„Panoramo SI 4K“: Schachtinspektion in Ultra-HD-Auflösung

KIEL, 18.8.2020 – Seit Anfang dieses Jahres ist die Nehlsen AWG GmbH & Co. KG mit der neuen Generation der Panoramo SI mit 4K-Auflösung im Einsatz. Neben der höheren Bildqualität erweist sich für die Wilhelmshavener die Mobilität des flexiblen Systems als entscheidender Mehrwert für eine leistungsfähige Auftragsabwicklung.

Auf der IFAT 2008 wurde erstmals die von IBAK Helmut Hunger GmbH & Co. KG entwickelte Technik Panoramo SI (Schachtinspektion) vorgestellt. Bis dahin war die Aufnahme und Dokumentation von Schächten wegen fehlender technischer Möglichkeiten vernachlässigt worden; der Fokus lag auf der Aufklärung der Hauptkanäle und Anschlussleitungen. Seit mehr als 12 Jahren ermöglicht das Inspektionssystem Panoramo SI, den Schacht in die Inspektion und Dokumentation des Gesamtnetzes mit einzubeziehen. Im Jahr 2019 präsentierte IBAK auf der Ro-Ka-Tech in Kassel mit der Panoramo SI 4K erstmals ein Ultra-HD-System für den Schacht, das im Fahrzeug verbaut, aber auch portabel im Akkubetrieb verwendet werden kann. Mit der mobilen 360°-Kamera-Technologie kann nun auch die Innenansicht von schwer zugänglichen Schächten 100% vollständig erfasst und mit einer 4K-Auflösung betrachtet werden.

Abb. 1 u. 2: Mit einem Schacht-System auf alles vorbereitet: Je nach den Gegebenheiten im Einsatzgebiet arbeitet die Nehlsen AWG flexibel mit dem mobilen Gestell oder effizient aus dem Fahrzeug heraus.
Abb. 1 u. 2: Mit einem Schacht-System auf alles vorbereitet: Je nach den Gegebenheiten im Einsatzgebiet arbeitet die Nehlsen AWG flexibel mit dem mobilen Gestell oder effizient aus dem Fahrzeug heraus.

Nehlsen holt Fahrzeug mit Panoramo SI 4K

Die Abfallwirtschaftsgesellschaft Wilhelmshaven GmbH (AWG) gehört seit Januar 2010 als hundertprozentige Tochtergesellschaft zur Nehlsen GmbH & Co. KG. Seit Oktober 2018 firmiert das 12-köpfige Team um Bau- und Projektleiter Thorsten Schäfer unter dem Namen Nehlsen AWG GmbH & Co. KG (Nehlsen AWG). Das umfangreiche Leistungsspektrum des in Wilhelmshaven ansässigen Unternehmens reicht von der Dichtheitsprüfung über die Kanalreinigung und -inspektion bis hin zur Kanalsanierung mittels Kurz- und Schlauchliner.
Anfang dieses Jahres holte Schäfer einen neuen Mercedes-Vito in der IBAK-Hauptniederlassung in Kiel ab. Ausgestattet mit der Panoramo SI 4K bearbeitet das Unternehmen seitdem seine „Schacht-Aufträge“ mit der neuen Generation mit Ultra-HD-Auflösung. Die neue Kabelwinde KW SI mit 12 m Kamerakabel ist platzsparend in dem kompakten Vito untergebracht; kann aber auch an einem mobilen Gestell mit Laptop eingesetzt werden. Je nach den Gegebenheiten im Einsatzgebiet arbeitet die Nehlsen AWG flexibel entweder mit dem mobilen System oder effizient aus dem Fahrzeug heraus.

Einsatz im beengten Wohngebiet

Mit der Neuanschaffung war Teamkollege Kevin Westerholt unter anderem in einer Kommune südwestlich von Wilhelmshaven im Auftrag eines Wasserverbandes im Einsatz. Dort sollte eine flächendeckende Ersterfassung des Schmutzwassernetzes vorgenommen werden. Für den Hauptkanal sollte ein Kanalkataster zur Bestandsaufnahme erstellt und der Zustand dokumentiert werden. Zudem sollten die abgehenden Anschlussleitungen und Schächte inspiziert werden.
Die Befahrung der etwa 1.000 Schächte führte Westerholt mit der Panoramo SI 4K durch. Aus diesem Projekt werden nachfolgend beispielhaft zwei Schächte betrachtet. Diese befanden sich auf schmalen Grundstücken innerhalb eines Ferienhausgebiets. Jeweils hinter dem Haus in einem engen Bereich zwischen Hauswand und bepflanzter Grundstücksgrenze gelegen, waren die Schächte für ein Inspektionsfahrzeug unzugänglich. Eine von zahlreichen Situationen, in denen das Fahrzeug nicht direkt am Schacht positioniert werden konnte.

