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Ferngesteuerte Drohnen können vom Boden aus unzugängliche Gebäude- und Anlagenbereiche inspizieren, thermografisch analysieren oder geometrisch aufmessen.
Da der Drohnen-Einsatz ein anspruchsvolles Equipment, Know-how und fliegerisches Können voraussetzt, ist die Beauftragung von Diensleistern meist sinnvoller.
Dabei sollte man darauf achten, dass alle Leistungen, inklusive der Ingenieurleistungen aus einer Hand kommen und der genaue Leistungsumfang sowie die zu liefernden Datenqualitäten und -formate zuvor vertraglich im Detail vereinbart werden.
Unbemannte Fluggeräte, englisch Unmanned Aircraft Systems oder Unmanned Area Vehicles (UAS, UAV), populär meist „Drohnen“ oder „Multicopter“ genannt, werden inzwischen in vielen Bereichen des Bauens, Sanierens und Erhaltens von Baubestand eingesetzt.
Mit einer visuellen Digitalkamera, Wärmebildkamera oder einem 3D-Laserscanner ausgestattet, können ferngesteuerte Drohnen sowohl unzugängliche Fassaden oder Dachflächen als auch gebäude- oder industrietechnische Anlagen inspizieren oder geometrisch erfassen, Schäden lokalisieren und dokumentieren, Energieverluste aufdecken und vieles mehr.
Bild: Ford-Werke GmbH
Bild: ISW Technik, Wiesbaden
Bild: R2 Data Solutions
Drohnen-Einsatz: Vom Aufmaß …
Aktuelle und verlässliche Bestandsdaten gehören zu den wichtigsten Grundlagen, um vor Überraschungen bei Bau-, Renovierungs-, Sanierungs- oder Umbaumaßnahmen gefeit zu sein. Terrestrische Aufmaßverfahren, wie die Tachymetrie, das 3D-Laserscanning oder die Fotogrammetrie, erfassen nur jene Bereiche, die vom Boden oder von der umgebenden Bebauung aus zugänglich und sichtbar sind (TGA 11-2017: Von der Punktwolke zum BIM-Modell, Webcode 950008).
Unzugängliche Bereiche von Bauwerken oder technischen Anlagen lassen sich nicht oder nur unzureichend geometrisch erfassen. Drohnen können über die luftbildgestützte Fotogrammetrie oder mobile 3D-Laserscanner Gebäudehüllen lückenlos geometrisch vermessen und werden deshalb gelegentlich auch parallel mit anderen Messverfahren eingesetzt. Aus perspektivisch entzerrten Luftbildern lassen sich zentimetergenaue und maßstabsgerechte Dachaufsichten oder Fassadenansichten erstellen.
Werden Luftbilder fotogrammetrisch ausgewertet, entstehen daraus 2D-Pläne oder dreidimensionale Modelle der Gebäudehülle. Diese lassen sich als Grundlage für Planungen, Kostenberechnungen, Ausschreibungen oder Visualisierungen verwenden. Mit speziellen 3D-Laserscannern ausgestattete Drohnen tasten das Umfeld rasterförmig in Sekundenschnelle ab und erzeugen dabei Millionen von 3D-Messpunkten, sogenannte „Punktwolken“.
Dabei speichern sie während einer 360°-Umdrehung die Geometriedaten aller von oben erfassten Objekte als räumliche Koordinatenwerte ab. Eine integrierte Digitalkamera erzeugt zusätzlich 360°-Fotopanoramen und erfasst die Messobjekte nahezu lückenlos.
… bis zur Zustandserfassung
Etwas aus der Nähe und aus einer Perspektive betrachten zu können, wofür man sonst Leitern, Gerüste, Hubsteiger oder Industriekletterer braucht – das sind die wesentlichen Vorteile ferngelenkter Flugkörper im TGA-Bereich. Mit kamerabestückten Drohnen können mit vergleichsweise wenig Aufwand auch schwer zugängliche Gebäudeteile wie Fassaden, Dächer, Dachrinnen, Dachabläufe, auf dem Dach oder an Fassaden angebrachte technische Anlagen von allen Seiten begutachtet und eventuelle Schäden erkannt und dokumentiert werden.
Auch für das Monitoring von Industrie- und Infrastrukturanlagen, Windkraftanlagen oder Überlandleitungen haben sich Drohnen schon vielfach bewährt: Sind Art, Ausmaß und Umfang von Schäden bekannt, lassen sich notwendige Reparatur- und Instandsetzungsmaßnahmen, der Einsatz von Gerüsten, Geräten und Material besser einschätzen und Leistungen präziser anbieten.
