DE102015013547A1 - Erkundung und Charakterisierung von Untergründen unter Nutzung von Sensorik, hochfrequenten elektromagnetischen Wellen (Ground Penetrating Radar (GPR) und Drohnen (UAV und UAS) / Ablösen des manuellen "Abklopfen von Beton" - Google Patents
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Abstract
Aufgabe und Zielsetzung Aus dem gegebenen Stand der Technik heraus ist es Vorschrift, als Betreiber von Infrastrukturen in bestimmten zyklischen Abständen eine Inspektion der jeweiligen Objekte durchzuführen. Sämtliche bisher angewandten Verfahren zur Erkundung und Inspektion von Untergründen haben einen wesentlichen Nachteil dahingehend, dass sie einen hohen Zeitaufwand benötigen und hohe Kosten verursachen. Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erkundung und Inspektion von Objekten zu entwickeln, welches mit einem geringsten Aufwand an Kosten und einem optimalen, sensorgesteuerten Messen eine Inspektion durch autonome Befliegung gewährleistet. Lösung Die erfinderische Tätigkeit betrifft ein neues Verfahrens zur Erkundung und Inspektion von Untergründen in der Zusammenführung der Anwendungen von Flugdrohnen, Steuerungs-, Analysesoftware sowie Sensorik und hochfrequenten elektromagnetischen Wellen (Ground Penetrating Radar (GPR)). Anwendungsgebiete Die gewerbliche Anwendbarkeit liegt in der Inspektion und Erkundung von Untergründen aller Objekte im Tief-, Hochbau und Ingenieurbau.
Description
- Die Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zur Erkundung und Inspektion von Untergründen bei geologischen und geotechnischen Fragestellungen, in der Rohstoffexploration, technischen Untersuchungen von Altlasten-Standorten (unterirdische Einbauten und Hohlräume, Auffüllungen, beim Rückbau von Nuklear-Kraftwerken), Leitungen und Bodenschichtverläufe (Trassen, Pipelines) sowie Leitungsverlaufs-Erkundung sowie in Stahl-, Beton, Stahlbetonbauten sowie aller Objekte im Tief-, Hochbau und Ingenieurbau.
- Im Laufe der Zeit altert jedes Objekt. Kleinste Risse im am Bau- und Mauerwerk oder Korrosionen an Metallträgern können witterungs-/umgebungsbedingt nach kurzen oder längeren Zeiträumen – abhängig von den jeweiligen Umgebungsparametern – auftreten. Dabei befinden sich z. B. kritische Teilobjekte oft an unzugänglichen, schwer einsehbaren Stellen. Die regelmäßige Inspektion von Objekten/Teilobjekten ist daher extrem wichtig, damit Schadstellen rechtzeitig/proaktiv identifiziert und Instandhaltungsmaßnahmen rechtzeitig eingeleitet werden können. Inspektionen und Sanierungen werden teilweise nur unter sehr aufwändigen und sicherheitskritischen Bedingungen für das Inspektionspersonal durchgeführt. Unter Umständen muss der gesamte Betrieb unter/über/seitlich des Objektes für die Dauer der Inspektion und Maintenance eingestellt werden (zum Beispiel an Brücken).
- Aus dem gegebenen Stand der Technik heraus ist es Vorschrift, als Betreiber von Infrastrukturen in bestimmten zyklischen Abständen eine Inspektion der jeweiligen Objekte durchzuführen. Diese Inspektion im Rahmen der zustandsorientierten Wartung (Condition Based Maintenance) wird von speziell geschulten, sachkundigen Mitarbeitern teilweise unter Zuhilfenahme von Helikoptern und anderen Geräten oder auch durch Begehung/Besteigung/Befahrung durchgeführt.
- Dabei sind folgende Verfahren möglich:
- • Für die Arbeiten an den Objekten wird eine spezielle seilgestützte Arbeitstechnik „Industriekletterer” genutzt. Hierbei wird kein Kran bzw. keine Hebetechnik eingesetzt. Dieser Methode werden durch die körperlichen Belastungen der Industriekletterer Grenzen gesetzt. Die Absturzgefahr für die Industriekletterer sind erheblich.
- • Des Weiteren ist eine Untersuchung mittels Hebebühne und Kran mit Personalkorb möglich. Dieser Methode werden durch die Höhe der Objekte und durch die erreichbare Höhe der Hebezeuge Grenzen gesetzt. Die Kosten für die Hebezeuge sind erheblich. Zudem sind viele Objekte nicht zugänglich, weil entsprechende Wege oder Straßen fehlen.
- • Des Weiteren ist eine Untersuchung mittels Befliegung der Objekte durch bemannte Fluggeräte möglich. Dabei sind entsprechende Sicherheitsabstände einzuhalten und viele Stellen sind nicht einsehbar. Die Kosten für die bemannten Fluggeräte sind erheblich.
