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Punktewolken zur Verbesserung der Autobahninstandhaltung — Gemeinsames Entwicklungsprojekt mit neuem System "InfraDoctor"

Branche: TiefbauProdukt: Dienstleistung & Beratung, InfiPoints

Shutoko Engineering Company Limited

Die Shutoko Engineering Company Limited (nachfolgend: “Shutoko Engineering”) hat ein völlig neues System entwickelt. InfraDoctor rationalisiert die Autobahninstandhaltung und -sanierung mit Hilfe geographischer Informationen und per 3D-Scan erstellter Punktewolkendaten - in Zusammenarbeit mit Aero Asahi Corporation und Elysium Co. Ltd.

Hintergrund & Marktumfeld

Ein Großteil der existierenden Infrastruktur, wie die japanischen Autobahnen, entstand in der Phase des rapiden Wirtschaftswachstums nach 1950. Der Anteil überalterter Infrastruktur steigt nunmehr immer stärker an. Es wird angenommen, dass künftig der Arbeitsaufwand für Reparatur, Befestigung und Sanierung ansteigt, während die Zahl der Ingenieure aufgrund des Geburtenrückgangs und einer alternden Bevölkerung sinkt.

Shutoko Engineering, die die Wartung, Kontrolle, Reparatur- und Umbauplanung des "Metropolitan Expressway" leiten, sahen sich der Herausforderung gegenüber, die Sicherheit einer über 300km langen Autobahn und aller Umgebungsstrukturen möglichst effizient mit limitierten Ressourcen und in begrenzter Zeit zu gewährleisten.

Entwicklung eines maßgeschneiderten Systems dank Konsortium von drei Unternehmen

Shutoko Engineering hat umfangreiches Know-how und Daten zur Wartung von Autobahnen und Umgebungsstrukturen. Was das Unternehmen benötigte, war ein System, um die Datenmengen entsprechend zu verarbeiten und gleichzeitig die Arbeit der Ingenieure zu unterstützen und zu rationalisieren, inklusive Reparatur- und Umbauplanung, Konzeption von Konstruktion und Bau sowie vorheriger Beratung. Durch eine bessere Nutzung dieser Faktoren sollten die Arbeitsprozesse gestrafft werden.

Darum bildete das Unternehmen zur Entwicklung eines solchen Systems ein Konsortium mit Elysium, dem führenden Hersteller von Software für 3D-Datenkonvertierung und Geometrie-Handling, und der Aero Asahi Corporation, dem Experten auf dem Gebiet der Gewinnung und Analyse von 3D-Scan-Daten von Kraftfahrstraßen.

"InfraDoctor" - Das System zur Unterstützung von Wartungsarbeiten an Infrastruktur

Durch Konzentration der Kompetenzen und Technologien der verschiedenen Gebiete konnte eine völlig neue Anwendung entwickelt werden, InfraDoctor, und das in sehr kurzer Entwicklungszeit. Das System unterstützt die Wartung von Infrastruktur.

InfraDoctor erleichtert die Wartungsarbeiten an Autobahnen und der sie umgebenden Ablagen, u.a. durch Daten aus 3D-Scans mit MMS (Mobile Mapping System) wie Punktewolkendaten und Rundum-Videoaufnahmen in Verbindung mit geografischen Informationen aus GIS (Geographic Information System), virtuelle Prüfung des aktuellen Status der Infrastruktur, Generierung von Zeichnungen aus Punktewolken und vielem mehr.

Hierfür nutzte Elysium die bereits für InfiPoints entwickelten Technologien und fügte ihnen die Fähigkeit zur Messung von Distanzen und Winkeln von Autobahnen sowie zahlreiche Möglichkeiten zur virtuellen Simulation und zur Erstellung von Zeichnungen aus Punktewolkendaten hinzu.

Verarbeitung von Punktewolkendaten aus 3D-Scans mit InfraDoctor

3D-Abmessungen

Für die Autobahnwartung ist es wichtig, die Entfernungen zwischen zahlreichen Punkten entlang der Autobahn sowie auch der umliegenden Strukturen und Kabel-/Freileitungen zu kennen. Der frühere Standard waren 2D-Zeichnungen oder die manuelle Messung vor Ort.

