Brückenüberwachung per Internet – die etwas andere E-Business Anwendung der insign gmbh
Strassenbrücken und Internet haben a priori nichts gemeinsam? Weit gefehlt! Für die mageba sa entwickelte die insign gmbh das System Robo®Control II, eine technologisch hochinteressante Lösung zur Übermittlung, Aggregation und Visualisierung von Messdaten. Zugegeben, Messwerte von Brücken sind etwas exotisch für das Daily Business. Aber genau dieses spannende Fallbeispiel zeigt das Potential von ambitionierten, webbasierten Lösungen zur Verarbeitung von grossen Datenmengen.

Erhebung und zuverlässige Übermittlung von Messwerten
Die mageba ist eine weltweit führende Herstellerin von Brückenlagern und Fahrbahnübergängen. Mit Robo®Control II kann nun ein intelligentes, webbasiertes Fernüberwachungssystem zu diesen Produkten angeboten werden. Die von insign entwickelte Lösung basiert auf dem Software Framework icms und diversen für dieses Projekt evaluierten und produzierten Hardware-Komponenten. Das Gesamtsystem erhebt Messdaten zur Kontrolle von Veränderungen am Bauwerk und zur Registrierung von Verkehrseinflüssen auf das Lastbild der Brücke.
Gemessen werden Temperatur, Bewegung, Kraft, Dehnung und Schwingung jeweils an mehreren Stellen. Je nach Bauwerk fallen registrierte Messwerte in sehr grosser Anzahl an. Diese Daten werden in definierten Interwallen über das GSM oder UMTS-Netz an einen Webserver übermittelt, auf Wunsch durch solarbetriebene Sensoren.

Abbildung 1: Robo®Control Box

Am Bauwerk sind diverse Sensoren angebracht, welche Temperaturen, Bewegung, Dehnung und Schwingungen messen und an die zentral unter dem Bauwerk montierte Robo®Control Box (Abb. 1) übermitteln. Diese Control Box sammelt die Daten und bündelt diese zu Datenpaketen, die in definierten Interwallen über das GSM – oder UMTS-Netz übermittel werden. Das Mobile-Gateway empfängt die Daten und quittiert diese. Die Daten werden dann in einen Datenbank-Server (MySQL) eingespiesen, von wo der Applikations-Server (Linux / IAS) auf die Daten zugreift für die Auswertungen der Ingenieure. Der Applikations-Server prüft diese Daten ebenfalls auf Grenzwerte und löst ggf. eine Alarmierung aus.

Die Anwender haben ebenfalls die Möglichkeit, die Robo®Control Box via Webinterface zu steuern, in dem Sie beispielsweise eine Kurzzeit-Messung anordnen. In diesem Fall kommuniziert der Applikationsserver via das Mobile-Gatway über GSM/UMTS mit der Robo®Control Box. Diese am Bauwerk angebrachte Steuereinheit aktiviert die angesprochenen Sensoren und zeichnet die vom Ingenieur gewünschten Messwerte in einer Kurzzeitmessung in einer höheren Kadenz auf. Nach erfolgter Messung werden diese wiederum auf dem regulären Weg zurück an den Datenbankserver übermittelt (vgl. Abb. 2).
Für ihre Überwachungstätigkeit stehen den Verantwortlichen die in den nachfolgenden Punkten beschriebenen Auswertungsmöglichkeiten zur Verfügung.

Abbildung 2 : Datenfluss vom Bauwerk zum Benutzer und retour für Kalibrierung oder Initiierung von Kurzzeitmessungen

Die zuverlässige Verarbeitung und die benutzergerechte Darstellung der Daten stellten den Kern der Herausforderung dar. Dem Betreiber der Brücke wird mit dieser Lösung eine intuitive Weboberfläche zur Verfügung gestellt (vgl. Abb. 3). Die Ingenieure können damit sämtliche erhobenen Messwerte sowohl grafisch wie auch als Zahlenwerte analysieren und in andere Anwendungen exportieren. Selbstverständlich können diese Daten nach unterschiedlichsten Kriterien eingegrenzt werden, so dass diese Lösung die Fachspezialisten optimal in ihrer Tätigkeit unterstützt. Einzelne Sensoren oder ganze Kategorien stehen separat zur Analyse bereit. Alle Berechnungen erfolgen in Echtzeit wie auch die dynamische Erstellung der grafischen Verläufe.
Zur Weiterverarbeitung ganzer Messwertketten können die Daten zeitlich oder nach Interwall exakt eingeschränkt und bequem als MS Excel bezogen werden.

Abbildung 3: Messdaten-Auswertung (Mess-Cockpit)

Optional können pro überwachtem Brückenwerk auch Internet-Kameras aufgeschaltet werden. Die wetterfesten Webcams liefern Bilder im Minutentakt oder können ganze Bildsequenzen aufzeichnen, die beispielsweise das Überqueren eines schweren Fahrzeuges dokumentieren (vgl. Abb. 4). Ein ausgeklügelter Algorithmus registriert Mess-Auffälligkeiten und bietet damit den Ingenieuren die Möglichkeit, pro Event nicht nur den spezifischen Grafikausschnitt oder die Rohdaten zu analysieren, sondern auch die zu diesem Moment aufgenommenen Livebilder zu konsultieren. Dem Anwender werden damit sämtliche zum fraglichen Zeitpunkt verfügbaren Informationen benutzergerecht angeboten, so dass der Spezialist die geeigneten Massnahmen treffen kann.

