Auf Basis von Laserscannern: TU Darmstadt entwickelt neues Verfahren zum Br├╝cken-Monitoring

Forscher der TU Darmstadt haben ein neues Br├╝cken- Monitoring-Verfahren entwickelt. Dabei kommt ein Profil-Laserscanner zum Einsatz, der sonst prim├Ąr im Bereich des Mob

An der TU Darmstadt entwickelten Wissenschaftler ein neues Monitoring-Verfahren zur Zustandsbewertung von Tragwerken. Dabei kehrten sie den Einsatzzweck von Profil-Laserscannern, wie sie aus der mobilen Stra├čenraumerfassung bekannt sind, kurzerhand um. Foto: Florian Schill / TU Darmstadt

An der TU Darmstadt entwickelten Wissenschaftler ein neues Monitoring-Verfahren zur Zustandsbewertung von Tragwerken. Dabei kehrten sie den Einsatzzweck von Profil-Laserscannern, wie sie aus der mobilen Stra├čenraumerfassung bekannt sind, kurzerhand um. Foto: Florian Schill / TU Darmstadt

ile Mapping genutzt wird.

Die f├╝r die Br├╝cken├╝berwachung notwendigen Messungen erfolgen bislang meist taktil. Das bedeutet, dass am zu pr├╝fenden Bauwerk zuerst Sensoren angebracht und nach erfolgter Messung wieder demontiert werden m├╝ssen. Die Folge ist oftmals eine Behinderung des flie├čenden Verkehrs. Wissenschaftler der Technischen Universit├Ąt Darmstadt haben sich daher mit neuen Monitoring-Verfahren besch├Ąftigt, die ohne station├Ąr angebrachte Sensoren funktionieren. Dabei greifen sie f├╝r das neue System auf ein eigentlich f├╝r diesen Zweck ungew├Âhnliches Messinstrument zur├╝ck: Ein Profil-Laserscanner, wie er sonst haupts├Ąchlich f├╝r das Mobile Mapping Verwendung findet. Professor Andreas Eichhorn vom Fachgebiet Geod├Ątische Messsysteme und Sensorik (GMSS) der TU Darmstadt betont: ÔÇ×Um die hohe und steigende Zahl an ├ťberwachungsaufgaben effizient bew├Ąltigen zu k├Ânnen, ist ein modernes und praktikables System erforderlich.ÔÇť

Gesamtes Br├╝ckenprofil statt punktueller Messungen

Das neue Mess- und Auswertungskonzept wurde von Dr.-Ing. Florian Schill im Rahmen seiner Promotion am GMSS erarbeitet. Bei dem neuen Monitoring-Verfahren nutzen die Wissenschaftler einen Profil-Laserscanner des Unternehmens Zoller + Fr├Âhlich GmbH ÔÇô den Z+F Profiler 9012. Das Messinstrument arbeitet nach dem Phasenprinzip. Genau das ist es auch, was den Einsatz beim Br├╝ckenmonitoring so besonders macht: Normalerweise wird ein statisches Objekt ÔÇô etwa der Stra├čenverlauf ÔÇô von einer sich bewegenden Plattform, einem Auto mit aufgesetztem Profil-Laserscanner, aus abgetastet und daraus eine 3D-Punktwolke berechnet.

Die Anwendung zur ├ťberwachung von Tragwerken stellt eine Umkehrung dieses Einsatzzweckes dar: Von einer statischen Plattform aus wird ein sich bewegendes Messobjekt abgetastet. Dazu wird der Laserstrahl in einer Richtung ├╝ber das Messobjekt mit einer Wiederholrate von 50, 100 oder 200 Hertz gef├╝hrt. Als Ergebnis entsteht eine zweidimensionale Punktwolke, die in Messprofile geordnet ist. Die einzelnen Messprofile beinhalten dabei bis zu 20.000 Messpunkte pro 360 Grad. Zus├Ątzlich erh├Ąlt jeder Messpunkt einen Zeitstempel, da durch die Integration eines GPS-Empf├Ąngers eine hochgenaue Zeitinformation generiert werden kann. ÔÇ×Profil-Laserscanner bieten eine neue und sichere M├Âglichkeit f├╝r die ├ťberwachung von TragwerkenÔÇť, erkl├Ąrt Eichhorn. Nicht nur, dass es keiner Montage beziehungsweise Demontage von Sensoren bedarf. Das Monitoring mittels Profil-Laserscanner gibt Messwerte f├╝r die gesamte L├Ąnge des Tragwerks aus ÔÇô ein Br├╝ckenprofil entsteht, das selbst Daten f├╝r unzul├Ąngliche Stellen des Bauwerks liefert. Bisherige Verfahren ├╝ber station├Ąre Sensoren liefern dagegen lediglich punktuelle Messergebnisse zu lastbedingten Deformationen.

Die Profil-Laserscanner werden unterhalb eines Tragwerks aufgestellt, um Deformationen der Br├╝cke in einem gesamten Br├╝ckenprofil zu erfassen. Foto: Florian Schill / TU Darmstadt

Die Profil-Laserscanner werden unterhalb eines Tragwerks aufgestellt, um Deformationen der Br├╝cke in einem gesamten Br├╝ckenprofil zu erfassen. Foto: Florian Schill / TU Darmstadt

Die r├Ąumlich sowie zeitlich definierten Messpunkte des neuen Verfahrens bed├╝rfen im Anschluss allerdings noch drei weiterer Schritte der Auswertung, bevor der Br├╝ckenzustand bewertet werden kann: Die automatische Analyse der Messprofile, die profilweise r├Ąumliche und die scanweise zeitliche Prozessierung der Tragwerksprofile. Schill erkl├Ąrt das Vorgehen: ÔÇ×Im Rahmen der Analyse werden automatische Fehlmessungen und nicht zum Tragwerk geh├Ârende Messpunkte entfernt und mittels einer automatischen Segmentierung des Messprofils die Struktur der Tragwerksoberfl├Ąche analysiert und extrahiert. Nach Abschluss dessen liegen Tragwerkssegmente vor, die im Anschluss r├Ąumlich und zeitlich prozessiert werden. Dabei stehen f├╝r die r├Ąumliche Prozessierung eine Vielzahl von Approximationsverfahren zur Verf├╝gung, wie z. B. die r├Ąumliche Klassenbildung, B-Splines oder auch das Wavelet Denoising. Die abschlie├čende zeitliche Prozessierung dient einerseits der Erkennung und Eliminierung von noch vorhandenen Ausrei├čern in den abgeleiteten r├Ąumlich verteilten Zeitreihen und andererseits der Unsicherheitsbestimmung der Zeitreihen. Somit kann eine qualifizierte Aussage ├╝ber das Deformationsverhalten des Tragwerks getroffen werden, und zwar nahezu kontinuierlich entlang des gesamten Tragwerksprofils.ÔÇť (vb)

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