DE102020135141A1

DE102020135141A1 - Verfahren zur Inspektion von wenigstens einem Infrastrukturobjekt mit Hilfe zumindest einer Drohne

Info

Publication number: DE102020135141A1
Application number: DE102020135141.0A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2022-06-30

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Inspektion von wenigstens einem Infrastrukturobjekt (1, 2, 3) mit Hilfe zumindest einer Drohne (4), insbesondere einer Drehflügel-Flugdrohne (4). Die Drohne (4) ist dabei mit wenigstens einem Objektsensor (5, 6, 8) zur Untersuchung des Infrastrukturobjektes (1, 2, 3) und wenigstens einem weiteren Ortssensor (9) zur Erfassung von Positionsdaten ausgerüstet. Erfindungsgemäß untersucht die Drohne (4) das Infrastrukturobjekt (1, 2, 3) automatisch oder bedienerabhängig in vorgegebenen Zeitintervallen innerhalb des mit Hilfe des Ortssensors (9) vorgegebenen geographischen Raumvolumens (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Inspektion von wenigstens einem Infrastrukturobjekt mit Hilfe zumindest einer Drohne, insbesondere einer Drehflügel-(Flug)Drohne, wonach die Drohne mit wenigstens einem Objektsensor zur Untersuchung des Infrastrukturobjektes und wenigstens einem weiteren Ortssensor zur Erfassung von Positionsdaten ausgerüstet ist.
Mit Hilfe des Objektsensors kann das betreffende Infrastrukturobjekt beispielsweise im Hinblick auf seine Oberflächenbeschaffenheit und zugehörige Schadstellen, etwaige mechanische Schäden, Temperaturanomalien usw. untersucht werden. Zu diesem Zweck kann es sich bei dem Objektsensor ganz generell um beispielsweise eine thermographische Aufnahmeeinrichtung handeln, wie sie in der DE 10 2012 003 513 B3 im Zusammenhang mit einem Verfahren zur Überprüfung des baulichen Zustands von Windkraftanlagen beschrieben wird. Grundsätzlich kann der Objektsensor aber auch als Sensor in Verbindung mit einem sogenannten Ground Penetrating Radar (GPR) ausgebildet sein, um eine zerstörungsfreie Charakterisierung des Untergrundes des zugehörigen Infrastrukturobjektes zu ermöglichen, wie dies die DE 10 2015 013 550 A1 erläutert. Auch ist es denkbar, dass mit Hilfe des Objektsensors Radioaktivität gemessen wird, wie dies Gegenstand der DE 10 2012 108 179 A1 ist, die sich mit einem Radioaktivitätsmessverfahren und einer zugehörigen Radioaktivitätsmessdrohne beschäftigt.
Selbstverständlich umfasst der Begriff Objektsensor generell auch ein oder mehrere Kameras, mit deren Hilfe beispielsweise Infrarotaufnahmen aber auch herkömmliche Fotografien des zu inspizierenden Infrastrukturobjektes aufgenommen werden. Bei dem fraglichen und zu untersuchenden Infrastrukturobjekt handelt es sich beispielhaft um Immobilien wie Gebäude, Brücken, Windkraftanlagen, Tunnel, Strommasten, Kraftwerke, Türme, Schornsteine, Solaranlagen, Sonnenkollektoranlagen usw. Darüber hinaus umfasst der Begriff Infrastrukturobjekt im Rahmen der Erfindung aber auch mobile Einrichtungen wie Züge bzw. Waggons oder andere Kraftfahrzeuge, Flugzeuge, Schiffe, Bohrinseln etc., die sich typischerweise in einem bestimmten Raumvolumen für eine bestimmte Zeit (beispielsweise während Parkzeiten) aufhalten. Da solche mobilen Infrastrukturobjekte oftmals und ebenfalls turnusgemäß im Hinblick auf etwaige Beschädigungen ihrer Außenhaut (vergleiche beispielsweise Flugzeuge) untersucht werden müssen, eignen sich die zuvor beschriebenen Verfahren ganz generell, um etwaige Schadstellen zu ermitteln. Das hat sich grundsätzlich bewährt.
So geht es bei der gattungsbildenden DE 10 2018 114 310 A1 primär um die Kommunikation zwischen der Drohne bzw. Drehflügel-Flugdrohne einerseits und einer Steuereinheit bzw. Steuerung andererseits. Auf diese Weise können mit Hilfe des Objektsensors gewonnene Daten des zu untersuchenden Infrastrukturobjektes über eine ortsfeste und/oder mobile Steuereinheit bis hin zu einer zentralen Steuerung übermittelt werden, die die gewonnenen Daten zusätzlich mit in der zentralen Steuerung abgelegten Objektdaten, zusätzlichen Lagedaten des Objektes respektive Infrastrukturobjektes oder auch mit Wetterdaten am Untersuchungsort verknüpft. Auf diese Weise gelingt eine einwandfreie und zielgerichtete Inspektion.
Eine ähnliche Vorgehensweise wird in der ebenfalls gattungsgemäßen DE 20 2015 102 791 U1 beschrieben. Hier geht es um ein System zur Erfassung von Bilddaten der Oberfläche eines Objektes, wobei das System ein Kamerasystem und ein Computersystem umfasst. Mit Hilfe des Kamerasystems werden am Ort des Objektes von diesem Bilddaten in Form einer Mehrzahl einzelner Digitalbilder aufgenommen. Das Computersystem kombiniert die mittels des Kamerasystems aufgezeichneten Bilddaten zu einer zwei- oder dreidimensionalen Darstellung des Objektes.
Das bekannte Kamerasystem kann dabei auch an einer Drohne angebracht sein.
