Was kann man mit Drohnen machen?

Drohnen sind in aller Munde. Insbesondere die Aufnahme von Luftbildern oder aber auch FPV Racing sind populäre Themen über die immer häufiger in den Massenmedien berichtet wird. Ebenso wird oft die „Paketdrohne“ gesprochen. Das ganze ist aber nur die Spitzes des Eisberges. Auf dieser Seite werden wir einen Großteil der zivilen Einsatzzwecke darstellen.

1. Luftbildfotografie und Videografie per Drohne

Die Abbildung zeigt eine DJI Mavic Pro. Einen semi professionellen Quadrokopter der sich für Luftbilder und Videos für gehobene Privatansprüche eignet.

Die jüngere Luftbildfotografie bis zu den Ursprüngen: Früher, also bis in die späten 1990er Jahre wurden Luftbilder primär aus Flugzeugen oder Helikoptern aufgenommen. Die ersten Luftbilder wurden sogar von Heißluftballonen aus aufgenommen. Mit der damaligen Kameratechnik war das natürlich aufgrund der langen Belichtungszeiten sehr schwierig. Luftbilder im Ursprung dienten der Erstellung von Kartenmaterial oder dem Ausspionieren von Feinden.

Luftaufnahmen per Satellit: Es gibt auch eine große Zahl von Erdbeobachtungs-Satelliten, wie Landsat Satelliten der NASA. Die Nasa Satelliten dienen aber nicht der Spionage und auch nicht der reinen Luftbildfotografie. Vielmehr nehmen sie auch für das menschliche Auge unsichtbare Lichtspektren auf, um der Wissenschaft permanent aktuelle Forschungsdaten zu liefern.

Luftaufnahmen per Drohne: Heutzutage werden die meisten Luftbilder per Drohnen aufgenommen. Der Einsatz von Drohnen ist schnell, leise und wirtschaftlich. Anders als bei der Aufnahme von Luftbildern per Flugzeug, gibt es beim Einsatz von Drohnen keine Mindestflughöhe. Bei bemannten Luftfahrzeugen liegt diese über offenem Gelände bei 500ft. Drohnenaufnahmen liefern somit ungewohnte Perspektiven und garantieren im Bereich der Werbung, beispielsweise auch für den Tourismus die maximale Aufmerksamkeit des Betrachters. Für die Erstellung von kommerziellen oder privaten Luftbildern und Luftvideos ist der Einsatz von Drohnen daher die allererste Wahl. 

2. Vermessung aus der Luft

Die Abbildung zeigt eine Luftaufnahme einer Sandgrube. In Sandgruben werden die obersten Sedimentschichten im Tagebau abgetragen und dienen als Massenrohstoff des Bauwesens. Insbesondere durch den Einsatz von Drohnen lassen sich hier perfekt Volumenberechnungen und Vermessungen durchführen.

Was wird aus der Luft vermessen: Die Ursprünge der Luftbildfotografie liegen in der Erstellung von vor allem zweidimensionalen Kartenmaterial. Heutzutage kann technisch aber weitaus mehr gemacht werden. Sonderdisziplinen der Luftvermessung: Bei der Aeromagnetik zieht ein Flugzeug ein Magnetometer hinter sich und erfasst Besonderheiten des Erdmagnetfeldes. Die  Aufnahmen dienen beispielsweise dazu, Lagerstätten besonderer Rohstoffe aufzuspüren. Für welche Einsatzgebiete wird vermessen: Im Bereich „Civil Engineering“, also Hochbau, Tiefbau, Straßenbau, Neubaugebiete, Gewerbegebiete etc. sind präzise und wiederkehrende Vermessungen an der Tagesordnung. Ebenfalls sehr häufig werden Rohstoffhalden im Bereich von Kohlekraftwerken oder Stahlhütten vermessen. Hierbei geht es dann allerdings in erster Linie nicht um die Kartografie sondern um die 3D Vermessungen von Volumen. Visuelle Vermessung aus der Luft: Am häufigsten wird heutzutage per Drohne vermessen. Am PC oder Tablet PC wird das zu vermessende Areal selektiert. Je nach Zielsetzung (Zweidimensionales Orthofoto / 3D Modell) berechnet die Drohnensoftware den optimalen Flugplan. Insbesondere die prozentuale horizontale und vertikale Überlappung der Bilder sowie die Geländestruktur selbst entscheiden nachher über die in der Postproduktion entstehende Qualität des Projektes. Nachdem diese Parameter der Software mitgeteilt wurden, wird ein Flugplan berechnet. Die Drohne fliegt das Gebiet autonom nach einem bestimmten Muster gleichmäßig ab. Je nach Einsatzzweck wird die passende Flughöhe gewählt. Je niedriger die Drohne fliegt, desto mehr Details können erfasst werden. Das wiederum führt zu einer längeren Postproduktion der Aufnahmen. Sofern eine Georeferenzierung gewünscht wird, die über die Standard-GPS Genauigkeit hinausgeht, können so genannte GCPs (Ground Control Points) ausgelegt werden, die dann später in der Postproduktionssoftware eingemessen werden können. Die Postproduktion der Luftvermessung: Im Anschluss an den Drohnenflug werden alle aufgenommenen Luftbilder, in der Regel einige hundert in die Software import und automatisch zu einem großen Mosaik zusammengefügt. Wärend dieser Triangulation wird ein verzerrungsfreies und maßstabgetreu zusammengefügtes Orthofoto erstellt. Mehr zur Luftvermessung erfahren. 

