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Podcast Concretely Episode - inSAR for bridge maintenance

Können Satelliten Brückeneinstürze vorhersagen?

mit Experten Alois Vorwagner vom AIT (Austrian Institut of Technology)

Podcast Concretely Episode - inSAR for bridge maintenance

Millimeter-genaue Infrastrukturüberwachung mit inSAR

InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) entwickelt sich zu einer der spannendsten Technologien für die Infrastrukturerhaltung. Laut Alois Vorwagner vom Austrian Institute of Technology (AIT) bietet die Methode erstmals die Möglichkeit, Brücken, Straßen und Bahntrassen kosteneffizient, großflächig und millimetergenau aus dem Weltraum zu überwachen.
Der folgende Artikel erklärt die Funktionsweise, Genauigkeit, Grenzen, Praxisbeispiele und Zukunftsperspektiven – vollständig basierend auf deinem Podcast-Transkript.

Wie funktioniert InSAR?

InSAR nutzt Radar-Satelliten, die elektromagnetische Wellen zur Erde senden und aus der reflektierten Phase millimetergenaue Bewegungen der Oberfläche berechnen. Die Missionen der ESA (Sentinel-1) liefern seit 2015 frei verfügbare Radardaten .

Radarprinzip

  • Satelliten senden Mikrowellen (z. B. 5,4 GHz bei Sentinel-1, Wellenlänge ca. 6 cm) zur Erdoberfläche.

  • Die Reflexionen werden über viele Überflüge verglichen.

  • Konsistente Rückstreupunkte werden als Persistent Scatterer identifiziert – z. B. Brückenpfeiler, Geländer, Lärmschutzwände .

  • Aus minimalen Phasenänderungen lassen sich Verformungen im Millimeterbereich berechnen.

Bodenauflösung / Pixelgröße

  • Sentinel-1 liefert Zellen mit ca. 20 × 5 m.

  • Ein Pixel enthält maximal einen Persistent Scatterer – je mehr Pixel ein Bauwerk abdeckt, desto besser die Analyse .

  • Für Sentinel-1 gilt daher:
    → Brücken ab ca. 20 m Spannweite sind gut beurteilbar .

Fortgeschrittene Auswertung

AIT hat Methoden entwickelt, um etwa Temperaturdehnungen herauszurechnen, was die Genauigkeit erheblich steigert und Verformungsmuster erstmals sichtbar macht (z. B. Pfeilerhebung, Relativbewegungen zwischen Tragwerksabschnitten) .

Genauigkeit & Grenzen von InSAR

Genauigkeit im Millimeterbereich

Mit Temperaturkompensation gelang es, an mehreren Brücken unter 2 mm Genauigkeit zu erreichen – unabhängig davon, wie viele Scatterer-Punkte vorhanden waren .

Häufigkeit der Auslesung

  • Sentinel-1 überfliegt denselben Punkt alle 6 Tage (ascending oder descending Orbit)

  • Für identische Geometrie (gleicher Blickwinkel) entstehen nutzbare Wiederholungen etwa alle 12 Tage – durch den Doppelsatelliten halbiert sich dies teilweise .

Line-of-Sight: Blickrichtung des Satelliten

  • Der Satellit misst nicht 3D, sondern entlang der Schrägsichtlinie.

  • Bewegungen Nord–Süd sind nahezu unsichtbar.

  • Gute Messbarkeit für Vertikal- und Ost-West-Bewegungen .

Verfügbarkeit der Daten

  • Frei verfügbar, aber ESA liefert zentrale Vorprozessierungen nur 1× pro Jahr → Time Delay von bis zu Monaten .

  • Rohdaten sind schneller verfügbar (ca. wöchentlich), müssen aber aufwendig prozessiert werden.

Topographie & Sichtbarkeit

  • In alpinem Gelände können Brücken durch Berge verdeckt sein.

  • Flachland: Abdeckung bis zu 90 % der Brücken in einem 100 km-Gebiet (Beispiel Norddeutschland) .

  • Bei schlechten Rückstrahleigenschaften (Vegetation, Schotter) fehlen natürliche Scatterer.

Corner-Reflektoren

  • Metallische 3-Flächen-Reflektoren → künstliche InSAR-Zielpunkte.

