Verteilte Sensorelektronik zur Instandhaltung kritischer Infrastruktur

Der Einsturz der Carolabrücke in Dresden macht deutlich, wie wichtig eine vorausschauende Zustandsbewertung von Bauwerken und kritischer Infrastruktur mittels Monitoring-Systemen ist. Das ist nicht nur essentiell für die Sicherheit, ein frühzeitiges Entdecken von Schäden kann ebenso eine Kostenersparnis bedeuten. Im Verbundprojekt ImaB-Edge entwickeln Materialforschungs- und -prüfungseinrichtungen gemeinsam mit Hard- und Softwareentwicklern, Bauunternehmen und Infrastrukturbetreibern ein elektronisches System zur permanenten Überwachung des Bausubstanzzustands von Infrastruktur-Bauwerken.

Bauwerke wie Brücken, Kläranlagen oder Staudämme sind essentielle Elemente der technischen Infrastruktur und volkswirtschaftlich gesehen von höchster Relevanz. Zum Beispiel kann die Sperrung von Brücken in Hauptverkehrsadern täglich Schäden in Millionenhöhe verursachen. Im Projekt ImaB-Edge soll durch eine Dauerüberwachung in Kombination mit lokaler zerstörungsfreier Prüfung ein modular konfigurierbares Vorort-System als Alternative zu derzeitigen Cloud-Lösungen entwickelt werden. Mit diesem sollen einerseits potenziell fatale Unfälle vermieden werden, andererseits soll auch sichergestellt werden, dass kostenintensive Baumaßnahmen vermieden werden, indem frühzeitig erforderliche Reparaturmaßnahmen eingeleitet werden und präventiv eingegriffen werden kann. Das Vorhaben trägt so zur Sicherheit von Infrastruktur und zu deren kostensparendem Unterhalt bei.

Bei Neubauten können Sensoren für eine permanente Überwachung implementiert werden. Die in ein Bauwerk integrierten Sensoren zeichnen fortwährend Messdaten auf, welche mittels 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. Neben Autobahnbrücken sollen perspektivisch auch an Bahnanlagen, Tunneln, Dämmen etc. kritische Zustände oder signifikante Veränderungen frühzeitig erkannt werden, damit entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden können.

Beim Statustreffen der Fördermaßnahme „Elektroniksysteme für vertrauenswürdige und energieeffiziente dezentrale Datenverarbeitung im Edge-Computing (OCTOPUS)“ im September wurden die Zwischenergebnisse der Forschungsergebnisse präsentiert und besprochen. Der Einsturz der Carolabrücke sowie die Lösungsansätze, die ImaB-Edge hier bieten kann, waren Thema vieler fachlichen Gespräche. Das Projekt ImaB-Edge wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit etwa 5,6 Millionen Euro gefördert.

Aktuell wurde auf dem Gelände des Fraunhofer-IZFP ein Reallabor aufgebaut. Mit dessen Hilfe können alle relevanten Prozesse beispielhaft abgebildet und validiert werden, von der strukturierten Datenerfassung und Vorverarbeitung der Daten im Sensor-EDGE und EDGE-Gateway vor Ort, über die Prüfung mittels des mobilen ZfPBau-Systems und der Weitergabe der Daten bis hin zur Visualisierung der Ergebnisse an die Projektpartner. Dazu wurden Temperatur- sowie Vibrationssensoren in einer Parkplatzeinfahrt im Boden verbaut. Die erfassten Daten werden hierbei zunächst über LAN oder Bluetooth an das Sensor-EDGE vor Ort geleitet und dort vorverarbeitet. Neben den Daten der Sensoren im Erdreich empfängt das Sensor-EDGE zusätzlich Daten einer Wetterstation sowie einer angeschlossenen Kamera, mithilfe derer künftig eine Aussage über die Echtzeitbelastung einer Verkehrsstraße ermittelt werden kann.

Fh.-IZFP / RK