Inspektion von Brückenpfeilern unter Wasser mit dem USV „Apache 4“ und dem Multibeam-Echolot HN-400M

An einem stark befahrenen Eisenbahnübergang über den Huaihe-Fluss musste ein Vermessungsteam die Unterwasserfundamente der Brückenpfeiler untersuchen, die Auswaschungen und Verschlammungen in deren Umgebung vermessen sowie das Flussbett stromaufwärts und stromabwärts kartieren – und das alles, ohne ein bemanntes Boot in den stark befahrenen Kanal zu schicken. Die Vermessung wurde mit dem unbemannten Oberflächenfahrzeug „CHC Navigation Apache 4“ durchgeführt, das mit einem HN-400M-Multibeam-Echolot ausgestattet war, und die Messdaten wurden in ein vollständiges dreidimensionales Bild des Flussbetts umgewandelt. So wurde die Vermessung durchgeführt.

Der Standort: Pfeiler einer Eisenbahnbrücke über den Huaihe-Fluss

Das Untersuchungsgebiet befindet sich an der Eisenbahnbrücke über den Huaihe-Fluss in Bengbu in der Provinz Anhui. Der Auftrag war klar definiert: Die Brückenpfeiler unterhalb der Wasserlinie sollten inspiziert, die Auswaschungen und Verschlammungen um jeden Pfeiler herum vermessen und eine topografische Vermessung des Flussbetts stromaufwärts und stromabwärts der Brücke durchgeführt werden. Um den Zustand der Fundamente beurteilen zu können, war eine genaue Erfassung der Flussbettform über die gesamte Spannweite erforderlich.

Die Herausforderung: Inspektion von Pfeilern von einem bemannten Boot aus

In diesem Zusammenhang warf die Durchführung der Vermessung von einem bemannten Schiff aus drei Probleme auf:
 

• Der rege Schiffsverkehr auf dem Kanal stellt den bemannten Betrieb in der Nähe der Anlegestellen zu einem Risiko für die Navigationssicherheit dar.
   
• Ein großes Boot kann nicht nah genug an die Anlegestellen heranfahren, um detaillierte Daten an den Fundamenten zu erfassen.
   
• Am Standort gibt es keinen geeigneten Anlegeplatz, was die Möglichkeiten einschränkt, an denen ein bemanntes Schiff zu Wasser gelassen und betrieben werden kann.
   

Das Team benötigte eine kompakte, äußerst wendige Plattform, die sicher im Schiffsverkehr eingesetzt werden, sich den Anlegestellen bis auf Tuchfühlung nähern und ohne Anlegestelle direkt vom Ufer aus zu Wasser gelassen werden konnte.

Die Lösung: die Apache 4 USV mit dem Multibeam-Echolot HN-400M

Das Team kombinierte das „Apache 4“, ein kompaktes und rein elektrisch betriebenes unbemanntes Oberflächenfahrzeug, mit dem „HN-400M“, einem leichten Zweifrequenz-Multibeam-Echolot. Das USV ist klein und äußerst wendig, sodass es sich den Brückenfundamenten bis auf kurze Distanz nähern kann, um detaillierte Daten zu erfassen, und dank seiner kompakten Bauweise kann das Team es vom Ufer aus zu Wasser lassen und Vermessungen durchführen, ohne dass ein spezieller Anlegeplatz erforderlich ist. Ein Millimeterwellen-Radar zur Hindernisvermeidung sorgt dafür, dass das Fahrzeug vorbeifahrenden Booten automatisch ausweicht, und dank der an Bord befindlichen Kameras kann der Bediener die Ausrüstung in Echtzeit überwachen, sodass die Vermessung sicher in einem befahrenen Fahrwasser durchgeführt werden kann.
 