Der Stand der Technik hat sich grundsätzlich bewährt, was die generelle Überprüfung von Infrastrukturobjekten angeht. Das setzt allerdings bisher und nach dem Stand der Technik voraus, dass ein Bediener die Drohne entsprechend ansteuert. Heutzutage ergeben sich jedoch zunehmend Anforderungen dahingehend, dass die Überwachung von Infrastrukturobjekten zumindest teilweise ohne Bedienereingriff stattfinden soll. Beispiele hierfür sind in der Überwachung von Waggons oder Zügen zu sehen, die in einem bestimmten Raumvolumen geparkt und ihre Anwesenheit überprüft werden soll. Die Untersuchung des Infrastrukturobjektes läuft dabei im einfachsten Fall darauf hinaus, etwaige Bewegungen zu erfassen. Darüber hinaus kann die Zeit des temporären Parkens aber auch dafür genutzt werden, das betreffende (mobile) Infrastrukturobjekt im Zuge einer turnusgemäßen Wartung hinsichtlich seiner Oberfläche zu überprüfen, wie dies beispielsweise bei abgestellten Flugzeugen denkbar ist. Bisher gibt es hierfür keine überzeugenden Lösungen.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein derartiges Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Inspektion von wenigstens einem Infrastrukturobjekt des eingangs beschriebenen Aufbaus so weiterzuentwickeln, dass eine turnusgemäße Überprüfung ohne zusätzlichen Bedienereingriff möglich ist.
Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist ein gattungsgemäßes Verfahren im Rahmen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Drohne das Infrastrukturobjekt automatisch oder bedienerabhängig in vorgegebenen Zeitintervallen innerhalb eines mit Hilfe des Ortssensors vorgegebenen geographischen Raumvolumens untersucht.
Im Rahmen der Erfindung wird also zunächst einmal das abzudeckende Raumvolumen definiert und festgelegt. Dadurch kann der Aufenthaltsbereich der Drohne begrenzt werden und ist überhaupt erst eine automatische oder wenigstens teilautomatische Untersuchung des Infrastrukturobjektes möglich. Das geschieht zumindest mit Hilfe des der Drohne zugeordneten Ortssensors, welcher zur Erfassung von Positionsdaten dient. Bei dem fraglichen Ortssensor handelt es sich typischerweise um einen GPS-Sensor (Global Positioning System), mit dessen Hilfe die jeweilige Position der Drohne festgestellt werden kann. Dazu ist der fragliche Ortssensor bzw. GPS Sensor in der Regel in die Drohne integriert.
Anhand der auf diese Weise gewonnenen Positionsdaten kann beispielsweise durch Abgleich mit in einer zugehörigen Steuereinheit bzw. Steuerung vorhandenen und das Raumvolumen definierenden Begrenzungsdaten festgestellt werden, dass und ob sich die fragliche Drohne innerhalb des zuvor definierten Raumvolumens befindet. Die Einhaltung des Raumvolumens wird dabei durch die Steuereinheit bzw. die Steuerung überwacht. Das kann dergestalt geschehen, dass die Drohne weder manuell noch automatisch in einen Bereich außerhalb des Raumvolumens geflogen werden kann.
Das Raumvolumen ist dabei durch eine Fläche bzw. Grundfläche begrenzt, die zu einem bestimmten flächenmäßigen Bereich typischerweise auf der Erdoberfläche korrespondiert. Grundsätzlich kann die Fläche aber auch auf einem Parkdeck, dem Rollfeld eines Flughafens, dem Dach eines Hochhauses oder auch in einem Bahnhof für Schienenfahrzeuge definiert und festgelegt werden. Das heißt, allgemein kann das fragliche Raumvolumen onshore, offshore oder auch unterirdisch in beispielsweise Minenanlagen definiert und festgelegt werden.
Die zum zugehörigen Raumvolumen korrespondierende Höhe oberhalb dieser Fläche mag nun zur maximalen Flughöhe der korrespondierenden Drohne gehören oder kann generell auch durch entsprechende Begrenzungsdaten vorgegeben und eingeschränkt werden. Diese Begrenzungsdaten korrespondieren jeweils zu GPS-Koordinaten, die ihrerseits mit den GPS-Koordinaten in der Steuereinheit bzw. Steuerung abgeglichen werden, die mit Hilfe des der Drohne zugeordneten Ortssensors erfasst und an die Steuereinheit bzw. Steuerung übermittelt werden.
Sobald sich die Drohne beispielsweise den Begrenzungsdaten und damit der Begrenzung des Raumvolumens annähert, wird typischerweise der Flug verlangsamt und wird die Drohne entweder im Grenzbereich angehalten oder kann im einfachsten Fall auch mit geänderter Richtung von der Begrenzung wieder weg fliegen. Die Richtung dieses Wegfliegens oder des Rückfluges von der Begrenzung aus lässt sich beispielsweise so einstellen, dass eine Art „Reflexion“ an einer Begrenzungswand simuliert wird. Das heißt, die Drohne kann mit einem Bewegungsvektor ausgerüstet respektive identifiziert werden, mit welchem sie auf die (virtuelle) Begrenzungswand auftrifft. Der daraus resultierende Bewegungsvektor für den Rückflug von der Begrenzungswand lässt sich nun so definieren, dass dieser unter Berücksichtigung eines zum Einfallswinkel gehörigen gleichen Ausfallwinkels ausgehend von der Begrenzungswand korrespondiert. Selbstverständlich sind auch andere Routinen an dieser Stelle denkbar.
Wenn jedoch die Drohne jeweils mit ihrem Bewegungsvektor an der (virtuellen) Begrenzungswand des Raumvolumens gleichsam „reflektiert“ wird, kann hierdurch jeweils sichergestellt werden, dass sich die betreffende Drohne immer innerhalb des zuvor definierten und festgelegten Raumvolumens befindet. Zugleich lässt sich auf diese Weise sicherstellen, dass die Drohne nahezu das gesamte Raumvolumen durch diese Vorgehensweise abdeckt und abtastet.
