Digitaler Zwilling für das Bauwesen

Im Projekt „KINO“ forscht die TU Clausthal an der Sensorfusion von Laserscannern und Navigationssensoren und leistet damit einen Beitrag für die Digitalisierung in der Baubranche.

Das Ziel des Projekts ist es, den Akteuren im Bauwesen über ihr Smartphone mit digitalen Zwillingen – virtuelles Abbild von Objekten der realen Welt – einen Zugang zum aktuellen Stand und der Entwicklung einer Baumaßnahme zu ermöglichen. Dabei greifen die Forscherinnen und Forscher auf Augmented Reality (AR) und Mixed Reality-Szenarien (XR-Szenarien) zurück.

„Es sollen Methoden entwickelt werden, mit denen der geplante Baufortschritt mit der tatsächlichen Situation vor Ort visuell abgeglichen werden kann und Übereinstimmungen und Abweichungen mittels AR-Technologien sichtbar gemacht werden können“, sagt Professor Jens-André Paffenholz vom Institute of Geo-Engineering. Das Institut der TU Clausthal, das Ingenieur- und Vermessungsbüro Krause in Falkensee bei Berlin sowie das DAI-Labor der TU Berlin führen das Forschungsprojekt KINO gemeinsam durch.

Das Akronym KINO steht für „KI-Assistenzsystem für XR-Navigationslösungen zur effizienten und präzisen Bestimmung von Posen auf Basis 3D-punktwolkenbasierter Objektraumabbildungen mit mobilen Consumer Endgeräten“. Gefördert wird das Projekt in den kommenden zweieinhalb Jahren vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. Eingebunden ist das Vorhaben in das Netzwerk „twin4bim“, das sich Technologien digitaler Zwillinge für räumliche Umgebunden widmet.

Die Digitalisierung in der Baubranche und die Einführung des „Building Information Modeling“ (BIM) ermöglichen einem großen Anwenderkreis den Zugang zu geobasierten Daten und Diensten aus zentralen und zusammenarbeitenden Speichern. Diese Daten werden mittlerweile in hoher Detailgenauigkeit und großer Aktualität erfasst. Gleichzeitig existieren immer mehr 3D-Planungsdaten von Bauvorhaben, teilweise mit georeferenziertem Bezug. Dadurch wächst der Bedarf, Echt- und Planungsdaten in Mixed-Reality-Szenarien gemeinsam darzustellen. Während dies im geodätischen Anwendungsfeld mit entsprechendem Equipment sinnvoll realisiert werden kann, ist es für die breite Masse der Nutzenden in der Baubranche bisher nicht in akzeptabler Genauigkeit möglich. Hier setzt das Forschungsprojekt an, um die Mixed-Reality-Darstellung zu verbessern.

Das Teilprojekt „KINO – Sensorfusion und stochastisches Modell der 3D-Punktwolken“, das ein Volumen von rund 180.000 Euro hat und an der TU Clausthal unter der Leitung von Professor Paffenholz bearbeitet wird, befasst sich mit der Fusion eines objekterfassenden Sensors (Laserscanner) mit Positionssensoren (low-cost GNSS) und Navigationssensoren (MEMS). Mit dieser Sensorfusion soll eine simultane Erfassung von Objektdaten (3D-Punktwolken) sowie deren Geo-Referenz und damit eine größere Effizienz als bei der unabhängigen sequentiellen Erfassung erreicht werden. In der Folge sind beispielsweise Mixed-Reality-Darstellungen mit besserer Qualität und die Navigation mit mobilen Endgeräten wie Smartphones oder Tablets beabsichtigt.

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Exemplarischer Systemaufbau zur effizienten 3D-Umgebungserfassung: Im Vordergrund ein Quad mit Kamerasensorik und im Hintergrund ein terrestrischer Laserscanner mit prototypischer Adaptierung von GNSS-Antennen zur direkten Geo-Referenzierung. Foto: IVB Krause