Projekt 35708/01

Weiterentwicklung eines Drohnen-Geomagnetik-Systems zur Detektion militärischer Altlasten im Boden

Projektdurchführung

ASDRO GmbH
Duisburger Str. 375
46049 Oberhausen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Mehr als sieben Jahrzehnte nach Ende des Zweiten Weltkriegs sind die Kriegsaltlasten in Form von Blindgängern, Landminen, Granaten oder Projektilen noch immer nicht vollständig aus der deutschen Landschaft beseitigt. Viele nicht detonierte Kampfmittel aus dieser Zeit bergen nach wie vor hohe Explosionsrisiken und bedrohen so die allgemeine Sicherheit, beispielsweise während Erd- oder Tiefbaumaßnahmen oder Offshore-Bauprojekten. Alleine in den deutschen Seegebieten befinden sich Schätzungen zufolge noch ca. 1.800.000 Tonnen Kriegsaltlasten, davon etwa 1.300.000 Tonnen in der Nordsee und ca. 300.000 Tonnen in der Ostsee.
Zur Detektion von Kampfmitteln und Altlasten wird das Verfahren der Geomagnetik als Gradienten- und Totalfeldverfahren seit Jahren zuverlässig eingesetzt. Wichtig sind dabei neben den genauen Sensordaten die Verortung und die anschließende Auswertung.
Luftgestützte Messverfahren haben den großen Vorteil, dass sie nahezu unabhängig von der Beschaffenheit des Geländes eingesetzt werden können. Insbesondere Messverfahren, für die eine flächendeckende Datensammlung notwendig ist, sind für luftgestützte Anwendungen geeignet. So können sehr große Flächen innerhalb kürzester Zeit beflogen werden. Luftgestützte geophysikalische Messverfahren werden vor allem per Flugzeug, Helikopter, Zeppelin oder Ballon durchgeführt. Dabei kann eine große Anzahl unterschiedlicher Messmethoden verwendet werden. Drohnen sind seit einiger Zeit in der Lage, unterschiedliche Messsysteme zu tragen.
Im DBU Projekt soll das bestehende Geomagnetik-Drohne-System verbessert und die Software angepasst werden. Außerdem soll durch Testmessungen auf Truppenübungsplätzen die Einsetzbarkeit des Systems demonstriert werden.
Hardwareseitig wird während der DBU Förderung an den Problemstellungen Flugdauer, Pendelkorrektur und Flugsteuerung gearbeitet.
Softwareseitig wird an der Inversion der gesammelten Daten gearbeitet. Die Ergebnisse der Arbeit flossen bereits in die Entwicklung einer UXO-Dipol-App ein, die das theoretische Feld unterschiedlicher Kampfmittel anzeigt. Dies dient zum einen der Evaluation, welche Kampfmittel tatsächlich detektiert werden können und ist zum anderen eine Überprüfungsmethode für die gemessenen Anomalien.

Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden



Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs wurden unterschiedliche Meilensteine erreicht. Diese Meilensteine lassen sich in folgende Teilberei-che einordnen:
1) Einstufung von Flächen und der Detektierbarkeit von Kampfmitteln:
Der erste Teilbereich besteht aus einer softwareseitigen Entwicklung die zum einen Vorhersagen zur Detektion von Kampfmitteln macht, aber auch Flächen nach deren Befliegbarkeit einstuft. Die Befliegbarkeit hängt dabei stark von der Höhe des Bewuchses ab. Hierzu wird eine Vermessung der Fläche durchgeführt und durch die Erstellung eines Rasters eine klassifizierung der Beflieg-barkeit durchgeführt. Diese Technik kam bereits bei der Sondierung eines Teiches zum Einsatz, bei der Randbereich stark durch Bewuchs überwachsen waren. Für die Sondierung von Truppen-übungsplätzen ist eine solche Einstufung unumgänglichen.

2) Hardwareseitige Anpassung von Komponenten und Anwendung weiterer Methoden:
Die Drohne fliegt nun vollautomatisch und muss nur eben Notfall durch den Piloten gesteuert werden. Dazu wurde die Drohne mit Sensor kalibriert und die Aufhängung des Sensors ange-passt. Neben der Geomangnetik wird nun auch das Multispektralverfahren eingesetzt. Dies dient vor allem der Kontrolle der Rekultivierung nach erfolgter Baumaßnahme. Dazu wurden verschie-dene Tests mit Pilotkunden durchgeführt.

