Eine Drohne für die technische Diagnostik ist mehr als eine „fliegende Kamera“. Sie ist eine mobile Messplattform, mit der sich in kurzer Zeit visuelle, thermische und räumliche Informationen über große oder schwer zugängliche Objekte erfassen lassen.
Je nach Aufgabe nutzen wir Aufnahmen im sichtbaren Spektrum, Thermografie, präzise RTK-Positionierung, Entfernungsmessungen und photogrammetrische Verfahren. Diese Kombination kann dabei helfen, thermische Auffälligkeiten zu erkennen, Sichtprüfungen und Baufortschritte zu dokumentieren, beobachtete Bauteile zu lokalisieren, geometrische Messungen vorzunehmen und räumliche Modelle eines Objekts zu erstellen.
Die Drohne selbst ist dabei nicht das Wichtigste. Entscheidend ist die Verbindung einer geeigneten Methode der Datenerfassung mit sorgfältiger Verarbeitung und fachkundiger Interpretation.
Was ändert sich durch den Einsatz einer Drohne?
Eine herkömmliche Inspektion vom Boden aus ist sehr wirksam, wenn die prüfende Person direkten Zugang zum Bauteil hat. Schwieriger wird die Aufgabe, wenn Höhe und Fläche zunehmen, der Zugang eingeschränkt ist oder sehr viele Komponenten untersucht werden müssen.
Eine Flugplattform verändert Maßstab und Vorgehensweise der Datenerfassung. Die Position, Flughöhe und Blickrichtung lassen sich schnell anpassen, größere Flächen können erfasst und identifizierte Stellen erneut angeflogen werden. Bei vielen Einsätzen sinkt dadurch der Bedarf an Hubarbeitsbühnen, Gerüsten und Arbeiten in der Höhe.
Eine Drohne ersetzt keine Prüfung aus kurzer Distanz. Sie kann jedoch große Flächen effizient erfassen, auffällige Stellen eingrenzen und Material für weitere Diagnostik, Dokumentation oder Messungen liefern.
Das folgende Beispiel verbindet Wärmebilder, Aufnahmen im sichtbaren Spektrum und ein räumliches Modell einer Photovoltaikanlage.
Beispiel für die Verbindung von Wärmebild, sichtbarer Aufnahme und räumlichem Modell einer Photovoltaikanlage.
Eine Plattform, mehrere Arten von Daten
TERMOCENT setzt unter anderem eine DJI Matrice 4T ein. Aus messtechnischer Sicht liegt ihr Nutzen in der Kombination mehrerer Technologien: Kameras für das sichtbare Spektrum mit unterschiedlichen Blickwinkeln, eine radiometrische Wärmebildkamera, präzise RTK-Positionierung, ein Laser-Entfernungsmesser, Systeme zur Erfassung der Umgebungsbedingungen und Software für die photogrammetrische Rekonstruktion in 2D und 3D.
| Komponente | Wichtige technische Daten |
|---|---|
| Weitwinkelkamera | 48 MP, äquivalente Brennweite 24 mm, Sichtfeld 82°, f/1,7 |
| Mittlere Telekamera | 48 MP, äquivalente Brennweite 70 mm, Sichtfeld 35°, f/2,8 |
| Telekamera | 48 MP, äquivalente Brennweite 168 mm, Sichtfeld 15°, f/2,8 |
| Wärmebildkamera | 640 × 512 px, 30 Hz, Spektralbereich 8–14 µm, DFOV 45°, radiometrisches 16-Bit-R-JPEG; Super-Resolution-Modus 1280 × 1024 |
| RTK-Positionierung | Genauigkeit bei fixierter RTK-Lösung: horizontal 1 cm + 1 ppm und vertikal 1,5 cm + 1 ppm |
| Laser-Entfernungsmesser | Messbereich bis 1.800 m unter den vom Hersteller angegebenen Bedingungen |
Sichtprüfungen und Dokumentation des Baufortschritts
Nicht jede Inspektion erfordert Thermografie. Kameras für das sichtbare Spektrum können verwendet werden, um schwer zugängliche Bauteile zu prüfen, ihren Zustand zu dokumentieren, Details aus sicherer Entfernung zu betrachten und zu verschiedenen Zeitpunkten vergleichbares Material zu erstellen.