Neben der Vorbereitung und Planung von Sanierungs- und Reparaturmaßnahmen sind Drohnen auch zur Überwachung und Dokumentation von Bau-, Installations- und Montagemaßnahmen einsetzbar. Regelmäßige Inspektionsflüge können die Qualität von Bau- und Montagearbeiten überprüfen und auch jene Bereiche dokumentieren, die nach der Fertigstellung nicht mehr einsehbar sind.
Der an der Drohnenunterseite angebrachten visuellen Digitalkamera mit einer Bildauflösung von 12 bis 36 Megapixel und mehr entgeht keine defekte Dachrinne und kein maroder Schornsteinkopf. Details können im Live-Kamerabild oder nachträglich am Büro-PC so nah herangezoomt werden, dass selbst wenige Millimeter große Objekte noch gut erkennbar sind.
Auch für die energetische Inspektion eröffnen Drohnen neue Möglichkeiten. So gelingen mit einer an der Drohne befestigten Thermografiekamera auch Wärmebilder der oberen Stockwerke mehrgeschossiger Häuser, von Dächern oder technischen Anlagen, die man aufgrund des ungünstigen Betrachtungswinkels sonst nicht anfertigen könnte. Das ermöglicht eine genauere energetische, bauphysikalische oder technische Beurteilung.
Seit vielen Jahren etabliert hat sich die Drohnenbefliegung von Photovoltaik-Anlagen. Da bereits geringe Teilausfälle eine PV-Anlage während ihrer Laufzeit durch hohe Mindererträge unrentabel machen können, sichern regelmäßige Inspektionen deren Qualität und Produktivität und dienen zudem dem vorbeugenden Brandschutz.
Durch Verschattungen, Verunreinigungen und andere Gründe verursachte Überhitzungen einzelner Photovoltaik-Zellen, fehlerhafte Module, Anschluss- und Verschaltungsfehler können unter Last aus der Luft besonders schnell lokalisiert und dokumentiert werden, ohne den Anlagenbetrieb zu stören.
Bild: SZ DJI Technology
Bild: Flir Systems
Bild: SZ DJI Technology
Kaufen oder Dienstleister beauftragen?
Gewerblich einsetzbare Drohnen werden immer preiswerter. Mit fest installierter Kamera sind sie schon ab 500 Euro zu haben, Profi-Drohnen für Aufmaße oder IR-Kamerainspektionen kosten ab etwa 5000 Euro aufwärts. Wer sie häufiger als einmal pro Quartal für Inspektionsflüge braucht, sollte einen Kauf in Erwägung ziehen. Dabei muss man allerdings auch den zeitlichen und finanziellen Aufwand für die Einholung und Verlängerung von Genehmigungen berücksichtigen. Nicht zuletzt setzen Drohnen fliegerisches Können, Know-how und Erfahrung voraus.
Alles was über eine Drohnen-Inspektionen hinausgeht, also präzise 3D-Vermessungen oder Thermografie-Untersuchungen, erfordert zusätzliches Expertenwissen und spezielles Equipment. Sofern man diese Ingenieurleistungen nicht ohnehin selbst anbietet, sollte man entsprechende Dienstleister wählen. Entscheidend bei deren Wahl ist, welche Ergebnisse man erwartet. Inspektionsflüge können praktisch alle. Dagegen setzen Thermografie-Inspektionen, Dach- oder Fassadenaufmaße, CAD-Daten- respektive 3D-Modellauswertungen etc. zusätzliches Ingenieurwissen voraus. Deshalb sollte man darauf achten, dass man alles aus einer Hand bekommt.
Verfügt der Drohnen-Dienstleister über Know-how in den Bereichen Vermessung, Plan- und Modellerstellung, kann er über die reinen Luftbildaufnahmen hinaus auch die erfassten Bestandsdaten professionell auswerten. Vom Flug bis zum fertigen 3D-CAD- oder BIM-Modell entstehen damit Ergebnisse, die man für die Planung von Bau-/Umbau- oder Instandhaltungsmaßnahmen unmittelbar verwenden kann.
Wer einen Dienstleister beauftragt, muss weder auf technische Details noch auf rechtliche Vorgaben (siehe Info-Kasten) achten. Um Genehmigungen, Anmeldungen, eventuelle Absperrungen, Sicherheitsvorkehrungen, Versicherungen, die Organisation und das notwendige Equipment kümmert er sich.
Vor der Beauftragung sollte man allerdings die Aufgabe im Detail besprechen und das Objekt und das umgebende Areal möglichst gemeinsam besichtigen. Erst danach kann der Anbieter abschätzen, welche vorbereitenden Maßnahmen zu treffen sind. Er kümmert sich im Vorfeld um alle Voraussetzungen des Drohnenflugs – von Genehmigungen durch Behörden über die Abstimmung mit Grundeigentümern, bis hin zur Flugsicherung.
