Optische 3D-Brücken-Inspektion: Innovative Inspektion komplexer Infrastrukturen durch die Kombination von hochauflösenden UAV-gestützten Bildern und Streifenlicht-Aufnahmen

• Antragsteller: Privatdozent Dr.-Ing. Ulf Bestmann; Professor Dr.-Ing. Markus Gerke
• Fachliche Zuordnung: Geodäsie, Photogrammetrie, Fernerkundung, Geoinformatik, Kartographie ; Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501682769

Brücken als einer der Hauptbestandteile der Transportinfrastruktur sind vielen äußeren Belastungen ausgesetzt und müssen Ermüdungsbelastungen, z. B. durch den Verkehr, sowie klimatischen Einflüssen wie Wind oder Temperaturschwankungen standhalten, abgesehen von der natürlichen Verschlechterung der Materialien durch Alterung. Wenn das Bauwerk bereits Konstruktionsmängel aufweist, beschleunigt sich der Verschlechterungsprozess bei täglicher Nutzung. Gegenwärtig werden notwendige Brückeninspektionen meist manuell von hochqualifizierten Mitarbeitenden durchgeführt, die über jahrelange Erfahrung bei der Erkennung möglicher gefährlicher Schäden, wie Risse an Brücken verfügen. Diese manuellen Inspektionen, auch wenn sie als zuverlässig gelten, sind jedoch immer noch subjektiv und in der Regel zeitaufwändig sowie gefährlich für die Mitarbeitenden. In diesem Projekt schlagen wir vor, mehrere hochmoderne Sensortechnologien zu verwenden und neu entstehende Ansätze zur Datenverarbeitung und zum maschinellen Lernen einzusetzen: Unbemannte Flugroboter (UAV) - oder Drohnen - werden mit hochwertigen Kameras ausgestattet und für den Zugang zu schwer zugänglichen Stellen der Brücke sowie für die Aufnahme von hochauflösenden Bildern eingesetzt, die von einem Computer-Vision-Modul für die automatische Auswertung verarbeitet werden; dies macht sie zu einem leistungsstarken und flexiblen Werkzeug für die Überwachung des baulichen Zustands. Wir werden hochauflösende metrische Vollbildkameras in Kombination mit geeigneten Multirotor-Trägern verwenden, um sowohl umfassende, das ganze Bauwerk betreffende, geometrische Verformungen als auch visuelle Schäden an der Struktur zu überwachen. Darüber hinaus werden wir Streifenlicht-Scanner einsetzen, die eine Oberfläche dreidimensional im sub-mm-Bereich auflösen können. Alle Sensoren werden in einem durch die Infrastruktur definierten und zeitlich stabilen Koordinatensystem gemeinsam registriert. Durch einen innovativen Ansatz zur Steuerung des UAV und die Kombination aller Sensordaten in einem fortschrittlichen Deep-Learning-Bildinterpretationsansatz schlagen wir eine ganzheitliche, bildbasierte Überwachungsmethode vor. Das Arbeitsprogramm besteht aus vier Arbeitspaketen (AP). Für alle vier AP gibt es ein spezifisches Unter-AP, das sich auf die Evaluierung konzentriert. Dabei sollen eigene, AP-übergreifende und AP-spezifische Experimente in der TU Braunschweig generiert werden, aber auch gemeinsam abgestimmte Experimente an der im Ausschreibungstext angegebenen Demonstratorbrücke an der Autobahn A2 durchgeführt werden. Dieses Projekt passt sehr gut in dieses SPP, da es Methoden zu digitalen Zwillingen, die in Bereich eins (digitale Modelle) entwickelt werden, mit dem letzten Bereich (Zustandsindikatoren) verbindet. Die zu entwickelnden Methoden werden neben Brückenbauwerken auch für das Monitoring anderer komplexer Infrastrukturbauwerke einsetzbar sein, da sie im Prinzip generisch angelegt sind.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2388: Hundert plus - Verlängerung der Lebensdauer komplexer Baustrukturen durch intelligente Digitalisierung