Vom Pilotprojekt zur praxisreifen Lösung Digitale Pipelinevermessung mit Drohnen, LiDAR und KI

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Das Vermessen und Überwachen langer Leitungstrassen ist herausfordernd. Bisher erfolgt die Inspektion durch regelmäßige Helikopterbefliegungen, um etwa unbefugte Bautätigkeiten, Absackungen oder unerwünschten Baumbewuchs frühzeitig zu erkennen. Die digitale Pipelinevermessung setzt heute auf Drohnen mit hochpräziser Sensorik und automatisierten Flugabläufen für eine effiziente, emissionsarme und regelmäßige Trassenüberwachung. 

Die Augel GmbH aus Weibern, Rheinland-Pfalz verfolgt zurzeit aktuelle technologische Ansätze zur Vermessung und Digitalisierung von Pipelinetrassen, darunter Langstreckendrohnen, LiDAR-Scanning und KI-gestützte Datenauswertung im Rahmen eines Pilotprojekts (25 km Teststrecke eines Energieversorgers). Zentrale Komponente moderner Ansätze ist der Einsatz autonom operierender Drohnen, die auch BVLOS-Flüge (Beyond Visual Line of Sight) durchführen können. Hierbei kommt zum Beispiel ein Drone-in-a-Box-System, wie das DJI Dock 2, zum Einsatz, ein wetterfester Drohnenhangar, der eine Drohne beherbergt, automatisch startet, landet und die Batterien lädt. Solche Systeme ermöglichen 24/7-Einsätze und regelmäßige Inspektionsflüge ohne manuelles Zutun vor Ort. Die Drohne kann per Fernsteuerung oder Zeitplan vom Hangar aus gestartet werden, um festgelegte Routen abzufliegen, und kehrt anschließend zur Datenübertragung und Ladung zurück. Dies schafft die Grundlage für automatisierte Routineinspektionen auf Knopfdruck.

Langstreckendrohne (VTOL)

Für die Vermessung ausgedehnter Trassen eignet sich ein VTOL-Flächenflugzeug (Vertical Take-Off and Landing), wie die Quantum Systems Trinity Pro. Diese Starrflügeldrohne kombiniert Senkrechtstart mit effizientem Gleitflug und erreicht zirka 90 Minuten Flugzeit. Pro Flug lassen sich so bis zu ~700 ha Fläche abdecken, was bei linearen Missionen einer Strecke von bis zu 90 km pro Flug entspricht. Die Trinity Pro kann jenseits der Sichtweite des Piloten operieren und wird im Pilotprojekt genutzt, um die komplette 25 km-Testtrasse in wenigen Flügen zu überfliegen. Dank moderner Autopilot- und Missionsplanungssoftware fliegt das System vordefinierte Routen selbstständig ab und kehrt zuverlässig zurück, auch Terrain-Following und automatische Notfallrückkehr erhöhen die Sicherheit. Die gesammelten Bilddaten ermöglichen einen Überblick über den Trassenverlauf in hoher Auflösung.

Multikopter mit LiDAR-Scanner

Neben Übersichtsaufnahmen per Kamera wird für die hochpräzise digitale Pipelinevermessung in 3D ein schwerer Multikopter vom Typ Acecore Zoe X8 eingesetzt. Dieser oktokopter-basierte Drohnentyp verfügt über ausreichend Tragkraft und Stabilität, um einen LiDAR-Scanner (Light Detection and Ranging) wie den YellowScan Surveyor Ultra zu tragen. Im Flug tastet der Laserscanner das Terrain kontinuierlich mit Laserpulsen ab und erzeugt eine dichte Punktwolke des Geländes. Der Vorteil: Auch in dicht bewachsenen oder unzugänglichen Bereichen kann LiDAR die Bodenoberfläche und Infrastruktur unter Vegetation genau abbilden. Dieses Verfahren eignet sich speziell für schwer zugängliche, dicht bewachsene und komplizierte Geländeformen, Bedingungen, wie sie entlang von Pipeline-Routen häufig vorkommen (etwa Waldstücke, Hügel). Die resultierenden Punktwolken liefern ein exaktes digitales Geländemodell der Trasse ohne Bewuchs sowie die Lage von Bauwerken, Freileitungen usw. in hoher Präzision (Genauigkeiten im Zentimeterbereich sind erreichbar).

