Untersuchung und Beurteilung des weiterentwickelten PANORAMO PLUS- Inspektionssystems

05.03.2007

Eine von der S&P Consult GmbH durchgeführte Untersuchung und Beurteilung der weiterentwickleten Panoramo Plus bescheinigt dem Inspektionssystem eine zuverlässige Schadenserkennung und -erfassung sowie eine im Vergleich zum Vorgänger höhere Bildqualität.

Für die optische Inneninspektion nichtbegehbarer Kanäle [1] kommen heute - neben der nur noch selten durchgeführten Kanalspiegelung - fast ausschließlich zwei unterschiedliche Varianten des Kanalfernsehens zum Einsatz:

  • Kanalfernsehen auf Basis von Videokameratechnik (geregelt im ATV-M 143-2 [2 ]) [1,3]
  • Kanalfernsehen auf Basis von digitaler Technik [4,5,6]

Mit über 70 seit Mai 2002 in der Praxis eingesetzten Anlagen [7] ist das PANORAMO-Inspektionssystem der meistverbreitete Vertreter der letztgenannten Verfahrensgruppe [4]. Entgegen der beim konventionellen Kanalfernsehen verwendeten Analog-Videokameratechnik realisiert dieses System erstmals eine volldigitale, vollsphärische Bildaufnahme und  verarbeitung (Panoramatechnik) sowie eine vollständig im Büro durchführbare Auswertung der optischen Zustandserfassung für Abwasserleitungen und -kanäle.

Der wesentliche Unterschied gegenüber herkömmlichen Kanal-TV-Schwenkkopfkameras besteht bei PANORAMO in der kompakteren, zylinderförmigen Bauweise und der Anordnung von zwei unbeweglichen Digitalkameras auf der Vorder- und Rückseite des Fahrwagens mit einer Auflösung von 1392 x 1040 Pixel = 1,44 Megapixel (Bild 2 b). Bei den Objektiven handelt es sich um Weitwinkelobjektive (spezielle Fischaugenlinsen), welche einen halbkugelförmigen Vorwärts- und Zurückblick von je 185 ° gestatten (Bild 1). Die PANORAMO-Scannersoftware sieht zwei mögliche Betriebsarten für die Bildaufnahme vor [7]:

  • Scanmodus (Standardbetrieb): Für die eigentliche Inspektion werden jeweils nach einem Fahrweg von 5 cm die Bilder aufgenommen, unabhängig von der Zeit (Fahrgeschwindigkeit).
  • Videomodus (optional einstellbar): Beide Kameras laufen zeitgesteuert (wie übliche Videokameras). In diesem Modus werden digitale Videodateien (z.B. im MPEG-Format) erzeugt. Die Bildrate ist einstellbar bis 8 Bilder/s.

Basierend auf den gesammelten Einsatzerfahrungen wurden Weiterentwicklungen an PANORAMO durchgeführt, so dass seit April 2005 ein 2. Serientyp unter der Bezeichnung PANORAMO PLUS zur Verfügung steht (Bild 2).

Nachfolgend werden die wichtigsten Ergebnisse einer von der Ingenieurgesellschaft Prof. Dr.-Ing. Stein & Partner GmbH, Bochum (S&P), Bochum im Auftrag des Herstellers IBAK Helmut Hunger GmbH & Co. KG, Kiel erstellten Studie zur "Untersuchung und Beurteilung des weiterentwickelten PANORAMO PLUS - Inspektionssystems" vorgestellt [8]. Die Untersuchung beinhaltete Testbefahrungen in Abwasserkanälen in Holzfeld (Stadt Boppard) zur Beurteilung der Bildqualität sowie die Durchführung und Auswertung einer Umfrage bei PANORAMO- bzw. PANORAMO PLUS-Anwendern. Besonderes Augenmerk bei dieser Studie lag auf der Erkennbarkeit feiner Linienstrukturen (Risse), da diese seit Einführung des Systems teilweise kontrovers diskutiert wurde.