Das HN-400M kombiniert den Betrieb bei 400 kHz und 550 kHz mit FM-CHIRP, sodass der 550-kHz-Modus hochauflösende Details in den Untiefen rund um die Pfeiler erfasst, während 400 kHz die Durchdringung in tieferem und trüberem Wasser verbessert. Eine integrierte IMU mit einer Genauigkeit von 0,03° sorgt für eine Bewegungskompensation in Echtzeit, eine Erfassungsbreite von 145° deckt in einem einzigen Durchgang bis zum Sechsfachen der Wassertiefe ab, und mit einem Gewicht von 3,5 kg ist der Sensor leicht genug für einen schnellen Einsatz auf einem USV. Zusammen liefern die Plattform und der Sensor eine dichte Abdeckung des Flussbetts in der Größenordnung von 5.000 Punkten pro Quadratmeter mit einem Punktabstand von unter 0,03 m, anstatt einer Reihe von Einzelpunktmessungen.

Im Feld: Autonome Vermessung zu einer 3D-Punktwolke

Der Arbeitsablauf war unkompliziert. Das Team plante die Vermessungslinien anhand der Wassertiefe des Gebiets und ließ den Apache 4 diese autonom abfahren, während der HN-400M einen durchgehenden Streifen von Tiefenmessungen über den Flussgrund aufzeichnete. Die Tiefenmessungen wurden anschließend als dreidimensionale Punktwolke des Vermessungsgebiets ausgegeben, wodurch ein lückenloses Modell des Flussbetts und der darauf befindlichen Strukturen entstand.

Das Ergebnis: eine vollständige Unterwasseraufnahme der Pfeiler

Ausgehend von der dreidimensionalen Punktwolke lieferte die Vermessung vier Arten von Ergebnissen für die Brücke und das Flussbett:
 

• Den Zustand der Brückenpfeiler unter Wasser, einschließlich der Auswaschungen und Verschlammungen im Bereich der einzelnen Fundamente.
   
• Den Verschlammungszustand des Flussbetts, der für die Planung und Überprüfung von Flussausbaggerungen nützlich ist.
   
• Die Verteilung von ausgebaggertem und abgelagertem Material sowie von Flusssand im gesamten Untersuchungsgebiet.
   
• Die Lage von Unterwasserhindernissen, die die Fahrsicherheit im Fahrwasser beeinträchtigen könnten.

Wo dies sonst noch gilt

Derselbe Ansatz lässt sich auch auf andere Bau- und Kanalarbeiten übertragen. Er eignet sich für die Unterwasserinspektion von Fundamenten von Straßen- und Eisenbahnbrücken, für Instandhaltungs- und Ausbaggerungsuntersuchungen an Wasserstraßen sowie für die Inspektion von Hafen- und Kaianlagen – überall dort, wo detaillierte Unterwasserdaten benötigt werden, in Gewässern mit regem Schiffsverkehr, in flachen Gewässern in der Nähe von Bauwerken oder an Stellen, die für ein bemanntes Boot schwer zu erreichen sind.

Bemannte Schiffe im Vergleich zum USV „Apache 4“ auf einen Blick

Für Teams, die bathymetrische Vermessungen im Binnengewässer und an Bauwerken planen, umfasst das breite Spektrum an Lösungen von CHC Navigation für die Meeresvermessung USV-Plattformen und Multibeam-Nutzlasten für hydrografische und bathymetrische Arbeiten.

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Über CHC Navigation

CHC Navigation (CHCNAV) entwickelt fortschrittliche Lösungen für Kartografie, Navigation und Ortung, die darauf ausgelegt sind, Produktivität und Effizienz zu steigern. CHCNAV bedient Branchen wie Geodaten, Landwirtschaft, Maschinensteuerung und autonome Systeme und liefert innovative Technologien, die Fachleute unterstützen und den Fortschritt der Branche vorantreiben. Mit einer globalen Präsenz in über 140 Ländern und einem Team von mehr als 2.200 Fachkräften gilt CHC Navigation als führendes Unternehmen in der Geodatenbranche und darüber hinaus. Weitere Informationen zu CHC Navigation [Huace:300627.SZ] finden Sie unter: https://geospatial.chcnav.com/about/overview