Technologien im Einsatz: Drohnen, LiDAR, KI

Autonome Drohnen und Hangar-Systeme

Zentrale Komponente moderner Ansätze ist der Einsatz autonom operierender Drohnen, die auch BVLOS-Flüge (Beyond Visual Line of Sight) durchführen können. Hierbei kommt z.B. ein Drone-in-a-Box-System, wie das DJI Dock 2, zum Einsatz, ein wetterfester Drohnen-Hangar, der eine Drohne beherbergt, automatisch startet, landet und die Batterien lädt. Solche Systeme ermöglichen 24/7-Einsätze und regelmäßige Inspektionsflüge ohne manuelles Zutun vor Ort. Die Drohne kann per Fernsteuerung oder Zeitplan vom Hangar aus gestartet werden, um festgelegte Routen abzufliegen, und kehrt anschließend zur Datenübertragung und Ladung zurück. Dies schafft die Grundlage für automatisierte Routineinspektionen auf Knopfdruck.

Langstrecken-Drohne (VTOL)

Für die Vermessung ausgedehnter Trassen eignet sich ein VTOL-Flächenflugzeug (Vertical Take-Off and Landing), wie die Quantum Systems Trinity Pro. Diese Starrflügel-Drohne kombiniert Senkrechtstart mit effizientem Gleitflug und erreicht ca. 90 Minuten Flugzeit. Pro Flug lassen sich so bis zu ~700 ha Fläche abdecken, was bei linearen Missionen einer Strecke von bis zu 90 km pro Flug entspricht. Die Trinity Pro kann jenseits der Sichtweite des Piloten operieren und wird im Pilotprojekt genutzt, um die komplette 25 km-Testtrasse in wenigen Flügen zu überfliegen. Dank moderner Autopilot- und Missionsplanungssoftware fliegt das System vordefinierte Routen selbstständig ab und kehrt zuverlässig zurück; auch Terrain-Following und automatische Notfallrückkehr erhöhen die Sicherheit. Die gesammelten Bilddaten ermöglichen einen Überblick über den Trassenverlauf in hoher Auflösung.

Multikopter mit LiDAR-Scanner

Neben Übersichtsaufnahmen per Kamera wird für die hochpräzise 3D-Vermessung der Trasse ein schwerer Multikopter vom Typ Acecore Zoe X8 eingesetzt. Dieser oktokopter-basierte Drohnentyp verfügt über ausreichend Tragkraft und Stabilität, um einen LiDAR-Scanner (Light Detection and Ranging) wie den YellowScan Surveyor Ultra zu tragen. Im Flug tastet der Laser-Scanner das Terrain kontinuierlich mit Laserpulsen ab und erzeugt eine dichte Punktwolke des Geländes. Der Vorteil: Auch in dicht bewachsenen oder unzugänglichen Bereichen kann LiDAR die Bodenoberfläche und Infrastruktur unter Vegetation genau abbilden. Dieses Verfahren eignet sich speziell für schwer zugängliche, dicht bewachsene und komplizierte Geländeformen – Bedingungen, wie sie entlang von Pipeline-Routen häufig vorkommen (z.B. Waldstücke, Hügel). Die resultierenden Punktwolken liefern ein exaktes digitales Geländemodell der Trasse ohne Bewuchs sowie die Lage von Bauwerken, Freileitungen etc. in hoher Präzision (Genauigkeiten im Zentimeterbereich sind erreichbar).

Photogrammetrie-Drohne

Ergänzend kommt eine kompakte DJI Mavic 3 Enterprise (M3E) zum Einsatz, primär für photogrammetrische Aufnahmen. Diese Quadrokopter-Drohne ist mit einer hochauflösenden RGB-Kamera (und optionalem RTK-Modul für zentimetergenaue Georeferenzierung) ausgestattet und eignet sich ideal zur Erstellung von Orthofotos und inspizierenden Nahaufnahmen. Im Projekt wird sie insbesondere genutzt, um detaillierte Bilder von bestimmten Trassenabschnitten oder Bauwerken zu erfassen – beispielsweise Schweißnähte an oberirdischen Rohrleitungen oder Bereichen, die im LiDAR-Scan weiter untersucht werden sollten. Die DJI Matrice 3D (M3D) kann im DJI Dock 2 betrieben werden, was regelmäßige automatische Befliegungen einzelner Trassenabschnitte (etwa täglich oder wöchentlich) erlaubt. So lassen sich fortlaufende Baufortschritte dokumentieren oder bestimmte Gefahrenstellen in kurzen Intervallen überwachen. Die M3D ist speziell für den autonomen Betrieb mit dem DJI Dock 2 konzipiert und stellt das funktionale Äquivalent zur Mavic 3 Enterprise dar, jedoch optimiert für den Einsatz in automatisierten Hangarsystemen.

