

2.2.1 Algemeen ........................................................................................................ 20

2.2.2 Beschrijvende analyse ..................................................................................... 20

2.2.2.1 GPS en radardata ...................................................................................... 20

2.2.2.2 Ruis.......................................................................................................... 21

2.2.2.3 Parameters................................................................................................ 21

2.2.3 Statistische analyse .......................................................................................... 22

2.2.3.1 Correlatieanalyse ...................................................................................... 22

2.2.3.2 Determinatie van de multivariate analysemethode .................................... 23

2.2.3.3 Voorwaarden lineaire regressieanalyse ..................................................... 24

2.2.3.4 Analyse kenmerkende periodes ................................................................ 27

2.2.3.5 GPS kwaliteitsparameter .......................................................................... 27

2.2.4 Analyse van de invloed van de gemiddeldeberekening op het tijdsinterval ....... 28

3. RESULTATEN ............................................................................................................ 29

3.1.1 Beschrijvende analyse ..................................................................................... 29

3.1.1.1 GPS en radardata ...................................................................................... 29

Page 4: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

IV

3.1.1.2 Ruis.......................................................................................................... 33

3.1.1.3 Parameters................................................................................................ 37

3.1.2 Statistische analyse .......................................................................................... 40

3.1.2.1 Correlatieanalyse ...................................................................................... 40

3.1.2.2 Voorwaarden lineaire regressieanalyse ..................................................... 42

3.1.2.3 Analyse kenmerkende periodes ................................................................ 44

3.1.2.4 GPS kwaliteitsparameter .......................................................................... 46

3.1.3 Analyse van de invloed van de gemiddeldeberekening op het tijdsinterval ....... 47

4. DISCUSSIE .................................................................................................................. 50

4.1 Foutenomvang ........................................................................................................ 50

4.2 Nauwkeurigheid ..................................................................................................... 51

4.3 Invloed parameters ................................................................................................. 52

4.4 Invloed stroomvoorziening ..................................................................................... 54

4.5 Beperkingen van dit onderzoek en aanbevelingen voor toekomstig onderzoek ........ 55

5. BESLUIT ..................................................................................................................... 57

6. REFERENTIELIJST .................................................................................................... 58

6.1 Literatuur ............................................................................................................... 58

6.2 Internetbronnen ...................................................................................................... 60

7. BIJLAGEN ................................................................................................................... 61

Page 5: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

V

FIGUREN

Figuur 1: Getijkromme, 24 uur ...............................................................................................4

Figuur 2: Getijkromme, 1 maansmaand ..................................................................................4

Figuur 3: De vier getijtypen over een periode van een halve maansmaand ..............................6

Figuur 4: Verschil GLLWS en LAT .......................................................................................8

Figuur 5: Aanduiding van de meetlocaties van het Meetnet Vlaamse Banken (MNVB) van de

Vlaamse Hydrografie, met nummer 3: Bol van Heist en Z: Zeebrugge .................................. 16

Figuur 6: GPS boei met koepel ............................................................................................. 18

Figuur 7: Beslissingsboom voor een multivariabele analysetechniek ..................................... 24

Figuur 8: Verloop van de spanning van de GPS getijmeetboei (Voltage) .............................. 29

Figuur 9: Scatterplot getij volgens GPS (zonder uitschieters) t.o.v. getij volgens radar ......... 31

Figuur 10: Getij volgens GPS met aanduiding uitschieters en getij volgens radar .................. 32

Figuur 11: Getij volgens GPS zonder uitschieters en getij volgens radar ............................... 32

Figuur 12: Histogrammen reële ruis (links) en absolute waarden van de ruis (rechts) ............ 33

Figuur 13: Ruis met aanduiding van de uitschieters t.o.v. getij volgens radar ........................ 36

Figuur 14: Scatterplot ruis t.o.v. getij volgens radar .............................................................. 37

Figuur 15: Gemiddelde stroming t.o.v. getij volgens GPS ..................................................... 39

Figuur 16: Controle lineariteit, homoscedasticiteit a.d.h.v. scatterplot van gestandaardiseerde

residuen ................................................................................................................................ 43

Figuur 17: Scatterplot absolute waarde ruis t.o.v. de GPS kwaliteitsparameter (FOM) .......... 47

Page 6: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

VI

TABELLEN

Tabel 1: Parameters van Brown ............................................................................................ 11

Tabel 2: Overzicht gegevens ................................................................................................. 19

Tabel 3: Berekening uitschieters GPS-data (10 min interval) ................................................ 30

Tabel 4: Maansontwikkeling periode juni – juli 2012............................................................ 31

Tabel 5: Gemiddelde en mediaan van de reële en absolute waarden van de ruis .................... 34

Tabel 6: Berekening uitschieters absolute waarden ruis ........................................................ 34

Tabel 7: Correlatiematrix parameters .................................................................................... 41

Tabel 8: Kenmerkende periodes met veel of weinig ruis (minimum 24u) .............................. 44

Tabel 9: Correlatie van de kenmerkende periodes met de parameters .................................... 46

Tabel 10: Berekening uitschieters GPS getijdata (1 min interval) .......................................... 48

Tabel 11: Vergelijking berekening uitschieters absolute waarde ruis (10 min) voor en na

filtering van de minuutdata ................................................................................................... 48

Tabel 12: Overzicht verandering in reële ruis voor en na filtering van de minuutdata ............ 49

Page 7: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

VII

BIJLAGEN

Bijlage 1: Onderlinge ligging van verschillende verticale referentievlakken van België en

buurlanden............................................................................................................................ 61

Bijlage 2: Uitschieters getij volgens GPS (10 min tijdsinterval) ............................................ 62

Bijlage 3: Zoom op uitschieters getij volgens GPS (10 min tijdsinterval) t.o.v. getij volgens

radar ..................................................................................................................................... 63

Bijlage 4: Berekening uitschieters parameters (30 min tijdsinterval) ..................................... 65

Bijlage 5: Parameters t.o.v. getij volgens GPS ...................................................................... 69

Bijlage 6: Parameters - Ruis ................................................................................................. 74

Bijlage 7: Correlatieberekeningen tussen de voltage en alle meteo-parameters (per 24 uur) .. 79

Bijlage 8: Onderzoek normaal verdeling ............................................................................... 83

Bijlage 9: Controle lineariteit: partial regression plots – zonder transformatie ....................... 85

Bijlage 10: Controle lineariteit: logaritme- en vierkantsworteltransformatie .......................... 86

Page 8: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

1

1. INLEIDING

De scheepvaart heeft er alle belang bij te allen tijde de hoogte van het getij te kennen om een

veilige navigatie te kunnen garanderen. Dit geldt zowel in kustzones als offshore. Het bepalen

van het getij offshore is echter geen gemakkelijke opdracht, vooral op locaties waar de

installatie van een grote hoeveelheid materiaal moet vermeden worden of praktisch

onmogelijk is. Een GPS getijmeetboei, die het getij real-time meet, kan een oplossing bieden

voor dit probleem. Deze toepassing kan eveneens een vervanging of aanvulling zijn voor de

momenteel gebruikte analytische methoden die worden gebruikt voor het bepalen van het

getij op een willekeurige plaats op zee.

In dit onderzoek wordt een GPS getijmeetboei getest van het merk TriaxisTM

. De

meetcampagne duurde zes weken tijdens de maanden juni en juli 2012. De meetboei werd

gelokaliseerd in de nabijheid van een meetpaal die deel uitmaakt van het Meetnet Vlaamse

Banken (MNVB) van de Vlaamse Hydrografie. Deze meetpaal bevindt zich in de Noordzee

op de zandbank Bol van Heist voor de kust van Zeebrugge. De boei is een stand alone

apparaat dat doorlopend zijn positie logt met behulp van een GPS via het StarFire™ netwerk.

Uit de z-coördinaat berekent de boei het getij. Dat getij wordt vergeleken met het getij

gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS

getijmeetboei dient dezelfde waarden te genereren als deze nabijgelegen radar. Tijdens de

vergelijking van het getij gemeten met de GPS getijmeetboei en het getij gemeten met de

radar worden opmerkelijke verschillen waargenomen. Dit leidt tot het onderzoek naar de

oorzaak van deze verschillen en eventueel een mogelijke oplossing. Er wordt nagegaan of

externe factoren een rol spelen in de foutenpropagatie van het getij dat bepaald wordt door de

GPS getijmeetboei. De verschillende parameters die op hun invloed worden getest zijn:

luchtdruk, stroming, zeewatertemperatuur, luchttemperatuur, windrichting, windsnelheid,

golfhoogte en golfrichting. Door het opmerkelijk dalend verloop van de spanning in de boei

gedurende de meetcampagne wordt ook de voltage als parameter opgenomen in het

onderzoek. In dit onderzoek kan geen absolute oplossing worden gegeven voor de

gegenereerde fouten van de GPS getijmeetboei. Wel kunnen gerichte aanbevelingen tot verder

onderzoek aanleiding geven tot meer heldere conclusies.

Deze scriptie wordt opgedeeld in vier grote onderdelen. Eerst wordt in het literatuuroverzicht

een uiteenzetting gegeven over de geschiedenis van het getij, de algemene kenmerken en de

Page 9: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

2

toepassing in België. Eveneens worden er de harmonische analyse, de M2 reductiemethode en

het principe van een GPS getijmeetboei besproken. Het tweede deel wordt opgesplitst in twee

delen. Een bespreking van het studiegebied en de gebruikte data komen eerst aan bod. Daarna

worden de methoden beschreven die gebruikt worden bij de beschrijvende en de statistische

analyse. In het derde deel worden alle resultaten besproken die dan later in het vierde deel

kritisch worden behandeld in de discussie.

1.1 Literatuuroverzicht

1.1.1 Het getij

1.1.1.1 Geschiedenis

Het getij is een fenomeen waar men zich al in verdiepte ten tijde van de Grieken (omstreeks

350 v. Chr.). Verschillende historische filosofen en wetenschappers zoals Aristoteles, Pythéas,

Kepler, Galileo en Descartes hebben zich in de problematiek verdiept. Het duurde echter nog

tot in 1687, met de gravitatiewetten van Isaac Newton in zijn hoofdwerk ‘Philisophiae

naturalis principia mathematica’, dat er een eerste mogelijke verklaring van de oorzaak van

het getij werd geformuleerd. In de statische theorie van Newton is het getij afhankelijk van de

maan, door zijn nabijheid bij de aarde, en de zon, door haar grote massa. Zo neemt het

wateroppervlak van de zee op elk moment een evenwichtspositie aan, in overeenstemming

met de positie en aantrekkingskracht van deze hemellichamen (N.N., 2011).

In 1775 introduceert de Franse wiskundige en astronoom Laplace de dynamische theorie

waarin het getij wordt beschouwd als een dynamisch probleem. Laplace beschouwt het getij

als golven die zich voortplanten over de oceanen in functie van het voortplantingsmilieu en de

vorm van de oceanische stroombekkens. De maan draait rond de aarde en trekt het water

vanop de aarde aan. De intensiteit van deze aantrekkingskracht verandert doordat de aarde

ook rond haar eigen as draait. Op die manier wordt het water in beweging gebracht en ontstaat

de getijgolf (N.N., 2011).

Na Laplace werden de observatie en analyse van het getij verder uitgewerkt door Kelvin,

Darwin en Doodson. In 1867 benadrukte Kelvin het belang van het getij te analyseren in zijn

totaliteit en niet alleen maar de extremiteiten zoals hoog- en laagwater. Hij ontwikkelde een

praktische methode voor de analyse van de getijwaarnemingen. Het was in 1883 dat Darwin

Page 10: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

3

de harmonische componenten die samen het getij vormen publiceerde. Deze componenten

liggen aan de basis van de huidige getij-analyses. Een harmonische component is een

sinusvormige variatie met een bepaalde frequentie. Wanneer frequentie, amplitude en fase

bekend zijn kunnen verschillende componenten bij elkaar worden opgeteld. De harmonische

ontwikkeling van Darwin was niet voldoende omdat deze niet zuiver harmonisch is.

Onregelmatigheden worden veroorzaakt door de beweging van de snijpunten van de

maanbaan met de ecliptica, ook knopen genoemd. Door deze afwijkingen zijn correcties voor

de componenten noodzakelijk. Deze correcties zijn beschikbaar onder de vorm van tabellen.

Het duurde tot in 1921 tot er een methode zonder correctiefactoren werd ontwikkeld door

Doodson. Doodson baseerde zich op de nauwkeurige ontwikkeling van de longitude en

latitude van de maan ten opzichte van de ecliptica die gedefinieerd werd door Brown (N.N.,

2011).

1.1.1.2 Algemeen

In deze paragraaf wordt een korte toelichting gegeven over de verschillende fasen van het

getij en de voorkomende types. Voor verdere analyse en inzicht is het noodzakelijk dat deze

basisbegrippen worden gedefinieerd.

Het getij wordt door het Ministerie van de Vlaamse gemeenschap gedefinieerd als: “Het

periodiek rijzen en dalen of de verticale waterbeweging van het wateroppervlak ten gevolge

van de aantrekkingskrachten van zon en maan” (Fremout, 2002).

Het getij wordt weergegeven als een curve waarop observaties of voorspellingen worden

weergegeven in functie van de tijd. Deze curve heet de getijkromme (Figuur 1).

Page 11: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

4

Figuur 1: Getijkromme, 24 uur

Minima en maxima op de getijkromme komen respectievelijk overeen met laagwater (LW) en

hoogwater (HW) en worden gedefinieerd als laagste en hoogste stand van het peil van de zee.

De fase waarin het waterniveau daalt van hoogwater naar laagwater wordt daling genoemd, en

de overgang van laagwater naar hoogwater heet stijging. Het hoogteverschil tussen hoogwater

en laagwater heet tijverschil of verval (Fremout, 2002).

Hierboven werd het getij bestudeerd op een tijdsschaal van uren. Indien de getijkromme

wordt voorgesteld over de periode van één maansmaand komen andere kenmerken van het

getij duidelijk in beeld (Figuur 2). Een maansmaand, ook wel synodische maand of lunatie

genoemd, komt overeen met 29,530588 zonsdagen (Fremout, 2002).

Figuur 2: Getijkromme, 1 maansmaand

Bron: N.N., 2011

Page 12: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

5

Over de periode van één lunatie is er een duidelijke variatie in tijverschil waarneembaar. Het

getij met een minimum of maximum tijverschil heet respectievelijk doodtij of springtij. Volle

en nieuwe maan worden gevolgd door springtij, het eerste en laatste kwartier van de maan

door doodtij. Het tijdsinterval tussen het voorkomen van een bepaalde fase van de maan en

het overeenkomstige extremum heet ouderdom van het getij (Fremout, 2002). Langs de

Belgische kust is de ouderdom van het getij zowel voor springtij als voor doodtij twee dagen

(Taverniers & Mostaert, 2009).

Vloed en eb komen niet volledig overeen met respectievelijk stijging en daling. Met vloed en

eb wordt het horizontale getij bedoeld terwijl men met stijging en daling het verticale getij

bedoeld . Vloed is daarbij de tijstroming van zee naar land en eb de stroom van land naar zee.

Bij hoogwater stopt de stijging van het waterniveau, maar is er nog over een bepaalde periode

vloed waarbij het water vanuit zee naar land stroomt. Voor eb geldt het omgekeerde principe.

De overgang tussen eb en vloed wordt kentering genoemd en treedt op iets na hoog- en

laagwater (Taverniers & Mostaert, 2009).

Er bestaan vier getijtypen: een enkeldaags getij, een dubbeldaags getij, een dubbeldaags getij

met een dagelijkse ongelijkheid en een gemengd getij (N.N., 2011). Figuur 3 geeft de

verschillende getijtypen weer. Vaak wordt gesteld dat er slechts drie getijtypen zijn, waarbij

het dubbeldaags getij met een dagelijkse ongelijkheid als onderdeel van het dubbeldaags getij

staat beschreven.

Page 13: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

6

Figuur 3: De vier getijtypen over een periode van een halve maansmaand

Bron: N.N., 2011

Bij een enkeldaags getij (marée diurne op Figuur 3) komt er één maal per synodische dag

hoogwater en laagwater voor, waarbij het tijverschil varieert met de declinatie van de

hemellichamen. Een dubbeldaags getij (marée semi diurne op Figuur 3) wordt gekenmerkt

door twee maal hoogwater en laagwater per dag, waarbij beide hoogwaterstanden min of meer

even hoog en beide laagwaterstanden min of meer even laag komen. In de Noordzee is een

dubbeldaags getij van toepassing. Het dubbeldaags getij met een dagelijkse ongelijkheid

(marée à inégalité diurne op Figuur 3) is een dubbeldaags getij waarbij twee, ongeveer

gelijke, kleine tijverschillen worden afgewisseld met twee, ongeveer gelijke, grote

tijverschillen. Dit komt voor bij een variërende declinatiehoek van de maan en het verschil

tussen klein en groot tijverschil is het grootst als de declinatie maximaal is. Bij een gemengd

getij (marée mixte op Figuur 3) komt gedurende één lunatie een periode voor van een

enkeldaags getij en een periode van een dubbeldaags getij (N.N., 2011).

Hoewel het de gecombineerde krachten van zon, maan en aarde zijn die de getijgolf in

beweging zetten, zijn de grootte en de vorm van het waterbekken mee bepalend voor de

Page 14: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

7

karakteristieken van het getij. Ook de vorm van de kuststrook en het type zeebodem hebben

een invloed op het getij (International Hydrographic Organization, 2005).

Het getij wordt gedefinieerd als periodiek maar er bestaat geen periode waarna de variatie in

hoogte zich identiek herhaalt. Er bestaat wel een periode van 223 maanden ofwel 18 jaar en

10 of 11 dagen (de Saros-cyclus) waarna het getij zich ongeveer herhaalt. Na elke Saros-

cyclus nemen zon, maan en aarde ongeveer dezelfde posities ten opzichte van elkaar aan.

