Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Inspektion, Überwachung und Dokumentation von stahlbaulichen Strukturen

Stahlbauliche Strukturen sind flexible Gebilde mit hohen dynamischen und statischen Beanspruchungen. Dazu gehören Wettereinflüsse, Überlasten oder Alterserscheinungen. Zum Erhalt der Standsicherheit und der sicheren Nutzung ist ein nachhaltiges Bauwerksmanagement nötig. Dies kann nur durch regelmäßige Prüfungen realisiert werden, was allerdings mit erheblichem finanziellem und zeitlichem Aufwand verbunden ist. Zur Durchführung werden hochqualifiziertes Personal sowie Hilfsmittel benötigt und es kommt während der Inspektion zur Beeinträchtigung der Nutzung. In diesem Forschungsprojekt sollen autonom agierende unbemannte Flugobjekte (UAV) als Basis für ein Inspektionssystem genutzt werden, wodurch einfache, beschleunigte und regelmäßige Bauwerksprüfung ermöglicht werden. Dazu soll das Bauwerk mit einem Laserscanner erfasst und anhand der 3D-Aufnahme die automatische Bahnplanung des UAV realisiert werden. Bei der autonomen Befliegung erfolgt die visuelle Erfassung der für die Bauwerksprüfung relevanten Bereiche (z.B. Fügestellen). Die Herausforderung bei der Befliegung besteht in der Navigation des UAV. Während im Außenbereich globale Positioniersysteme (z.B. GPS) genutzt werden können, muss im Innenbereich die Navigation und Kollisionskontrolle anhand von Bauwerkswissen in Verbindung mit Sensoren realisiert werden. Anhand der erfassten visuellen 2D- und 3D-Daten erfolgt anschließend die bautechnische Inspektion. Dabei wird eine automatische Bildanalyse sowie Klassifikation der Schäden vorgenommen und eine Bewertung des Bauwerkzustands anhand geltender Richtlinien abgeleitet. Durch die Entwicklungen ergibt sich für KMU die Möglichkeit automatisiert Ingenieursbauwerke sowie Hallenstrukturen wirtschaftlich zu prüfen und so sicherheitsrelevante Veränderungen früh zu erkennen. Durch die Umsetzung eines nachhaltigen Bauwerksmanagements können die Instandhaltungskosten für KMU minimiert und durch die dokumentierten Sicherheitsstandards das Haftungsrisiko gesenkt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurde ein Schadenskatalog als Grundlage für die Inspektion von stahlbaulichen Strukturen mit Bewertungen für unterschiedliche Ausprägungen der an Stahl vorkommenden Schädigungen erstellt. Aus Sicht der automatisierten Bilddatenverarbeitung fand eine Analyse zur Schadensbeschreibung und Abweichung vom Normalzustand statt. Dafür wurden Methoden zur automatisierten Auswertung und Klassifikation von Schadensstrukturen auf Basis von Bilddaten entwickelt. Darauf basierend konnte ein Verfahren zur Bewertung der einzelnen Schäden sowie des gesamten Bauwerkes erarbeitet werden. Parallel wurde das UAV-System, eine Navigationslösung auf Basis einer 3D-Routenplanung sowie eines Multisensorsystems, entwickelt. Das erarbeitete Verfahren zur Rückführung und Darstellung der Ergebnisse in einem 3D-Modell liefert dem Prüfer ein Werkzeug für die Inspektion stahlbaulicher Strukturen. Das genannte Forschungsziel konnte somit erreicht werden. Der volkswirtschaftliche Schaden für Deutschland durch sanierungsbedürftige Brücken sowie damit einhergehender Staubildung durch Sperrungen der Straßen kann so reduziert werden. Dieser Problematik kann mit einer Brückeninspektion mittels UAV entgegengewirkt werden, indem Schädigungen frühzeitiger erkannt werden und somit schneller entgegengewirkt werden kann (Präventivstrategie). Auch für die Prüfingenieure, stets als KMU vertreten, würde sich ein derartig unterstützter Prüfvorgang eines Brücken- bzw. verkehrstechnischen Bauwerks vereinfachen und beschleunigen lassen. Der sonst nötige Einsatz von Behelfsmitteln wie Hubsteiger oder Brückenunter- sichtgeräte wird reduziert und somit auch das gefährdete Arbeiten für das Personal. Zudem handelt es sich um ein neues Produktportfolio für den Prüfingenieur. Insgesamt trägt InÜDosS zu einer völlig neuartigen Bauwerksbewertung im Bauwesen bei und verknüpft das Bauwesen mit seinen vorrangig als KMU arbeitenden Unternehmen mit modernster Technologie und der Industrie 4.0.