Abb. 3: In einer einzigen vertikalen Befahrung wird das gesamte Schachtinnere und in wenigen Sekunden optisch mit einer 4K-Auflösung gescannt.
Abb. 3: In einer einzigen vertikalen Befahrung wird das gesamte Schachtinnere und in wenigen Sekunden optisch mit einer 4K-Auflösung gescannt. (zur Veranschaulichung ohne Blendschutz abgebildet)

Leistungsfähiger durch Mobilität

Für die Inspektion dieser Schächte entnahm Westerholt mit wenigen Handgriffen die kompakte Winde aus dem Fahrzeug. Per Schnellverschlusssystem auf dem mobilen Gestell fixiert, war die Panoramo SI 4K kurzerhand zu einem mobilen System umgebaut. Westerholt erreichte die für das Fahrzeug unzugänglichen Schächte zügig, ohne dabei Equipment tragen zu müssen. Mit den großen Luftreifen des mobilen Gestells war der Inspekteur auch auf unwegsamem/holprigem oder stark bewachsenem Gelände flott unterwegs. Unabhängig von Stromanschlüssen war das System inklusive spritzwassergeschütztem Laptop dabei über leistungsstarke Standard-Wechselakkus versorgt.

Bewährtes Panoramo-Prinzip

Wie auch bei der Vorgängergenerationen werden bei der Panoramo SI 4K zwei hochauflösende Digitalkameras mit 185°-Fisheye-Objektiven verwendet. Die Kameras sind oben und unten am Gehäuse angebracht und nehmen in Abständen von 5 cm halbsphärische Bilder auf. Der Scan erfolgt bei der Rückwärtsfahrt von der Sohle aufwärts. Durch die verzerrungsfreien Weitwinkelobjektive wird dabei die Rundumsicht eines Schachtabschnitts fotografiert. Auf diese Weise wird das gesamte Schachtinnere in einer einzigen vertikalen Befahrung in wenigen Sekunden optisch gescannt. Die Bilder werden digital an den Laptop übertragen und dort zu vollsphärischen 360°-Kugelbildern zusammengesetzt. Daraus ergibt sich eine komplette, reale 3D-Innenansicht des Schachtes. Diese steht dem Bediener sofort live zur Verfügung.
Der Scanvorgang erfolgt unabhängig von der Anzahl der Ereignisse im Schacht und ist damit zeitlich planbar. Anders als in der Videotechnik, bei der eine kontinuierliche Beleuchtung bei bewegter Kamera eine hohe Bewegungsunschärfe in den Aufnahmen bewirkt, garantieren die stroboskopartig abgegebenen integrierten Xenonblitze auch dann noch gestochen scharfe Bilder, wenn das System mit einer Geschwindigkeit von bis zu 35 Zentimetern pro Sekunde durch den Schacht fährt. Die exakte Schachttiefe wird vor dem Scanvorgang mittels Laser ermittelt.

Abb. 4: Ansicht der Software IKAS evolution: Abwicklung des Schachtes mit Messung auf der Schachtwand.
Abb. 4: Ansicht der Software IKAS evolution: Abwicklung des Schachtes mit Messung auf der Schachtwand. Für die Breite des Steigeisens wurde eine Strecke (rote Linie) von 240 mm ermittelt.

360° trifft 4K

Das Format Full HD hat bereits seinen Weg in die Kanalrohrbranche gefunden. Die Bezeichnung 4K (= 4.000) stammt aus den Bereichen des digitalen Fernsehens und Kino-Produktionen. Mit einer doppelten Auflösung in der Breite und einer doppelten Auflösung in der Höhe kann mit der Panoramo SI 4K mit einer vierfach höheren Auflösung als bei der Vorgängergeneration gearbeitet werden. Sie ist mit 3.840 x 1.920 Pixel auf 360° hinsichtlich der Auflösung in einer der Videoproduktion vergleichbaren Größenordnung. 4K, oft auch Ultra HD genannt, gilt als Nachfolgeformat von Full HD.
Aber was sind die Vorteile eines 4K-Formates in der Schachtinspektion? Die höhere Auflösung bringt zunächst einmal eine verbesserte Bildschärfe und hat dadurch noch einen weiteren einschlägigen Vorteil: Da sich auf der gleichen Fläche deutlich mehr Bildpunkte befinden, kann der Betrachter näher an ein Objekt zoomen, ohne dass einzelne Pixel sichtbar werden. Zudem werden mit Ultra HD Farben und Kontraste deutlich differenzierter wiedergegeben. Davon profitiert der Betrachter der filmähnlichen Darstellung bei der Zustandsanalyse. Infiltrationen oder fein strukturierte Risse lassen sich nochmal deutlich besser erkennen.