Hieruit wordt afgeleid dat ook de genererende kracht voor het getij ongeveer dezelfde sterkte

aanneemt. Na verschillende Saros-periodes wijkt de getijcyclus steeds meer af waardoor ook

de Saros-cyclus niet als vaste periode kan worden gebruikt (N.N., 2011). Er wordt ook

gebruik gemaakt van de periode van 18,6 jaar. 18,6 jaar wordt beschouwd als de langste

meetbare periode van de beweging van het getij. Deze komt overeen met de regressie van de

klimmende knoop van de maan (zoals geciteerd in DeLoach, 1996, p. 4).

Het getij wordt steeds weergegeven ten opzichte van een referentievlak. “Referentie- en/of

reductievlakken zijn hoogtepeilen, die bij conventie of afspraak worden vastgelegd en die

bijvoorbeeld kunnen dienen voor het weergeven van een getijhoogte, een kaartdiepte of de

kruin van een duin” (Van Cauwenberghe, 1992b). In kustgebieden kan als referentievlak een

welbepaald gemiddelde getijstand, berekend over een langere periode, gehanteerd worden. De

keuze van een zo genaamd hydrografisch reductievlak is niet zonder voorwaarden. Het

Internationaal Hydrografisch Bureau van Monaco stelde in 1926 een definitie op: “Het

reductievlak der peilingen zal zo gekozen worden, dat slechts zelden de zee er onder zal

vallen” (Fremout, 2002).

1.1.1.3 België

De Belgische zeekaarten maken gebruik van het GLLWS (gemiddeld laaglaagwaterspring) als

reductievlak of H-vlak, gebaseerd op langdurige tijwaarnemingen. Het GLLWS voldoet aan

de hoger vermelde definitie. Het verloop van het GLLWS langs de Belgische kust is stijgend

naar het noordoosten doordat de getijamplituden afnemen in noordoostelijke richting (Van

Cauwenberghe, 1992b). Het GLLWS referentieniveau ligt over de gehele Belgische kust

onder het TAW referentievlak. “De Tweede Algemene Waterpassing (TAW) is het

vergelijkingsvlak van het Nationaal Geografisch Instituut, ontstaan uit de waterpassing van

1946 – 1948 en fungeert als referentie van de nationale waterpassing in België” (Van

Cauwenberghe, 1992b).

Page 15: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

8

Om de navigatie bij het overschrijden van landsgrenzen te vergemakkelijken werd op

internationaal niveau een nieuw algemeen referentievlak ingevoerd: het LAT. LAT staat voor

Lowest Astronomical Tide en wordt door het Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap

gedefinieerd als: “De laagst mogelijke waterstand die door elke combinatie van astronomische

oorzaken kan voorspeld worden op een gegeven locatie en bij gemiddelde meteorologische

omstandigheden” (Fremout, 2002). Het is dus het laagst voorspelde laagwater dat gedurende

een periode van 18,6 jaar wordt berekend. LAT wordt geleidelijk ingevoerd als nieuw

reductievlak. Momenteel kunnen getijtafels voor de Belgische kust worden geraadpleegd

zowel ten opzichte van het TAW als het LAT referentievlak. In beide gevallen wordt er een

nauwkeurig overzicht gegeven van de verschillen tussen GLLWS, TAW en LAT.

Figuur 4 geeft het verschil weer tussen de reductievlakken GLLWS en LAT. Het reductievlak

LAT ligt duidelijk lager dan het reductievlak GLLWS waardoor bij de overgang van GLLWS

naar LAT de kaartdiepten kleiner worden en het getij groter. De onderlinge relaties tussen de

verschillende referentievlakken GLLWS, LAT, TAW en andere worden weergegeven in

Bijlage 1. Daarop is te zien dat te Zeebrugge de reductievlakken GLLWS en LAT

respectievelijk 0,188 m en 0,331 m onder het TAW liggen.

Figuur 4: Verschil GLLWS en LAT

Bron: MDK - Afdeling Kust - Vlaamse Hydrografie

Het getij wordt langs de Belgische kust waargenomen op verschillende locaties. De

belangrijkste locaties zijn Nieuwpoort, Oostende en Zeebrugge. Getij-observaties gebeuren er

Page 16: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

9

aan de hand van een getijmeter of maregraaf. Dit is een instrument dat op een continue manier

de getijhoogten registreert in functie van de tijd (Fremout, 2002). Verder zijn er op het

Belgisch Continentaal Plat in totaal zes meetpunten die het getij registreren aan de hand van

een radar (Radac -WafeGuide Server) gemonteerd op een meetpaal. Deze meetpunten worden

beheerd door het Meetnet Vlaamse Banken (http://www.meetnetvlaamsebanken.be/).

Het getij wordt door de wind beïnvloed. Concreet betekent dit voor het Belgisch Continentaal

Plat dat het waterniveau door een noorden- en westenwind wordt verhoogd en door een

oostenwind wordt verlaagd (Afdeling Kust – Vlaamse Hydrografie, 2011a).

1.1.2 Getijreductiemethoden

Er bestaan verschillende reductiemethoden maar enkel de meest relevante, namelijk de M2

methode, wordt hieronder besproken. Voorafgaand wordt een bespreking gegeven over de

harmonische analyse die eerder in paragraaf 1.1.1.1 al aan bod kwam. Vervolgens wordt een

uiteenzetting gegeven over een GPS getijmeetboei.

1.1.2.1 Harmonische analyse

De ontwikkeling van Darwin in 1883 was het startpunt voor de harmonische analyse van het

getij dat nog steeds gebruikt wordt. In deze analyse wordt het getij ontleed in harmonische

componenten. Er bestaan meer dan 70 componenten die worden gecombineerd bij de vorming

van het getij. Elke component is gebaseerd op de beweging van de aarde, de maan, de zon of

een combinatie van deze. De harmonische analyse is het mathematisch proces waarbij één

component per keer over een langere observatieperiode wordt bekeken. Elke component is

een cosinusfunctie en wordt voorgesteld door één of meerdere letters met meestal een

subscript. Zo zijn M2 en S2 de grootste componenten van respectievelijk de maan en de zon.

Het subscript 2 wijst erop dat er twee volledige getijcyclussen zijn in één dag. Het gaat met

andere woorden over een dubbeldaags getij (International Hydrographic Organazation, 2005).

Uit de harmonische analyse kan voor elke component een amplitude en faseverschuiving

worden afgeleid. Deze twee waarden worden de harmonische constanten genoemd en zijn

uniek voor elke locatie. Om getijvoorspellingen uit te voeren moeten de harmonische

constanten gekend zijn van alle componenten op de locatie waarvoor de voorspelling wordt

uitgevoerd (N.N., 2011).

Page 17: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

10

De harmonische formule die wordt gebruikt voor het voorspellen van het getij, maakt gebruik

van de harmonische analyse van observaties en wordt als volgt weergegeven (N.N., 2011):

waarin:

= hoogte van het getij op tijdstip t

en = nodale correcties van respectievelijk de amplitude en fase van de

harmonische component i

= amplitude van component i

= astronomisch argument

= hoeksnelheid van component i (constant)

= faseverschuiving van component i

De term wordt uitgedrukt in functie van zes onafhankelijke parameters van Brown. Het

getij wordt daarbij bepaald door de relatieve beweging van de aarde, de zon en de maan (vijf

parameters) en door de rotatie van de aarde rond zijn as (zesde parameter). De formules voor

elk van deze parameters zijn gebaseerd op de theorie van Brown (zoals geciteerd in Van

Cauwenberghe, 1992a) en worden weergegeven in Tabel 1. T wordt uitgedrukt in Juliaanse

eeuwen (36 525 gemiddelde zonnedagen, 100 jaar) tellende vanaf 1 januari 2000 om 0h UT.

Page 18: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

11

Tabel 1: Parameters van Brown

Parameter Formule in functie van de tijd Periode

Locale gemiddelde maantijd

of de uurhoek van de

gemiddelde maan + 180°

(t in locale UT)

1,035050

dagen

Gemiddelde longitude van de

maan

s 27,321528

dagen

Gemiddelde longitude van de

zon

h 365,242199

dagen

Gemiddelde longitude van het

perigeum van de maan

p 8,847309

jaar

Omgekeerde van de

gemiddelde longitude van de

klimmende knoop van de

maan

N’ 18,612904

jaar

Gemiddelde longitude van het

perigeum van de zon

P1 209,4021

eeuwen

Bron: N.N., 2011

Nu is het mogelijk om de formule voor de term op te stellen:

waarin de coëfficiënten , , , , , , een afleiding zijn van de Doodson

nummers ( ). Deze coëfficiënten tot en met zijn steeds een geheel getal tussen -5 en

+6. Deze worden vermeerderd met vijf om negatieve waarden te vermijden. De coëfficiënt

geeft aan of het argument een sinus of cosinus is waarvan de coëfficiënt positief of negatief

kan zijn.

- positieve coëfficiënt van een sinus

- positieve coëfficiënt van een cosinus

- negatieve coëfficiënt van een sinus

- negatieve coëfficiënt van een cosinus

Page 19: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

12

Voorbeeld:

, , , , , ,

, , , , , ,

Voor elke harmonische component is het Doodson nummer gekend. Van daaruit kan het

astronomisch argument worden berekend en vervolgens de evolutie van het locale

waterniveau in functie van de tijd.

1.1.2.2 M2 reductie methode

Gedurende de jaren ’80 werd de M2 reductie methode ontwikkeld om het waterniveau op een

willekeurige plaats in zee te bepalen op basis van het waterniveau op een referentielocatie

(Nieuwpoort, Oostende en Zeebrugge). Daarbij worden drie factoren gebruikt om dit te

realiseren. De eerste factor is het verschil in de gemiddelde waterstand. De tweede en derde

factor zijn respectievelijk de amplitude en de fase factor van de harmonische M2 component

(Van Cauwenberghe et al., 1993). De M2 component (het tweemaal daagse maangetij) is de

belangrijkste component voor het beschouwde studiegebied, namelijk het Belgisch

Continentaal Plat. De amplitude en fase van de M2 component worden afgeleid uit observaties

van minstens één maand met bij voorkeur kalme weersomstandigheden.

De volgende mathematische uiteenzetting van de M2 reductie methode komt uit Van

Cauwenberghe et al. (1993).

Page 20: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

13

Waarin,

= berekende waarde van het zeeniveau op een willekeurige locatie op zee op tijdstip t

(m)

= verschil in de gemiddelde waterstand

= amplitude factor

= fase factor

= gemeten waarde van het zeeniveau op een referentielocatie op tijdstip t-F2 (m)

De termen en kunnen worden weergegeven als:

en

waarbij,

A = amplitude van de M2 component op de locatie op zee (cm)

B = amplitude van de M2 component op de referentielocatie (cm)

FM = fase van de M2 component op de locatie op zee (min)

FR = fase van de M2 component op de referentielocatie (min)

De M2 component varieert na verloop van tijd als gevolg van de verandering van de hoek

tussen de maanbaan en de evenaar. Daarom is het nodig om de M2 component te normaliseren

naar een basis jaar. Deze normalisatie komt eveneens uit Van Cauwenberghe et al. (1993) en

wordt voor de M2 amplitude weergegeven als:

waarbij,

A = M2 amplitude (norm) voor de locatie op zee

B = M2 amplitude (norm) voor de referentie locatie

a = M2 amplitude (meetperiode) voor de locatie op zee

b = M2 amplitude (meetperiode) voor de referentie locatie

Het M2 faseverschil tussen het basisjaar en de meetperiode op de referentielocatie wordt

toegevoegd aan de M2 fase voor de meetperiode op de locatie op zee.

Page 21: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

14

1.1.3 GPS getijmeetboei

Het Global Positioning System (GPS) is een positioneringsysteem waarbij gebruik wordt

gemaakt van satellieten en een GPS-ontvanger om de driedimensionale positie van een locatie

op aarde te bepalen. Dit systeem werd ontwikkeld door het DMA (Defence Mapping Agency)

van het Department of Defense (DoD) van de Verenigde Staten en is voor iedereen vrij

beschikbaar over de gehele wereld. De GPS-satellieten zenden radiosignalen uit die door een

ontvanger op aarde gedecodeerd worden. Zo een signaal bevat de nodige informatie, onder

meer de positie van de satelliet en het tijdstip van verzenden, om de afstand tussen de satelliet

en de GPS-ontvanger te kunnen bepalen. Deze afstand wordt berekend aan de hand van de tijd

die het signaal nodig heeft om vanuit de satelliet de ontvanger te bereiken. Er zijn wiskundig

gezien minstens vier satellieten nodig voor de berekening van de driedimensionale positie van

de ontvanger. Alle locaties die op de berekende afstand van de satelliet liggen kunnen

gelokaliseerd worden op een bol met de satelliet als middelpunt. Indien de afstanden van één

locatie tot drie satellieten gekend zijn dan worden drie sferen bekomen waarvan de doorsnede

twee punten oplevert. Één van beide kan worden verworpen omdat ze zich te ver boven het

aardoppervlak bevindt. Het andere punt levert de gezochte locatie op aarde. In de praktijk

moeten echter steeds vier afstanden bepaald worden om te corrigeren voor de systematische

klokfout die elke tijdsintervalberekening bevat. Deze klokfout is te wijten aan het feit dat de

klok van de ontvanger niet gesynchroniseerd is met de atoomklokken van de satellieten (De

Wulf, 2012).

In dit onderzoek wordt gebruik gemaakt van het StarFire™ netwerk. Dit netwerk, ontwikkeld

door NavCom Technology Inc., maakt gebruik van een netwerk van meer dan 40

referentiestations voor de berekening van de satellietbanen en klokcorrecties. Deze correcties

worden in realtime en wereldwijd door geostationaire satellieten uitgezonden naar de GPS-

ontvangers die ze op hun beurt verwerken. De horizontale en verticale nauwkeurigheden

bedragen respectievelijk 5 cm en 10 cm (http://www.navcomtech.com/, 2 mei 2013a;

http://www.navcomtech.com/, 2 mei 2013b).

Het waterniveau kan bepaald worden uit GPS-observaties gemaakt vanop een drijvende boei.

Er wordt hieronder verwezen naar reeds verwezenlijkt onderzoek waarin data van een GPS

getijmeetboei wordt vergeleken met klassieke data van getijstations.

Page 22: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

15

De boei moet worden uitgerust met een GPS-antenne, een Inertial Motion Unit (IMU) die de

bewegingen van de boei registreert en een stroombron. In eerder onderzoek werd gebruik

gemaakt van een batterij als stroombron. Voor langere observatieperiodes moet echter een

zorgvuldige evaluatie van de stroom worden uitgevoerd en kan men eventueel gebruik maken

van zonne-energie (Moore et al., 2000). In het onderzoek van Moore et al. (2000) werd een

datalink gebruikt naar het dichtstbijzijnde referentiestation om met de ontvanger te kunnen

communiceren.

Uit onderzoek, uitgevoerd in de Bay of Fundy (DeLoach, 1996), blijkt dat de nauwkeurigheid

van de verworven data afhangt van verschillende factoren zoals de lengte van de

meetperiodes, de installatie en nauwkeurigheden van de apparatuur en meteorologische

effecten. Veranderingen in atmosferische druk en wind kunnen zorgen voor getijvariaties van

tientallen centimeters. Bijkomende moeilijkheden voor data verworven met GPS methoden,

zijn de invloeden van multipath en de atmosfeer. Indien het GPS signaal via een omweg de

ontvanger bereikt (multipath), door de weerkaatsing op een object, zorgt dit voor fouten. Het

signaal plant zich voort door de verschillende lagen van de atmosfeer die elk hun eigen

karakteristieken hebben. Dit heeft een invloed op de snelheid waarmee het signaal er zich kan

voortplanten en moet worden in rekening gebracht. Ook de afstand tussen het referentiestation

en de getijmeetboei heeft een invloed op de resultaten. De afstand mag niet te groot worden

om een te grote degradatie van de metingen te voorkomen.

Bij het gebruik van GPS voor het bepalen van het getij moet er rekening gehouden worden

met het verschil tussen de verticale referentie van de GPS (WGS84 ellipsoïde) en het lokale

referentieniveau gebruikt voor het getij of kaarten zoals TAW, LAT of GLLWS. Het verschil

tussen beide reductievlakken is niet constant voor grote gebieden en het modelleren hiervan is

dus noodzakelijk. Hiervoor kan verwezen worden naar de correctiemodellen die werden

opgesteld tussen verschillende verticale referentievlakken ten behoeve van hydrografische

dieptemetingen (Belgian Science Policy, 2010).

Page 23: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

16

2. STUDIEGEBIED, DATA EN METHODEN

2.1 Studiegebied en data

De toepassing van dit onderzoek strekt zich uit over de wateren van het Belgisch Continentaal

Plat. De dataverzameling vond echter plaats rond de zandbank Bol van Heist op ongeveer 6

km ten noorden van de haven van Zeebrugge (nummer 3 op Figuur 5). De exacte locaties van

de meettoestellen variëren, afhankelijk van de toepassing. De meetcampagne vond plaats van

15 juni 2012 – 6u37 tot en met 28 juli 2012 – 23u59. Alle data werden voorzien door de

Vlaamse Hydrografie, Agentschap Maritieme Dienstverlening en Kust – Afdeling Kust.

Figuur 5: Aanduiding van de meetlocaties van het Meetnet Vlaamse Banken

(MNVB) van de Vlaamse Hydrografie, met nummer 3: Bol van Heist en Z:

Zeebrugge

Bron: naar Belgian Science Policy, 2010

N

Page 24: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

17

2.1.1 Getij volgens GPS

Het getij volgens de GPS werd gemeten met een boei van het merk TriaxisTM

, welke werd

ontworpen en geproduceerd door AXYS Technologies Inc. De boei wordt gebruikt om het

niveau van het wateroppervlak te meten en werkt volledig autonoom. De boei bepaalt zijn

positie met een NavCom SF-3050 GNSS ontvanger via het StarFire™ netwerk.