Weiterentwicklungen - PANORAMO PLUS

PANORAMO PLUS ist die Bezeichnung der Firma IBAK für das weiterentwickelte PANORAMO-Inspektionssystem. Im Gegensatz zu seinem Vorgänger PANORAMO umfasst die PANORAMO PLUS-Version nach Herstellerangaben [9] folgende Weiterentwicklungen:

  • Modifizierte Optik zur Erzielung noch schärferer Bilder als vorher, die unter anderem auch Infiltrationen erkennen lassen
  • Weiterentwickelte Software für die Bildverarbeitung zur maßstabgetreuen Darstellung von Ei-Querschnitten in der Abwicklung und Vermessung von in den Rohrquerschnitt einragenden Hindernissen in der perspektivischen Ansicht (ColorPlus).

Nachfolgend wird auf die "Bildverarbeitung mit "ColorPlus" eingegangen, welche umfassend im Rahmen der Studie [8] analysiert wurde.

Unter der IBAK-hausinternen Bezeichnung "ColorPlus" verbirgt sich ein verbesserter Bildverarbeitungsalgorithmus, der es ermöglicht, die in 5 cm-Intervallen über die komplette Haltungslänge aufgenommenen Einzelbilder der Rohrinnenwand zu "Kugelbildern" zusammenzusetzen und anschließend zu einer filmähnlichen Darstellung zu verarbeiten. Darüber hinaus wird es dem Betrachter bei der späteren Auswertung der Inspektion ermöglicht, das Rohr mit kontinuierlich ablaufender Bildfolge (Bild 3) zu untersuchen. In dem dieser Software zu Grunde liegende Bildverarbeitungsalgorithmus wurde nach IBAK-Angaben u.a. die elementaren Funktionen wie Weißabgleich und Farbberechnung optimiert. Diese sollen in Verbindung mit einer erhöhten Rechnerleistung z.B. eines 3 GHz-PC für eine noch bessere Bildauflösung sorgen [7].

Am 18.10.2005 wurden bei der Fa. IBAK im Beisein eines Vertreters von S&P mit PANORAMO PLUS verschiedene Tests zur Verdeutlichung des Schärfegewinns der perspektivischen Bildaufnahmen bei Verwendung der ColorPlus-Software durchgeführt. Bild 4 zeigt diesbezügliche Testbildaufnahmen ohne (Bild 4a) und mit zugeschalteter ColorPlus-Funktion (Bild 4b) zum Vergleich. Die Erkennbarkeit von Rissen wurde und wird seit Einführung des PANORAMO-Inspektionssystems teilweise kontrovers diskutiert. Die Fa. IBAK gibt als untere Sichtbarkeitsgrenze für Rissbreiten 1/10.000 oder 0,01% des Rohrinnendurchmessers an. Das würde beispielsweise für ein Rohr der Nennweite DN/ID 500 (500 mm) bedeuten, dass Risse bis zu einer Breite von B = 500 mm/10.000 = 0,05 mm erkannt werden könnten. Auch zu diesem Thema wurden am 18.10.2005 Untersuchungen im Rahmen der Überprüfung der Bildqualität durchgeführt. Dabei wurden aus den Entfernungen 10, 25, 40 und 50 cm mit PANORAMO PLUS Aufnahmen von Linien unterschiedlicher Breite gemacht (Simulation der Rohrnennweiten DN/ID 200, 500, 800 und 1000). Hierfür wurde ein vertikal aufgestelltes Holzbrett mit aufgeklebtem Papier mit weißem (100% Kontrast: Schwarz auf Weiß) bzw. grauem Hintergrund (50% Kontrast: Schwarz auf Grau) parallel zum Inspektionssystem (Simulation einer Rohrwand) in Höhe der Linse ausgerichtet. Die Papierseiten waren jeweils mit aufgedruckten schwarzen Linien mit unterschiedlichen Strichdicken (Angabe in mm) sowie unter der 0,1 mm Linie zusätzlich mit einem aufgeklebten Menschenhaar (ca. 0,06 mm) versehen.