Damit es an dieser Stelle nicht zu Kollisionen mit dem zu untersuchenden Infrastrukturobjekt kommt, sind dessen Positionsdaten ebenso wie die zuvor angesprochenen Begrenzungsdaten in der Steuereinheit respektive Steuerung hinterlegt. So oder so ist sichergestellt, dass die Drohne erfindungsgemäß das Infrastrukturobjekt automatisch oder bedienerabhängig untersucht. Die automatische Untersuchung meint, dass beispielsweise alle 5 Minuten oder 10 Minuten das fragliche Infrastrukturobjekt angeflogen und abgetastet wird. Selbstverständlich kann an Stelle einer solchen automatischen und zeitgesteuerten Untersuchung aber auch eine bedienerabhängige Untersuchung dergestalt stattfinden, dass ein Bediener die Untersuchung jeweils startet. In jedem Fall ist sichergestellt, dass sich die Drohne nur und ausschließlich innerhalb des mit Hilfe des Ortssensors vorgegebenen geographischen Raumvolumens bewegen kann.
Zu diesem Zweck werden die vom Ortssensor der Drohne jeweils erfassten Positionsdaten mit den Begrenzungsdaten des Raumvolumens einerseits und den Positionsdaten des Infrastrukturobjektes andererseits abgeglichen. Dieser Abgleich erfolgt in der Regel mit Hilfe einer meistens ortsfesten Steuereinheit respektive Steuerung. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
Das die Flugbewegungen der Drohne einschränkende Raumvolumen kann beispielsweise durch Landmarken hinsichtlich seiner Flächenausdehnung und/oder Höhenausdehnung begrenzt werden. Die fraglichen Landmarken mögen sich dazu auf der zum Raumvolumen gehörigen Fläche bzw. Grundfläche befinden. Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung als Landmarke beispielsweise ein die Fläche begrenzendes stromdurchflossenes Kabel vor, wie man es in Verbindung mit beispielsweise Mährobotern kennt. Generell kann als Landmarke aber auch eine Sendeeinheit als Bestandteil einer Vielzahl die Fläche begrenzender Sendereinheiten ausgebildet sein.
Mit Hilfe der einen oder der mehreren Landmarken wird folglich das Raumvolumen vorgegeben und begrenzt, innerhalb dessen sich die Drohne bewegt. Dabei kann die Landmarke als stromdurchflossenes Kabel ausgebildet sein, wobei das stromdurchflossene Kabel an dieser Stelle ein elektromagnetisches Feld erzeugt, dessen Ausdehnung und Feldstärke zusätzlich von dem Ortssensor der Drohne erfasst und ausgewertet werden kann. Daneben besteht auch die Möglichkeit, das Raumvolumen mit Hilfe einer Vielzahl die zugehörige Fläche begrenzenden Sendeeinheiten vorzugeben. Die einzelnen Sendeeinheiten lassen sich dabei flexibel und ortsvariabel auf der zum Raumvolumen gehörigen Fläche bzw. Grundfläche platzieren.
Auf diese Weise geht von den einzelnen Sendeeinheiten typischerweise ein halbkugelförmiges elektromagnetisches Feld aus. Dieses elektromagnetische Feld kann hinsichtlich seiner Richtung und Feldstärke erneut von dem Ortssensor der Drohne erfasst und abgetastet werden. Dadurch lassen sich in dem betreffenden und von der Sendeeinheit ausgehenden elektromagnetischen Feld jeweils Begrenzungspunkte des Raumvolumens definieren. Diese Begrenzungspunkte korrespondieren zu den zuvor bereits angesprochenen Begrenzungsdaten.
Jedenfalls ist in diesem Fall der der Drohne zugeordnete Ortssensor nicht nur zur Ermittlung von Positionsdaten der Drohne über den an dieser Stelle meistens realisierten GPS-Sensor in der Lage, sondern können zusätzlich mit Hilfe des Ortssensors Begrenzungspunkte bzw. Begrenzungsdaten erfasst werden, die ihrerseits wiederum zu bestimmten Richtungen und/oder Werten der Feldstärke des elektromagnetischen Feldes korrespondieren, welches von der betreffenden Sendeeinheit erzeugt wird. So oder so spannen die einzelnen Sendeeinheiten jeweils halbkugelförmige Raumvolumina auf, die entweder alleine dass die Flugbewegungen der Drohne begrenzende Raumvolumen definieren oder zusammen mit weiteren Raumvolumina zusätzlicher Sendeeinheiten zur Festlegung von Begrenzungspunkten und damit Begrenzungsdaten des Raumvolumens korrespondieren. Dadurch wird erneut sichergestellt, dass sich die Drohne nur und ausschließlich innerhalb des betreffenden Raumvolumens bewegen kann. Das alles gelingt, weil der Ortssensor vorteilhaft sowohl GPS-Daten der Drohne als auch Daten der jeweiligen Landmarke bzw. der mehreren Landmarken auswertet.
Außerdem kann die jeweilige Sendeeinheit vorteilhaft dazu genutzt werden, dass mit ihrer Hilfe jeweils ein im Wesentlichen halbkugelförmiges elektromagnetisches Feld definiert wird. Dabei lassen sich einzelne Feldstärkepunkte des elektromagnetischen Feldes als Begrenzungspunkte des Raumvolumens interpretieren bzw. korrespondieren zu solchen Begrenzungspunkten des Raumvolumens.
Darüber hinaus hat es sich bewährt, wenn die wenigstens eine Drohne einen Startplatz innerhalb des Raumvolumens aufweist. Der Startplatz kann dabei geschützt sowie gegebenenfalls temperierbar ausgelegt werden. Eine geschützte Auslegung des Startplatzes empfiehlt sich, um die Drohne vor Witterungseinflüssen, Regen, Schnee, eventuell Eis zu schützen. In die gleiche Richtung zielen Maßnahmen der Erfindung, den fraglichen Startplatz temperierbar auszulegen. Dadurch wird sichergestellt, dass die typischerweise zum Antrieb der jeweiligen Drohne mitgeführten Akkumulatoren bzw. der eine Akkumulator über eine für seinen Betrieb optimale Temperatur verfügt und dadurch ein etwaiger Ausfall vermieden wird. Die Energie zur Temperierung des Startplatzes kann dabei von einer Aufwärm- oder Abkühlquelle abgeleitet werden. Solche Quellen sind extern oder intern bei Infrastrukturobjekten oftmals ohnehin vorhanden und können folglich für die Temperierung des Startplatzes der Drohne zusätzlich mitgenutzt werden. Das gilt selbst dann, wenn es sich bei dem Infrastrukturobjekt um eine Windenergieanlage handelt, deren Rotorblätter teilweise beheizt werden.
