DE102015013550A1 - Development of a computer-implemented invention / integrated control system for process control and processing of all information from the inspection of objects using autonomously flying drones (Multikopter or Unmanned Aerial Ve - Google Patents

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Abstract

Aufgabe und Zielsetzung Die langfristige Sicherung einer hohen Verfügbarkeit von Infrastrukturobjekten ist eine der Hauptaufgaben der Instandhaltung. Die Betreiber von Objekten sind verpflichtet, in bestimmten zyklischen Abständen eine Inspektion an den Objekten durchzuführen. Aus dem gegebenen Stand der Technik heraus werden Daten, welche von unbemannten – autonom fliegenden – Fluggeräten erfasst werden, nicht integriert in den entsprechenden Prozessen verarbeitet. Die Kosten für das Management der relevanten Geschäftsprozesse und der Datenverarbeitung werden als erheblich eingestuft werden müssen. Ziel der Erfindung ist es, ein integriertes Steuerungssystem zur Unterstützung der bei der Befliegung anfallenden Daten zu entwickeln. Lösung Die erfinderische Tätigkeit betrifft ein neues Verfahren zur Verarbeitung von Daten in der Zusammenführung der Anwendungen von Flugdrohnen, Steuerungs-, Analysesoftware sowie Sensorik in einem integrierten Steuerungssystem. Die Vorteile des Verfahrens im Rahmen der gewerblichen Anwendbarkeit liegen darin begründet, dass die Inspektion kostengünstig und mit geringem Zeitaufwand durchführbar ist. Anwendungsgebiete Die gewerbliche Anwendbarkeit liegt in allen Anwendungsgebieten von Inspektionen in der Zusammenführung der Anwendungen von Flugdrohnen, Steuerungs-, Analysesoftware.Task and objectives The long-term safeguarding of a high availability of infrastructure objects is one of the main tasks of maintenance. The operators of objects are obliged to carry out an inspection of the objects at certain cyclical intervals. From the given state of the art, data recorded by unmanned aerial vehicles flying autonomously are not processed in an integrated manner in the corresponding processes. The costs of managing relevant business processes and data processing will have to be considered significant. The aim of the invention is to develop an integrated control system for supporting the data obtained during the aerial survey. Solution The inventive step concerns a new method of processing data in the combination of the applications of aircraft drones, control, analysis software and sensors in an integrated control system. The advantages of the method in the context of industrial applicability are based on the fact that the inspection can be carried out inexpensively and with little expenditure of time. Fields of application The industrial applicability lies in all application areas of inspections in the combination of the applications of aerial drones, control, analysis software.

Description

Die Erfindung betrifft die ein neuartiges Verfahren zur Entwicklung einer computerimplementierten Erfindung, welche Daten, die bei der Inspektion, Wartung und Erkundung von Objekten unter Nutzung von autonom fliegenden Drohnen anfallen (Multikoptern, Flächenfliegern oder UAV, UAS), erfasst, verarbeitet und ausgibt.The invention relates to a novel method for developing a computer-implemented invention, which captures, processes and outputs data that arises during the inspection, maintenance and exploration of objects using autonomously flying drones (multicopters, surface carriers or UAV, UAS).

Die langfristige Sicherung einer hohen Verfügbarkeit von Infrastrukturobjekten ist eine der Hauptaufgaben der Instandhaltung. Um Anlagenausfälle oder Ausfälle der Objekte zu vermeiden, die neben den Kosten der Instandsetzung möglicherweise weitaus höhere Folgekosten durch einen möglichen Produktionsausfall nach sich ziehen, ist eine planmäßige Instandhaltung die geeignete Vorgehensweise. Neben Aspekten für eine planmäßige Instandhaltung, welche jeweils durch das Unternehmen (intern) aufgesetzt werden, sind zunehmend externe Einflußparameter zu beachten. Auflagen des Gesetzgebers verlangen in stärkerem Maße eine planmäßige Überwachung und Wartung von Objekten. Externe Anforderungen wie Herstellervorgaben/-Empfehlungen, rechtliche Vorschriften sowie Umweltschutzanforderungen tragen zur Erhöhung der Daten und stellen zusätzliche Anforderungen an die Geschäftsprozesse der Inspektion und Wartung.The long-term assurance of high availability of infrastructure objects is one of the main tasks of maintenance. In order to avoid system failures or failures of the objects, which besides the costs of the repair possibly result in much higher consequential costs due to a possible loss of production, a planned maintenance is the appropriate procedure. In addition to aspects of planned maintenance, which are set up by the company (internally), external influence parameters are increasingly to be considered. Obligations of the legislator demand to a greater extent a planned monitoring and maintenance of objects. External requirements such as manufacturer's specifications / recommendations, legal regulations and environmental protection requirements increase the data and place additional demands on the business processes of inspection and maintenance.