3. Inspektion von Kaminen

Ebenso wie alle technischen Anlagen müssen auch Kamine regelmäßig inspiziert werden. Ein Schornstein kann in Deutschland bis zu 307 Meter hoch sein! Der Einsatz von Drohnen zur Kamininspektion vervollständigt bzw. ergänzt die klassische Inspektion, da Aufnahmen aus jeder erdenklichen Perspektive Befunde im Gesamtkontext zeigen – insbesondere außerhalb der Leiter. Weiterhin kann auf eine Arbeitsbühne verzichtet werden!

Neben der Außenhülle, kann auch das Innere des Kaum per 360° Kamera inspiziert werden.

Was können Drohnen an Kaminen inspizieren: Heutzutage können Drohnen Kamine von außen befliegen und dabei die Besteigevorrichtungen, das Mauerwerk, den Blitzschutz und auch die Befeuerungsanlagen inspizieren. Industrieschornsteine aus Stahl können hervorragend auf Korrosion überprüft werden. Ebenfalls möglich ist die Inspektion im inneren der Kamine mit einer Innenraumdrohme wie der Flyability ELIOS – besser ist aber eine Inspektion per 360° Kamera.

Was wird durch die Drohneninspektion sichtbar: Schäden am Mauerwerk, Korrosion, Abplatzungen, Risse, Ablagerungen, Verwitterungen, Bewehrungskorrosion, eventuelle strukturelle Beeinträchtigungen.

4. Inspektion von Tanks

Die Abbildung zeigt zahlreiche Tanks. Bereits aus der Ferne gut zu erkennen: Korrosion. Hier böte sich einen Drohnenflug zur genauen Bestimmung und Überwachung des Korrosionszustandes an.

Die Tankinspektion per Drohne ist eine der größten sicherheitstechnischen Errungenschaften der letzten Jahre! Es gibt unzählige Stahltanks als auch Kunststofftanks in allen möglichen Varianten und Einsatzorten. Dazu kommt noch eine große Anzahl tankähnlicher Anlagen wie Silos wie Fermenter bzw. Chemiereaktoren. Tanks dienen der Lagerung von Rohstoffen, Kraftstoffen, aber auch Abfällen. Während bei Stahltanks häufig Korrosion auftreten, treten bei Kunststofftanks Leckage infolge von Materialalterung bsp. Delamination oder Rissen auf.

Neben den stationären Tanks in der Industrie gibt es auch Tanks auf Schiffen oder auch in Schiffen. Beispielsweise sind das Gastanks, Ballastwassertanks oder Treibstofftanks.

Die Außenprüfung von Tanks per Drohne: Per Drohne lassen sich Tanks von außen befliegen und spielend inspizieren. Grade Tanks in Tankfarmen können nicht mit einem Steiger angefahren werden. Hier bietet der Einsatz der Drohne viele Vorteile. Schwer erreichbare stellen können einfach angeflogen und als Foto dokumentiert werden. Bei Bedarf kann auch eine kollisionsgeschützte Drohne wie die Flyability ELIOS zum Einsatz kommen und beispielsweise an Steigleitungen entlangrollen und Kompensatoren oder Flansche quasi Handnah untersuchen.