Um an dieser Stelle den Akkumulator zu laden, wird in der Regel so vorgegangen, dass dies beispielsweise induktiv am Startplatz erfolgen kann, so dass zusätzliche elektrische Anschlüsse entbehrlich sind. Grundsätzlich kann die Drohne auch in eine Dockingstation am Startplatz zum Aufladen des Akkus fliegen, wobei innerhalb der Dockingstation die elektrische Verbindung mit einer Ladevorrichtung erfolgt.
Ganz abgesehen davon ist es generell und im Rahmen der Erfindung aber auch möglich, dass die Drohne nicht nur autark mit Hilfe des Akkus innerhalb des Raumvolumens fliegt um das Infrastrukturobjekt zu untersuchen. Sondern generell kann die Stromversorgung der Drohne auch über ein an die Drohne angeschlossenes Kabel vorgenommen werden, welches seinerseits beispielsweise an einer Schiene auf dem Erdboden bzw. der Grundfläche des Raumvolumens geführt wird. Daneben sind auch Varianten denkbar, dass die Drohne zusätzlich mit einer oder mehreren Solarpanels ausgerüstet ist, um unabhängig von der Dockingstation respektive der induktiven Ladestation am Startplatz eine zusätzlich sonnengetriebene Aufladung des Akkus zu realisieren.
Bei dem Antrieb der Drohne handelt es sich typischerweise um einen elektrischen Antrieb, wenngleich an dieser Stelle auch andere Antriebe möglich sind, so Wasserstoffantriebe, Verbrennungsmotoren, die gasförmig oder mit Flüssiggas arbeiten, Elektromotoren die über eine Brennstoffzelle angetrieben werden usw.
Eine geschützte Anbringung der Drohne kann dabei auch durch eine im Erdboden eingelassene Grube realisiert und umgesetzt werden. Darüber hinaus kann der Startplatz sowohl ortsfest als auch ortsvariabel ausgebildet sein. Die letztgenannte Variante ist denkbar, wenn die fragliche Drohne beispielsweise als mobile Lösung auf einem Anhänger, einem Schienenfahrzeug, einem Wasserfahrzeug etc. montiert ist. Das heißt, der Startplatz kann sowohl stationär als auch mobil ausgebildet sein.
Darüber hinaus hat es sich bewährt, wenn die Drohne mit dem Infrastrukturobjekt kommuniziert. Eine solche Kommunikation empfiehlt sich für den Fall, damit die Inspektion bzw. Untersuchung des betreffenden Infrastrukturobjektes situationsabhängig gestartet werden kann. Beispielsweise mag das Infrastrukturobjekt je nach seiner Belastung oder der Dauer seiner Benutzung oder des Betriebes die Inspektion starten, wenn eine bestimmte Anzahl an Betriebsstunden absolviert ist. Das heißt, die Inspektion wird in diesem Fall nicht turnusgemäß und gleichsam zeitlich vorgenommen, sondern situationsabhängig, beispielsweise in Abhängigkeit der Betriebsstunden des Infrastrukturobjektes, seiner Belastung etc.
Darüber hinaus wird regelmäßig so vorgegangen, dass mit Hilfe des Objektsensors einzelne Bilder des Infrastrukturobjektes erzeugt werden. Die einzelnen Bilder können dabei optional mit Markierungen ausgerüstet werden. Eine solche Markierung empfiehlt sich beispielsweise dann, wenn durch eine Auswertung des mit Hilfe des Objektsensors aufgenommenen Bildes beispielsweise ein Riss erfasst und registriert worden ist. Dieser Riss kann nun mit der fraglichen Markierung ausgerüstet werden.
Wenn nun zusätzlich die Markierung und damit der Riss zeitabhängig untersucht werden, kann beispielsweise in der zusätzlich vorgesehenen Steuereinheit bzw. Steuerung eine zeitliche Abfolge der Bilder dieser Markierung und damit des Risses im Beispielfall erzeugt werden. Dadurch lässt sich eine umfassende Dokumentation des Infrastrukturobjektes kreieren, beispielsweise dahingehend, wie sich ein Riss oder eine sonstige schadhafte Stelle über die Zeit gesehen entwickelt. Als Folge hiervon lassen sich mit Hilfe der Steuereinheit bzw. Steuerung zusätzliche Kriterien dahingehend entwickeln, ab wann ein solcher beispielsweise durch eine Markierung gekennzeichneter Riss zu einer Meldung korrespondiert. Dazu kann im Beispielfall die Länge des Risses als Kriterium für eine Alarmmeldung herangezogen werden. Übersteigt die Länge des Risses einen bestimmten und in der Steuereinheit bzw. Steuerung vorgegebenen Wert, so führt dies zu einer Alarmmeldung seitens der Drohne an die Steuereinheit bzw. Steuerung.
Das hinsichtlich des einen bzw. der mehreren Infrastrukturobjekte zu untersuchende Raumvolumen kann grundsätzlich nicht nur mit Hilfe einer Drohne untersucht und abgetastet werden. Sondern im Rahmen der Erfindung besteht ausdrücklich die Möglichkeit, mit mehreren Drohnen zu arbeiten. In diesem Zusammenhang ist es denkbar, dass mit Hilfe eines solchen Drohnenschwarmes beispielsweise ein Windpark untersucht wird. Dabei kann jeweils gewährleistet werden, dass zumindest eine der mehreren Drohnen jeweils einsatzbereit ist. Je nach Ausdehnung des Windparks im Beispielfall können natürlich auch jeweils eine Mehrzahl an Drohnen jeweils einsatzbereit gehalten werden.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine zugehörige Vorrichtung, die besonders vorteilhaft nach dem zuvor beschriebenen Verfahren arbeitet. So oder so können die einzelnen Infrastrukturobjekte hinsichtlich beispielsweise etwaiger Beschädigungen ihrer Außenhaut hierdurch turnusgemäß abgetastet und untersucht werden. Darüber hinaus besteht natürlich auch die Möglichkeit, neben solchen gleichsam statischen Untersuchungen auch dynamische Untersuchungen des Infrastrukturobjektes vorzunehmen. Solche dynamischen Untersuchungen sind beispielsweise bei Windenergieanlagen denkbar und vorteilhaft.
