DiTwin: Revolutionierung des Straßenmanagements durch Digitale Zwillingstechnologie

Im Fokus des Forschungsprojekts DiTwin steht die Entwicklung bahnbrechender Methoden zur Zustandserfassung von Straßenabschnitten mittels Digitaler Zwillingstechnologie. Durch die Integration von hochmoderner Sensorik und fortschrittlichen Prognosemodellen zielt DiTwin darauf ab, eine neue Ära des Straßen- und Asset-Managements einzuläuten. Diese Innovation verspricht nicht nur eine präzisere Zustandsbewertung, sondern auch eine optimierte Ressourcenverwendung, die zu nachhaltigeren und kosten-effizienteren Infrastrukturmanagement-Strategien führt.

Von Daten zu Einblicken: Der Weg zur intelligenten Zustandserfassung

Im gegenständlichen Forschungsprojekt sollen innovative Ansätze entwickelt werden, um den Zustand eines bestehenden Straßenabschnitts (Reallabor) unter Einbindung von Material- und Zustandsdaten zu erfassen. Die generierten Daten sollen dabei unter Anwendung des Konzepts eines Digitalen Zwillings des Reallabors automatisiert analysiert werden, um darauf aufbauend optimierte Prognoseansätze über den Straßenzustand zu entwickeln, mit dem Ziel, eine effizientere Nutzung der Ressourcen im Straßen- bzw. Asset-Management zu ermöglichen. Die Material- bzw. Zustandsdaten des Reallabors sollen dabei mittels stationär verbauter Sensorik bzw. Weigh-inMotion-Stationen erfasst werden. Dabei wird sowohl auf Daten aus bestehenden Sensoren zurückgegriffen, als auch neue Sensorik zur Erfassung des strukturellen Zustands verbaut.

Ergänzend sind u.a. Tragfähigkeitsmessungen mit dem Fallgewichtsdeflektometer sowie GVO-basierte Laborversuche an Bohrkernen vorgesehen, die aus dem Reallabor entnommen werden. Die Digitalisierung des Reallabors in einem Digitalen Zwilling soll u.a. durch Anwendung 3D-photogrammetrischer Verfahren erfolgen. Für den Datenaustausch bzw. die Kommunikation zwischen den Sensor- bzw. Messeinheiten des Reallabors und dem Digitalen Zwilling ist ein entsprechendes Daten- bzw. Systemdesign auf Basis anwendungsspezifischer Anforderungen vorgesehen. Die Datenbank zur Speicherung und Verwaltung unterschiedlicher Straßengraphen und die Möglichkeit, alle Sensor- bzw. Messdaten darauf zu referenzieren, stellt das zentrale Element eines Digitalen Zwillings im Bereich des Straßenoberbaus dar.

Im Rahmen des Forschungsprojekts sollen aufbauend auf bestehenden Datenbanksystemen maßgeschneiderte Datenhaltungslösungen sowie angepasste Dateneinbringungs- sowie Datenabfrageverfahren entworfen und umgesetzt werden. Dabei soll das Ziel einer Skalierbarkeit für den DACH-Raum berücksichtigt werden. Für die Visualisierung des Digitalen Zwillings inkl. der Sensordaten und der ermittelten Ergebnisse werden die Vor- u. Nachteile von 2,5D-, 3D- und Dashboard-Ansichten analysiert, aufgezeigt und die geeignetste Visualisierungstechnik in Abstimmung mit den Auftraggebenden ausgewählt.

Die Zukunft der Prognose: Optimierung durch Digitale Zwillinge

Um die Bedeutung und Potenziale eines digitalen Zwillings für das Asset- und Pavement-Management der Autobahnbetreiber im DACH-Raum zu erfassen, sollen eine systematische Recherche, die Analyse mathematischer Modelle sowie statistische Auswertungen durchgeführt werden. Dabei soll eine Aufbereitung bestehender Modelle und ein Vergleich mit neueren Entwicklungen erfolgen, um die Modelle für den Einsatz im Reallabor vorzubereiten. Aufbauend auf der entwickelten Daten- bzw. Systemstruktur sollen mittels statistischer Analysen erweiterte Zustandsmodelle für relevante Schadensmerkmale des Straßenoberbaus aus den erfassten Reallabordaten abgeleitet und ihr Informationsgewinn bewertet werden. Mittels Simulationen sollen die Auswirkungen optimierter Maßnahmenplanung auf Maßnahmen-Timing und Lebenszykluskosten dargestellt werden. In einem weiteren Schritt soll eine Untersuchung der Skalierung der Ergebnisse auf die Netzebene und die Übertragbarkeit der entwickelten Ansätze auf das hochrangige Straßennetz im DACH-Raum untersucht werden. Als wichtigen Schritt bei der Realisierung der Klimaziele auf Autobahnen und Schnellstraßen im DACH-Raum sollen Potenziale zur Reduzierung von Nutzerkosten und Emissionen bei der Materialwahl im Rahmen der Maßnahmenoptimierung aufgezeigt werden.

Das Projektteam beim Kick-Off 2023, v.l.n.r.:

Projektpartner*innen

Ansprechperson

Projektleitung

DI Paul Heinzlreiter

Senior Data Engineer