KI-gestützte Datenauswertung

Die Fülle an Daten, hochaufgelöste Luftbilder und LiDAR-Punktwolken wird im Anschluss mit speziellen Algorithmen ausgewertet. Insbesondere kommen künstliche Intelligenz und Mustererkennung zum Tragen, um Auffälligkeiten in der Umgebung der Pipeline automatisch zu detektieren. So werden z.B. die aufgenommenen Fotos und Videos mittels KI auf Veränderungen oder Risiken geprüft. Zu den identifizierbaren Befunden zählen etwa unerlaubte Baggerarbeiten, Ablagerungen auf der Trasse, offenliegende Rohrleitungen oder Vegetationsänderungen. Die Zusammenführung von Bild- und LiDAR-Daten erhöht dabei die Genauigkeit: KI-Systeme können Veränderungen in der Punktwolke (etwa terrainbedingte Setzungen) erkennen und zugleich visuell verifizieren.

Die Auswertesoftware bricht auf Wunsch die großen Datenmengen auf handlichere Formate herunter und stellt sie in gängigen Geodatenformaten bereit. So können die Ergebnisse leicht in bestehende GIS-Systeme oder Leitungsdatenbanken der Versorger integriert werden.

Praxisbeispiel: 25 km Trassenbefliegung mit BVLOS & LiDAR

Auf dem eigenen Betriebshof wird das DJI Dock 2 als autonomer Drohnenstützpunkt installiert. Von hier aus startet die DJI Matrice 3D in regelmäßigen Abständen zu automatisierten Kontrollflügen über definierte Trassenabschnitte, etwa um den Zustand nach Bauarbeiten zu dokumentieren. Parallel dazu plant das Team Langstreckenflüge mit der Trinity Pro: Mittels vorab programmierten Routen fliegt die VTOL-Drohne längere Pipeline-Segmente in 100 m Höhe ab. Während dieser BVLOS-Flüge gewährleistet ein Tracking-System die Flugsicherheit, u.a. durch Übermittlung der Drohnenposition per ADS-B an die Luftraumüberwachung.

Für besonders kritische oder interessierende Abschnitte der Trasse werden separate LiDAR-Befliegungen mit dem Acecore Zoe Multikopter durchgeführt. Aufgrund der begrenzten Flugzeit (je nach Akku ca. 30 Minuten) erfolgt die LiDAR-Vermessung in mehreren Etappen. Der Multikopter fliegt niedriger (typisch 50 - 70 m Höhe) über definierten Teilstrecken und erzeugt dabei detaillierte 3D-Punktwolken.

Potenziale und Ausblick

Das beschriebene Pilotprojekt demonstriert eindrucksvoll die Möglichkeiten moderner Vermessungs- und Monitoringverfahren für Pipeline-Trassen. Automatisierte Drohnenbefliegung kann die bisherige Überwachung per Helikopter perspektivisch ergänzen oder sogar ersetzen, was eine deutliche Reduzierung von Kosten und Emissionen erwarten lässt. Gleichzeitig erlaubt die höhere Befliegungsfrequenz (bis hin zu täglichen Flügen im automatischen Modus) ein wesentlich früheres Erkennen von Veränderungen oder Gefahren entlang der Trasse. Die Netzbetriebssicherheit kann somit steigen. Die Kombination von hochaufgelöster Photogrammetrie und LiDAR liefert einen vollständigen digitalen Zwilling der Umgebung: Einerseits aktuelle Orthofotos und 3D-Modelle für die Baudokumentation, andererseits genaue Geländedaten für ingenieurtechnische Analysen (z.B. Böschungsneigungen, Vegetationsdichte). Aus den gewonnenen Punktwolken lassen sich bei Bedarf sogar 3D-BIM-Modelle ableiten, um die Infrastruktur virtuell zu dokumentieren.

Insgesamt zeigt sich für das Team der Augel GmbH, dass Drohnen, LiDAR und KI die Vermessung und Überwachung von Linienbaustellen auf ein neues Niveau heben können. Das Zusammenspiel verschiedener Drohnensysteme, vom autonomen Multikopter im Dock bis zur Langstrecken-VTOL, ermöglicht eine lückenlose und präzise Abdeckung großer Trassen. Die gewonnenen digitalen Abbilder der Realität erleichtern nicht nur die Wartung bestehender Rohrleitungen, sondern liefern auch wertvolle Daten für die Planung künftiger Trassen und Bauwerke. Während noch Feinabstimmungen bei Genehmigungen, Datenflüssen und Auswertealgorithmen nötig sind, unterstreicht das Pilotprojekt der Augel GmbH und dem Energieversorger das enorme Zukunftspotenzial: Automatisierte, präzise Rohrleitungsinspektionen rücken in greifbare Nähe und versprechen, die Sicherheit und Effizienz im Rohrleitungsbau nachhaltig zu steigern.