SMARTSITE


Autonome und vernetzte Baumaschinen und Anlagen im Straßenbau



Kurzsteckbrief

SMARTSITE entwickelt intelligente Steuerungssysteme für autonom agierende Baumaschinen und Anlagen, die zugleich in der Lage sind, entlang der gesamten Logistikkette zu kooperieren. Als Anwendungsfall wird das Modell einer Autobahnbaustelle betrachtet, bei der über einen Leitstand entsprechende Arbeitsaufträge an Baumaschinen und Anlagen übermittelt und zusätzliche Informationen – z. B. Umweltbedingungen – bereitgestellt werden. Die Entwicklung von einheitlichen Standards für den Informationsaustausch und die Informationsbereitstellung über die Baustellengrenze hinweg ist dabei ein wichtiger Aspekt. Das Gesamtziel besteht in einer deutlichen Steigerung der Effizienz im Straßenbau und der Qualität so entstehender Straßen, insbesondere hinsichtlich längerer Haltbarkeit.


Herausforderung

Im Straßenbau stellt insbesondere der Prozess der Asphaltierung einen der kritischsten Schritte dar. Kleinste Fehler bei der Materialbeschaffenheit oder beim Auftragen oder Verdichten des Asphalts führen zu erheblichen Qualitätsmängeln, die meist erst nach Abschluss der Arbeiten festgestellt werden können. Gründe sind die Vielzahl rechtlich und wirtschaftlich unabhängiger Akteure, fehlende Kommunikationsstandards, die ungenügende Sensorik, die lückenhafte Vernetzung und Aufbereitung existierender Daten und die bisherige geringe Autonomisierung. Aufwendige Nachbesserungen, im schlimmsten Fall durch Abtragen und Neubau, sind die Folge und können zu erheblichen Zusatzkosten führen. Im Straßenbau können diese bis zu fünf Prozent der Bausumme betragen.

Ziel

Im Projekt SMARTSITE sollen deshalb offene und flexible Software-Plattformen für intelligente Baustellennetze, Bauprozesssteuerungen, autonome Baumaschinen und -anlagen entwickelt werden. Sie führen zu einer Automatisierung von bestehenden dezentralen Einzelsystemen und deren Vernetzung untereinander sowie mit der Baustellenumgebung auf Basis von einheitlichen Standards. Der verbesserte Informationstausch und die Informationsbereitstellung über die Baustellengrenze hinweg versprechen eine deutliche Verbesserung der Qualität und der ökonomischen sowie ökologischen Effizienz von Bauvorhaben.

Technologien

Die Asphaltierung erfordert ein koordiniertes Zusammenspiel von Materialauftrag und anschließender Verfestigung mit einer Walze. SMARTSITE entwickelt Algorithmen für eine autonome Steuerung einzelner mobiler Baumaschinen und deren Koordination. Die autonome Steuerung reagiert dabei in Echtzeit auf die aktuellen Umweltbedingungen (Niederschlag, Temperatur, Wind etc.), Materialbeschaffenheiten (z. B. Temperatur und Dichte des Asphalts, Verdichtungsdicke) und Maschinenzustände (z. B. Position, Belade- zustände), um das beste Auftrags- und Verfestigungsergebnis zu erzielen. Für eine qualitätsgetriebene Steuerung werden unterschiedlichste Sensoren in das Baumaterial, in die Baumaschinen selbst, aber auch in die Umwelt integriert und mit externen Informationen wie Wetterdiensten oder Staumeldungen zu einem sogenannten Smart Dust zusammengeführt. Ein solches Baustellennetz verlangt ein zuverlässiges und sicheres Kommunikationsnetzwerk, in das sich unterschiedlichste Elemente und Prozesse dynamisch auf einheitlichen Standards basierend einfügen können. Die kontinuierlich erfassten Daten dienen nicht nur der intelligenten Steuerung der Baumaschinen, sondern auch einer effizienten Überwachung und lückenlosen Dokumentation des gesamten Bauprozesses für alle Beteiligten, vom Maschinisten über den Bauleiter bis zum Auftraggeber. Auf alle Prozessschritte kann durch cloudbasierte Dienste über mobile Endgeräte jederzeit orts- und zeitungebunden zugegriffen werden. Zusätzlich können intelligente Optimierungsalgorithmen mit Hilfe des Baustellennetzes entlang der gesamten Wertschöpfungskette im Straßenbau – von der Asphaltmischanlage über die Transportlogistik hin zur einzelnen Baumaschine – die Effizienz des Energie- und Ressourcenverbrauchs erhöhen.

Use Case

Die beschriebenen Innovationen werden in unterschiedlichen Simulationen, Experimenten und realitätsnahen Anwendungsszenarien eines Pilotprojekts im Feld erprobt.


Konsortialpartner:
Drees & Sommer Infra Consult und Entwicklungsmanagement GmbH (Konsortialführer), Ammann Verdichtung GmbH, ceapoint aec technologies GmbH, Ed. Züblin AG, Universität Hohenheim, Topcon Deutschland GmbH

       

 
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