Antwort auf Ihre Fragen zur Fernüberwachung von Brücken
Viele der Brücken, die zur kritischen Infrastruktur Europas gehören, wurden in den 1950er Jahren gebaut und erreichen nun das Ende ihrer Lebensdauer. Daher ist die Überwachung ihrer Integrität und strukturellen Sicherheit von immer größerer Bedeutung. Es ist eine Priorität, diesen Prozess so genau und kosteneffizient wie möglich zu gestalten. In einem kürzlich durchgeführten Webinar über die IoT-Fernüberwachung von Brücken haben wir uns eingehend damit befasst, wie das Internet der Dinge (IoT) die Herausforderungen dieser kritischen Aufgabe bewältigt.
Unter der Leitung von Worldsensing Area Sales Manager Arnau Carbonell sprachen Antonis Chrysovergis, Structural Health Monitoring Project Manager bei mageba, und Victor Salinas Naval, Geophysiker und Projektleiter bei Worldsensing. Es überrascht nicht, dass dieses sehr informative Webinar zu einer Vielzahl von Fragen der Online-Teilnehmer führte. Hier sind die wichtigsten Fragen und ihre Antworten - und wenn Sie mehr über die Überwachung von Brücken erfahren möchten, sollten Sie sich das vollständige Webinar nicht entgehen lassen.
Fragen
Welche Entwicklungen gibt es bei der Messung der geotechnischen und Gründungselemente von Brücken?
Was verstehen Sie unter IoT?
Benötigen Sie eine Lizenz für LoRa?
Könnte die Überwachung des Bauwerkszustands einige visuelle Inspektionen von Brücken ersetzen, und wenn ja, wie?
Welche Technologie bevorzugen Sie für die Überwachung von Brücken: LoRa WAN, Sigfox 0G oder Aerospace IoT?
Wie gehen Sie mit den Beschränkungen der LoRa-Nutzlast um? Gibt es eine maximale Anzahl von Loggern, die sich im Netzwerk befinden können?
Wie stark und wie gross sind die in der Schweiz verwendeten Solarpanels und Batterien? Welche Anlage verwenden Sie für die Stromversorgung des Gateways?
Können wir die Drahtsensoren durch IoT-basierte Sensoren ersetzen? Und wie sieht der Preisvergleich zwischen den beiden aus?
Sind Sie in der Lage, den 3D-Spannungssensor an einem bestimmten Punkt der Struktur zu bestimmen?
Wie sieht die Zukunft der Überwachung von Sicherheitsverletzungen aus? Wird es Satellit, 5G oder eine andere Technologie sein?
Was die Kosten und die Effizienz der Verbindung von Satelliten mit der Technologie betrifft, glauben Sie, dass sie rentabel werden kann, oder wird es eine Frage des Preises sein?
Was können Sie uns über die dynamische Überwachung sagen?
Welche Entwicklungen gibt es bei der Messung der geotechnischen und Gründungselemente von Brücken?
Victor Salinas: Es ist sehr wichtig, die Fundamente und die geotechnische Umgebung zu verstehen, und wir können viele Geräte anbieten, die die typischen geotechnischen Sensoren übertreffen.
Was verstehen Sie unter IoT?
Victor Salinas: Im Allgemeinen steht IoT für Internet der Dinge. Es bezieht sich auf die Verbindung zwischen Elementen, die eine Gruppe mit Sensoren und Software bilden. Das IoT besteht aus einem Pool von miteinander verbundenen, miteinander kommunizierenden Technologien. Sie können mit anderen Systemen kommunizieren und relevante Informationen für den Besitzer bereitstellen. Im Wesentlichen handelt es sich um ein Netzwerk, das automatisch und aus der Ferne Informationen von Sensoren empfängt und dafür sorgt, dass die Daten über eine Verarbeitungssoftware den richtigen Weg nehmen.
Benötigen Sie eine Lizenz für LoRa?
Victor Salinas: Nein. Was wir anbieten, ist perfekt für den Betrieb in dieser Bandbreite. Wenn Sie also bei uns kaufen, haben Sie einsatzbereite Geräte, die alle Vorschriften der verschiedenen Länder in Bezug auf Emissionen und Übertragung erfüllen.
Könnte die Überwachung des Bauwerkszustands einige visuelle Inspektionen von Brücken ersetzen, und wenn ja, wie?
