Satellitengest端tztes Messsystem f端r die Bauwerks端berwachung
Foto: Wasser- und Schifffahrtsamt Uelzen
Satellitengestütztes Monitoring von Bauwerken, Hochwasserschutzanlagen und Rutschhängen Zusammenfassung Großbauwerke und andere sicherheitsrelevante Objekte, die dauernden und außergewöhnlichen Belastungen unterliegen, müssen zur Kontrolle der Stand- und Verkehrssicherheit den anerkannten Regeln der Technik entsprechend kontinuierlich überwacht werden. Nur so kann bei einer drohenden Gefährdung umgehend eine Warnung ausgegeben werden. Das hier vorgestellte Monitoringsystem wurde im Rahmen des Forschungsprojektes alpEWAS (alpine Early WArning System) entwickelt und bietet eine satellitengestützte, kontinuierliche Bestimmung von Positionen und daraus abgeleiteten Veränderungen. Das System wurde zunächst bei der Überwachung von instabilen Böschungen und Rutschhängen erprobt, wird aber inzwischen auch zur Überwachung von Bauwerken genutzt. Punktbezogene Messungen mit anschließender Datenkonvertierung, -zusammenführung und -filterung erlauben das Bestimmen von georeferenzierten Verschiebungen und Setzungen. Die aufbereiteten Messungen werden als Zeitreihen in einem Visualisierungstool dargestellt und dem Nutzer auf unterschiedlichen Medien zur Verfügung gestellt.
Netzlayout am Schiffshebewerk Scharnebeck
Durch die Nutzung der GNSS-Technologie (GNSS: Global Navigation Satellite Systems) sind meteorologische Unwägbarkeiten (Nebel, Starkregen, Schneefall) zu vernachlässigen, da die Funktionsfähigkeit des Messsystems davon nicht beeinträchtigt wird. Das Monitoringsystem ist allwettertauglich und für Dauerüberwachungen ausgelegt. Genutzt werden einfache Navigationsempfänger, oft auch als Low Cost Empfänger bezeichnet, wobei durch ein detailliertes Prozessieren der Rohdaten Genauigkeiten erzielt werden, die mit einem tachymetrischen Messsystem vergleichbar sind. Entsprechend den Filtereinstellungen sind Genauigkeiten im Millimeterbereich zu erreichen.
Quelle: Dr. Hesse und Partner Ingenieure dhp:i
Durch die vielseitigen Nutzungsmöglichkeiten des offenen Systems findet das Sensorsystem breite Anwendung. Neben den eingesetzten GNSS Low-Cost-Empfängern sind zur Verdichtung und Ergänzung weitere geodätische, geotechnische oder meteorologische Sensoren problemlos einzubinden.
28-Tage-Ausschnitt der Lagekoordinaten (Rechts- und Hochwert) Punkt #103 Gleitendes Mittel vor Elimination verbleibender Ausreißer
Kosteneffizienz und Offenheit Oft wird aus Kostenerwägungen die Standsicherheit von Bauwerken nur sporadisch messtechnisch überprüft und Baumängel gar nicht oder zu spät entdeckt. Mit Hilfe des entwickelten Low Cost GNSS-Systems ist nun ein kontinuierliches und zugleich kostengünstiges Bauwerksmonitoring möglich. Vorteile einer solchen Überwachung - Die Erfassung des allgemeinen Zustands im Normalbetrieb oder Beweissicherungen von Bauwerken bei Umbaumaßnahmen - Die Schadensprävention und Beitrag zur Lebensdauervorhersage eines Bauwerks - Die Sicherung des Anlagevermögens und die Vermeidung ungeplanter Stillstandszeiten
Praxistauglichkeit und Anwendungsfelder Die Funktionalität und Leistungsfähigkeit des Monitoringsystems, gemessen an den Kriterien Zuverlässigkeit und Genauigkeit, wurde bereits erfolgreich nachgewiesen. Neben der Überwachung von alpinen Rutschhängen wird die Technologie auch für das Bauwerksmonitoring erfolgreich eingesetzt. Weitere Anwendungsbereiche wie die Überwachung von Hochwasserschutzanlagen, Schleusen und anderen ingenieurtechnischen Konstruktionen sind möglich. Bauwerksmonitoring an einem Schiffshebewerk Ein Pilotprojekt für den Bereich Bauwerksmonitoring ist das Schiffshebewerk Scharnebeck am Elbe-Seitenkanal. Für die Detektion von Bewegungen des Bauwerks wurden 6 GNSSSensorknoten installiert – 4 Objektpunkte auf dem Bauwerk und 2 Referenzstationen in der Umgebung. Die Kommunikation erfolgt über ein WLAN-Netz. Erste Ergebnisse zeigen, dass Bewegungen des Bauwerkes im Bereich weniger Millimeter zuverlässig aufgedeckt werden können. Korrelationen zwischen Temperatur und Bewegungen sind nachweisbar.
Quelle: Dr. Hesse und Partner Ingenieure dhp:i
Anwendungspotentiale - Auf Dauer angelegte Überwachung von Großbauwerken und sicherheitskritischen Konstruktionen sowie Deponien, Böschungen etc. - Beweissicherungsmessungen bei Umbau- und Sanierungsmaßnahmen
GeoSCADA-Benutzeroberfläche: Visualisierung der Punkte am Objekt und Darstellung der zuzuordnenden, frei wählbaren Zeitreihen
Technologie und Entwicklungsstand - Millimetergenaue Bewegungsdetektion mit kosteneffizienter GNSS Sensorik - Netzlösung in einem geodätischen Überwachungsnetz mit georeferenzierten Aussagen zu Verschiebungen und Setzungen - Drahtlose Datenübertragung in einem frei skalierbaren Netz - Integration weiterer Sensorik (u. a. Tachymetrie, Meteorologie, Porendruck) möglich - Laufende Datenakquisition, -aufbereitung und -visualisierung - Benutzerfreundliches User Interface - Speicherung der Ergebnisse in einer Datenbank - Fernabfrage über die Zustandsdaten der Sensorknoten und Fernwartung des Systems - Modulare Struktur für das Einbinden externer Software - Marktreife Technologie integriert in das System GeoSCADA des Büros dhp:i, Hamburg-Harburg
Ansprechpartner Universität der Bundeswehr München Institut für Geodäsie Univ. Prof. Dr.-Ing. Otto Heunecke otto.heunecke@unibw.de Koordinierungsbüro GEOTECHNOLOGIEN Dr. Ute Münch kontakt@geotechmarket.de www.geotechmarket.de
Die Projekte alpEWAS und alpEWAS Markt wurden im Rahmen des GEOTECHNOLOGIEN Programmes vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.