Drohnen im Straßenbau

Quadrocopter beim Bau kommunaler Straßen oder Landstraßen einsetzen? Heutzutage keine Ausnahme mehr! Wie das Unternehmen Straßen- und Tiefbau GmbH zeigt. Das rund 215 Mitarbeiter starke Bauunternehmen aus Kirchhundem im Sauerland hat nicht nur seinen Fuhrpark um verschiedenste vermessungstechnische Anwendungen erweitert und ergĂ€nzt. Seit gut einem Jahr setzt das Unternehmen auch auf ein Modell der Firma Microdrones (mdMapper1000PPK) und begleitet Projekte durch die Vermessung aus der Luft. VerblĂŒffend dabei: Nicht nur die FlĂ€chenproduktivitĂ€t der Drohne ist enorm hoch, auch die Genauigkeit wurde im Vergleich zum VorgĂ€ngermodelle stark erhöht. Dabei fordern die Auftraggeber noch nicht einmal deren Einsatz.

Die Digitalisierung in der Bauwirtschaft ist das bestimmende Thema der Branche. Im internationalen Bereich wird immer wieder kolportiert, dass Deutschland rĂŒckstĂ€ndig sei. Ähnlich wie bei den Themen Mobilfunknetz oder 5G heißt es oft, dass gerade im lĂ€ndlichen Raum die Transformation durch Konservatismus oder mangelnde Investitionsbereitschaft verzögert werde. Doch wie so hĂ€ufig lehrt der genaue Blick, bestehende Vorurteile kritisch zu ĂŒberprĂŒfen oder gar gĂ€nzlich ĂŒber Bord zu werfen. Wie auch in diesem Fall in Kichhundem, einer rund 12.000-Einwohner-Gemeinde im sĂŒdöstlichen Sauerland. Dort ist das Bauunternehmen Straßen- und Tiefbau GmbH tĂ€tig, ein mittelstĂ€ndisches Unternehmen, das 1956 gegrĂŒndet wurde und mittlerweile rund 215

UrgelĂ€ndeaufmaß fĂŒr ein Mehrgenerationenhaus in Neuenrade im MĂ€rkischen Kreis. Foto: Straßen- und Tiefbau GmbH

UrgelĂ€ndeaufmaß fĂŒr ein Mehrgenerationenhaus
in Neuenrade im MĂ€rkischen Kreis. Foto: Straßen- und Tiefbau GmbH

Mitarbeiter beschĂ€ftigt. Erd-, Kanal- und Straßenarbeiten sind die Spezialgebiete – und dabei stehen die Digitalisierungsmöglichkeiten besonders im Fokus. Unser Maschinenpark ist sehr modern. Insgesamt haben wir 25 Bagger, vier Raupen und einen Grader im Einsatz. Davon sind drei Raupen, der Grader und 15 Kettenbagger mit GPS ausgestattet“, sagt Andreas Behle, GeschĂ€ftsfĂŒhrer des Familienbetriebs in dritter Generation. „Damit wollen wir die Möglichkeiten, die sich durch die Digitalisierung der Bauwirtschaft ermöglichen, sinnvoll fĂŒr uns nutzen und unsere Prozesse optimieren.“

Der Antrieb: Digitalisierung

Grundlegend fĂŒr den Ansatz waren nicht nur die vergangenen Jahre, als das Unternehmen immer wieder schwierige Phasen in der Bauwirtschaft durch Investitionen in einen modernen Maschinenpark ĂŒberbrĂŒcken konnte. Vor diesem Hintergrund handelte die Unternehmenspitze auch in den letzten Boomjahren der Branche weitsichtig und offen gegenĂŒber den neuen Digitalisierungstechnologien – vor allem was die Ausstattung mit Vermessungstechnologie betrifft. „Hatten wir im Jahr 2015 noch lediglich zwei Tachymeter, zwei GPS-Rover und eine Maschinensteuerung im Einsatz, sind es nun 18 Rover und sogar 19 Maschinensteuerungen“, berichtet Stefan Pieper aus der technischen Abteilung. Gerade auf die Maschinensteuerungen ist die Straßen- und Tiefbau GmbH stolz. „Durch die Maschinensteuerungen können wir die ProduktivitĂ€t unseres Fuhrparks erhöhen und zudem Materialkosten bei der Erdbewegung und Feinplanierung einsparen“, fĂŒhrt der Vermesser aus. DafĂŒr nutzen die Maschinensteuerungssysteme hochgenaue Positionierungsdaten, um beispielsweise den Schild von Gradern bei der Herstellung der vorgegebenen GelĂ€ndekontur automatisiert zu steuern. „Dadurch entfallen nicht nur beinahe alle begleitenden Vermessungsaufgaben auf der Baustelle“, so Pieper. „Auch das zeitaufwĂ€ndige AnnĂ€hern an das Soll-Maß wird deutlich vereinfacht.“ DafĂŒr setzen die Systeme auf einen GNSS-EmpfĂ€nger, der die Satellitendaten des US-amerikanischen GPS- und des russischen GLONASS-Systems verarbeiten kann, einen UTS-EmpfĂ€nger und eine Bedieneinheit.