Mögliche Anwendungen sind die Dokumentation des Baufortschritts, die Kontrolle ausgewählter Arbeiten, die Unterstützung von Abnahmen, die Erfassung von Dächern und Fassaden, die Beurteilung des baulichen Zustands, die Beobachtung von Korrosion oder mechanischen Schäden sowie die Dokumentation von Veränderungen eines Objekts im Zeitverlauf.
Werden Flüge nach einem einheitlichen Schema wiederholt, lässt sich das Material aus verschiedenen Zeitpunkten vergleichen. So entsteht mehr als ein einzelnes Luftbild: eine geordnete Dokumentation der Projektentwicklung oder der Veränderung des technischen Zustands.
Photogrammetrie, RTK und Geometrie: von Fotos zu räumlichen Daten
Die Photogrammetrie spielt bei Vermessungs- und Bestandsaufgaben eine zentrale Rolle. Aus einer entsprechend aufgenommenen Bildserie werden Form und Position von Objekten rekonstruiert. Die RTK-Positionierung verbessert die den Bildern zugeordneten Positionsinformationen; bei der anschließenden Verarbeitung entsteht ein räumliches Modell.
Die Bilder sind dann mehr als eine visuelle Dokumentation. Sie bilden eine Umgebung, in der sich die Lage von Komponenten analysieren, Entfernungen und Höhenunterschiede messen, Neigungen bestimmen und ausgewählte Punkte nach dem Flug erneut aufrufen lassen.
In diesem Bereich treffen Verfahren aus Vermessung und technischer Diagnostik zusammen: Photogrammetrie, präzise GNSS-/RTK-Positionierung, 3D-Rekonstruktion, geometrische Messungen und bei Bedarf Thermografie.
Vom Flug unter vier Minuten zum 3D-Modell
Bei einem beispielhaften photogrammetrischen Flug dauerte die Aufnahme eines Gebäudes, seiner Umgebung und eines Carports weniger als vier Minuten. Nach dem Flug wurden die Bilder in DJI Terra verarbeitet.
Derselbe Datensatz kann in mehreren Formen dargestellt werden. Jede hebt einen anderen Aspekt des Modells hervor und unterstützt eine andere Aufgabenstellung.
3D-Mesh — eine geometrische Oberfläche, die mit visuellen Informationen belegt ist. Sie ermöglicht die räumliche Ansicht des Objekts und die Analyse der relativen Lage seiner Bestandteile.
Gaussian Splatting — eine fotorealistische Darstellung desselben Bereichs, die besonders bei komplexer Geometrie und Vegetation anschaulich ist.
Punktwolke — eine photogrammetrische Punktwolke desselben Bereichs, die sich für geometrische Analysen und räumliche Bestandsaufnahmen eignet.
Ein 3D-Modell als Mess- und Dokumentationsgrundlage
Mit einem räumlichen Modell kann der Inspektionsbereich nach dem Flug erneut betrachtet werden. Es dokumentiert den vorhandenen Zustand, unterstützt die Planung weiterer Untersuchungen, ermöglicht Messungen an schwer zugänglichen Komponenten und schafft eine Grundlage für den Vergleich späterer Zustände.
- Bestandsaufnahmen von Objekten, Anlagen und Geländeelementen,
- Kontrolle und Dokumentation des Baufortschritts,
- Messung von Entfernungen, Höhenunterschieden und Neigungen,
- Lokalisierung beobachteter Schäden und relevanter Bereiche,
- räumliche Dokumentation für spätere Analysen,
- Vergleich von Veränderungen eines Objekts im Zeitverlauf.
Thermografie als eine Informationsebene
Die Thermografie ist ein wichtiger Teil unserer Möglichkeiten. Sie ist besonders dann nützlich, wenn die Temperatur oder die Verteilung der Infrarotstrahlung darauf hinweisen kann, dass sich ein Bauteil anders als seine Umgebung verhält.
Radiometrische Thermogramme lassen sich nach der Aufnahme analysieren. Messpunkte und Messflächen können ausgewählt und Temperaturwerte verglichen werden. Das Ergebnis ist daher mehr als ein farbiges Bild: Es handelt sich um Messmaterial, das richtig konfiguriert und fachkundig interpretiert werden muss.
Photovoltaik: sichtbare Aufnahmen und Wärmebilder verbinden
Photovoltaikanlagen zeigen deutlich, warum verschiedene Beobachtungsmethoden miteinander kombiniert werden sollten. Viele Unregelmäßigkeiten sind auf Aufnahmen im sichtbaren Spektrum nicht oder nur schwer zu erkennen. Im Infrarotbild kann der Unterschied dagegen deutlich werden.
