Brückeninspektion
Brückeninspektion mit einer 360° Kameradrohne
Hintergrund
In Deutschland ist eine große Anzahl von Brücken in Gebrauch. Diese sind ein wesentlicher Bestandteil der Straßeninfrastruktur und gelten als gefährdete Element des Straßennetzes. Viele Brücken wurden in den 1950er, 1960er und 1970er Jahren gebaut. Infolgedessen sind viele Brücken mittlerweile zwischen 40 bis 60 Jahre alt und leiden häufig unter Korrosion und Rissen. Mängel an Brücken können schwerwiegende Folgen haben, die von Verkehrsbeschränkungen bis zum Einsturz von Brücken reichen. Die Instandhaltung von alten Brücken ist kompliziert, teuer und zeitaufwändig. Normalerweise werden Brücken vor Ort manuell auf Schäden untersucht, indem Fachkräfte auf die Brücke gehen und Gerüste oder Hebebühnen benutzen, um die nicht leicht zugänglichen kritischen Teile einer Brücke zu begutachten. Eine optische Vorinspektion von Brücken mit Drohnen könnte daher die Kosten senken und die Effizienz des Inspektionsprozesses erhöhen. Obwohl der Einsatz von Drohnen zur Untersuchung von Brücken nicht neu ist, wurden bisher meist Standardkameras mit hoher Auflösung unter einer Drohne zur Inspektion verwendet. Im Gegensatz dazu wird in diesem Projekt eine 360° Kamera auf einer Drohne verwendet um kritische Bereiche wie Ecken, Bögen oder die Decke der Brücke besser untersuchen zu können.
Ziele
Ziel der Forschungsarbeit ist es, den Einsatz einer handelsüblichen Drohne mit einer an der Oberseite montierten 360° Kamera für Brückeninspektionen zu bewerten. Bisher kommen häufig speziell für die Inspektion angefertigte Drohnen zum Einsatz. Diese können sehr teuer und technisch anspruchsvoll sein. Um den technischen und finanziellen Aufwand möglichst gering zu halten, wurde bewusst auf handelsübliche Produkte zurückgegriffen.
Das erste Arbeitsziel ist die Literaturanalyse zu Brückeninspektionen, visuellen Risserkennungsverfahren und die Anwendung von Drohnen für die Infrastrukturbewertung.
Das zweite Arbeitsziel ist der Einsatz und die Überprüfung einer handelsüblichen Drohne, die mit einer handelsüblichen 360° Kamera ausgestattet ist, um diese für die Brückeninspektion einzusetzen. Die 360° Kamera soll mit einer einfachen und reversiblen Methode angebracht werden können.
Weiterhin soll gezeigt werden, dass die Drohne sowohl mit der 360° Kamera als auch mit einer Standardkamera an der Unterseite, eine Brücke ordnungsgemäß auf Risse und andere Mängel untersuchen kann.
Arbeitsziel vier ist es, die Ergebnisse zu bewerten und die Bilder der Standard-HD-Kamera mit denen der 360°-Kamera zur Risserkennung zu vergleichen.
Ergebnisse
Die bisher von uns durchgeführten Brückeninspektionen beschränken sich auf die visuelle Inspektion mit einer HD-Kamera unter der Drohne und einer 360°-Kamera auf der Drohne. In der Forschung ist die optische Inspektion mit einer Drohne die häufigste Anwendung und wir können den erfolgreichen Einsatz dieser Methode aus früheren Arbeiten anderer Forscher bestätigen. Der Einsatz von 360° Kameras ist in der Literatur jedoch sehr begrenzt, und wir sind unseres Wissens die ersten, die diese Technologie zur Risserkennung in Brücken einsetzen. Ein wesentlicher Nachteil bei der Verwendung einer Kamera über der Drohne ist die verminderte Flugstabilität der Drohne, die äußerste Vorsicht beim Navigieren erfordert.
Ausblick
Bei der Brückeninspektion haben wir uns bisher auf die visuelle Inspektion mit digitalen Bildern konzentriert. Die Inspektion von Brücken ist eine komplexe Aufgabe und sollte auf einer Vielzahl von zerstörenden und zerstörungsfreien Techniken beruhen. Es ist daher wichtig, dass in Zukunft auch andere Techniken in Kombination mit Drohnen eingesetzt werden. Die aktuelle Erfolgsquote unseres Algorithmus zur Risserkennung ist noch verhältnismäßig gering und soll in Zukunft verbessert werden. Ein weiterer Nachteil ist zudem, dass die Schwellenwerte für die Risserkennung noch manuell eingestellt werden müssen. Die künftige Forschung sollte sich noch stärker auf die automatische Risserkennung, z. B. mit Deep-Learning-Algorithmen, konzentrieren.
Projektname
Brückeninspektion mit einer 360° Kameradrohne
Projektleiter
Prof. Dr. Andreas Humpe
Bisherige Veröffentlichungen
Humpe, A. Bridge Inspection with an Off-the-Shelf 360° Camera Drone. Drones 2020, 4, 67. https://doi.org/10.3390/drones4040067
