maB-Edge: Verteilte Sensorelektronik zur energieeffizienten & vorausschauenden Instandhaltung kritischer Infrastruktur

fTeilen

Der Einsturz der Carolabrücke in Dresden macht deutlich, wie wichtig eine
vorausschauende Zustandsbewertung von Bauwerken und kritischer
Infrastruktur mittels Monitoring-Systemen ist. Dies 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.

Ingenieurbauwerke 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.

Fortwährendes Monitoring durch Edge-Computing
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)« am 17.09.2024 im Bundesministerium für Bildung
und Forschung (BMBF) in Bonn 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.

Aufbau eines Reallabors
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
EUROKEY Software GmbH und WPM - Ingenieure GmbH. Dazu wurden Temperatur-
sowie Vibrationssensoren in einer Parkplatzeinfahrt im Boden verbaut. Die
erfassten Daten werden hierbei zunächst über LAN bzw. 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.

Das Projekt ImaB-Edge wird durch das Bundesministerium für Bildung und
Forschung (BMBF) mit ca. 5,6 Millionen Euro gefördert.