Drohnen und KI machen Talsperren-Inspektionen einfacher und genauer

Talsperren sind zentrale Infrastrukturbauwerke für die Energieversorgung. Ihrer laufenden Instandhaltung, Überwachung und Sicherheit kommt daher eine entscheidende Bedeutung zu, erklärten Experten im Rahmen des „Science Talk“ des Verbund im Technischen Museum in Wien. Neue und innovative Methoden der Zustandsbewertung von Talsperren, wie der Einsatz von Drohnen in Kombination mit Künstlicher Intelligenz (KI), unterstützen dabei die Arbeiten.

Digitale Technologien für sichere Talsperren

Der Verbund betreibt 28 Talsperren an Speicher- und Pumpspeicherkraftwerken, berichtete Achim Kaspar (COO Verbund). Dahinter befinden sich 700 Millionen Kubikmeter Wasser. „Diese Speicherkapazität ist ein wichtiges Element für die Energiewende in Österreich und Europa“, sagte er. Hinter den Staumauern liegen auch 99 Prozent der Stromspeicherkapazität im Lande, erklärte Karl Heinz Gruber (Geschäftsführung Verbund Wasserkraft). Mit neuen Technologien wie Drohnen und KI können etwa Risse und andere Auffälligkeiten an den Talsperren aufgespürt und Veränderungen genau dokumentiert werden.
Hochsensible Messeinrichtungen machen kleineste Veränderungen in einer Talsperre erkennbar. Sie übertragen die Messwerte in Echtzeit, um die laufende Überwachung zu ermöglichen. Dazu liefern Drohnen-Kameras tausende Bilder der Betonoberflächen und KI untersucht sie auf Schäden. Mittels dreidimensionaler „digitaler Zwillinge“ der Staumauern können Bauingenieure dann Risse und Abplatzungen bewerten und entscheiden, ob eine Reparatur ansteht. Zusätzlich gibt es regelmäßige Kontrollgänge durch geschultes Personal, das Sichtprüfungen vornimmt, weitere Messungen durchführt und Daten analysiert, so die Experten.

Talsperrensicherheit seit Jahrtausenden ein Thema

Weltweit sind Talsperren schon mindestens so alt wie die Cheops-Pyramide, berichtete Roman Kohler (Sachgebietsleiter Talsperren und Statik bei Verbund Wasserkraft). Der Pharao, der darin bestattet wurde, ließ nämlich vor rund 4.600 Jahren eine immerhin vierzehn Meter hohe Talsperre für die Bewässerung und Wasserversorgung errichten. Sie hielt bis zu 500.000 Kubikmeter Wasser zurück. Auch die Verpflichtung, Gefahren durch Talsperren zu minimieren, wäre uralt, so Kohler: König Hammurabi von Babylon erklärte vor etwa 3.800 Jahren in seinem Gesetzeskodex, dass: wer den Staudamm nicht ordnungsgemäß instandhält, im Falle eines Dammbruchs auch Schadensersatz zu leisten hat.
Heutzutage sorgt man erstens mit robusten Konstruktionen und periodischen Instandhaltungsarbeiten für sichere Talsperren, zweitens mit regelmäßigen Überprüfungen und Zustandsbeurteilungen, so Kohler. Drittens gibt es adäquate Notfallmaßnahmen bei Sicherheitsproblemen. „Es war aber in Österreich noch nie nötig, solche zu ergreifen“, sagte er.

Vom Fernglas zur digitalen Talsperrenüberwachung

Die Fortschritte bei der Überprüfung der Talsperren sind enorm, erklärte Rico Senti (Fachbereich Talsperrensicherheit und Bauwerksüberwachung, Axpo Power AG, Schweiz) in seinem historischen Abriss der Talsperrenüberwachung: Im Jahre 1975 habe etwa ein Talsperrenwärter mit dem Fernglas die Betonoberfläche überschaut und mit einem bunten Stift Auffälligkeiten eingezeichnet. Zehn Jahre später wurden Risse und andere mögliche Probleme genau kartiert, mit Fotos dokumentiert und ein Ingenieur erstellte dazu einen Zustandsbericht. 2006 saß er selbst bei einer seiner ersten Überprüfungen in einem Korb, der mit einem Kran von der Talsperre hinuntergelassen wurde.
„Das war aber alles andere als optimal“, berichtete er: „Durch die Biegung der Talsperre waren wir entweder zu weit weg, um etwas zu sehen, oder sind gleichsam an der Betonwand dran gepickt.“ Ein Versuch mit einer Drohne wäre 2016 durch starke Aufwinde an der Talsperrenwand gescheitert, aber 2021 konnte man damit schon Risse dokumentieren. Sie mussten allerdings manuell in einem dreidimensionalen Modell verzeichnet werden.

