Forschung 12.07.2019, 07:00 Uhr

Satellitenradar erkennt drohenden Gebäudeeinsturz

Ingenieure ziehen Lehren aus dem Einsturz der Morandi-Brücke. Künftig könnten hochaufgelöste Sattelitendaten Verschiebungen am Gebäude erkennen, bevor es zum Schlimmsten kommt.

Brückeneinsturz

Die Morandi-Brücke nach ihrem Zusammenbruch. Neue Satellitenradarbilder können die Bewegung von Strukturen millimetergenau abbilden.

Foto: panthermedia.net/izanbar

Vor knapp einem Jahr, am 14. August 2018, kam es in Italien zur Katastrophe. Ein Pylon der Morandi-Brücke brach zusammen. Die vierspurige Autobahnbrücke der Autostrada A10 in Genua war stark befahren. 43 Menschen starben bei dem Unglück. Seither stellen sich Bauingenieure die Frage, ob es gelingen könnte, anhand von Messungen kritische Veränderungen zu erkennen, bevor es zum Einsturz kommt. Bisherige Techniken der Vermessung lieferten bei dem italienischen Bauwerk keine Anhaltspunkte, dass Gefahren drohen.

Forscher des Nasa Jet Propulsion Laboratory (JPL) und der University of Bath haben ein satellitengestütztes Frühwarnsystem entwickelt, das winzige Bewegungen in Brücken erkennt. Ihr Überwachungssystem kombiniert Daten einer neuen Generation von Satelliten mit einem eigens programmierten Algorithmus. Das Tool könnte als automatisches Warnsystem verwendet werden, um die Sicherheit großer Infrastrukturprojekte zu gewährleisten. Anhand der Daten wird ein mögliches Risiko gefährlicher Prozesse im Hochbau errechnet.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Ingenieurgemeinschaft Trautmann Dingeldein-Firmenlogo
Architekt / Hochbauingenieur / Bauingenieur (w/m/d) für den Bereich Objekt- und Tragwerksplanung Ingenieurgemeinschaft Trautmann Dingeldein
Reichelsheim Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Ingenieur (w/m/d) Straßenbau Die Autobahn GmbH des Bundes
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Produktmanager iTWO (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Vergabeingenieur (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
verschiedene Standorte Zum Job 
Ruhr-Universität Bochum-Firmenlogo
Dipl.-Ingenieur*in Fachrichtung Elektrotechnik (FH) oder vergleichbar (m/w/d) Ruhr-Universität Bochum
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Projektingenieur (m/w/d) für die Planung Die Autobahn GmbH des Bundes
Stadtwerke Norderstedt-Firmenlogo
Planungsingenieur:in als Teamleiter:in (m/w/d) Infrastrukturausbau Stadtwerke Norderstedt
Norderstedt Zum Job 
Albert Handtmann Elteka GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Laboringenieur (m/w/d) Albert Handtmann Elteka GmbH & Co. KG
Biberach an der Riß Zum Job 
Bundeswehr-Firmenlogo
Ingenieur/in (m/w/d) Informatik/Elektrotechnik Bundeswehr
keine Angabe Zum Job 
Bundeswehr-Firmenlogo
Ingenieurin/Ingenieur (m/w/d) Bundeswehr
keine Angabe Zum Job 
Eckerle Technologies GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Hydraulik (m/w/d) Eckerle Technologies GmbH
Malsch bei Karlsruhe Zum Job 
Stuttgart Netze GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Energietechnik Smart Grid (w/m/d) Stuttgart Netze GmbH
Stuttgart Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Abteilungsleitung (w/m/d) Bau, Baugrund- und Baustoffprüfung Die Autobahn GmbH des Bundes
Klinger und Partner GmbH-Firmenlogo
Projektleiter Tiefbau und Straße (m/w/d) Klinger und Partner GmbH
Stuttgart Zum Job 
SALT AND PEPPER Technology GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Testingenieur Software für Entwicklungsprojekte (all genders) SALT AND PEPPER Technology GmbH & Co. KG
Hamburg Zum Job 
SALT AND PEPPER Technology GmbH & Co. KG-Firmenlogo
System Engineer für Entwicklungsprojekte (all genders) SALT AND PEPPER Technology GmbH & Co. KG
Hamburg Zum Job 
SALT AND PEPPER Technology GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur Hardware (all genders) SALT AND PEPPER Technology GmbH & Co. KG
Hamburg Zum Job 
Städtisches Klinikum Dresden-Firmenlogo
Projektleiter (m/w/d) Bau Städtisches Klinikum Dresden
Dresden Zum Job 
Panasonic Industrial DevicesEurope GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) in der industriellen Hardwareentwicklung Panasonic Industrial DevicesEurope GmbH
Lüneburg Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Projektingenieur Planung (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes

Historische Aufnahmen der Morandi-Brücke analysiert 

Gebäude werden schon lange in regelmäßigen Abständen vermessen. Gängige Ansätze zur Überwachung haben jedoch ihre Schwächen: Es werden nur ausgewählte Stellen mit Sensoren kontrolliert, etwa solche, die bereits als gefährdet gelten. „Unsere Methode erlaubt aber die Kontrolle der gesamten Infrastruktur und das beinahe in Echtzeit“, sagt der Projektleiter Pietro Millo von JPL.