Drohnenlösung ĂŒberzeugt

Als schließlich im Februar 2018 in Hamm der jĂ€hrliche Construction Live Day der Sitech Deutschland GmbH – einem deutschen Trimble-Distributor – stattfand, fĂŒhrte auch die Straßen- und Tiefbau GmbH einen Testflug mit einem Quadrocopter durch. „In nur einer halben Stunde konnten wir so rund fĂŒnf Hektar befliegen und Bestandsdaten erfassen“, erklĂ€rt Pieper. Die vielfĂ€ltigen Einsatzmöglichkeiten sowie die mögliche Steigerung unserer ProduktivitĂ€t hatten trotz der hohen Investitionskosten sofort ĂŒberzeugt.

Der Microdrones mdMapper1000PPK setzt zur Positions­bestimmung auf das PPK-Verfahren. Das vereinfacht die Prozesse bei der Straßen- und Tiefbau GmbH – und sorgt somit fĂŒr einen schnelleren Reinvest der Kosten. Foto: Microdrones

Der Microdrones mdMapper1000PPK setzt zur Positions­bestimmung auf das PPK-Verfahren. Das vereinfacht die Prozesse bei der Straßen- und Tiefbau GmbH – und sorgt somit fĂŒr einen schnelleren Reinvest der Kosten. Foto: Microdrones

Ende April 2018 wurde der Quadrocopter einer Schweizer Firma schließlich geliefert. Bis September 2018 fĂŒhrten die Straßenbauer dann zahlreiche FlĂŒge aus – zunĂ€chst mit zufriedenstellenden Ergebnissen. „Leider haben dann die Akkus in ihrer LeistungsfĂ€higkeit nach wenigen Monaten nachgelassen“, so Pieper. Dies war nicht nur Ă€rgerlich, weil nochmalige Folgekosten im vierstelligen Bereich dadurch notwendig wurden, die technische Schwachstelle hatte auch eine sicherheitstechnische Komponente – und die ist nicht zu unterschĂ€tzen. „Versagt der Akku, stellte die Drohne im Flug sofort auf einen Notmechanismus um und landete automatisch an der Stelle, an der sie sich gerade (zufĂ€llig) befand“, erklĂ€rt der technische Mitarbeiter. Was er damit meint: Ohne Einfluss nehmen zu können, drohte Schaden an Bauwerken, am GerĂ€t selbst oder sogar an Menschen. „Dies ist ein intolerabler Zustand fĂŒr unser Unternehmen, zumal dabei unser ausgezeichneter Ruf in unserer Region auf dem Spiel steht“, sagt Behle. Dennoch: Eine Drohne war unverzichtbar fĂŒr den „Maschinenpark“, so viel war in der Zwischenzeit dem Unternehmen unmissverstĂ€ndlich klar geworden.

Hohe QualitÀts­anforderungen

Daher gingen Behle, Pieper und Co. eigenstĂ€ndig auf die Suche nach einer probaten Lösung. Dabei stießen sie auf das Siegener Unternehmen Microdrones. Diesmal zog nicht nur die geografische NĂ€he des Unternehmens – Siegen liegt gerade einmal 30 Kilometer Luftlinie entfernt – das Interesse auf sich, sondern auch der Anforderungskatalog, der sich inzwischen gebildet hatte. Denn Sicherheit, ZuverlĂ€ssigkeit und beste Flugeigenschaften standen auf der Liste weit oben – und genau dafĂŒr ist Microdrones am Markt bekannt. So ließ man sich ein Microdrones-Modell direkt am Herstellungsort in Siegen (dort befindet sich auch eine große Flugzone mit Sondergenehmigungsrechten) vorfĂŒhren. Nach dem Besuch der Intergeo 2018 in Frankfurt fiel dann die endgĂŒltige Entscheidung fĂŒr die Bestellung. „Wir sind damals das erste Mal seit 6 oder 7 Jahren auf der Branchenmesse gewesen und waren beeindruckt von den vielen Drohnen, die dort an den StĂ€nden zu sehen waren und uns nochmal die finale BestĂ€tigung dafĂŒr lieferten, dass wir mit unserer Entscheidung richtig lagen“, so Pieper.