Wie läuft ein Drohnen-Einsatz ab?
Vor dem Start sollte die Flugroute unter Berücksichtigung der Vegetation, der Wetter- und Lichtbedingungen etc. festgelegt werden. Ist zusätzlich eine Gebäude- oder Anlagenvermessung vorgesehen, müssen zuvor zur maßstabsgerechten Orientierung der Flugaufnahmen Referenzmarken per GPS und Tachymeter eingemessen werden. Alternativ kann auch ein vorhandenes lokales Bezugssystem verwendet werden.
Vor dem Flug werden die Bodenstation eingerichtet und alle nötigen Sicherheitsvorkehrungen und Absperrungen getroffen. Der Flug selbst sollte von einem erfahrenen Piloten manuell oder per automatisiertem Rundum- oder Wegpunktflug durchgeführt werden.
Anhand des Live-Kamerabilds und einer Vor-Ort-Vorauswertung können eventuell unzureichende oder fehlende Fotoaufnahmen nachgeholt werden. Ausgewertet und aufbereitet werden die Bild- und gegebenenfalls Messdaten vom Anbieter anschließend im Büro.
Ergebnisse von Drohnen-Befliegungen sind Foto- und Film-Dokumentationen, respektive Orthogonalfotos, Aufmaßpläne, 3D-Modelle etc. In welchen Datenformaten diese übergeben werden, sollte zuvor mit dem Dienstleister schriftlich vereinbart werden.
Die dabei entstehenden Kosten hängen wesentlich vom individuellen Genehmigungs-, Absperrungs- und Sicherungsaufwand sowie dem Auswertungs- und Aufbereitungsaufwand ab. Für eine reine Drohnen-Inspektion eines mehrstöckigen Wohngebäudes muss man etwa einen halben Tag und Kosten ab etwa 1000 Euro ansetzen. Sollen zusätzlich Fotos und Messdaten ausgewertet bzw. aufbereitet werden, etwa um daraus Fassadenpläne oder 3D-Modelle zu erstellen, fallen Kosten ab etwa 6000 Euro an. Eine Preisübersicht findet man unter anderem hier: www.drohnen-luftbildservice.de/preise.php
Bild: Geospector
Bild: Geospector
Was sollten Auftraggeber beachten?
Wer die Daten unbemannter, ferngelenkter und mit einer Kamera ausgestatteter Fluggeräte gewerblich nutzt, muss neben Luftfahrt-
auch Datenschutz- und gegebenenfalls Urheberrechte beachten.
Um die Anmeldung eines gewerblichen Drohnenflugs beim jeweiligen Ordnungsamt oder der Polizei, eventuelle Startrechte vom Nachbargrundstück aus oder die Benachrichtigung von Anwohnern, die sich durch die surrenden Fluggeräte gestört fühlen können,
kümmert sich der Dienstleister.
Der Einsatz von Drohnen mit Foto- oder Videofunktion hat aber auch datenschutz- und urheberrechtliche Aspekte, die der Auftraggeber beachten muss: So kann ein Einsatz über privatem Gelände die Eigentums- und Privatsphäre des Eigentümers beeinträchtigen. Deshalb benötigt man in der Regel seine Erlaubnis, auch wenn die Aufnahmen nicht weitergegeben oder veröffentlicht werden. Ist letzteres der Fall und sind Personen oder Fahrzeugkennzeichen auf den Aufnahmen zu erkennen, sollte man sie zuvor unkenntlich machen.
Darüber hinaus ist zu beachten, dass Luftbilder oder Videos von urheberrechtlich geschützten Objekten, wie etwa architektonisch prägnanten Bauwerken oder Kunstobjekten, häufig nicht unter die Panoramafreiheit fallen und dann auch einer Genehmigung des
Urhebers (Architekt / Künstler) bedürfen, wenn sie veröffentlicht werden.
Drohnen können vieles, aber nicht alles
Drohnen sind ein wertvolles Werkzeug für die Erfassung und Dokumentation bestehender Gebäude oder Anlagen und ein wichtiger Baustein der digitalen Transformation im Bauwesen. Aber auch sie haben ihre Grenzen: Sie können nicht bei jeder Wetterlage in die Luft gehen. Wind, Regen oder Nebel können Drohnenbefliegungen vereiteln, was die Bestandserfassung verzögern kann.
Drohnen können ferner in der Regel keine Materialproben nehmen, für eine Beurteilung durch einen Fachmann notwendige haptische Eindrücke ersetzen oder gar Reparaturen vornehmen. Wie tief ein Riss in der Halterung eines an der Fassade angebrachten Klimageräts, wie undicht ein Dachablauf oder wie stark durchfeuchtet eine Dämmung ist, lässt sich nur abschätzen, aber nicht überprüfen. Um das festzustellen und Mängel zu beheben, sind dann doch Leitern, Steiger oder Gerüste erforderlich.
