UAV Zustandsermittlung „Schiefer Turm“

7. November 2014
UAV structural monitoring

Zustandsermittlung und Monitoring historischer Bauwerke
mit Unbemannten Flugsystemen (UAS). Historische Bauwerke sind verschiedensten Umwelteinflüssen und Schädigungs­mechanismen ausgesetzt und erfordern eine sorgfältige Überwachung, um Erhaltungs­maßnahmen sinnvoll planen zu können.

Die Inspektion historischer Bauwerke ist technisch, logistisch und personell sehr aufwendig und insbesondere schwer zugängliche Bauwerke bzw. Bauwerksteile erfordern im Allgemeinen den Einsatz spezieller Großgeräte, Gerüste und speziell geschulten Personals. Für derartige Inspektionsaufgaben werden im Rahmen eines Forschungsprojektes unbemannte Flugsysteme (UAS) wie der AscTec Falcon 8 erprobt.

Kleine elektrisch betriebene high-end Multirotor-Fluggeräte, die mit hochwertiger Kameratechnik ausgestattet sind, bieten ein enormes Einsatzpotential in der Zustandsermittlung und dem Monitoring von Bauwerken. Neben der visuellen Bauwerksinspektion zur Schadens­detektierung können solche Flugsysteme auch zur Erstellung drei­dimensionaler Bauwerksmodelle und für Vermessungsaufgaben im Bauwesen (photogrammetrische Auswertung) genutzt werden.


Fallbeispiel – UAV Zustandsermittlung: Aufnahme, Vermessung und 3D-Modellierung der Oberkirche von Bad Frankenhausen – „Schiefer Turm“ in 60 Minuten.

Datenrepräsentationen:
1a    Dünne Punktwolke (7 Mio.)
1b    Dichte Punktwolke (310 Mio.)
1c    Polygonnetz (62 Mio.)
1d    Schattiertes Relief; Ausschnitt der dichten Punktwolke

Orthophotomosaike:
2a    Südseite
2b    Ostseite
2c    Nordseite
2d    Westseite
2e    Von oben

Digitales Höhenmodell (DEM):
3    Absolute Orientierung, 14 Passpunkte (Nord, Ost)

3D-Modell:
4    3D gedrucktes 3D-Modell.

Flugsystem:
Typ: V-Form Oktokopter „AscTec Falcon 8“
Flugzeit: 12–22 Min.
Geschwindigkeit: bis 16 m/s
Windstabilität: bis 12 m/s (im GPS-Modus)
Kamerahalterung: aktiv stabilisierend

Kamera:
Typ: Sony Alpha 7R – Spiegellose Systemkamera (DSLM)
Sensor: CMOS Vollformat (36 × 24 mm)
Auflösung: 7360 × 4912 Pixel (36,4 MP)
Pixelgröße: 4,89 × 4,89 μm
Brennweite: 35 mm
Kalibrierung: Ohne, konstant

Quantitative Auswertung:
Bildanzahl: 524
Sichtbarkeit: > 9 Bilder
Brennweite: 36,4 mm
Verzeichnung: < 87 pix
Flugabstand: ∅ 11,5 m
Bildauflösung: 1,34 mm/pix
3D-Auflösung: 2,68 mm/pix
Bildfehler: ∅ 0,51 pix
Passpunktfehler: ∅ 2,66 mm

Projekt-Infoblatt: http://www.asctec.de/downloads/public/AscTec_Infoblatt_denkmal-Leipzig-2014_WEB.pdf


Kooperationspartner:

Forschungseinrichtung (Bauingenieurwesen)
Bauhaus-Universität Weimar
Professur Modellierung und Simulation – Konstruktion    Prof. Dr. Guido Morgenthal
Marienstraße 13, 99423 Weimar    +49 3643 584417 /// guido.morgenthal@uni-weimar.de
www.uni-weimar.de/Bauing/MSK

Professur Computer Vision in Engineering    Prof. Dr. Volker Rodehorst
Bauhausstraße 11, 99423 Weimar    +49 3643 583773 /// volker.rodehorst@uni-weimar.de
www.uni-weimar.de/medien/cv

Hersteller Mikro-Flugsysteme (Mikro-UAS)    Dipl.-Ing. Michael Achtelik
Ascending Technologies GmbH    +49 89 895560790 /// team@asctec.de
Konrad-Zuse-Bogen 4, 82152 Krailling
www.asctec.de

Ingenieurbüro für UAS-Anwendungen im Bauwesen    Prof. Dr. Guido Morgenthal
Guido Morgenthal Technologien im Bauwesen    +49 151 40511577 /// gm@gmtib.de
Wilhelm-Külz-Straße 22, 99423 Weimar
www.gmtib.de


Das Forschungsvorhaben „Unbemannte Fluggeräte zur Zu­standsermittlung von Bauwerken“ wird mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesinstitutes für Bau-, Stadt- und Raumforschung gefördert (SWD-10.08.18.7-13.05).
www.bbsr.bund.de


Diese und weitere Projekte präsentieren wir von 6.–8.11.2014 in Leipzig auf der denkmal, die Europäische Messe für Denkmalpflege Restaurierung und Altbausanierung.
www.denkmal-leipzig.de

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