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Wartung und Instandhaltung


Inhaltsverzeichnis


Bauwerke


Brücken


Windkraftanlagen


Denkmäler


Links zu Drohnen und Software



Bauwerksprüfung

Mit Multikopterdrohnen lassen sich folgende bauwerkliche Mängel feststellen:

  1. Es lässt sich der allgemeine Anlagenzustand zum Beispiel von Industriebauten und Kraftwerken rasch dokumentieren.
  2. Risse im Spannbeton und Schweißnähten lassen sich erkennen.
  3. Sogar Schweißnähte in schlecht erreichbaren Stellen lassen sich dokumentieren und prüfen.
  4. Schäden durch Abrasion und Erosion lassen sich gut erkennen. 
  5. Korrosion lässt sich an schwer erreichbaren Stellen leicht erkennen.
  6. Der Zustand von Beschichtungen lässt sich ebenfalls prüfen.
  7. Dasselbe gilt für Verschraubungen. Diese werden auf einwandfreien Zustand zum Beispiel in Rührwerken überprüft.


Beispiele für überprüfbare Anlagen sind

  1. Stahlwerke
  2. Industrieanlagen
  3. Logistische Anlagen
  4. Raffinerien
  5. Technische Anlagen in der Chemieindustrie
  6. Bauwerke und Infrastruktur


Es lassen sich enge und schlecht erreichbare Räume inspizieren.



Folgende Elemente von Anlagen sind für die Inspektion durch Drohnen geeignet:

  1. Behälter
  2. Feuerfestauskleidungen
  3. Schornsteine
  4. Stahlbauelemente
  5. Infrastruktur


Orthofotos lassen sich aus Referenzpunkten und Flugaufnahmen errechnen. Die Orthofotos sind maßstabsgetreue und entzerrte Senkrechtaufnahmen im Millimeterbereich. Des Weiteren lassen sich 3D-Modelle und Punktwolken erzeugen.


Nachteile konventioneller Methoden:

  1. Gerüstbau
  2. Industriekletterer
  3. Hebebühne
  4. Gegenüberliegende Gebäude
  5. Bemanntes Fahrzeug




Vorteile des Multikoptereinsatzes im Vergleich zu konventionellen Methoden:

  1. Geringe Vorlaufzeiten
  2. Kostenvorteile
  3. Geringe Geräuschbelastung
  4. Umweltschonend
  5. Auch Einsatz in Wohngebieten möglich
  6. Livebildübertragung an die Einsatzleitstelle


Geeignete Bereiche für Bauwerksinspektion durch Multikopter:

  1. Brücken
  2. Baufelder
  3. Historische Gebäude
  4. Bauten an Bergen und Hängen
  5. Hochhäuser
  6. Staudämme
  7. Telekommunikationsanlagen
  8. Türme
  9. Hochbehälter
  10. Fassaden und Dächer beliebiger Bauwerke
  11. Archäologische Bauwerke
  12. Brücken
  13. Stützkonstruktionen
  14. Uferbauten
  15. Anlagen zur Energieerzeugung wie zum Beispiel Atomkraftwerke



Brückeninspektion

Die GMB kalkuliert für eine Prüfung ein 200qm-Brücke 13 Stunden Arbeit. Eine Brücke muss in Deutschland alle 3 Jahre kontrolliert werden. Bei Naturkatastrophen und Unfällen fallen zusätzliche Prüfungstermine an.

Durch den Einsatz von Multicopterdrohnen werden Kosten inklusive Zeitkosten sowie die Arbeitssicherheit erhöht. Die Überfliegung ist komplett automatisiert. Die Aufnahmen werden sofort in die Cloud übertragen und durch KI selbstständig analysiert. Sie erkennt zum Beispiel Verformung, Risse, Korrosion, Abplatzungen an der Oberfläche und Schmutz. Falls Brückenlager, Widerlager, Fundament, Brückenboden, Brückenpfeiler, Anbauten, Plattformen, Steigleitern oder Zugänge beschädigt sind wird dies aller Wahrscheinlichkeit nach erkannt. Es können sowohl Stahlbrücken als auch Betonbrücken inspiziert werden. Zusätzlich kann ein thermografisches Bild erstellt werden. Es wird ein 3D-Modell per Photogrammetrie erstellt, was auch digitaler Zwilling genannt wird. Mit Hilfe eines Realitätsrasters eines digitalen Zwillings können nicht nur die Länge sondern auch die Breite von Rissen gemessen werden.