3) Softwareseitige Weiterentwicklung der Datenqualität:
Es wurde eine Pendelkorrektur für die Bewegungen des Sensor berechnet. Diese verbessert die Datenqualität deutlich. Auf Dauer wird an einer Bibliothek für Kampfmittel und Altlasten gearbeitet. Dadurch soll in Zukunft eine automatische Detektion von Kampfmitteln möglich sein.

4) Testbefliegungen mit bekannten Objekten:
In Zusammenarbeit mit dem NLBL wurde eine große Testreihe auf dem Truppenübungsplatz in Luttmersen durchgeführt. In dem Test wurden unterschiedliche Kampfmittel im Untergrund einge-bracht um deren Detektierbarkeit geprüft. Dieser Test kann als Test unter realen Bedingungen ge-wertet werden. ASDRO ist im Jahr 2022 auf zwei weiteren Truppenübungsplätzen im Einsatz und wendet die Technik dort an.
Ein weiterer Test mit der Dresdner Sprengschule wurde erst nach dem Ende des DBU Projekts durchgeführt. In diesem Test wurde vor allem die Detektierbarkeit von Minen überprüft, welche in Afrika eingesetzt wurden.



Ergebnisse und Diskussion

Die Technik soll weiterhin auf Truppenübungsplätzen und in Naturschutzgebieten zum Einsatz kommen. Denkbare Einsatzbereiche sind vor allem der Naturpark Wattenmeer aber auch die Sondierung von ehe-maligen Kriegsgebieten in Afrika. Die Sondierung von ehemaligen Truppenübungsplätzen soll auch wei-terhin ein Einsatzgebiet für das System bleiben.

Es hat sich gezeigt, dass inbesondere die Akzeptanz des Systems während der Laufzeit des Projekts gestiegen ist. Dies wurde unter anderem durch Tests auf Truppenübungsplätzen aber auch durch direkte Pilotprojekte bei Kunden gezeigt. Allgemein herscht allerdings noch eine generelle Skepsis gegenüber neuen Methoden in der Kampfmittelsondierung. Durch sehr gut verlaufene Tests konnte sich ASDRO allerdings einen Vertrauensvorschuss erarbeiten.



Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation


Es wurden zahlreiche Veröffentlichungen geplant und durchgeführt. Die Veröffentlichungen umfassen hauptsächlich Fachartikel in branchenspezifischen Zeitungen. Zu den Veröffentlichungen gehören unter anderem ein Artikel im Brandeins Magazin und ein Artikel im 3R Magazin für Rohrleitungsbau.
Zu den Kooperationspartnern gehören mittlerweile größere Firmen wie Siemens Mobility und Open Grid Europe. Die Messergebnisse aus der Zusammenarbeit mit diesen Partnern sind nicht zur Veröffentlichung freigestellt.
Mit dem Institut für Geophysik ist die ASDRO GmbH weiterhin in Kontakt und steht in regelmäßigem Austausch mit den Professoren und Mitarbeitern der Arbeitsgruppe „Angewandte Geophysik“.
Ende April 2021 war die ASDRO GmbH mit einem Stand auf der „Hannover Messe“ als Mitaussteller vertreten. Aus den dortigen Gesprächen wurden Kontakte mit vielversprechenden Aussichten auf zukünftige Projekte geknüpft - auch außerhalb von Europa. Die Messe fand aufgrund der Corona-Pandemie ausschließlich in digitaler Form statt.
Außerdem war die ASDRO GmbH im September 2021 mit einem Messestand auf der Messe „Husum Wind“ mit dabei. Die „Husum Wind“ ist eine deutsche Windmesse mit den wichtigsten Vertretern der deutschen und internationalen Windindustrie. Hier konnte die ASDRO GmbH sowohl bereits bestehende Kundenkontake festigen als auch neue Kontake aufnehmen.
Die Firma ASDRO belegte in diesem Jahr beim KUER Businessplan Wettbewerb den dritten Platz. In diesem Wettbewerb werden besonders nachhaltige Lösungen in NRW ausgezeichnet. Zudem gewann ASDRO im September 2021 den Brownfield24 Award in der Kategorie „Bestes Nachwuchsprojekt“.
In einem weiteren Projekt steht die Firma ASDRO mit einem Startup aus Albanien in Kontakt, um die Einsetzbarkeit der entwickelten Methoden in ehemaligen Kriegsgebieten auf dem Balkan zu testen. Erste Tests sind für das Jahr 2022 geplant. Das Team von ASDRO plant, seine Lösung zur zerstörungsfreien und kontaktlosen Sondierung von Kampfmitteln auch für humanitäre Einsätze in ehemaligen Kriegsgebieten anzubieten.
In einigen Tests wurde klar, dass das ASDRO-System vor allem auf sehr großen, freiliegenden Flächen wie Agrarflächen, Moore, Deiche und Wattenmeerflächen optimal eingesetzt werden kann. Im Austausch mit der DBU sollen Partner und potentielle Kunden in diesen Bereichen gefunden werden.