De gegevens worden inwendig verwerkt, opgeslagen en doorgestuurd naar wal via een

Iridium satellietcommunicatieverbinding. Er wordt gebruik gemaakt van batterijen voorzien

van zonne-energie als stroombron. De boei is verbonden met een anker van 300 kg. Deze

verbinding bestaat uit een rubber koord (10 m), een synthetisch touw (max 27 m) en een

ketting uit roestvrij staal (10 m). Tussen het synthetisch touw en de ketting hangt een

onderwater boei die het zware gewicht van de ketting helpt dragen. Op die manier daalt het

gewicht dat rechtstreeks aan de boei verbonden is. De verbinding kan gebruikt worden bij een

diepte van 7 tot maximum 22 m (Axys Technologies Inc., 2006).

De boei heeft een diameter van 90 cm en het omhulsel bestaat uit roestvrij staal. De koepel,

zichtbaar op Figuur 6, is gemaakt van een harde kunststof (polycarbonaat) en biedt

bescherming voor de zonnepanelen, Iridium antenne en NavCom GPS antenne.

De GPS voorziet hoogtewaarden ten opzichte van de WGS84-ellipsoïde. Tijdens het

onderzoek werd gebruik gemaakt van de reeds omgezette GPS-data ten opzichte van het

TAW referentieoppervlak. De producent geeft aan dat de boei werkt met een nauwkeurigheid

van +/- 10 cm in de z-richting (Axys Technologies Inc, 2007). De locatie van de boei is 51°

23' 31"N, 3° 11' 51"E.

Page 25: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

18

Figuur 6: GPS boei met koepel

Bron: Axys Technologies Inc, 2007

2.1.2 Radardata en parameters

De GPS-data worden vergeleken met de radardata die worden gemeten op de meetpaal

MOW3 van het Meetnet Vlaamse Banken (MNVB). Tijdens dit onderzoek worden er negen

parameters gebruikt. Een samenvatting van alle gegevens kan teruggevonden worden in Tabel

2 samen met de meetapparatuur, de meeteenheid, de locatie van dataverwerving en eventuele

opmerkingen.

Page 26: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

19

Tabel 2: Overzicht gegevens

Gegevens Meetapparaat Eenheid Locatie Opmerkingen

Radar Radac -WafeGuide

Server cm

51° 23' 22" N

3° 11' 53" E Meetpaal MOW3

Luchtdruk Luchtdruk sensor Setra -

270 Millibar

51° 23' 22" N

3° 11' 53" E Meetpaal MOW3

Temperatuur

zeewater

Datawell – Directional

Waferider °C

51° 23' 30"N

3° 11' 59"E

Golfmeetboei nabij meetpaal

MOW3

Stroming

Recording Doppler

Current Profiler

RDCP600

m/s / Nabij meetpaal MOW3 op

de bodem van de zee

Wind-

richting Obsermet – OMC170 °

51° 21' 06" N

3° 10' 09" E

Zeebrugge

daminstrumentatie

Westelijke strekdam van

Zeebrugge

Wind-

snelheid Obsermet – OMC170 m/s

51° 21' 06" N

3° 10' 09" E

Zeebrugge

daminstrumentatie

Westelijke strekdam van

Zeebrugge

Lucht-

temperatuur

Conductiviteit/

temperatuursensor

Yound – PT100

°C 51° 23' 22" N

3° 11' 53" E

Meetpaal MOW3 Gevestigd

op een slede aan de paal

Golfhoogte Datawell – Directional

Waferider cm

51° 23' 30"N

3° 11' 59"E

Golfmeetboei nabij meetpaal

MOW3

Golfrichting Datawell – Directional

Waferider °

51° 23' 30"N

3° 11' 59"E

Golfmeetboei nabij meetpaal

MOW3

Voltage GPS boei - TriaxisTM

V 51°23' 31"N

3° 11' 51"E

Deze spanning wordt

voorzien door zonnepanelen

op de GPS meetboei.

Bron: http://www.meetnetvlaamsebanken.be/ (eigen verwerking)

Page 27: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

20

2.2 Methoden

2.2.1 Algemeen

“A time series is a collection of observations made sequentially in time” (Chatfield, 1980).

Met deze definitie is het duidelijk dat het getij en de verschillende gebruikte parameters

kunnen beschouwd worden als tijdreeksen. In tijdreeksanalyse worden variabelen die met een

specifiek tijdsinterval worden waargenomen discrete variabelen genoemd. Dit geldt ook

wanneer de gemeten variabele een continue variabele is in de tijd (Chatfield, 1980).

De eerste geregistreerde GPS-waarde met de meetboei werd gemeten op 15 juni 2012 om

6u37. Vanaf dat moment tot ongeveer 9u tonen de waarden een grote ambiguïteit

vermoedelijk door de initialisatie van het systeem. Deze waarden worden buiten beschouwing

gelaten tijdens de analyse. De geanalyseerde dataset omvat de periode van 15 juni 2012 –

9u10 tot 28 juli 2012 – 23u50.

De dataverwerking, visualisatie en analyse gebeuren met behulp van de softwarepaketten

Microsoft Office Excel en met het statistische programma SPSS Statistics 19.

2.2.2 Beschrijvende analyse

2.2.2.1 GPS en radardata

De getijdata die geregistreerd werden door een radar worden geleverd met een minimum

tijdsinterval van 10 minuten. Daarom gebeurt de eerste analyse van de GPS en de radardata

met dat interval. De data van 15 juni 2012 – 9u10 tot 28 juli 2012 – 23u50 resulteren in een

periode van 43 dagen en 14 uur en 40 minuten. De radardata worden verondersteld juist te

zijn en worden daarom steeds als referentie gebruikt.

Uitschieters worden berekend aan de hand van anderhalf keer de interkwartielafstand (IKA)

(McClave J. T., 2000). Deze interkwartielafstand is het verschil van het derde en het eerste

kwartiel (Formule 1). Het eerste en derde kwartiel komen overeen met respectievelijk de

getalwaarde van de laagste en hoogste 25% van de waarden. Uitschieters zijn waarden die

kleiner zijn dan de minimumwaarde of groter zijn dan maximumwaarde, waarbij de minimum

en maximumwaarden worden berekend zoals in Formule 2 en Formule 3.

Page 28: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

21

Formule 1

Formule 2

Formule 3

De eerste analyse gebeurt aan de hand van de getijkromme en een scatterplot. In een

scatterplot kunnen twee variabelen ten opzichte van elkaar worden uitgezet zonder rekening te

houden met het tijdsaspect. Op die manier kunnen visueel verbanden of relaties worden

vastgesteld of vermoedens worden bevestigd.

2.2.2.2 Ruis

Het uiteindelijke doel van dit onderzoek is het zoeken naar de oorzaak van het verschil tussen

het getij gemeten door de GPS meetboei en door de radar. Dit verschil wordt ruis genoemd.

Eerst wordt een overzicht gegeven van de centraliteitsmaten gemiddelde en mediaan. Beide

worden berekend voor zowel de reële waarden als de absolute waarden van de ruis. Het

gemiddelde van de absolute waarden wordt ook Mean Absolute Error (MAE) genoemd (Tack

et al, 2012). In verdere analyse wordt enkel gewerkt met de absolute waarde van de ruis

omdat niet de richting maar wel de grootte van de afwijking belangrijk is. De eerste analyse

van het verschil tussen de GPS en radardata gebeurt met een tijdsinterval van 10 minuten.

Daarvan worden de uitschieters bepaald zoals hierboven beschreven (2.2.2.1) om de grootste

afwijkingen te analyseren.

Tussen hoogwater en laagwater is er steeds een tijdspanne van ongeveer 6 uur. Van daaruit

vertrekkende zijn de uitschieters in de buurt van het hoogwater deze die voorkomen na 3 uur

van het voorafgaande laagwater tot 3 uur na het hoogwater. Voor de uitschieters in de buurt

van laagwater, geldt dan het omgekeerde. Op die manier wordt het procentuele aandeel van de

uitschieters die voorkomen bij hoogwater en laagwater berekend. Er wordt eveneens

nagegaan of er een verband bestaat tussen stijging en daling van het getij op het aantal

uitschieters. Er wordt een scatterplot gemaakt die meer duidelijkheid brengt in de structuur

van de data.

2.2.2.3 Parameters

De parameters die in deze fase van het onderzoek worden gebruikt zijn de beschikbare

parameters die een mogelijk verband kunnen tonen met het getij volgens de GPS en/of ruis.

Deze worden weergegeven in Tabel 2.

Page 29: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

22

De tijdsintervallen tussen twee metingen zijn niet bij alle gegevens dezelfde. Zo zijn de

meeste parameters per 10 minuten beschikbaar terwijl de parameters golfhoogte en

golfrichting slechts met een tijdsinterval van 30 minuten werden geregistreerd. Om de

gegevens naast elkaar te kunnen analyseren wordt er gekozen om alle parameters te reduceren

naar een interval van 30 minuten. In de datasets met een tijdsinterval kleiner dan 30 minuten

worden de waarden op het uur en half uur geselecteerd met behulp van een filter in Excel. Dit

geldt ook voor de GPS, radar en ruis data.

Per parameter worden de uitschieters bepaald en nauwkeurig geanalyseerd. De berekeningen

gebeuren telkens met de hierboven vermelde methode. Vervolgens worden er aan de hand van

scatterplots visueel verbanden gezocht tussen de parameters, het getij en de ruis.

2.2.3 Statistische analyse

2.2.3.1 Correlatieanalyse

Aan de hand van statistische analyse wordt er onderzocht of er een verklaarbaar verband

bestaat tussen de variabele ruis en de verschillende parameters. “In correlatie-onderzoek

wordt de sterkte van het verband tussen twee variabelen gemeten” (De Pelsmacker & Van

Kenhove, 2002). Er zijn twee veel gebruikte correlatiecoëfficiënten: de Pearson en de

Spearmans rangcorrelatiecoëfficiënt. Hoewel alle variabelen interval- of ratiogeschaald zijn,

wordt er toch gebruik gemaakt van de Spearmans rangcorrelatiecoëfficiënt. De reden hiervoor

is dat de Pearson correlatiecoëfficiënt veronderstelt dat het verband lineair is, en in dit

onderzoek wordt deze veronderstelling niet gemaakt. De Spearmans rangcorrelatiecoëfficiënt,

ook wel de Spearmans Rho genoemd, berekent niet de afwijking van het gemiddelde, maar

wordt berekend aan de hand van de rangnummers van de data als deze gerangschikt staan van

de laagste naar de hoogste waarde. De formule voor deze coëfficiënt wordt hieronder

weergegeven. De coëfficiënt heeft steeds een waarde tussen -1 en +1 waarbij deze

respectievelijk overeenkomt met een perfecte negatieve en positieve correlatie. Hoe dichter de

waarden bij nul liggen, hoe kleiner het verband, hoe dichter de waarden bij -1 en +1 hoe

sterker het verband.

Page 30: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

23

Formule 4

waarin:

D = het verschil in rangnummers van een paar observaties van de onderzochte variabelen

n = aantal waargenomen paren

Bron: McClave J. T., 2000

2.2.3.2 Determinatie van de multivariate analysemethode

Omdat er verschillende variabelen tegelijkertijd worden geanalyseerd, wordt er gebruik

gemaakt van een multivariate analysemethode. Binnen deze tak van de statistiek bestaan

verschillende technieken en daarom wordt gebruik gemaakt van een beslissingsboom om te

bepalen welke methode in deze situatie het meest geschikt is. Deze beslissingsboom,

weergegeven in Figuur 7, maakt gebruik van verschillende criteria. Het eerste criterium gaat

na of er een afhankelijke variabele is. Het is dus nodig om binnen de set van variabelen een

onderscheid te maken tussen de afhankelijke en onafhankelijke variabelen. De factoren die

moeten worden verklaard zijn de afhankelijke variabelen (De Pelsmacker & Van Kenhove,

2002). Daartegenover staan de onafhankelijke variabelen die worden gebruikt om de

veranderingen in de afhankelijke variabelen te verklaren. In dit onderzoek is de ruis de

afhankelijke variabele die verklaard dient te worden aan de hand van de onafhankelijke

variabelen, namelijk de parameters. Een andere term voor de methodes die worden gebruikt

wanneer bovenstaande indeling van de variabelen kan worden gemaakt, is confirmatieve data-

analyse of interpendentie-technieken (De Pelsmacker & Van Kenhove, 2002). Het tweede

criterium gaat na of er één of meer afhankelijke variabelen zijn. In deze situatie is het

duidelijk dat er slecht één aanwezig is, namelijk de ruis. Het laatste en derde criterium

onderzoekt het meetniveau van zowel de afhankelijke als de onafhankelijke variabelen.

Nominaal geschaalde variabelen zijn kwalitatief waarbij de rangorde van belang is en dit is

hier niet het geval. Alle variabelen zijn ratio - of intervalgeschaald omdat deze allemaal wel

of geen vast nulpunt hebben. Na het volgen van deze criteria in de beslissingsboom kan

worden aangenomen dat een regressieanalyse of een confirmatieve factoranalyse de

technieken zijn die in dit onderzoek theoretisch gezien kunnen gehanteerd worden.

Factoranalyse wordt niet gebruikt omdat deze techniek het aantal onafhankelijke variabelen

reduceert door deze samen te voegen in factoren. Het samenvoegen van de gebruikte

parameters zou immers resulteren in niet tot moeilijk interpreteerbare factoren. Op die manier

Page 31: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

24

kan besloten worden dat de beste techniek hier de regressieanalyse is. “Regressieanalyse is

een multivariate dependentietechniek aan de hand waarvan het effect van één of meer

interval- of ratiogeschaalde (continue) variabelen op één afhankelijke interval- of

ratiogeschaalde (continue) variabele kan worden nagegaan” (De Pelsmacker & Van Kenhove,

2002). Om dat verband te kunnen beschrijven wordt een mathematische functie opgesteld.

Figuur 7: Beslissingsboom voor een multivariabele analysetechniek

Bron: De Pelsmacker & Van Kenhove, 2002

2.2.3.3 Voorwaarden lineaire regressieanalyse

Er moet aan een aantal randvoorwaarden voldaan zijn voordat een multivariate

regressieanalyse kan worden uitgevoerd. De resultaten zijn minder betrouwbaar indien deze

voorwaarden niet zijn voldaan. De belangrijkste voorwaarden zijn:

Page 32: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

25

- Causaliteit

- Lineariteit

- Normaliteit

- Multicollineariteit

- Homoscedasticiteit

- Autocorrelatie

- Voldoende aantal waarnemingen

- Ontbreken van uitschieters

Causaliteit houdt in dat de verklarende variabelen (de parameters) de variatie van de te

verklaren variabele (de ruis) aangeven en niet omgekeerd. Indien deze eenduidige causaliteit

niet aanwezig is, wordt de interpretatie moeilijk (Derudder et al., 2009). In dit onderzoek is

het duidelijk dat de parameters verondersteld worden de oorzaak te zijn van de ruis, en niet

omgekeerd.

Omdat correlaties enkel het lineaire verband tussen de variabelen representeren zullen niet-

lineaire relaties niet weergegeven worden in de berekende correlaties. Op die manier is er een

onderschatting van de sterkte van de relaties (Hair et al., 1998). Daarom is het noodzakelijk

zowel afhankelijke als onafhankelijke variabelen te testen op hun lineariteit. Een veel

gebruikte techniek hiervoor is het bestuderen van scatterplots waarbij de gestandaardiseerde

residuen worden geplot in functie van de voorspelde waarden van de afhankelijke variabele.

De residuen van een regressieanalyse worden verondersteld willekeurig verdeeld te zijn rond

het nulpunt want deze zijn het niet verklaarde deel van de afhankelijke variabele (De

Pelsmacker & Van Kenhove, 2002; Hair et al., 1998).

Alle variabelen moeten normaal verdeeld zijn. Deze voorwaarde wordt op verschillende

manieren getest. Visueel kan dit gebeuren aan de hand van de histogrammen van de

variabelen waarop de normaalverdeling wordt geplot en de QQ-plotten. De vormmaten

kurtosis en scheefheid geven een maat voor de gepiektheid en assymetrie van de verdeling.

Beide maten zijn gelijk aan nul bij een normale verdeling. De verdeling wordt smaller en

hoger bij een hogere waarde van de kurtosis. Indien de waarden van de kurtosis en scheefheid

binnen de range [-1,+1] valt kan worden aangenomen dat de variabele bij benadering normaal

verdeeld is (Derudder et al., 2009). Een andere methode is de Kolmogorov-Smirnovtest die

aan de hand van een significantietest nagaat of de data al dan niet normaal verdeeld zijn. De

Page 33: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

26

vermelde methoden moeten cumulatief voldaan zijn om de data als normaal verdeeld te

beschouwen.

Het voorkomen van een hoge correlatie tussen de onafhankelijke variabelen onderling heet

multicollineariteit. Dit heeft als gevolg dat de schatting van de regressiecoëfficiënten minder

betrouwbaar is (De Pelsmacker & Van Kenhove, 2002). Aan de hand van een correlatiematrix

van de verklarende variabelen kan het probleem worden opgespoord. Indien er dan toch een

hoge correlatie wordt gedetecteerd moet één van de betrokken variabelen weggelaten worden.

Bij homoscedasticiteit blijft in de variabelen de variantie gelijk over de gehele range. Indien

dat niet het geval is heet dit heteroscedasticiteit. Net zoals de voorwaarde van lineariteit kan

homoscedasticiteit opgespoord worden aan de hand van een visuele interpretatie van de

residuen. Er wordt een random spreiding rond het nulpunt verwacht.

Indien niet aan voorwaarden van lineariteit, normaliteit en homoscedasticiteit wordt voldaan,

kan dit worden opgelost door de betrokken variabelen te transformeren.

Autocorrelatie is volgens De Pelsmacker & Van Kenhove (2002) een verschijnsel dat zich

alleen voordoet bij het schatten van een regressiemodel aan de hand van tijdreeksgegevens.

Het zijn observaties van één geval op verschillende momenten in de tijd. Indien autocorrelatie

voorkomt kan een transformatie van de regressievergelijking een oplossing zijn.

Autocorrelatie wordt onderzocht aan de hand van de Durbin-Watson teststatistiek in SPSS. De

nulhypothese hierbij stelt dat er geen autocorrelatie aanwezig is en de alternatieve hypothese

stelt dat er een positieve autocorrelatie is op 5% significantieniveau. De waarde valt steeds

binnen de range [0;4] waarbij een schaal kan gehanteerd worden waarop 0 duidt op een

positieve autocorrelatie, 2 op de afwezigheid van autocorrelatie en 4 op een negatieve

correlatie (www.imm.bwl.uni-muenchen.de, 22 april 2013).

