Geomatik-Frühlings-Kolloquium: Bildbasierte Inspektion der Betonoberflächen von Staumauern

Am vergangenen Dienstag wurde von Dr. sc. ETH Ephraim Friedli, Leitender Ingenieur Geomatik bei Axpo Power AG das dritte Geomatik-Kolloquium im Frühlingsemester gehalten. In seinem Vortrag beleuchtete er spannende messtechnische Aspekte der Digitalisierung und der Inspektion von Betonoberfläche bei Talsperren.
Digitale Technologien bieten im Bereich der Talsperren vielversprechende Möglichkeiten. Ein Beispiel dafür sind die regelmässig innen wie aussen zu inspizierenden Betonoberflächen samt Dokumentation der Auffälligkeiten. Die beiden Energieproduzenten Axpo und Verbund haben in einer Kooperation die Digitalisierungsmöglichkeiten über den gesamten Prozess von der Erfassung bis hin zur Dokumentation der Auffälligkeiten im Sinne einer bestmöglichen Automatisierung getestet und bewertet.
Vor der Digitalisierung war der Inspektionsprozess der Betonoberfläche zeitaufwendig und erfolgte manuell in einem Korbaufzug. Die Dokumentation erfolgte dabei auf analogem Weg. Mit den neuen Technologien wurde erkannt, dass eine vollständige Automatisierung des Prozesses Zeit und Aufwand einsparen könnte. Heute ermöglicht der Einsatz von UAVs den Energieproduzenten die automatische Durchführung von mm-genauen Aufnahmen und die digitale Abwicklung des gesamten Prozesses. Aus den Drohnenbildern lassen sich Schäden an der Betonoberfläche erfassen und mittels Photogrammetrie ein 3D-Übersichtmodell generieren. Mit den Ergebnissen kann zusätzlich ein entsprechender Bericht erstellt werden.

Digitaler Prozess mit UAV-Aufnahmen.

Durch verschiedene Tests und Bewertungen konnte dieser Prozess optimiert und die Schwachpunkte minimiert werden. Der Einsatz von UAV im Nahbereich dieser gigantischen Betonbauwerken wirft das Problem von eingeschränkten Satellitensichtbarkeit auf und erschwert die Positionierung der Drohne. Die Lösung für dieses Hindernis kann der Einsatz neuer Technologien sein, die den manuellen Flug besser unterstützen können und einen konstanten Abstand zur Betonfläche bzw. eine einheitliche Auflösung wahren. Der Referent erklärt, dass sie, um die Automatisierung des Prozesses aufrechtzuerhalten und manuelle Flüge zu vermeiden, ein alternatives Positionierungssystem eingeführt haben, bei dem die Drohne mithilfe von Tachymetrie positioniert wird.

Alternative UAV-Positionierungssystem bei eingeschränktem GNSS-Signal

Nach der Vorstellung der Erfassungstechnologien und der photogrammetrische Prozessierung präsentierte der Referent die Anwendung von KI zur Identifikation der Schadensmerkmale. In Zusammenarbeit mit der Bauhaus-Universität Weimar wurde ein Deep-Learning-Modell trainiert, um verschiedene Schadenstypen auf Bildern zu erkennen. Die vorgestellten Ergebnisse zeigten einen effizienten Algorithmus zur Schadenserkennung mit eine Erkennungsrate (Precision) von 91%.

Originalbild und KI-basierte Schadendetektion

Durch die Digitalisierung und Automatisierung dieses Prozesses entsteht die Möglichkeit, ehemals zeitaufwändige Begehungen und manuelle Auswertungen schnell und zuverlässig zu erledigen. Darüber hinaus können automatisch Entscheidungsgrundlagen für den Betrieb von Staumauren erstellt werden.
Im Hinblick auf zukünftige Entwicklungspunkte dieses Prozesses bewerteten die Energieproduzenten Vor- und Nachteile verschiedener Aufnahmetechnologien und Plattformen für die Innenaufnahmen von Kontrollgängen sowie für die Digitalisierung der äusseren Seeseite der Sperre mittels Unterwasser-Photogrammetrie. Es besteht ausserdem das Potential, die KI-basierte Merkmaldetektion weiterzuentwickeln, indem der Algorithmus robuster gestaltet wird.
Für alle Interessierten, die den Vortrag verpasst haben, steht die Aufzeichnung des Kolloquiums auf unserem YouTube Kanal zur Verfügung.