„Mit Hades konnten wir unsere tägliche Inspektionsleistung mit der gleichen Ausrüstung und Mannschaft bis zu 20% steigern“, sagt Lüdeke Graßhoff, Prokurist der Geodoc GmbH und Partner des ETH-Spin-off Hades. Das Dienstleistungsunternehmen aus Norddeutschland ist spezialisiert auf die Zustandsdokumentation von Entwässerungsanlagen und sammelt jährlich bis zu 30 TeraByte Kanalinspektionsdaten – enorme Datenmengen, die seit diesem Jahr in der Hades-Cloud gespeichert und bearbeitet werden.

Einfach ins Home-Office

Hades eröffnet seinen Nutzern neue Kollaborationsmöglichkeiten, da verschiedene Parteien in Echtzeit über den Webbrowser zusammenarbeiten können. Weil die Hades-Software webbasiert ist, ist die Bearbeitung ohne vorgängige Installation sofort und von überall aus möglich – auch aus dem Home-Office. Lüdeke Graßhoff sagt: „In Krisen wie der aktuellen Corona-Pandemie läuft bei uns business as usual.“

Leistungsdruck auf Kanäle nimmt zu

Bis dato arbeiten mehr als zehn Inspektionsfirmen und Städte in der Schweiz, in Österreich und in Deutschland mit der Software von Hades. Sie alle sehen in ihr die Chance, aktuellen Herausforderungen in der Kanalbranche dank künstlicher Intelligenz (KI) besser begegnen zu können.

Allem voran steht, dass die Rekrutierung von fachkundigen und erfahrenen Kanalinspekteuren immer schwieriger wird. Zudem wird die Infrastruktur stärker belastet, da sich Städte aufgrund der fortschreitenden Urbanisierung stetig verdichten und starke Regenfälle wegen des Klimawandels zunehmen. Weil ein Großteil der Kanalnetze außerdem bereits über 50 Jahre alt ist, setzen diese Veränderungen unsere Kanalinfrastruktur zusätzlich unter Druck. Lüdeke Graßhoff betont: „Mit intelligenten Systemen lernen wir unsere Kanäle besser kennen und unsere Ressourcen optimal für deren Erhalt einzuplanen.“

Künstliche Intelligenz ist…
…ein Sammelbegriff für Technologien, die es Computern ermöglichen, menschliche Entscheidungen nachzuahmen. Der wichtigste Fortschritt der letzten Jahre im Bereich KI ist Deep Learning. Statt Beispiele auswendig zu lernen, werden künstliche neuronale Netzwerke dazu trainiert, Muster und Gesetzmäßigkeiten in Daten zu erkennen. Hades’ Technologie basiert auf Deep Learning, weswegen die Software mit jedem weiteren Datensatz intelligenter wird.

KI macht den Erhalt des Kanalnetzes einfacher

KI-gestützte Software bietet vier maßgebliche Chancen für die Instandhaltung unseres Kanalnetzes:

Schäden werden automatisch erkannt

Die Hades-Software nutzt Deep Learning, eine KI-Technologie, die beispielsweise auch für das autonome Fahren eingesetzt wird. Für jede Haltung und jeden einzelnen Schaden berechnet die Software, wie treffsicher die Auswertung ist. Wo die KI noch keine ausreichende Erfahrung besitzt, bittet sie den Experten um seinen gezielten Input.

Das intelligente System wurde mit zahlreichen Datensätzen aus der Kanalbranche trainiert und verbessert sich mit jedem hinzukommenden Datensatz. Zusätzlich zur großen Trainingsbasis ist die KI genau auf die spezifischen Merkmale von Abwasserkanälen zugeschnitten. So erkennt die Software sämtliche Haupt- und Unterklassen und kann die Schäden quantifizieren.

Erkannte Schäden werden lokalisiert

Anhand von Bildverarbeitungstechniken berechnet Hades eine 3D-Karte (Punktwolke) des Abwasserkanals (Abb. 2), anhand welcher Schäden lokalisiert und deren Maße bestimmt werden können.

Die Bildverarbeitungstechniken von Hades steigern die Qualität: Gegenüber dem Standard vom Hersteller wird die Bildauflösung bei Abwicklungen von 3D-Kugelbildscannern deutlich verbessert, wodurch Schäden genauer erfasst werden können (Abb 3.). Zusätzlich ist eine exaktere Lokalisierung möglich, weil es nicht zu Differenzen in der Längenzählung durch Bildverzerrungen kommt. Ein Beispiel hierfür sind etwa begradigte Muffen. Überbelichtung (Abb. 4) oder Linsenfehler (Abb. 5) werden ebenfalls durch die intelligente Bildverarbeitung entfernt.

