Der Tunnel und sein virtuelles Ebenbild

11. Dezember 2012, 20:32
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Um Tunneleinstürze zu verhindern, hat ein Forscherteam eine Visualisierungsmethode entwickelt, die Risse erkennen und beobachten kann

Die Kontrolle durch Menschen will man damit nicht ersetzen.

Auch ein Tunnel führt ein Eigenleben. Zwar sieht man den kilometerlangen Bauten durch die Berge ihre Veränderlichkeit kaum an. Es kann zu kaum merkbaren Rissen kommen. Ein Einsturz hätte verheerende Folgen. Ein Wiener Forschungsprojekt namens Vilma trägt mit einer neuen Methode der Visualisierung zur Tunnelsicherheit bei.

Das von Gerd Hesina und seinem Team am Zentrum für Virtual Reality und Visualisierung (Vrvis) entwickelte System dokumentiert den Tunnel in seinen verschiedenen Stadien; zunächst während des Baus, vom Rohausbruch bis zur Betonierung, und schließlich während seines Betriebs. Die Hardware des Systems besteht aus einem Wagen mit zwei Kameras, einem Laserscanner und einem Rechner mit mehreren Festplatten.

Während der Wagen in Schritttempo den Tunnel abfährt, machen die Kameras Fotos von allen Seiten, der Scanner dokumentiert die Oberflächenstruktur.

Die Software basiert auf Algorithmen, die eine 3-D-Visualisierung der Aufnahmen in Echtzeit ermöglichen. Sie zu entwickeln war der wissenschaftlich anspruchsvollste Bereich des Projekts.

Durch die Visualisierung lassen sich "verschiedene Epochen des Tunnels miteinander vergleichen", sagt Hesina. So kann die virtuelle Rekonstruktion eines Tunnels zum jetzigen Zeitpunkt in direkten Vergleich zu seinem Zustand im Vorjahr oder während der Bauzeit gesetzt werden. Dadurch kann etwa das Auftreten von Feuchtigkeitsstellen und Rissen umfangreicher dokumentiert und analysiert werden als bisher.

Gefährliche Stellen

Das System zeigt den Tunnel in 3-D - mit einer millimetergetreuen Genauigkeit. Möglicherweise gefährliche Stellen können vom System unter automatische Beobachtung gestellt werden und damit erste Anzeichen von Tunneleinstürzen erkannt werden.

"Ich kann damit eine virtuelle Begehung machen und erspare mir, real durch den Tunnel zu gehen", sagt Hesina, "es ist wie ein Computerspiel."

Derzeit erfolgt die Überwachung durch Begehungen von einer Gruppe von Fachleuten. Das ist nicht nur sehr kosten- und zeitaufwändig, auch die Dokumentation ist nicht in derart umfassender Weise gegeben wie durch das Projekt Vilma. Warum die naheliegende Idee, die Veränderungen im Tunnel in einer virtuellen Simulation zu dokumentieren bisher noch nicht realisiert wurde, erklärt sich durch die riesigen Datenmengen, die dabei visualisiert werden müssen. Nimmt man einen Tunnel von innen samt seiner Oberflächenstruktur auf, fallen dabei schnell Datenmengen im Terabyte-Bereich an.

Das allein wäre noch keine große Herausforderung. "Das wirkliche Problem ist, dass diese Daten auch sichtbar waren", sagt Hesina. Um sie in Echtzeit, mit guter Qualität und "ohne Ruckeln" zu visualisieren, dafür musste er mit seinem Team eine Methode mittels neuer Algorithmen entwickeln.

Für Google Earth wäre diese Berechnungsmethode nicht anwendbar. Die Algorithmen wurden speziell für sogenannte "linienförmige Bauwerke" entwickelt. "Eine Bezeichnung, die ich vor dem Projekt auch nicht kannte" , sagt Hesina. Es handelt sich dabei um Konstruktionen entlang einer Achse wie ein Tunnel oder eine Halle. Große Flächen können damit nicht visualisiert werden.

Auf 100 Kilometern im Einsatz

Der promovierte Informatiker Hesina ist dort im Bereich der Computergrafik tätig und leitet am Vrvis die Gruppe "Realtime Rendering" , die sich mit Visualisierungen in Echtzeit beschäftigt. Dabei geht es nicht nur um Tunnel, sondern auch um medizinische Daten oder Börsenkurse.

Kooperationspartner für das Projekt Vilma sind Joanneum Research und das Unternehmen Dibit. Gefördert wird es von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG. Der Prototyp des seit 2008 laufenden Projekts wurde letztes Jahr fertiggestellt, im aktuellen Folgeprojekt wird die Methode noch verbessert - vor allem im Bezug auf die Geschwindigkeit der Darstellung.

Bereits jetzt ist das System im Einsatz: In mehreren Tunneln und insgesamt rund 100 Kilometern - weltweit. Denn auch außerhalb Österreichs gibt es bisher noch kein Projekt zur Tunnelvisualisierung, und so gibt es internationales Interesse an Vilma.

Außerdem kann man in einer sogenannten Lichtraum-Überprüfung feststellen, ob ein Fahrzeug oder Wagon durch den Tunnel passt. Dabei wird eine Simulation des Objekts virtuell in den Tunnel geschoben - das Programm meldet, an welchen Stellen es zu einer Kollision kommt. "Früher wurde das ausprobiert - nicht selten war das mit Zerstörung verbunden", sagt Hesina.

Trotzdem hat die virtuelle Rekonstruktion ihre Grenzen, etwa bei Eindrücken, die nicht in erster Linie durch den Sehsinn vermittelt werden. Das System kann zwar etwa feuchte Stellen effizient detektieren, aber wenn es irgendwo feucht ist, müsste man schon "wirklich hineingreifen, um das festzustellen", sagt Hesina. Daher kann Vilma die Tunnelinspektion durch Menschen nicht ersetzen. Einstürze wie zuletzt in Japan sollten dadurch aber verhindert werden können. (Tanja Traxler, DER STANDARD, 12.12.2012)

  • Ein Wiener Forschungsprojekt hat sich auf die virtuelle Simulation von Tunneln 
spezialisiert. Das System kann Einstürze verhindern und ist bereits auf 100 
Kilometern im Einsatz.
    foto: vrvis

    Ein Wiener Forschungsprojekt hat sich auf die virtuelle Simulation von Tunneln spezialisiert. Das System kann Einstürze verhindern und ist bereits auf 100 Kilometern im Einsatz.

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