Ergebnisse der Analyse

Es war ersichtlich, dass die Erkennbarkeit bzw. Größe des zu betrachtenden Objektes naturgemäß mit steigendem Linsenabstand abnimmt. Auch erschwert ein geringerer Kontrast die Erkennbarkeit der Linien bzw. des Haares. Das aufgeklebte Menschenhaar war bei fast allen dargestellten Situationen zu erkennen, lediglich bei 40 cm (Simulation DN/ID 800) bzw. 50 cm (Simulation DN/ID 1000) Abstand (Bild 6b) und einem Kontrast von 50% ließen sich die Haarabbildungen nur noch schwer erkennen bzw. gerade noch erahnen, d.h. unter diesen Bedingungen wird die Sichtbarkeitsgrenze erreicht.Bei den Aufnahmen mit einem Abstand von 25 cm (Bild 5a und b) konnte das Haar in beiden Fällen relativ gut erkannt werden, im Falle des Kontrastes von 50% erwartungsgemäß etwas schlechter. Bei Annnahme einer Haardicke von 0,06 mm würde dies eine rechnerische Sichtbarkeitsgrenze von 0,06 mm/500 mm = 0,00012 bzw. 0,012% in einem Rohr DN/ID 500 ergeben.

Für den Abstand 50 cm und 100% Kontrast (Bild 6a) würde sich auf Basis der durchgeführten Versuche ein diesbezüglicher Wert von 0,06 mm/1000 mm = 0,00006 bzw. 0,006% in einem Rohr DN/ID 1000 ergeben. Dieser unter den oben beschriebenen Randbedingungen ermittelte Wert unterschreitet die von der Fa. IBAK angegebene Sichtbarkeitsgrenze von 0,01% der Rohrnennweite DN/ID deutlich.

Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass in der Praxis Rissbilder durch Schatten an der Risskante, Verfärbungen durch Feuchtigkeit, Ablagerungen, Abplatzungen und andere durch den Riss hervorgerufene Unregelmäßigkeiten vielfach günstigere Randbedingungen aufweisen, welche die Erkennbarkeit von Rissen o.ä. zusätzlich erleichtern können.

 Hinweise zum Thema der Erkennbarkeit von Rissen unter Praxisbedingungen liefert z.B. ein Bericht der Berliner Wasserbetriebe, bei denen Parallelinspektionen mit einer konventionellen Dreh-/Schwenkkopfkamera mit 10-fach-Zoom-Objektiv und PANORAMO aufgenommen wurden [10].

Fazit: Mit ColorPlus werden die von PANORAMO PLUS aufgenommenen Bilder insgesamt schärfer und Details können im Vergleich zur Vorgängerversion besser bzw. angenehmer betrachtet werden. Es konnte gezeigt werden, dass eine Linie mit einer Breite von 1/10.000 bzw. 0,01% der Rohrnennweite erkannt werden kann.

Anwenderumfrage

Ein weiterer Bestandteil der Studie war eine Anwenderbefragung um einerseits die Ergebnisse der vorangegangenen Studie [5] zu verifizieren und andererseits die Anwenderakzeptanz der Neuentwicklungen abzufragen.
Als Erhebungsmethode wurde eine schriftliche Befragung mittels eines von S&P erarbeiteten Fragebogens gewählt, der an insgesamt 17 PANORAMO-Betreiber aus Deutschland verschickt wurde. Insgesamt wurden 14 Fragebögen beantwortet, d.h. die Rücklaufquote betrug (17 - über 80%. Vier der beteiligten Befragten besaßen mehr als ein PANORAMO-Inspektionssystem. Die Ergebnisse der Umfrage zum PANORAMO- bzw. PANORAMO PLUS-Inspektionssystem bezüglich der unterschiedlichen Befragungsschwerpunkte lassen sich zu folgenden, zentralen Aussagen zusammenfassen [8]:

