Drohnendaten als Schlüssel zur Energiewende in einer Stadt

Warren und Minnesota nutzen Drohnen mit Wärmebildkameras, um die Energieeffizienz in der Gemeinde abzubilden

By Malek Murison Malek Murison
März 20, 2024

Für die meisten Haushalte sind Stromrechnungen eine konsistente und teure Ausgabe. Diese Kosten sind in den kalten Wintermonaten am höchsten. Die US-Energiebehörde Energy Information Administration prognostizierte, dass die Energiekosten der Haushalte im Winter 2022 aufgrund steigender Energiepreise im Einzelhandel mehrjährige Höchststände erreichen werden.

Hausbesitzer haben zwei Möglichkeiten, diesem Anstieg entgegenzuwirken: Sie ziehen eine zusätzliche Schicht an und drehen den Thermostat herunter, oder ergreifen Maßnahmen, um den Wärmeverlust im Haus zu minimieren. Die zweite Option wird immer beliebter, da Verbesserungen an der Isolierung langfristig zu erheblichen Einsparungen führen können.

Der erste Schritt bei der Reduzierung von Wärmeverlusten besteht darin, zu verstehen, was die Ursache ist. Dies hängt vom Alter und Standort eines Hauses ab, aber in der Regel sind Außenwände, Fenster und Dächer die Hauptverursacher. Wie können Sie also herausfinden, ob Ihr Gebäude unnötig Wärme und Geld in die Welt entweichen lässt?

Eine Initiative in Warren, Minnesota, hat gezeigt, dass Drohnen und thermische Inspektionen einen großen Teil der Lösung darstellen können.

Thermische Dachinspektionen: Die Energiesparinitiative einer Stadt

Warren ist eine kleine Stadt im Norden Minnesotas. Die Winter sind bitterkalt, aber die Einwohner haben einen entscheidenden Vorteil in Sachen Energie: Alle Versorgungsunternehmen befinden sich im Besitz und unter Verwaltung der Stadt. Somit hat die lokale Verwaltung und die Gemeinde einen Anreiz, die Heizkosten zu senken und alle Häuser und Gebäude so energieeffizient wie möglich zu gestalten.

Warren hat 2017 mit Unterstützung des nahe gelegenen Northland Community and Technical College eine Energieinitiative ins Leben gerufen. Studierende des Fachbereichs Luft- und Raumfahrt, die unbemannte Luftfahrtsysteme und Bildanalyse studieren, wurden mit der thermischen Abbildung der gesamten Stadt beauftragt. Von der Partnerschaft profitieren beide Seiten: Die Studierenden sammeln praktische Erfahrungen in der aufstrebenden Drohnenindustrie, während die Stadt Luftbilddaten erhält, die zeigen, wie die örtlichen Gebäude Wärme verlieren. 

Da jedes Gebäude in Warren thermisch abgebildet ist, können sich die Einwohner im Rathaus über ihre Wärmeverluste informieren. „Auf diese Weise können sie eine Entscheidung treffen, die ihnen die größten Energieeinsparungen und Kosteneinsparungen bringt“, berichtete die Verwaltungsbeamtin der Stadt Warren Shannon Mortenson dem Podcast „Local Energy Rules“.

Die Wärmebilder zeigen Wärmeverluste auf und weisen auf Bereiche hin – in der Regel Dächer, Wände, Fenster und Türen –, die eine weitere Isolierung erfordern oder vollständig ausgetauscht werden müssen. Die Ergebnisse sollen zusammen mit dem Zugang zu einem inklusiven Finanzierungsprogramm bereitgestellt werden, über das die Einwohnerein Darlehen von der Stadt erhalten können, um die Energieeffizienz zu verbessern. Das Darlehen wird schrittweise über die reguläre Stromrechnung zurückgezahlt, und sobald es bezahlt ist, darf der Hausbesitzer die Ersparnisse behalten.

