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18.09.2017 | Umwelt | Interview | Onlineartikel

"Drohnen sind im Bereich der Vermessung kaum wegzudenken"

Autor:
Nico Andritschke
Interviewt wurde:
Dr.-Ing. Görres Grenzdörffer

ist als Wissenschaftler an der Universität Rostock, Professur für Geodäsie und Geoinformatik tätig. Arbeitsschwerpunkte sind die Entwicklung von digitalen Low-cost Systemen und UAS, Photogrammetrie und digitale Geländemodelle sowie Fernerkundung und Precision Farming.

Als Teil der Weltleitmesse Intergeo findet ein Branchentreff kommerzieller, ziviler Drohnenanwender statt. Görres Grenzdörffer erläutert Technologien und erweiterte Einsatzbereiche.

Springer Professional: Welche Bedeutung hat aktuell die Nutzung unbemannter Flugsysteme in Industrie und Wissenschaft?

Görres Grenzdörffer: Der Geosektor ist einschließlich der Industrievermessung, wenn man sich den Gesamtmarkt anschaut, für die kommerzielle Nutzung von allergrößter Bedeutung. Drohnen sind im Bereich der Vermessung kaum mehr wegzudenken. Mithilfe moderner Methoden aus dem Bereich des Computer Vision und der Photogrammetrie können aus Drohnenbildern nahezu vollautomatisch hochgenaue 3D-Modelle rekonstruiert werden. Die Drohne ist zu einem effektiven geodätischen Messinstrument geworden. Sie ersetzt dabei nur in geringem Umfang bestehende Technologien, sondern ermöglichen vielmehr ganz viele neue Anwendungen und Möglichkeiten.
Die Hersteller sehen sich einem international schnell wachsenden Markt gegenüber, der sich laufend wandelt. Es dominieren wirtschaftliche und technische Fragen, zum Beispiel ob man sich in einem Nutzersegment spezialisiert und insbesondere technisch anspruchsvolle B2B Lösungen entwickelt oder eher universelle Plattformen. Zugleich diversifiziert sich der Markt. So sind frei fliegende und kabelgebundene Drohnen aktuell Gegenstand der Diskussionen. Letztere haben zum Beispiel den Vorteil, dass die Drohne über das Kabel laufend mit Energie versorgt werden kann. Sie kann auch nicht unkontrolliert wegfliegen oder sicher hoch aufgelöste Daten zur Erde senden. Nicht zuletzt spielt der aktuelle und weit wichtiger der zukünftige Regulierungsrahmen für kommerzielle Anwendungen eine große Rolle.

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Für welche Anwendungsfelder sind UAV im wissenschaftlich–technischen und industriellen Einsatz prädestiniert?

Im industriellen Kontext sind zuerst Anwendungen zu nennen, die in die Kategorien "Dirty, Dull and Dangerous" fallen, wie die Inspektion von Industrieanlagen und technischen Bauwerken aller Art. Hier können Drohnen preisgünstig und sicher gerichtsfeste und nachprüfbare Informationen auch in schwer zugänglichen oder für den Menschen gefährlichen Bereichen erfassen. Weiterhin zu nennen sind (Offshore) Windkraftanlagen, die regelmäßig auf Risse und sonstige Abweichungen überprüft werden müssen. Auch das monotone Abfliegen von Energieleitungen, derzeit von bemannten Helikoptern ausgeführt, kann künftig autonom von Drohnen übernommen werden.
Besonders spannend und neu ist die Möglichkeit, Anlagen während des laufenden Betriebs aus allen möglichen Perspektiven zu beobachten, zu vermessen und die (Ab)wärme der Bauteile zu bestimmen. Beispiele sind hier die Inspektion von Kraftwerken, Generatoren, Turbinen oder Abgasanlagen, die so aus sicherer Entfernung beobachtet werden können. Die Straßen- und Infrastrukturplanung, Objektvermessung, Bauwerksüberwachung oder Tagebaue sind weitere typische Anwendungsfelder. Die Landwirtschaft (Precision Farming) in den USA nutzt zunehmend Drohnen, um einen aktuellen Überblick über die Bestandssituation zu bekommen. Daraus resultierend sind angepasste Düngemaßnahmen oder spezifische Einsätze von Pflanzenschutzmitteln möglich.

In welchem Maße werden Drohnen für die Umweltforschung genutzt?

Für die Umweltforschung eröffnen sich völlig neue Perspektiven. Dies ist unter anderem darauf zurück zu führen, dass diese Fluggeräte preisgünstig Bilddaten und somit dreidimensionale Informationen mit Zentimetergenauigkeit liefern können oder auch andere Sensorinformationen aus der Vogelperspektive. Beispielsweise können damit hochgenaue digitale Geländemodelle von erdrutschgefährdeten Gebieten abgeleitet, 3D-Gebäudemodelle erstellt oder die Wuchshöhe von Getreidepflanzen ermittelt werden. Für landwirtschaftliche Fragestellungen werden multi- und hyperspektrale Sensoren verwendet, die zum Beispiel Rückschlüsse auf die Chlorophyllkonzentration, den Stickstoffgehalt und andere Inhaltsstoffe in Pflanzen oder Gewässern zulassen.
Es bieten sich auch neue Möglichkeiten Tiere in schwer zugänglichen Gebieten zu beobachten und zu zählen. So kann das Verhalten von Walen oder Vögeln mit Hilfe von Drohnen sehr gut und für die Tiere stressfrei beobachtet werden.
Durch mehrere Befliegungen können Veränderungen erkannt und somit Prozesse erfasst und beschrieben werden. Dies trägt wesentlich zum Verständnis der Umwelt bei. In der Landschaftsökologie und der Moorforschung werden Zeitreihenaufnahmen beispielsweise zur Untersuchungen über die Dynamik von Veränderungen von Pflanzengesellschaften und Ökosystemen genutzt. Auch Setzungen von Deponien wurden bisher nur punktuell erfasst. 
Neben bildbasierten Sensoren können Drohnen weitere Umweltsensoren tragen, die beispielsweise die Luftqualität messen oder den Aufstieg von Wetterballons in die Atmosphäre ersetzen können. Ebenfalls spannend ist die Messung von Verwirbelungen von Windkrafträdern, um zukünftig bessere Rotoren produzieren zu können. Auch die Messung tatsächlicher Konzentrationen an schädlichen Abgasen von Schiffen während der Fahrt ist möglich.

Wie soll die Technologie in Zukunft für den professionellen Markt weiter entwickelt werden? 

Die technische Entwicklung wird sowohl von der Neugier der Wissenschaftler als auch den Perspektiven und den Erwartungen der Wirtschaft getrieben. So wird intensiv an einer zunehmenden Autonomie der Fluggeräte gearbeitet, was die Hinderniserkennung durch neue Sensoren und das automatische Finden alternativer Routen erforderlich macht. Das erhöht die Sicherheit maßgeblich, da mehr als die Hälfte aller Abstürze direkt auf Pilotenfehler zurückzuführen sind. Andere technologische Herausforderungen sind die Entwicklung weiterer miniaturisierter Sensoren, wie Laserscanner, Radar oder auch hyperspektrale Sensoren für die Geowissenschaften.

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