3D-Bildanalyse Siemens entwickelt Drohne als Inspektionssystem

Redakteur: Katharina Juschkat

Siemens entwickelt smarte Inspektionssysteme für Pipelines, Industrieanlagen und Hochspannungsmasten. Dabei verwendet das Unternehmen Drohnen und intelligente 3D-Bildanalyse.

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Drohnen inspizieren mittlerweilen nicht nur Pipelines, Industrieanlagen und Hochspannungsmasten, sondern werden auch als Bauüberwacher oder Luftqualitätsprüfer eingesetzt.
Drohnen inspizieren mittlerweilen nicht nur Pipelines, Industrieanlagen und Hochspannungsmasten, sondern werden auch als Bauüberwacher oder Luftqualitätsprüfer eingesetzt.
(Bild: Siemens)

Rohrleitungen mit einer Gesamtlänge von mehreren Millionen Kilometern überziehen die Erde wie ein Geflecht aus Adern. Sie versorgen uns seit vielen Jahrzehnten mit Öl, Gas und Wasser. Die lückenlose Überwachung dieses Versorgungsnetzes ist für die Betreiber eine Herausforderung: Werden Leitungen beschädigt, etwa durch Bauarbeiten, Land- und Forstwirtschaft oder durch Erdbewegungen wie Hangrutsche, droht Gefahr für Mensch und Umwelt.

Um das zu verhindern, ist ein Sicherheitsaspekt die sogenannte Schichtdicke. Gemäß den gesetzlichen Vorgaben müssen unterirdische Gas- und Öl-Pipelines mit mindestens einem Meter Erdreich überdeckt sein. Üblicherweise werden die Leitungen alle zwei bis vier Wochen per Hubschrauber abgeflogen und aus der Luft kontrolliert. Diese visuellen Inspektionen sind aber teuer. Zudem können die Experten an Bord nicht erkennen, ob die Erdüberdeckung ausreichend hoch ist.

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„Wir entwickeln derzeit ein effizienteres Inspektionsverfahren für eine systematische und automatisierte Schichtdickemessung aus der Luft – und zwar mit Hilfe einer Drohne“, erläutert Claudia Windisch von Siemens Corporate Technology. „Dafür verbinden wir mobile, coptergetragene Sensorik und intelligente Bilddatenanalyse miteinander.“

Drohne erstellt dreidimensionales Oberflächenmodell

Bestückt mit einer Farbkamera und einer Nah-Infrarot-Kamera fliegt die Drohne eine unterirdische Ferngasleitung entlang einer vorgegebenen Strecke ab und fotografiert die Erdoberfläche. Die Bilder sollen künftig über ein Web-Interface direkt an die Pipeline-Analyseplattform von Siemens übermittelt werden. Aus den Daten wird ein dreidimensionales Oberflächenmodell der Leitungstrasse erstellt, das georeferenziert ist. Das heißt, den Daten werden raumbezogene Informationen zugewiesen. „Wir erreichen bei der Schichtdickemessung eine Genauigkeit von rund zehn Zentimetern“, sagt Windisch.

3D-Bildanalyse hilft, Leitungen besser zu überwachen

Mehr als zehn Millionen Euro Verlust verzeichnen Pipeline-Betreiber pro Jahr durch Leckagen, Beschädigungen oder illegale Entnahmen. Tritt ein Leck auf, kann es in schlecht zugänglichen Gebieten oft tagelang dauern, bis das Wartungsteam die Ursache dafür findet. „Eine automatisierte 3D-Bildanalyse kann unsere Kunden unterstützen, Leitungen besser zu überwachen. Erkennt das System Abweichungen frühzeitig, können die Betreiber schneller Gegenmaßnahmen einleiten, um mögliche Schäden oder Ausfälle zu vermeiden“, erklärt Mike Liepe, Leiter des Siemens Oil and Gas Geschäftsfeldes Pipeline Solutions.

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In der Praxis könnte das folgendermaßen funktionieren: Entlang der Pipelines, jeweils an den Bodenventilstationen, die 30 km bis 50 km voneinander entfernt liegen, werden Drohnen stationiert. Meldet das Prozessleitsystem über fest installierte Sensoren eine Abweichung, fliegt die nächstgelegene Drohne den betreffenden Streckenabschnitt autonom ab. Die aufgenommenen Daten werden an das Leitsystem zurückgemeldet, welches das Ereignis analysiert und Gegenmaßnahmen vorschlägt.

Noch rund ein Jahr wird es dauern, bis die Forscher ihre Arbeit abgeschlossen haben. Weitere Testflüge in Deutschland und Österreich sind geplant, bei denen unterschiedliche Sensorik und verschiedene Flugkörper, beispielsweise Leichtflugzeuge, erprobt werden.

Einsatz für Wärmemanagement bei Gebäuden und Fabriken

Die Technologie soll dann nicht nur für das Monitoring von Öl- und Gasleitungen, sondern auch für weitere industrielle Anwendungen einsetzbar sein, zum Beispiel bei Gebäuden. Große Büro- oder Industriebauten haben einen hohen Bedarf an Heizenergie. Sie sollte auch im Gebäude bleiben und nicht durch schlecht gedämmte Bereiche der Fassade oder des Dachs verloren gehen. Mithilfe der Drohnen können die Forscher nah an Gebäude heran fliegen und so Dächer und Fassaden genau inspizieren.

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Die Kameras der kleinen Fluggeräte machen via Infrarot Bilder der Wärmeabstrahlung der Gebäude und kombinieren diese mit Fotos im sichtbaren Bereich des Spektrums. Aus diesen Daten wird ein dreidimensionales Modell errechnet: „Hot Spots“, also Bereiche, in denen Wärme verloren geht, können so aus der Luft lokalisiert werden. Der Betreiber kann daraufhin die Wärmelecks abdichten, die Umwelt entlasten und Kosten sparen.

Drohnen behalten Oberleitungen im Blick

Eine weiteres mögliches Einsatzgebiet für die Drohnen sind Oberleitungen. Diese gibt es nicht nur für Züge, sondern auch für Lastwagen, die umweltschonend elektrisch betrieben werden – wie beim E-Highway. Hierbei haben Drohnen die Leitungen von oben im Blick. Die Copter fliegen die Trassen ab und machen in regelmäßigen Abständen Fotos, die später am Computer ausgewertet werden. Ob Fremdkörper auf den Drähten, durchhängende Leitungen oder defekte Masten: Durch einprogrammierte Parameter erkennt die Software, ob und wann sich ein Schaden anbahnt. So können Ausfälle im Vorfeld verhindert werden.

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