Tatsächlich kann mit Hilfe solcher dynamischen Untersuchungen festgestellt werden, ob beispielsweise das Rotorblatt einer Windenergieanlage annormale Schwingungen vollführt und/oder akustische Auffälligkeiten durch beispielsweise Unwuchten registriert werden. Zu diesem Zweck ist der Objektsensor beispielsweise nicht nur zur Aufnahme von Bildern in der Lage, sondern kann grundsätzlich auch bewegte Bilder (Filme) aufnehmen, Abstandsmessungen durchführen und/oder akustische Messungen vornehmen.
Diese einzelnen Daten lassen sich über die Steuereinheit bzw. Steuerung an praktisch jeden beliebigen Ort auf der Welt übertragen und können hier ausgewertet werden. Grundsätzlich kann diese Auswertung aber auch vor Ort beispielsweise dergestalt vorgenommen und von einem Bediener durchgeführt werden, dass dieser eine VR-Brille (Virtual Reality) trägt und/oder mit einem sogenannten Head-Up-Display (HUD) arbeitet. Das heißt, die Auswertung etwaiger Anomalien des Infrastrukturobjektes kann grundsätzlich automatisch und gleichsam maschinengesteuert erfolgen, wie dies zuvor bereits beschrieben wurde, und zwar mit Blick auf den sich verlängernden Riss. Es ist aber auch möglich, dass ein Bediener turnusgemäß oder nach einer entsprechenden Alarmmeldung eine solche Untersuchung vornimmt, wobei er sich der zuvor bereits beschriebenen VR-Brille, eines Head-Up-Displays oder schlicht und ergreifend eines Bildschirms an der Steuereinheit respektive Steuerung bedienen kann.
So oder so wird erfindungsgemäß eine Untersuchung von Infrastrukturobjekten zur Verfügung gestellt, die situationsabhängig vorgenommen werden kann. Denn das zu überwachende Raumvolumen mit dem darin befindlichen Infrastrukturobjekt oder den mehreren Infrastrukturobjekten kann flexibel und bedarfsweise definiert und abgegrenzt werden. Hierzu sind die typischerweise auf einer Grundfläche des Raumvolumens platzierten Landmarken vorgesehen, die ortsflexibel oder auch ortsfest platziert werden können. Es kann aber auch unter Verzicht auf solche Landmarken das zu überwachende Raumvolumen schlicht und ergreifend anhand von GPS-Daten und daraus resultierenden Begrenzungspunkten bzw. Begrenzungsdaten des Raumvolumens definiert werden. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

1 die erfindungsgemäße Vorrichtung ganz grundsätzlich sowie
2 eine schematische Darstellung des untersuchten Raumvolumens.

In den Figuren ist eine Vorrichtung dargestellt, mit deren Hilfe Infrastrukturobjekte 1, 2, 3 untersucht werden können. Bei den Infrastrukturobjekten 1, 2 handelt es sich um ortsfeste Infrastrukturobjekte 1, 2, wohingegen das Infrastrukturobjekt 3 mobil ausgelegt ist. Tatsächlich ist das Infrastrukturobjekt 1 ein Gebäude 1 und das Infrastrukturobjekt 2 eine Windkraftanlage 2, die einzeln aufgestellt sein kann oder einen Bestandteil eines Windparks darstellt. Das Infrastrukturobjekt 3 ist schließlich als mobiles Infrastrukturobjekt 3, vorliegend als Flugzeug, als Eisenbahnwaggon etc. ausgebildet.
Zur Untersuchung des betreffenden Infrastrukturobjektes 1, 2, 3 ist nach dem Ausführungsbeispiel eine Drohne 4 vorgesehen, bei welcher es sich im Ausführungsbeispiel um eine Drehflügel-Drohne bzw. Drehflügel-Flugdrohne 4 handelt. Die Drehflügel-Flugdrohne 4 ist zu diesem Zweck und im Detail mit einer Wärmebildkamera 5 zur Abtastung der Hautoberfläche des Infrastrukturobjektes 1, 2, 3 ausgerüstet. Außerdem ist eine Steuereinheit 7 vorgesehen. Neben der Wärmebildkamera 5 verfügt die Drehflügel-Flugdrohne 4 zusätzlich noch über eine hochauflösende fotografische Bildkamera 6. Außerdem ist nach dem Ausführungsbeispiel die Drehflügel-Flugdrohne 4 noch mit einem GPR-Sensor 8 ausgerüstet, mit dessen Hilfe Radarmessungen der untersuchten Hautoberfläche unter Rückgriff auf hochfrequente elektromagnetische Wellen vorgenommen werden können. Schließlich ist auch noch ein GPS-Sensor 9 realisiert.
Die Wärmebildkamera 5 und auch die Bildkamera 6 definieren zusammen mit dem GPR-Sensor 8 einen Objektsensor 5, 6, 8. Bei dem GPS-Sensor 9 handelt es sich um einen Ortssensor 9 zur Erfassung von Positionsdaten der Drohne bzw. Drehflügel-Flugdrohne 4. Darüber hinaus kann die Drohne noch mit einem nicht ausdrücklich dargestellten Sensor ausgerüstet werden, mit dessen Hilfe Sonarmessungen vorgenommen werden können. Dadurch lassen sich beispielsweise Seengebiete abscannen. Es besteht darüber hinaus die Möglichkeit, das Infrastrukturobjekt 1, 2, 3 an der jeweils mit Hilfe des Objektsensors 5, 6, 8 betrachteten Stelle bzw. im zugehörigen Bereich zu temperieren. Das kann durch lokale Erwärmung, Behandlung mit Kältespray usw. geschehen.