Die FunktionenThe functions

  • • Disposition und das Monitoring von Einsätzen,• disposition and monitoring of operations,
  • • Verplanung und Monitoring von Werkzeugen (non-human resources) und Teams (human resources),• Planning and monitoring of tools (non-human resources) and teams (human resources),
  • • Tracken von Mitarbeitern• Tracking employees
  • • Schichtplanung und Tourenoptimierung• shift planning and route optimization
  • • Meldungen• Messages
  • • Rückmeldung• Feedback
  • • Zustandserfassung• Condition detection

Aus dem gegebenen Stand der Technik heraus werden die Daten in Instandhaltungs- sowie Workforce-Management-Systemen ohne Datenbereitstellung/-verarbeitung von unbemannten Fluggeräten verarbeitet.From the given state of the art, the data is processed in maintenance and workforce management systems without data provision / processing of unmanned aerial vehicles.

Ziel der Erfindung ist es, ein Informationssystem (WCM Work Copter Management) zur Unterstützung der bei der Befliegung anfallenden Daten betreff Datenaufnahme, -verarbeitung und -ausgabe zu entwickeln unter besonderer Berücksichtigung der Funktionen:

  • • Disposition und das Monitoring von Einsätzen,
  • • Verplanung und Monitoring von Werkzeugen (non-human resources) und Teams (human resources),
  • • Tracken von Mitarbeitern
  • • Schichtplanung und Tourenoptimierung
  • • Meldungen
  • • Rückmeldung
  • • Zustandserfassung
The object of the invention is to develop an information system (WCM Work Copter Management) for supporting the data relating to data acquisition, processing and output during the aerial survey with special consideration of the functions:
  • • disposition and monitoring of operations,
  • • Planning and monitoring of tools (non-human resources) and teams (human resources),
  • • Tracking employees
  • • shift planning and route optimization
  • • Messages
  • • Feedback
  • • Condition detection

Aufgabe der Erfindung ist es, die anfallenden Daten in der Form zu verarbeiten, welche mit einem geringsten Aufwand an Kosten und einer optimalen Datenverarbeitung gewährleistet wird sowie die Geschäftsprozesse der Inspektion und Instandhaltung unter Einsatz von unbemannten Fluggeräten unterstützt.The object of the invention is to process the resulting data in the form, which is guaranteed with the least cost and optimal data processing and supports the business processes of inspection and maintenance using unmanned aerial vehicles.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Hautpanspruch 1 mit seinen Unteransprüchen realisiert wird.The object is achieved in that the Hautpanspruch 1 is realized with its subclaims.

Dabei wird ein neuartiges Verfahren „Unmanned Aerial Systems (UAS)” zur Verarbeitung der Daten in der Zusammenführung der Anwendungen von Flugdrohnen, Steuerungs-, Analysesoftware sowie Sensorik so ausgeführt, dass folgende Funktionen unter Berücksichtigung der Big Data-Verarbeitung realisiert werden:

  • • Aufnahme der Messdaten eingesammelt durch autonom fliegende Flugdrohnen/UAS/UAV
  • • Datenübertragung der Messdaten
  • • Datenverarbeitung/Analyse/Verarbeiten/Verknüpfung
  • • Selektion
  • • Präsentation
  • • Entscheidungen
  • • Übergabe/Schnittstellen
  • • Integrative Anbindung
A novel method "Unmanned Aerial Systems (UAS)" for the processing of data in the combination of the applications of aircraft drones, control, analysis software and sensors is carried out so that the following functions are realized taking into account the big data processing:
  • • Acquisition of measurement data collected by autonomous flying drones / UAS / UAV
  • • Data transmission of the measured data
  • • Data processing / analysis / processing / linking
  • • Selection
  • • Presentation
  • • Decisions
  • • Transfer / Interfaces
  • • Integrative connection

Das Verfahren wird erfindungsgemäß so ausgeführt, dass die Datenaufnahme, -verarbeitung und Ausgabe zur Erkundung und Inspektion der Objekte im Abstand mit einer Kamera und sensorbestückten Flugdrohne durchgeführt wird.The method is carried out according to the invention so that the data acquisition, processing and output for the investigation and inspection of the objects is carried out at a distance with a camera and sensor-equipped flying drone.