KI erkennt und vermisst Schäden an Talsperren

Bei der Inspektion werden heutzutage Hunderte bis Tausende grauer Bilder erstellt, sagte Guido Morgenthal (Ingenieurbüro für digitale Bauwerksdiagnostik, Infralytica, Weimar, Deutschland): Wenn diese nicht von Personen, sondern durch die KI bewertet werden, sei das eine enorme Entlastung. Dazu brauche es zunächst mit hochwertigen Kameras ausgestattete Drohnen, die Fotos mit hoher Auflösung und Tiefenschärfe sowie wenig Bildrauschen und Bewegungsunschärfe erstellen.
Diese Fotos müssen überlappen, damit man anschließend mittels Photogrammetrie ein dreidimensionales Modell erstellen kann, erklärte Volker Rodehorst (Fakultäten Medien und Bau & Umwelt an der Bauhaus-Universität Weimar, Deutschland). Dazu wird schon zuvor ausgerechnet, wie viele und welche Kamerapositionen man benötigt. Dann fliegt die Drohne das Bauwerk mit konstantem Abstand ab, wobei bei den Ecken zusätzliche Aufnahmepositionen nötig sind, damit die dreidimensionale Gestalt später korrekt abgebildet werden kann.

Digitale Zwillinge für die vorausschauende Instandhaltung

Anschließend werden die Fotos der KI präsentiert, damit diese mögliche Schäden wie Risse und Abplatzungen erkennt. Das musste diese aber zunächst lernen. Rodehorst hat mit Kollegen ein System für Maschinelles Lernen (ML) entwickelt, bei dem ein künstliches neuronales Netz mit Schadensbildern trainiert wird, die menschliche Expertinnen und Experten zuvor persönlich ausgewertet haben. Die KI lernt dadurch etwa dünne Rissbahnen von konstruktionsbedingten Mustern zu unterscheiden und die Breite von Rissen korrekt zu dokumentieren.
Bei Abplatzungen werden wiederum die Volumina berechnet, die ausgebrochen sind, sowie die Umrisse eingezeichnet. All die Schäden und Auffälligkeiten werden anschließend ins dreidimensionale Computermodell übertragen. So entsteht ein digitaler Zwilling der Talsperre, in dem die Orientierung und Maße von etwaigen Schäden wie Rissen und Abplatzungen verzeichnet sind. Wird nach einer gewissen Zeitspanne wieder eine Inspektion durchgeführt, kann man automatisch erkennen, ob zum Beispiel ein Riss größer geworden ist oder einer dazugekommen ist, sagte Morgenthal. In Zukunft wäre es mit geeigneten Berechnungen möglicherweise sogar vorhersagbar, ob und wie sich ein Riss verändern wird.

Der Mensch behält bei der KI-Analyse die Kontrolle

Die gesamte Talsperre mitsamt ihren „Auffälligkeiten“ kann schließlich mit einem gewöhnlichen Internetbrowser in 3D genauestens angeschaut werden, berichtete Morgenthal. Es ist möglich, hinein- und herauszuzoomen, einzelne Fotos zu inspizieren und die exakten Daten der von der KI erkannten Schäden zu sehen. Durch diese „händische“ Inspektion müsse man der KI nicht blind vertrauen, sondern könne die Resultate überprüfen, erklärte er. „Das ist ganz wichtig“, sagte Rico Senti: „Man braucht immer noch natürliche Intelligenz, die beurteilt, was die KI liefert.“ Das heißt, ein menschlicher Experte muss die Fehler überprüfen und einordnen, ob sie (noch) unbedeutend oder sicherheitsrelevant sind. In letzterem Falle würden Instandhaltungsarbeiten eingeleitet, um den Schaden zu reparieren.

Artikel der Medienkooperation APA-Science & VERBUND

Erschienen in zek HYDRO, Ausgabe 3/2026