Aktuelles Kartenmaterial ist eine unverzichtbare Arbeitsgrundlage, um Hafenanlagen und Schifffahrtswege in Schuss zu halten. Und auch mit Blick auf den Hochwasserschutz ist es wichtig, regelmäßig einen Blick unter die Wasseroberfläche zu werfen. Mit unbemannten Wasserdrohnen können an dieser Stelle Qualität und Quantität der Datenerhebung gesteigert werden, wie ein Pilotprojekt der Bezirksregierung Düsseldorf und des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) bestätigt hat.
Damit möglichst große Schiffe in einen Hafen einlaufen können, müssen nicht nur die Kaianlagen und Ladekräne dafür geeignet, auch die Fahrrinnen müssen tief genug sein. Um sicherzustellen, dass sich in Flussbetten keine gefährlichen Untiefen bilden oder die Schifffahrt auf andere Weise gefährdet wird, sind regelmäßig Messungen vorzunehmen. Und auch der Zustand von Uferböschung und Hafenanlagen ist ständig im Blick zu behalten. Doch die präzise Vermessung von Gewässern ist eine anspruchsvolle und kostenintensive Aufgabe, für die eine Vielzahl von Kartierungsschiffen und geschultem Personal benötigt wird. Unbemannte, automatisiert oder gar (teil-)autonom agierende USV (Uncrewed Surface Vessel) können hier eine umwelt- und ressourcenschonende Alternative zu traditionellen Methoden darstellen, wie ein gemeinsames Projekt der Bezirksregierung Düsseldorf und des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) gezeigt hat. Dabei wurde vollautomatisiert präzises Kartenmaterial von einem 6 Kilometer langen Abschnitt der Ruhr erstellt.
Optisch erinnert das 2 Meter lange und 80 Kilogramm schwere Boot an einen „handelsüblichen“ Katamaran ohne Mast. Das ist kein Zufall. Denn diese Bauweise führt zu einem besonders geringen Tiefgang, sodass das mit Hightech-Sensorik vollgestopfte USV auch in extrem flachen Gewässerabschnitten zum Einsatz kommen kann. Die empfindlichen Flachwasserzonen, die von traditionellen Vermessungsschiffen nicht erreicht werden können, müssen so nicht mehr von Menschen betreten werden, um mit manuellen Messlatten erkundet zu werden. Die ökologische Belastung bleibt dadurch minimal.
Während des Einsatzes kartiert die am Fraunhofer IOSB entwickelte Drohne gleichzeitig das Höhenprofil über und unter der Wasseroberfläche. Möglich macht dies eine Kombination aus Sonar- und optischen Sensoren, die auf dem Tragdeck und an den Rümpfen montiert sind. In einem einzigen Durchgang werden damit sowohl die Gewässersohle als auch die Uferzonen erfasst und es lassen sich nicht nur wichtige Erkenntnisse zum Zustand des Flussbetts, sondern auch von Bauwerken wie Brücken oder Anlegern gewinnen. Beispielsweise können zu einem frühen Zeitpunkt erste Anzeichen von Kolkbildungen an Bauwerken erkannt werden. Dabei handelt es sich um mit Wasser gefüllte Vertiefungen, die durch Strömungswirbel entstehen und die Bausubstanz beeinträchtigen können. Neben der Sensorik zur Datenerhebung verfügt die Wasserdrohnen zudem über eine ausgeklügelte Technik zur automatisierten Navigation und autonomen Hindernisvermeidung.
Ziel des gemeinsamen Pilotprojekts von Bezirksregierung Düsseldorf und Fraunhofer IOSB war es, die per Drohne gewonnenen Ergebnisse mit den durch etablierte Verfahren erhobenen Daten abzugleichen. Außerdem war es die Feuertaufe des UAS unter realen Bedingungen. Denn zuvor war das System ausschließlich im Rahmen des internen Forschungsprojekts TAPS (Teilautomatisches Peilsystem für Flüsse und Seen) konzipiert und getestet worden. „Mit der Idee, Gewässer mittels einer leichtgewichtigen, unbemannten Plattform möglichst vollautomatisch zu vermessen, haben wir bewusst Neuland betreten. Wir freuen uns sehr, dass sich dieser Ansatz hier auch aus Anwendersicht ausgezahlt hat“, erklärt Projektleiter Dr. Janko Petereit.
Die Forschenden des Fraunhofer-Instituts hoffen nun auf weitere Projekte mit herausfordernden Anwendungsszenarien für ihre Drohne. Damit die neue Technologie ihren Nutzen langfristig in größerem Maßstab entfalten kann, werden letztlich aber auch Unternehmenspartner benötigt. „Für das eigentliche Ziel sind wir als Forschungsinstitut auf Partner angewiesen“, weiß Dr. Janko Petereit. Nur so wird es letztlich möglich sein, die neue Technologie am Markt zu etablieren und sie im Dienste der Gewässerunterhaltung und des sicheren Schifffahrtswesens einzusetzen.
> Dieser Beitrag entstand in Kooperation mit Drones, dem Magazin für die Drone-Economy. www.drones-magazin.de