- • Des Weiteren ist eine Untersuchung mittels Einrüstung der Objekte möglich. Die Kosten für die Einrüstung der Objekte sowie für körperlichen Belastungen der Gerüstbauer sind erheblich.
- • Des Weiteren ist eine Untersuchung mittels maschineller Befahrung/maschineller Bekletterung (Crawling/Climbing) der Objekte möglich, z. B. an Strommasten Dieser Methode werden durch die Höchst-/Hochspannung der Objekte Grenzen gesetzt. Die Kosten für die Befahrung der Objekte sind erheblich.
- • Es sind auch Untersuchungen und Inspektionen durch starke Teleobjektive im Rahmen von Kameras bzw. Objektive vom Boden aus möglich. Hierbei ist der Nachteil gegeben, dass durch die hohe Brennweite der Objektive eine Unschärfe und Verwackelungen bei der Handhabung auftreten und eine eingeschränkte Perspektive vom Boden aus gegeben ist.
- Sämtliche Verfahren zur Erkundung und Inspektion von Untergründen bei geologischen und geotechnischen Fragestellungen, in der Rohstoffexploration (EVU-Wertschöpfungskette Stufe 1), technischen Untersuchungen von Altlasten-Standorten (unterirdische Einbauten und Hohlräume, Auffüllungen, beim Rückbau von Nuklear Kraftwerken), Leitungen und Bodenschichtverläufe (Trassen, Pipelines) sowie Leitungsverlaufs-Erkundung sowie in Stahl-, Beton, Stahlbetonbauten sowie aller Objekte im Tief-, Hochbau und Ingenieurbau haben auch einen wesentlichen Nachteil dahingehend, dass sie hohe Kosten verursachen.
- Ziel der Erfindung ist es, eine einfache sensorbasierte Lösung zur Erkundung und Inspektion von Untergründen bei geologischen und geotechnischen Fragestellungen, in der Rohstoffexploration (EVU-Wertschöpfungskette Stufe 1), technischen Untersuchungen von Altlasten-Standorten (unterirdische Einbauten und Hohlräume, Auffüllungen, beim Rückbau von Nuklear Kraftwerken), Leitungen und Bodenschichtverläufe (Trassen, Pipelines) sowie Leitungsverlaufs-Erkundung sowie in Stahl-, Beton, Stahlbetonbauten sowie aller Objekte im Tief-, Hochbau und Ingenieurbau zu entwickeln/auszuführen.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erkundung und Inspektion von Untergründen bei geologischen und geotechnischen Fragestellungen, in der Rohstoffexploration (EVU-Wertschöpfungskette Stufe 1), technischen Untersuchungen von Altlasten-Standorten (unterirdische Einbauten und Hohlräume, Auffüllungen, beim Rückbau von Nuklear Kraftwerken), Leitungen und Bodenschichtverläufe (Trassen, Pipelines) sowie Leitungsverlaufs-Erkundung sowie in Stahl-, Beton, Stahlbetonbauten sowie aller Objekte im Tief-, Hochbau und Ingenieurbau zu beschreiben, welches mit einem geringsten Aufwand an Kosten und einem optimalen, sensorgesteuerten Messen eine Inspektion durch autonome Befliegung gewährleistet.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Hautpanspruch 1 mit seinen Unteransprüchen realisiert wird.
- Dabei wird ein neuartiges Verfahren zur Erkundung und Inspektion von Untergründen in der Zusammenführung der Anwendungen von Flugdrohnen, Steuerungs-, Analysesoftware sowie Sensorik und hochfrequenten elektromagnetischen Wellen (Ground Penetrating Radar (GPR) so ausgeführt,
- • dass eine sensorgestützte Erkundung und Inspektion von Untergründen mit Hilfe einer/mehrerer sensorgesteuerten Flugdrohne/n bekannter Bauart ausgeführt wird und dabei in einem geringen Abstand die Objekte optisch erfasst werden und mit einer Datenübertragung zwischen Flugdrohne und einer Basisstation die Auswertung stattfinden kann,
- • dass der Abstand der Flugdrohne zum Objekt zwischen 1–20 Meter ausgeführt wird,
- • dass bei der Realzeitauswertung der notwendige Abstand zur optischen Erfassung der Korrosion und des Zustandes zur besseren Erkenntnis so verändert wird, dass eine optimale Auswertung stattfinden kann,
- • dass die Flugdrohne mit Video-/Fotokameras und/oder einem oder mehreren Sensoren sowie einem GPR (Ground Penetrating Radar) basierend auf hochfrequenten elektromagnetischen Wellen ausgerüstet wird,
- • dass die Flugdrohne mit einer Kombination aus satellitengesteuerter und bildgesteuerter Navigation autonom fliegt mit der Möglichkeit eines manuellen Eingriffs in die Steuerung.