Fazit


Durch das DBU Förderprojekt konnte die ASDRO GmbH zahlreiche Entwicklungsschritte erfolgreich umsetzten. Das Drohnen-Geomagnetik-Messsystem wurde weiterentwickelt und die dazugehörige Flugplanungs- und Auswertungssoftware durch Automatisierungsprozesse verbessert. In Testmessungen auf Truppenübungsplätzen wurde die Einsetzbarkeit des Systems bereits praktisch erprobt.
Hardwareseitig wurde während der DBU Förderung an den Problemstellungen Flugdauer, Pendelkorrektur und Flugsteuerung sowie softwareseitig an der Inversion der gesammelten Messdaten gearbeitet. Die Ergebnisse der Arbeit flossen in die Entwicklung einer UXO-Dipol-App ein, die das theoretische Feld unterschiedlicher Kampfmittel anzeigt. Dies dient zum einen der Evaluation, welche Kampfmittel tatsächlich detektiert werden können und ist zum anderen eine Überprüfungsmethode für die gemessenen Anomalien. Um magnetische Anomalien automatisch in den aufgenomenen Datensätzen identifizieren zu können, wurde die eigene Auswertungssoftware „MagSurv“ ebenfalls weiterentwickelt. Beispielsweise können nun Objekte der Infrastruktur wie Strom- oder Gasleitungen automatisch erkannt und daraufhin in die Geomagnetik-Karte eingezeichnet werden. Intensive Testflüge bei einer offenen Rohrleitung konnten die Methode bestätigen und lieferten eine Positionsgenauigkeit von etwa +/- 29 cm.
Es stellte sich heraus, dass das Steuern und vor allem das Starten und Landen des Systems einen sehr erfahrenen Piloten benötigt. In einer Testphase im Mai und Juni 2021 konnte das System so optimiert werden, so dass Start und Landung voll automatisch durchgeführt werden können. Hierfür sind weitere Entwicklungsschritte an der Drohnensoftware nötig. Die Einstellungen umfassen unter anderem die präzise Drehzahlregelung im Leerlauf sowie eine Begrenzung der Fluggeschwindigkeiten. Außerdem soll ein Geofence entwickelt werden, um das System in Notfall automatisch zu seiner Startposition zurückzuführen.
Mit Hilfe der Photogrammetrie konnte erfolgreich eine Flugplanungssoftware für die automatisierte Festlegung von Geofences entwickelt werden, um eine Gefährdung durch Hindernisse wie Gebäude oder Bäume ausschließen zu können. Die Software analysiert im Vorfeld gesammelte photogrammetrische Luftbilddaten und erkennt Hindernisse sowie große Abweichungen der Topographie. Diese Bereiche werden für die Flugplanung als nicht befliegbar in der Karte gekennzeichnet. Die Flugplanungssoftware wird von ASDRO mittlerweile für alle Drohnen-Projekte im Vorfeld eingesetzt, um die Sicherheit des Messsystems jederzeit gewährleisten zu können.
Desweiteren konnten mit dem Einsatz von Multispektralkameras weitere Einsatzfelder in Kombination mit der Geomagnetik erschlossen werden. Seit Sommer 2021 wird im Rahmen einer Masterarbeit ein Forschungsthema zum Einsatz von Multispektralkameras bearbeitet.
Insgesamt werden von der ASDRO GmbH in 2021 drei Masterarbeiten von Studenten der Ruhr-Universität Bochum, der Fachhochschule Münster und der Universität Bonn mitbetreut.