Marian Behaneck
Literatur und Linkhinweise
[1] Dieckert U., Eich, S.: Drohnen – Technik und Recht bei gewerblicher und behördlicher Nutzung. Stuttgart: Bundesanzeiger Verlag / Fraunhofer IRB Verlag, 2018
[2] www.bvcp.de Bundesverband Copterpiloten
[3] www.bmvi.de/drohnen Regeln für den Drohnen-Betrieb
[4] www.drohnen.de Tests, Vergleiche, Technik
[5] www.drohne-quadrocopter.de Magazin für Multicopter
[6] www.drohnen-kaufen.com Marktübersicht, Kaufberatung
[7] www.drohnen-vergleich.net Aktuelle Drohnen im Test
[8] www.uavdach.org Verband für unbemannte Luftfahrt
[9] www.wikipedia.de Suche: Quadrocopter
Bild: BMVI
Bild: Faro, Stormbee / info@jasperleonard.be
Rechtliche Voraussetzungen
Die rechtlichen Vorgaben zum Betrieb von Drohnen wurden neu geregelt. Dazu hat das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) eine „Verordnung zur Regelung des Betriebs von unbemannten Fluggeräten“ vorgelegt, die am 7. April 2017 in Kraft getreten ist. Zu den wichtigsten Neuerungen zählen die Kennzeichnungspflicht, wonach unbemannte Luftfahrtsysteme ab einer Startmasse von mehr als 250 g gekennzeichnet sein müssen, um im Schadensfall den Halter feststellen zu können. Für den Betrieb unbemannter Luftfahrtsystemen ab 2 kg ist zudem ein Kenntnisnachweis verbindlich. Auch das ist neu: unterhalb von 5 kg Drohnen-Gesamtgewicht ist für gewerbliche Nutzer keine Erlaubnis durch Landesluftfahrtbehörden mehr erforderlich. Generelle Betriebsverbote gibt es außerhalb der Sichtweite des Drohnen-Piloten für Geräte unter 5 kg, in Flughöhen über 100 m sowie über und in der Nähe sensibler Bereiche, wie Menschenansammlungen, Industrieanlagen, Krankenhäusern, Flugplätzen etc. sowie in Wohngebieten – es sei denn, die Bewohner stimmen dem Überflug zu. Trotz dieser bundesweit geltenden BMVI-Verordnung unterscheiden sich länderspezifische Regelungen und Genehmigungsprozesse in einigen Details (siehe: www.drohnen.de, Suche: Aufstiegsgenehmigung).
Drohnen-ABC
Drohnen sind mit vier, acht oder mehr Rotoren ausgestattete Fluggeräte, die ähnlich wie Hubschrauber mit den Rotoren den Auftrieb und durch die Neigung der Rotorebene zugleich auch den Vortrieb erzeugen. Unterschieden werden Drohnen unter anderem nach der Rotorenanzahl, dem Gewicht, der Flugzeit und Reichweite sowie der integrierten oder nachrüstbaren Kamera. Im Hinblick auf die Foto- und Videoqualität sind die Kameradaten (Bildauflösung ab 12 Megapixel bzw. 4K) sowie das Stabilisierungssystem der Drohne entscheidend. Drohnen werden meist per Funkfernsteuerung, teilweise auch über Notebooks, Tablets oder Smartphones gesteuert. Viele Modelle besitzen auch GPS-Module, worüber sich die Drohne selbst orientiert und dadurch auch kombinierbare Automatikfunktionen ermöglicht – beispielsweise Rundumflüge um ein zuvor definiertes Objekt (Region of Interest) oder das Anfliegen individuell definierter Wegpunkte (Waypoint). Allerdings ist dabei zu beachten, dass der Pilot aufgrund der hierzulande geltenden Sichtflugvorgaben seine Drohne dabei jederzeit im Blick haben muss, um potenzielle Gefahren erkennen und rechtzeitig reagieren zu können.
Drohnen
Anbieter (Auswahl)
www.aerialtronics.com www.asctec.de
www.dji.com www.ehang.com www.exabotix.de
www.flightcopter.de www.microdrones.com www.mikrokopter.de www.parrot.com
www.stormbee.com www.walkera.com
www.yuneec.com
Dienstleister (Auswahl)
www.aerophoto.de www.architekt-fischer.de www.copting.de www.drohne-beweissicherung.com www.drohnen-luftbildservice.de
www.drohnenwerke.de www.geospector.de www.isw-technik.de www.logxon.com
www.meixner.com www.quadrocopterpilot.de www.r2ds.de www.robotic-air.de www.sky-i.com www.spectair.com www.syswe.de www.vaireco.de
