Smarte Drohnen überwachen Pipelines mit KI

KI-gestützte Pipeline-Inspektionsdrohne von DroneLab.

Foto: DroneLab

Ab einer gewissen Dimensionierung müssen Gasfernleitungen, CO₂-Pipelines, Öl-Pipelines und vergleichbare Strukturen einer Kontrollroutine unterzogen werden. Das erfordert auch eine Prüfung der Leitungstrassen. Die Überwachung von Pipelines ist ein wesentlicher Bestandteil des Sicherheitskonzepts, das darauf abzielt, potenzielle Risiken für die Integrität einer Pipeline frühzeitig zu erkennen. In Deutschland wird die Methodik für die Pipeline-Überwachung durch die Richtlinien des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW) bestimmt. Diese Richtlinien verlangen, dass der aktuelle Stand der Technik bei der Überwachung berücksichtigt wird, was regelmäßige Anpassungen erfordert. Die visuelle Inspektion des Pipeline-Netzwerks erfolgt heute meist durch regelmäßige Hubschrauberflüge, bei denen ein Beobachter oder eine Beobachterin Informationen zu potenziellen Risiken sammelt und sie an die Betriebsabteilung des Fernleitungsnetzbetreibers meldet.

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Dieser Prozess wird in Zukunft durch den Einsatz von Drohnen erleichtert und wirtschaftlicher gestaltet. Neben der Erkennung potenzieller Gefahren für die einzelnen Leitungen können Drohnen gekoppelt mit Multisensorik noch mehr leisten. Denn Digitalkameras, Sensoren und KI-basierte Bildanalyse können deutlich mehr, als mögliche Gefahrpunkte auf der Oberfläche neben oder über einer erdverlegten Trasse zu erkennen. Mittels Bodenradar lassen sich Bewegungen der Rohre in der Erde ermitteln, wie sie beispielsweise aus baubedingten Verschiebungen in der Nähe der Trasse resultieren können. Zudem ist es damit möglich, nach einem Unwetterereignis wie einer Überschwemmung oder einem Erdrutsch die Integrität der Leitungsführung ohne invasive Maßnahmen vor Ort zu überprüfen. Dieser „Ground Penetrating Radar“ (GPR) kann auch mit hoher Zuverlässigkeit die Verlegetiefe ermitteln, und so bis auf wenige Zentimeter genau bestimmen, wie die Leitungsposition relativ zum umgebenden Erdreich ist.

KI macht Drohnen zur fliegenden Analysestation

DroneLab, ein italienischer Hersteller von Industriedrohnen und Anwendungen, sieht in den Drohnen-basierten Prüf- und Überwachungslösungen im Sektor der Fernnetze einen deutlich wachsenden Markt: Im Jahr 2022 machten Drohneninspektionen von Pipelines nahezu 17 % des globalen Marktes für Drohneninspektionsdienste aus. DroneLab prognostiziert, dass dieser Marktanteil von geschätzten 336,1 Mio. US-$ im Jahr 2023 bis Ende 2033 auf 1,16 Mrd. US-$ ansteigen wird, was einer jährlichen Wachstumsrate von 14,2 % entspricht. Nicht nur wegen ihrer im Vergleich mit Hubschraubereinsätzen hohen Wirtschaftlichkeit sind Überwachungsdrohnen erfolgreich. Auch der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) sorgt dafür, dass Drohnen immer häufiger für Prüf- und Überwachungseinsätze abheben. Denn mittels KI lässt sich neben der Standardüberwachung mittlerweile eine Prüfung der Rohrleitungen auf Leckagen oder strukturelle Veränderungen bis in eine Verlegetiefe von 6 m vornehmen.

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Die InspectorX GmbH bietet dafür ein drohnenbasiertes System an, das ohne Betriebsunterbrechung eine Prüfung der Rohre durchführen kann. Benötigt wird nur ein Zugangspunkt zum Anschluss einer Sonde, durch die ein magnetisches Feld in einem Rohrabschnitt erzeugt wird. Die Drohne selbst prüft Änderungen in dem Feldverlauf. Die Analyse erfolgt KI-gestützt und soll Veränderungen wie beispielsweise schon kleine Leckagen erkennen können. Die Drohne fliegt autonom, das heißt, sie orientiert sich selbstständig am Trassenverlauf und dem Gelände sowie der Vegetation. Die Auswertung der Daten erfolgt direkt während der Prüfung und gibt praktisch sofort Auskunft über den Zustand der Pipeline.

Strenge Regelungen für den Einsatz von Drohnen

Einer flächendeckenden Anwendung von autonom fliegenden Drohnen stehen allerdings noch einige Regelwerke und Vorschriften im Weg. Der DVGW sieht in seinem Regelwerk (DVGW 466-1 A) beispielsweise noch vor, dass bei einer Prüfung bei der Erkennung eines Risikos das eingesetzte Fluggerät direkt vor Ort landen können soll. So soll ein schnelles Eingreifen gewährleistet sein. Mit Drohnen ist das nur möglich, wenn zum einen die Auswertung der Daten direkt in Echtzeit erfolgt und zum anderen ein Team in der Nähe der Erkennungsstelle ist und sich unabhängig von der Drohne zeitnah dorthin begeben kann. Darüber hinaus sind noch gesetzliche Regelungen zum vollautonomen Einsatz erforderlich. Reichweiten von rund 100 km sind mit dem aktuellen Stand der Technik realisierbar, da die Drohnen KI-gesteuert ihren Weg entlang der Pipeline suchen und auch Hindernisse identifizieren und umfliegen können. Der vollautonome Drohnenflug ist in Deutschland unter bestimmten Bedingungen erlaubt.

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Grundsätzlich gelten strenge Regelungen, die sowohl auf nationalen als auch auf EU-weiten Vorschriften basieren. So müssen Drohnenflüge gesondert genehmigt werden, wenn sie außerhalb der Sichtweite des Piloten oder der Pilotin stattfinden (Beyond Visual Line of Sight, BVLOS). Somit werden in der Praxis wohl zunächst nur kleine Streckenabschnitte unkompliziert mit Drohnen überwacht und geprüft werden, und zwar mit einem Drohnen-Operator in der Nähe, der die Flugleistungen der KI-Steuerung zusätzlich überwacht.