Antonis Chrysovergis: Wir haben gesehen, dass der Einsatz von Rissmessgeräten einige Besuche auf Brücken ersetzen kann. Wir haben auch das Beispiel der Ankerüberwachung, wo Ingenieure vor Ort gehen und Messungen vornehmen mussten, bis wir das drahtlose System installiert hatten. Schließlich gibt es noch das Beispiel der Überwachung der Lagerverschiebung. Mit dem System kann man die Bewegung der Lager sehen, ohne dass man vor Ort gehen muss, um zu prüfen, was vor sich geht.
Victor Salinas: Man kann die Besuche automatisieren oder Daten sammeln, ohne vor Ort zu sein. Aber man kann die Daten auch nutzen, um zu untersuchen, wie man von der periodischen Wartung zur vorausschauenden Wartung übergehen kann. Man kann die Besuche auf längere Zeiträume verteilen, man kann auf Besuche verzichten, wenn die Situation nicht kritisch ist, und man kann anderen Strukturen Vorrang einräumen.
Welche Technologie bevorzugen Sie für die Überwachung von Brücken: LoRa WAN, Sigfox 0G oder Aerospace IoT?
Victor Salinas: Verschiedene Protokolle und verschiedene Technologien haben alle Vor- und Nachteile für die Überwachung von Brücken. LoRaWAN, das wir verwenden, und Sigfox sind ziemlich ähnlich, da es sich bei beiden um Weitverkehrsnetze mit geringer Leistung handelt. Wir bevorzugen LoRaWAN. Für andere Anwendungen ist Sigfox vielleicht sinnvoll, aber für geotechnische oder strukturelle Anwendungen verwenden wir LoRaWAN, weil man mit dem Kauf eines Gateways Eigentümer der Infrastruktur im Abdeckungsbereich wird.
Bei Sigfox sind Sie von der Technologie eines Drittanbieters abhängig. Ich bin mir nicht sicher, ob ich die Idee des IoT in der Luft- und Raumfahrt verstehe: Vielleicht bezieht sie sich auf das Satelliten-IoT, das ziemlich neu ist. Im Moment ist es noch nicht sehr weit verbreitet, aber das ist eine Technologie, die man in Zukunft im Auge behalten sollte, weil sie viele Möglichkeiten bietet.
Wie gehen Sie mit den Beschränkungen der LoRa-Nutzlast bei der Überwachung von Brücken um? Gibt es eine maximale Anzahl von Loggern, die sich im Netzwerk befinden können?
Antonis Chrysovergis: Das System hängt von der Anzahl der Knoten und der Datenerfassungsrate ab, die Sie wünschen. Wir haben Systeme mit 25 Knoten und Datenerfassung als Teil eines experimentellen Programms. Das liefert eine Messung pro Minute, und es hat gut funktioniert. Es kommt auf das Protokoll an.
Victor Salinas: Wir müssen uns auf zwei Dimensionen konzentrieren, wenn wir über Netzbeschränkungen sprechen. Die erste ist die Anzahl der LoRas und die zweite ist, wie oft man Daten erhält. Man kann ein kleines Netzwerk haben, das zum Beispiel alle 30 Sekunden neue Informationen liefert. In diesem Fall ist die Begrenzung der Anzahl der Knotenpunkte größer. Wenn Sie jedoch mit unserem System Messungen durchführen, können Sie die Parameter Ihres Netzwerks deutlich erhöhen.
Mit unserer Multi-Gateway-Architektur können Sie mehr Sensoren unterstützen, weil Sie mehr Gateways haben. Natürlich muss man das Netzwerk richtig entwerfen, aber man kann bis zu 500 Sensoren zur Überwachung von Brücken einsetzen, was keine schlechte Zahl ist.
Wie stark und wie gross sind die in der Schweiz verwendeten Solarpanels und Batterien? Welche Anlage verwenden Sie für die Stromversorgung des Gateways?
Victor Salinas: Es war vielleicht ein halber Quadratmeter Solarmodul und eine Batterie, die über einen längeren Zeitraum im Leerlauf oder ungeladen bleiben kann. Die Batterie hatte eine Spannung von 12 Volt und war kleiner als eine Autobatterie. Mit dieser Kombination hatten wir keine Probleme. Natürlich gab es manchmal Schnee und das System war einige Wochen lang offline, bis der Schnee weg war. Dann sprang das Gateway von selbst an, und wir konnten wieder Messungen empfangen.
Können wir die Drahtsensoren durch IoT-basierte Sensoren ersetzen? Und wie sieht der Preisvergleich zwischen den beiden aus?