Links die Aufnahme im sichtbaren Spektrum: Ist der Fehler erkennbar? Rechts das Wärmebild desselben Bereichs.
Durch den Vergleich beider Bilder lässt sich ein ungewöhnliches thermisches Muster erkennen und anschließend einer bestimmten Komponente im sichtbaren Bild zuordnen. Das ist besonders bei großen Anlagen wichtig, auf denen Dutzende oder Hunderte Module aus der Luft sehr ähnlich aussehen.
Praxisbeispiel: lokale thermische Auffälligkeit in einem PV-Modul
Bei der Inspektion einer Photovoltaikanlage zeigte ein Modul ein thermisches Muster, das sich deutlich von den benachbarten Komponenten unterschied. Die Referenzpunkte auf normal arbeitenden Bereichen der Anlage lagen bei etwa 38–40 °C; im auffälligen Bereich wurde ein Höchstwert von 60,7 °C erfasst.
Innerhalb der auf das betroffene Modul begrenzten Fläche SQ2 betrug die mittlere Temperatur etwa 41,1 °C. Der Unterschied von mehr als 20 °C gegenüber benachbarten Bereichen war der Anlass, das Modul einer detaillierten Prüfung zuzuführen.
Im Inspektionsbericht wurde eine mit Rissen im Modul zusammenhängende Beschädigung als wahrscheinliche Ursache der erhöhten Temperatur genannt und der Austausch als Abhilfemaßnahme empfohlen. Dies war die Schlussfolgerung für diesen konkreten Fall. Eine erhöhte Temperatur allein bestätigt nicht automatisch eine bestimmte Schadensart.
Abbildung 6. Thermogramm des untersuchten Anlagenbereichs. Die Fläche SQ2 umfasst das Modul mit deutlich erhöhter Temperatur.
Von der Fehlererkennung zur genauen Lokalisierung
Bei einer großen Anlage hat die Aussage, dass sich „irgendwo auf dem Carport eine Auffälligkeit befindet“, nur begrenzten praktischen Nutzen. Das Serviceteam muss außerdem wissen, um welche Komponente es sich handelt und wie es diese wiederfindet.
Ein räumliches Modell kann die Position des Fehlers zu erkennbaren Kanten und Konstruktionselementen in Beziehung setzen. Für eine ausgewählte Linie lassen sich vier geometrische Werte bestimmen: räumliche Distanz, horizontale Distanz, Höhenunterschied und Neigungswinkel.
- Straight Distance — die tatsächliche Länge der Linie im dreidimensionalen Raum,
- Horizontal Distance — die Entfernung in der horizontalen Projektion,
- Vertical Distance — der Höhenunterschied zwischen den Punkten,
- Slope — der Winkel der ausgewählten Linie.
Bei dieser Inspektion wurden thermische Daten mit räumlicher Dokumentation und Aufnahmen im sichtbaren Spektrum verbunden. Dadurch ließen sich die betroffenen Module innerhalb der gesamten Konstruktion kennzeichnen und in Bezug auf erkennbare Punkte am Objekt lokalisieren.
Im Beispiel enthält der Lokalisierungsbericht räumliche Entfernungen zum relevanten Punkt. Das Wartungsteam muss die gesamte Anlage somit nicht erneut absuchen, sondern erhält Informationen, die den direkten Zugang zum identifizierten Modul unterstützen.
Fehlerlokalisierung mithilfe geometrischer Messungen: räumliche, horizontale und vertikale Distanz sowie Neigungswinkel.
Neben den Messwerten beschreibt der Bericht die Position, bewertet die wahrscheinliche Ursache und empfiehlt den nächsten Schritt. Die Flugdokumentation ist damit nicht nur für Thermografen nützlich, sondern auch für Wartungsteams, Anlagenverantwortliche und Serviceunternehmen.
Wo lässt sich dieses Vorgehen noch einsetzen?
Sichtbare Aufnahmen, Thermografie und räumliche Daten können bei vielen unterschiedlichen Aufgaben miteinander verbunden werden. Die Liste ist nicht abschließend, denn das konkrete technische Problem des Auftraggebers bestimmt, welche Methoden sinnvoll sind.
