Verteilte faseroptische Messungen ermöglichen die lückenlose Erfassung von Temperaturen, Dehnungen und akustischen Signalen über große Distanzen über mehrere 10er Kilometer. Im Vortrag werden Beispiele aus dem Tunnelbau, der Hang- und Leitungsüberwachung gezeigt, in welchen faseroptische Sensoren zur Riss- und Lekagedetektion und zur Detektion von Bautätigkeiten eingesetzt werden.

Grundlage für die derzeitige Instandhaltungsplanung unserer Infrastruktur ist eine regelmäßige Überwachung des Zustands. Für Brückenbauwerke erfolgt diese Überwachung aktuell durch regelmäßige Prüfungen durch qualifiziertes Fachpersonal (Brückenprüfer). Die Analyse des Zustands und dessen voraussichtliche Entwicklung basiert somit auf zyklischen und durch menschliche Sinne erfassten Informationen. In anderen Wirtschaftszweigen (z. B. Luftfahrt, Kraftwerksbetrieb) erfolgt die Überwachung und Bewertung des Zustands dagegen kontinuierlich über Sensoren und weitestgehend automatisiert. Dies ermöglicht eine Echtzeitüberwachung und ein prädiktives Instandhaltungs-management.

Diese digitale Transformation ist im Bauwesen in diesem Umfang noch nicht geglückt. Gründe dafür sind u. a. die Individualität, die Dimensionen, die hohe Lebensdauer und die verhältnismäßig geringe Änderungsrate der maßgeblichen Parameter der Brückenbauwerke. Der Übergang zu einer digitalen Instandhaltung unserer Infrastruktur ist jedoch unabdingbar für eine effizientere und zuverlässigere Bewertung des Bestands, das Erkennen von der Initiierung oder des Fortschreitens von Degradationsprozessen und für den Übergang einer reaktiven zu einer prädiktiven Instandhaltung.

Eine Strategie, um dieses Ziel erreichen zu können ist die Erzeugung eines digitalen Brückenzwillings. Dafür bildet ein dreidimensionales (BIM) Modell der Geometrie die Basis des digitalen Zwillings, während der Zustand durch die Kombination der zyklischen Ergebnisse aus der Bauwerksprüfung und von Echtzeit-Monitoringdaten definiert und dargestellt wird. Der Beitrag gibt einen Überblick über die aktuellen Einsatzmöglichkeiten geodätischer Systeme zur Erfassung des Bauwerkszustandes und der Überwachung der Zustandsentwicklung. Anhand von Beispielen sollen die Potentiale für die weitere Entwicklung aufgezeigt werden.

Die Auswertung hochaufgelöster Synthtetic-Aperture-Radar-Daten (SAR) mittels Persistent-Scatterer-Interferometrie (PSI) kann kleinste Oberflächenbewegungen detektieren und bietet so eine Möglichkeit, bodengebundenen Überwachungsmessungen durch eine Satellitentechnik zu ergänzen. Im Rahmen eines Forschungsprojektes soll ein Schleusenbauwerk überwacht werden, in dessen Umfeld sich bekannte Bodensetzungen von etwa 1 cm/Jahr abzeichnen. Durch die parallele Auswertung und die anschließende Kombination zweier Messreihen aus unterschiedlichen Beobachtungswinkel, können die redundanten Messungen in Radialrichtung (Line-of-Sight) in ihre vertikale und horizontale (West-Ost) Komponenten zerlegt werden. Es kann gezeigt werden, dass sich die PSI-Technik dazu eignet, kleinräumige Deformationen im Umfeld des Wasserbauwerks aufzudecken, sowie den Jahresgang der eigentlichen Schleuse abzubilden.

Die Folien des Vortrages wurden vom Autor freundlicherweise zur Verfügung gestellt. Den bereits veröffentlichten Beitrag finden Sie in der Quelle der Abbildung.

Quelle der Abbildung: Schneider, P. und Soergel, U.: Monitoring einer Schleuse mittels Persistent-Scatterer-Interferometrie. Allgemeine Vermessungsnachrichten (avn) Heft 3, pp. 118-124 (2020).

Weltweite Analysen und Abschätzungen von Vegetationsparametern wie Biomasse oder Vegetationshöhe sind essentiell für Modellierungen des Klimawandels und der Biodiversität. Traditionelle allometrische Ansätze müssen meistens für bestimmte Ökosysteme und Regionen angepasst werden. Deshalb ist es sehr schwierig, homogene, globale Modellierungen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung sowie gleichzeitig guter Genauigkeit vorzunehmen. Datengetriebene Ansätze, vor allem moderne deep learning Methoden, versprechen hier grosses Potential. Im Vortrag werden aktuelle Forschungsergebnisse zur weltweiten Bestimmung der Vegetationshöhe vorgestellt, die im EcoVision Lab in Kooperation mit dem NASA GEDI Team entwickelt werden. Der Fokus ist dabei auf der Integration von probabilistischen Ansätzen und deep learning zu sogenanntem Bayesian deep learning.

Bodenbewegungsmonitoring umfasst Monitoringtätigkeiten, die zur Überwachung der Sicherheit, der Beeinflussung der Umwelt sowie zur Wirtschaftlichkeit eines Bergwerkbetriebes dienen. Aktuelle Entwicklungen in der Geodatenerfassung liefern eine raum-zeitlich sehr dichte Datengrundlage. Diese bietet die Möglichkeit, das Monitoring als integralen Teil in einen kontinuierlichen Regelkreis einzubetten, um dadurch beispielsweise Prognosemodelle zu verfeinern oder regelmäßig anzupassen. Für den Anwendungsfall bergbauinduzierter Bodenbewegungen ist dazu die Integration der Fachdisziplinen Bodenbewegungsvorausberechnung, Geomonitoring sowie Parameterschätzung in einen gesamtheitlichen Ansatz erforderlich. Im Vortrag werden Konzept und verschiedene Aspekte eines Closed-Loop Ansatzes diskutiert, Anwendungsbeispiele illustriert sowie mögliche Potentiale durch eine komplexe Ausnutzung verfügbarer Daten diskutiert.

Quelle der Abbildung: Benndorf, Jörg. Closed Loop Management in Mineral Resource Extraction: Turning Online Geo-Data Into Mining Intelligence. Springer Nature, 2020.

Bodenbewegungen beeinflussen die Aktualität des integrierten geodätischen Raumbezugs. Sie stellen eine Gefahr für die Bevölkerung sowie infrastrukturelle Einrichtungen dar und lassen Rückschlüsse auf geologische Prozesse zu. Mittels terrestrischer Methoden (Nivellement, Tachymetrie) und GNSS-Messungen lassen sich Deformationen der Erdoberfläche punktuell mit hohen Genauigkeiten erfassen. Ergänzend dazu liefern satellitengestützte Radardaten Bewegungsinformationen außerhalb der geodätischen Netze, sodass nach einer PSI-Analyse die Bodenbewegungen mit einer höheren Flächendichte bestimmt werden können. Die Aufnahmekonfiguration der Sentinel-1 Mission ermöglicht dabei die Bestimmung von Höhenänderungen, aber auch der Bewegung in Ost-West-Richtung. Im Bodenbewegungsdienst Niedersachsen erfolgt deren Trennung und die künftige Kombination sowie Bereitstellung alle Datensätze zu einem Bodenbewegungsmodell.