Kompatibel mit bestehenden Systemen

Folgende Anforderungen werden derzeit in der Hades-Software ohne Bedarf an zusätzlicher oder neuer Hardware unterstützt:

Weil sich Hades kontinuierlich mit seinen Partnern wie Geodoc austauscht, entwickelt sich die Software mit seinen Kunden weiter und reagiert flexibel auf neue Bedürfnisse oder zusätzliche Anforderungen.

Web Viewer erleichtert die Zusammenarbeit

Hades ist eine kollaborative Plattform. Der Web Viewer ermöglicht es, markierte Schäden im Büro genauer zu betrachten sowie von der KI gesetzte Markierungen anzupassen. „Uns war zunächst nicht bewusst, wie wertvoll diese Editierfunktion ist“, sagt Lüdeke Graßhoff. „Wir ersparen uns damit doppelte Arbeit, wenn etwa die Ingenieurbüros die Daten nach ihren individuellen Kriterien direkt anpassen.“ Denn auf Einladung können mehrere ausgewählte Personen dieselben Kanalinspektionsdaten parallel sichten oder bearbeiten.

Bessere Planbarkeit für Inspektionsfirmen

Wenn TV-Inspekteur Michael Warnke von der Canal Control + Clean (CCC) mit seinem Inspektionsfahrzeug morgens zur ersten Haltung fuhr, wusste er genau, was ihn am Tag erwartet: 1,5 Kilometer Kanal, 3D-Kugelbildscanner, 8 Stunden Arbeit. Seit die Kanalzustandsdokumentation automatisiert erfolgt, sind seine Arbeitstage planbarer geworden – und entspannter.

Der Datentransfer vom Kamerawagen auf die Server im Büro war für Michael Warnke früher zeitintensiv, da dieser meistens über externe Festplatten durchgeführt werden musste. In der Regel wurden die Daten also zweimal manuell kopiert, ein Prozess, bei dem sich ab und zu Fehler einschleichen konnten. Mit Hades erfolgt der Datentransfer direkt vom Inspektionsfahrzeug in die Hades-Software. Einzige Voraussetzung ist eine stabile Internetverbindung.

Sicherer Datentransfer und Backups

Sobald die Daten komplett hochgeladen sind, wird Jens Thun informiert. Während er die weitere Planung der Zustandsdokumentation macht, untersucht Hades die Inspektionsaufnahmen entsprechend der vorgängig von ihm definierten Kriterien. Die Software führt optional eine Zustandsklassifizierung der Haltungen durch. „Je nach Datenvolumen variiert die Dauer, generell sind die Auswertungen innerhalb einer Woche abgeschlossen“, sagt Thun. Anschließend kann er den Inspektionsbericht online abholen und via WebApp, E-Mail oder als Ausdruck teilen. Die Vision von Hades geht allerdings weg vom Papier, hin zum digitalen Arbeiten. „Das ist die Zukunft“, meint Jens Thun.

Mehr Zeit für komplexe Probleme bei Städten

Auch Städte sind überzeugt von der automatisierten Auswertung von Abwasserkanälen. Georges Brändle, Projektleiter bei der Stadt St. Gallen beim Bodensee sagt: „Hades spart mir nicht nur viel Zeit, sondern ermöglicht vor allem auch eine objektive und vergleichbare Bewertung von Schäden.“

Da sich Georges Brändle auf die Auswertungen der Software verlassen kann, gewinnt er mehr Zeit für komplexe Aufgaben wie zum Beispiel das Planen von Maßnahmen für die Instandhaltung der Kanäle.

Bald neuer Standard

Das Hades-Team…

…besteht aus Softwareentwicklern, IT-Spezialisten und Umweltingenieuren der ETH Zürich und der RWTH Aachen. Ihre Mission ist es, Städte nachhaltiger zu machen, indem sie künstliche Intelligenz zur besseren Planung, Bewertung und Instandhaltung von Abwasserkanälen anwenden.www.hades.ai

*Autoren:

Christian Koch, MSc ETH Umwelt-Ing., Mitgründer Hades Technologies AG, Zürich, E-Mail: ck@hades.aiDipl.-Ing. Lüdeke Graßhoff, Prokurist Geodoc GmbH, Hamburg, E-Mail: lgrasshoff@geodoc-gmbh.de