Die Verkehrsinfrastruktur ist das Rückgrat unseres Wirtschaftens und Lebens. Das AIT forscht seit Jahren an intelligenten Lösungen für eine effiziente und nachhaltige Mobilität.
Ein Schwerpunkt liegt darauf, bestehende Bauwerke – insbesondere Brücken – länger, sicherer und nachhaltiger zu nutzen. Eine Verlängerung der Nutzungsdauer, ohne dabei aber die operative Sicherheit zu beeinträchtigen, spart Kosten und ist ein wichtiger Beitrag zum Klimaschutz: In einer durchschnittlichen Brücke sind rund 2.000 Tonnen CO2 gebunden.
Durch gezielte Instandhaltungsstrategien können Emissionen erheblich reduziert werden.
Das Zustandsmonitoring großer Infrastrukturbauwerke erfolgt derzeit durch visuelle Inspektionen und objektspezifische Sensorik. Regelmäßige Vermessungen werden meist nur punktuell bei besonders kritischen Anlagen oder anlassbezogen eingesetzt. Diese Verfahren sind kostenintensiv, räumlich und zeitlich begrenzt und liefern isolierte Einzelinformationen.
Satelliten liefern permanent Daten
Während herkömmliche Verfahren häufig nur punktuelle Einblicke ermöglichen, setzt das AIT auf modernste Sensor-, Satelliten- und KI-Technologien, die Zustandsveränderungen frühzeitig sichtbar machen und datenbasierte Entscheidungen ermöglichen.
Als besonders leistungsfähig erwies sich ein satellitengestütztes Bauwerksmonitoring mit Radarinterferometrie (InSAR; Interferometric Synthetic Aperture Radar). Diese Methode erlaubt ein großräumiges, kontinuierliches und berührungsloses Monitoring von einzelnen Bauwerken bis hin zu ganzen Infrastrukturnetzen.
Dabei werden nicht nur einzelne Messpunkte beobachtet, sondern Trends, Deformationen und andere Auffälligkeiten flächenhaft über ganze Streckenabschnitte hinweg sichtbar gemacht. Das satellitengestützte Monitoring ist minimalinvasiv: Es sind keine oder nur vereinzelte Installationen beziehungsweise Sensoren am Bauwerk nötig.
Als Datenbasis dienen unter anderem frei verfügbare Radardaten von Sentinel-1-Satelliten, die eine breite Abdeckung und eine hohe zeitliche Auflösung ermöglichen – je nach Satellitenkonstellation gibt es alle drei bis zwölf Tage aktuelle Daten. Die von der Europäischen Weltraumagentur ESA betriebenen Sentinel-1-Satelliten beobachten die Erde seit dem Jahr 2014 aus einer rund 700 km hohen Umlaufbahn.
Kontinuierliche und berührungslose Messung
Durch am AIT entwickelte und patentierte Methoden – insbesondere Virtual Sensing und InSAR-Transformationsauswertung – kann unter günstigen Bedingungen eine vertikale Messgenauigkeit von bis zu 2 Millimetern erreicht werden.
Damit vollzieht sich ein Paradigmenwechsel: weg von Einzelmessungen hin zu einem netzweiten und risikobasierten Infrastrukturmonitoring auf regionaler oder nationaler Ebene. Möglich wird ein skalierbares, netzweites Screening- und Trendmonitoring zur zustandsbasierten Bewertung kritischer Verkehrsinfrastruktur und angrenzender Schutz- und Energieinfrastruktur.
Da nicht jedes Bauwerk separat mit Sensorik ausgestattet werden muss, lässt sich das Monitoring großflächig und skalierbar einsetzen. Gleichzeitig ist die Messung technisch belastbar: Bei ausreichender Datenverfügbarkeit können bereits in der Ankündigungsphase des Versagens eines Bauwerks klare Signale registriert werden – insbesondere bei Langzeitprozessen wie Setzungen, Kriechen oder Schwinden.
Ergänzend kann die Auswertung der Daten, abhängig von der verfügbaren Datenhistorie, rückwirkend bis zum Jahr 2015 erfolgen. Dadurch werden langfristige Verformungstrends quantifizierbar; potenziell kritische Bereiche können frühzeitig identifiziert werden.
Genau und praxistauglich
Bei der laufenden Weiterentwicklung stehen Genauigkeit und Praxistauglichkeit im Vordergrund.
Dazu gehören sogenannte „Corner-Reflektoren“ zur verbesserten Erfassung diskreter Punkte, die integrale Berücksichtigung temperaturbedingter Verformungen (Tagesgang und jahreszeitliche Effekte) sowie die Erfassung und Modellierung der Bauwerkstemperatur.
Sensorfusion wird dabei gezielt eingesetzt, um Fehler zu reduzieren und die Auflösung zu erhöhen – bis hin zur Ableitung einer „maßgebenden Verformung“ als entscheidungsrelevante Kennzahl.
