Erster Testflug im Zentralen Speicherkanal: Erkenntnisse aus einem herausfordernden Drohneneinsatz
Projektpartner
Ausgangslage und Drohnensystem
Für den ersten Testflug im Zentralen Speicherkanal (ZSK) wurde eine DJI Mavic 2 Pro eingesetzt, bereitgestellt von der FH JOANNEUM und der AIRlabs Austria GmbH. Beim Betreten des Auslasses war ersichtlich, dass nur geringe Mengen an Regenwasser im Kanal geführt wurden. Die Ablagerungen waren minimal, da der reguläre Betrieb erst ab Mitte 2021 vorgesehen ist und bis dahin ausschließlich Regenwasser in den Kanal gelangt.
Startposition und Umgebung
Etwa 150 Meter im ZSK befindet sich die Gabelung zwischen dem Zulauf zur Kläranlage und dem Auslass. An diesem trockenen Seitenarm – der im Normalbetrieb für Überläufe genutzt wird – wurde die Drohne positioniert. Über diesem Bereich befindet sich ein Gebäude mit kleinen Fenstern und Überläufen, wodurch die Beleuchtung dort wesentlich besser ist als im Tunnelabschnitt des Kanals. Weiter im ZSK standen rund 7 cm Wasser, was die Flugsituation zusätzlich erschwerte.
Erster Testflug: Stabiler Start, unerwartetes Ende
Der erste Flug führte vom Startpunkt hinaus zur Einmündung in die Mur. Das Videobild wurde vollständig aufgezeichnet, und auf dem Weg nach draußen traten keine Schwierigkeiten auf. Beim Verlassen des Tunnels erfolgte jedoch eine automatische Landung, da sich die Drohne im Bereich der Flugverbotszone des Flughafens Graz befand. Ein erneuter Start war dadurch nicht mehr möglich.
Zweiter Testflug: Navigationsprobleme und Absturz
Nach der Rückholung an den Startpunkt folgte ein zweiter Flug tiefer in den Kanal. Dieser gestaltete sich wesentlich schwieriger. Grund dafür war die vollständig fehlende GNSS-Abdeckung im Speicherkanal. Da keine Satellitenverbindung besteht, konnte die DJI Mavic 2 Pro ihre Position nicht stabil halten. Die punktuell durch Öffnungen einfallenden GPS-Signale führten zusätzlich zu inkonsistenten Navigationsdaten, worauf die Drohne mit automatischen Positionskorrekturen reagierte – ein Verhalten, das in engen Tunnelstrukturen besonders problematisch ist.
Trotz dieser Herausforderungen gelang es, einige Meter weiter in den Kanal vorzudringen. Schließlich stürzte die Drohne ab und musste aus dem teilweise stehenden Wasser geborgen werden. Glücklicherweise entstand kein erkennbarer Schaden, dennoch wurde der Testflugtag beendet, um mögliche Folgeschäden zu vermeiden.
Lessons Learned und offene Fragen für zukünftige Drohneninspektionen
Die ersten Tests haben wertvolle Erkenntnisse geliefert, welche die Grundlage für weitere Schritte bilden.
1. Einreichung im TAKE-OFF Programm
Es wird geprüft, ob die autonome Anwendung im Rahmen der aktuellen FFG-Ausschreibung TAKE OFF 2020 eingereicht werden kann.
2. Abstimmung mit der Austro Control
Da die Drohne im Bereich der Flugverbotszone automatisch gelandet ist, muss geklärt werden, ob eine Freischaltung für Starts innerhalb der Zone möglich ist. Ohne diese Anpassung sind zukünftige Einsätze massiv eingeschränkt.
3. Navigation und Positionierung ohne GPS
Die größte technische Herausforderung des gesamten Einsatzes bestand darin, dass die Drohne im Speicherkanal vollständig ohne GNSS auskommen musste. Die Mavic 2 Pro ist jedoch nicht für präzise Positionierung in GNSS-denied Environments ausgelegt. Die punktuell einfallenden GPS-Signale führten zu inkonsistenten Navigationsdaten, wodurch die Drohne automatische Positionskorrekturen ausführte – in einer dunklen, strukturell homogenen Tunnelumgebung besonders problematisch. Zwar existieren Flugmodi, die einen Betrieb ohne GPS ermöglichen, diese funktionierten im Test jedoch nicht zuverlässig. Zusätzlich können die rein optischen Abstandssensoren der Mavic 2 Pro in schlecht beleuchteten Bereichen keine stabile Navigation gewährleisten. Die Kombination dieser Faktoren führte letztlich auch zum Absturz im zweiten Testflug. Für Forschungszwecke nachteilig ist zudem, dass bei diesem Modell kein Zugriff auf detaillierte Log-Daten möglich ist.
⇒ Eine alternative Drohnenplattform ist daher notwendig.
4. Anforderungen an zukünftige Drohnensysteme
Für eine spätere autonome Indoor-Inspektion müssen folgende Punkte erfüllt sein:
- Indoor-Navigation ohne GPS
- Vorab programmierbare Wegpunkte
- Live-Übertragung von Bild- und Flugdaten
- zuverlässige Datenkommunikation und Steuerung
Eine potenzielle Option stellt die Elios 2 von Flyability dar, die speziell für Tunnel- und Inspektionsflüge konzipiert ist. Offene Frage: Wie gut lässt sie sich autonom nutzen?
5. Verstärkung des Steuersignals
Sobald Drohne und Betriebskonzept feststehen, muss eine Signalverstärkung über den gesamten Tunnelverlauf – etwa über Citycom – evaluiert werden.
6. Definition der zu übertragenden Daten
Abschließend muss festgelegt werden:
- Welche Daten sind notwendig? (Bild, Sensorwerte, Telemetrie …)
- Wie erfolgt die Übertragung?
Diese Entscheidung beeinflusst die Wahl des Systems wesentlich.
Fazit: Ein wichtiger Schritt Richtung autonome Tunnelinspektion
Der erste Testflug zeigte, dass Drohnen in unterirdischen Infrastrukturen enormes Potenzial bieten, jedoch eine spezialisierte technische Ausstattung erfordern. Die Tests machten besonders deutlich, dass klassische GPS-gestützte Drohnen für Inspektionen in GNSS-denied Environments ungeeignet sind. Ohne zuverlässige Positionsbestimmung und robuste Indoor-Navigation lassen sich weder die nötige Flugstabilität noch die erforderliche Sicherheit gewährleisten.
Die gewonnenen Erkenntnisse liefern nun klare Anhaltspunkte für die Weiterentwicklung einer autonomen Drohnenlösung für Tunnel- und Kanalsysteme. Mit der richtigen Technologie könnte künftig eine sichere, effiziente und vollautomatisierte Inspektion solcher Anlagen möglich werden.