Drohnen für die 3D-Innenraumerkundung – Schutz von Kulturgütern und Innenraumvermessung

Drohnen eignen sich hervorragend für den Einsatz in Innenräumen, da sie große Flächen schneller abdecken können als Roboter auf Rädern. Dank ihrer Flugfähigkeit können Drohnen unterschiedliche Höhen innerhalb von Gebäuden erreichen und präzise Karten verschiedener Strukturen erstellen. Diese Fähigkeit ermöglicht die effiziente Erkundung und Kartierung komplexer Innenräume. Darüber hinaus sind Drohnen vielseitig einsetzbar und navigieren mühelos durch enge Räume oder schwieriges Gelände wie Schornsteine ​​und Treppenhäuser. Diese Eigenschaften machen sie zu wertvollen Werkzeugen für Aufgaben, die für Menschen schwierig oder gefährlich sind. Letztendlich bieten diese Flugroboter der Industrie ein enormes Potenzial, indem sie eine effiziente Erkundung und Kartierung ermöglichen und gleichzeitig Sicherheit und Autonomie gewährleisten.

Ein engagiertes Team hat eine Reihe von Lösungen für verschiedene Anwendungsfälle entwickelt. In Zusammenarbeit mit dem Abu Dhabi Technology Innovation Institute (TII) wurden drei speziell für die Erkundung und Kartierung von Innenräumen entwickelte Drohnen konstruiert. Diese Drohnen sind mit 3D-LiDAR und 3D-Kameras ausgestattet, die ihre Position präzise bestimmen (Lokalisierung) und die Umgebung durch die Kombination der Daten beider Technologien kartieren. Die Bordkameras können Objekte in Echtzeit klassifizieren und zwischen Wänden, Tischen und anderen Objekten unterscheiden. Die Integration fortschrittlicher Technologien ermöglicht eine effiziente Datenerfassung und Kartierung während des Fluges.

Diese speziell angefertigten Drohnen zeichnen sich durch hohe Manövrierfähigkeit aus, wodurch sie sich in beengten Räumen bewegen oder ihre Konfiguration an spezifische Aufgaben anpassen können. Diese Flexibilität unterscheidet sie von Menschen oder anderen Robotern, die in ähnlichen Situationen Schwierigkeiten haben könnten. Sie können schnell manövrieren und relevante Daten in verschiedenen Umgebungen sammeln, was sich bei Such- und Rettungsmissionen als nützlich erweist und Einsatzkräfte bei der Ortung von Personen und der Beurteilung von Gefahrensituationen unterstützt.

Diese Lösungen bergen ein enormes Potenzial für die Erfassung umfangreicher 3D-Daten von historischen Gebäuden und archäologischen Stätten, die sich häufig in Innenräumen befinden. Durch den Einsatz innovativer Ansätze und fortschrittlicher Technologien zur Erkundung von Innenräumen lassen sich wichtige Stätten effektiver dokumentieren als mit traditionellen Methoden.

Insgesamt eröffnet der Einsatz von Drohnen in Innenräumen neue Wege für Forschung und praktische Anwendungen. Drohnen können bei Infrastrukturinspektionen, der Überwachung von Gefahrenbereichen und der Datenerfassung für Gebäudewartung und -dokumentation helfen. Branchen wie das Bauwesen, die Denkmalpflege, das Ingenieurwesen, das Gebäudemanagement, die Sicherheitsüberwachung und der Katastrophenschutz profitieren von der Sicherheit und Autonomie, die Drohnen bieten.

Autonome Drohnen erfassen wichtige Daten für die Untersuchung von Unterwasserkanälen. In der Kitimat-Bergkette an der Nordwestküste von British Columbia leitet ein 475 Meter langer und 8 Meter breiter Unterwasserkanal das Wasser eines Wasserkraftwerks in den Berg. Der Auftraggeber benötigte für die laufende Instandhaltung eine detaillierte Untersuchung des Tunnelinneren, doch eine Abschaltung des Unterwasserkanals zur Inspektion war nicht möglich. Ein spezialisiertes Team startete daher einen Einsatz mit einer autonomen Drohne, um 3D-Scans im Tunnelinneren zu erstellen und so hochauflösende Daten für die Strukturanalyse zu gewinnen.

Das Team musste das Tunnelinnere erkunden, ohne den laufenden Betrieb zu unterbrechen. In ersten Gesprächen wurden ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge (ROVs), autonome Oberflächenschiffe und mit Sensoren ausgestattete Schwimmkörper in Betracht gezogen. Schließlich entschied man sich für eine Erkundung aus der Luft.