Es lassen sich Innen- und Außenseiten von Brücken befliegen. In Deutschland gibt es 40.000 Kilometer Brücke. Damit ist die automatisierte Untersuchung von Brücken durch Multicopterdrohnen keine Nischenangelegenheit, sondern es kann von monetärem Wert der Einsparungen an Zeit und Kosten (Entlastung der Haushalte) sowie von Erhöhung der Sicherheit der die Brücken befahrenden Bürger gesprochen werden.

Früher war die Brückeninspektion ein zeitraubender und teurer Prozess, der mit Hilfe von Brückenuntersichtsgeräten und Hubsteigern vollzogen wurde. Heute erleichtern Drohnen diesen Prozess mit Hilfe digitaler Dokumentation durch Bereitstellung aller relevanten Informationen. Insgesamt entfallen Rüstarbeiten, Sperrung von Brücken oder Brückenteilen, Unfallgefährdung für Arbeiter und es können Arbeitsergebnisse in einem Bruchteil der Zeit präsentiert werden.



Netz- und Windturbineninspektionen durch Drohnenlösungen leicht gemacht

Inspektionen sind essentiell im Energiesektor, um Engpässe frühzeitig zu erkennen und rechtzeitige Wartungsarbeiten durchführen zu können.


Drohnenprogramme arbeiten effizienter und schützen den Menschen vor Risiken manueller Inspektionen. Herkömmliche Drohneninspektionen sind zwar effektiv, erfordern jedoch hochqualifizierte Drohnenpiloten und lange Bearbeitungszeiten, um aus den Datenanalysen verwertbare Erkenntnisse zu gewinnen. Ein automatisiertes Drohnenprogramm kann den Inspektionsprozess vereinfachen. Durch die Erfassung von Bildern und Daten mit DJI-Drohnen und den Einsatz automatisierter Softwarelösungen zur Automatisierung von Flugrouten und zur Gewinnung von Erkenntnissen kann der Analyseprozess nach der Inspektion beschleunigt werden.


Neben den Netzinspektionen können auch die Inspektionen von Windkraftanlagen von einem automatisierten Drohnenprogramm profitieren.


Eine Drohne von Hand zu fliegen, um Windturbinen zu inspizieren, ist kein leichtes Unterfangen. Der Pilot muss die Drohne in der Nähe einer komplexen, mehr als 150 m hohen Struktur steuern und einen konstanten Abstand zur Rotorblattfläche einhalten. Währenddessen muss jeder Sensorparameter überwacht werden, um die bestmögliche Aufnahme zu erhalten.


Anders sieht es aus, wenn die Drohne eingesetzt wird. Es kann eine Flugbahn erstellt werden, so dass die Drohne automatisch um die Windturbine herumfliegt, wobei die Parameter für Abstand und Flugbahn genau festgelegt werden.


Die aufgenommenen Bilder können analysiert werden, um einen Bericht zu erstellen, der alle Defekte nach Ebenen aufschlüsselt. Dank der offenen Plattform von DJI sind Inspektionen von Windkraftanlagen jetzt schneller, sicherer und genauer. Innerhalb von zwei Tagen nach der Drohneninspektion können umsetzbare Berichte geliefert werden, damit rechtzeitig die richtige Wartungsentscheidung getroffen werden kann.


Vergleich von Wartungsmethoden bei Windrädern



MethodeSicherheit
DrohneninspektionSicher; Personal bleibt am Boden
BodeninspectionSicher; Personal bleibt am Boden
Seil-/PlattformzugangRiskant; Personal arbeitet in der Höhe

MethodeZeitaufwand
DrohneninspektionSchnell; Eine ganze Inspektion wird in weniger als einer Stunde fertiggestellt
BodeninspectionLangsam; Das Schießen von Qualitätsbildern von allen Seiten dauert lange
Seil-/PlattformzugangSehr langsam; Sowohl für den Einsatz der Plattform als auch für das Inspizieren der Blätter werden Stunden benötigt

MethodeKosten
DrohneninspektionNiedrig; Angesichts der Ausfallzeiten bei der Inspektion liegen die Kosten bei einem Bruchteil der traditionellen Methoden
BodeninspectionNiedrig; Für die Inspektion wird nur ein Fotograf/Techniker benötigt, was die Betriebskosten niedrig hält.
Seil-/PlattformzugangHoch; Für Arbeiten in der Höhe ist ein erfahrenes Team von Technikern erforderlich. Sowohl die zeitaufwändige Methode als auch die Anzahl der beteiligten Techniker lassen die Kosten sehr hoch ansteigen.