Abb. 5: Punktwolke in der Seitenansicht mit Ergebnis einer Tiefenmessung: Die Messstrecke (rote Linie) wird neben dem Mauszeiger mit 1,848 m angegeben.
Abb. 5: Punktwolke in der Seitenansicht mit Ergebnis einer Tiefenmessung: Die Messstrecke (rote Linie) wird neben dem Mauszeiger mit 1,848 m angegeben.

Effiziente Arbeitsteilung

Die Zustandserfassung der Panoramo-SI-Filme kann wahlweise im Büro oder direkt vor Ort erfolgen. Die Nehlsen AWG hat sich für die Analyse im Büro entschieden, um Standzeiten des Fahrzeuges zu vermeiden. Die Analyse des Materials findet damit nicht in Hektik und Lärm der Straße statt. Losgelöst von der Schachtbefahrung wird die Zustandserfassung im Büro nach individuellen Gesichtspunkten durchgeführt. Am Arbeitsplatz ist es möglich, sich ohne Blickbegrenzung frei im Schacht zu bewegen, in jeder Position anzuhalten, 360° zu schwenken, zu zoomen und Standfotos zu speichern. Kleine Aufträge bearbeitet das Team selbst; bei umfangreichen Projekten, wie im vorliegenden Fall, wird ein Dienstleister mit der Zustandsanalyse beauftragt.

Abb. 6: Punktwolke in der orbitalen Ansicht mit Ergebnis der automatischen Konturerkennung: Der Durchmesser der Kreiskontur beträgt 1.006 mm (rot angegeben), die betreffende Querschichtposition ist innerhalb der Punktewolke gelb dargestellt.
Abb. 6: Punktwolke in der orbitalen Ansicht mit Ergebnis der automatischen Konturerkennung: Der Durchmesser der Kreiskontur beträgt 1.006 mm (rot angegeben), die betreffende Querschichtposition ist innerhalb der Punktewolke gelb dargestellt.

Datenübergabe

Das Ergebnis des optischen Scanvorgangs ist ein digitaler Panoramo-SI-Film in 4K-Auflösung, der beispielsweise auf einer Festplatte oder über ein Up- und Downloadportal weitergeben werden kann. Auf dem an den Auftraggeber gelieferten Datenträger befindet sich eine lizenzfreie Betrachtungssoftware. Diese kann auch auf der IBAK-Website zur Installation auf einen beliebigen Rechner kostenfrei heruntergeladen werden.
Die in die Oberfläche integrierten Untersuchungsdaten geben einen schnellen Überblick über den Inhalt des Datenträgers und ermöglichen einen direkten Zugriff auf den gewünschten Schacht. Neben der perspektivischen Darstellung kann der Schacht in einer Abwicklung dargestellt werden. In diesem Fall wird das Objekt der Länge nach aufgeschnitten und zu den Seiten abgewickelt (vgl. Abb. 4). Sie ermöglicht einen schnellen Überblick über den Schacht, Bauwerkszustand sowie das Ausmessen von allen Objekten auf der Schachtwand, wie zum Beispiel Schäden, Zu- und Abläufe, Materialübergänge oder Abstände zwischen den Steigeisen.
Die Untersuchungsberichte und Inspektionsdaten sind adäquat zu allen üblichen Daten-Schnittstellen. Das Inspektionsergebnis kann also ohne Einschränkungen mit den Panoramo-SI-Filmen und allen vorgesehenen Kennwerten sowohl im ISYBAU als auch im DWA M-150-Format übergeben werden. Im Folgenden wird die Analyse nur auszugsweise der hier betrachteten zwei Schächte wiedergegeben, um einen Einblick in die Vielzahl der Möglichkeiten zu geben.