Das Team plante die Mission sorgfältig, um eine sichere Inspektion zu gewährleisten und Risiken zu minimieren, wobei Faktoren wie die folgenden berücksichtigt wurden:

gekrümmte Tunnelstruktur

Einen halben Kilometer lange Reise in den Berg hinein

Geringe bis keine Sicht

GPS-freie Umgebung (keine Signalübertragung zwischen Bediener und Gerät)

Ausströmungsgeschwindigkeit und Turbulenzen

Der Projektmanager hob die Wahl einer Drohne hervor, die mit hochauflösendem LiDAR, Video- und Bewegungssensoren sowie einem autonomen Navigationssystem auf Basis von SLAM-Technologie ausgestattet ist. Diese Konfiguration ermöglichte es der Drohne, außerhalb der Sichtweite (BVLOS) und der Kommunikationsreichweite in GPS-freien Umgebungen zu operieren.

Die umfassende Risikoplanung beinhaltete Bergungsnetze, sorgfältig geplante Flugrouten zur Hindernisvermeidung und die Deaktivierung von GNSS, um Störungen durch Stromleitungen während des Anflugs zu verhindern. Das Team nutzte präzise Kontrollpunkte und proprietäre Software, um Punktwolken, 3D-Modelle und Überflugvideos für eine gründliche Strukturanalyse zu erstellen.

Inspektionen in GNSS-freien Umgebungen

Drohnentechnologie gewinnt im Bauwesen zunehmend an Bedeutung für Inspektionen in Gebieten mit schwachem Satellitenempfang. Drohnen unterstützen die Inspektion von Tunneln, Lüftungsschächten, Rohrleitungen und Durchlässen. Regelmäßige Inspektionen sind unerlässlich, mit herkömmlichen Methoden jedoch oft kostspielig und zeitaufwendig. Zudem können bei Sichtprüfungen potenzielle Mängel übersehen werden. Drohnen mit optischen und hochempfindlichen Kameras bieten ideale Lösungen für erste Beurteilungen und reduzieren Kosten, Zeitaufwand und Risiken für Inspektoren und Techniker.

Ein Entwicklerteam hat Systeme zur präzisen Lokalisierung und Navigation in GNSS-freien Umgebungen entwickelt. Diese innovative Technologie ist darauf ausgelegt, in komplexen Tunnelumgebungen mit außergewöhnlicher Genauigkeit und Effizienz hochauflösende Bilder aufzunehmen.

Das System wurde unter realen Bedingungen während der vorübergehenden Sperrung des längsten Straßentunnels in Tschechien getestet. Es bewies erfolgreich seine Fähigkeit, auch unter schwierigen Bedingungen wie schlechten Lichtverhältnissen und Staub detaillierte Bilder aufzunehmen.

Ausgestattet mit modernster Technologie können diese Drohnen auch enge Nebentunnel inspizieren, die zur Abgasableitung dienen. Die giftige Atmosphäre birgt Risiken für die Wartungsmannschaften. Autonome Drohnen beschleunigen die Inspektionen während des Tunnelbetriebs, reduzieren die Belastung der Mitarbeiter durch schädliche Dämpfe und revolutionieren die Wartungspraxis.

Autonome Drohnen sind für reibungslose Übergänge zwischen GNSS-fähigen und GNSS-freien Umgebungen bei Brückeninspektionen ausgelegt.

Drohnentechnologie gewinnt im Bauwesen zunehmend an Bedeutung für die Inspektion von Infrastrukturen in Gebieten mit vollständigem, eingeschränktem oder gar keinem GNSS-Empfang. Drohnen spielen eine entscheidende Rolle bei der Inspektion von Brücken, Viadukten und anderen Bauwerken, die ein Risiko für manuelle Eingriffe darstellen.

Regelmäßige Inspektionen sind unerlässlich, doch herkömmliche Methoden sind ineffizient, kostspielig und zeitaufwendig. Integrierte Drohnentechnologie ermöglicht die Datenerfassung und -analyse in Echtzeit und versetzt Ingenieure so in die Lage, schnell fundierte Entscheidungen zu treffen. Hochauflösende Bilder und Videos unterstützen detaillierte Auswertungen, die wiederholt überprüft werden können, um sicherzustellen, dass keine Mängel übersehen werden. Drohnen erhöhen Sicherheit und Effizienz und navigieren durch komplexe Umgebungen, in denen herkömmliche Geräte an ihre Grenzen stoßen.