De laatste twee voorwaarden kunnen eenvoudig worden getest. Er bestaat een vuistregel die

nagaat of er voldoende aantal waarnemingen zijn: er moeten minstens vijf maal zoveel

waarnemingen zijn als variabelen. Met elf variabelen (ruis + parameters) is een minimum van

55 waarnemingen noodzakelijk en deze voorwaarde is ruimschoots voldaan. Het probleem

van uitschieters werd reeds besproken in het onderdeel van de beschrijvende analyse.

Page 34: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

27

Uitschieters leiden tot grote residuen, die op hun beurt een belangrijke invloed hebben bij de

bepaling van de regressiecoëfficiënten (De Pelsmacker & Van Kenhove, 2002).

Indien alle voorwaarden voldaan zijn kan een multivariate lineaire regressieanalyse worden

uitgevoerd. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de optie ‘forward’ in SPSS. Op die manier

wordt telkens stapsgewijs de variabele aan het model toegevoegd die de meest significante

verklaring voor de afhankelijke variabele oplevert. Dit wordt herhaald totdat er geen enkele

variabele nog een significante bijdrage levert aan het model (Wijnen et al., 2002).

2.2.3.4 Analyse kenmerkende periodes

Nadat de dataset in zijn geheel werd geanalyseerd worden specifieke delen van naderbij

bekeken. Er worden in totaal zes periodes geselecteerd, met een minimum van 24 uur,

waarvan de helft een kleine ruis en de andere helft een grote ruis vertoont. Deze periodes

worden visueel geselecteerd en komen steeds paarsgewijs voor. Op die manier volgt een

periode met grote ruis op een periode met kleinere ruis of omgekeerd. Voor deze periodes

worden telkens de correlaties van de ruis met de verschillende parameters berekend aan de

hand van de hierboven vermelde Spearmans rangcorrelatiecoëfficiënt (Formule 4). Op die

manier kan er worden nagegaan of de verschillende periodes onderling een verband vertonen

met de verschillende parameters.

2.2.3.5 GPS kwaliteitsparameter

Per minuut wordt door de GPS getijmeetboei een kwaliteitsparameter gegenereerd die de

kwaliteit van de hoogtemeting weergeeft. Deze waarde heet Figure of Merit (FOM) en is

dimentieloos. Dit getal kan een waarde aannemen binnen het interval [0;255] waarbij een

hogere waarde overeenkomt met een lagere kwaliteit. Deze kwaliteitsparameter wordt

vergeleken met de dataset van de ruis waarbij het minimuminterval 10 minuten is. Daarom

wordt er telkens een gemiddelde berekend van de tien minuutwaarden.

Er wordt verwacht dat er een positief verband bestaat tussen de GPS kwaliteitsparameter en

de absolute waarde van de ruis. Dit verband wordt berekend aan de hand van de Spearmans

rangcorrelatiecoëfficiënt en gevisualiseerd in een scatterplot. Bij een duidelijk verband

kunnen de GPS-hoogtewaarden met een hoge FOM-waarde uit de dataset worden gefilterd

zodat enkel de GPS waarden met een aanvaardbare afwijking van de radardata worden

behouden.

Page 35: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

28

2.2.4 Analyse van de invloed van de gemiddeldeberekening op het tijdsinterval

Alle voorafgaande analyses werden uitgevoerd met de GPS-data met een minimum

tijdsinterval van tien minuten. Elke GPS waarde per tien minuten is echter een gemiddelde

van de tien aparte minuutwaarden die eraan vooraf gaan. Daarom wordt er nagegaan of deze

gemiddelden beïnvloed worden door enkele extreme waarden, of door een constante

afwijking binnen de beschouwde intervallen.

De beschouwde dataset bevat GPS waarden geregistreerd door de GPS getijmeetboei

gedurende de periode van 15 juni 2012 – 9u01 tot 28 juli 2012 – 23u59. In een eerste analyse

wordt de GPS-dataset met een tijdsinterval van 1 minuut geanalyseerd. De uitschieters

worden berekend en nauwkeurig geanalyseerd. Na het filteren van de uitschieters kunnen

opnieuw de gemiddelden berekend worden per tien minuten. De resulterende dataset wordt

vergeleken met de oorspronkelijk gebruikte dataset.

Page 36: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

29

3. RESULTATEN

3.1.1 Beschrijvende analyse

3.1.1.1 GPS en radardata

Op het Belgisch Continentaal Plat heerst een dubbeldaags getij. Dit resulteert in 85 keer

hoogwater en 84 keer laagwater over een periode van 43 dagen 14 uur en 20 minuten. In de

GPS-dataset met een tijdsinterval van 10 minuten ontbreken er zeventien waarden. Dit zijn

momenten waarop de GPS geen waarde heeft geregistreerd. Elf van deze waarden komen

voor op de laatste dag van de meetperiode (28 juli) en de oorzaak hiervan ligt vermoedelijk

aan een daling van de spanning. In Figuur 8 is het duidelijk zichtbaar dat de gemiddelde

voltage sterk daalt gedurende de meetperiode en een plotse duik neemt op 28 juli. De daling

heeft tot gevolg dat de boei niet voldoende stroom heeft om te kunnen functioneren. Bij de

analyse van de gemiddelde voltage worden er 41 uitschieters gedetecteerd en drie niet-

geregistreerde waarden. Deze komen enkel voor op 28 juli. Indien de voltage onder een

waarde zakt van 10,74 V wordt deze beschouwd als uitschieter. Deze uitschieters zijn geen

meetfouten maar een weergave van de werkelijke stroomvoorziening. De andere zes

ontbrekende waarden in de GPS-dataset komen random voor.

Figuur 8: Verloop van de spanning van de GPS getijmeetboei (Voltage)

In de GPS-dataset worden er 23 uitschieters gedetecteerd. De berekeningen daarvan worden

weegegeven in Tabel 3. Deze worden gevisualiseerd in Figuur 10 en weergegeven in Bijlage

2. Eén voor één worden de uitschieters visueel geanalyseerd aan de hand van de grafieken in

Bijlage 3. De uitschieters tonen grote afwijkingen met de omliggende data en hebben

onrealistische waarden. Daaruit kan besloten worden dat deze waarden meetfouten zijn en uit

8,00

9,00

10,00

11,00

12,00

13,00

14,00

15/06/2012 25/06/2012 5/07/2012 15/07/2012 25/07/2012

Vo

ltag

e (V

)

Gemiddelde voltage

Page 37: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

30

de dataset mogen worden verwijderd. Opvallend hierbij is dat de uitschieters zich steeds

situeren in de buurt van hoogwater. Daar wordt later dieper op ingegaan. Vijf uitschieters

werden geregistreerd op 28 juli. Naast het niet registreren van waarden, waren er die dag dus

ook verschillende meetfouten. Alle verdere analyses gebeuren aan de hand van de GPS-

dataset zonder uitschieters. De GPS-data zonder uitschieters wordt weergegeven in Figuur 11.

Opvallend hierbij is dat de laatste acht dagen van de meetperiode slechts één piek vertonen.

De GPS-data sluiten er goed aan bij de radardata. Het dient vermeld dat de radardata geen

uitschieters bevatten.

Tabel 3: Berekening uitschieters GPS-data (10 min interval)

GPS waarde (cm, TAW)

Minimum GPS-dataset -878,41

Q1 111,19

Mediaan 208,49

Q3 345,99

Maximum GPS-dataset 1097,09

IKA 234,80

minimumwaarde -241,01

maximumwaarde 698,19

In de visualisatie (Figuur 11) van de getijkromme van de GPS-data en de radardata is het

verloop van het getij waar te nemen over één maansmaand. Nieuwe en volle maan worden

gevolgd door springtij en het eerste en laatste kwartier van de maansontwikkeling worden

gevolgd door doodtij. Een overzicht van de maansontwikkeling met overeenkomstige data

staat weergegeven in Tabel 4.

Page 38: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

31

Tabel 4: Maansontwikkeling periode juni – juli 2012

Maanfase Datum

Nieuwe maan 19 juni 2012

Eerste kwartier 27 juni 2012

Volle maan 03 juli 2012

Laatste kwartier 11 juli 2012

Nieuwe maan 19 juli 2012

Eerste kwartier 26 juli 2012

Bron: Afdeling Kust – Vlaamse Hydrografie (2011b), eigen verwerking

Als de getijkromme wordt geanalyseerd met een tijdschaal van uren, dan zijn de dalingen en

stijgingen duidelijk waarneembaar. Op verschillende plaatsen vertonen de GPS-data grote

afwijkingen van de radardata. Deze ambiguïteiten komen vooral voor op momenten van

hoogwater.

Op de scatterplot in Figuur 9 waarin de GPS-data van de meetboei worden gevisualiseerd ten

opzichte van de radardata, zonder de tijdsdimensie, is duidelijk zichtbaar dat er een lineair

verband bestaat tussen beide variabelen. Naarmate het waterniveau echter stijgt, wordt het

verband minder duidelijk. De spreiding van de data is groter vanaf een waterhoogte van 3,5

m.

Figuur 9: Scatterplot getij volgens GPS (zonder uitschieters) t.o.v. getij volgens radar

-100,00

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00

-50 50 150 250 350 450 Get

ij vo

lge

ns

GP

S (c

m, T

AW

, po

siti

eve

z

rich

tin

g)

Getij volgens radar (cm, TAW, positieve z richting)

Getij met GPS getijmeetboei, zonder uitschieters t.o.v. getij volgens radar

GPS zonder uitschieters (cm, TAW)

Page 39: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

32

Figuur 10: Getij volgens GPS met aanduiding uitschieters en getij volgens radar

Figuur 11: Getij volgens GPS zonder uitschieters en getij volgens radar

-1000,00

-500,00

0,00

500,00

1000,00

15/06/2012 20/06/2012 25/06/2012 30/06/2012 5/07/2012 10/07/2012 15/07/2012 20/07/2012 25/07/2012

Ge

tij (

cm, T

AW

, po

siti

eve

z

rich

tin

g)

Getij volgens GPS met aanduiding uitschieters en getij volgens radar GPS TAW cm

Radar TAW cm

Uitschieters GPS

-200,00

0,00

200,00

400,00

600,00

15/06/2012 20/06/2012 25/06/2012 30/06/2012 5/07/2012 10/07/2012 15/07/2012 20/07/2012 25/07/2012 Get

ij (c

m, T

AW

, po

siti

eve

z ri

chti

ng)

Getij volgens GPS zonder uitschieters en getij volgens radar GPS TAW cm zonder uitschieters Radar TAW cm

Page 40: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

33

3.1.1.2 Ruis

Bij een analyse van de reële waarden van de ruis blijkt dat 30% van de waarden positief en

70% van de waarden negatief zijn. Dit betekent dat 70% van de GPS-data lager liggen dan de

radardata. De afwijkingen zijn dus vooral in één richting. In Figuur 12 wordt het histogram

weergegeven van de reële dataset en de absolute waarden van de ruis. Daarop is eveneens

zichtbaar dat er meer negatieve dan positieve waarden zijn. Dit alles wijst eerder op de

aanwezigheid van een systematische fout dan van een toevallige fout. Toevallige fouten zijn

onvoorspelbaar en niet te corrigeren terwijl dit voor een systematische fout niet het geval is

(De Maeyer & Van de Weghe, 2008). De afwijkingen tussen de GPS-data en de radardata

lopen op tot 5,00 m.

Figuur 12: Histogrammen reële ruis (links) en absolute waarden van de ruis (rechts)

In Tabel 5 wordt een overzicht gegeven van het gemiddelde en de mediaan van zowel de reële

als de absolute waarden van de ruis. Het rekenkundig gemiddelde van de reële data is zo goed

als nul (-0,33). Het is gevaarlijk te stellen dat de gemiddelde afwijking tussen het getij

gemeten door de GPS meetboei en de radar nul is. Het gemiddelde is immers gevoelig voor

uitschieters en in dit geval heffen de positieve en negatieve waarden elkaar op wat resulteert

in een gemiddelde gelijk aan nul. Het gemiddelde van de absolute waarden van de ruis data is

20,65 cm. Om de invloed van uitschieters te vermijden is de mediaan een betere maat. De

mediaan van de reële ruis en de absolute waarde van de ruis hebben beide een aanvaardbare

waarde rond 10 cm. Meetinstrumenten hebben immers steeds een beperkte nauwkeurigheid

waardoor een zekere foutenmarge moet in acht genomen worden.

Page 41: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

34

Tabel 5: Gemiddelde en mediaan van de reële en absolute waarden van de ruis

Reële ruis (cm) Absolute waarde ruis (cm)

Gemiddelde -0,33 20,65

Mediaan -5,88 10,24

In Figuur 13 wordt de absolute waarde van de ruis weergegeven ten opzichte van de

radardata. De resultaten van de berekeningen van de uitschieters van deze ruisdataset worden

weergegeven in Tabel 6 en eveneens gevisualiseerd in Figuur 13. Er worden 643 uitschieters

gedetecteerd, dit komt overeen met 10% van het totaal aantal observaties. Deze GPS

observaties vertonen een afwijking ten opzichte van de radardata die groter is dan 40 cm. Het

is belangrijk erop te wijzen dat het berekenen van de uitschieters op de ruis data alleen een

zicht geeft op het aandeel GPS observaties met de grootste afwijkingen. Deze berekening

heeft niet tot doel meetfouten te detecteren om deze daarna uit de dataset te verwijderen.

Waarden in de ruisdataset die verschillend zijn van nul vertonen allemaal een fout indien de

radardata als referentie wordt gebruikt. Er wordt immers gestreefd naar een zo klein

mogelijke ruis. Door de producent wordt aangegeven dat de nauwkeurigheid van de GPS in z

+/- 10 cm is. Indien de uitschieters op basis van dit criterium zouden worden berekend, dan

moet 40% van de ruisdata beschouwd worden als uitschieter.

Tabel 6: Berekening uitschieters absolute waarden ruis

Ruis (cm)

Minimum ruis 0,01

Q1 4,81

Mediaan 10,24

Q3 18,92

Maximum ruis 492,33

IKA 14,11

minimumwaarde -16,36

maximumwaarde 40,09

Van de 85 keer dat het hoogwater was tijdens de observatieperiode komen er 53 voor met een

ruis groter dan 40 cm. Dit is ruim 60%. Terwijl er 23% van het totaal aantal keer laagwater

(84) voorkomt met uitschieters. Hoewel het verschil groot is, is deze 23% zeker niet te

verwaarlozen. 90,36% van de uitschieters in de ruisdataset komen voor rond hoogwater en

Page 42: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

35

9,64% rond laagwater. Bij stijging en bij daling is de verdeling gelijkmatig: zo komt 51,94%

van de uitschieters voor bij stijging, en 48,06% bij daling. De grootste problemen komen dus

voor rond hoogwater, zowel bij stijging als bij daling.

Page 43: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

36

Figuur 13: Ruis met aanduiding van de uitschieters t.o.v. getij volgens radar

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

15/06/2012 17/06/2012 19/06/2012 21/06/2012 23/06/2012 25/06/2012 27/06/2012 29/06/2012 1/07/2012 3/07/2012 5/07/2012

Ge

tij (

cm, T

AW

, po

siti

eve

z

rich

tin

g)

Absolute waarden van de ruis met aanduiding uitschieters t.o.v. getij volgens radar Radar Ruis Uitschieters

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

400,00

450,00

500,00

5/07/2012 10/07/2012 15/07/2012 20/07/2012 25/07/2012

Page 44: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

37

De scatterplot, weergegeven in Figuur 14 toont de ruis ten opzichte van het getij gemeten met

de radar, zonder daarbij rekening te houden met de tijd. De uitschieters worden apart

aangeduid zodat ze kunnen worden onderscheiden van de rest van de ruis. Het is duidelijk dat

naarmate de stand van het water hoger is er een grotere ruis wordt waargenomen. Hieruit kan

hetzelfde besloten worden als hierboven bij de visuele analyse van de GPS-data ten opzichte

van de radardata (Figuur 9). Het dient vermeld te worden dat er ook hoge ruiswaarden

voorkomen bij lagere waterstanden. Deze zijn echter minder in aantal.

Figuur 14: Scatterplot ruis t.o.v. getij volgens radar

3.1.1.3 Parameters

Elke parameter wordt eerst gecontroleerd op uitschieters. Indien er uitschieters aanwezig zijn,

worden deze nauwkeurig geanalyseerd en indien nodig verwijderd uit de dataset. Voor elke

parameter die uitschieters vertoont kunnen de berekeningen gevonden worden in Bijlage 4.

De gegevens van de temperatuur van het zeewater, de luchtdruk en de windrichting vertonen

geen afwijkingen. Alle waarden liggen binnen de acceptabele range van anderhalve keer de

interkwartielafstand.

De voltage wordt eveneens beschouwd als een mogelijks beïnvloedbare parameter. De

analyse van deze dataset gebeurde reeds in 3.1.1.1.

Van de parameter stroming worden enkel de gegevens van de eerste cel geanalyseerd. De

eerste cel bevindt zich van aan het wateroppervlak tot op 2,5 m diepte. De reden hiervoor is

dat de GPS-meetboei meer beïnvloed zal worden door de bovenste waterlaag dan door de

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00 500,00

Ru

is (c

m)

Getij volgens radar (cm, TAW, positieve z richting)

Scatterplot ruis t.o.v. getij volgens radar Ruis Uitschieters

Page 45: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

38

waterlagen op grotere diepte. De stroming is ook het sterkst in de bovenste cel. De dataset

vertoont 5 uitschieters, maar deze vertonen maximum een afwijking van 0,26 m/s groter dan

de maximumwaarde en liggen steeds in de buurt van de omliggende waarden. Zij worden niet

beschouwd als meetfouten en worden dus behouden in de dataset.