Digitale Pipelinevermessung mit Photogrammetriedrohne

Ergänzend kommt eine kompakteDJI Mavic 3 Enterprise (M3E) zum Einsatz, primär für photogrammetrische Aufnahmen. Diese Quadrokopter-Drohne ist mit einer hochauflösenden RGB-Kamera (und optionalem RTK-Modul für zentimetergenaue Georeferenzierung) ausgestattet und eignet sich ideal zur Erstellung von Orthofotos und inspizierenden Nahaufnahmen. Im Projekt wird sie insbesondere genutzt, um detaillierte Bilder von bestimmten Trassenabschnitten oder Bauwerken zu erfassen – beispielsweise Schweißnähte an oberirdischen Rohrleitungen oder Bereichen, die im LiDAR-Scan weiter untersucht werden sollten. Die DJI Matrice 3D (M3D) kann im DJI Dock 2 betrieben werden, was regelmäßige automatische Befliegungen einzelner Trassenabschnitte (etwa täglich oder wöchentlich) erlaubt. So lassen sich fortlaufende Baufortschritte dokumentieren oder bestimmte Gefahrenstellen in kurzen Intervallen überwachen. Die M3D ist speziell für den autonomen Betrieb mit dem DJI Dock 2 konzipiert und stellt das funktionale Äquivalent zur Mavic 3 Enterprise dar, jedoch optimiert für den Einsatz in automatisierten Hangarsystemen.

KI-gestützte Datenauswertung

Die Fülle an Daten, hochaufgelöste Luftbilder und LiDAR-Punktwolken, wird im Anschluss mit speziellen Algorithmen ausgewertet. Insbesondere kommen künstliche Intelligenz und Mustererkennung zum Tragen, um Auffälligkeiten in der Umgebung der Pipeline automatisch zu detektieren. So werden z.B. die aufgenommenen Fotos und Videos mittels KI auf Veränderungen oder Risiken geprüft. Zu den identifizierbaren Befunden zählen etwa unerlaubte Baggerarbeiten, Ablagerungen auf der Trasse, offenliegende Rohrleitungen oder Vegetationsänderungen. Die Zusammenführung von Bild- und LiDAR-Daten für die digitale Pipelinevermessung erhöht dabei die Genauigkeit: KI-Systeme können Veränderungen in der Punktwolke (etwa terrainbedingte Setzungen) erkennen und zugleich visuell verifizieren. Die Auswertesoftware bricht auf Wunsch die großen Datenmengen auf handlichere Formate herunter und stellt sie in gängigen Geodatenformaten bereit. So können die Ergebnisse leicht in bestehende GIS-Systeme oder Leitungsdatenbanken der Versorger integriert werden.

Praxisbeispiel: 25 km Trassenbefliegung mit BVLOS & LiDAR

Um die genannten Technologien unter realen Bedingungen zu erproben, wird gemeinsam mit einem großen Energieversorger eine 25 Kilometer lange Pipeline-Trasse in ländlichem Gebiet als Versuchsfeld ausgewählt. Die Augel GmbH, ein seit Jahrzehnten im Pipeline- und Rohrleitungsbau tätiges Unternehmen aus Weibern (Rheinland-Pfalz), fungiert hierbei als Praxispartner. Im Zuge der digitalen Transformation der Baubranche wurde früh erkannt, welches Potenzial moderne Vermessungstechnologie für das Geschäftsfeld bietet. 2023 wurde die Abteilung Augel 3D-Solutions gegründet, um Drohnenbefliegung und 3D-Vermessung als neue Dienstleistungssparte aufzubauen. Das Ziel ist es, Baustellen und Leitungstrassen effizienter, sicherer und detailgetreuer zu dokumentieren. Die Idee: Drohnen können großflächige Baustellen und lange Rohrleitungstrassen in kurzer Zeit berührungslos und präzise erfassen. Dadurch lassen sich beispielsweise Baufortschritte lückenlos dokumentieren, und bei der Inspektion von Pipelines könnten drohnenbasierte Ansätze die traditionellen Hubschrauberflüge ergänzen oder ablösen. Dies bringt Augel in das Projekt ein. 

Auf dem eigenen Betriebshof wird das DJI Dock 2 als autonomer Drohnenstützpunkt installiert. Von hier aus startet die DJI Matrice 3D in regelmäßigen Abständen zu automatisierten Kontrollflügen über definierte Trassenabschnitte, etwa um den Zustand nach Bauarbeiten zu dokumentieren. Parallel dazu plant das Team Langstreckenflüge mit der Trinity Pro: Mittels vorab programmierten Routen fliegt die VTOL-Drohne längere Pipelinesegmente in 100 m Höhe ab. Während dieser BVLOS-Flüge gewährleistet ein Tracking-System die Flugsicherheit, unter anderem durch Übermittlung der Drohnenposition per ADS-B an die Luftraumüberwachung.