Mit Hilfe der Steuereinheit 7 werden Daten des Objektsensors 5, 6, 8 sowie des Ortssensors aufgenommen. Diese Daten können mit Zustandsdaten der Hautoberfläche verknüpft werden, beispielsweise den fotografischen Bilddaten der mit Hilfe der Bildkamera 6 aufgenommenen Bilder. Die fraglichen Daten des Objektsensors 5, 6, 8 sowie des Ortssensors 9 werden mit Hilfe der Steuereinheit 7 an eine stationäre Steuereinheit 10 übermittelt. Die stationäre Steuereinheit 10 ist ihrerseits mit einer Steuerung 11 verknüpft. Dadurch werden die vom Objektsensor 5, 6, 8 sowie des Ortssensors 9 aufgenommenen Daten der Drehflügel-Flugdrohne 4 ebenso wie die Daten ihres Ortssensors bzw. GPS-Sensors 9 ständig an die stationäre Steuereinheit 10 übermittelt. Die stationäre Steuereinheit 10 und die Steuerung 11 können dabei auch zusammenfallen bzw. eine kombinierte Einheit 10, 11 definieren.
Erfindungsgemäß wird nun so vorgegangen, dass die Drohne bzw. Drehflügel-Flugdrohne 4 das jeweilige Infrastrukturobjekt 1, 2, 3 automatisch oder bedienerabhängig in vorgegebenen Zeitintervallen innerhalb eines mit Hilfe des Ortssensors 9 vorgegebenen geographischen Raumvolumens 12 untersucht. Dieses geographische Raumvolumen 12 kann auf unterschiedliche Art und Weise vorgegeben und festgelegt werden.
So sieht eine erste Variante der Erfindung vor, dass einzelne Begrenzungsdaten bzw. Begrenzungspunkte des Raumvolumens 12 schlicht und ergreifend mit GPS-Positionsdaten identifiziert bzw. abgeglichen werden. Diese zu den einzelnen Begrenzungspunkten bzw. Begrenzungsdaten zugehörigen GPS-Positionsdaten könne dabei in der stationären Steuereinheit 10 bzw. der Steuerung 11 hinterlegt werden. Sobald sich nun die Drehflügel-Flugdrohne 4 einer auf diese Weise definierten (virtuellen) Begrenzungswand des Raumvolumens 12 annähert, sorgt die mit der mobilen Steuereinheit 7 kommunizierende Steuereinheit 10 bzw. die Steuerung 11 dafür, dass die Drehflügel-Flugdrohne 4 abgebremst wird, jedenfalls nicht durch die (virtuelle) Begrenzungswand hindurchfliegen kann. Das lässt sich jeweils durch einen Vergleich der mit Hilfe des zur Drohne gehörigen Ortssensors bzw. GPS-Sensors 9 ermittelten aktuellen Positionsdaten der Drehflügel-Flugdrohne 4 mit den GPS-Daten der Begrenzungspunkte bzw. Begrenzungsdaten des Raumvolumens 12 ermitteln.
Dabei kann zusätzlich so vorgegangen werden, dass die fragliche Drehflügel-Flugdrohne 4 gleichsam so von der Begrenzungswand des Raumvolumens 12 abgelenkt wird, dass ein Einfallswinkel α ihrer Trajektorie bzw. ihres in der 2 eingezeichneten Bewegungssektors zu einem Ausfallswinkel α in Bezug auf die Begrenzungswand des Raumvolumens 12 korrespondiert, wie dies einleitend bereits beschrieben wurde. Selbstverständlich sind auch andere Flugbewegungen denkbar, sobald sich die Drehflügel-Flugdrohne 4 der Begrenzungswand des Raumvolumens 12 annähert. Vergleichbar wird auch für den Fall vorgegangen, dass das Raumvolumen 12 in alternativer Art und Weise vorgegeben und definiert wird, wie dies die 2 bildlich wiedergibt.
Tatsächlich wird das Raumvolumen 12 im Rahmen der Darstellung nach der 2 durch jeweils Landmarken 13 hinsichtlich seiner Flächen- und/oder Höhenausdehnung begrenzt. Die Landmarken 13 sind dabei auf einer zum Raumvolumen 12 zugehörigen Fläche bzw. seiner Grundfläche platziert. Tatsächlich handelt es sich bei den Landmarken 13 im dargestellten Beispielfall um mehrere Sendeeinheiten 13. Diese Sendeeinheiten 13 können stationär oder auch mobil ausgelegt sein. Bei den Sendeeinheiten 13 handelt es sich um solche Einheiten, die ein halbkugelförmiges elektromagnetisches Feld beispielsweise im KHz oder MHz-Bereich aussenden, wie dies in der Darstellung nach der 2 jeweils durch Kreise angedeutet ist.
Das heißt, im Rahmen des Ausführungsbeispiels nach der 2 definieren die als Sendeeinheit 13 ausgebildete Landmarken 13 jeweils ein im Wesentlichen hohlkugelförmiges elektromagnetisches Feld. Einzelne Feldstärkepunkte dieses elektromagnetischen Feldes korrespondieren nun zu Begrenzungspunkten bzw. Begrenzungsdaten des Raumvolumens 12. Dadurch kann alternativ zu den zuvor diskutierten GPS-Daten das Raumvolumen 12 mit Hilfe der Landmarken bzw. Sendeeinheiten 13 im Beispielfall der 2 vorgegeben werden. Selbstverständlich ist auch eine Kombination derart möglich, dass GPS-Daten und Feldstärkepunkte der betreffenden Sendeeinheit 13 zusammengenommen zur Definition der Begrenzungsdaten bzw. des Raumvolumens 12 herangezogen werden.
