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Künstliche Intelligenz im Deich

Projekt SmartDike: Entwicklung eines intelligenten Sensor- und risikobasierten Monitoringverfahrens für die direkte Integration beim Bau von Flussdeichen

Hochwasser stellt immer wieder eine häufige existenzielle Bedrohung für Leben und Eigentum dar. Das wichtigste Element des Hochwasserschutzes ist, neben den ergänzenden Vorsorgemaßnahmen, der technische Hochwasserschutz. Zur Überwachung von Deichen kommen Deichläufer zum Einsatz. Die Idee des Projekts SmartDike ist es, intelligente sensor- und risikobasierte Monitoringverfahren direkt beim Bau in die Flussdeiche zu integrieren. Grundlage für das Verfahren sind erdstoffgefüllte Geotextilschläuche, die mit einer Deichbaumaschine direkt in den Deichkern gebaut werden. Durch das so möglich werdende Deich-Monitoring können die jeweiligen Hochwasserschutzzentralen den Zustand der Flussdeiche entlang der gesamten Deichstrecke zu jedem Zeitpunkt kontrollieren und somit ein rechtzeitig und gezielt eingreifen. Der Umstieg von präventiver auf prädiktive Wartung wird durch einen digitalen Deichzwilling möglich und bietet die Chance auf hohe Kostenersparnis, bessere Felddaten und detaillierte einsatzspezifische Nutzungsdaten für neue Geschäftsmodelle.

Im Bild sind die Kernelemente des Projekt-Ansatzes zu erkennen. Die Grundlage bildet eine detaillierte Simulation eines kleinen Teilbereichs eines Deichs mittels z. B. einer FEM-Berechnung. Hierbei entstehen sehr genaue Daten, die eine hervorragende Basis für Optimierungen und Planungen der Deichstruktur liefern und somit einen echten Digitalen Zwilling dieses Deich-Bereichs darstellen.

Die Laufzeit der Simulation beträgt gewöhnlich mehrere Stunden und ist damit deutlich zu lang, als dass die Lage im Gefahrenfall schnell genug eingeschätzt werden kann. Insbesondere verbietet sich bei Zeitknappheit, wie sie im Überschwemmungsfall naturgemäß gegeben ist, eine Berechnung des Deichs an vielen Stellen.

Deshalb soll der digitale Zwilling im Projekt ergänzt werden durch einen intelligenten Neuronalen Zwilling, der u. a. durch die Ergebnisse des Digitalen Zwillings angelernt werden kann, dann allerdings deutlich schneller zu Einschätzungen der aktuellen Lage kommt. Im Falle kritischer und noch nicht hinreichend gesicherter Situationen kann der Neuronale Zwilling eine erneute FEM-Berechnung auf der Basis der aktuellen Daten anfordern. Auf diese Weise werden die Stärken beider Technologien kombiniert und ermöglichen zeitnahe und zugleich belastbare Einschätzungen über die Stabilität von Deichen.