Es ist vorteilhafterweise generell sinnvoll, eine direkte Bild-/Datenfernübertragung von der Flugdrohne während des Fluges über den Bildschirm einer möglichen Videobrille/Bildschirms auszuführen und somit das Objekt vor Ort direkt zu inspizieren (z. B. Rückbau Kernkraftwerk). Die Daten werden in dem Informationssystem (WCM Work Copter Management) aufgenommen, verarbeitet und gespeichert.It is advantageously generally useful to perform a direct image / data transmission from the aircraft drone during the flight over the screen of a possible video glasses / screen and thus directly inspect the object on site (eg decommissioning nuclear power plant). The data is recorded, processed and stored in the information system (WCM Work Copter Management).

Bei Detektion einer Schadensstelle wird eine detailliertere Analyse on-/off-site eingeleitet. Dabei wird der Abstand zwischen der Flugdrohne und dem Objekt zur besten Aufnahmemöglichkeit in ihrer Entfernung zueinander optimal verändert und die Daten in dem Informationssystem (WCM Work Copter Management) on-/offline gespeichert, verarbeitet und ausgegeben.Upon detection of a damaged area, a more detailed on / off site analysis is initiated. The distance between the flying drone and the object for the best recording possibility in their distance from each other is optimally changed and the data stored in the information system (WCM Work Copter Management) on- / offline, processed and output.

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.The aircraft drone is a flying machine, similar to a model aircraft of known design, with flight characteristics such as climb and descent, forward, backward and sideways flight and hover and cross-country flight and covers the requirements for the vertical and horizontal flying objects.

Ein Ground Penetrating Radar (GPR) erlaubt eine zerstörungsfreie Charakterisierung des Untergrundes mit hochfrequenten elektromagnetischen Wellen. Die Daten (Schadstelle mit GPS-Koordinaten) werden erfasst, verarbeitet und ausgegeben. In Verbindung mit einem Global Positioning Systems (GPS) erfolgt die Ablage der Daten zur Schadstelle koordinatengenau und kann später zur Maintenance respektive zur erneuten Inspektion angesteuert/angeflogen werden.A Ground Penetrating Radar (GPR) allows a non-destructive characterization of the ground with high-frequency electromagnetic waves. The data (damaged area with GPS coordinates) are captured, processed and output. In conjunction with a Global Positioning Systems (GPS), the filing of the data on the damaged area takes place precisely to the coordinates and can later be accessed / flown for maintenance or re-inspection.

Die Vorteile des Verfahrens im Rahmen der gewerblichen Anwendbarkeit liegen darin begründet, dass sich kostengünstig und mit geringem Zeitaufwand eine Datenaufnahme-, verarbeitung und Ausgabe zur Erkundung und Inspektion von Untergründen der Objekte ausführen lasst. Durch die sensorbasierte Erkundung und Inspektion von Untergründen der Objekte sowie die Integrierte und zeitnahe Auswertung ist es möglich, Entscheidungen zum Zustand des jeweiligen Objektes (on/off-Site) zu treffen. Es ist weiterhin 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.The advantages of the method within the scope of industrial applicability are based on the fact that a data acquisition, processing and output for exploration and inspection of surfaces of the objects can be carried out inexpensively and with little expenditure of time. The sensor-based exploration and inspection of the object's underlying surfaces as well as the integrated and timely evaluation make it possible to make decisions on the state of the respective object (on / off-site). It is also possible to make a first estimate of the condition of the object and a first classification without great financial and time and to decide on possible measures.

Claims (5)