Die Innenprüfung von Tanks: Die Innenprüfung von Tanks erfordert üblicherweise den aufwändigen Aufbau von Gerüsten und sind abgesehen vom erhöhten Aufwand noch mit einem großen Gefahrenpotenzial verbunden. Geschlossene Räume müssen freigemessen und ggf. belüftet werden. Die gesamte Prozedur nimmt viel Zeit in Anspruch und dauert lange. Beim Einsatz der Drohne, kann sich der Pilot auch außerhalb des Tanks befinden und sofort mit der Inspektion anfangen.

Was man auf den Aufnahmen erkennt: Korrosion, Abplatzungen, Delamination, Beschädigungen der Oberfläche, Risse, Fehlende Verschraubungen, Verformungen.

Die Vorteile der Drohneninspektion von Tanks: Die Prüfung per Drohne ist schnell und sicher, da weder Gerüste noch Menschen in den Anlagen erforderlich sind. Die Tankprüfung ist durchgängig aufgezeichnet und kann zur späteren Erstellung von Gutachten dienen.

5. Inspektion von Kränen

Brückenkrane, Vollportalkrane, Wipp- und Auslegerkrane, Containerkrane, Hafenkrane und Schwimmkrane sind stetig hohen Belastungen und zudem Witterungseinflüssen ausgesetzt. Aus diesem Grund müssen Krane, wie alle technischen Anlagen periodisch von Experten kontrolliert werden. Außerhalb bzw. unterstützend für Routinekontrollen können wir per Drohne den Korrosionszustand und die Entwicklung der Korrosion der Krane über längere Zeitabschnitte untersuchen. Die visuelle Inspektion der Ausleger, des Rahmens und der Umlenkrollen per Drohne bietet eine große Arbeits- und Zeitersparnis.

Wie funktioniert eine Kraninspektion per Drohne: Die Drohne wird von der Pier oder bei Schiffskränen vom Schiff bzw. der Offshore Plattform gestartet und in die Nähe des Kran geflogen. Zusammen mit dem Kunden werden neuralgische Stellen an der Installation ausgemacht und der Drohnenpilot versucht diese durch möglichst nahes heranfliegen und unter Zuhilfenahme des Kamerasystems (30x optischer Zoom) in hoher Auflösung und bestmöglichen Details abzubilden. 

Was sieht man auf den Drohnenaufnahmen: Korrosion, Deformation, gerissene Schweißnähte, Verschleiß an Rollen und Seilen

Was macht Kraninspektionen per Drohne besonders: Am Beispiel von Schiffskranen kann die Inspektion von Bord des Schiffes aus bereits vor Einlaufen in den Hafen oder die Werft wertvolle Informationen zum Zustand der Krane liefern. Das macht eine Instandhaltung schneller und günstiger.

6. Search and Rescue

Mit dem Einsatz von Drohnen kann man sich rasch einen Überblick über komplexe Gebiete verschaffen die nur einen erschwerten Zugang bieten. Zusätzlich zur optischen Kamera, können Thermalkameras helfen Personen oder Tiere aufzuspüren. Aktuell stellt man Bestrebungen an, Drohnen autonom über große Gebiete fliegen zu lassen und noch während des Fluges Bild und Lageinformationen per Mobilfunk zur Einsatzzentrale zu schicken.

Es wurden sogar Versuche gemacht, mit einer DJI Inspire 1 Drohne in Küstennähe Rettungswesen über dem Meer abzuwerfen.

Neben der Rettung von Menschenleben gibt es auch immer mehr Einsätze zur Rettung von Rehkitzen oder zum Aufspüren von Wildschweinen, bsp. in Mais Feldern.

7. FPV Racing

Die Abbildung zeigt eine kleine Quadrokopter Racingdrohne mit FPC Kamera und analogem 5.8 GHz Videosender und Drei-Blatt Luftschrauben.

Das FPV Racing / Drone Racing entstand im Jahre 2014 in Australien. Der Begriff FPV steht für „First Person View“. First Person, weil die Drohnenpiloten das Videobild das von der Frontkamera in Echtzeit übertragen wird auf Videobrillen sehen. So werden mit rasanter Geschwindigkeit und viel Geschick und Fingerspitzengefühl Hindernisparcours durchflogen. Das Ziel ist es, möglichst schnell eine Rennstrecke zu absolvieren. Je nach Klasse erreichen die Quadrokopter Geschwindigkeiten von bis zu 140 Stundenkilometern. Die FPV Racing Drohnen unterscheiden sich sehr von Foto- und Videodrohnen. Die FPV Drohnen verfügen über eine Analoge Kamera und in der Regel über kein GPS. Ihre Flugzeit beträgt häufig nicht viel mehr als 6 Minuten und sie sind für Schnelligkeit, Wendigkeit und übermäßige Robustheit entwickelt. Das alles führt zur kurzen Flugzeit. Der Sport findet weltweit viele Anhänger und es gibt bereits zahlreiche Verbände und Ligen in denen Piloten mit Drohnen unterschiedlicher Klassen antreten.

