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Schwer zugängliche Orte: Intelligente Drohnen machen die Inspektion von Infrastrukturen sicherer

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UAS erweisen sich als leistungsfähiges Instrument zur Gewährleistung des Erfolgs und der Sicherheit aller Arten von Infrastrukturen. Drohnen können zu einem Bruchteil der Kosten herkömmlicher Inspektionsteams eingesetzt werden, und wenn sie mit den neuesten Technologien ausgestattet sind, können sie Bild- und Positionsdaten von höchster Qualität liefern.

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Im Jahr 2021 veranstaltete Commercial UAV News das Webinar "Hard to Reach Places" (Schwer zugängliche Orte), um einen Überblick über die Möglichkeiten, Hindernisse und erfolgreichen Anwendungsfälle mit Schwerpunkt auf den neuesten Technologien und Projektergebnissen zu geben. Zu diesem Thema lud CUAV Jeremy Sofonia von Emesent, Rese Cleaver von DroneUp, Marc Flamm von Skydio und Conor Ferguson von WISPr Systems ein.

Die Hovermap von Emesent ist eine leichte (ca. 400 Pfund) mobile Lidar-Kartierungsnutzlast, die den VLP 16 Puck LIDAR-Sensor von Velodyne verwendet. Sie nutzt SLAM-Algorithmen für den Betrieb in Umgebungen ohne GPS und einige fortschrittliche Autonomiealgorithmen zur Kollisionsvermeidung und andere Autonomiefunktionen. Während des Webinars konzentrierte sich Sofonia auf Sicherheit, Effizienz, Kosteneffizienz und neue Erkenntnisse für Drohnen im Asset Management. Hovermap zeichnet sich unter anderem durch seine Vielseitigkeit und Einsatzmöglichkeiten aus, da es nicht nur auf einer Drohne, sondern auch auf dem SPOT von Boston Dynamics, einem Rucksack, einem Schutzkäfig oder sogar auf einem Fahrzeug montiert werden kann. Mit einem einzigen Kauf können Nutzer auf viele verschiedene Anwendungen für Infrastrukturinspektionen zugreifen, wie z. B. Bergbau, Schienen- und Straßenverkehr, zahlreiche Innenräume, Such- und Rettungsdienste und städtische Umgebungen.

Um zu demonstrieren, wie Hovermap an schwer zugänglichen Orten funktioniert, die in vielen Fällen GPS-verboten sind, wenn es um Drohneneinsätze geht, zeigte Sofonia einige der Einsätze von Emesent. Dazu gehörten Scans eines ein Kilometer langen unterirdischen Bergwerks, eines Pumpenhauses in einem Wasserkraftwerk, einer nächtlichen Halde in einem Gebäude sowie die über- und unterirdischen Daten, die in einem einzigen Scan von einem Umspannwerk in Stuttgart, Deutschland, erfasst wurden.

"Wir erreichen dies unter anderem durch unsere völlig autonomen, fortschrittlichen BVLOS-Systeme", sagte Sofonia. "Wir sammeln eine Echtzeit-Punktwolke, die an den Bediener zurückgesendet wird, solange wir die Kommunikation über die Drohne aufrechterhalten können, was uns ermöglicht, in diesen GPS-gesperrten Umgebungen einfach zu navigieren, insbesondere mit unserem Tap-to-Fly-Ansatz auf dem Tablet mit Live-Karten-Streaming. Außerdem verfügen wir über Sicherheitsfunktionen wie eine intelligente Rückkehr zum Ausgangspunkt, wenn der Akku leer ist oder zu viel Staub aufgewirbelt wird, und eine Kollisionsvermeidung, die selbst kleinste Hindernisse erkennt und umgeht."

Laut Sofonia ist eines der Highlights der Emesent-Technologie die Verarbeitungszeit: Ein 20-minütiger Scan entspricht einer 20-minütigen Nachbearbeitung der Punktwolke. Auch die Möglichkeiten, die Daten in einer einzigen, einheitlichen Wolke zusammenzuführen, sind "in Bezug auf Benutzerfreundlichkeit und Fähigkeiten führend."