Dennoch gab es eine weitere Überraschung, und zwar bei der genaueren Betrachtung der DatenqualitĂ€t, die durch die neue Drohnenlösung möglich wurde. „Als einer unser Mitarbeiter einen Testflug mit dem Microdrones mdMapper1000PPK durchfĂŒhrte und wir die Ergebnisse im Nachgang auswerteten, kamen wir recht schnell zu der Erkenntnis, dass die Lösung einige Vorteile fĂŒr uns mit sich bringen wĂŒrde“, erklĂ€rt Pieper. So sei das Bild, das der mdMapper1000PPK mit der integrierten Sony RX1R II-Kamera aufnimmt, beispielsweise trotz einer grĂ¶ĂŸeren Flughöhe detaillierter und genauer als die Aufnahmen, die das Unternehmen bis dato nutzte. „Was frĂŒher bei 30 Metern Flughöhe möglich war, geht nun bei 60 Metern“, fasst Pieper zusammen. Man könne dabei jeden Pflasterstein erkennen, erklĂ€rt der technische Mitarbeiter. Bessere QualitĂ€t bei gleichzeitig höherer ProduktivitĂ€t, denn eine doppelte Flughöhe schafft rund viermal so viel FlĂ€che pro Zeit. Dies war nicht in der Kalkulation der Straßen- und Tiefbau GmbH hinterlegt und sorgte dafĂŒr, dass die „doppelte“ Investition innerhalb eines Jahres leichter zu verschmerzen war. „Neben der hohen Bildauflösung und QualitĂ€t, welche der Microdrones mdMapper1000PPK mit sich bringt, ĂŒberzeugte uns die Lösung auch durch ihre hohe Fluggeschwindigkeit und ihre geringe WindanfĂ€lligkeit“, so Behle.

Weitere Besonderheit der Microdrones-Lösung: Zur Genauigkeitsbestimmung nutzt der mdMapper1000PPK das soge­nannte Post Processing Kinematic- Verfahren (PPK). Das Verfahren ist eine Alternative zur Echtzeitkinematik (RTK). Hierbei erfolgt die genaue Positionierung nicht in Echtzeit, alle Algorithmen werden im Nachgang an die Befliegung angewendet. Dabei zeichnen sowohl die Bodeneinheit als auch der Rover – der bei der Drohnenvermessung meist auf selbiger montiert ist – rohe GNSS-Protokolle auf, die nach der Befliegung verarbeitet werden, um eine genau Positionierungsspur zu erhalten. GegenĂŒber dem RTK-Verfahren bietet das PPK den Vorteil, dass die Drohne zur Positionsbestimmung nicht mit dem mobilen Funknetz verbunden sein muss, also auch in den entlegensten Orten des Sauerlandes funktioniert. Etwa dort, wo Deponien, Landstraßen oder auch SportplĂ€tze gebaut werden, die hohe Anforderungen an die Planung haben.

Erdbewegung dokumentieren

Doch wozu benötigt die Straßen- und Tiefbau GmbH die Drohnenlösung genau? Pieper erklĂ€rt: „Zwar fordern die meisten Auftraggeber noch keinen Einsatz einer Drohne, fĂŒr uns bedeutet das System jedoch eine enorme Arbeitserleichterung. Wir können beispielsweise dokumentieren, wie viel Erde wir bewegen mussten und unsere Abrechnungen fĂŒr den Auftraggeber daraus ableiten. Zudem haben wir einen Nachweis fĂŒr den Auftraggeber, welche Arbeiten wir durchgefĂŒhrt haben.“

Das Flugsystem wird bei der Straßen- und Tiefbau GmbH standardmĂ€ĂŸig fĂŒr die Bestands- und Baufortschrittsdokumentation eingesetzt. „Durch die Arbeitserleichterung und die verbesserten Prozesse, die wir auf diese Weise erreichen, amortisiert sich die Lösung von selbst“, sagt Behle und fĂŒhrt aus: „Unsere Mitarbeiter können die Zeit, die sie sonst fĂŒr die aufwendige Bestands- und Baufortschrittsdokumentation sowie fĂŒr Vermessungsaufgaben aufgewendet haben, in andere TĂ€tigkeiten investieren.“ Im letzten Jahr wurden insgesamt rund 40 Befliegungen durchgefĂŒhrt. „Auch die Bauleiter wissen sehr genau, wie und bei welcher Gelegenheit sie die Drohne einsetzen können und fordern sie demnach immer hĂ€ufiger an“, so Pieper.

Punktwolke ableiten und auswerten

Insgesamt beschĂ€ftigt die Straßen- und Tiefbau GmbH drei Piloten, welche die Microdrones-Drohne fliegen dĂŒrfen. DafĂŒr haben die Piloten einen Lehrgang bei Microdrones in Siegen gemacht und den allgemeinen Flugschein in Hannover erworben. „Die LehrgĂ€nge waren sehr positiv“, resĂŒmiert Pieper. „Unsere Piloten können so noch prĂ€ziser und effizienter arbeiten.“

Neben der Baufortschrittsdokumentation wird der mdMapper1000PPK fĂŒr Vermessungsaufgaben eingesetzt. Auch kann die Straßen- und Tiefbau GmbH aus den Aufnahmen mithilfe einer Pix4D-Software eine Punktwolke ableiten. „Noch können unsere Auftraggeber nichts mit den Punktwolken anfangen. Wir können daraus jedoch ein DGM erstellen und dort etwa den geplanten Straßenkörper darstellen“, erklĂ€rt Pieper. (jr, sg)

www.strassenundtiefbau.com

www.microdrones.com