- Dächer von Industrie-, Lager- und Gewerbegebäuden,
- Fassaden hoher oder schwer zugänglicher Gebäude,
- Photovoltaikanlagen und Energieinfrastruktur,
- Rohrleitungen, Behälter, Prozessanlagen und hoch gelegene Geräte,
- Stahlkonstruktionen und Bauteile, die einer Sichtprüfung bedürfen,
- räumliche Bestandsaufnahmen von Objekten und Anlagen,
- Dokumentation des Baufortschritts,
- Lokalisierung und Vermessung relevanter Bereiche,
- regelmäßige Zustandsdokumentation und Vergleich von Veränderungen im Zeitverlauf.
Dächer und Fassaden
Mit einer Drohne lassen sich Dächer und Fassaden aus einer Perspektive betrachten, die vom Boden aus nur schwer oder gar nicht erreichbar ist. Je nach Zweck können wir visuelle, thermische oder photogrammetrische Unterlagen erfassen und Bereiche kennzeichnen, die weiter untersucht werden sollten.
Bei der thermischen Gebäudediagnostik ist die Beobachtung der Fassade von außen jedoch nur ein Teil einer vollständigen Untersuchung.
Eine umfassende Diagnostik kann zusätzlich eine Prüfung von innen bei geeigneten Temperaturbedingungen erfordern. Der notwendige Umfang hängt von der Konstruktion, dem beobachteten Problem und dem Zweck der Untersuchung ab.
Industrieanlagen und schwer zugängliche Objekte
Die Temperatur kann in Industrieanlagen ein wertvoller Diagnoseparameter sein. Herkömmliche Sichtbeobachtungen und die Geometrie des Objekts können jedoch ebenso wichtig sein. Dieselbe Plattform kann daher dabei helfen, ungewöhnliche Temperaturverteilungen zu erkennen, Korrosion und Schäden zu dokumentieren, den baulichen Zustand zu kontrollieren, unzugängliche Komponenten zu prüfen und deren Lage und Abmessungen zu erfassen.
In der Praxis beginnen die interessantesten Aufgaben häufig mit einem technischen Problem, das ein Auftraggeber erstmals an uns heranträgt. Wir wählen die Methode passend zur Fragestellung — nicht umgekehrt.
Warum kann nicht jede Inspektion sofort durchgeführt werden?
Die Wirksamkeit einer Inspektion hängt von ihrem Ziel und den Bedingungen ab. Thermografische Untersuchungen werden unter anderem von Sonneneinstrahlung, Wind, Umgebungstemperatur, Anlagenlast, Oberflächeneigenschaften und Beobachtungsgeometrie beeinflusst. Bei der Photogrammetrie kommt es auf die Flugplanung, Bildüberdeckung, Sichtbarkeit der Komponente und Qualität der Positionierung an.
Zusätzlich müssen sichere Flugbedingungen, Luftraumbeschränkungen und die Eigenschaften des Objekts berücksichtigt werden. Deshalb klären wir zuerst, was erkannt, gemessen oder dokumentiert werden soll. Erst danach wählen wir die Methode der Datenerfassung.
Die Kamera erfasst Strahlung, der Fachmann interpretiert das Ergebnis
Eine Wärmebildkamera „sieht“ die Temperatur nicht unmittelbar. Ihr Detektor erfasst die Infrarotstrahlung, die auf die Kamera trifft — beim hier verwendeten System im Bereich von 8–14 µm. Aus dem erfassten Signal und den eingegebenen Messparametern wird anschließend ein Temperaturwert berechnet.
Ein farbiges Thermogramm ist für sich genommen noch keine Diagnose. Ergebnis und Interpretation werden durch den Emissionsgrad der Oberfläche, reflektierte Strahlung, atmosphärische Bedingungen, Entfernung, Beobachtungsgeometrie und Betriebszustand der Komponente beeinflusst.
Die Aufgabe der Fachperson besteht darin, Beobachtung und technische Schlussfolgerung voneinander zu trennen. Aus dem Bericht sollte hervorgehen, was erfasst wurde, welche Werte gemessen wurden, welche Interpretation als wahrscheinlich gilt und ob eine Bestätigung mit einem anderen Verfahren empfohlen wird.
Drohneninspektion mit herkömmlichen Messungen verbinden
Der größte Nutzen entsteht durch die Kombination verschiedener Methoden, nicht durch den Einsatz nur eines Werkzeugs. Eine Drohne kann eine große Fläche erfassen und einen relevanten Punkt erkennen oder lokalisieren. Wenn das Objekt es zulässt, kann anschließend eine Diagnose aus kurzer Distanz, eine Messung mit einem anderen Instrument oder eine Serviceprüfung erfolgen.