Für Mortenson hat sich das Projekt für die Stadt und ihre Einwohner als sehr nützlich erwiesen. „Auf Seiten der Stadt können wir feststellen, wie hoch der Energieverlust in der Gemeinde insgesamt ist und wo dieser Energieverlust auftritt.“ [Es hat uns geholfen zu lernen,] „wie wir effizienter sein können, wie wir die Gemeinde gut verwalten können, wie wir den Klimawandel abschwächen können und wie wir die Nachhaltigkeit in unserer Gemeinde steigern können“.

Thermische Daten bei Frost erfassen

Zackary Nicklin ist Dozent für unbemannte Flugsysteme und leitet das entsprechende Programm am Northland Community & Technical College. Er erklärt, dass die praktische Ausbildung einen wichtigen Teil der Abschlüsse im Bereich kleiner unbemannter Flugsysteme bildet. 2017 bot sich den Studierende die Möglichkeit, thermische Daten für Warren zu sammeln. Der Einsatz der Flotte des College, die eine Reihe Drohnen und Sensoren von DJI Enterprise umfasst, darunter M210 RTK, Inspire 2 und Zenmuse XT und XTR, war ein wesentliches Instrument der Lehre.

Northland Community and Technical College Drone Class

Wie bei jedem Pilotprojekt gab es eine steile Lernkurve. Um nützliche thermische Daten zu sammeln, sollten die Studierenden im Winter fliegen, wenn die Einwohner ihre Häuser aktiv heizen und der Unterschied zwischen der Außen- und Innentemperatur am deutlichsten war. Es wurde jedoch schnell klar, dass auch andere Faktoren im Spiel waren. Die Wärmebildaufnahmen begannen im November, aber niedrige Temperaturen und gelegentlich hoher Wind wirkten sich negativ auf die Leistungsfähigkeit der Drohnenakkus aus. Und unmittelbar nach Sonnenuntergang benötigte die Restwärme des Tages zusätzliche Zeit, um zu entweichen.

Zackary Nicklin entschied sich, die Aufnahmen in ruhigen Nächten durchzuführen, manchmal bis 2 Uhr morgens, bei Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt. Die Studierenden steuerten die Drohnen so lange, bis ihnen entweder zu kalt wurde oder der Zielabschnitt abgeschlossen war.

Viele der eingesetzten Abbildungsprozesse sind bekannt. So arbeitete das Team beispielsweise nach einem Raster. Jeder Bereich wurde vor dem Start sondiert, um sicherzustellen, dass hohe Objekte gemieden werden, und Flüge wurden mit Pix4D geplant und durchgeführt. Es gab auch einige Besonderheiten aufgrund der Temperaturen im Winter. 

Thermal Roof Inspection Minnesota - XT2 Data

Um 2 Uhr morgens in der bitteren Kälte von Minnesota beschwerte sich kein Drohnenpilot darüber, sich bewegen zu müssen, um VLOS einzuhalten.

Auch mit den Akkus musste besonders vorsichtig umgegangen werden. Voll geladene Akkus wurden in einer Kühlbox aufbewahrt, um die Temperatur zu kontrollieren, oder bei eingeschalteter Heizung im Fahrzeug gelassen. Die Geräte, die das Team für seine Arbeit benötigt, wurden ebenfalls durch das Wetter beeinträchtigt. Heizmatten wurden an der Rückseite der Tablets befestigt, um zu verhindern, dass sie nicht mehr reagieren. Außerdem war eine Kombination aus Handwärmern und fingerlosen Handschuhen erforderlich, um die Steuerknüppel zu bedienen und die Bildschirme anzutippen, ohne dass die Hände taub wurden. Direkt nach dem Start mussten die Drohnen einige Minuten lang schweben, um die Akkus aufzuwärmen und den Kamerasensor an die Umgebungstemperatur anzupassen.

In der zweiten Phase der Initiative wurden die Bilder zusammengefügt und mit einer GIS-Karte überlagert. Durch die Kombination von Fotos der einzelnen Gebäude mit einer thermischen Signatur, die ihren Wärmeverlust widerspiegelt, konnten die Studierenden eine Korrelation zwischen dem Alter der Gebäude und dem Ausmaß der Wärmelecks erkennen.

