Die autonome Tunnelbohrmaschine (TBM) ist eine Vision der Herrenknecht AG. Um diesem Ziel näher zu kommen, automatisieren wir die Prozesse beim maschinellen Tunnelbau. Darunter fällt auch die Richtungssteuerung der TBM. Dem geplanten Verlauf eines Tunnels so genau wie möglich zu folgen, ist eine Voraussetzung beim Bohren. Die Herausforderung bei der Richtungssteuerung ist, die Abweichungen von diesem Verlauf möglichst gering zu halten. Dieses Optimierungsproblem wird vom Fahrer gelöst, indem er ständig auf Abweichungen reagiert.
In Zukunft soll diese Optimierung regelungstechnisch gelöst werden, um möglichst unabhängig vom individuellen Können und der Erfahrung des Fahrers zu sein. Ein Schritt in diese Richtung ist die Entwicklung eines TBM-Simulators, um unsere Lösungen in einer sicheren Umgebung zu Testen. Für die Simulation ist insbesondere der Prozess der Richtungssteuerung und die Bewegung einer TBM zu modellieren. Dabei setzen wir auf datenbasierte Modelle aus dem Bereich des Maschinellen Lernens (ML). Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie konnten wir ML-Modelle mit den Daten abgeschlossener Tunnelprojekte trainieren und die Bewegung der TBM vorhersagen.
Aktuell arbeiten wir an der Weiterentwicklung mit folgenden Zielen:
- Im Gegensatz zum Training des Models entwickeln wir eine Metrik, um die Qualität des vorhergesagten Verlaufs zu quantifizieren.
- Basierend auf dieser Metrik vergleichen wir verschiedene ML-Modelle.
- Für die Simulation unterschiedlicher TBM-Typen
entwickeln wir ein Basismodell.
Dr. Stefan Mauerberger, Herrenknecht AG
Stefan Mauerberger ist seit 2021 Data-Scientist bei der Herrenknecht AG. Das Thema seiner 2022 in der Angewandten Mathematik abgeschlossenen Promotion ist die korrelationsbasierte Bayesianische Modellierung mit Anwendungen in der Laufzeittomographie, Seismischer Quellinversion und Magnetfeldmodellierung. Zwischen 2019 und 2021 war er Gastwissenschaftler am Geofoschungszentrum Potsdam zur Modellierung des Archäomagnetischen Feldes der Erde. Von 2013 bis 2021 war er als Fellow der Research School GeoSim und als Wissenschaftlicher Mitarbeiter in Forschung und Lehre an der Uni Potsdam beschäftigt.