Neues Forschungsprojekt HyProTwin: Der Weg zu intelligenten digitalen Zwillingen für Verkehrsinfrastrukturen
von Mischa Vollmann
Juli 08, 2025
HyProTwin • Grafik: plusmeta GmbH, Viktoria Kurpas/Shutterstock.com
In einer Zeit, in der technologische Innovationen rasant voranschreiten, steht auch die Verwaltung und Instandhaltung von Verkehrsinfrastrukturen vor neuen Herausforderungen. Das Forschungsprojekt HyProTwin setzt genau hier an und entwickelt eine Methode zur automatisierten Erstellung digitaler Zwillinge von Verkehrsinfrastrukturen für die prozessorientierte Informationsbereitstellung heterogener Bestandsdaten. In diesem Blogbeitrag stellen wir Ihnen unser neustes Forschungsprojekt vor und erläutern, welchen Beitrag plusmeta zur erfolgreichen Umsetzung dieses ambitionierten Vorhabens leistet.
Herausforderungen bei der Erstellung Digitaler Zwillinge • Grafik: plusmeta GmbH
Die Herausforderung: Unübersichtliche und unstrukturierte Bestandsdaten von Verkehrsinfrastruktur
Verkehrsinfrastrukturen wie Brücken, Schleusen, Wehre und Düker sind komplexe Systeme, deren Bestandsdaten in unterschiedlichen Formaten vorliegen. Technische Dokumentationen, Bauwerkspläne, Wartungsprotokolle und Sensordaten liegen oft unübersichtlich verteilt in den verschiedensten Formaten vor - mal als gescannte Dokumente, mal als unstrukturierte Datensätze in unterschiedlichen IT-Systemen. Dies führt dazu, dass Fachleute diese verstreuten Informationen häufig manuell recherchieren, interpretieren und zusammenstellen müssen. Dieser Prozess ist nicht nur zeitaufwändig und fehleranfällig, sondern auch ineffizient und somit wenig wertschöpfend.
Herausforderungen bei der Erstellung Digitaler Zwillinge • Grafik: plusmeta GmbH
Die Problematik im Detail
1. Vielzahl an Quellen und Formaten:
Bestandsdaten sind häufig in verschiedenen Formaten und an unterschiedlichen Standorten gespeichert, was die Zusammenführung erschwert.
2. Erheblicher manueller Aufwand:
Informationen liegen selten in einheitlicher und maschinenlesbarer Form bereit. Bevor diese Ressourcen verwendet werden können, müssen sie häufig erst händisch aufbereitet werden.
3. Mangel an intelligenten Lösungen:
Es fehlt an automatisierten Systemen, die in der Lage sind, disparate Datenquellen, wie sie in der Datenverwaltung der Verkehrsinfrastruktur vorliegen, intelligent zu verknüpfen und aufzubereiten.
Diese Herausforderungen unterstreichen den Bedarf an innovativen Lösungen, um die technischen Bestandsdaten effizienter zugänglich zu machen und somit die Grundlage für fundierte Entscheidungen und eine nachhaltige Instandhaltung wertvoller Verkehrsinfrastruktur zu schaffen.
Projektziel: Entwicklung eines hybriden digitalen Zwillings
Das HyProTwin-Projekt zielt darauf ab, eine Lösung zu entwickeln, die es ermöglicht, automatisch digitale Zwillinge von Verkehrsinfrastrukturen zu erstellen. Als Beispieldaten für das Forschungsprojekt dienen ausgewählte Bestandsdokumente von Bauwerken an Wasserstraßen, wie Schleusen, Wehre und Düker. Ziel ist es, mit Hilfe der digitalen Zwillingen aktuelle sowie historische Daten intelligent zu verknüpfen, um sie für die spätere Verwendung einfacher zugänglich und nutzbar zu machen.
Im Rahmen des HyProTwin Forschungsprojekt erfolgt eine innovative Kombination von zwei KI-Ansätzen:
1. Symbolische KI:
Diese Methode arbeitet mit festgelegten Regeln und logischen Strukturen, die es ermöglichen, komplexe Zusammenhänge und Prozesse abzubilden.