  • Besonders sinnvoll bei neuralgischen Bauwerken oder fehlenden natürlichen Scatterern; wartungsarm und präzise referenzierbar .

Praxisnutzen von InSAR für die Infrastrukturerhaltung

1. Hotspot-Erkennung auf Netzebene

InSAR ermöglicht es erstmals, ganze Straßen- oder Bahnnetze automatisiert auf Setzungen oder Schadensindikatoren zu durchsuchen.

Beispiel aus dem Transcript:

  • Autobahnabschnitt (A14, Nähe Schweiz):
    → Analyse von 40–50 km in einem Durchlauf
    → Identifikation von Hotspots, Setzungen, neu eröffneten Abschnitten mit auffälligen Bewegungen
    → Zusätzliche Auffälligkeiten entdeckt, die vorher nicht im Fokus waren .

2. Objektbezogene Detailanalyse

Bei großen Brücken können z. B. sichtbar werden:

  • periodische Jahresverformungen

  • Pfeilerbewegungen nach oben/unten

  • Differenzbewegungen zwischen Brückenfeldern

  • blockierte oder wieder freie Lagerstellen (Beispiel: Lagerblockaden sichtbar durch fehlende Temperaturantwort) .

3. KPI-Potenziale für Asset Manager

Basierend auf dem Transcript:

Empfohlene KPIs (ableitbar aus InSAR-Daten):

  • Jährliche Setzungsrate pro Bauwerk (mm/Jahr)

  • Trendanalyse: abklingend / zunehmend / stabil

  • Anzahl an Hotspots je 10 km Strecke

  • Temperatur-Verformungs-Korrelation

  • Differentialbewegung zwischen Pfeilern (mm)

Anwendungsmöglichkeiten:

  • Risikobasierte Priorisierung

  • Ergänzende Daten für Brückenprüfungen

  • Entscheidung, wo On-Site-Sensoren notwendig sind

  • Vermeidung ungeplanter Sperrungen

4. Beispiele aus Österreich

Aus dem Gespräch mit Alois Vorwagner:

  • ÖBB und ASFINAG haben bereits Pilotprojekte durchgeführt ✔️

  • Untersuchung mehrerer großer Talbrücken (Pfeilerverformungen, Temperaturkompensation, Frühwarnindikatoren) ✔️

  • Überwachung innerstädtischer Tunnelbaustellen / Setzungsfelder im urbanen Umfeld ✔️ (Tunnelbau, Großanlagen) .

Zukunft von InSAR für die Infrastrukturerhaltung

Die Experten aus dem Transcript sehen einen klaren Paradigmenwechsel:

1. Immer bessere Satelliten

Zukünftige Missionen werden:

  • höhere Auflösung liefern (deutlich < 10 m)

  • dichtere Wiederholungsraten ermöglichen

  • bessere atmosphärische Korrekturen bringen
    .

2. Integration in nationale Asset-Management-Systeme

Großes Potenzial besteht, wenn Staaten / Behörden:

  • zentral flächendeckend scannen

  • Eigentümer automatisiert über Anomalien informieren

  • InSAR als Standard-Screening-Tool einführen
    .

3. Kombination mit On-Site-Sensorik

InSAR liefert großflächige Trends – lokale Sensoren liefern kurzfristige Ereignisse.
Diese Hybridstrategie wird sich durchsetzen:

  • flächendeckendes Screening

  • punktuelle Intensivüberwachung bei kritischen Objekten

4. Quantencomputing

Laut AIT könnte der nächste große Sprung durch Quantencomputer kommen:
→ viel schnellere Prozessierung → Echtzeitfähigkeit → höhere Genauigkeit .

Fazit: InSAR wird ein Schlüsselwerkzeug der Infrastrukturerhaltung

Die Aussagen aus dem Podcast sind eindeutig:
InSAR ermöglicht erstmals eine skalierbare, kosteneffiziente und millimetergenaue Überwachung tausender Bauwerke gleichzeitig.

Mit Genauigkeiten unter 2 mm, freier Datenverfügbarkeit, Netz-Screening über Dutzende Kilometer und dem Potenzial zur Integration in Asset-Management-Systeme ist InSAR ein massiver Fortschritt für Brücken- und Straßenbetreiber – insbesondere angesichts alternder Infrastruktur.

Literatur

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