Jedenfalls handelt es sich bei den Landmarken 13 um eine Vielzahl an die Fläche bzw. Grundfläche des Raumvolumens 12 und damit das Raumvolumen 12 begrenzende Sendeeinheiten 13. Darüber hinaus ist die Auslegung meistens so getroffen, dass die Landmarke 13 jeweils mit dem Ortssensor 9 der Drohne bzw. Drehflügel-Flugdrohne 4 zur Positionsbestimmung kommuniziert. Das wird nach dem Ausführungsbeispiel so vorgenommen, dass die Sendeeinheiten 13 mit der Steuerung 11 respektive der stationären Steuereinheit 10 kommunizieren, die wiederum in bidirektionalem Datenaustausch mit der mobilen Steuereinheit 7 als Bestandteil der Drehflügel-Flugdrohne 4 Daten austauscht. Dadurch kann die jeweilige Position der Drehflügel-Flugdrohne 4, welche mit Hilfe des Ortssensors bzw. GPS-Sensors 9 erfasst wird, jeweils mit der am Aufenthaltsort herrschenden Feldstärke des elektromagnetischen Feldes der betreffenden Sendeeinheit 13 abgeglichen werden. Außerdem besteht hierdurch die Möglichkeit, das Raumvolumen 12 in unterschiedliche Sektionen zu unterteilen, beispielhaft im Querschnitt kreisförmige Sektionen, wie sie durch die Kreise in der 2 angedeutet sind. Auf diese Weise lässt sich die grundsätzliche Position der Drehflügel-Flugdrohne 4 dahingehend feststellen, ob diese beispielsweise in einer ersten Sektion 12₁, einer zweiten Sektion 12₂, einer dritten Sektion 12₃ oder schließlich einer vierten Sektion 12₄ befindlich ist, wie dies die 2 andeutet. Die gesamten vorgenannten Sektionen 12₁, 12₂, 12₃ und 12₄ beschreiben zusammengenommen das fragliche Raumvolumen 12.
Darüber hinaus kann auf diese Weise wiederum festgestellt werden, ob sich die Drehflügel-Flugdrohne 4 gering beabstandet zur (virtuellen) Begrenzungswand des Raumvolumens 12 befindet und kann darüber hinaus so vorgegangen werden, wie dies einleitend bereits beschrieben wurde. Das heißt, auch im Falle der realisierten Landmarken bzw. Sendeeinheiten 13 zur Definition des Raumvolumens 12 lässt sich die Auslegung so treffen, dass die Drehflügel-Flugdrohne 4 an der das Raumvolumen 12 beschreibenden Begrenzungswand gleichsam „reflektiert“ wird, weil ein Aufprall unter Berücksichtigung des Einfallwinkels α zu einer entsprechenden Reflexion der Drehflügel-Flugdrohne 4 unter Berücksichtigung des Austrittswinkels α gleicher Größe korrespondiert.
Lediglich angedeutet in der 1 ist ein Startplatz 14 für die Drehflügel-Flugdrohne 4. Dieser Startplatz 14 ist typischerweise nicht nur innerhalb des Raumvolumens 12 vorgesehen, sondern kann nach dem Ausführungsbeispiel auch in oder an der Windenergieanlage 2 realisiert werden. Nach dem Ausführungsbeispiel ist der Startplatz 14 geschützt sowie temperierbar ausgelegt. Außerdem verfügt der Startplatz 14 über eine entsprechende Infrastruktur, um die Drehflügel-Flugdrohne 4 aufladen zu können.
Die Drehflügel-Flugdrohne 4 wird nun entweder turnusgemäß innerhalb vorgegebener Zeitabstände gestartet, die beispielsweise von der ortsfesten Steuereinheit 10 bzw. der hiermit kommunizierenden zentralen Steuerung 11 vorgegeben werden. Es ist aber auch möglich, dass ein nicht ausdrücklich dargestellter Bediener für den Start der Drehflügel-Flugdrohne 4 sorgt. Außerdem kommuniziert die Drehflügel-Flugdrohne 4 in der Regel mit dem Infrastrukturobjekt 1, 2, 3, um dafür zu sorgen, dass die Untersuchung situationsabhängig gestartet wird. Beispielsweise mag die Windenergieanlage 2 nach einer bestimmten Anzahl an Betriebsstunden die Untersuchung situationsabhängig starten, nämlich bei Überschreiten der vorgegebenen Anzahl an Betriebsstunden. Das erfolgt erneut durch die Steuerung 11 bzw. Steuereinheit 10.
Mit Hilfe des Objektsensors 5, 6, 8 werden einzelne Bilder des zu überwachenden oder zu untersuchenden Infrastrukturobjektes 1, 2, 3 erzeugt und aufgenommen. Die fraglichen Bilder können dabei mit Markierungen ausgerüstet werden, wie dies einleitend bereits beschrieben wurde. Außerdem besteht die ergänzende Möglichkeit, die einzelnen Bilder zu einem räumlichen Gesamtbild in der Art von Bilderkacheln zusammenzusetzen. Darüber hinaus können zeitaufgelöste Aufnahmen hergestellt werden, um beispielsweise die zeitliche Entwicklung von Schadensstellen zu dokumentieren, die mit Markierungen innerhalb der Bilder ausgerüstet sind bzw. ausgerüstet werden können. Das heißt, die jeweilige Markierung lässt sich zeitabhängig untersuchen.
