Drohnen, die Aufnahmen von Großereignissen oder zu Werbezwecken machen, werden als fliegende Kameras immer häufiger eingesetzt. Mit Ingenuity, einem drohnenähnlichem Hubschrauber, sind sie sogar Teil der NASA-Mission zum Mars. Die Digitalisierung in der Kameratechnik und bei Auswertungs- oder Analyseprogrammen sorgt aber auch auf der Erde für neue Einsatzmöglichkeiten, insbesondere im Bereich Bauwirtschaft und bei technischer Infrastruktur.

Beschädigte Ziegel auf einem Dachfirst.

Überall, wo Verschleiß droht, bieten Kopter Unterstützung. Für Hauseigentümer wie Immobilienunternehmen, bei denen beispielsweise lose Dachziegel von Dächern auf Bürgersteige fallen und Menschen verletzen könnten, helfen hochauflösende Bilder und Videos Risiken zu vermindern und Ärger zu vermeiden. Dachsanierungen können effizienter geplant und dokumentiert werden. An Industrieanlagen, Kränen und Windkraftanlagen können Verstrebungen und Nuten nach Defekten und Rissen abgesucht werden, was eine frühzeitige Abhilfe möglich macht. Bauunternehmen können ihre Bauprojekte regelmäßig abfliegen lassen und so die Dokumentation des Baufortschrittes mit Luftbildern ergänzen. Unterstützung bei umweltgerechtem Bauen mit energetischer Sanierung und Wärmedämmung liefert der Einsatz von Koptern mit Thermalkameras.

Hannovers Messegelände, fotografiert von einem Kopter mit Wärmebildkamera.

Formal gesehen sind alle Kopter Luftfahrzeuge, für die auch bei Flügen im bodennahen Bereich (unterhalb 100 Metern) entsprechende Regeln und Gesetze zu beachten sind. Um Kopterflüge erfolgreich durchführen zu können, ist zusätzlich eine Vielzahl administrativer und rechtlicher Aspekte zu lösen. Die rechtlichen Grundlagen sind unter anderem in der Luftverkehrsordnung (LuftVO) verankert, die auch Privatpersonen beachten müssen. Außerdem sorgen weitere Gesetze und Verordnungen für ein breites zu berücksichtigendes Genehmigungsumfeld, angefangen beim Antrag auf eine Betriebserlaubnis über die Befreiung von einzelnen Flugverboten bis zu einer Luftraumfreigabe. Gerade die sind von Stadt zu Stadt oder Region zu Region unterschiedlich, je nachdem, wer Zugriff auf das Gelände hat, dass beflogen werden soll, oder wem es gehört. Außerdem kann auch die Deutsche Flugsicherung GmbH für einzelne Lufträume zuständig sein.
Kopter gibt es in verschiedenen Größenordnungen und Ausführungen. In der Gewichtsklasse ab zwei Kilogramm benötigen alle, die ein solches Fluggerät steuern, einen Kenntnisnachweis („Drohnenführerschein“). Ein Kopter jenseits der fünf Kilogramm braucht zusätzlich eine Betriebserlaubnis. Für jeden Kopter ist immer eine Haftpflichtversicherung erforderlich.

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4 Fragen an: Christian Walter

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Sabine Hillmer

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Wie sich Fabriklayouts per Kamera-Drohne schnell und ohne großen Aufwand erfassen lassen, hat das Institut für Integrierte Produktion (IPH) im Forschungsprojekt „Instant Factory Maps“ gezeigt. Bei einem kurzen Rundflug durch die Fabrik nimmt die Drohne tausende Fotos auf, die eine Software automatisch zu einem dreidimensionalen Layout zusammensetzt. Zwei Jahre lang haben die Ingenieure das neue Verfahren erforscht und entwickelt.

Dass die Layouterfassung aus der Vogelperspektive praxistauglich ist, wurde mit Versuchen bei vier Unternehmen gezeigt, die sich am Forschungsprojekt beteiligt haben. „Mit der Drohne konnten wir innerhalb einer halben Stunde eine 800 Quadratmeter große Fabrikhalle vermessen“, sagt Projektleiter Dominik Melcher.