Verfahren und computerimplementierte Erfindung zur Unterstützung der Prozess-Steuerung sowie Datenverwaltung bei der Erkundung und Inspektion von Untergründen und Oberflächen von Objekten bei geologischen und geotechnischen Fragestellungen, in der Rohstoffexploration, technischen Untersuchungen von Altlasten-Standorten, unterirdische Einbauten und Hohlraume, Auffüllungen, beim Rückbau von Nuklear Kraftwerken, Leitungen und Bodenschichtverlaufe (Trassen, Pipelines) sowie Leitungsverlaufs-Erkundung sowie in Stahl-, Beton, Stahlbetonbauten sowie aller Objekte im Tief-, Hochbau und Ingenieurbau, wobei eine Erkundung und Inspektion der Objekte durch optische und sensorgestützte autonome Befliegung ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flugdrohne in geringem Abstand die Objekte optisch und messtechnisch unter Nutzung verschiedener Sensoren und Technologien erfasst und mit einer Bild-/Datenübertragung zwischen Flugdrohne und Basisstation die Auswertung (on-/off-Site) stattfinden kann und die Daten von einem Informationssystems (computerimplementierte Erfindung) aufgenommen, verarbeitet und ausgegeben worden bei: • Disposition und Monitoring von Einsätzen der unbemannten Fluggeräte/Flugdrohnen, • Verplanung und Monitoring von Werkzeugen (non-human resources, insbesondere Fluggeräte/Flugdrohnen) und Teams (human resources), • Trocken von Mitarbeitern/Flugdrohnen sowie dem jeweiligen Stand der Arbeiten • Schichtplanung für Flüge ”on sight” und Touren-/Flugplanung für Flüge on-/off-sight • Bearbeiten von Meldungen, • Rückmeldung, • Zustandserfassung.Method and computer-implemented invention for supporting the process control and data management in the exploration and inspection of surfaces and surfaces of objects in geological and geotechnical issues, in raw material exploration, technical investigations of contaminated sites, underground installations and cavities, fillings, the dismantling of Nuclear power plants, pipelines and soil courses (routes, pipelines) as well as pipeline exploration and in steel, concrete, reinforced concrete buildings and all objects in civil engineering, structural engineering and construction, whereby an exploration and inspection of the objects by optical and sensor-assisted autonomous surveying is performed characterized in that a flying drone at a short distance the objects optically and metrologically detected using different sensors and technologies and with an image / data transmission between drone and base station evaluation (on- / off-site) stat The data may be collected and processed by an information system (computer-implemented invention) and processed by: • disposition and monitoring of unmanned aerial vehicles / aircraft drones, • planning and monitoring of tools (non-human resources, in particular aircraft / aircraft drones) and Teams (human resources), • Drying of staff / aircraft drones and the current status of work • Shift planning for flights "on sight" and tour / flight planning for flights on- / off-sight • Editing messages, • Feedback, • Condition detection. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Flugdrohne zum Objekt zwischen 1 bis 20 Meter ausgeführt wird und die Daten von einem Informationssystem (WCM Work Copter Management) aufgenommen, verarbeitet und ausgegeben werden • Aufnahme der Messdaten eingesammelt durch die Flugdrohne/UAS/UAV • Datenübertragung der Messdaten (Big Data) • Datenverarbeitung im Rahmen des Big Data (Hohe Anzahl und hohes Volumen von Daten) • Selektieren von Daten, Auswertungen • Daten Präsentation • Entscheiden aufgrund der ausgewerteten Daten • Übergabe der Daten an benachbarte Systeme • Integrative Anbindung über Schnittstellen A method according to claim 1, characterized in that the distance of the flying drone to the object between 1 to 20 meters is performed and the data from an information system (WCM Work Copter Management) recorded, processed and output • Recording of the measured data collected by the aircraft drone / UAS / UAV • Data transfer of the measured data (big data) • Data processing in the context of big data (high number and high volume of data) • Selection of data, evaluations • Data presentation • Decide on the evaluated data • Transfer of the data to neighboring systems • Integrative connection via interfaces Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Flugdrohne mit einer Videokamera, Fotokamera hoher Auflösung sowie Sensorik (zur Messung und Kontrolle der Veränderungen der Objekte,) ausgerüstet wird und die Daten von einem Informationssystem (WCM Work Copter Management) aufgenommen, verarbeitet und ausgegeben werden.Method according to claims 1 and 2, characterized in that the flying drone is equipped with a video camera, high-resolution camera and sensors (for measuring and checking the changes in objects), and the data is recorded by an information system (WCM Work Copter Management) and spent. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Flugdrohne autonom oder manuell so gesteuert wird, dass Objekte und Schadstellen gezielt untersucht werden können und die Daten von einem Informationssystem (WCM Work Copter Management) aufgenommen, verarbeitet und ausgegeben werden.A method according to claim 1, characterized in that the flying drone is autonomously or manually controlled so that objects and damaged areas can be specifically investigated and the data recorded by an information system (WCM Work Copter Management), processed and output. 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 Navigation) und die Daten von einem Informationssystem aufgenommen (WCM Work Copter Management), verarbeitet und ausgegeben werden.A method according to claim 1 and the associated dependent claims is characterized in that the aircraft autonomously flies in a combination of optical, satellite-controlled and acoustic sensors (for navigation) and the data recorded by an information system (WCM Work Copter Management), processed and output.
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