- Das Verfahren wird erfindungsgemäß so ausgeführt, dass die Erkundung und Inspektion von Untergründen in den Objekten im Abstand mit einer Kamera und sensorbestückten Flugdrohne durchgeführt wird.
- Es ist vorteilhafterweise sinnvoll, eine direkte Bild-/Datenfernübertragung von der Flugdrohne während des Fluges über den Bildschirm einer möglichen Videobrille/Bildschirms auszuführen und somit das Objekt Ort direkt zu inspizieren (z. B. Rückbau Kernkraftwerk).
- Bei Detektion einer Schadensstelle wird eine detailliertere Analyse eingeleitet. Dabei wird der Abstand zwischen der Flugdrohne und dem Objekt zur besten Aufnahmemöglichkeit in ihrer Entfernung zueinander optimal verändert.
- Die Flugdrohne ist ein Flugapparat, ähnlich eines Modellfluggerätes bekannter Bauart, mit Flugeigenschaften wie Steig- und Sinkflug, Vorwärts-, Rückwarts- und Seitwärtsflug sowie Schwebeflug und Streckenflug und deckt die Anforderungen zum vertikalen und horizontalem Befliegen der Objekte ab.
- Ein Ground Penetrating Radar (GPR) erlaubt eine zerstörungsfreie Untersuchung (Analyse) des Untergrundes mit hochfrequenten elektromagnetischen Wellen.
- Die Vorteile des Verfahrens im Rahmen der gewerblichen Anwendbarkeit liegen darin begründet, dass sich kostengünstig und mit geringem Zeitaufwand eine Erkundung und Inspektion von Untergründen der Objekte ausführen lässt. Durch die sensorbasierte Erkundung und Inspektion von Untergründen der Objekte ist es möglich, Entscheidungen zum Zustand des jeweiligen Objektes (on-/off-Site) zu treffen. Es ist weiterhin im Rahmen der gewerblichen Anwendbarkeit möglich, ohne großen finanziellen und zeitlichen Aufwand eine erste Einschätzung über den Zustand des Objektes sowie eine erste Klassifizierung zu erstellen und über mögliche Maßnahmen zu entscheiden.
Claims (6)
- Verfahren zur Inspektion von Erkundung und Inspektion von Untergründen von Objekten bei geologischen und geotechnischen Fragestellungen, in der Rohstoffexploration (EVU-Wertschöpfungskette Stufe 1), technischen Untersuchungen von Altlasten-Standorten (unterirdische Einbauten und Hohlräume, Auffüllungen, beim Rückbau von Nuklear Kraftwerken), Leitungen und Bodenschichtverläufe (Trassen, Pipelines) sowie Leitungsverlaufs-Erkundung sowie in Stahl-, Beton, Stahlbetonbauten sowie aller Objekte im Tief-, Hochbau und Ingenieurbau, wobei eine Erkundung und Inspektion von Untergründen der Objekte durch optische und sensorgestützte autonome, unbemannte Befliegung ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flugdrohne in geringem Abstand die Objekte optisch und messtechnisch unter Nutzung eines Ground Penetrating Radar/Analytics (GPR/A)/Sensorik erfasst und mit einer Bild-/Datenübertragung zwischen Flugdrohne und Basisstation die Auswertung (on-/off-Site) stattfinden kann.
- Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Flugdrohne zum Objekt zwischen 1 bis 20 Meter ausgeführt wird.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Flugdrohne mit einer Videokamera, Fotokamera hoher Auflösung (zur Inspektion und Navigation), sowie Sensorik (zur Messung und Kontrolle der Veränderungen der Objekte,) ausgerüstet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Flugdrohne autonom oder manuell so gesteuert wird, dass Objekte und Schadstellen gezielt untersucht werden können.
- Verfahren nach Anspruch 1 und den dazugehörigen Unteransprüchen ist dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät autonom fliegt in einer Kombination von optischer, satellitengesteuerter und akustischer Sensorik (zur Messung und Kontrolle der Veränderungen der Objekte).
- Verfahren nach Anspruch 1 und den dazugehörigen Unteransprüchen ist dadurch gekennzeichnet, dass das Fluggerät in einer Kombination von optischer, satellitengesteuerter und akustischer Sensorik unter Nutzung eines Ground Penetrating Radar/Analytics (GPR/A) die zerstörungsfreie Charakterisierung des Untergrundes mit hochfrequenten elektromagnetischen Wellen vornimmt.
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Legal Events
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