Foto: Rolf van Melis

Auftragsforschung im Bereich Sicherheit und Zuverlässigkeit

Auftragsforschung heißt für uns, transparente und praktikable Lösungen für die Problemstellungen unserer Kunden beziehungsweise Förderinstitutionen zu finden. Unsere Beteiligung an den verschiedensten Forschungsprojekten führte zu einer umfangreichen Liste von Veröffentlichungen. Einige Beispiele werden auf dieser Seite aufgeführt.

ROBINSPECT

(von der EU gefördertes Forschungsprojekt) ROBotic System with Intelligent Vision and Control for Tunnel Structural INSPECTion and Evaluation (Status: retained for negotiations)

Die vergangenen Fortschritte in der Robotik und den zugehörigen Forschungsfeldern der Computertechnik und Sensorik eröffnen mittelfristig Lösungen im Bereich der Inspektion ziviler Infrastruktur im allgemeinen und der Infrastruktur von Tunneln im speziellen durch selbstständige Roboter. Gerade ältere Infrastruktur benötigt dringend regelmäßige Inspektionen und Begutachtungen. Zurzeit geschieht die Prüfung der Tunnel hauptsächlich visuell durch Inspekteure. Dieser Prozess ist langsam, arbeitsintensiv, teuer, subjektiv und häufig muss eine Fahrspur während der Inspektion gesperrt werden. Zu einer Zeit limitierter Budgets und maximaler Anforderungen an die Sicherheit kann ROBINSPECT eine günstige Alternative sein. Unterstützt von Unternehmen, die Tunnelinspektionen durchführen, adaptiert und integriert das Projekt Forschungsergebnisse in intelligente halbautomatische Kontrollsysteme. Dieses aktive und ständig lernende innovative Kontrollsystem wird speziell auf die Computersysteme des verwendeten Robotsystems zugeschnitten. Mit diesem wird automatisch die Innenwand der Tunnel nach potentiellen Oberflächendefekten abgesucht, indem es radiale Deformierungen des Querschnitts sowie den Abstand paralleler Risse und Spalten, welche die Tunnelstabilität negativ beeinflussen können, millimetergenau erfasst. Das erlaubt bei einer Durchfahrt sowohl die Inspektion als auch gleichzeitig die strukturelle Bewertung des Tunnels. Intelligente Kontrollsysteme und Robottools interagieren miteinander, um einen automatisierten Roboterarm zu bewegen und eine automatische Navigation zu ermöglichen, wodurch menschliche Eingriffe minimiert werden. Auf diese Weise kann die strukturelle Integrität und Sicherheit eines Tunnels automatisch, zuverlässig und schnell erfasst werden. Die Initialdaten für Tunnelschäden stammen aus Fallstudien (zum Beispiel der Londoner U-Bahn), welche nicht nur dem Wissenstransfer, sondern auch der Evaluation von Strukturmodellen dienen.

RECONASS

(von der EU gefördertes Forschungsprojekt) Reconstruction and REcovery Planning: Rapid and Continuously Updated COnstruction Damage, and Related Needs ASSessment (Status: ready for signature)

RECONASS stellt ein Monitoring-System für Bauwerke zur Verfügung, welches nahezu in Echtzeit verlässliche und ständig aktualisierte Daten über die strukturelle Integrität der beobachteten Bauwerke nach einem die Bausubstanz schädigendem Ereignis liefert. Dieses ist hinreichend detailliert für eine frühe und vollständige Planung. Dieses Monitoring-System erlaubt eine automatisierte, kontinuierliche und aktualisierte Beobachtung des physischen Schadens sowie die Bewertung des Funktionalitätsverlustes. Es regelt ebenso den ökonomischen Verlust, wie auch die Anforderungen an die beobachteten Bauwerke und stellt den notwendigen Input für die Priorisierung der Reparatur zur Verfügung. Solch detaillierte Beobachtung ist nur für Bauwerke ökonomisch, welche essentiell für das Krisenmanagement sind, oder für die eine große Gefahr eines terroristischen Anschlags besteht. Im Falle eines Vorfalls mit großer räumlicher Ausdehnung kann die detaillierte Beobachtung der Schäden einzelner wichtiger Gebäude im Gebiet herangezogen werden, um den Schaden des gesamten Gebiets abzuschätzen und schnell und gezielt Satellitenbilder oder Luftaufnahmen anzufordern. Dieses reduziert drastisch die benötigte Zeit, die Krisenkräfte zu informieren und zu lenken und stellt Daten für den Wiederaufbau zur Verfügung. Letzteres wird ein Teil des "RECONASS next generation"-Tools, welches nach einer Krise Unterstützung bei der Einschätzung der Schäden der Bausubstanz und der für den Wiederaufbau erforderlichen Ressourcen bietet. Dieses Werkzeug ermöglicht die Zusammenführung externer Informationen, erlaubt eine zukünftige Erweiterung des Systems und bietet die Möglichkeit der internationalen Zusammenarbeit zwischen den Teams zum Wiederaufbau und den übergeordneten Planungsteams.