- PHASE 1 — Inspektion aus der Luft: Erfassung sichtbarer Aufnahmen, thermischer Daten oder photogrammetrischen Materials,
- PHASE 2 — Lokalisierung: Zuordnung der Beobachtung zu einer bestimmten Komponente und Bestimmung ihrer Position,
- PHASE 3 — lokale Messung oder Überprüfung: Untersuchung aus kurzer Distanz, zusätzliche Messung oder Serviceprüfung,
- PHASE 4 — Analyse und Bericht: Zusammenführung von Beobachtungen, Messwerten, Geometrie und Schlussfolgerungen.
Was sollte der Bericht leisten?
Der Bericht sollte die Daten so ordnen, dass die für das Objekt verantwortliche Person eine fundierte technische Entscheidung treffen kann.
Je nach Umfang der Inspektion kann die Dokumentation Aufnahmen im sichtbaren Spektrum, radiometrische Thermogramme, Temperaturwerte, Modelle und geometrische Messungen, die Positionen identifizierter Bereiche, Beschreibungen der Beobachtungen, wahrscheinliche Ursachen sowie Empfehlungen für eine weitere Prüfung oder Reparatur enthalten.
Im hier vorgestellten Beispiel bezeichnet der Bericht eine konkrete PV-Komponente, zeigt Temperaturwerte, erläutert die wahrscheinliche Ursache und empfiehlt eine Maßnahme. Damit werden die Flugdaten zur Grundlage für nachfolgende Wartungs-, Investitions- oder Serviceentscheidungen.
Abbildung 8. Beispielhafter Berichtsauszug: Thermogramm, charakteristische Werte, Lokalisierung, Beschreibung der wahrscheinlichen Ursache und Empfehlung.
Die wichtigsten Vorteile technischer Drohneninspektionen
- effiziente Datenerfassung auf großen und schwer zugänglichen Flächen,
- geringerer Bedarf an Arbeiten in der Höhe,
- Verbindung von Sichtprüfung, Thermografie und räumlichen Daten,
- Erstellung von 3D-Modellen, Punktwolken und photogrammetrischer Dokumentation,
- Lokalisierung beobachteter Auffälligkeiten und Schäden,
- geometrische Messung von Entfernungen, Höhenunterschieden und Neigungen,
- Dokumentation des Baufortschritts und des vorhandenen Zustands,
- wiederholbare Inspektionen und Vergleich von Veränderungen im Zeitverlauf,
- radiometrische Thermogramme zur späteren Auswertung,
- Identifizierung von Bereichen für eine weitere Diagnostik, ohne das gesamte Objekt erneut absuchen zu müssen.
Die Drohne ist ein Werkzeug. Entscheidend sind die Daten und ihre Nutzung.
Durch die Verbindung von Aufnahmen im sichtbaren Spektrum, Thermografie, präziser Positionierung und Photogrammetrie lässt sich ein Objekt gleichzeitig aus mehreren Perspektiven untersuchen. Eine Auffälligkeit kann erkannt, ihr sichtbares Erscheinungsbild geprüft, ihre Lage bestimmt, die umgebende Geometrie vermessen und eine digitale Dokumentation für spätere Vergleiche gesichert werden.
Der Nutzen der Inspektion ergibt sich nicht aus der Bezeichnung des eingesetzten Fluggeräts. Er entsteht durch eine fachgerechte Planung, hochwertige Datenerfassung, passende Verarbeitung und die Erfahrung, die erforderlich ist, um aus den Ergebnissen technisch verwertbare Informationen abzuleiten.
In diese Richtung entwickelt TERMOCENT seine diagnostischen Leistungen: vom einzelnen Foto oder Thermogramm hin zu integrierten Informationen über Zustand, Position und Geometrie des untersuchten Objekts.
Haben Sie ein Objekt, das vom Boden aus schwer zu prüfen ist?
Schildern Sie uns die technische Fragestellung. Wir schlagen einen Inspektionsumfang und eine Methode der Datenerfassung vor, die zum Objekt und zum Zweck der Untersuchung passen.
TERMOCENT
Tel. +48 530 105 398
E-Mail: biuro@termocent.pl