Abbildung 4 : Messwert-Ãœberschreitungen in Kombination mit Webcams zur Beweissicherung

Diese webbasierte Lösung ist im Einzelfall relativ einfach einzuführen und wird von der mageba sa im ASP-Modell vertrieben. Bei jedem Bauwerk werden bereits bei der Erstellung die benötigten Sensoren integriert. Die Auswertungen erfolgen idR entweder vor Ort oder über Standleitungen in eine Überwachungszentrale.
Die hier vorgestellte webbasierte Lösung eignet sich insbesondere für Bauwerke, deren Überwachung vor Ort schwierig ist oder über keine geeignete Infrastruktur verfügt. Insbesondere kann das ganze System Robo®Controll „wireless“ aufgesetzt werden; auch der Strom wird über Solarpanel erzeugt, so dass vor Ort keine eigentliche Infrastruktur nötig ist.

Bei Überschreiten von festgelegten Grenzwerten werden die Spezialisten automatisch und umgehend per E-Mail oder SMS vom System informiert. Durch die webbasierte Lösung haben die Fachkräfte jederzeit von überall Zugriff auf die Messdaten und können die entsprechenden Massnahmen vornehmen. Via Internetbrowser kann die Kalibrierung der einzelnen Sensoren verändert oder für das gesamte Bauwerk eine temporäre Kurzzeitmessung angeordnet werden. Während dieser erfolgt die Aufzeichnung der Messwerte in kürzeren Intervallen, was eine breitere Messdatenbasis mit gesteigerter Aussagekraft erzeugt.
Der Einsatz modernster Internettechnologien der insign gmbh erlaubt einerseits die Analyse der verfügbaren Daten zeit- und ortsunabhängig. Anderseits erlaubt dies die Interaktion mit den Sensoren am Bauwerk und das kurzfristige Verändern des Messverhaltens.

Bei E-Business Anwendungen kann es sich durchaus auch mal um die Überwachung einer Strassenbrücke handeln, wie diese Fallstudie zeigt. Es soll ganz allgemein aufgezeigt werden, wie grosse Datenmengen – so unkonventionell sie sein mögen – mit fortschrittlichster Technologie aufbereitet, visualisiert und bedarfsgerecht präsentiert werden können.
Solche Lösungen finden immer dort Anwendung, wo grossen Datenmengen – vielfach an entfernten Orten – erhoben werden und dezentral aufbereitet und ausgewertet werden müssen. Der Anwendungsbereich ist also nicht beschränkt auf Schwingungsdaten von Brücke. Es können durchaus auch Verkaufszahlen, Schneemengen, Lagerbestände, Börsenkurse, Transportkilometer, Preisindizes, Wassertemperaturen, Schadstoffwerte und dergleichen mehr sein.

Diese webbasierte Lösung ist im Einzelfall relativ einfach einzuführen und wird von der mageba sa im ASP-Modell vertrieben. Bei jedem Bauwerk werden bereits bei der Erstellung die benötigten Sensoren integriert. Die Auswertungen erfolgen idR entweder vor Ort oder über Standleitungen in eine Überwachungszentrale.
Die hier vorgestellte webbasierte Lösung eignet sich insbesondere für Bauwerke, deren Überwachung vor Ort schwierig ist oder über keine geeignete Infrastruktur verfügt. Insbesondere kann das ganze System Robo®Controll „wireless“ aufgesetzt werden; auch der Strom wird über Solarpanel erzeugt, so dass vor Ort keine eigentliche Infrastruktur nötig ist.

Schwierigkeiten bei der Einführung waren einerseits auf der Hardware-Seite zu lokalisieren. Die verwendete Hardware musste hauptsächlich bzgl. Stromverbrauch optimiert werden, da diese je nach Installation nur über Solarpanel gespiesen werden können. Aufgrund dieser Vorgaben musste auch die Applikation entsprechend konfiguriert werden, so dass Datenpakete nur bei genügend verfügbarem Strom übermittelt werden und für Extremsituationen je-derzeit ausreichend Energie vorhanden war.
Anderseits waren im Bereich der Server-Infrastruktur entsprechende Vorkehrungen zu treffen, damit die grossen Datenmengen mit einer ansprechenden Performance verarbeitet, aggregiert und analysiert werden können. Diese beiden Punkte – Energieversorgung und Auswirkungen auf die flexible Konfiguration wie auch die Verarbeitung grosser Datenmengen – stellten die beiden kritischen Faktoren im Projektverlauf dar.

Aktuell mit diesem System überwachte Brücken

• Steinbachtalbrücke im Bundesland Thüringen (D) führt die Südharzautobahn A38 von Göttingen nach Halle. Das Bauwerk hat eine Spannweite von 372m und ist abgestützt auf 5 Pfeilern, die max. Höhe beträgt 35m (vgl. Abb. 5).
• Ponte Nanin in Mesocco (TI) auf der A13 / San Bernardino Südrampe. Betrieben wird die Bogenbrücke mit einer Spannweite von 112m durch das Tiefbauamt Graubünden.

Abbilung 5: Steinbachtalbrücke im Bundesland Thüringen (D)

• 100Hz Abtastrate der Sensoren
• Solarstrom-Betrieb der Robo®Control II-Box möglich
• Ãœbermittlung der Messwerte via GSM oder UMTS
• Aggregation und Visualisierung in Echtzeit
• Alarmierung per SMS und E-Mail bei Grenzwertüberschreitung
• Auslösen von temporären Kurzzeitmessungen via Webinterface
• Remoteeinstellung der Kalibierung der Messgeräte via Internet