In de dataset van windsnelheid worden 13 uitschieters aangeduid. Deze waarden zijn telkens

hoger dan de maximumwaarde 17,41 m/s. Het zijn echter geen foute meetwaarden. Het zijn

telkens piekmomenten waarop de windsnelheid het hoogst was en weinig afwijkend van de

omliggende meetwaarden.

Hoewel in de dataset van de luchttemperatuur 47 uitschieters worden aangeduid, wordt

daarvan geen enkele als abnormaal beschouwd. De minimum en maximumwaarden bij het

bepalen van de uitschieters zijn respectievelijk 11,79 °C en 22,17 °C. Omdat de uitschieters

telkens gegroepeerd voorkomen wijst dit op een langere periode waarin het uitzonderlijk koud

of warm was tijdens de meetperiode juni/juli. Er is eveneens geen enkele uitschieter die grote

verschillen toont met de omliggende waarden.

Bij het nagaan van uitschieters in de dataset van de significante golfhoogte zijn er 16

uitschieters gedetecteerd. Deze duiden telkens op een golfhoogte groter dan 1,8 m. Deze

worden aangeduid omdat ze minder frequent voorkomen maar het zijn geen meetfouten.

Bovendien wordt bij analyse van de omliggende waarden telkens vastgesteld dat er een

gelijkmatige stijging en daling is in golfhoogte en dat enkel de hoogste waarden worden

aangeduid als uitschieters.

De hoogfrequente golven zijn golven die voorkomen met een periode tussen 2 en 5 seconden.

De laagfrequente golven hebben een periode die groter is dan 10 seconden. Deze parameters

worden gebruikt voor de richtingsaanduiding van de golven en de eenheid hiervan is in

graden en kan dus enkel variëren tussen 0 en 360. In de dataset van de richting van de

laagfrequente golven zijn er vier ontbrekende waarden en 265 uitschieters. Deze uitschieters

kunnen verdeeld worden in twee soorten. De eerste zijn waarden die schommelen rond 360 of

0 graden. Aangezien de minimumwaarde ter bepaling van de uitschieters 168,07 graden is

worden alle waarden rond 0 graden als uitschieter aangeduid hoewel ze dat in feite niet zijn.

De tweede soort uitschieters zijn waarden die voorkomen in groep. Doordat het tijdsinterval

van de analyse 30 minuten is, beslaan gegroepeerde uitschieters al snel een tijdspanne van

Page 46: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

39

enkele uren. Om die redenen kunnen de uitschieters niet aangezien worden als meetfouten.

Deze verklaring geldt eveneens voor de hoogfrequente golven.

Scatterplots van de eerder vermelde parameters en het getij volgens de GPS geven meer

inzicht in de onderlinge relaties. Er is visueel geen relatie te vinden tussen het getij volgens de

GPS en de luchtdruk, de temperatuur van het zeewater, de windrichting, de windsnelheid,

luchttemperatuur, golfhoogte, richting van de hoog- en laagfrequente golven en de voltage.

Deze scatterplots worden weergegeven in Bijlage 5 en vertonen een gelijkmatige verdeling

over de gehele range van waarden. Er zijn zones waarin er een grotere dichtheid van waarden

is, maar dit is het gevolg van een groter aantal waarden die voorkomen binnen deze specifieke

range.

Het getij toont een parabolische relatie met de gemiddelde stroming van de toplaag van het

water (Figuur 15). Bij een stijgend getij vertoont de stroming eerst een daling die gevolgd

wordt door een stijging. Bij hoog- en laagwater is de stroming het sterkst.

Figuur 15: Gemiddelde stroming t.o.v. getij volgens GPS

Het uiteindelijke doel van dit onderzoek bestaat erin na te gaan of de parameters de oorzaak

zijn van de ruis. Net zoals hierboven worden de parameters grafisch geanalyseerd ten opzichte

van de ruis aan de hand van scatterplots. Alle scatterplots worden weergegeven in Bijlage 6.

De scatterplots tussen de ruis en de parameters luchtdruk, windsnelheid, golfhoogte en

voltage zijn volledig random. De spreiding van de hogere ruiswaarden is gelijkmatig verdeeld

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

-100,00 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00

Stro

min

g ce

l 1 (

m/s

)

Getij volgens GPS (cm, TAW, positieve z richting)

Gemiddelde stroming cel 1 t.o.v. getij volgens GPS

Page 47: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

40

over de volledige range. Er is eveneens geen duidelijk verband te zien tussen de ruis en de

andere parameters, maar er kunnen toch enkele opmerkingen worden gemaakt. De uitschieters

van de ruis komen vooral voor bij een zeewater- en luchttemperatuur die kleiner is dan 18,5

°C en bij een stroming tussen 1 en 2 m/s. Bovendien komen de hoogste ruiswaarden voor bij

een wind- en golfrichting van zowel de hoog- als laagfrequente golven bij 250°. De grootste

afwijkingen komen dus voor bij een zuidwestenwind.

3.1.2 Statistische analyse

3.1.2.1 Correlatieanalyse

Aan de hand van een correlatieanalyse wordt de sterkte van het verband tussen twee

variabelen gemeten. De Spearmans Rho correlatiecoëfficiënt wordt berekend om het verband

tussen de ruis en alle parameters afzonderlijk te bepalen. De eerste kolom in Tabel 7 (ruis)

geeft de resultaten. Op 5% significantieniveau wordt de nulhypothese niet verworpen voor de

parameters luchtdruk, luchttemperatuur en voltage. In deze gevallen wijst dit erop dat de

correlatie te wijten is aan toeval. Voor alle andere parameters is de correlatie met ruis niet te

wijten aan toeval maar de waarden vertonen slechts een matige correlatie (< 0,5). De

parameters stroming (0,308), golfhoogte (0,214) en windsnelheid (0,187) vertonen de grootste

correlatie maar deze waarden zijn nog steeds kleiner dan 0,5 wat niet wijst op een sterk

verband.

Het dient vermeld te worden dat er een opvallende hoeveelheid significante coëfficiënten

voorkomen tussen de parameter voltage en de verschillende meteorologische elementen. De

voltage geeft de elektriciteitsspanning weer van de GPS getijmeetboei die gegenereerd wordt

aan de hand van zonnepanelen. Om een duidelijker inzicht te krijgen worden per dag de

correlatiecoëfficiënten berekend tussen de voltage en alle andere parameters. Deze worden

weergegeven in Bijlage 7. Alle parameters vertonen significante correlaties maar geen enkele

parameter toont een eenduidig verband met de voltage. Hoewel sommige parameters toch een

groter aantal significante correlaties (windrichting) vertonen dan andere (richt ing hoog- en

laagfrequente golven) komen er nog steeds dagen voor waarbij deze correlatie te wijten zijn

aan toeval. Bovendien zijn de verbanden niet steeds positief of negatief. Zo zijn de verbanden

tussen de luchtdruk en de voltage willekeurig positief en negatief. Verder onderzoek naar de

invloed van meteorologische elementen op de werking van zonnepanelen dient te worden

verricht maar dit valt buiten het bestek van dit onderzoek.

Page 48: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

41

Tabel 7: Correlatiematrix parameters

Spearman’s Rho Ruis Lucht-

druk

T zee-

water

Stroming

cel 1

Wind-

richting

Wind-

snelheid

T lucht Golf-

hoogte

Richting

HF golven

Richting

LF golven

Voltage

Ruis Correlatie coëff 1,000

Sig (tweezijdig)

Lucht- Correlatie coëff 0,013 1,000

druk Sig (tweezijdig) 0,554

T zee Correlatie coëff -0,046 -0,257 1,000

water Sig (tweezijdig) 0,036 0,000

Stroming Correlatie coëff 0,308 0,005 -0,090 1,000

cel 1 Sig (tweezijdig) 0,000 0,820 0,000

Wind- Correlatie coëff 0,097 -0,096 -0,100 -0,040 1,000

richting Sig (tweezijdig) 0,000 0,000 0,000 0,070

Wind- Correlatie coëff 0,189 -0,150 -0,192 0,036 0,332 1,000

snelheid Sig (tweezijdig) 0,000 0,000 0,000 0,970 0,000

T lucht Correlatie coëff -0,020 -0,094 0,434 -0,031 -0,134 -0,290 1,000

Sig (tweezijdig) 0,357 0,000 0,000 0,163 0,000 0,000

Golf- Correlatie coëff 0,214 -0,044 -0,281 0,000 0,389 0,810 -0,502 1,000

hoogte Sig (tweezijdig) 0,000 0,045 0,000 0,995 0,000 0,000 0,000

Richting Correlatie coëff -0,077 0,123 0,190 -0,044 -0,054 -0,454 0,158 -0,422 1,000

HF golven Sig (tweezijdig) 0,000 0,000 0,000 0,045 0,013 0,000 0,000 0,000

Richting Correlatie coëff -0,061 0,064 0,162 -0,169 0,032 -0,198 0,045 -0,104 0,218 1,000

LF golven Sig (tweezijdig) 0,005 0,004 0,000 0,000 0,149 0,000 0,039 0,000 0,000

Voltage Correlatie coëff 0,035 -0,044 -0,690 0,030 0,251 0,182 -0,179 0,141 -0,172 -0,162 1,000

Sig (tweezijdig) 0,107 0,047 0,000 0,165 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

Page 49: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

42

3.1.2.2 Voorwaarden lineaire regressieanalyse

Met behulp van een regressieanalyse wordt een mathematische functie opgesteld die het

verband beschrijft tussen de afhankelijke variabele ruis en de onafhankelijke variabelen,

namelijk de parameters. De voorwaarden om een lineaire multivariate regressieanalyse uit te

kunnen voeren worden hieronder getest.

In dezelfde lijn als hierboven wordt eerst de voorwaarde multicollineariteit getest. In Tabel 7

wordt de volledige correlatiematrix gegeven. Zoals eerder vermeld is de correlatie tussen ruis

en de parameters luchtdruk, luchttemperatuur en voltage te wijten aan toeval. Daarom worden

deze niet opgenomen in de regressieanalyse. Er is een hoge correlatie tussen de windsnelheid

en de golfhoogte (0,810). Door de aanwezigheid van deze correlatie is de voorwaarde niet

voldaan. Een oplossing hiervoor is het niet opnemen van één van beide parameters in het

model. Er wordt ervoor gekozen de golfhoogte in het model te behouden omdat deze een

grotere correlatie heeft met de ruis (0,214) dan de windsnelheid (0,189).

De uitvoering van een regressieanalyse veronderstelt dat alle variabelen normaal verdeeld

zijn. In Bijlage 8 wordt een overzicht gegeven van de vormmaten kurtosis, scheefheid en

Kolmogorov-Smirnovtest. De meeste variabelen vertonen een waarde voor de vormmaten

binnen de range [-1,+1] waaruit afgeleid wordt dat deze normaal verdeeld zijn. Voor de

afhankelijke variabele ruis en de onafhankelijke variabelen richting hoog-en laagfrequente

golven is dit echter niet het geval. De parameters luchttemperatuur en voltage worden buiten

beschouwing gelaten gezien deze niet in het model worden opgenomen. Ondanks de gunstige

kurtosis en scheefheid voor de meeste variabelen duidt de Kolmogorov-Smirnovtest steeds op

een niet normale verdeling. Voor alle variabelen wordt de nulhypothese, die stelt dat de

variabele niet normaal verdeeld is, niet verworpen op een 5% significantie niveau. Een

mogelijke oplossing hiervoor is een transformatie van de variabelen. Van alle variabelen

wordt het logaritme, de vierkantswortel en de inverse genomen. Maar dit biedt geen oplossing

voor het probleem. Aan de voorwaarde van normaliteit is niet voldaan.

De voorwaarden voor lineariteit en homoscedasticiteit worden gecontroleerd aan de hand van

een scatterplot van de residuen ten opzichte van de voorspelde waarde. Om deze plot te

bekomen wordt eerst een regressieanalyse uitgevoerd. Deze analyse neemt enkel de

parameters gemiddelde stroming, luchttemperatuur en golfhoogte op in het model.

Onderstaande scatterplot (Figuur 16) vertoont een duidelijk dalend patroon in de residuen die

Page 50: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

43

het niet verklaarde deel zijn van de afhankelijke variabele. Dit wijst erop dat de variantie niet

constant is. De voorwaarde homoscedasticiteit is niet voldaan. Dit geldt eveneens voor de

lineariteit die net zoals de homoscedasticiteit een random verspreiding van de residuen

vereist. Figuur 16 toont het gecombineerde effect van alle opgenomen parameters in de

lineaire regressie. Om het effect van de verschillende onafhankelijke variabelen apart te

analyseren wordt gebruik gemaakt van de partial regression plots waarin de relatie wordt

geplot van één enkele onafhankelijke variabele ten opzichte van de ruis (Bijlage 9) (Hair et

al., 1998). Er wordt een duidelijk positief of negatief verband verwacht tussen de parameters

en de ruis. Deze is echter moeilijk waarneembaar. Heteroscedasticiteit kan verholpen worden

met een transformatie van de afhankelijke variabele ruis. Aangezien de relatie ook niet lineair

is moeten ook de onafhankelijke variabelen worden getransformeerd (Hair et al., 1998). Er

worden dezelfde transformaties toegepast als bij de controle van de voorwaarde van

multicollineariteit. Enkel de logaritme- en vierkantsworteltransformaties genereren een

resultaat. In Bijlage 10 worden beide scatterplots van de residuen weergegeven. De eerste

(log) transformatie vertoont de typische driehoekige vorm die wijst op heteroscedasticiteit

(Hair et al., 1998). De tweede (vkw) transformatie vertoont, net zoals de niet

getransformeerde data, een scatterplot van de residuen met een negatief lineair verband. Met

deze transformaties zijn de voorwaarden dus evenmin voldaan.

Figuur 16: Controle lineariteit, homoscedasticiteit a.d.h.v. scatterplot van

gestandaardiseerde residuen

Page 51: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

44

Om na te gaan of er autocorrelatie aanwezig is in het regressiemodel wordt de Durbin-Watson

teststatistiek berekend. De waarde is 1,509 indien het regressiemodel wordt opgesteld aan de

hand van de niet getransformeerde variabelen. Deze waarde wordt geanalyseerd aan de hand

van kritieke waarden in de vorm van tabellen die zich baseren op het aantal variabelen en

observaties. Deze tabellen geven telkens een onder- en bovengrens. Indien de waarde

lager/hoger is dan de ondergrens/bovengrens, mag de nulhypothese niet/wel worden

verworpen. Indien de waarde echter tussen de onder- en bovengrens gelegen is biedt de test

geen uitsluitsel (www.imm.bwl.uni-muenchen.de, 22 april 2013). Uit de test blijkt dat de

nulhypothese die stelt dat er geen autocorrelatie aanwezig is, niet mag worden verworpen op

het 5% significantie niveau. De voorwaarde is dus voldaan.

Doordat aan meerdere voorwaarden niet voldaan is, is het niet zinvol een lineair

regressiemodel uit te voeren. De doorslaggevende voorwaarde hier is de structuur in de

scatterplot van de residuen (Figuur 16). Er is een duidelijke structuur te vinden in het niet

verklaarde deel van de ruis. Dit wijst erop dat ofwel het model niet lineair is, ofwel dat

belangrijke parameter(s) niet opgenomen worden in dit model.

3.1.2.3 Analyse kenmerkende periodes

Zes geselecteerde periodes worden weergegeven in Tabel 8. Deze periodes werden visueel

geselecteerd aan de hand van Figuur 11. Het zijn kenmerkende momenten waarop de GPS-

curve opvallend wel of geen afwijkingen vertoont met de radarcurve.

Tabel 8: Kenmerkende periodes met veel of weinig ruis (minimum 24u)

Periode Weinig ruis Veel ruis

begin einde begin einde

1 20/06/12 – 00:00 21/06/12 – 22:00 21/06/12 – 22:00 24/06/12 – 00:00

2 14/07/12 – 10:00 15/07/12 – 10:00 15/07/12 – 10:00 16/07/12 – 19:00

3 19/07/12 – 17:00 22/07/12 – 07:00 17/07/12 – 03:00 19/07/12 – 17:00

Voor elke periode worden de correlatiecoëfficiënten berekend tussen de ruis en de

verschillende parameters. Deze worden weergegeven in Tabel 9. Indien enkel de zones met

een hoge ruis geanalyseerd worden dan valt het op dat de parameters stroming, golfhoogte en

de richting van de golven telkens een significante correlatie vertonen met de ruis. De

coëfficiënten blijven wel steeds beperkt tot een maximumwaarde van 0,6, wat geen

Page 52: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

45

uitgesproken hoge correlatie is. Daarbij dient opgemerkt dat er af en toe een correlatie

voorkomt die niet systematisch optreedt in elke periode met veel ruis. Zo toont de eerste

periode een correlatie met de temperatuur van het zeewater (0,202), de tweede periode met de

windsnelheid (0,352) en de derde met de luchttemperatuur (0,255). Hoewel deze correlaties

significant zijn (p-waarde > 0,05) en dus niet te wijten zijn aan toeval, lijkt het er niet op dat

zij aan de oorzaak liggen van de ruis, aangezien ze niet telkens opnieuw voorkomen. Bij de

analyse van de periodes waar een grote overeenkomst is tussen de GPS en radardata (weinig

ruis) zijn de voorkomende correlaties van de verschillende periodes telkens verschillend. Er is

geen wederkerend patroon zichtbaar, noch gelijkenissen met de periodes waarin wel veel ruis

voorkomt. In deze gevallen liggen de oorzaken van het voorkomen van de grote ruis

vermoedelijk bij de stroming, golfhoogte en richting van de golven.