MethodeEffizienz
DrohneninspektionHoch; Inspektion von mehr als 5 Windturbinen pro Tag
BodeninspectionMittel; Inspecting around 3-4 wind turbines per day
Seil-/PlattformzugangNiedrig; Inspektion von 1 - 2 Windkraftanlagen pro Tag

MethodeDatenqualität
DrohneninspektionHoch; Eine Drohne nimmt Bilder von den 4 Seiten der Schaufel auf, die 100 % der Oberfläche abdecken. Konsistente und wiederholbare Inspektion
BodeninspectionNiedrig; Geringe Qualität der Daten, da die Telekamera-Objektive vom Boden aus nicht in der Lage sind, Bilder für eine Qualitätsprüfung zu erfassen. Es wird meist als schneller Scan verwendet.
Seil-/PlattformzugangSehr hoch; Es besteht die Möglichkeit, die Schäden aus nächster Nähe zu betrachten und zu ertasten und sie weiter und tiefer zu untersuchen.


Japan schützt sein Kulturerbe mit Drohnendaten und -kartierung

Japans Topographie und extreme klimatische Schwankungen machen das Land besonders anfällig für Naturkatastrophen. Erdbeben und Tsunamis sind ebenso an der Tagesordnung wie Vulkanausbrüche, Taifune, Überschwemmungen und Schlammlawinen.

Beim Wiederaufbau nach der Zerstörung wird darauf geachtet, dass die historische Struktur der Kulturgüter nicht zerstört wird. Und da Japan das kulturelle Erbe eng mit der Entwicklung der Gemeinschaft verknüpft, liegt der Schwerpunkt auf der Erstellung digitaler Zwillinge historischer Bauwerke, um sie zu bewahren und in Erinnerung zu halten.

Die Burg Karatsu liegt auf einem kleinen Hügel über der Karatsu-Bucht in der japanischen Präfektur Saga und ist zur Zeit der Azaleen-, Kirsch- und Glyzinienblüte ein wahrer Augenschmaus. Die Burg am Meer, die mit dem Kopf eines Kranichs verglichen wird, birgt mehr als 400 Jahre Geschichte und Erbe in sich.

Der Bau der Burg von Karatsu begann im Jahr 1602 und dauerte sieben Jahre. Die Burg blieb ein würdiges Symbol der Stadt, bis sie 1872 abgerissen wurde, nachdem der Feudalismus in Japan abgeschafft worden war. Das heutige fünfstöckige Schloss ist eine Rekonstruktion, die mit traditionellen Methoden und Techniken gebaut wurde, um das Denkmal aus dem 17. Die Steinmauern, die den Schlossturm bilden, sind die einzigen Teile, die von der ursprünglichen Konstruktion übrig geblieben sind. Ihr historischer Wert ist immens.

"Aber diese Steinmauern werden durch die Auswirkungen von Wassereinbrüchen, die durch Erdbeben und starke Regenfälle in der Vergangenheit verursacht wurden, herausgedrückt", erklärt Satoshi Kimoto von der Stadtplanungsabteilung der Stadt Karatsu in der Präfektur Saga. Die Notwendigkeit, die Burg Karatsu zu erhalten und zu schützen, war noch nie so dringend wie heute.


Toppen Co. ist ein in der Präfektur Saga ansässiges Unternehmen, das sich auf die digitale Bewahrung von Objekten und Artefakten von kultureller und historischer Bedeutung spezialisiert hat. Die Aufgabe, das Erbe der jahrhundertealten Burg zu bewahren, wurde Toppen von der Abteilung für Kulturgüter der Stadt Karatsu übertragen.