MEMSCON

(von der EU gefördertes Forschungsprojekt) Radio Frequency Identification Tags Linked to on Board Micro-Electro-Mechanical Systems in a Wireless, Remote and Intelligent Monitoring and Assessment System for the Maintenance of CONstructed Facilities (MEMSCON-Webseite) FP7 Contract-No. 036887

Große Fortschritte in der RFID-Technology (Radio Frequenzy Identification), den MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), der Rechenleistung und den Niedrigenergie-Drahtlosnetzwerken nährt die Hoffnung auf ein kleines und günstiges Sensorennetzwerk, welches in der zivilen Bausubstanz "gestreut" werden kann, um detaillierte quantitative Informationen über die strukturelle Integrität der Bausubstanz zur Verfügung zu stellen. Diese Informationen können genutzt werden, um den Zustand der Bausubstanz zu überwachen. Dadurch können Entscheidungen über eine Sanierung einfacher und gezielter getroffen werden, so dass Sanierungskosten, bei gleichzeitiger Erhöhung der Sicherheit, gesenkt werden können. Durch die notwendige weite Verteilung des Sensorennetzwerks, die notwendigen Algorithmen sowie die Software-Werkzeuge, um diese Technologie zu verwirklichen, müssen noch einige technologische Hürden überwunden werden, bevor dieses Projekt flächenübergreifend verwirklicht werden kann. Die derzeitigen Überwachungs- und Monitoring-Systeme verwenden herkömmliche Kabel, um miteinander zu kommunizieren und die Messwerte zu einem zentralen Server zu senden. Dies hat hohe Installationskosten und, aufgrund der frei liegenden Kabel, die Gefahr der Signalverfälschung von außen zur Folge. Dadurch wurde eine weite Verbreitung bisher verhindert. Außerdem verlangt die Anzahl und Komplexität größerer Strukturen die Installation einer hohen Zahl von Messpunkten. Die relativ große Anzahl an Messpunkten im Bausubstanz-Monitoring verhinderte bisher eine Verbreitung von komplexeren Monitoring Systemen. Ein weiterer Punkt, der dies verhinderte, sind die hohen Kosten der Sensoren. Diese Probleme können gelöst werden, wenn MEMS-basierte Sensoren mit einem RFID-Tag in einem kleinen Niedrigenergie-Drahtlosnetzwerk zusammengeschaltet werden. Die wichtigsten Eigenschaften für die Strukturanalyse sind Bewegung (Beschleunigung und Strecke) und Kräfte. Die miteinander vernetzten Sensoren, welche die Messungen erstellen, sind Beschleunigungsmesser und Spannungssensoren (Stress und Kraft kann von Letzteren gemessen werden).

MONICO

(von der EU gefördertes Forschungsprojekt) Fibre Optics-Based Intelligent MONItoring and Assessment System for Proactive Maintenance and Seismic Disaster Prevention in Reinforced COncrete Tunnel Linings (MONICO-Webseite)

Um die Sicherheit von gefährdeten Tunneln, oder Tunneln mit hohem Sicherheitsstandart zu gewährleisten, ist es notwendig, dass ferngesteuert die Daten faseroptischer Winkelsensoren in Echtzeit und kabellos Deformationsinformationen des Querschnitt der Betonröhre durch integrierte Software gesammelt und verarbeitet werden.

