Algorithmen als Entscheidungshilfe im Tunnelbau

Trotz aller akkuraten Planung sind im Tunnelbau die realen Gegebenheiten im Untergrund nie ganz genau vorhersagbar. Führerinnen und Führer von Tunnelbohrmaschinen müssen daher viele komplexe Entscheidungen im laufenden Bohrvorgang treffen. Dabei dürfen sie weder die Sicherheit noch den Zeitplan gefährden.

Für die effiziente und sichere Steuerung unter ständig wechselnden Bedingungen brauchen Führerinnen und Führer von Tunnelbohrmaschinen umfangreiche Betriebserfahrung, die sich nur schwer formalisieren und an Neulinge übertragen lässt. Algorithmen der künstlichen Intelligenz können diesen Erfahrungstransfer unterstützen, wie die Forschungsgruppe von Prof. Olga Fink nun zeigt. Ihr Team hat ein intelligentes Entscheidungshilfesystem entwickelt, welches weniger erfahrenen Bedienern zur Seite stehen kann.

Dazu lernt der KI Algorithmus ein Modell aus den Daten vergangener Projekte. Das erlernte Model bildet den Zusammenhang zwischen Steuerungseinstellungen unter verschiedenen geologischen Bedingungen und Effizienz einer Bohrung ab. Bei einer neuen Bohrung kann der Algorithmus dann ausgehend von den vom Bediener eingestellten Steuerungsparametern und einer groben Kenntnis der geologischen Bedingungen, schrittweise Änderungen der Parameter empfehlen, um die Effizienz zu steigern. Der Algorithmus weiss auch stets, wie sicher er sich bei der Empfehlung ist.

Das System für eine solche Mensch-Algorithmus-Zusammenarbeit wurde anhand eines realen Mikrotunnelprojekts entwickelt. Die Daten für das Projekt stellte die Herrenknecht AG zu Verfügung. Weiterhin arbeitete das D-BAUG Team mit der Download Herbert Einstein Research Group am Massachusetts Institute of Technology zusammen.