Page 53: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

46

Tabel 9: Correlatie van de kenmerkende periodes met de parameters

Spearman’s Rho

Periode 1 Periode 2 Periode 3

weinig

ruis

veel

ruis

weinig

ruis

veel

ruis

weinig

ruis

veel

ruis

Luchtdruk Correlatie coëff -0,147 -0,041 -0,056 0,103 0,023 -0,123

Sig (tweezijdig) 0,161 0,688 0,705 0,411 0,781 0,218

T zeewater Correlatie coëff 0,153 0,202 0,294 -0,131 -0,050 -0,090

Sig (tweezijdig) 0,142 0,048 0,040 0,295 0,552 0,370

Stroming Correlatie coëff 0,253 0,528 0,148 0,331 0,155 0,586

cel 1 Sig (tweezijdig) 0,014 0,000 0,310 0,007 0,063 0,000

Wind- Correlatie coëff 0,163 0,193 -0,260 -0,165 0,071 -0,045

richting Sig (tweezijdig) 0,119 0,058 0,072 0,186 0,397 0,651

Wind- Correlatie coëff 0,115 0,174 0,285 0,352 -0,035 0,180

snelheid Sig (tweezijdig) 0,270 0,089 0,047 0,004 0,681 0,070

T lucht Correlatie coëff 0,297 0,137 0,264 0,084 0,031 0,255

Sig (tweezijdig) 0,004 0,181 0,067 0,502 0,712 0,010

Golfhoogte Correlatie coëff 0,088 0,425 0,193 0,421 -0,079 0,246

Sig (tweezijdig) 0,402 0,000 0,184 0,000 0,342 0,013

Richting Correlatie coëff 0,084 0,021 -0,051 -0,413 0,180 -0,355

HF golven Sig (tweezijdig) 0,424 0,843 0,727 0,001 0,031 0,000

Richting Correlatie coëff 0,120 -0,232 -0,187 -0,430 -0,102 -0,430

LF golven Sig (tweezijdig) 0,253 0,024 0,199 0,000 0,220 0,000

Voltage Correlatie coëff 0,248 0,092 0,315 -0,133 0,007 -0,045

Sig (tweezijdig) 0,016 0,372 0,027 0,288 0,933 0,651

3.1.2.4 GPS kwaliteitsparameter

Aan de hand van de Spearman’s rangcorrelatiecoëfficiënt en een scatterplot (Figuur 17) wordt

het verband tussen de GPS kwaliteitsparameter en de absolute waarde van de ruis nagegaan.

De correlatiecoëfficiënt tussen beide variabelen is 0,374 en is significant op het 5%

significantieniveau. Deze correlatie wijst echter niet op een sterk verband. Dit is eveneens te

zien op de scatterplot in Figuur 17. Er zijn, zoals verwacht werd, data met een hoge ruis en

een lage kwaliteitsparameter. Maar er zijn eveneens lage ruiswaarden met een hoge

kwaliteitsparameter en dit druist in tegen de verwachtingen. Het filteren van de GPS-dataset

op basis van de kwaliteitsparameter zou zowel lage als hoge ruiswaarden verwijderen, terwijl

alleen de grootste afwijkingen moeten geëlimineerd te worden.

Page 54: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

47

Figuur 17: Scatterplot absolute waarde ruis t.o.v. de GPS kwaliteitsparameter (FOM)

3.1.3 Analyse van de invloed van de gemiddeldeberekening op het tijdsinterval

Eerst wordt in deze paragraaf de GPS-dataset met een tijdsinterval van één minuut

geanalyseerd. Daarna wordt deze vergeleken met de eerder gebruikte GPS-dataset met een

interval van tien minuten.

De beschouwde dataset bevat 165 ogenblikken waarop de GPS getijmeetboei geen waarde

heeft geregistreerd. In Tabel 10 worden de resultaten van de berekeningen van de uitschieters

weergegeven. Aan de hand daarvan worden 374 uitschieters gedetecteerd. Dit komt overeen

met 0,5 % van de volledige dataset. Deze uitschieters worden nauwkeurig geanalyseerd en

daarbij wordt vastgesteld dat er twee soorten uitschieters zijn. Het eerste type uitschieters zijn

extreme waarden die een grote afwijking vertonen met de omliggende waarden. Deze kunnen

als meetfouten worden beschouwd en verwijderd worden uit de dataset (300). Het tweede

type zijn uitschieters die net over de grenswaarde liggen en als uitschieter worden aangeduid,

maar die nog steeds nauw aansluiten bij de omliggende waarden. Dit type kan niet als

meetfout worden beschouwd en wordt daarom niet uit de dataset verwijderd (74). Het

verwijderen van deze waarden zou slechts een klein effect hebben op de berekeningen van de

gemiddelden per tien minuten. Op basis van deze analyse wordt er per tien minuten een nieuw

gemiddelde berekend dat kan worden vergeleken met de oorspronkelijke data voor filtering

van de uitschieters.

0

50

100

150

200

250

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00

GP

S kw

alit

eit

spar

am

ete

r

Absolute waarde ruis (cm)

Absolute waarde ruis t.o.v. GPS kwaliteitsparameter

Page 55: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

48

Tabel 10: Berekening uitschieters GPS getijdata (1 min interval)

GPS (cm, TAW)

Minimum ruis -982,71

Q1 111,29

Mediaan 208,29

Q3 345,29

Maximum ruis 3584,29

IKA 234,00

minimumwaarde -239,71

maximumwaarde 696,29

Er wordt gecontroleerd of het verwijderen van de 300 meetfouten, berekend op basis van de

minuutwaarden, een invloed heeft op de grootteorde en het aandeel uitschieters in de

volledige ruisdataset met een tijdsinterval van 10 min. De vergelijking wordt weergegeven in

Tabel 11 en daarin is te zien dat de verdeling, het aandeel uitschieters en de maximale ruis

slechts een minimale verandering ondergaan. Er zijn nog steeds grote afwijkingen tussen het

getij gemeten door de GPS getijmeetboei en de radar. Het filteren van de GPS-data met een

tijdsinterval van één minuut heeft slechts een minimaal effect op de ruis.

Tabel 11: Vergelijking berekening uitschieters absolute waarde ruis (10 min) voor en na

filtering van de minuutdata

Ruis vòòr filtering (cm) Ruis na filtering (cm)

Minimum ruis 0,01 0,01

Q1 4,81 4,83

Mediaan 10,24 10,26

Q3 18,92 19,04

Maximum ruis 492,33 492,33

IKA 14,11 14,21

minimumwaarde -16,36 -16,48

maximumwaarde 40,09 40,35

% aandeel uitschieters 10,30 % 10,14 %

Het moet vermeld worden dat de hoge ruiswaarden, ook in de nieuwe ruisdata, vooral

voorkomen bij hoogwater. De uitschieters die als meetfouten worden beschouwd komen

Page 56: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

49

regelmatig voor in een langere periode met grote schommeling is in getij per minuut. Deze

schommeling kan oplopen tot enkele tientallen centimeters terwijl het getij in goede

omstandigheden (lage ruis) slechts enkele centimeters verschilt per minuut. Dit heeft tot

gevolg dat de ruis, na het verwijderen van deze uitschieters, nog steeds grote waarden heeft.

In enkele gevallen heeft de verwijdering van de uitschieters wel een effect, zoals bijvoorbeeld

bij de data van 23 juli 2012. In Tabel 12 worden willekeurig enkele momenten opgelijst.

Tabel 12: Overzicht verandering in reële ruis voor en na filtering van de minuutdata

Datum – uur Aantal

uitschieters

Ruis voor filtering (cm) Ruis na filtering (cm)

16/06/12 – 09:40 1 157,24 91,22

23/06/12 – 14:30 1 -492,33 472,26

30/06/12 – 21:40 1 245,92 222,40

09/07/12 – 02:40 2 304,08 103,21

23/07/12 – 02:20 3 167,56 1,10

Page 57: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

50

4. DISCUSSIE

Er wordt op zoek gegaan naar de mogelijk oorzaken van de fouten in het getij gemeten door

de GPS getijmeetboei. Deze fouten, de ruis, worden berekend door het verschil te nemen van

het getij van de GPS met de getijhoogten gegemeten door een radar. In dit onderzoek wordt

het getij dat gemeten wordt door de radar als correct beschouwd en gebruikt als referentie.

4.1 Foutenomvang

Reeds bij de eerste analyses wordt vastgesteld dat de grootste afwijkingen in het getij van de

GPS meetboei voorkomen bij hoogwater. Bij een stijging van het waterniveau boven 3,5 m

ten opzichte van TAW worden de grootste ruiswaarden gedetecteerd. Deze 3,5 m is geen

absolute grens, er komen ook grote afwijkingen voor bij lagere hoogtes, al zijn deze minder in

aantal. De fouten lopen op tot 5 m en daarbij dient vermeld te worden dat 70% van de

getijwaarden gemeten met de GPS lager liggen dan het getij volgens de radar.

In dit onderzoek wordt er al snel van uitgegaan dat het voorkomend patroon van de ruis niet

wijst op een foute dataverwerking. Bij een foute dataverwerking wordt een ruis verwacht over

de gehele periode en niet alleen bij hoogwater. Daarom worden de ruwe GPS-data niet apart

verwerkt en geanalyseerd. Hetzelfde geldt voor een eventuele timeshift tussen het getij

volgens de GPS en de radar. Het voorkomen van de hoge ruis enkel bij hoogwater sluit een

timeshift uit als oorzaak van het probleem.

De combinatie van de afwijkingen bij hoogwater en het lager liggen van het getij volgens de

GPS dan het getij volgens de radar roept vragen op. Heeft de boei genoeg drijfvermogen? Is

de verankeringskabel te kort en/of te zwaar? Bij een stijgend waterniveau wordt de

verankeringskabel, die onderaan de boei gevestigd is, van de zeebodem getild en dus

bijgevolg zwaarder. Het is mogelijk dat de kabel te zwaar wordt en daardoor de boei wordt

ondergetrokken. Joosten (2011) stelt dat hoe kleiner de boei, hoe gemakkelijker het wordt dat

deze wordt ondergetrokken. Ondertrekken zorgt voor een verstoring van het GPS signaal

waardoor deze foute data zal leveren. Grote ruiswaarden komen zowel voor bij stijging als bij

daling van het waterniveau. Dus ook bij daling zou de lengteverandering en het daarmee

gepaard gaande verminderde gewicht van de kabel een invloed kunnen hebben op de

schommelingen van de boei.

Page 58: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

51

De ruis wordt berekend per tien minuten. Dat tijdsinterval wordt gekozen omdat dit de

vergelijking met de radardata toelaat. De GPS getijhoogtes per tien minuten zijn steeds een

gemiddelde van de tien aparte minuutwaarden. Tijdens dit onderzoek worden alle analyses

met deze gemiddelden uitgevoerd. Daarbij wordt geen rekening gehouden met de

mogelijkheid tot filtering van de minuutwaarden op extreme waarden. De berekening van

rekenkundige gemiddelden zijn immers sterk gevoelig voor outliers. Achteraf wordt nagegaan

of de filtering van de extreme waarden, en daarmee gepaard gaande nieuwe gemiddelden een

invloed hebben op de grootteorde van de ruis. Deze invloed blijft echter beperkt en trekt

daardoor de resultaten van voorafgaande analyses niet in twijfel. Ondanks de kleine invloed is

het toch belangrijk te vermelden dat deze detectie van meetfouten beter vooraf had moeten

uitgevoerd worden. Het verwijderen van meetfouten blijft een cruciale stap in data-analyse.

4.2 Nauwkeurigheid

Aan zowel de GPS getijmeetboei als aan de radar is een nauwkeurigheid verbonden die een

invloed heeft op de resultaten. Dit zorgt ervoor dat het berekende verschil, de ruis, zelden tot

nooit nul kan zijn. Hoewel de producent van de GPS getijmeetboei aangeeft dan deze een

verticale nauwkeurigheid heeft van 10 cm, kan men zich afvragen of dit realistisch is. Het

gebruikte GPS systeem, namelijk het StarFire™ netwerk, geeft eveneens een verticale

nauwkeurigheid aan van 10 cm. Daarbij wordt geen rekening gehouden met de

omstandigheden waarin dit GPS systeem wordt gebruikt. De boei is echter voortdurend in

beweging en de GPS-data moeten daarop worden gecorrigeerd. Het combineren van data uit

verschillende toestellen waaraan elk een nauwkeurigheid is verbonden zorgt voor een daling

van de nauwkeurigheid van het uiteindelijke resultaat. Bovendien moet er rekening worden

gehouden met de afstand tussen de radar en de GPS getijmeetboei. Beide liggen op ongeveer

300 m afstand van elkaar verwijderd wat eveneens een invloed zal hebben op het resultaat.

Er is niet alleen een nauwkeurigheid verbonden aan de dataverwerving, maar eveneens aan de

dataverwerking. Dat geldt niet alleen voor de inwendige verwerking in de getijmeetboei, maar

ook daarna. De GPS getijmeetboei brengt data voort met als referentievlak de ellipsoïde. Deze

data moeten worden omgezet naar het locale referentieniveau TAW om de vergelijking tussen

radar en GPS mogelijk te maken. Ook daaraan is een zekere foutenmarge verbonden. In dit

onderzoek wordt niet ingegaan op de dataverwerking. Alle analyses gebeuren immers op

reeds verwerkte GPS en radardata ten opzichte van het TAW die ter beschikking werden

Page 59: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

52

gesteld door de Vlaamse Hydrografie, Agentschap Maritieme Dienstverlening en Kust –

Afdeling Kust.

Hoewel de uiteindelijke nauwkeurigheid van de resultaten van de GPS getijmeetboei niet

absoluut gekend is, is het toch duidelijk dat er met voldoende elementen moet worden

rekening gehouden. Om na te gaan of bovenstaande analyse de oorzaak is van de oplopende

fouten tot 5 m dient de werking van de GPS in verder onderzoek te worden getest op een

stationaire locatie.

4.3 Invloed parameters

De elementen die een invloed zouden kunnen hebben op het getij worden opgenomen als

parameter. Deze elementen zijn: de luchtdruk, de temperatuur van het zeewater en van de

lucht, de stroming, de windrichting en -snelheid, de golfhoogte en –richting. Neerslag wordt

niet als parameter opgenomen in de analyse omdat er tijdens de meetperiode (juni/juli) weinig

neerslag was en de invloed daarvan niet als een bepalende factor wordt beschouwd.

Het doel van dit onderzoek was om aan de hand van een multivariate lineaire regressieanalyse

te zoeken naar een wiskundig verband tussen de verschillende parameters en de ruis. De ruis,

als afhankelijke variabele, diende verklaard te worden aan de hand van de eerder vernoemde

parameters. Doordat niet aan de verschillende voorwaarden voor een lineaire regressieanalyse

voldaan is, worden verdere analyses enkel gebaseerd op visuele interpretaties en

correlatieberekeningen.

Bij de visuele analyse van de relaties tussen de ruis en de verschillende parameters kunnen

enkele duidelijke patronen worden waargenomen. De grootste ruis komt vooral voor bij een

zeewater- en luchttemperatuur die kleiner is dan 18,5 °C en bij een maximale stroming tussen

1 en 2 m/s. Bovendien komen de hoogste ruiswaarden voor bij een wind- en golfrichting van

zowel de hoog- als laagfrequente golven bij 250°. De grootste afwijkingen komen dus voor

bij een zuidwestenwind. De parameters die op die manier de belangrijkste relaties vertonen

zijn de lucht- en de zeewatertemperatuur, de stroming, en de wind- en golfrichting. Bij

toenemende stroming is het mogelijk dat de boei niet meer vlak op het water ligt en gaat

kantelen zodat deze dwars op de stroming staat (Joosten, 2011). Hoewel het getij door de

wind wordt beïnvloed, betekent dit niet dat deze invloed een effect heeft op de metingen van

Page 60: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

53

de GPS getijmeetboei. Op het Belgisch Continentaal Plat wordt het waterniveau door een

noorden- en westenwind verhoogd en door een oostenwind verlaagd (Afdeling Kust –

Vlaamse Hydrografie, 2011a). De grootste ruis komt echter voor bij een zuidwestenwind.

Aan de hand van correlatieberekeningen worden verbanden tussen de ruis en de verschillende

parameters berekend. Het is belangrijk te vermelden dat een aanwezige correlatie niet per se

wijst op een oorzakelijk verband. De correlaties worden eerst berekend over de gehele

meetperiode en later op kortere periodes. Hoewel eerder onderzoek vermeldt dat de

atmosferische druk een invloed kan hebben van tientallen centimeters op het getij kan dit uit

dit onderzoek niet bevestigd worden (DeLoach, 1996). De gevonden correlatie tussen de ruis

en de luchtdruk is immers te wijten aan toeval volgens de statistische test op 5%

significantieniveau. Hetzelfde geldt voor de correlatie met de luchttemperatuur. De hoogste

correlaties komen voor bij de stroming (0,308), de windsnelheid (0,187) en de golfhoogte

(0,214). Deze lijken intuïtief ook de mogelijkheid te bieden om de grootste invloed uit te

oefenen op de meetboei. Hoewel deze parameters het grootste verband vertonen met de ruis

blijven de correlatiecoëfficiënten laag.

Om een beter inzicht te krijgen worden de correlaties berekend voor drie kortere periodes met

een grote ruis en drie met een lage ruis. Een periode met hoge en lage ruis volgen elkaar

telkens op. De parameters die een steeds terugkomende significante correlatie vertonen bij de

periodes met grote ruis zijn de stroming, de golfhoogte en –richting. Opvallend hierbij is dat

deze niet overeenkomen met de drie eerder vermelde parameters. De correlatie met de

windsnelheid is slechts significant in één periode met veel ruis. Verder zijn er significante

correlaties tussen de ruis en de temperatuur van het zeewater en de luchttemperatuur. Deze

correlaties zijn echter laag, en komen eveneens slechts voor in één periode. Bij de analyse van

de periodes waar een grote overeenkomst is tussen de GPS en radardata (weinig ruis) zijn de

voorkomende correlaties van de verschillende periodes telkens verschillend. Er is geen

wederkerend patroon zichtbaar, noch gelijkenissen met de periodes waarin wel veel ruis

voorkomt.

Uit deze analyse kan besloten worden dat verder onderzoek noodzakelijk is om na te gaan

welke parameter precies een invloed hebben op de GPS getijmeetboei. De resultaten zijn

immers niet eenduidig en een oorzakelijk verband kan niet worden gevonden. Bovendien

bestaat dat de mogelijkheid dat de gebruikte set van parameters niet volledig is.

