Roboterbasierte Bauwerkserfassung basierend auf Framesemantik und linguistischen Metamodellen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Kay Smarsly
• Fachliche Zuordnung: Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531513904

Die Baustellen der Zukunft, so genannte "smarte Baustellen", sind durch Digitalisierung, Automatisierung und Vernetzung geprägt. Subsumiert unter "Bauen 4.0" beschreiben diese Konzepte die vierte Revolution im Bauwesen, die mit einem vermehrten Einsatz von zum Teil sehr heterogenen Robotersystemen einhergeht. Eine bislang überwiegend von Menschen ausgeführte Aufgabe, die zunehmend von Robotersystemen übernommen wird, sind Inspektionen von Infrastrukturbauwerken, z.B. (1.) zur Kontrolle von Ist-Zuständen und zur Erfassung von Mängeln während der Bauphase oder (2.) zur gesetzlich vorgeschriebenen, regelmäßigen Dokumentation des Bauwerkszustandes während der Betriebsphase. Dafür ist es notwendig, Inspektionsrouten zu ermitteln und diese ggf. auf die an den Bauwerksinspektionen beteiligten Robotersystemen zu verteilen. Da sich digitale, standardkonforme Bauwerksmodelle in vielen Bereichen des Bauwesens bereits etabliert haben und teils gesetzlich vorgeschrieben sind, ist es naheliegend, digitale Bauwerksmodelle oder bestehende digitale Zwillinge als konzeptuelle Basis für Routenberechnungen heranzuziehen. Aktuell ist es jedoch nicht möglich, Roboterinformationen vollumfänglich mit Bauwerksinformationen zu koppeln und somit eine effiziente Ermittlung von Inspektionsrouten sowie eine reibungslose Kommunikation zwischen den Robotersystemen bzw. Roboterflotten zu gewährleisten. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Bereitstellung einer Methodik zur Automatisierung von roboterbasierten Bauwerksinspektionen auf der Basis von digitalen Bauwerksmodellen. Hierfür wird die Forschungshypothese aufgestellt, dass sich Inspektionsrouten für Roboterflotten auf Basis von (a) Roboterinformationen und (b) Bauwerksinformationen aus digitalen Bauwerksmodellen unter Berücksichtigung der jeweiligen Inspektionsaufgabe zuverlässig ermitteln lassen. Die Semantik der digitalen Bauwerksmodelle, in denen alle für die Routenberechnungen erforderlichen Informationen implizit vorhanden sind, dient als formale Grundlage, um Roboter- und Bauwerksinformationen zu koppeln. Die Kopplung erfolgt - unter Berücksichtigung bestehender Wissensquellen - über Framesemantik als Wissensrepräsentationsform, die als etablierte kognitionswissenschaftliche Methodik in der Semantikforschung linguistisch fundiert ist. Das Wissen wird in linguistische Metamodelle überführt, die als ingenieurverständliche Ontologien repräsentiert werden und eine Generierung von spezifischen Inspektionsmodellen erlauben. Schließlich werden standardkonforme Bauwerksinformationsmodelle eingesetzt, um die Methodik anhand eines Demonstratorbauwerks zu validieren. Im Ergebnis wird erwartet, dass das beantragte Forschungsvorhaben eine wissenschaftlich abgesicherte Basis für den zuverlässigen und effizienten Einsatz autonomer Robotersysteme zur Inspektion von Infrastrukturbauwerken bereitstellt, insbesondere, um fundiert beurteilen zu können, inwieweit Robotersysteme herkömmliche Bauwerksinspektionen verbessern können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen