Kanal und Dükerinspektion mit Tauchroboter / Sonar / Photogrammetrie im geflutetem Zustand
Einige Kanäle und Düker lassen sich nur im voll befüllten oder voll geflutetem Zustand inspizieren. Häufig ist ein Stilllegen zu kostspielig oder technisch zu aufwendig. Für Taucher kann diese Aufgabe aber sehr gefährlich sein, da ein plötzlicher Aufstieg in geschlossenen Rohren nicht möglich ist. Deshalb werden immer mehr Kanäle und Düker mit Tauchrobotern inspiziert.
Aufgaben einer Kanal- und Düker Inspektion
Bei den Inspektionen dieser Kanäle oder Rohrleitungen ist häufig das Hauptziel, eine Zustandsbewertung der Rohrleitung zu erhalten. Da diese Leitungen nicht einsehbar sind, und teils auch noch schwer zu erreichen, sind solche Inspektion und Zustandsbewertung mit Risiken verbunden. Besonders bei gefluteten Rohrleitungen stellt diese Aufgabe für Taucher ein erhebliches Risiko dar. Ebenso ist für Ingenieure und Bauwerksprüfer eine Beurteilung schwierig, wenn die Leitungen gefüllt sind. Die Hauptaufgabe ist also die Zustandserfassung einer Rohleitung, um weitere Maßnahmen planen zu können. Die Praxis zeigt, dass eine Reinigung vor der Zustandsermittlung wichtig ist, um ein genaueres Bild der Rohrwandung zu bekommen. Weiter gibt es unterschiedliche Möglichkeiten eine Inspektion durchzuführen, die auch unterschiedliche Ergebnisse liefert.
Düker und Kanalreinigung
Eine Düker- und Kanalreinigung ist meist der erste Schritt. Durch Ablagerungen und Algenbildung werden die zu inspizierenden Wandungen der Kanalleitung sonst zu stark bedeckt, dass für Bauwerksprüfer oder Ingenieure kaum eine Möglichkeit der Inspektion besteht. Bei der Reinigung gibt es unterschiedliche Verfahren.
Wasserhöchstdruck mit Düse (Hochdruckspülung)
Heißwasserspülung
Schwallspülung
Vakuumsauger u.s.w
Fachgerechte Entsorgung
Die Entsorgung der durch die Reinigung entstandenen Abfälle ist zum Schutze der Umwelt ein wichtiger Teil der Kanalreinigung. Da die Stoffe zum Teil spezielle Biologische Organismen enthalten, sowie andere Ablagerungen die von uns Menschen verursacht wurden, ist eine Fachgerechte Entsorgung dieser Mischung was für Fachbetriebe.
Sicherheit
Ein Einstieg, begehen oder Eintauchen in ein Kanal- oder Rohrsystem ist immer mit gewissen Risiken verbunden. Deshalb gibt es berufsgenossenschaftliche Richtlinien, die unbedingt beachtet werden sollten. (Beispiel: BGR 126 „Arbeiten in umschlossenen Räumen abwassertechnischer Anlagen.“)
Unterschiedliche Verfahren und Geräte der Kanalinspektion
Nach erfolgreicher Reinigung beginnt die Inspektion. Je nach Gegebenheit wird nun von Fachleuten der Zustand der Leitung beurteilt. Dabei werden etwaige Schäden Dokumentiert und nach evtl. Lösungen zur Reparatur gesucht. Was sich jetzt so einfach anhört, ist jedoch die schwierigste Aufgabe einer Kanalinspektion. Denn zum Beispiel bei geflutete Leitungen und Kanäle können nur schlecht von einem Bautechnische Gutachter inspiziert werden, hinzukommt, dass die Sichtverhältnisse im jeweiligen Gewässer zum Beispiel durch Trübung die Aufgabe erheblich erschweren können.
Etabliert haben sich je nach Zustand des Dükers folgende Möglichkeiten einer Inspektion:
Zustand leeres Rohr -> Im leeren Zustand besteht unter Berücksichtigung der Sicherheitsvorschriften und Durchmessers der Rohrleitung die Möglichkeit der Begehung, Fotodokumentation, Vermessung, LiDAR Aufnahme, Reparatur usw. Der leere Zustand ist die optimale Ausgangsbasis für alle unterschiedlichen Inspektionsmöglichkeiten.
Zustand halbvolles Rohr -> Bei der Inspektion eines halbvollen Kanals oder Dükers treten einige Herausforderungen auf. Der Hauptunterschied zur Inspektion im leeren Zustand ist, das aufgrund der Flüssigkeit die Technik sowie Menschen eingeschränkt werden. Somit erhöht sich auch das Risiko besonders für Menschen.
Zustand gefülltes Rohr-> Im gefluteten Zustand ist eine Inspektion schwierig und gefährlich. Ebenso stehen nicht alle Möglichkeiten für die Inspektion zur Verfügung. Weitere Kriterien wie Strömung und Trübung im Wasser machen eine Inspektion immer schwieriger. Deshalb werden gefüllte Kanäle und Rohrleitungen heute mit einem Tauchroboter inspiziert. Dieser bietet die Möglichkeit mittig im Rohr durch zu tauchen und Bilder live an die Oberfläche zu senden. Weiter gibt es Rohr Kamerawagen. Diese fahren in der Sole der Leitung entlang und machen Aufnahmen. Abschließend lässt sich sagen, dass diese Geräte zwar keinen Taucher ersetzen können, jedoch das Risiko für Menschen wesentlich reduzieren und für die erste Einschätzung eine hervorragende Alternative sind.
Gefahren und Herausforderungen einer Kanalinspektion
Gefahren bestehen immer und sollten nicht unterschätzt werden. Deshalb ist eine Einhaltung der UVV gemäß den Bestimmungen unbedingt einzuhalten. Besonders die Gefahren für Menschen beim betreten oder dem tauchen in einer Kanalleitung werden heute dank moderner Technik wie Tauchroboter oder Kamerawagen erheblich reduziert. Für halb gefüllte Kanäle werden auch schon moderne Drohnen eingesetzt, um das Risiko für Menschen zu reduzieren.
Die Herausforderung besteht also nicht nur darin, eine Inspektion durchzuführen, sondern eine Inspektion ohne Gefährdung von Menschenleben. Je nach Umstand, in der eine Inspektion einer Kanal- oder Dükerleitung erfolgen soll, gibt es unterschiedliche Herausforderungen.
Ergebnisse und Daten einer Kanalinspektion
Im Idealfall werden die Ergebnisse so hochauflösend, dass dank Laserscanner und Photogrammetrie eine anschließende Betrachtung und oder ein Monitoring möglich ist. Häufig ist von einem digitalen Zwilling die Rede. Dieser bietet allen die Möglichkeit anschließend auf einem Computer oder mit einer Datenbrille in 3D diese Leitung zu begehen und begutachten. Im Idealfall lassen sich auch im digitalen Zwilling Messungen und Zustandsbewertungen vom Material vornehmen.
Dank modernster Technik ist dieses Ergebnis auch bei gefüllten Rohrleitungen unter gewissen Umständen zu erreichen. Zu den Umständen gehören neben guten Sichtverhältnissen auch eine Strömungsfreie Umgebung.
Best Practice
Zur bestmöglich und bereits erprobten Methode einer Düker- oder Kanalinspektion gehört die tatsächliche visuelle Inspektion von Bautechnikern und Ingenieuren in der Leitung. Ebenso bildet die Kombination von LiDAR und Photogrammetrie die Möglichkeit, die Kanäle von Innen aufzunehmen und später als 3D Modell den Ingenieuren zur Verfügung steht. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass dies technisch möglich ist.
Bei gefüllten Leitungen ist das beste Ergebnis in relativ klarem Wasser mit einem in der Sohle fahrendem Kamerawagen oder mit einem Tauchroboter und Photogrammetrie Ausrüstung zu erreichen. Neben den teils extrem guten Ergebnissen ist ein weiterer Vorteil, dass keine Menschen gefährdet werden.
FAQ – Häufige Fragen
Was ist Photogrammetrie und LiDAR?
Fotogrammmetrie ist ein Verfahren zur Erzeugung von genauen 3D-Modellen oder Karten aus fotografischen Aufnahmen. Es kombiniert die Prinzipien der Fotografie und der Vermessung, um räumliche Informationen über Objekte oder Gelände zu erfassen. Dabei werden mehrere Fotos desselben Objekts aus verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen und anschließend mithilfe spezieller Software analysiert. Durch die Messung von gemeinsamen Punkten auf den Fotos können Abstände, Größen und Positionen der Objekte im Raum bestimmt werden, was zur Erstellung von präzisen 3D-Modellen führt. Diese Technik findet Anwendung in Bereichen wie Kartierung, Geodäsie, Architektur, Archäologie, Stadtplanung und sogar in der Filmproduktion für die Erstellung von visuellen Effekten.
LiDAR steht für „Light Detection and Ranging“ und ist eine fernerkundliche Technologie zur Messung von Entfernungen und zur Erzeugung von präzisen 3D-Karten oder -Modelle von Oberflächen. LiDAR-Systeme senden Laserimpulse aus und messen die Zeit, die benötigt wird, bis die vom Laserstrahl ausgesandten Lichtpulse von der Oberfläche eines Objekts reflektiert werden und zurückschicken. Durch die Messung der Laufzeit und der Intensität dieser reflektierten Pulse kann die Entfernung zu den Objekten berechnet werden.
Durch die Montage von LiDAR-Sensoren auf Fahrzeugen, Flugzeugen, Drohnen oder sogar Satelliten können große Gebiete schnell und präzise erfasst werden. Die gesammelten LiDAR-Daten können dann verwendet werden, um hochauflösende 3D-Karten zu erstellen, Geländemodelle zu generieren, Vegetationsanalysen durchzuführen, Gebäude zu kartieren, Verkehrswege zu planen und viele andere Anwendungen in Bereichen wie Geodäsie, Kartografie, Stadtplanung, Umweltüberwachung, Archäologie und autonomes Fahren zu unterstützen.
Was ist eine Kombination aus Photogrammetrie und LiDAR
Die Kombination von Photogrammetrie und LiDAR wird oft als „Laser-Scanning-Photogrammetrie“ oder „Photogrammetrie-LiDAR-Fusion“ bezeichnet. Diese Integration nutzt die jeweiligen Stärken beider Technologien, um präzisere und vollständigere 3D-Modelle von Objekten oder Gelände zu erstellen.
Im Rahmen dieser Kombination werden LiDAR-Daten verwendet, um genaue geometrische Informationen über die Oberfläche eines Objekts zu liefern, während die Photogrammetrie zusätzliche Farbinformationen und Details hinzufügt, die durch die LiDAR-Erfassung allein möglicherweise nicht erfasst werden. Dieser Ansatz ermöglicht eine verbesserte Erfassung von komplexen Strukturen, wie beispielsweise Gebäudefassaden oder Vegetation, die durch reine LiDAR-Daten möglicherweise unzureichend erfasst werden.
Durch die Fusion von Photogrammetrie und LiDAR können hochpräzise 3D-Modelle erzeugt werden, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden können, darunter Kartierung, Stadtplanung, Architektur, Umweltüberwachung, archäologische Dokumentation und vieles mehr. Diese integrierte Herangehensweise ermöglicht eine umfassendere und detailliertere Erfassung von Objekten und Gelände als jede Technologie allein.
Was ist ein digitaler Zwilling und welche Vorteile bietet er?
Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Repräsentation eines physischen Objekts, Prozesses oder Systems. Er wird mithilfe von Daten aus Sensoren, IoT-Geräten (Internet der Dinge), Maschinendaten, CAD-Modellen (Computer-Aided Design) und anderen Informationsquellen erstellt und aktualisiert. Der digitale Zwilling bildet das physische Objekt oder den Prozess in Echtzeit oder nahezu Echtzeit ab und ermöglicht es, seine Leistung, Verhalten und Zustand zu überwachen, zu analysieren und vorherzusagen.
Die Vorteile eines digitalen Zwillings sind vielfältig:
1. Besseres Verständnis: Ein digitaler Zwilling bietet eine detaillierte und ganzheitliche Sicht auf das physische Objekt oder den Prozess, was ein besseres Verständnis seiner Funktionsweise nicht nur für die Inspekteure ermöglicht.
2. Monitoring: Durch die kontinuierliche Erfassung und Analyse von Daten können Betreiber den Zustand des physischen Objekts oder Prozesses auch langfristig überwachen und bei Bedarf steuern oder optimieren.
3. Vorhersage von Problemen: Durch die Analyse von Daten können digitale Zwillinge dazu verwendet werden, potenzielle Probleme oder Ausfälle frühzeitig zu erkennen und entsprechende Maßnahmen zur Vorbeugung oder Behebung zu ergreifen.
4. Optimierung von Betriebsabläufen: Durch die Simulation verschiedener Szenarien und die Analyse von Daten können Betriebsabläufe optimiert werden, um Effizienz zu steigern, Kosten zu senken und Ressourcen besser zu nutzen.
5. Virtuelles Testen und Prototyping: Digitale Zwillinge ermöglichen es, neue Produkte, Systeme oder Prozesse virtuell zu testen und zu optimieren, bevor sie physisch gebaut oder implementiert werden, was Zeit und Kosten spart.
6. Predictive Maintenance (vorausschauende Wartung): Durch die kontinuierliche Überwachung und Analyse von Daten können digitale Zwillinge dazu beitragen, den Wartungsbedarf vorherzusagen und Wartungsaktivitäten zu planen, bevor ein Ausfall auftritt, was die Betriebszeit erhöht und die Wartungskosten senkt.
Insgesamt bieten digitale Zwillinge eine leistungsstarke Möglichkeit, die Effizienz, Produktivität, Sicherheit und Nachhaltigkeit von physischen Objekten und Prozessen zu verbessern.
Wie wird ein digitaler Zwilling von einem Kanal oder Düker erstellt?
Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Darstellung eines physischen Objekts, Systems oder Prozesses. Die Erstellung eines digitalen Zwillings erfordert mehrere Schritte und Technologien, die je nach Anwendung variieren können. Im Allgemeinen sind dazu mehrere Schritte notwendig.
1. Datenerfassung: Der erste Schritt besteht darin, Daten über das physische Objekt, das System oder den Prozess zu erfassen. Dies kann durch Sensoren, IoT-Geräte, Maschinendaten, LiDAR Geräte, Sonare und Multibeam, Fotoapparate und andere Quellen erfolgen. Die Art der erfassten Daten hängt von der Art des digitalen Zwillings ab und kann Informationen wie Zustand, Leistung, Temperatur, Position usw. umfassen.
Datenintegration und -verarbeitung: Die erfassten Daten müssen in einem zentralen System oder einer Plattform (Software) integriert werden, um verarbeitet und analysiert zu werden. Dies kann durch IoT-Plattformen, Datenbanken, Big-Data-Technologien oder spezielle Software für digitale Zwillinge erfolgen. Die Datenverarbeitung kann statistische Analysen, maschinelles Lernen oder andere Techniken umfassen, um Einblicke und Muster zu extrahieren.
2. Modellierung und Simulation: Basierend auf den erfassten Daten und Analysen wird ein digitales Modell des physischen Objekts oder Systems erstellt. Dieses Modell kann verschiedene Aspekte wie Geometrie, Physik, Verhalten, Interaktionen usw. umfassen. Die Modellierung kann durch CAD-Software, Simulationswerkzeuge oder spezielle Plattformen für digitale Zwillinge erfolgen.
3. Verknüpfung von Daten und Modell: Die Daten, die aus der realen Welt erfasst wurden, werden mit dem digitalen Modell verknüpft, um eine Echtzeit-Reflexion des physischen Objekts oder Systems zu erstellen. Diese Verknüpfung ermöglicht es, den Zustand und das Verhalten des digitalen Zwillings basierend auf den Echtzeitdaten anzupassen und zu aktualisieren.
4. Visualisierung und Interaktion: Der digitale Zwilling kann über benutzerfreundliche Schnittstellen visualisiert und interaktiv gemacht werden. Dies ermöglicht es Benutzern, den Zustand des physischen Objekts zu überwachen, Simulationen durchzuführen, Szenarien zu testen und Entscheidungen zu treffen.
Die Erstellung eines digitalen Zwillings erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Fachbereichen wie Ingenieurwesen, Informatik, Datenwissenschaft und Domänenexperten, um sicherzustellen, dass der digitale Zwilling genau die reale Welt abbildet und somit einen Mehrwert bietet.