Inspectie van kritieke infrastructuur door slimme drones

Het inspecteren van complexe structuren zoals energiecentrales en bruggen was vroeger een risicovolle en tijdrovende taak. Nu brengen autonome drones, uitgerust met geavanceerde camera’s en kunstmatige intelligentie, een enorme vooruitgang. Een onderzoeksproject van de Universiteit van Klagenfurt laat zien hoe deze technologie de inspectie van kritieke infrastructuur kan verbeteren. Dit project, ondersteund door innovatieve systemen, toont aan dat precisie en veiligheid hand in hand gaan.

Autonome drones voor inspectie van kritieke infrastructuur

Het inspecteren van vitale installaties zoals elektriciteitsmasten of industriële complexen vraagt om nauwkeurigheid en flexibiliteit. Traditionele methoden vereisen vaak dat mensen gevaarlijke of moeilijk bereikbare plekken betreden. Autonome drones, ook wel UAV’s (Uncrewed Aerial Vehicles) genoemd, veranderen dit proces door vanuit de lucht gedetailleerde beelden te maken die erg belangrijk zijn voor de inspectie van kritieke infrastructuur. Een onderzoeksteam van de Universiteit van Klagenfurt ontwikkelde een drone die in real-time navigeert op basis van objectgerelateerde informatie, met behulp van kunstmatige intelligentie (AI).

Deze drone herkent zelfstandig specifieke objecten, zoals isolatoren op elektriciteitsmasten, en vliegt er op een vaste afstand van drie meter omheen. Dit zorgt voor consistente en hoogwaardige opnames die latere vergelijkingen mogelijk maken. De technologie achter deze precisie komt van geavanceerde camera’s en slimme algoritmes die ruwe data omzetten in bruikbare informatie. Hierdoor wordt kritieke infrastructuur inspecteren efficiënter en veiliger.

Technologie die navigatie optimaliseert

De kern van deze innovatie ligt in het gebruik van semantische informatie. Dit betekent dat de drone niet alleen beelden vastlegt, maar ook begrijpt wat hij ziet. Een pixel wordt niet langer gezien als een losse kleurwaarde, maar als deel van een object, zoals een isolator of mast. Dit maakt het mogelijk om de relatieve positie van de drone ten opzichte van het object exact te bepalen, zonder afhankelijk te zijn van traditionele GNSS-systemen (Global Navigation Satellite System). In deze context is de inspectie van kritieke infrastructuur van groot belang.

GNSS-systemen kampen vaak met problemen zoals signaalverlies door schaduw of interferentie bij grote structuren. De AI-aanpak van het Klagenfurt-team omzeilt deze obstakels en biedt een stabiele en veilige navigatie voor de inspectie van infrastructuren die kritisch zijn. “Onze technologie maakt herhaalbare inspecties vanuit exact dezelfde invalshoek mogelijk,” zegt Thomas Georg Jantos, promovendus bij de onderzoeksgroep Control of Networked Systems.

Hardware die prestaties levert

De drone is uitgerust met een TWINs Science Copter-platform, een Pixhawk PX4-autopilot en een krachtige NVIDIA Jetson Orin AGX-computer aan boord. Een USB3 Vision industriële camera van IDS Imaging Development Systems speelt een sleutelrol in het vastleggen van hoogwaardige beelden. Deze camera, de U3-3276LE C-HQ uit de uEye LE-serie, biedt een resolutie van 3,19 megapixel en een framerate tot 58 fps, wat essentieel is voor het inspecteren van kritieke infrastructuur.

Het gebruik van een global shutter-sensor voorkomt vervorming in beelden, zelfs bij korte belichtingstijden. Dit is van groot belang voor de nauwkeurige navigatie van de drone tijdens de inspectie van kritieke infrastructuur. De camera levert de ruwe data die de AI nodig heeft om de positie en oriëntatie van de drone in real-time aan te passen.

Uitdagingen in compacte systemen

Het integreren van krachtige AI in een kleine drone brengt flinke uitdagingen met zich mee. De boordcomputers zijn vaak minder snel dan de systemen waarop de AI-modellen getraind worden. “We werken hard aan het optimaliseren van deze modellen voor gebruik in compacte drones,” legt Thomas Jantos uit. Dit proces vraagt om innovatieve oplossingen om rekenkracht en snelheid te balanceren voor inspecties van kritieke infrastructuur.

Desondanks laten de eerste tests in de dronehal van de universiteit veelbelovende resultaten zien. De IDS-camera presteert uitstekend en levert de benodigde beeldkwaliteit voor de complexe navigatie-algoritmes. Dit vormt een stevige basis voor verdere ontwikkeling van autonome inspectiesystemen van kritieke infrastructuur.

Integratie voor autonome inspectie van kritieke infrastructuur

De drone maakt gebruik van de CNS Flight Stack, een softwarepakket dat autonome missies mogelijk maakt. Dit systeem integreert sensoren, navigatie en controle-algoritmes via het Robot Operating System (ROS). Met behulp van de IDS peak SDK wordt de camera naadloos gekoppeld aan de boordcomputer, wat snelle beeldverwerking en aanpassingen zoals automatische belichting mogelijk maakt en essentieel is voor de inspectie van kritieke infrastructuur.

Sensorfusie speelt een belangrijke rol in de stabiliteit van de drone. Door data van de camera, IMU (Inertial Measurement Unit) en andere sensoren te combineren, kan de drone zijn positie met hoge precisie aanhouden. Dit is vooral waardevol bij inspecties van complexe structuren waar nauwkeurigheid in kritieke infrastructuur een absolute prioriteit is.

Praktische impact op de industrie

De toepassing van deze technologie biedt enorme voordelen voor bedrijven die afhankelijk zijn van regelmatige controles van hun installaties. Door drones in te zetten voor de inspectie van kritieke infrastructuren, wordt de veiligheid van medewerkers aanzienlijk verbeterd. Risicovolle taken, zoals het beklimmen van hoge masten, behoren straks tot het verleden.

Daarnaast zorgen de consistente en gedetailleerde opnames voor een betere analyse van slijtage of schade. Dit kan leiden tot minder stilstand van installaties en een efficiënter onderhoudsproces. Bedrijven krijgen zo de kans om hun middelen slimmer in te zetten en kosten te verlagen, vooral bij inspecties van hun kritieke infrastructuur.

Mogelijkheden inzetbaarheid inspectie van kritieke infrastructuur

De ontwikkelingen in autonome drones en AI openen de deur naar nog meer toepassingen in de industrie. Onderzoekers zoals Thomas Jantos zien kansen om deze systemen verder te verfijnen, met nog snellere computers en geavanceerdere camera’s. De focus ligt op het creëren van robuuste en compacte oplossingen die breed inzetbaar zijn, met een focus op inspectie van kritieke infrastructuur.

Industriële camera’s, zoals die van IDS, spelen hierin een sleutelrol door hun hoge resolutie en snelheid. Het vermogen om data direct op het apparaat voor te verwerken, bespaart kostbare rekentijd. Dit soort innovaties helpt de industrie om veiliger, sneller en slimmer te werken, met een positieve impact op zowel mens als machine.