Victor Salinas: Wir haben viele Protokolle, also werde ich hier auf das LoRa-Protokoll eingehen. Mit dem LoRa-Protokoll können Sie keine schnellen Messungen durchführen, sagen wir mit 100 Hertz, es gibt also einige Einschränkungen. Über den Preisvergleich kann ich nicht viel sagen. Wenn Sie die Anzahl der Sensoren überschreiten, wird das drahtlose System billiger, aber ich kann keine genaue Antwort geben. Das hängt vom Umfang und von der Art des Unternehmens ab. Außerdem müsste man berücksichtigen, ob die Messungen sehr regelmäßig durchgeführt werden müssen.
Sind Sie in der Lage, den 3D-Spannungssensor an einem bestimmten Punkt der Struktur zu bestimmen?
Victor Salinas: Worldsensing liefert Technologie für einen Konnektivitätsanbieter. Wir konzentrieren uns also darauf, die beste Konnektivität für die geotechnischen und technischen Sensoren zu bieten. Unser Ziel ist es, reine Daten für Software von Drittanbietern bereitzustellen, die diese Daten verarbeiten können.
Antonis Chrysovergis: Wir bereiten die Daten auf, um sie an Dritte zur Verarbeitung weiterzugeben. Die Antwort lautet also: Nein, wir bieten das nicht für den Stresstensensor an. Aber wir werden in Zukunft einige interessante Lösungen auf den Markt bringen, die Intelligenz in das Edge-Gerät bringen, um die Daten zu erfassen, zu verarbeiten und über LoRa zu senden.
Wie sieht die Zukunft der Überwachung von Sicherheitsverletzungen aus? Wird es Satellit, 5G oder eine andere Technologie sein?
Victor Salinas: Niemand weiß das mit Sicherheit, aber wir können sehen, dass die LoRa-Technologie in sehr guter Verfassung ist. Es sieht also so aus, als würde sie in Zukunft an Popularität gewinnen. Und was die Wartung der Struktur angeht: Wenn man sich auf etwas im Weltraum verlassen muss, ist es sicher, dass man sich auf seinen Dienstanbieter verlassen muss. Vielleicht ist der Dienst gut und funktioniert gut, aber bei LoRa sind Sie der Eigentümer.
Dies wird in Zukunft wichtig sein, wenn es um 5G und Satellitenkommunikation geht.
Antonis Chrysovergis: Ich denke, die Leute suchen nach einem stabilen System, das Daten über einen Zeitraum von mehreren Jahren liefern kann. Wenn man zu viele Computer installiert, fällt in der Regel ein Computer aus oder wird abgeschaltet, oder es passiert etwas mit der Festplatte. Und wenn das passiert, muss man 500 Kilometer weit fahren, nur um zum Beispiel ein Kabel zu wechseln. Ich denke, der künftige Trend geht in Richtung stabiler Messungen und statischer Messungen, bei denen man die Entwicklung von Spannungen und Rissen über die Jahre hinweg verfolgen kann.
Das ist es, was für Sie am Ende des Tages wichtig ist, das sind die Informationen, die Sie haben wollen.
Was die Kosten und die Effizienz der Verbindung von Satelliten mit der Technologie betrifft, glauben Sie, dass sie rentabel werden kann, oder wird es eine Frage des Preises sein?
Victor Salinas: Im Moment sind die Abdeckung und die Preise nicht die besten, aber der Trend geht zu günstigeren Preisen und besserer Abdeckung. Ich denke also, dass es in Zukunft möglich sein wird, eine effiziente Migration durchzuführen. Aber ich würde sagen, dass die Kosten für die Wartung oder das Eigentum an der Infrastruktur je nach Lösung unterschiedlich sein werden.
Was können Sie uns über die dynamische Überwachung sagen?
Victor Salinas: Im Moment ist LoRa nicht in der Lage, die Datenmenge zu übertragen, die man zum Beispiel für dynamische, Vibrations- oder Dehnungsmessstreifen benötigt. Aber wenn wir einige Schlüsselparameter festlegen können, können wir diese Daten im Knoten verarbeiten, und das wird in Zukunft möglich sein. Jetzt führen wir ein System ein, das auf dem basiert, was wir data by exception nennen.
Dabei handelt es sich um eine Ereigniserkennung, d. h. Sie überwachen dynamisch, und wenn etwas passiert, senden wir die Informationen und eine Warnung fast in Echtzeit, um den Benutzer zu warnen, dass etwas mit der Struktur passiert ist. Dabei geht es eher um die Stabilität von Böschungen oder Hängen, aber auch Bauwerke wie Brücken können von solchen Ereignissen betroffen sein.