Mit InfraDoctor dagegen kann sich ein Anwender virtuell die Distanzen zwischen zwei beliebigen Punkten ausgeben lassen. Damit ist das System perfekt für Gebiete mit hohem Verkehrsaufkommen geeignet oder für sehr hohe oder unwegsame Bereiche, wo komplexe Gerüstbauten notwendig wären.

  • 3D MeasurementsInfraDoctor erlaubt Messungen im GIS
3D-Simulation: Route für Brückeninspektionsfahrzeug

Es ist gängige Praxis, die Bauwerksuntersuchung von Brücken, für die spezielle Fahrzeuge oder Hubarbeitsbühnen benötigt werden, im Voraus mit Zeichnungen und Fotos zu planen.

InfraDoctor ermöglicht die Untersuchung von eventuellen Kollissionen zwischen diesen Fahrzeugen und umliegenden Strukturen in einer virtuellen Umgebung. Das ermöglicht die Auswahl des zweckmäßigsten Werkzeuges sowie eine Besprechung des Inspektionsprozesses mit anderen involvierten Partnern. Damit kann von Vornherein verhindert werden, dass beispielsweise erst direkt vor Ort festgestellt wird, dass das ausgewählte Fahrzeug zu groß oder ungeeignet ist.

  • 3D Simulation: Route for Bridge Inspection VehicleSimulation einer Bauwerksuntersuchung unter Nutzung von Straßen aus Punktewolken und eines Fahrzeugs als CAD-Modell
2D-Zeichnungsgenerierung

Normalerweise ist für die Konstruktion von CAD-Modellen von Autobahnen ein enormer Zeitaufwand nötig, da diese mühsam auf Basis von 2D-Zeichungen und Messergebnissen erstellt werden müssen. Manchmal ist es auch unmöglich, da es schlichtweg keine Zeichnungen alter Autobahnen und ihrer Umgebungsstrukturen gibt.

Unter Nutzung der für InfiPoints entwickelten Technologien, erstellt InfraDoctor CAD-Daten und 2D-Zeichnungen aus Punktewolkendaten, was die Entwicklungszeit für CAD-Daten enorm verkürzt.

  • 2D Drawing Generation(1)Hochstraße als Punktewolkendaten (links) und als generierte 2D-Zeichung (rechts)
    Auch Erfassen von Zugstrecken und elektrischen Leitungen sowie Autobahnen
  • 2D Drawing Generation(2)Autobahn als Punktewolkendaten (links) und generiertes CAD-Modell für CAE (rechts)
    Digitalisierung von Autobahnen und deren Umgebung, wo originale Zeichnungen fehlen
Erstellen von Sicherheits- und Umleitungsskizzen

Es ist notwendig, eine Zeichnung eventueller Straßensperrungen und Umleitungen zu erstellen, bevor die Arbeiten an dem Autobahnabschnitt beginnen können. Mit einer neu entwickelten Technologie zur Datenverarbeitung, erlaubt InfiDoctor die schnelle Erzeugung von Zeichnungen aus Punktewolkendaten und geografischen Informationen. Darüberhinaus kann der betroffene Bereich auch in einer virtuellen Umgebung simuliert und Details im Voraus festgelegt werden.

  • Safety Regulation Map GenerationDarstellung von Fahrzeugen als CAD-Modell auf Autobahnen als Punktewolken (links) und
    Verkehrssicherheitskonzept inklusive Abmessungen und Anmerkungen (rechts)

Auslandsexpansion als neues Geschäftsfeld

Shutoko Engineering planen für 2015 eine drastische Ausweitung ihres Betätigungsfeldes, sobald das System auch praktisch bei Kontroll- und Wartungsarbeiten getestet wurde. Zukünftig sollen InfraDoctor und das firmeneigene Beratungsteam auch die Stadtverwaltung und andere Organisationen unterstützen.

Zudem wird die Infrastruktur in anderen asiatischen Ländern ebenfalls schnell weiterentwickelt und die Nachfrage nach eben solchen Systemen zur Erleichterung der Wartungsarbeiten steigt rasant. Auf internationaler Ebene einen Beitrag durch die Bereitstellung von Lösungen auf Basis von InfraDoctor zu leisten, ist Teil des neuen Business-Konzeptes von Shutoko Engineering.

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