Fahrzeugführung für die automatisierte Unterwasser-Inspektion

Jacobi, Marco GND

In der vorliegenden Arbeit werden neue Konzepte für die autonome und hoch automatisierte Inspektion von Unterwasserstrukturen mittels unbemannter Fahrzeuge entwickelt sowie deren Implementation und Einsatz unter realen Bedingungen vorgestellt. Regelmäßige Inspektionen von produktiven Anlagen sind grundlegende Maßnahmen für einen reibungslosen, störungsfreien produktiven Betrieb dieser Anlagen. Kostendruck, neue und mehr Offshore-Konstruktionen wie Energiegewinnungsanlagen sowie das Vordringen in größere Wassertiefen erfordern einen hohen Grad an Automation und Überwachung der Anlagen. Aktuell werden die Unterwasserstrukturen dieser Anlagen mit Hilfe von Tauchern und ferngesteuerten, gefesselten Fahrzeugen inspiziert. Diese Verfahren erfordern einen hohen personellen und infrastrukturellen Aufwand und sind risikoreich für Personal und Material. Hier setzt die vorliegende Arbeit an, indem durch autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) der Aufwand und das Einsatzrisiko reduziert sowie die Datenqualität verbessert werden kann. Zwei Inspektionsszenarien werden innerhalb der Arbeit behandelt: die Inspektion von Hafenanlagen sowie Pipeline und Seekabelinspektion. Dabei werden aktuelle Ansätze zur Inspektion dieser Anlagen vorgestellt und diskutiert sowie die in dieser Arbeit neu entwickelten Verfahren eingeordnet. Es wird intensiv auf die Implementation der Führungsalgorithmen sowie deren Erprobung eingegangen. Unterschiedliche Strukturen von Fahrzeugführungssystemen und der Missionsplanung von AUVs werden vorgestellt und verglichen. Dabei wird eine neue Möglichkeit der Integration von Inspektionsaufgaben in bestehende Fahrzeugführungs- und Missionsplanungssysteme sowie deren begleitende planenden und operativen Prozesse entwickelt und umgesetzt. Alle in der Arbeit entwickelten Verfahren wurden umgesetzt sowie simulativ und experimentell erprobt. Als Fahrzeuge standen das SeaCat-AUV für die Hafeninspektion und das KAPITAS-AUV mit einer weltweit einzigartigen Sensorausstattung für die Pipelineinspektion zur Verfügung.

This thesis presents new concepts and solutions for autonomous and highly automated inspections of underwater structures with the help of unmanned underwater vehicles (UUVs). These concepts were implemented and tested under real life contraints. The results are presented in this thesis. Regular inspections of any installation or facility are cruical for a smooth and failure-free operation of these assets. Cost pressure, new and an increased number of offshore installations such as offshore windparks and further the expansion into deeper water require a high automation level and a continous monitoring of these installations. The current approach to inspect the underwater structures of these installations is to use divers and remotely operated underwater vehicles (ROVs) to undertake the inspection suveys. These operations need a lot of manpower and are expensive due to ship and personnel costs. Additionlly, they are conducted with high risk for personnel and material. This point is being addressed by this thesis; due to the use of autonomous underwater vehicles (AUVs) and automation the operational risk and the costs can be reduced. Another benefit of these automation effords is that the data quality gained from autonomous inspection missions is increased. Two inspection scenarios are covered by this thesis: the inspection of habour facilities and the inspection of underwater pipelines and cables. Therefore, the current approaches and the newly developed solutions of this work are presented and discussed. The implementation and test of the new guidance and control algorithmes are presented in depth. The different structurual designs of vehicle guidance and mission planning systems are presented and compared. With these results, a new approach to integrate inspection tasks into current guidance and mission planning systems is introduced, implemented and integrated. All algorithms and procedures developed in this work are implemented and tested in several experiments and under operational conditions. The SeaCat-AUV was used as vecicle for the sea trials to conduct the harbour inspection and the KAPITAS-AUV was the plattform for the pipeline inspection trials. Whereby this AUV has a worldwide unique sensor suite usable for a wide range of different survey and inspection missions.

Cite

Citation style:
Jacobi, M., 2020. Fahrzeugführung für die automatisierte Unterwasser-Inspektion. Universitätsverlag Ilmenau.
Could not load citation form. Default citation form is displayed.

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved

Export