Page 61: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

54

4.4 Invloed stroomvoorziening

De GPS getijmeetboei wordt van stroom voorzien door middel van zonnepanelen die

verbonden zijn met oplaadbare batterijen. Hoewel er geen diepgaand onderzoek wordt

verricht naar de werking van deze zonnepanelen en batterijen dienen toch enkele aspecten

vermeld te worden. Tijdens het onderzoek werd een opmerkelijk verloop vastgesteld van de

spanning gedurende de volledige meetcampagne. Er wordt een geleidelijke daling

waargenomen van de voltage gedurende de verschillende weken. Deze daling wordt steeds

groter naarmate de meetcampagne vordert en resulteert uiteindelijk in het uitvallen van de

boei. Dit is dan ook de oorzaak van de gedwongen stopzetting van de meetcampagne.

De opgeladen batterijen hebben een capaciteit die de boei van stroom kunnen voorzien

gedurende twee weken (Axys Technologies Inc, 2007). De meetcampagne duurde in totaal

zes weken wat erop wijst dat de zonnepanelen goed functioneren. Bij het ophalen van de boei

werd vastgesteld dat de koepel vuil was door vermoedelijke onderdompeling. Dit kan de

werking van de zonnepanelen tegenwerken en uiteindelijk volledig belemmeren. Deze analyse

geeft een extra aanwijzing naar de eerder vermelde discussie over de verankeringskabel

waarbij de onderdompeling als mogelijke oorzaak van de fouten werd aangeduid.

Door het opvallende van het verloop van de voltage van de GPS getijmeetboei wordt ook

deze als parameter opgenomen bij de correlatieberekeningen met de ruis. De correlatie tussen

de ruis en de voltage over de gehele dataset is niet significant en dus te wijten aan toeval. Bij

de correlatieberekeningen tussen de ruis en de voltage over drie kortere periodes waar veel

ruis voorkomt worden eveneens geen significante correlaties waargenomen.

Wat echter wel vragen oproept zijn de significante correlaties, berekend over de volledige

dataset, tussen de voltage en de luchtdruk, de zeewatertemperatuur, de windrichting en -

snelheid, de luchttemperatuur, de golfhoogte en –richting. De meeste coëfficiënten blijven

beperkt tot een waarde kleiner dan 0,3. De negatieve correlatie met de temperatuur van het

zeewater is opvallend hoog (-0,690). Een lagere watertemperatuur zou gekoppeld worden aan

een hogere ruis. De temperatuur van het zeewater schommelt tijdens de meetperiode echter

slechts tussen 15 en 20°C. Is het mogelijk dat de batterijen heel gevoelig zijn aan

temperatuursschommelingen? Om meer inzicht te krijgen in het probleem worden de

correlatiecoëfficiënten tussen de voltage en alle andere parameters per dag berekend. Alle

Page 62: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

55

parameters vertonen significante correlaties maar geen enkele parameter toont een eenduidig

verband. Hoewel sommige parameters toch een groter aantal significante correlaties

(windrichting) vertonen dan andere (richting hoog- en laagfrequente golven) komen er nog

steeds dagen voor waarbij deze correlaties te wijten zijn aan toeval. Bovendien zijn de

verbanden niet eenduidig positief of negatief. Zo zijn de verbanden tussen de luchtdruk en de

voltage willekeurig positief en negatief. Verder onderzoek naar de invloed van deze

parameters op de werking van zonnepanelen is dus nodig, maar dit valt buiten het bestek van

dit onderzoek.

4.5 Beperkingen van dit onderzoek en aanbevelingen voor toekomstig onderzoek

Alle conclusies volgen uit de analyse van vijf weken dataverwerving van een GPS

getijmeetboei. Tot nu toe werd slechts één meetcampagne uitgevoerd, hetgeen de

betrouwbaarheid van de analyses in vraag stelt.

Voor verder onderzoek naar de oorzaak van deze ruis is een tweede meetcampagne

noodzakelijk. Dit kan in dezelfde periode van het jaar juni/juli om dezelfde seizoenale

omstandigheden te evenaren en te controleren of dezelfde patronen worden vastgesteld. Een

meetcampagne gedurende een andere periode van het jaar kan eveneens grote inzichten

brengen. Andere meteorologische omstandigheden kunnen leiden tot nieuwe analyses en

inzichten.

Het testen van de GPS op een gekende stationaire locatie aan land kan aantonen of er

problemen zijn met de GPS in ideale omstandigheden. Indien dat het geval is, moet er worden

nagegaan of de correcties van het StarFire™ netwerk wel degelijk worden toegepast en/of er

eventueel andere problemen zijn met de antenne en/of de ontvanger.

Het testen van de GPS getijmeetboei in water dat wel onder invloed staat van het getij, maar

op een locatie met meer beschermde omstandigheden, kan uitsluitsel geven over de

problematiek van verschillende parameters. Daarbij wordt gedacht aan het minimaliseren van

de wind, de stroming en de golven.

Eveneens kunnen fysische veranderingen aan de verankeringskabel worden aangebracht om

zo onderdompeling te voorkomen. Enkele mogelijkheden zijn: een langer en/of een lichter

Page 63: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

56

koord, een extra onderwaterboei die het gewicht van het koord helpt dragen of de boei meer

drijfkracht geven door rondom de boei extra drijvend materiaal te bevestigen.

Kortom, om tot definitieve en meer doorslaggevende conclusies te kunnen komen, is verder

praktisch onderzoek noodzakelijk.

Page 64: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

57

5. BESLUIT

De stand alone GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden te genereren als de nabijgelegen

radar gemonteerd op een meetpaal op de zandbank Bol van Heist voor de kust van Zeebrugge.

Dit is echter niet het geval en in dit onderzoek wordt er op zoek gegaan naar mogelijke

verbanden en verklaringen voor deze verschillen.

De GPS getijmeetboei genereert waarden die voor het grootste deel lager liggen dan de

radardata. Bovendien komen de grootste afwijkingen systematisch voor bij zowel de stijging

als daling rond hoogtij. Door dit herhalend patroon kan de oorzaak niet bij de dataverwerking

liggen die inwendig in de boei gebeurt. Praktisch onderzoek naar het gewicht en de lengte van

de verankeringskabel kan bovenstaande fouten misschien verklaren.

Er wordt geprobeerd om de verschillen tussen het getij volgens GPS en radar te modelleren

aan de hand van een multivariate lineaire regressieanalyse. Maar aan de voorwaarden die

verbonden zijn aan deze statistische analyse zijn echter niet voldaan. Daarom worden verdere

analyses enkel gebaseerd op visuele interpretaties en correlatiecoëfficiënt berekeningen. Uit

de relaties tussen de berekende verschillen en de parameters luchtdruk, stroming,

zeewatertemperatuur, luchttemperatuur, windrichting, windsnelheid, golfhoogte en

golfrichting kunnen geen doorslaggevende resultaten afgeleid worden. Periodes met veel ruis

tonen echter de grootste verbanden met de parameters stroming, windsnelheid en golfhoogte

en golfrichting. Verder onderzoek naar elk van deze parameters met de GPS getijmeetboei in

een beschermde omgeving op elk van deze parameters is noodzakelijk voor de verklaring van

de voorkomende fouten.

Het systematisch dalende verloop van de spanning onttrokken aan zonnepanelen van de GPS

getijmeetboei trok tijdens dit onderzoek een bijzondere aandacht. Er wordt geen verband

gevonden tussen de voltage en de fouten van het getij gemeten met de GPS getijmeetboei. De

gevonden relaties tussen de voltage en de andere parameters zijn niet eenduidig. Enkel

professioneel toekomstig onderzoek kan meer inzicht geven in de mate waarin de batterijen en

zonnepanelen beïnvloed worden door externe factoren.

Page 65: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

58

6. REFERENTIELIJST

6.1 Literatuur

Afdeling Kust – Vlaamse Hydrografie. (2011a) Getijboekje 2012, voor Nieuwpoort,

Oostende, Blankenberghe en Zeebrugge. Brussel: IVA Maritieme Dienstverlening en Kust.

Afdeling Kust – Vlaamse Hydrografie. (2011b) Getijtafels 2012, voor Nieuwpoort, Oostende,

Blankenberghe, Zeebrugge, Vlissingen, Prosperpolder, Antwerpen en Wintam – L.A.T.

Brussel: IVA Maritieme Dienstverlening en Kust.

Axys Technologies Inc. (2006) Triaxys Mooring 7-22 m deployment depth. Canada.

Axys Technologies Inc. (2007) TriaxysTM

GPS Buoy, User's Manual, Version 04. Canada,

October 2007.

Belgian Science Policy (2010) “Relationships between vertical reference planes in the

Belgian marine area, Final Report.” Action in support of the federal authority’s strategic

priorites. Contract NR/AP/00/36.

Chatfield, C. (1980) The Analysis of Time Series: An Introduction. Londen: Chapman and

Hall.

DeLoach, S.R. (1996) “GPS Tides: A project to determine tidal datums with the Global

Positioning System.” M. Eng. report, Department of Geodesy and Geomatics Engineering

Technical Report No. 181. University of New Brunswick, Fredericton, New Brunswick,

Canada, 105pp.

De Maeyer, P., Van de Weghe, N. (2008) Beginselen Geomatica. Gent: Academia Press.

De Pelsmacker, P., Van Kenhove, P. (2002) Marktonderzoek methoden en toepassingen.

Antwerpen: Garant.

Page 66: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

59

Derudder, B., Witlox, F., Vervaet, S., Van Acker, V. (2009) Ruimtelijke analyse: methoden en

technieken. Ongepubliceerde cursus, Universiteit Gent, Geografie en Geomatica.

De Wulf, A. (2012) Inleiding topografie. Gent: Academia Press.

Fremout, A. (2002) “Overzicht van de tijwaarnemingen langs de Belgische kust: periode

1991-2000 voor Nieuwpoort, Oostende en Zeebrugge”. Ministerie van de Vlaamse

Gemeenschap. Afdeling Waterwegen Kust - Hydrografie: Oostende. 38 + appendices pp.

Hair, J. F., Anderson, R. E., Tatham, R. L., Black, W. C. (1998) Multivariate Data Analysis

Fifth Edition. New Jersey: Prentice-Hall.

International Hydrographic Organization (2005) “Water Levels and Flow”. In: Manual on

Hydrography. Monaco: International Hydrographic Bureau, M-13, pp. 253-300.

Joosten, H. (2011) Datawell 1961-2011. Heemstede: Drukkerij Gravé.

N.N. (2011) Cours de marée. Onuitgegeven syllabus. École nationale Supérieure de

Techniques Avancées Bretagne.

McClave J. T. (2000) Statistics. New Jersey: Prentice-Hall.

MDK - Afdeling Kust - Vlaamse Hydrografie. (s.d.) “Overgang van GLLWS naar LAT”.

Moore, T., Zhang, K., Close, G., Moore, R. (2000) “Real-time river monitoring using GPS

heighting”. GPS solutions vol. 4, no 2, 63-67.

Poppe, H. (2007). “Waar ligt het nul niveau op zee.” De Grote Rede, Nr. 20.

Tack, F., Buyuksalih, G., Goossens, R. (2012). “3D Building Reconstruction Improvement

Based on Given Ground Plan Information and Surface Models Extracted from Spaceborne

Imagery.” ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. Vol. 67 (1), pp. 52-64.

Page 67: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

60

Taverniers, E., Mostaert, F. (heruitgave oktober 2009). “Overzicht van de tijwaarnemingen

langs de Belgische kust: periode 1991-2000: T.O. Tijwaarnemingen Zeescheldebekken 1991-

2000.” WL Rapporten, 833_01, versie 2_0. Antwerpen: Waterbouwkundig Laboratorium.

Van Cauwenberghe, C. (1992a). “Harmonic tidal predictions along the Belgian coast” The

Hydrographic Journal 63.

Van Cauwenberghe, C. (1992b). “Reductievlakken langs de Belgische kust en omgeving” De

Strandvlo. 12(4), 116-118.

Van Cauwenberghe, C., Dekker, L., Schuurman, A. (1993) “M2 tidal reduction method for

coastal zones”. Rapport Hydrografische Dienst der Kust 33. Ministerie van Openbare

Werken. Dienst der Kust: Oostende. 1-12, 7 app., maps pp.

Wijnen, K., Janssens, W., De Pelsmacker, P., Van Kenhove, P. (2002) Marktonderzoek met

SPSS: Statistische verwerking en interpolatie. Antwerpen: Garant.

6.2 Internetbronnen

http://www.imm.bwl.uni-

muenchen.de/dateien/3_lehre/market_analysis/durbin_watson_tables.pdf. 22/04/2013

http://www.meetnetvlaamsebanken.be/Default.aspx?Page=Map&L=nl. 26/04/2013

http://www.navcomtech.com/wps/dcom/navcom_en_US/products/equipment/cadastral_and_b

oundary/starfire/starfire.page? 02/05/2013a

http://www.navcomtech.com/wps/dcom/navcom_en_US/products/equipment/cadastral_and_b

oundary/sf_3050/sf_3050.page 02/05/2013b

Page 68: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

61

7. BIJLAGEN

Bijlage 1: Onderlinge ligging van verschillende verticale referentievlakken van België en

buurlanden

Bron: Poppe (2007)

Page 69: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

62

Bijlage 2: Uitschieters getij volgens GPS (10 min tijdsinterval)

Datum Uur (GMT) GPS waarde (cm, TAW)

22/06/2012 14:30 746,79

15:50 947,59

23/06/2012 02:40 742,79

24/06/2012 15:20 1097,09

15:30 -257,81

05/07/2012 00:10 718,19

06/07/2012 01:20 -778,41

08/07/2012 14:40 774,49

09/07/2012 03:10 -427,01

04:50 708,09

10/07/2012 17:30 726,29

16/07/2012 10:30 745,59

17/07/2012 12:10 709,69

23:50 837,29

18/07/2012 15:10 875,59

23:30 -878,41

23:40 -475,71

19/07/2012 03:00 1057,79

28/07/2012 18:40 -409,01

20:00 -658,01

20:40 -286,31

21:00 -301,81

21:30 -356,11

Page 70: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

63

Bijlage 3: Zoom op uitschieters getij volgens GPS (10 min tijdsinterval) t.o.v. getij volgens radar

-500,00

0,00

500,00

1000,00

22/06/2012 23/06/2012 24/06/2012 25/06/2012

Ge

tij (

cm, T

AW

, po

siti

eve

z

rich

tin

g)

Getij volgens GPS met aanduiding uitschieters t.o.v. getij volgens radar (22/06/12 - 25/06/12) GPS TAW cm

Radar TAW cm

Uitschieters GPS

-800,00

-400,00

0,00

400,00

800,00

4/07/2012 5/07/2012 6/07/2012 7/07/2012 8/07/2012 9/07/2012 10/07/2012 11/07/2012

Get

ij (c

m, T

AW

, po

siti

eve

z ri

chti

ng)

Getij volgens GPS met aanduiding uitschieters t.o.v. getij volgens radar (04/07/12 - 11/07/12) GPS TAW cm Radar TAW cm Uitschieters GPS

Page 71: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

64

-900,00

-300,00

300,00

900,00

16/07/2012 17/07/2012 18/07/2012 19/07/2012

Ge

tij (

cm, T

AW

, po

siti

eve

z

rich

tin

g)

Getij volgens GPS met aanduiding uitschieters t.o.v. getij volgens radar (16/07/12 - 19/07/12) GPS TAW cm Radar TAW cm Uitschieters GPS

-800,00

-400,00

0,00

400,00

28/07/2012 29/07/2012

Get

ij (c

m, T

AW

, po

siti

eve

z ri

chti

ng)

Getij volgens GPS met aanduiding uitschieters t.o.v. getij volgens radar (28/07/12 - 29/07/12) GPS TAW cm Radar TAW cm Uitschieters GPS

Page 72: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

65

Bijlage 4: Berekening uitschieters parameters (30 min tijdsinterval)

Voltage (V)

Minimum voltage 9,94

Q1 11,79

Mediaan 12,22

Q3 12,49

Maximum voltage 13,34

IKA 0,70

minimumwaarde 10,74

maximumwaarde 13,54

Aantal uitschieters 41

Stroming cel 1 (m/s)

Minimum stroming 0,01

Q1 0,35

Mediaan 0,59

Q3 0,90

Maximum stroming 1,99

IKA 0,55

minimumwaarde -0,48

maximumwaarde 1,73

Aantal uitschieters 5

Page 73: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

66

Windsnelheid (m/s)

Minimum windsnelheid 0,02

Q1 3,33

Mediaan 5,73

Q3 8,96

Maximum windsnelheid 18,42

IKA 5,63

minimumwaarde -5,12

maximumwaarde 17,41

Aantal uitschieters 13

Luchttemperatuur (°C)

Minimum luchttemperatuur 11,33

Q1 15,88

Mediaan 17,13

Q3 18,61

Maximum luchttemperatuur 30,33

IKA 2,73

minimumwaarde 11,79

maximumwaarde 22,71

Aantal uitschieters 47

Page 74: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

67

Golfhoogte (cm)

Minimum golfhoogte 13,16

Q1 33,89

Mediaan 57,73

Q3 92,35

Maximum golfhoogte 201,91

IKA 58,46

minimumwaarde -53,80

maximumwaarde 180,04

Aantal uitschieters 16

Richting van de hoogfrequente golven (°)

Minimum golfrichting 0 10

Q1 251,95

Mediaan 266,40

Q3 308,32

Maximum golfrichting 360,00

IKA 56,37

minimumwaarde 167,37

maximumwaarde 392,88

Aantal uitschieters 240

Page 75: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

68

Richting van de laagfrequente golven (°)

Minimum golfrichting 0,08

Q1 250,97

Mediaan 272,95

Q3 306,24

Maximum golfrichting 360,00

IKA 55,27

minimumwaarde 168,07

maximumwaarde 389,15

Aantal uitschieters 265

Page 76: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

69

Bijlage 5: Parameters t.o.v. getij volgens GPS

995,00

1000,00

1005,00

1010,00

1015,00

1020,00

1025,00

1030,00

-100,00 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00

Luch

tdru

k (m

illib

ar)