WATERPIPE

(von der EU gefördertes Forschungsprojekt) Integrated High Resolution Imaging Ground Penetrating Radar and Decision Support System for WATER PIPEline Rehabilitation (WATERPIPE-Webseite)

Viele EU-Städte haben vermehrt Probleme mit ihren Wassernetzen. Die Kosten, die alten und verfallenen Systeme zu erneuern, die aufgrund ihres Zustands oft nahezu irreparabel sind, sind astronomisch und überfordern deutlich die finanziellen Möglichkeiten der meisten Kommunen. Der Austausch ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit, da viele Systeme für 30-70% der Kosten eines Neubaus repariert werden können. Darum werden immer mehr Ressourcen bereitgestellt, um die Reparatur der Wasserleitungen zu bewältigen. Aufgrund des Schwerpunkts der Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit muss ein Risiko basierter Ansatz für die Reparatur der Wasserversorgung entwickelt werden.
Die Entscheidung zur Reparatur sollte unter anderem auf der Inspektion und Evaluation des Zustands der Wasserleitungen gegründet sein. Trotz Hilfsmittel wird mit den derzeit verwendeten Untersuchungsmethoden nicht der notwendige Detaillierungsgrad bei der Schadensermittlung erreicht. Einige alte Leitungen können nicht einmal entdeckt werden.

HRA-Bewertungskonzept

Von der RISA GmbH wurde für die VGB-PowerTech e. V. (europäischer Fachverband für Strom- und Wärmeerzeugung) ein Bewertungskonzept menschlicher Fehlhandlungen in technischen Systemen entwickelt und in die Software HRA (Human Reliability Analysis) umgesetzt. Das HRA-Programm realisiert die Methode nach Swain.

Strukturzuverlässigkeit

In den folgenden EU finanzierten Projekten konnten wir unser Know-how in den Bereichen Probabilistik, Beschreibungssoftware, GIS-Anbindung sowie der System- und Datenintegration einbringen:

SEISLINES

(von der EU gefördertes Forschungsprojekt) Im SEISLINES-Projekt wurde die Strukturzuverlässigkeit unterirdisch verlegter Trinkwasserleitungen aufgrund verschiedener Belastungen, darunter auch Erdbeben, beurteilt. Die Strukturzuverlässigkeit dient als Input für ein Entscheidungsunterstützungssystem, welches je nach Rohrtyp die monetären Auswirkungen verschiedener Wartungsmaßnahmen ermittelt (Reparatur, vorbeugender Austausch, vorbeugende Instandhaltung).

LEAKING

(von der EU gefördertes Forschungsprojekt) Das Ziel des LEAKING-Projekts war es, innovative Verfahren zur Leckortung in unterirdisch verlegten Wasserleitungen auf der Basis elektromagnetischer Wellen zu entwickeln. Die (unsicheren) Outputs dieser Geräte werden mit Bayes’schen Verfahren mit der Strukturzuverlässigkeit verknüpft. Die so verbesserte Aussage über die Strukturzuverlässigkeit dient als Input für ein Entscheidungsunterstützungssystem, welches – je nach Befund – neben Wartungsmaßnahmen auch die Wiederholung der Messung vorschlagen kann.

SEWERINSPECT

Im Projekt SEWERINSPECT wurde ein intergriertes Entscheidungsunterstützungssystem entwickelt, welches das Hauptproblem, wie Daten von CCTVs in Wartungshandlungen überführt werden, angeht. Das zu entwickelnde Computersystem speichert die Auswertungen der digitalen Aufnahmen der CCTV-Inspektionen in einer Datenbank. Dieses System ermöglicht es Wartungsingenieuren, für den untersuchten Teil eines Abwassersystems alle abgelegten Informationen zu ermitteln. Innerhalb des Projektes wurden probabilistische Modelle zur Bewertung von strukturellen Kenngrößen, wie zum Beispiel dem Rohrmaterial, der Rohrwandstärke und den Belastungskenngrößen wie seismischen Einflüssen, entwickelt. Es wurde auch die Verschlechterung des Zustandes eines Abwassersystems zum Beispiel aufgrund von korrosiven Böden, industriellen Abfällen, Grundwasser und Verlust des umgebenen Erdreiches in den Modellen berücksichtigt.

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