2. Subsymbolische KI:
Sie lernt Muster aus großen Datenmengen und erkennt Zusammenhänge, die nicht explizit vorgegeben sind.
Diese kombinierte KI-Strategie ermöglicht eine detailliertere und umfassendere Datenanalyse, die weit über die Möglichkeiten herkömmlicher Systeme hinausgeht.
Hybride KI • Grafik: plusmeta GmbH
Technische Redakteure und Instandhaltungsplaner sind zudem häufig mit Hindernissen hinsichtlich der Qualität und Verfügbarkeit der zugrunde liegenden Informationen konfrontiert.
plusmeta’s Beitrag: Intelligente Dokumentationslösungen für HyProTwin
Als innovatives Softwareunternehmen übernimmt plusmeta eine entscheidende Rolle im HyProTwin-Projekt. Mit unserer umfassenden Expertise bei der automatisierten Aufbereitung technischer Dokumente unterstützen wir, als Unterauftragnehmer der Bundesanstalt für Wasserbau, mit unserer Praxis-Erfahrung. Zudem konnten wir bereits in einem gemeinsam Pilotprojekt mit der Bundesanstalt für Wasserbau beweisen, wie sich durch die Verwendung von Künstlicher Intelligenz die Vergabe von Metadaten an Bestandsdokumente in der Wasserstraßeninfrastruktur umfassend optimieren lässt.
Integration von Metadaten und KI-Technologien
Mit seiner umfassenden Erfahrung unterstützt plusmeta das HyProTwin Projekt dabei insbesondere bei der:
1. Metadaten-Vorfilterung: Durch die Implementierung von Metadaten zur Eingrenzung des Kontexts (z.B. Sprache, Rolle, Asset) können relevante Datenbankeinträge präzise markiert werden. Dies ermöglicht eine effizientere Datenverarbeitung und -suche.
2. Lokalisierung von Dokumenten: Unsere Lösung unterstützt die präzise Suche und Lokalisierung von Dokumenten, indem Metadaten in Textform in den Kopfinformationen der Datenstücke oder als separate Datenblöcke integriert werden.
3. Erweiterung der RAG-Architektur: Durch die Einbindung von Ontologien und Knowledge Graphen in die Retrieval Augmented Generation (RAG)-Architektur modelliert plusmeta das Wissen umfassend und ermöglicht eine tiefgehende Wissensdarstellung.
Projektpartner und Förderprogramm mFUND
Das HyProTwin-Projekt wird von einem Zusammenschluss mehrere Partner durchgeführt:
Die CONTACT Software GmbH übernimmt die Rolle des Verbundkoordinator des Projekts. Als führender Anbieter offener Standardsoftware unterstützt CONTACT Unternehmen bei der Digitalen Transformation.
Die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) ist eine technisch-wissenschaftliche Bundesoberbehörde mit Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr (BMDV). Im Rahmen des HyProTwin-Projektes ist plusmeta als Unterauftragnehmer von BAW mit eingebunden.
Das Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen (IIB) der TU Darmstadt fungiert als Wissenschaftlicher Partner des Projekts.
Förderung durch mFUND
Das Projekt wird durch die Innovationsinitiative mFUND des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr (BMDV) gefördert. Das Förderprogramm mFUND fördert dabei gezielt Forschungs- und Entwicklungsprojekte, die sich mit digitalen datenbasierten Anwendungen für die Mobilität der Zukunft beschäftigen. Neben finanzieller Unterstützung bietet der mFUND vielfältige Veranstaltungsformate zur Vernetzung von Akteuren aus Politik, Wirtschaft und Forschung sowie den Zugang zu relevanten Datenportalen des BMDV.
Gefördert im Rahmen der Innovationsinitiative mFUND • Grafik: plusmeta GmbH
Durchführung: Schritte zur Entwicklung des digitalen Zwillings
Die Umsetzung des HyProTwin-Projekts gliedert sich in mehrere Phasen:
1. Analyse der Informationsbedürfnisse Zunächst wird eine detaillierte Analyse durchgeführt, um zu ermitteln, welche Informationen für die Unterhaltung von Verkehrsinfrastrukturen benötigt werden. Diese Analyse bildet die Grundlage für die Entwicklung der KI-gestützten Suchmaschine, die in der Lage ist, Daten aus verschiedenen Quellen automatisch zu finden, zu strukturieren und prozessorientiert aufzubereiten.