Wirtschaftlichkeit
  • Der durchschnittliche Auslastungsgrad von PANORAMO lag bei 69%.
  • Der Zeitbedarf für die entkoppelten Arbeitsschritte "Inspektion" und "Datennachbereitung im Büro" wies im Durchschnitt ein Verhältnis von 57:43 auf.
  • Die mit PANORAMO zu erzielende durchschnittliche Inspektionsleistung lag bei 1.245 m/d im Vergleich zu 696 m/d bei konventionellen Dreh-/Schwenkkopfkameras.
  • Die durchschnittliche Ausfallzeit betrug für PANORAMO ca. 9,3 d/a im Vergleich zu 11,7 d/a für konventionelle Dreh-/Schwenkkopfkameras.
  • Ca. 58% der Befragten gaben an, durch den Einsatz von PANORAMO wirtschaftliche Vorteile zu haben; wobei die Wirtschaftlichkeitserhöhung im Vergleich zu konventionellen Dreh-/ Schwenkkopfkameras durchschnittlich mit 20,8% beziffert wurde.
Erfahrungen mit PANORAMO
  • 71,4% der Befragten bezeichneten die Qualität und Schärfe der PANORAMO-Aufnahmen mit "gut" oder "sehr gut".
  • Die Bildqualität und -schärfe von PANORAMO PLUS gegenüber PANORAMO wurde durchgehend mit "signifikant besser" oder "leicht besser" beurteilt.
  • Bei der optimalen Ausleuchtung des Kanals bestanden bei der überwiegenden Anzahl der Anwender teilweise noch Schwierigkeiten.
  • Ca. 2/3 der Befragten schätzten den nicht vorhandenen, optischen Zoom bei PANORAMO z.B. für die Detailansicht von Schäden und Anschlusseinbindungen als "nicht gravierend" ein.
  • Die überwiegende Anzahl der Befragten hielt die PANORAMO-Software für bedienerfreundlich.
  • Gravierende technische Probleme am PANORAMO-Inspektionssystem traten nur in wenigen Fällen auf. Als empfindlich wurden diesbezüglich insbesondere die Linsen und die Beleuchtung eingestuft.
  • Die Vermessungsfunktion auf der Abwicklung wurde von einem Großteil der Befragten regelmäßig genutzt.
  • Bei fast 2/3 der Befragten traten "regelmäßig" oder "teilweise" Schwierigkeiten auf, die mit PANORAMO gewonnenen Daten im Büro in dem Maße ihres Anfalls abzuarbeiten.
  • Der Kundenservice der Fa. IBAK wurde von der überwiegenden Mehrheit (ca. 85%) als mindestens zufriedenstellend eingestuft.
Persönliche Meinung der Befragten
  • Für die Mehrheit der Befragten (über 57%) haben sich die Erwartungen an PANORAMO voll erfüllt.
  • Die Einsatzmöglichkeit und die Marktchancen für eine zukünftige PANORAMO-Variante im Rohrnennweitenbereich < DN/ID 200 wurde unterschiedlich bewertet; die Hälfte der Befragten sieht diesbezüglich einen Bedarf, wobei die Rohrnennweite ab DN/ID 100 mit über 61% häufiger als DN/ID 150 genannt wurde.
  • Die Einführung des PANORAMO-Inspektionssystems hatte personell bei fast 65% der Befragten keine und wenn, überwiegend positive Konsequenzen in Form von Neueinstellungen (ca. 14%) oder Versetzungen (ca. 21%) mit sich gebracht; Entlassungen hatte es keine gegeben.
Fazit