Im Fall der Burg Karatsu reichten die herkömmlichen Techniken jedoch nicht aus. "Da es sich bei Steinmauern um eine dreidimensionale Struktur handelt, ist es mit den herkömmlichen Methoden nur bedingt möglich, die Struktur in ihrer Gesamtheit und in der genauesten Form wiederzugeben."

Da die bisherigen Methoden zur Datenerfassung nicht die gewünschten Ergebnisse lieferten, beschloss Toppen, die neuesten Werkzeuge und Technologien zu nutzen, die es dem Unternehmen ermöglichen würden, 3D-Messungen durchzuführen und ein hochauflösendes, realistisches 3D-Modell der Burg zu erstellen.

Als kompakteste, erschwinglichste und genaueste Kartierungslösung für niedrige Flughöhen war die DJI Phantom 4 RTK die klare Wahl für diesen Auftrag. Da die P4 RTK sowohl GNSS als auch ein hochmodernes RTK-Modul nutzt, um zentimetergenaue Echtzeit-Positionsdaten zu liefern, musste sich Toppen keine Sorgen um die absolute Genauigkeit der Strukturmessungen machen. Das Team konnte sich darauf verlassen, dass der 20-Megapixel-CMOS-Sensor der Drohne die besten Bilddaten mit einer Genauigkeit von nur einem Zentimeter erfassen würde.


Toppen wollte eine Kartierungslösung, die es dem Team ermöglicht, eine 3D-Punktwolke des vermessenen Gebiets in Echtzeit zu rendern und zu visualisieren, damit sie entscheiden können, ob weitere Flüge erforderlich sind.

Die Lösung: DJI Terra. Die All-in-One-Drohnenkartierungslösung wurde für diese Arbeit ausgewählt, da keine andere Software so kompatibel mit dem P4 RTK ist wie Terra.

Die intuitive und einfach zu bedienende Kartierungsplattform unterstützt die Oblique-Missionsplanung. Das bedeutet, dass Toppen eine besonders scharfe Ansicht der Burg Karatsu erhalten konnte, indem es den Winkel der Kamera des P4 RTK schräg einstellte und mögliche Lücken im Modell abdeckte. Die bemerkenswerte Detailgenauigkeit war jedoch nicht der einzige Vorteil, den Toppen aus DJI Terra ziehen konnte. Die Software spart dem Team auch wertvolle Verarbeitungszeit. Mit dem neuesten Update von Terra, das die Kartierungslösung exponentiell effizienter macht, wird keine spezielle Hardware mehr für die Verarbeitung der Daten benötigt. Terra benötigt nur 1 GB Arbeitsspeicher, um 400 Bilder von der P4 RTK zu verarbeiten - ein gewisser Vorteil, der es Toppen ermöglichte, nur eine Drohne und ein Gerät für die Verarbeitung zur Burg zu transportieren. "DJI Terra hat eine erstaunlich hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit im Vergleich zu jeder anderen Modellierungssoftware, die wir in der Vergangenheit verwendet haben", erzählt Toppens Drohnenpilot Yuji Kuwamizu. "Mit Terra können 3D-Daten sofort vor Ort erstellt werden, und anhand dieser Daten können unsere Teams schnell und effizient fundierte Entscheidungen treffen." Durch die Nutzung der leistungsstarken Kombination aus P4 RTK und DJI Terra konnte Toppen eine schnelle Durchlaufzeit realisieren.

Mithilfe des P4 RTK und DJI Terra konnte die Stadtplanungsabteilung die Höhe und Tiefe der Struktur sowohl genau als auch effizient erfassen. "Wir wollen diese Daten effektiv nutzen und dazu beitragen, die Struktur der von unseren Vorfahren errichteten Steinmauer zu erhalten und sie für die Gegenwart und für künftige Generationen zu bewahren", lächelt Kimoto.



Geeignete Komplettlösungen

Geeignete Drohnen für die Inspektion

Matrice 300 RTK

Phantom 4 RTK SE

Mavic 2 Enterprise Advanced

Mavic 3 Enterprise

Geeignete Sensoren für die Inspektion

Zenmuse L1

Zenmuse H20T


Geeignete Software für die Inspektion

DJI Terra