Wettbewerb für die Planung von Flugrouten zur Inspektion von Bauwerken mit unbemannten Fluggeräten
Der Einsatz unbemannter Fluggeräte (UAV), sogenannter Drohnen, für die Inspektion von Bauwerken gewinnt immer mehr an Bedeutung und hat das Potential, die Effizienz der Bauwerksinstandhaltung signifikant zu verbessern. Besonders bei der Inspektion von großen Bauwerken wie Brücken oder Staudämmen kann die bildbasierte Aufnahme den Inspektionsaufwand deutlich reduzieren, indem die handnahe Prüfung auf die Bereiche reduziert werden kann, in denen mögliche Schädigungen erkannt wurden.
Verschiedene Schädigungen können in Bildern der Bauwerksoberfläche erkannt werden, etwa Risse, Rost, Abplatzungen oder Aussinterungen. All diese können wichtige Informationen über den Zustand des Bauwerkes liefern und die Instandhaltung unterstützen. Zusätzlich können beispielsweise mit der Structure from Motion (SfM - Struktur aus Bewegung) Methode aus den aufgenommenen Bildern 3D Modelle berechnet werden, die mit hoher Auflösung und Qualität die Geometrie des Bauwerkes abbilden.
Damit diese Informationen verlässlich aus den Daten gewonnen werden können, müssen die Bilder entsprechende Qualitätsbedingungen erfüllen. Um dies zu erreichen, hat es sich durchgesetzt, die Flugrouten für die Befliegungen im Vorfeld zu planen, indem eine Reihe an Wegpunkten, von denen die Drohne ein Bild aufnimmt, festgelegt und während der Aufnahme von der Drohne automatisch abgeflogen werden.
Eine Vielzahl von Methoden wurde in den letzten Jahren in diesem Kontext entwickelt, die mit unterschiedlichen Ansätzen und Rahmenbedingungen arbeiten um die jeweiligen Anforderungen zu erfüllen. Während die grundsätzlichen Ziele den meisten Ansätzen gleich sind, die Aufnahme von Bildern mit ausreichender Qualität um bestimmte Oberflächeneffekte detektieren zu können und eine hochwertige 3D-Rekonstruktion zu berechnen, variieren die konkreten Bedingungen deutlich und es werden oft unterschiedliche Restriktionen bezüglich der Positionen der Wegpunkte angewendet. Daher existiert bisher kein Verfahren, verschiedene Ansätze miteinander zu vergleichen, oder auch nur zu analysieren, ob die gestellten Anforderungen mit der berechneten Flugroute erfüllt werden können. Um daran zu arbeiten, schlagen wir in einem Beitrag zum ISPRS Kongress 2021 mit dem Titel "Evaluation of 3D UAS Flight Path Planning Algorithms" ein Verfahren vor, das über die Kenngrößen Auflösung und Genauigkeit die Eignung und Leistungsfähigkeit von Flugrouten analysiert.
Das Ziel der Bauhaus Path Planning Challenge (bppc) ist es, dieses Verfahren zur Bewertung von Flugrouten zu etablieren, das sich flexibel in verschiedenen Szenarien anwenden lässt und auf fundamentale Aspekte aufbaut, ohne spezifische Annahmen in Bezug auf Fluggerät, Bauwerk oder Bedingungen vor Ort zu treffen. Anhand dieses Verfahrens können unterschiedliche Verfahren miteinander verglichen werden um zu evaluieren, welche Ansätze besonders geeignet sind und die besten Ergebnisse erzeugen können. Für den Vergleich verschiedener Flugrouten ist es notwendig, dass sie für das selbe Objekt und die selben Anforderungen erstellt wurden. Bisher ist es nicht üblich, dass die Szenarien der verschiedenen Ansätze veröffentlicht werden, sodass ein weiterer Beitrag der bppc ist, ein Set von Referenz-Szenarien zur Verfügung zu stellen, 3D-Modelle verschiedener Bauwerke mit detailliert beschriebenen Anforderungen, anhand derer verschiedene Flugrouten verglichen werden können.
Um die Evaluierung von Flugrouten zu vereinfachen und ein Ranking zu präsentieren, wird eine Plattform bereitgestellt, die alle detaillierten Informationen zur bppc bereitstellt. Dort können Flugrouten für die Evaluierung hochgeladen, visualisiert und für die Challenge eingereicht werden. Dort können auch die Referenzmodelle heruntergeladen werden. Außerdem wird das Verfahren der Evaluierung im Detail beschrieben, welche Aspekte der Flugrouten bewertet werden und wie der finale Score berechnet wird. Die Plattform soll den zentralen Zugang zu der Challenge darstellen, die Community zum Thema der Flugroutenplanung zusammenbringen und zur Beteiligung einladen. Die Plattform ist erreichbar unter:
path.medien.uni-weimar.de
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