Abb. 7: Ansicht der Software IKAS evolution: Mit der Panoramo-3D-Vermessung wurde über frei wählbare Messpunkte (gelb dargestellt) der Durchmesser des Zulaufes in der Schachtsohle vermessen.
Abb. 7: Ansicht der Software IKAS evolution: Mit der Panoramo-3D-Vermessung wurde über frei wählbare Messpunkte (gelb dargestellt) der Durchmesser des Zulaufes in der Schachtsohle vermessen.

Datenauswertung

Für die Auswertung der Scandaten steht die IBAK-Kanalanalyse-Software IKAS evolution, Option „Panoramo-SI-Schachtinspektion“ zur Verfügung. Damit wird den besonderen Anforderungen, die an die Auswertung von Schächten mit häufig unbekannter und/oder unregelmäßiger Geometrie gestellt werden, Rechnung getragen. Die Software erzeugt automatisch aus den Bilddaten eine aus einer Vielzahl von 3D-Messpunkten bestehende Punktewolke, die ebenfalls mit dem mitgelieferten 3D-Betrachtungsprogramm ausgewertet werden kann. Mit Hilfe dieser Punkte kann die Struktur (geometrische Form) des Schachtes in der Punktewolkenvermessung grafisch dargestellt werden. Neben einer automatischen Erkennung des Durchmessers der Schachtringe (vgl. Abb. 6) oder der Länge und Breite eines Schachtbauteils lassen sich in die Punktewolke beliebige Längs- oder Querschnitte legen, um an diesen über den Cursor Ausmessungen vorzunehmen. So können zum Beispiel die Schachttiefe in der Punktwolke gemessen (vgl. Abb. 5) oder die Maße von bisher nicht dokumentierten Bauteilen ermittelt werden.

Abb. 8: Ansicht der Software IKAS evolution. Darstellung der vermessenen Zu- und Abläufe (rot) in den Scan-Daten.
Abb. 8: Ansicht der Software IKAS evolution. Darstellung der vermessenen Zu- und Abläufe (rot) in den Scan-Daten.

In der Abwicklung sind Messungen nur in zylindrischen Körpern, die dem Durchmesser des Schachtes entsprechen, möglich. Mit der 3D-Vermessung können Objekte, wie etwa eintragende Stutzen oder die Rohrdimension der Zu- und Abläufe, in einem Schacht vermessen werden (vgl. Abb. 7). Bei der 3D-Vermessung spielt es keine Rolle, ob sich das Objekt auf der Schachtwand oder im Inneren des Schachtes befindet. Nach einer Messung wird die geometrische Form des Objektes als Grafik im Panoramo-Viewer und in der Punktwolke angezeigt. In dem Moment, in dem das 3D-Objekt bei der Messung angezeigt wird, ist dieses auch in der Punktwolke sichtbar (vgl. Abb. 8/9).
Abb. 9: Darstellung der vermessenen Zu- und Abläufe (rot) in der Punktewolke (gelb).
Abb. 9: Darstellung der vermessenen Zu- und Abläufe (rot) in der Punktewolke (gelb). | Fotos und Abbildungen: IBAK

Effizient und komfortabel bei schwer erreichbaren Schächten

Die Nehlsen AWG setzt die Panoramo SI 4K im Rahmen von Gewährleistungsabnahmen, zur Fremdwasserfeststellung oder wie im vorliegenden Fall zu Bestandsaufnahme und Zustandsdokumentation ein. Die Befahrungen der Nehlsen AWG mit der Panoramo SI 4K haben gezeigt, dass auch für ein Inspektionsfahrzeug unerreichbare Schächte eine lückenlose Zustandserfassung mit einer 4K-Auflösung auf komfortable und effiziente Weise möglich ist. Die hohe Produktivität ergibt sich aus dem minutenschnellen Umbau der Inspektion aus dem Fahrzeug heraus zu einem mit Akku betriebenem mobilen System. Je nach den Gegebenheiten am Einsatzort ist eine der beiden Arbeitsweisen vorzuziehen. In keinem Fall muss dabei Equipment durch den Inspekteur zum Schacht getragen werden.
Mit der Software IKAS evolution hat der Inspekteur einen bestmöglichen Überblick beim Scannen des Films im Gelände sowie eine fachgerechte Unterstützung bei der Datenerfassung und Einhaltung der Regelwerke. Dabei ist die Software flexibel genug, um die unterschiedlichsten Anforderungen von Auftraggebern der Nehlsen AWG zur erfüllen. Die im vorliegenden Bericht beispielhaft aufgeführten Messungen haben gezeigt, dass es keinen begründeten Anlass gibt, mit einem Zollstock in den Schacht einzusteigen.