Auf diese Weise wird insgesamt mit Hilfe der aufgenommenen Bilder eine umfassende zeitliche und räumliche Dokumentation des jeweiligen Infrastrukturobjektes 1, 2, 3 zur Verfügung gestellt. Bei dieser Dokumentation kann es sich um natürliche Bilder des fraglichen Infrastrukturobjektes 1, 2, 3 ebenso wie Wärmebilder handeln. Außerdem können mit Hilfe der Erfindung selbstverständlich auch etwaige Bewegungsbilder bzw. Schwingungsbilder des betreffenden Infrastrukturobjektes 1, 2, 3 aufgenommen und anschließend mit Hilfe der Steuereinheit 10 bzw. der hiermit verbundenen Steuerung 11 untersucht werden. Die Schwingungsbilder können auch durch ein zusätzliches in oder an der fraglichen Drohne 4 befindliches Mikrofon aufgenommen werden. Außerdem lassen sich hierdurch Schwingungsbilder und vom Infrastrukturobjekt 1, 2, 3 beispielsweise erzeugte Töne aufnehmen und grafisch wiedergeben. Ohnehin ist es denkbar, die sämtlichen Daten zur drei- oder mehrdimensionalen Darstellung des betreffenden Infrastrukturobjektes 1, 2, 3 miteinander zu verknüpfen.
Wie bereits dargestellt, ist die Steuerung 11 ihrerseits mit der stationären Steuereinheit 10 verknüpft, die ständig mit der mobilen und an oder in der Drehflügel-Flugdrohne 4 vorgesehenen mobilen Steuereinheit 7 kommuniziert, wie dies in der 1 dargestellt ist. Die Verknüpfung kann drahtgebunden über ein Computernetzwerk oder auch drahtlos erfolgen. Über die zentrale Steuerung 11 können dabei je nach Ausführungsbeispiel abgelegte Objektdaten des betreffenden Infrastrukturobjektes 1, 2, 3 zur Verfügung gestellt werden. Bei diesen Objektdaten handelt es sich beispielsweise um die Position bzw. entsprechende Positionsdaten des Infrastrukturobjektes 1, 2, 3, seine räumliche Ausdehnung etc. Außerdem besteht die Möglichkeit, über die Steuerung 11 Lagedaten des Infrastrukturobjektes 1, 2, 3 zugänglich zu machen, beispielsweise dessen genaue geographische Position.
Außerdem mag die Steuerung 11 Temperatur- und Wetterdaten am Untersuchungsort, das heißt innerhalb des Raumvolumens 12 zur Verfügung stellen. Daraus können beispielsweise Warnmeldungen bei einem aufziehenden Sturm, Gewitter etc. abgeleitet werden. Außerdem lässt sich die Drehflügel-Flugdrohne 4 in Abhängigkeit dieser Wetterdaten beispielsweise zu ihrem Startplatz 14 zurückfliegen, um etwaige witterungsabhängige Beschädigungen auf jeden Fall zu vermeiden. Jedenfalls werden die gesamten Daten von der zentralen Steuerung 11 zur Verfügung gestellt und stehen aufgrund der Verbindung der zentralen Steuerung 11 mit der stationären Steuereinheit 10 und auch der stationären Steuereinheit 10 mit der mobilen Steuereinheit 7 in der Drehflügel-Flugdrohne 4 zur Verfügung. Mit Hilfe der Steuerung 11 können die fraglichen Daten grundsätzlich an jedem Ort der Erde ausgewertet werden. Denn die stationäre Steuereinheit 10 kann mit der zentralen Steuerung 11 über das Computernetzwerk bzw. das Internet in Verbindung stehen. Selbstverständlich sind auch drahtlose Kommunikationswege in diesem Zusammenhang denkbar. Ebenso lassen sich die Steuereinheit 10 und die zentrale Steuerung 11 zu einer gemeinsamen Steuereinheit/Steuerung 10, 11 zusammenfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012003513 B3 [0002]
DE 102015013550 A1 [0002]
DE 102012108179 A1 [0002]
DE 102018114310 A1 [0004]
DE 202015102791 U1 [0005]

Claims

Verfahren zur Inspektion von wenigstens einem Infrastrukturobjekt (1, 2, 3) mit Hilfe zumindest einer Drohne (4), insbesondere einer Drehflügel-Drohne (4), wonach die Drohne (4) mit wenigstens einem Objektsensor (5, 6, 8) zur Untersuchung des Infrastrukturobjektes (1, 2, 3) und wenigstens einem Ortssensor (9) zur Erfassung von Positionsdaten ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drohne (4) das Infrastrukturobjekt (1, 2, 3) automatisch oder bedienerabhängig in vorgegebenen Zeitintervallen innerhalb eines mit Hilfe des Ortssensors (9) vorgegebenen geographischen Raumvolumens (12) untersucht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Raumvolumen (12) durch Landmarken (13) hinsichtlich seiner Flächen- und/oder Höhenausdehnung begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Landmarke (13) jeweils mit dem Ortssensor (9) der Drohne (4) zur Positionsbestimmung kommuniziert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Drohne (4) einen Startplatz (14) innerhalb des Raumvolumens (12) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Startplatz (14) geschützt sowie gegebenenfalls temporierbar und im Übrigen stationär oder mobil ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drohne (4) mit dem Infrastrukturobjekt (1, 2, 3) kommuniziert, um die Inspektion situationsabhängig zu starten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne mit Hilfe des Objektsensors (5, 6, 8) aufgenommene Bilder erzeugt und gegebenenfalls mit Markierungen ausgerüstet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die betreffende Markierung zeitabhängig untersucht wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne mit Hilfe des Objektssensors (5, 6, 8) erfasste Bilder zusammengesetzt werden, um eine umfassende Dokumentation des betreffenden Infrastrukturobjektes (1, 2, 3) zur Verfügung zu stellen.
Vorrichtung zur Inspektion von wenigstens einem Infrastrukturobjekt (1, 2, 3) mit Hilfe zumindest einer Drohne (4), insbesondere einer Drehflügel-Drohne (4), wobei die Drohne (4) mit wenigstens einem Objektsensor (5, 6, 8) zur Untersuchung des Infrastrukturobjektes (1, 2, 3) und wenigstens einem weiteren Ortssensor (9) zur Erfassung von Positionsdaten ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drohne (4) zur automatischen oder bedienerabhängigen Untersuchung des Infrastrukturobjektes (1, 2, 3) in vorgegebenen Zeitintervallen innerhalb des mit Hilfe des Ortssensors (9) vorgegebenen geographischen Raumvolumens (12) eingerichtet ist.