Das geht so: Ingenieure arbeiteten bei ihrem Forschungsprojekt mit Satellitenbilder der Morandi-Brücke. Da urbane Regionen regelmäßig fotografiert werden, stand ihnen ein umfangreicher Fundus zur Verfügung, um zeitliche Dynamiken zu untersuchen. Sobald Bauwerke aus unterschiedlichen Richtungen aufgenommen werden, können daraus dreidimensionale Darstellungen errechnet werden. „Dank einer neuen Generation von Satelliten ist dies inzwischen millimetergenau möglich“, sagt Giorgia Giardina von der University of Bath. Kombiniert mit einem Algorithmus, der diese Daten auswertet, lassen sich Bewegungen nahezu in Echtzeit überwachen, berichtet das Forscherteam.

Frühwarnsystem besteht den Praxistest

Anhand von Daten der Italian Space Agency dokumentierte Giardinas Team zum ersten Mal Verformungen, weit bevor es zum Einsturz der Morandi-Brücke kam. Veränderungen im Millimeterbereich seien mit Standard-Verfahren der Vermessung nicht ersichtlich gewesen, schreiben die Experten. Bauingenieure hatten schon länger auf einen schlechten, aber keineswegs bedrohlichen Zustand des Bauwerks hingewiesen.

Beim neuen Verfahren betrachteten Ingenieure die Dynamik des gesamten Bauwerks – und nicht nur Veränderungen an einzelnen Stellen. Ihren Ergebnissen zufolge kam es speziell im Bereich des kollabierten Pylons schon ab 2015 zu ersten Deformationen, und zwar an mehreren Stellen. Die Verformungen beschleunigten sich zwischen März 2017 und August 2018 rapide. Die Katastrophe kam – im Nachhinein betrachtet – also nicht überraschend.

Bessere Satellitendaten, präzisere Messwerte

Ihre Ergebnisse führen Millo und Giardina vor allem auf Fortschritte in der Satellitentechnologie zurück. Früher konnten Radarbilder mit einer Genauigkeit von etwa einem Zentimeter erstellt werden. Jetzt werden Strukturen im Millimeterbereich erfasst. Die Detailgenauigkeit reicht aus, um kritische Verformungen früh zu erfassen.

Speziell in Italien hat sich das Cosmo-Skymed-Programm (Constellation of small Satellites for Mediterranean basin Observation) bezahlt gemacht. Vier Satelliten umkreisen die Erde auf einer sonnensynchronen Bahn. Sie sind mit hochauflösenden Radarsystemen ausgestattet (Synthetic Aperture Radar). Beobachtungssatelliten aus dem Sentinel-Programm der Europäische Weltraumorganisation ESA kamen mit hinzu. Da sie Informationen eines Bauwerks aus verschiedenen Winkeln liefern, sind zeitlich aufgelöste, dreidimensionale Rekonstruktionen per Software möglich.

Bauwerke künftig kontinuierlich überwachen

Die Tragödie von Genua lässt sich nicht mehr rückgängig machen, sollte aber zumindest dazu beitragen, ähnliche Katastrophen zu vermeiden. Mit Satellitendaten und intelligenten Tools könnten große Bauwerke vielleicht schon bald automatisch überwacht werden, hoffen die Autoren.

Ihre Technik könnte auch bei Tunnelbohrungen zum Einsatz kommen. Giardina kritisiert, derzeit würden viele Daten im Erdgeschoss erfasst, während kaum Messungen von sonstigen Strukturen verfügbar seien. Als Beispiel nennt sie die Crossrail-Route, eine sich noch im Bau befindliche U-Bahn-Strecke unter London.

Mehr zum Thema Bau:

Ein Beitrag von:

  • Michael van den Heuvel

    Michael van den Heuvel hat Chemie studiert. Unter anderem arbeitet er für Medscape, DocCheck, für die Universität München und für pharmazeutische Fachmagazine. Seit 2017 ist er selbstständiger Journalist und Gesellschafter von Content Qualitäten. Seine Themen: Chemie/physikalische Chemie, Energie, Umwelt, KI, Medizin/Medizintechnik.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.