Thermal Roof Inspection Minnesota - Thermal Map

Die besten Drohnen für thermische Dachinspektionen

Wenn Sie Ihre eigene thermische Abbildungsinitiative planen, benötigen Sie eine Drohne, die leistungsfähig, robust, energieeffizient und mit Infrarot-Nutzlasten kompatibel ist. Wir empfehlen zwei Fluggeräte für die Erfassung thermischer Daten in großem Stil.

Mavic 3T 

Der Mavic 3T ist DJIs kleinste Thermalkartierungslösung mit hochauflösenden Wärme- und Sichtkameras. Ihr Infrarotsensor mit 640×512 Pixeln kombiniert mit zentimetergenauer RTK-Positionierung für präzise Thermalkartierungsmissionen. Dieses Fluggerät ist schnell einsatzbereit, einfach zu fliegen, leicht und bietet eine maximale Flugzeit von 45 Minuten.  

 

M3T Render

Matrice 30T

Die Matrice 30T ist die perfekte Balance zwischen Leistung und Portabilität. Sie bietet eine Kameraleistung auf Flaggschiff-Niveau sowie die Wetterbeständigkeit und Umweltanpassungsfähigkeit, die Sie von einer Matrice erwarten, und das alles in einem kompakten Fluggerät. 

M30 Render

Matrice 300 + H20T

Die Matrice 300 RTK ist DJIs führende industrielle Plattform. Sie ist in der Lage, unter extremen Umgebungsbedingungen und Wetterbedingungen zu operieren. Mit 55 Minuten Flugzeit, Hinderniserkennung in sechs Richtungen und Kompatibilität mit den fortschrittlichsten Nutzlastoptionen von DJI wird dieses robuste Fluggerät Sie nicht im Stich lassen. Das H20T ist eine Multisensor-Nutzlast, die eine 20-MP-Zoomkamera, eine 12-MP-Weitwinkelkamera, einen 1200-m-Laserentfernungsmesser und eine Wärmebildkamera mit 640×512 px umfasst. Es ist ideal für thermische Kartierungseinsätze unter herausfordernden Bedingungen.

M300 Render

Drohnen mit Wärmebildkameras und eine umweltfreundlichere Zukunft

Die Initiative zur thermischen Abbildung in Warren ist ein perfektes Beispiel dafür, wie Drohnentechnologie Gemeinden dabei helfen kann, fundierte Entscheidungen zur Energieeffizienz zu treffen. Natürlich wurde das Projekt durch die Stadtwerke und ein nahegelegenes College mit Erfahrung mit unbemannten Flugsystemen unterstützt. Das heißt aber nicht, dass die Kernelemente nicht für Gemeinden auf der ganzen Welt wiederholbar sind.   

Tatsächlich wurde das Projekt durch Warrens Teilnahme an der Climate Smart Cities Partnership inspiriert. Ähnliche Abbildungen fanden in Arnsberg (Warrens Partnerstadt) statt und die beiden Städte verglichen ihre Ergebnisse.

Nachhaltigkeit im Energiebereich war noch nie so wichtig wie heute, und die Erfassung von Wärmebildern ist nur eine Möglichkeit, wie Drohnen die Umweltbemühungen unterstützen und die Grundlage für eine grünere Zukunft schaffen können. Weitere inspirierende und umweltfreundliche Drohnenanwendungen finden Sie unter wie Drohnen die Welt retten.

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Tags: Inspektion

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Malek Murison
Über den Autor Malek Murison

Malek Murison is a technology writer based in England. He’s covered the world of drones since 2016 and produced articles, copy, and case studies for a number of publications and companies in the industry.

He’s especially interested in projects that use drones to tackle public safety, humanitarian, and conservation challenges. His work for DJI Enterprise spans blogs, guidebooks, and deep dives into how the latest in drone technology is changing lives and helping people work smarter.

Learn more at his website www.malekmurisonmedia.com

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