Vortragsbild
Rodehorst und Morgenthal

Bildbasierte Schadenserkennung und -modellierung an Infrastrukturbauten

Volker Rodehorst
, Prof.
, Bauhaus Universität Weimar
Guido Morgenthal
, Prof.
, Bauhaus Universität Weimar
29. Februar 2024 | 13.20 - 13.45

Ingenieurbauwerke aus Beton sind verschiedenen Belastungen und Umwelteinflüssen ausgesetzt, die zu Schäden am Bauwerk führen können. Um die Tragfähigkeit (Gebrauchstauglichkeit) und die immer länger werdende Nutzungsdauer im Sinne der Nachhaltigkeit (Dauerhaftigkeit) zu gewährleisten, muss der Zustand des Bauwerks kontinuierlich und sorgfältig überwacht werden. Nur so können Schäden frühzeitig erkannt und die notwendigen Sicherungs- bzw. Instandsetzungsmaßnahmen rechtzeitig eingeleitet werden. Grundlage für eine verlässliche Beurtei¬lung des Bauwerkszustandes als Basis für eine effiziente Erhaltungsstrategie sind primär die visuell am Bauwerk erfassten Daten. Die Zustandsermittlung bestehender Bauwerke und die Durchführung von Inspektionen sind sowohl technisch, logistisch als auch personell sehr aufwendig und damit kostenintensiv. Insbesondere bei sehr großen und schwer zugänglichen Bauwerken müssen oft spezielle Großgeräte, Gerüste, komplexe Messtechnik oder speziell geschultes Personal zur Datenerfassung eingesetzt werden. Der innovative Einsatz von unbemannten Flugsystemen (Unmanned Aircraft Systems - UAS) bietet hier ein enormes Potenzial, die Bilddatenerfassung deutlich zu vereinfachen und die Bauwerksüberwachung effizienter zu gestalten. Die windstabilen Fluggeräte sind mit modernster Sensortechnik ausgestattet und können mithilfe von satellitengestützter Positionsbestimmung (GNSS) relativ schnell, flexibel und effizient überlappende Bilder aus geringer Entfernung zum Bauwerk aufnehmen. Die anschließende photogrammetrische Bildauswertung mit aktuellen Computer-Vision-Methoden ermöglicht sowohl die 3D-Rekonstruktion der Bauwerksoberfläche als auch die automatisierte Erkennung und Verortung unterschiedlicher Schadensarten wie Risse, Korrosion, Abplatzungen, Ausblühungen oder Feuchtigkeitsschäden, was zu einer deutlichen Qualitätsverbesserung der visuellen Prüfverfahren führt. Darüber hinaus ermöglicht das 3D-Modell, perspektivische Verzerrungen aus den Bildern zu entfernen und hochauflösende Orthobildmosaike oder Abwicklungen als Grundlage für die Dokumentation in entsprechenden Bildkarten zu erzeugen. Allerdings stellen die Oberflächenstrukturen von Beton, die flexiblen Bildanordnungen und perspektivischen Verzerrungen im Nahbereich besonders hohe Anforderungen. Für messtechnische Fragestel¬lungen oder Deformationsanalysen muss zudem eine geeignete Georeferenzierung durchgeführt werden. Für die Erkennung und Vermessung von Schäden auf Betonoberflächen werden zuverlässige Bildanalyseverfahren auf der Basis von überwachtem maschinellem Lernen benötigt. Darüber hinaus ist eine volldigitale semantische Speicherung aller Bauwerks- und Zustandsdaten sowie eine leistungsstarke Visualisierung der umfangreichen Datenbestände erforderlich. Erste Ergebnisse haben gezeigt, dass die visuelle Inspektion und Schadenserkennung von der automatisierten Auswertung hochwertiger UAS-Bilder deutlich profitieren können.