Cleaver sprach über die Marktlandschaft für Drohnen und darüber, wie Drohnen der Infrastrukturbranche einen erheblichen Nutzen bringen werden. Sie glaubt, dass Drohnen in drei entscheidenden Punkten den größten Unterschied machen werden: Kosten, Standort und Arbeitskräfte. In Bezug auf die Kosten erklärte Cleaver, dass Drohnen viel billiger sind, als ein ganzes Team von Mitarbeitern irgendwo zu beschäftigen. Außerdem erfassen sie hochauflösende Daten in kürzerer Zeit als herkömmliche Mittel, erreichen leicht hohe und enge Stellen, die unsicher sind, und verbessern die Früherkennung von Problemen, was zu geringeren Wartungskosten führt. Dann gibt es noch den Bereich der Standortbestimmung, wo Drohnen die Reisezeit von Ort zu Ort eliminieren und einen schnellen und einfachen Zugang zu abgelegenen Strukturen ermöglichen, wodurch die Regelmäßigkeit der Überwachung verbessert und die Leistung der Anlagen optimiert wird. DroneUp verzeichnet beispielsweise durchschnittlich acht Inspektionen pro Tag mit Drohnen anstelle von drei. Und schließlich können die Infrastrukturteams durch den Wegfall der Fahrten zum Einsatzort sinnvolle Arbeit leisten.

Ganz gleich, ob es sich um Anlagen mit mehreren Liegenschaften, dynamische Infrastrukturen, Baustellen, komplexe Gebäudefassaden oder lokale Dächer handelt, DroneUp bietet Drohnendienste zur gleichzeitigen Maximierung von ROI, Sicherheit und Effizienz. "Mit Flugdiensten müssen Sie keinen Piloten beschäftigen oder herausfinden, ob Sie den Ford oder den Bentley einer Drohne benötigen", fügte Cleaver hinzu. "Drohnendienste übernehmen all das für Sie. Sie kennen die Vorschriften, den Luftraum und wissen, was getan werden muss. Wenn Sie also zum Beispiel eine Dachinspektion benötigen, kennen sie bereits die spezifischen Verfahren und die richtigen Technologien, um diese durchzuführen. Die gesammelten Daten werden Ihnen dann von überall aus in Ihrem Browser zur Verfügung gestellt." Mit der Einführung von COVID und der sozialen Distanz, die durch Reisebeschränkungen und die Notwendigkeit der Durchführung von Inspektionen entstanden ist, haben die Drohnendienste ein schnelles Wachstum erfahren. Daher sind Ferninspektionen jetzt ein wachsendes Thema in der Drohnenbranche, "und die Leute wollen nicht mehr zurück."

Auf der CUAV haben wir bereits mehrfach über die Drohnen von Skydio gesprochen und darüber, wie sie in der Infrastruktur und anderen Branchen einen Unterschied machen. Flamm begann seine Präsentation mit dem Hintergrund des Unternehmens und stellte die Drohnen von Skydio vor.

"Unsere Drohnen sind so konzipiert, dass sie schnell einsatzbereit sind", so Flamm. "Es gibt keine schweren Koffer oder schwer zu befestigende Kameras, und sie sind sehr schnell aus dem Koffer in die Luft und wieder zurück in den Koffer zu bringen. Die robuste Hindernisvermeidung macht die Drohnen einfacher zu fliegen und sicherer vor Abstürzen. Da sie im Gegensatz zu herkömmlichen Drohnen kein GPS benötigen, können die Drohnen von Skydio auch dort fliegen, wo andere Drohnen nicht fliegen können, und näher an die Objekte herankommen, um die Datenerfassung zu verbessern. Und schließlich automatisiert Skydio ganze Arbeitsabläufe und erleichtert so die Skalierung von UAS-Programmen. Ich habe mit Tausenden von UAS-Fachleuten gesprochen und höre immer wieder, dass der Schulungsprozess sehr kostspielig und zeitaufwändig ist, was es schwierig macht, ein Drohnenprogramm zu erweitern. Das Risiko eines Absturzes und die hohen Kosten für die Schulung sind die Hauptgründe, warum einige Unternehmen zögern, unbemannte Lösungen einzuführen. Aber Skydio hat dazu beigetragen, diese Probleme zu lösen."

Und dann ist da noch 3D Scan, eine vollständig adaptive Scanlösung für die autonome Erfassung von Inspektionsdaten. Laut Flamm unterscheidet sie sich von herkömmlicher Drohnen-Kartierungssoftware wie Pix4D Capture, da es sich um einen vollständig KI-gesteuerten Workflow handelt. 3D Scan verfügt über adaptive Mapping-Fähigkeiten, die es Drohnen ermöglichen, individuelle Flugpfade zu erstellen. Zusammen mit den Autonomiefunktionen von Skydio können Drohnen niedrig und nah an Objekte heranfliegen, ohne dass die Gefahr eines Absturzes besteht, und dabei hochauflösende Bilder von Fassaden und sogar von der Unterseite von Strukturen erfassen, anstatt einfach nur in 200 Fuß Höhe blind über eine Struktur zu fliegen.