Müsste ein Ingenieur sämtliche Maße mit einem Laserscanner per Hand aufnehmen und notieren, würde das etwa ein bis zwei Wochen in Anspruch nehmen. Zwar wird nicht mehr jedes Fabriklayout mit so viel Aufwand erfasst, inzwischen sind moderne und schnelle 3D-Messmethoden verbreitet. Doch auch gegenüber diesen Methoden biete die neue Drohnentechnik einen entscheidenden Vorteil, so das IPH: Aus der Vogelperspektive lässt sich jeder Winkel der Fabrik erfassen. „Wir können schnell über jede Maschine hinweg fliegen und dahinter schauen“, sagt Melcher. „Und wir können ganz einfach messen, wie viel Platz beispielsweise zwischen Hochregal und Hallendecke ist.“ Mit etablierten 3D-Messmethoden sei das nicht möglich, da diese grundsätzlich bodengebunden sind. Per Drohne dagegen behalte man aus der Luft den Überblick – auch in unübersichtlichen Fabriken.

Die während des Fluges gewonnenen Bilder werden von einer Fotogrammetrie-Software wie ein gigantisches Puzzle zusammensetzt. Dabei entsteht eine sogenannte 3D-Punktewolke, die weiterverarbeitet werden kann. Im Forschungsprojekt haben die Ingenieure eine Methode entwickelt, um die Daten in zahlreiche kleinere 3D-Punktewolken aufzutrennen und so einzelne Objekte zu erkennen – etwa Maschinen, Anlagen, Regale und Paletten. „In einem CAD-Programm können wir das 3D-Layout dann bearbeiten. Also beispielsweise Anlagen an einen anderen Ort verschieben, Maschinen löschen oder hinzufügen und auf diese Weise ein neues Fabriklayout planen“, so Melcher. Die Genauigkeit ist für Groblayouts ausreichend: Derzeit werden die Maße auf etwa fünf Zentimeter genau erfasst. „Die Genauigkeit werden wir in Zukunft noch verbessern“, sagt Melcher.

Aus den Bilddaten werden solche 3D-Ansichten zusammengesetzt.

Langfristig träumen die IPH-Ingenieure davon, die Drohne vollautomatisch durch Fabrikhallen fliegen zu lassen. Im Moment wird sie noch manuell gesteuert und darf bei den meisten Unternehmen nur dann fliegen, wenn sich niemand in der Halle aufhält, etwa während der Mittagspause oder am Wochenende. Der Grund: „Für den Drohnenflug im Indoorbereich gibt es noch keine Richtlinien“, sagt Melcher, „deshalb sind die meisten Unternehmen da sehr vorsichtig.“ Unklarheiten beim Drohnenflug gibt es nicht nur im Innenbereich, sondern auch draußen beispielsweise bei Flügen über Grenzen hinweg oder entlang von Bahnlinien. Das wurde zuletzt in einer Diskussionsrunde beim Aviation Day Niedersachsen deutlich.

Um entsprechende Richtlinien zu erarbeiten und den vollautomatischen Drohnenflug innerhalb von Fabrikhallen zu ermöglichen, hat das IPH bereits ein Folgeprojekt beantragt. Die Zukunftsvision: Zur Layouterfassung müssen die Ingenieure nicht mehr zum Kunden reisen, sondern können ihre Drohne per Post schicken. Sie fliegt vollautomatisch durch die Halle und lädt die Fotos in die Cloud hoch. Die Layouterfassung würde damit wesentlich günstiger und wäre in Fabriken weltweit möglich – ohne teure und umweltschädliche Dienstreisen.

Das Forschungsprojekt „Instant Factory Maps“ wurde vom Bundeswirtschaftsministerium finanziert. Weitere Informationen sind unter www.factorymaps.iph-hannover.de zu finden.

Das Institut für Integrierte Produktion Hannover forscht und entwickelt auf dem Gebiet der Produktionstechnik. Gegründet wurde das Unternehmen 1988 aus der Leibniz Universität Hannover heraus. Das IPH bietet Forschung und Entwicklung, Beratung und Qualifizierung rund um die Themen Prozesstechnik, Produktionsautomatisierung, Logistik und XXL-Produkte. Zu denKunden zählen Unternehmen aus den Branchen Werkzeug- und Formenbau, Maschinen-und Anlagenbau, Luft- und Raumfahrt und der Automobil-, Elektro- und Schmiedeindustrie. Das Unternehmen hat seinen Sitz im Wissenschaftspark Marienwerder im Nordwesten von Hannover und beschäftigt aktuell rund 70 Mitarbeiter, etwa 30 davon als wissenschaftliches Personal.

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