Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP
Motivation und Zielstellung
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 aber 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 wurde ein Inspektionssystem entwickelt, das die automatisierte Zustandserfassung und Bewertung von Bauwerken ermöglicht. Realisiert wurde dies mit automatisiert agierenden unbemannten Flugobjekten (UAV) zur Zustandserfassung der Bauwerke und der nachfolgenden 2D/3D-Bildverarbeitung und Bildauswertung bis hin zur Ergänzung der digitalen Bauwerksakte mit Schadens- und Mängelanzeigen sowie Handlungsanweisungen. Dadurch kann eine einfache, beschleunigte und regelmäßige Bauwerksprüfung ermöglicht werden.
Herangehensweise und Lösung
Die Erfassung des Zustandes während der Bauwerksprüfung soll ohne handnahe Vor-Ort Präsenz möglich sein. Als Lösung wurde ein Inspektionssystem auf Basis automatisiert agierender unbemannter Flugobjekte entwickelt. Dafür wird das Bauwerk im ersten Schritt mit einem Laserscanner erfasst. Auf Basis der 3D-Aufnahme erfolgt anschließend die automatisierte Bahnplanung sowie Befliegung des Bauwerkes. 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. Bei der autonomen Befliegung erfolgt die bildbasierte Dokumentation der für die Bauwerksprüfung relevanten Bereiche (z.B. Fügestellen). Anschließend wird aus den erfassten visuellen 2D- und 3D-Daten ein 3D-Modell als Grundlage für die bautechnische Inspektion erstellt. Anhand dieses Modells erfolgt eine automatische Analyse und Klassifikation der Schäden. Daraus wird eine Bewertung des Bauwerkzustands anhand geltender Richtlinien abgeleitet. Durch die Entwicklungen ergibt sich die Möglichkeit automatisiert Ingenieursbauwerke sowie Hallenstrukturen wirtschaftlich zu prüfen und so sicherheitsrelevante Veränderungen frühzeitig zu erkennen. Es lässt sich ein nachhaltiges Bauwerksmanagement realisieren, womit die Instandhaltungskosten reduziert und durch die dokumentierten Sicherheitsstandards das Haftungsrisiko gesenkt werden können.