Mit KI Pipelines effektiv überwachen und instand halten

Hanna Hilsenbek

01.12.2020, 17:25 Uhr, aktualisiert 20.03.2023, 12:08 Uhr

DARMSTADT

Das Darmstädter Start-Up SuperVision Earth will mit einer eigens entwickelten Software den Betrieb von Pipelines sicherer machen. Die Cloud-basierte Anwendung nutzt Satellitenbilder und künstliche Intelligenz (KI), um potenzielle Risiken frühzeitig zu erkennen.

Beschädigungen an Rohrleitungen können schwerwiegende Folgen mit sich bringen. Leckagen an Gaspipelines sorgen zum Beispiel für Schäden im Boden, die aus ökologischer Sicht sehr weitgreifend und anhaltend sind. Eine Hauptursache für solche Beschädigungen an Pipelines sind Fremdeinwirkungen, wie zum Beispiel Bauarbeiten [1]. Wenn Beschädigungen erst einmal entstanden sind, ist es aufwendig und kostspielig, diese wieder zu beseitigen, vor allem bei Folgeschäden an Boden und Vegetation. Außerdem kommt es zu Verlusten wertvoller Rohstoffe wie Öl und Gas. Die Instandhaltung und regelmäßige Überwachung der Infrastruktur und der Aktivitäten in direkter Nähe sind somit Grundvoraussetzung, um Gefahren frühzeitig zu erkennen und Beschädigungen zu verhindern.

Abb. 1: Aufbau eines neuronalen Netzes für die Verarbeitung von Fernerkundungsdaten

Software verwendet KI und Satellitenbilder

Auf Grundlage dieser Notwendigkeit entwickelt die SuperVision Earth GmbH eine innovative Software, welche durch den Einsatz von KI und Satellitentechnik die Infrastrukturüberwachung in Zukunft digitalisieren und automatisieren soll. Die Software verwendet als Dateninput Satellitenbilder mit bestmöglicher Auflösung in einer hohen zeitlichen Frequenz. Algorithmen erkennen dann Veränderungen zwischen zwei Aufnahmen und klassifizieren diese. Die als mögliches Risiko erkannten Aktivitäten werden dann an den Kunden weitergeleitet, sodass dieser schnell reagieren kann. Die Software erreicht so ein hohes Level an Effektivität und Sicherheit.

Die in der Software verwendete KI wurde ursprünglich zur Detektion von Gehirntumoren mithilfe von MRT-Bildern entwickelt. Dem nachempfunden sieht die KI die Erde als ein riesiges Gehirn, die Infrastruktur auf ihr als die einzelnen Hirnschichten und die Satelliten sind die MRT-Geräte, die die Bilder liefern. Der Aufbau und das Wirkprinzip der KI ist in Abbildung 1 dargestellt. Im „Input Layer“ werden die zu analysierenden Daten eingespeist, in unserem Fall Bildpixel, die anschließend klassifiziert werden. In den „Hidden Layers“ verarbeitet der Algorithmus die Daten und bewertet diese in unterschiedlichen Kategorien (bspw. die Helligkeit des Pixels). Mit den gesammelten Informationen über die Pixel kann nun im Ausgabelayer bestimmt werden, um welche Art der Veränderung es sich handelt (Baustelle, Wohnhaus, Baum etc.).

SVS als Demo-Version

Eine Demo-Version der SuperVision Space Application (SVS) ist bereits auf der Website www.supervision.earth verfügbar. Zu jeder Meldung bekommt man Informationen zu Art, Datum und Aktualität. Für jede potenzielle Detektion erhält man eine Schätzung für die Zuverlässigkeit dieser, womit die Sensitivität des Alarmsystems angepasst werden kann. Außerdem erscheinen Vorher- und Nachheraufnahmen des Gebietes (s. Abb.2).

Abb. 2: Aufbau und Funktion der SuperVision Space Solution in der Webapplikation | Fotos: SuperVision Earth

Die Vorteile einer satellitengestützten Überwachungsmethodik äußern sich in der hohen zeitlichen Frequenz der Aufnahmen und Analysen. Flexibel können täglich mehrere Berichte versendet werden, welche Veränderungen in den gewählten Bereichen melden und kategorisieren. Außerdem ist der Satellit standortunabhängig und somit im Gegensatz zur herkömmlichen Überwachung mit Helikoptern und Fahrzeugen nicht von Straßen oder Flugverbotszonen beeinflusst. Letztendlich ist auch der umwelttechnische Aspekt höchst relevant, da die monatliche CO2-Belastung durch Befliegungen und Befahrungen nicht unerheblich ist. Allein die Gesamtlänge des deutschen Gasnetzes beläuft sich auf 511.000 km [3]. Hinzu kommt das Stromnetz sowie Industrieparks, Baustellen und landwirtschaftliche Flächen, die ebenfalls einer genaueren und regelmäßigen Überprüfung bedürfen.

Großes Nutzenpotenzial

Um einen sicheren und nachhaltigeren Umgang mit Ressourcen zu gewährleisten, besteht somit der Bedarf für ein innovatives digitales Überwachungssystem. Die von SuperVision entwickelte Software zur Infrastrukturüberwachung, basierend auf KI, kann flexibel auf verschiedenste Bereiche angewendet bzw. trainiert werden. Vergangene Pilotprojekte haben sich auf die Überwachung von Gashochdruckleitungen fokussiert. Projekte zur Überwachung von Stromtrassen und Vegetation sind schon in Planung, da eine große Nachfrage besteht.

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Für das Baugewerbe könnte hier auch ein erhebliches Nutzenpotenzial liegen. Die satellitengestützte Überwachung der Bauarbeiten könnten ein sinnvolles Mittel zur Überprüfung und Dokumentation des Baufortschrittes sein. Durch On-Demand-Analysen ist außerdem eine Darstellung des derzeitigen Bauprozesses jederzeit an jedem Ort möglich.

Literatur:
[1] Vgl. EGIG: 10th Report of the European Gas Pipeline Incident Data Group, 1970-2016, https://www.egig.eu/. 2016, S. 20

[2] Vgl. DVGW e.V.: https://www.dvgw.de/themen/gas/infrastruktur/instandhaltung/

[3] Vgl. BMWI: https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Artikel/Energie/gas-erdgasversorgung-in-deutschland.html

*Autorin:
Hanna Hilsenbek
Business Operations Managerin
SuperVision Earth GmbH
E-Mail: hanna.hilsenbek@supervision.earth

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