Das sphärische, digitale Inspektionssystem PANORAMO der Firma IBAK hat sich im Markt etabliert und ermöglicht eine zuverlässige Schadenserkennung und -erfassung. Als Version PANORAMO PLUS bietet dieses Inspektionssystem eine im Vergleich zum Vorgänger höhere Bildqualität.
Erfahrungen im Alltag der Sanierungsplanung haben darüber hinaus gezeigt, dass digitalisierte Daten, welche neben der perspektivischen Ansicht auch in einer 2-D-Darstellung (Abwicklung) zur Verfügung stehen, eine effizientere, zweite Auswertung sowie Kontrolle der Daten z.B. mit Hilfe der Vermessungsfunktion durch den mit der Sanierung beauftragten Ingenieur ermöglichen [11]. Die Vermessungsfunktion erlaubt unter Berücksichtigung der Genauigkeits- und Auflösungsgrenzen eine relativ gute Bestimmung von Objektabmessungen bzw. Schadensausmaßen. Das Inspektionssystem PANORAMO erfüllt somit alle Voraussetzungen für eine korrekte und normgerechte Zustandsklassifizierung und -bewertung. Die Umfrage bei den Anwendern hat u.a. ergeben, dass die Inspektionsleistung von PANORAMO im Vergleich zu herkömmlichen Dreh-/ Schwenkkopfkameras höher ist und damit auch eine höhere Wirtschaftlichkeit bei entsprechendem Auslastungsgrad erzielt werden kann. Wie bei jeder Kamera traten auch bei PANORAMO im Laufe der Betriebsdauer technische Probleme oder Defekte auf, die jedoch in der Regel in relativ kurzer Zeit behoben werden konnten.

Literatur

[1] Stein, D.: Instandhaltung von Kanalisationen. 3., überarbeitete und erweiterte Auflage, Verlag Ernst & Sohn, Berlin 1998.

[2] ATV-M 143-2: Inspektion, Instandsetzung, Sanierung und Erneuerung von Abwasser­kanälen und ‑leitungen – Teil 2: Optische Inspektion (04.1999).

[3] Stein, R.: Trends und Entwicklungen der Zustandserfassung. bi umweltbau (2004), H. 3, S. 64–72. [4] Hunger, W.: Optische Kanalinspektion mit Panoramo. Beitrag 12. Europäisches Wasser-, Abwasser- und Abfall-Symposium „TV-Inspektion für Betrieb und Instandhaltung (EWA)“ am 14. Mai 2002 im Rahmen der IFAT 2002 in München.

[5] Stein, D., Körkemeyer, K., Brauer, A.: Vergleichende Analyse des neuartigen Panoramo-Inspektionssystems mit den Standardverfahren zur Inspektion von Abwasserleitungen und ‑kanälen am Beispiel des Argus 4-Kamerasystems. Expertise der Prof. Dr.-Ing. Stein & Partner GmbH, Bochum im Auftrag der IBAK Helmut Hunger GmbH & Co. KG, Kiel. Bochum, Mai 2004 (veröffentlicht unter www.UNITRACC.de, kostenlose Registrierung für Einsicht erforderlich).

[6] Stein, D., Brauer, A., Broziewski, A.: Optische Zustandserfassung von Kanalisationen – volldigital oder analog? KA – Abwasser, Abfall 2005 (52), Nr. 3, S. 259–268.

[7] Firmeninformation IBAK Helmut Hunger GmbH & Co. KG, Kiel.

[8] Stein, D., Stein, R., Brauer, A.: Untersuchung und Beurteilung des weiterentwickelten PANORAMO PLUS-Inspektionssystems. Studie der Prof. Dr.-Ing. Stein & Partner GmbH, Bochum im Auftrag der IBAK Helmut Hunger GmbH & Co. KG, Kiel. Bochum, August 2006.

[9] Firmeninformation IBAK Helmut Hunger GmbH & Co. KG, Kiel.

[10] Hilpert, R., Kramer, D. : Auswertung des Einsatzes der PANORAMO-Kameratechnik bei den Berliner Wasserbetrieben. Unveröffentlichter Bericht der Berliner Wasserbetriebe (BWB), Berlin 2003.

[11] Firmeninformation S&P Consult GmbH, Bochum (http://www.stein.de).


 

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