"Das grundlegende Ziel von 3D Scan ist es, Anfängern die Möglichkeit zu geben, komplexe Szenen mit einem einfachen und intuitiven Arbeitsablauf zu erfassen", erklärt Flamm. "Dies ist wichtig, weil viele Programme Schwierigkeiten haben, zu expandieren, da es schwierig ist, ein Programm zu skalieren, das einen hochqualifizierten Bediener erfordert. Deshalb können sie es entweder an einen anderen Dienstleister auslagern oder Ihre Technologie überhaupt nicht übernehmen. Aber mit dem neuen Grad an Einfachheit und Automatisierung ist es möglich, diese Technologie einzuführen und die Leute dazu zu bringen, sie als ein weiteres Werkzeug anzunehmen, ohne Tage oder Wochen der obligatorischen Schulung

Abschließend sprach Ferguson darüber, wie WISPr-Drohnen Fachleuten dabei helfen, kritische Infrastrukturen zu inspizieren und schwer zugängliche Orte zu erreichen, Wireless ISPs in die Lage versetzen, ländliche Kunden zu erreichen, die sie zuvor nicht erreichen konnten, und 5G-Implementierungen in städtischen Umgebungen verbessern. Die kommerzielle Plattform von WISPr ist für den Transport von zwei bis vier Pfund Nutzlast ausgelegt und verfügt über ein universelles Befestigungssystem, das mit jeder Nutzlast kompatibel ist - von Kameras wie den hochauflösenden Kameras von FLIR oder Sony bis hin zu Antennen und anderen Dingen dieser Art.

WISPr zielte zunächst darauf ab, Probleme bei der Signalübertragung von Antennen in ländliche Gebiete zu lösen. Um eine Antenne in einem ländlichen Gebiet aufzustellen, ist es wichtig, die richtige Stelle zu vermessen und zu finden, damit das Signal stark genug ist. Dazu muss man sich jedoch mit großen Schaufelwagen fortbewegen oder eine Leiter hinauf- und hinuntersteigen. Durch die Entwicklung einer Drohne, die in der Lage ist, einen CPE (einen Outdoor-Zugangspunkt oder -Router zur Bereitstellung einer drahtlosen Fernnetzwerklösung) zu tragen, fliegt die Drohne von WISPr autonom, um den Punkt mit dem stärksten Signal zu finden, und teilt dem Kunden mit, wo er die Antenne aufstellen soll. Diese Lösung dauert etwa 8 Minuten gegenüber 3 Stunden bei herkömmlichen Methoden. WISPr erkannte die Chance und entwickelte ein universelles Befestigungssystem, das es denselben Kunden ermöglicht, diese Antennen auch in Zukunft zu überprüfen.

"Die entscheidenden Schlüssel, die wir bei der Inspektion von Infrastrukturen gefunden haben, sind ein gutes Vorflugverfahren und ein Prozess zur Risikominderung", sagt Ferguson. "Damit ein Drohnenprogramm skaliert werden kann, muss dies vorhanden sein, und wir haben eine Cloud-Software, die Ihnen bei der Verwaltung hilft. Der zweite Punkt ist, dass beim Fliegen in der Nähe von Türmen, Metallstrukturen und Stromleitungen starke magnetische Interferenzen auftreten. Wir haben eine für Flugzeuge geeignete Abschirmung in die Drohne eingebaut, damit sie näher an diese Türme und kritischen Infrastrukturen heranfliegen kann, ohne Probleme mit dem von ihr ausgehenden Magnetfeld zu bekommen. Und schließlich müssen Sie Ihre Ausrüstung regelmäßig warten, um die Lebensdauer Ihrer Drohne zu verlängern und nicht jedes Jahr eine neue kaufen zu müssen. Wir bieten unseren Kunden Grundüberholungen und Servicepläne an, bei denen wir nach 200 Stunden die Motoren der Drohne austauschen und sie an sie zurückschicken."

Ein weiterer interessanter Anwendungsfall für WISPr sind Drohnen zur Verbesserung des 5G-Einsatzes im städtischen Umfeld. Anstatt zu jedem Fenster jeder Wohnung in einem Gebäude zu gehen und 5G-Signale zu messen, fliegt WISPr eine Drohne um das Gebäude, um 5G-Signale zu erfassen und die gesammelten Daten in eine Karte zu integrieren. Dies hilft den Unternehmen, die Schwachstellen ihrer Netze leicht zu erkennen und verkürzt die Zeit, die sonst mehrere Stunden dauert, auf weniger als eine Stunde.