Für besonders kritische oder interessierende Abschnitte der Trasse werden separate LiDAR-Befliegungen mit dem Acecore Zoe Multikopter durchgeführt. Aufgrund der begrenzten Flugzeit (je nach Akku rund 30 Minuten) erfolgt die LiDAR-Vermessung in mehreren Etappen. Der Multikopter fliegt niedriger (typisch sind 50–70 m Höhe) über definierten Teilstrecken und erzeugt dabei detaillierte 3D-Punktwolken. Insbesondere Pipeline-Bereiche, die dicht bewaldet oder schwer zugänglich sind, können so erfasst werden, um zum Beispiel den Geländeverlauf über vergrabenen Leitungen exakt zu bestimmen. Auch Böschungen, Querungen und Anbindungen entlang der Strecke werden per LiDAR genau vermessen.

Nach Abschluss der Flüge steht ein umfangreiches Datenpaket zur Verfügung: mehrere hundert Gigabyte an Luftbildern, Videos und Milliarden von LiDAR-Punkten. Diese Rohdaten werden zunächst einer Georeferenzierung unterzogen, teils mittels RTK an Bord, teils durch Passpunktfelder am Boden, um die erforderliche Zentimetergenauigkeit zu erreichen. Anschließend erfolgt die Datenfusion: Aus den Photogrammetrie-Aufnahmen entsteht ein georeferenziertes Orthofoto der gesamten Trasse, während die LiDAR-Daten zu einem detaillierten Geländemodell und 3D-Punktwolken verarbeitet werden. Durch Überlagerung können zum Beispiel im Orthofoto nicht sichtbare Vertiefungen oder Unterspülungen identifiziert werden, die im LiDAR-Modell deutlich hervortreten. Umgekehrt erhalten die farblosen LiDAR-Punktwolken durch die Bilddaten eine Farbinformation, was die Interpretation erleichtert. Bereits unmittelbar nach den Flügen sind vorläufige Modelle verfügbar, da ein Teil der Daten direkt vor Ort vorverarbeitet werden kann. Die Feinauswertung erfolgt im Anschluss im Büro mit leistungsfähigen Workstations.

Potenziale und Ausblick

Das beschriebene Pilotprojekt demonstriert eindrucksvoll die Möglichkeiten moderner Vermessungs- und Monitoringverfahren für Pipeline-Trassen. Automatisierte Drohnenbefliegung kann die bisherige Überwachung per Helikopter perspektivisch ergänzen oder sogar ersetzen, was eine deutliche Reduzierung von Kosten und Emissionen erwarten lässt. Gleichzeitig erlaubt die höhere Befliegungsfrequenz (bis hin zu täglichen Flügen im automatischen Modus) ein wesentlich früheres Erkennen von Veränderungen oder Gefahren entlang der Trasse. Die Netzbetriebssicherheit kann somit steigen. Die Kombination von hochaufgelöster Photogrammetrie und LiDAR liefert einen vollständigen digitalen Zwilling der Umgebung: Einerseits aktuelle Orthofotos und 3D-Modelle für die Baudokumentation, andererseits genaue Geländedaten für ingenieurtechnische Analysen (zum Beispiel Böschungsneigungen, Vegetationsdichte). Aus den gewonnenen Punktwolken lassen sich bei Bedarf sogar 3D-BIM-Modelle ableiten, um die Infrastruktur virtuell zu dokumentieren.

Trotz all dieser Potenziale sind für die Augel GmbH auch Herausforderungen deutlich geworden: Regulatorische Hürden wie Aufstiegsgenehmigungen für BVLOS-Flüge erfordern einen engen Dialog mit den Luftfahrtbehörden. Im vorliegenden Projekt zeigte sich, dass in überwiegend ländlichen Gebieten (Bevölkerungsdichte <200 Einw./km²) Genehmigungen vergleichsweise schnell erteilt werden konnten, oft innerhalb weniger Tage. In dichter besiedelten Abschnitten verlängern Auflagen und Abstimmungen die Vorlaufzeit jedoch merklich. Datenmanagement ist ein weiterer Aspekt: Die Verarbeitung und Lagerung der enormen Datenmengen (hochaufgelöste Bilder, dichte Punktwolken) erfordert leistungsfähige Hard- und Software, um die relevanten Informationen für Ingenieure und Entscheider herauszufiltern. Hier helfen Cloud-Dienste und Edge-Computing, die Daten möglichst nahe am Entstehungsort vorzuselektieren. Schließlich stellt die KI-Auswertung hohe Ansprüche an die Trainingsdaten und muss an die spezifischen Bedingungen der Trasse angepasst werden. Beispielsweise müssen Algorithmen lernen, zwischen harmlosen Veränderungen (etwa landwirtschaftlichen Aktivitäten nahe der Pipeline) und echten Gefährdungen zu unterscheiden. Dies erfordert anfänglich eine manuelle Validierung aller automatischen Befunde, um False Positives auszuschließen und Vertrauen in die Systeme aufzubauen. Weitere Informationen gibt es hier

Optimierte Bauprozesse

Präzise Drohnenvermessungen mit KI