Getij volgens GPS (cm, TAW, positieve z richting)

Luchtdruk t.o.v. getij volgens GPS

15,00

16,00

17,00

18,00

19,00

20,00

-100,00 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00

T ze

ewat

er (

°C)

Getij volgens GPS (cm, TAW, positieve z richting)

Temperatuur zeewater t.o.v. getij volgens GPS

Page 77: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

70

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

400,00

-100,00 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00

Win

dri

chti

ng

(°)

Getij volgens GPS (cm, TAW, positieve z richting)

Windrichting t.o.v. getij volgens GPS

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

-100,00 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00

Win

snel

hei

d (m

/s)

Getij volgens GPS (cm, TAW, positieve z richting)

Windsnelheid t.o.v. getij volgens GPS

Page 78: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

71

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

-100,00 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00

T lu

cht

(°C

)

Getij volgens GPS (cm, TAW, positieve z richting)

Luchttemperatuur t.o.v. getij volgens GPS

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

-100,00 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00

Go

lfh

oo

gte

(cm

)

Getij volgens GPS (cm, TAW, positieve z richting)

Golfhoogte t.o.v. getij volgens GPS

Page 79: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

72

0,00

90,00

180,00

270,00

360,00

-100,00 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00

Ric

hti

ng

ho

ogf

req

ue

nte

go

lve

n (°

)

Getij volgens GPS (cm, TAW, positieve z richting)

Richting van de hoogfrequente golven t.o.v. getij volgens GPS

0,00

90,00

180,00

270,00

360,00

-100,00 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00

Ric

hti

ng

laag

fre

qu

ente

go

lven

(°)

Getij volgens GPS (cm, TAW, positieve z richting)

Richting van de laagfrequente golven t.o.v. getij volgens GPS

Page 80: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

73

9,00

10,00

11,00

12,00

13,00

14,00

-100,00 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00

Vo

ltag

e (V

)

Getij volgens GPS (cm, TAW, positieve z richting)

Voltage t.o.v. getij volgens GPS

Page 81: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

74

Bijlage 6: Parameters - Ruis

995,00

1000,00

1005,00

1010,00

1015,00

1020,00

1025,00

1030,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00 500,00

Luch

tdru

k (m

illib

ar)

Ruis (cm)

Luchtdruk t.o.v. Ruis

15,00

16,00

17,00

18,00

19,00

20,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00 500,00

T ze

ewat

er (

°C)

Ruis (cm)

Temperatuur zeewater t.o.v. Ruis

Page 82: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

75

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00 500,00

Stro

min

g ce

l 1 (

m/s

)

Ruis (cm)

Gemiddelde stroming cel 1 t.o.v. Ruis

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

400,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00 500,00

Win

dri

chti

ng

(°)

Ruis (cm)

Windrichting t.o.v. Ruis

Page 83: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

76

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00 500,00

Win

dsn

elh

eid

(m/s

)

Ruis (cm)

Windsnelheid t.o.v. Ruis

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00 500,00

T lu

cht

(°C

)

Ruis (cm)

Luchttemperatuur t.o.v. Ruis

Page 84: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

77

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00 500,00

Go

lfh

oo

gte

(cm

)

Ruis (cm)

Golfhoogte t.o.v. Ruis

0,00

90,00

180,00

270,00

360,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00 500,00

Ric

hti

ng

ho

ogf

req

uen

te g

olv

en (°

)

Ruis (cm)

Richting van de hoogfrequente golven t.o.v. Ruis

Page 85: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

78

0,00

90,00

180,00

270,00

360,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00 500,00

Ric

hti

ng

laag

fre

qu

en

te g

olv

en

(°)

Ruis (cm)

Richting van de laagfrequente golven t.o.v. Ruis

10,00

11,00

12,00

13,00

14,00

0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00 350,00 400,00 450,00 500,00

Vo

ltag

e (V

)

Ruis (cm)

Voltage t.o.v. Ruis

Page 86: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

79

Bijlage 7: Correlatieberekeningen tussen de voltage en alle meteo-parameters (per 24 uur)

Spearman’s Rho Lucht-

druk

T zee-

water

Stroming

cel 1

Wind-

richting

Wind-

snelheid T lucht

Golf-

hoogte

Richting

HF golven

Richting

LF golven

15/06/2012 Voltage -0,278 -0,066 -0,369 0,784 0,638 0,704 -0,668 0,493 0.281

sig 0,145 0,732 0,049 0,000 0,000 0,000 0,000 0,007 0.140

16/06/2012 Voltage 0.132 0.505 -0.274 0.756 0.393 0.616 0.178 0.106 0.041

sig 0.372 0.000 0.059 0.000 0.006 0.000 0.226 0.472 0.782

17/06/2012 Voltage 0.865 0.136 0.030 0.717 0.086 0.323 0.103 -0.006 0.066

sig 0.000 0.358 0.842 0.000 0.559 0.025 0.487 0.970 0.657

18/06/2012 Voltage 0.094 0.013 0.088 0.054 0.481 -0.017 0.153 0.377 0.347

sig 0.527 0.929 0.551 0.013 0.001 0.908 0.300 0.008 0.016

19/06/2012 Voltage 0.007 0.231 -0.236 0.470 -0.174 0.467 -0.391 0.329 0.471

sig 0.961 0.115 0.106 0.001 0.236 0.001 0.006 0.022 0.001

20/06/2012 Voltage -0.158 0.318 -0.019 -0,146 0,762 0,351 0,024 0.109 0.086

sig 0.282 0.028 0.897 0,321 0,000 0,014 0,000 0.460 0.560

21/06/2012 Voltage -0,393 -0.377 0.520 0.372 -0.233 0.887 -0.802 0.047 -0.276

sig 0,006 0.008 0.000 0.009 0.110 0.000 0.000 0.753 0.057

22/06/2012 Voltage 0.041 0.007 0.060 0.487 0.622 0.643 0.225 -0.566 -0.384

sig 0.782 0.964 0.685 0.000 0.000 0.000 0.125 0.000 0.007

23/06/2012 Voltage 0.887 0.012 -0.161 0.892 0.803 0.576 0.277 0.043 -0.225

sig 0.000 0.934 0.274 0.000 0.000 0.000 0.062 0.775 0.133

24/06/2012 Voltage -0.719 -0.115 -0.082 0.491 0.592 0.393 0.504 -0.568 -0.207

sig 0.000 0.437 0.578 0.000 0.000 0.006 0.000 0.000 0.157

25/06/2012 Voltage 0.321 0.334 -0.256 0.421 0.193 0.269 0.317 0.260 0.282

sig 0.026 0.021 0.079 0.003 0.189 0.064 0.030 0.078 0.055

26/06/2012 Voltage 0.924 0.271 -0.189 0.138 0.538 0.755 -0.509 -0.039 -0.092

sig 0.000 0.062 0.199 0.351 0.000 0.000 0.000 0.791 0.532

Page 87: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

80

27/06/2012 Voltage 0.068 -0.106 -0.228 0.730 0.307 0.277 0.148 0.141 -0.044

sig 0.648 0.472 0.119 0.000 0.034 0.057 0.315 0.338 0.765

28/06/2012 Voltage -0.486 -0.163 0.127 -0.313 0.035 0.866 -0.555 -0.132 -0.418

sig 0.000 0.267 0.390 0.030 0.812 0.000 0.000 0.372 0.003

29/06/2012 Voltage 0.283 0.265 -0.011 0.495 0.323 0.809 -0.288 0.029 -0.016

sig 0.052 0.068 0.943 0.000 0.025 0.000 0.047 0.844 0.917

30/06/2012 Voltage -0.074 0.239 -0.261 0.515 0.056 0.688 -0.064 0.133 0.017

sig 0.617 0.102 0.073 0.000 0.704 0.000 0.667 0.367 0.909

1/07/2012 Voltage 0.332 0.410 -0.336 0.657 0.872 0.757 0.716 0.391 0.316

sig 0.021 0.004 0.019 0.000 0.000 0.000 0.000 0.006 0.029

2/07/2012 Voltage 0.055 -0.417 0.247 0.370 0.599 0.562 0.017 -0.215 -0.203

sig 0.709 0.003 0.090 0.010 0.000 0.000 0.909 0.147 0.170

3/07/2012 Voltage 0.618 -0.320 -0.430 0.233 -0.104 -0.077 0.254 -0.290 -0.042

sig 0.000 0.027 0.002 0.111 0.481 0.605 0.082 0.046 0.776

4/07/2012 Voltage -0.217 -0.010 0.039 0.337 0.544 0.662 -0.039 0.227 0.135

sig 0.139 0.949 0.792 0.019 0.000 0.000 0.791 0.120 0.360

5/07/2012 Voltage 0.805 0.123 0.108 0.147 -0.055 0.566 -0.500 0.188 -0.196

sig 0.000 0.406 0.467 0.319 0.709 0.000 0.000 0.201 0.182

6/07/2012 Voltage 0.089 -0.079 -0.177 -0.023 -0.185 0.517 0.174 -0.440 0.298

sig 0.546 0.593 0.229 0.879 0.208 0.000 0.236 0.002 0.039

7/07/2012 Voltage 0.762 -0.286 -0.383 0.732 0.466 0.568 0.684 -0.154 0.166

sig 0.000 0.049 0.007 0.000 0.001 0.000 0.000 0.295 0.261

8/07/2012 Voltage -0.238 -0.108 0.155 0.527 0.227 0.145 0.103 0.266 0.086

sig 0.103 0.464 0.292 0.000 0.121 0.327 0.485 0.068 0.559

9/07/2012 Voltage 0.179 0.323 -0.363 0.727 0.402 0.758 0.251 0.251 -0.095

sig 0.224 0.025 0.11 0.000 0.005 0.000 0.143 0.085 0.521

10/07/2012 Voltage 0.360 -0.062 -0.066 0.655 -0.146 0.535 -0.39-3 0.590 0.203

sig 0.012 0.677 0.655 0.000 0.321 0.000 0.006 0.000 0.167

11/07/2012 Voltage 0.370 0.291 -0.166 0.687 0.559 0.857 0.385 0.605 -0.042

Page 88: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

81

sig 0.010 0.045 0.260 0.000 0.000 0.000 0.007 0.000 0.778

12/07/2012 Voltage 0,958 -0.010 -0.300 0.431 -0.151 0.699 -0.018 0.684 0.381

sig 0.000 0.947 0.038 0.002 0.306 0.000 0.903 0.000 0.008

13/07/2012 Voltage 0.008 0.128 -0.397 0.662 0.631 0.686 0.181 0.374 0.215

sig 0.956 0.385 0.005 0.000 0.000 0.000 0.219 0.009 0.142

14/07/2012 Voltage -0.165 -0.278 0.468 0.677 0.393 0.447 0.663 -0.390 -0.768

sig 0.261 0.056 0.001 0.000 0.006 0.001 0.000 0.006 0.001

15/07/2012 Voltage 0.049 0.127 -0.201 0.284 0.135 0.392 -0.344 0.158 0.170

sig 0.741 0.391 0.170 0.050 0.362 0.006 0.017 0.284 0.248

16/07/2012 Voltage 0.847 0.296 -0.121 -0.101 -0.487 -0.266 -0.364 0.381 0.080

sig 0.000 0.041 0.411 0.493 0.000 0.068 0.011 0.008 0.590

17/07/2012 Voltage 0.653 -0.086 -0.094 0.553 0.160 -0.042 -0.026 0.441 0.651

sig 0.000 0.563 0.525 0.000 0.277 0.778 0.858 0.002 0.000

18/07/2012 Voltage 0.392 -0.035 0.129 0.583 0.389 0.430 0.295 -0.363 -0.157

sig 0.006 0.814 0.382 0.000 0.006 0.002 0.042 0.011 0.287

19/07/2012 Voltage -0.357 -0.201 0.077 0.523 0.306 0.605 0.589 -0.358 -0.419

sig 0.013 0.170 0.603 0.000 0.035 0.000 0.000 0.013 0.003

20/07/2012 Voltage -0.328 -0.347 -0.081 -0.103 0.008 0.447 -0.059 -0.210 -0.040

sig 0.023 0.016 0.586 0.487 0.958 0.001 0.689 0.151 0.786

21/07/2012 Voltage -0.261 -0.208 -0.156 -0.064 -0.097 0.391 0.189 0.085 0.215

sig 0.073 0.155 0.289 0.666 0.511 0.006 0.098 0.567 0.142

22/07/2012 Voltage 0,041 0.007 0.060 0.487 0.622 0.643 0.255 -0.566 -0.384

sig 0.782 0.964 0.685 0.000 0.000 0.000 0.125 0.000 0.007

23/07/2012 Voltage 0.451 -0.359 -0.215 0.402 0.204 0.407 0.340 -0.279 0.038

sig 0.001 0.012 0.141 0.005 0.164 0.004 0.018 0.055 0.797

24/07/2012 Voltage 0.377 -0.307 -0.266 -0.201 -0.026 0.523 -0.384 -0.077 -0.194

sig 0.008 0.034 0.067 0.172 0.860 0.000 0.007 0.603 0.187

25/07/2012 Voltage -0.475 -0.414 -0.384 -0.339 -0.554 0.663 -0.198 -0.488 -0.245

sig 0.001 0.003 0.007 0.018 0.000 0.000 0.177 0.000 0.094

Page 89: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

82

26/07/2012 Voltage 0.877 -0.410 0.113 -0.445 0.324 -0.440 0.162 0.533 -0.098

sig 0.000 0.004 0.444 0.002 0.025 0.002 0.270 0.000 0.506

27/07/2012 Voltage 0.851 -0.371 -0.006 0.413 -0.284 0.906 -0.173 -0.316 0.024

sig 0.000 0.009 0.966 0.004 0.051 0.000 0.238 0.028 0.869

28/07/2012 Voltage -0.943 0.068 -0.008 -0.635 -0.260 0.135 0.419 0.408 0.350

sig 0.000 0.659 0.959 0.000 0.085 0.377 0.004 0.005 0.018

Page 90: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

83

Bijlage 8: Onderzoek normaal verdeling

Variabele Transformatie Kurtosis Stdev Scheefheid Stdev Kolmogorov-

Smirnovtest

Ruis Geen 30.596 0.107 4.814 0.054 0.293 (0,000)

Log 1.820 0.107 -0.522 0.054 0.071 (0,000)

Vierkantswortel 7.384 0.107 2.331 0.054 0.162 (0,000)

1/variabele 583.156 0.107 22.803 0.054 0.450 (0,000)

Lucht-druk Geen -0.353 0.107 0.116 0.054 0.067 (0,000)

Log -0.355 0.107 0.102 0.054 0.066 (0,000)

Vierkantswortel -0.354 0.107 0.109 0.054 0.066 (0,000)

1/variabele -0.356 0.107 -0.088 0.054 0.065 (0,000

T zeewater Geen -0.347 0.107 -0.151 0.054 0.101 (0,000)

Log -0.355 0.107 -0.278 0.054 0.111 (0,000)

Vierkantswortel -0.356 0.107 -0.215 0.054 0.106 (0,000)

1/variabele -0.327 0.107 0.402 0.054 0.122 (0,000

Stroming cel 1 Geen -0.262 0.107 0.590 0.054 0.070 (0,000)

Log 2.114 0.107 -1.105 0.054 0.074 (0,000)

Vierkantswortel -0.558 0.107 -0.057 0.054 0.031 (0,000)

1/variabele 230.197 0.107 13.331 0.054 0.335 (0,000

Windrichting Geen -0.647 0.107 -0.642 0.054 0.164 (0,000)

Log 4.368 0.107 -1.920 0.054 0.264 (0,000)

Vierkantswortel -0.031 0.107 -1.082 0.054 0.212 (0,000)

1/variabele 1721.089 0.107 39.999 0.054 0.461 (0,000

Windsnelheid Geen -0.227 0.107 0.654 0.054 0.088 (0,000)

Log 3.669 0.107 -1.189 0.054 0.075 (0,000)

Page 91: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

84

Vierkantswortel -0.627 0.107 0.027 0.054 0.045 (0,000)

1/variabele 912.620 0.107 29.426 0.054 0.434 (0,000

T-lucht Geen 3.387 0.107 1.160 0.054 0.086 (0,000)

Log 1.368 0.107 0.515 0.054 0.058 (0,000)

Vierkantswortel 2.138 0.107 0.822 0.054 0.072 (0,000)

1/variabele 0.905 0.107 0.045 0.054 0.037 (0,000

Golfhoogte Geen 0.008 0.107 0.831 0.054 0.104 (0,000)

Log -0.959 0.107 -0.107 0.054 0.053 (0,000)

Vierkantswortel -0.786 0.107 0.360 0.054 0.068 (0,000)

1/variabele 0.579 0.107 1.078 0.054 0.125 (0,000

Richting HF

golven Geen 2.461 0.107 -1.807 0.054 0.311 (0,000)

Log 11.073 0.107 -3.225 0.054 0.440 (0,000)

Vierkantswortel 4.057 0.107 -2.288 0.054 0.381 (0,000)

1/variabele 1191.310 0.107 31.930 0.054 0.467 (0,000

Richting LF

golven Geen 2.300 0.107 -1.723 0.054 0.244 (0,000)

Log 14.194 0.107 -3.590 0.054 0.377 (0,000)

Vierkantswortel 4.746 0.107 -2.352 0.054 0.313 (0,000)

1/variabele 1230.458 0.107 32.386 0.054 0.469 (0,000

Voltage Geen 1.285 0.107 -0.783 0.054 0.069 (0,000)

Log 1.925 0.107 -0.978 0.054 0.077 (0,000)

Vierkantswortel 1.584 0.107 -0.879 0.054 0.073 (0,000)

1/variabele 2.753 0.107 1.193 0.054 0.085 (0,000)

Page 92: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

85

Bijlage 9: Controle lineariteit: partial regression plots – zonder transformatie

Page 93: Analyse van de 3D acquisitie-resultaten van een GPS ... · gemeten door een radar die gemonteerd staat op de eerder vermelde meetpaal. De GPS getijmeetboei dient dezelfde waarden

86

Bijlage 10: Controle lineariteit: logaritme- en vierkantsworteltransformatie