Bauwerksmonitoring: Neues System setzt auf Sensorelektronik und Edge-Computing

Nach dem Einsturz der Carolabrücke in Dresden rückt die präventive Zustandsbewertung von Bauwerken und kritischer Infrastruktur, darunter Brücken, Kläranlagen oder Staudämme, mittels Monitoring-Systemen in den Fokus (wir berichteten). Ein frühzeitiges Entdecken von Schäden an Infrastrukturbauwerken dient nicht nur der Gewährleistung der Standsicherheit, sondern es hilft auch dabei, Kosten zu sparen. Denn: Allein die Sperrung einer Autobahnbrücke, wie beispielsweise der Rheinbrücke bei Leverkusen, bedeutet Millionenschäden, ganze Ersatzneubauten (Stichwort "Sauerlandlinie") kommen die Volkswirtschaft noch teurer zu stehen.

Fortwährendes Bauwerksmonitoring durch Edge-Computing

Vor diesem Hintergrund wird derzeit im Verbundprojekt "Intelligente, mulitmodale und autarke Bauwerksprüfung mittels Edge-Computing", kurz ImaB-Edge, ein neues elektronisches System zur permanenten Überwachung des Bausubstanzzustands von Infrastrukturbauwerken entwickelt. Konkret soll durch eine Dauerüberwachung in Kombination mit lokaler zerstörungsfreier Prüfung (gemäß der Zerstörungsfreien Prüfverfahren im Bauwesen, kurz ZfPBau) ein modular konfigurierbares Vorort-System am Rand (engl.: Edge) des Netzwerks als Alternative zu derzeitigen Cloud-Lösungen entstehen.

Bei Neubauten könnten dabei Sensoren für eine permanente Überwachung implementiert werden. Diese zeichnen fortwährend Messdaten auf, welche mittels sogenannter Sensor-Edge-Einheiten in einem Knotenpunkt, dem Edge-Gateway, gesammelt und mittels künstlicher Intelligenz analysiert und bewertet werden. Der Zustand des Bauwerks wird dann zu einer Leitstelle oder an Servicepersonal übertragen.

Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfungen (IZFP) errichtet Reallabor

Am Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfungen (IZFP) in Saarbrücken wurde in den letzten Monaten eine umfassende Versuchsstrecke als Reallabor aufgebaut, mit deren Hilfe alle projektrelevanten Prozesse abgebildet und validiert werden, angefangen mit der strukturierten Datenerfassung und Vorverarbeitung der Daten im sogenannten Sensor-Edge und Edge-Gateway vor Ort, der Prüfung mittels eines mobilen ZfPBau-Systems und der Weitergabe der Daten bis hin zur Visualisierung der Ergebnisse.

Dazu wurden in einer Parkplatz-Einfahrt eine Reihe von Temperatur- sowie Vibrationssensoren im Boden verbaut. Diese Sensoren messen in regelmäßigen Abständen die vorhandene Temperatur und erfassen parallel dazu Vibrationen, die durch ein- und ausfahrende Fahrzeuge ausgelöst werden.

Die erfassten Daten werden zunächst über ein lokales Netzwerk (LAN) bzw. Bluetooth an das Sensor-Edge vor Ort geleitet und dort vorverarbeitet. Neben den im Erdreich verbauten Sensoren empfängt das Sensor-Edge zusätzlich Daten einer Wetterstation sowie einer angeschlossenen Kamera, mit deren Hilfe zukünftig eine Aussage über die Echtzeit-Belastung einer Verkehrsstraße ermittelt werden kann (Bild 2).

5,6 Millionen Euro Bundesförderung für OCTOPUS-Projekt

Das Projekt ImaB-Edge läuft bis Oktober 2025 und wird mit 5,6 Millionen Euro gefördert. Unter dem Titel "Elektroniksysteme für vertrauenswürdige und energieeffiziente dezentrale Datenverarbeitung im Edge-Computing (OCTOPUS)" fördert die Bundesregierung derzeit mehrere Projekte im Bereich Edge Computing.

Als Koordinator für Imab-Edge fungiert die Leonhard Weiss GmbH & Co. KG aus Langen, zu den Projektpartnern gehören außerdem folgende Einrichtungen und Firmen:

• Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP, Saarbrücken
• Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS, Dresden
• Micro-Sensys GmbH, Erfurt
• WPM Ingenieure GmbH, Neunkirchen
• Eurokey Software GmbH, Saarbrücken
• Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), Berlin