Erschienen am: 14.04.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN Hannover Messe 2017

Drohne mit Laserscanner für Inspektion und Kartierung

Pinguine zählen

Je dunkler das Objekt, desto schwieriger wird seine Erfassung mit der Entfernung. Doch Pinguine in der Antarktis dürfen ihren schwarzen Frack anbehalten, wenn eine Drohne über ihnen schwebt und ein Laserscanner sie erfasst. Für Wissenschaftler, die Pinguinkolonien kartieren und zählen, um so Informationen über die Auswirkung des globalen Klimawandels zu erlangen, ist die Kombination von Laserscanner und Flugrobotik eine höchst willkommene neue Technologie.


Der an die Drohne gekoppelte Lasermessscanner LD-MRS weist trotz seiner leichten Bauform einen Arbeitsbereich von 300m auf. Sogar bei schwarzen Objekten (10 Prozent Remission) beträgt die Reichweite noch 50m, d.h. auch wenn der Pinguin der Drohne seinen schwarz befrackten Rücken zukehrt, wird er vom Scanner registriert. Der 3D-Lidarsensor erfasst die Umgebung lückenlos und verringert, dank des integrierten Objekt-Trackings, die Zähldauer der Tiere auf der großen Populationsfläche von mehreren Wochen auf wenige Stunden. Doch nicht nur die Wissenschaft ist an den vielfältigen Applikationsmöglichkeiten interessiert. Die meisten Mess- und Überwachungsaufgaben, die bisher den teuren Einsatz von Hubschraubern verlangten, kann die kostengünstigere UAV-Technik (Unmanned Aerial Vehicle) problemlos übernehmen. Pipelines, Stromtrassen, aber auch Windkraftparks, die im Zuge der Energiewende entstehen, lassen sich ebenso damit überwachen und warten. In der Forstwirtschaft kann z.B. die Überprüfung des Baumbestandes in Bezug auf Höhe, Abstände, Anzahl und Diversifikation durch die große Reichweite und hohe Auflösung der Geräte mit geringem Aufwand durchgeführt werden. Präzises 3D-Mapping zur Inventur von Schüttgut auf Kohle-, Erz- und Müllhalden wird genauso vereinfacht wie die Vermessung und Kartierung von Flüssen, Kanälen und Küstenabschnitten. In Kombination mit einer Multispektralkamera sammeln die intelligenten Messsensoren an Bord von UAVs alle notwendigen Daten, um etwa auf Bananenplantagen die Biomasse und den Düngerbedarf zu ermitteln.

Laserscanner mit Multi-Echotechnologie

Ursprünglich für den Automotive-Markt entwickelt, wurde der Mehrlagen-Laserscanner LD MRS zunächst für den industriellen Markt aufgerüstet. "Die rauen Umgebungen in Häfen und im Tagebau waren optimale Einsatzgebiete, da der Laserscanner mit seiner Multi-Echotechnologie zuverlässig auch durch Staub und Regen scannen konnte. Aufgrund steigender Nachfrage aus dem Markt für Drohneneinsätze starteten wir die Weiterentwicklung zunächst mit dem Fokus auf die Software", erläutert Sandra Wienbeck, Produktmanagerin Identification&Measuring bei der Sick AG. In Zusammenarbeit mit dem Robotics Innovation Center des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) wurde für den Scanner ein ROS-Treiber (Robot Operating System) erstellt, der eine einfache Integration des Scanners in Robotikapplikationen ermöglicht.

Drastische Gewichtsreduzierung

Für die spezielle Verwendung in einem UAV besteht die Herausforderung jedoch in der drastischen Gewichtsreduzierung des Scanners. Deshalb wurde die Hardware des Gerätes unter Evaluierung geeigneter Materialen weiter optimiert, wobei die Robustheit eines Industrieproduktes beibehalten werden konnte. Mit einem Gewicht von aktuell 770g und der IP69K ist der LD-MRS zum einen der leichteste Scanner mit der höchsten Reichweite auf dem Markt, zum anderen ist er so robust, dass er, wie Sandra Wienbeck ausführt, "auch nach dem Sturz in einen Sumpf seine Funktionstüchtigkeit beibehält." Im Flugbetrieb erzeugt eine Drohne erhebliche Vibrationen, die zu Messstörungen an einem integrierten Scanner führen können. "Es gelang uns, die riskanten Resonanzen mithilfe von Simulationen und Daten aus verschiedensten Applikationen auszuschließen. Obwohl es sich um ein Industrieprodukt handelt, waren uns bei der Entwicklung auch Design und Anmutung wichtig. Angelehnt an die Prinzipien der Aerodynamik haben wir durch zahlreiche Anpassungen eine Punktlandung auf der Grenze zwischen Stabilität und Leichtigkeit erzielt", berichtet Sandra Wienbeck. Der erfolgreiche Einsatz bei den Pinguinen der Antarktis zeigt, dass sich dieser Aufwand gelohnt hat.