2. Entwicklung eines konzeptionellen Informationsmodells Mithilfe eines konzeptionellen Informationsmodells (Ontologie), das die Bedeutung und Zusammenhänge der Informationen beschreibt, wird der digitale Zwilling erstellt. Dieses Modell dient als Blaupause für die intelligente Verknüpfung und Zugänglichmachung der verschiedenen Bestandsdaten.
3. Implementierung und Test der Lösung Die entwickelte Lösung wird in Zusammenarbeit mit der Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) an realen Bauwerken von Wasserstraßen auf ihre Praxistauglichkeit getestet.
Die entwickelte Lösung wird als Demonstrationsanwendung umgesetzt und validiert.
Erwartete Ergebnisse und weitergehende Wirkung
Durch die erfolgreiche Umsetzung des HyProTwin-Projekts werden konkrete Ergebnisse in den folgenden Bereichen angestrebt:
- Grundlage für den Aufbau digitaler Zwillinge:
Schaffung von hybrider KI-Methoden, die die Erstellung und Pflege digitaler Zwillinge von Verkehrsinfrastrukturen erleichtern. - Standardisierte Ontologie:
Die Nutzung von Ontologien trägt zur Vereinheitlichung und Standardisierung der Wissensrepräsentation im Bereich Verkehrsinfrastruktur bei. - Übertragbarkeit der Konzepte:
Die erarbeiteten Konzepte dienen als Standardvorlage für ähnliche Projekte in anderen Anwendungsbereichen, die eine breite Anwendung und Skalierung ermöglichen. - Effizienter und ökonomischer Betrieb der Infrastruktur:
Durch die digitale Vernetzung und intelligente Aufbereitung von Bestandsdaten wird eine langfristig ökonomische und effiziente Verwaltung der Infrastrukturen ermöglicht.
So soll mit Hilfe dieses Forschungsprojektes die Instandhaltung und Verwaltung von Verkehrsinfrastrukturen nachhaltig verbessert und die Grundlage für eine moderne, digitale Infrastrukturverwaltung gelegt werden.
Fazit
Das HyProTwin-Projekt stellt einen bedeutenden Schritt in Richtung intelligenter und effizienter Verwaltung von Verkehrsinfrastrukturen dar. Durch die Entwicklung und Kombination einer standardisierten Ontologie, innovativer Kombination verschiedener KI-Methoden sowie den innovativen Lösungen von plusmeta entsteht eine vielversprechende Grundlage für die Erstellung digitaler Zwillinge. Dieses Konzept erleichtert den Zugriff auf wichtige Bestandsdaten, verbessern die Entscheidungsfindung und trägt somit zur nachhaltigen Instandhaltung von Infrastruktur bei.
Wir bei plusmeta sind stolz darauf, Teil dieses wegweisenden Projekts zu sein und einen Beitrag zur Digitalisierung unserer Verkehrsinfrastruktur zu leisten. Besonders freuen wir uns dabei über die Unterstützung durch unseren neuen Werkstudenten Robert Hormann, der uns als Forscher bei diesem Projekt unterstützen wird.
Wir freuen uns darauf die Fortschritte und Erfolge des HyProTwin-Projekts weiter in unserem Blog mit euch zu teilen und werden euch über die Ergebnisse auf dem Laufenden halten.
Forschungsprojekt KREEN
plusmeta hat seine Wurzeln in Wissenschaft und Forschung. Deshalb entwickeln wir unsere Produkte ständig weiter und arbeiten täglich daran, neueste Technologien für die Praxis nutzbar zu machen. Mit dem Projekt KREEN erforschten wir bereits erfolgreich KI-Anwendungen zur Recherche und Extraktion der Entscheidungsbasis für den Nachhalitgen und ressourcenschonenenden Betrieb von Maschinen und Anlagen.
Mehr zum Projekt KREEN: Erfahren Sie hier