Linda McLaughlin: Ist Autonomie hier das Endziel? Wie weit sind wir Ihrer Meinung nach auf dem Weg, den Menschen aus der Schlinge zu ziehen?

Marc Flamm: Autonomie ist sicherlich das Endziel des Ganzen. Bislang waren Drohnen nur mit einer Eins-zu-eins-Verbindung zwischen Betreiber und Drohne ausgestattet. Autonomie wird die Fähigkeit eines Betreibers freisetzen, viele Drohnen zu bedienen und das Ganze zu skalieren. Skydio ist bei der Entwicklung autonomer Lösungen schon sehr weit fortgeschritten. Wir sehen sogar erste regulatorische Erleichterungen mit Kunden wie NCDOT, die BVLOS-Freigaben für die Inspektion von Brücken erhalten haben. Ich denke also, dass Autonomie zu 1000% der Schlüssel ist, um das volle Potenzial der kommerziellen Drohnenindustrie zu erschließen, und es scheint, als stünden wir genau an der Schwelle zu diesem Ziel.

Jeremy Sofonia: Für mich geht es bei der Autonomie darum, die Arbeitslast für uns alle zu verringern. Dabei geht es nicht nur um den Betrieb der Drohne, sondern auch darum, wie einfach sie zu bedienen ist Bei unserem Hovermap-System ist es ein einziger Knopf, den man drückt, und schon läuft es. Früher hat es 30 bis 40 Minuten gedauert, ein Lidar-System einzurichten. Aber es geht auch um Autonomie bei der Datenverarbeitung, und diese Belastung wollen wir mindern. Die Autonomie gibt uns die Möglichkeit, unsere Zeit effektiver zu nutzen. Wir können kreativer sein, gründlicher nachdenken, effizienter arbeiten und mehr Aufgaben schnell erledigen.

Wie integrieren Sie einige der Daten, die Sie von einer Drohne erhalten, mit anderen Geräten und verschiedenen Tools (wie Boston Dynamics' SPOT)?

Jeremy Sofonia: Emesent arbeitet an einer Sache, die als Multi-Agenten-Planung oder Multi-Agenten-Kooperation bezeichnet wird, d. h. Drohnen arbeiten mit anderen Robotern zusammen. Wir haben derzeit die Möglichkeit, dass bodengestützte Roboter mit Hovermap in der Luft kommunizieren, und unsere Integration mit Boston Dynamics ist nur der nächste Schritt. SPOT verfügt bereits über eine erstaunliche Autonomie, ist unglaublich einfach zu bedienen und so gut durchdacht, dass es einfach großartig ist. Aber mit Hovermap an Bord planen wir, mit Boston Dynamics zusammenzuarbeiten und einige fortschrittlichere Autonomiefunktionen zu integrieren, um seine Fähigkeiten weiter auszubauen und es uns zu ermöglichen, die Hovermap-Nutzlast und andere Anbaugeräte zur Inspektion dieser schwer zugänglichen Orte zu bringen.

Wir hören immer wieder von den Arbeitsprozessen, die so schwierig sind, wenn man versucht, seine Arbeitsprozesse mit den neuen Technologien, die man einführen will, in Einklang zu bringen. Könnten Sie uns einige bewährte Praktiken nennen, damit das funktioniert?

Rese Cleaver: Es ist wichtig, dass man die Standardbetriebsverfahren und die Akteure in der Branche des Kunden kennt. Das Wichtigste ist der Bereich nach dem Flug, denn hier ist es entscheidend, dass die Kunden zustimmen und es richtig machen. Es ist also von entscheidender Bedeutung, zu kommunizieren und den Zugang zur Plattform nahtlos zu gestalten, unabhängig davon, ob es sich um einen Stakeholder handelt, der sich die Dinge nur anschaut, oder um ein KMU, das die Dinge inspiziert, untersucht und plant.

Jeremy Sofonia: Ich würde noch hinzufügen, dass Sie bei einer komplexen Baustelle im Voraus festlegen sollten, wie Sie Ihre Daten kennzeichnen wollen. Seien Sie dabei konsequent und diszipliniert, denn wenn Sie mit dem Projekt beginnen und Hunderte oder Tausende von Fotos oder mehrere Lidar-Scans haben, kostet es viel unnötige Zeit, herauszufinden, welches welches ist.