8. Drohneneinsätze in der Landwirtschaft

Es gibt zahlreiche Anwendungsfälle für Drohen in der Landwirtschaft. Relativ bekannt ist die Rehkitzrettung per Drohne. Rehkitze verstecken sich in den Wiesen und drücken sich auf den Boden. So bleiben sie weitestgehend unsichtbar für Fressfeinde. Leider fallen sie dann den Mähmaschinen der Landwirte zum Opfer. Man geht davon aus, dass jedes Jahr ca. 100.000 Tiere dadurch getötet werden. Durch den Einsatz von Drohnen mit Wärmebildkameras können Rehe auf den Feldern und Wiesen aufgespürt und gerettet werden. Ein weiteres Anwendungsfeld ist die Überwachung von Pflanzen. Mittels Multispektralkamerasystemen kann die Vitalität der Planzen durch Bestimmung der Lichtmenge, die von den Pflanzen reflektiert und absorbiert wird, gemessen und analysiert werden. So geben Multispektralkameras Informationen über den Gesundheitszustand der Pflanzen und versorgt die Landwirte mit ausreichenden Informationen, was auf der jeweiligen Ackerfläche zu unternehmen ist. Optimierung des Düngungs-Prozess, eine genauere Bedarfsanalyse für Pestizide und die Analyse der Pflanzen nach der Bewässerung sind nur ein Teil der Möglichkeiten. Die Erfassung von Wildschäden per Drohne ist ebenfalls ein essentielles Thema in der Landwirtschaft. Insbesondere Wildschweine richten in Maisfeldern große Schäden an. Bisher wurden Wildschadenbegutachtungen im Rahmen einer Begehung durchgeführt. Gegenüber den konventionellen Begutachtungen bieten Drohnen massive Vorteile, so können Wildschweinbestände systematisch aus der Luft lokalisiert werden. Diese Informationen können mit Jagdpächtern zur optimalen Bestandsreduktion genutzt werden.

11. Inspektion von Windenergieanlagen (WEA)

Windkraftanlagen unterliegen wie alle technische Einrichtungen stetigen Inspektionen. An den Spitzen der Rotoblätter entstehen Geschwindigkeiten von bis zu 250 Km/h und sind nicht zuletzt auch durch Regenerosion und Blitzeinschlägen ständigen Belastungen ausgesetzt. Aktuell werden die Rotoblätter der Anlagen mit Höhenarbeitern inspiziert. Die Industriekletterer seilen sich aus 150 Metern von der Nabe der Windkraftanlage ab und inspizieren die bis zu 60 Meter langen Rotorblätter visuell und klopfen sie ab um Abplatzungen, Risse und Frostsprengungen zu erkennen. Ebenfalls möglich ist die Erkennung von Schäden an der Gondel und das Überprüfen auf Ölaustritte. Ein Industriekletterer benötigt ca. einen Arbeitstag um drei Rotorblätter zu inspizieren. Alternativ zu Industriekletterern inspizieren Sachverständige die Rotorblätter vom Boden aus mit Ferngläsern. Drohneninspektionen der Rotorblätter liefern gestochen scharfe Bilder der Außenhaut die eine zuverlässige optische Beurteilung ermöglichen. Die Rotorblattinspektion per Drohne benötigt maximal 45 Minuten pro Rotorblatt. Erst seit kurzem möglich: Neben der Außeninspektion ist auch die Inneninspektion der Masten der Windenergieanlagen aber auch die Inneninspektion der Rotorblätter möglich. Die Inneninspektion von Windenergieanlagen ist mit einer Indoor Drohne, wie der Flyability ELIOS möglich. Die ELIOS Drohne kann in die Rotoblätter fliegen und Verfärbungen (bsp. infolge von Delamination) aufspüren oder auch thermische Anomalien mit der Thermalkamera aufdecken.
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