Kotdrohnen halten die Kanalisation am Laufen, damit Menschen es nicht tun müssen

Am Morgen des Weihnachtsabends 2016 hörten die Bewohner eines Hauses in Fraser, Michigan, ein merkwürdiges Knallgeräusch aus ihren Wänden. Sie hielten es zunächst für schmelzenden Schnee, der vom Dach fiel, doch bald erkannten sie die Wahrheit: Das Geräusch entstand durch Ziegelsteine, die aus ihrer Position gedrückt wurden, als ihr Haus langsam in ein Erdloch versank.

Das Haus und mehrere in der Nähe befindliche Gebäude wurden evakuiert, während die Behörden die Lage einschätzten und die Ursache ermittelten: ein eingestürzter Abwasserkanal, der mehrere Häuser und einen langen Abschnitt der viel befahrenen 15 Mile Road in Fraser bedrohte. Es war nicht gerade der Start in die Weihnachtszeit, den man sich gewünscht hätte.

„Das hatte erhebliche Auswirkungen auf unser System und unsere Gemeinde“, sagt Vince Astorino. Als Betriebsleiter des Bauamts von Macomb County ist er für den täglichen Betrieb der Abwasserinfrastruktur des Bezirks verantwortlich, darunter rund 110 Kilometer Abwasserleitungen. „Ein Abwasserkanal mit einem Durchmesser von 3,3 Metern und einer Tiefe von etwa 21 Metern war defekt, was den Abwasserdurchfluss drastisch reduzierte. Dieser Rohrabschnitt befindet sich in der Nähe des Hauptauslasses unseres Systems und wird von rund 800.000 Einwohnern für den Abfluss ihres Abwassers genutzt.“

Dank des schnellen Eingreifens von Astorino und seinem Team konnten rechtzeitig Bypass-Systeme installiert werden, um einen Rückstau des Abwassers in die Häuser der Anwohner zu verhindern. Letztendlich musste nur ein Gebäude – das Haus, in dem das Knallgeräusch zu hören war – abgerissen werden. Es dauerte jedoch neun Monate, bis der etwa 1200 Meter lange Leitungsabschnitt vollständig ersetzt war. Die direkten Kosten für die Steuerzahler beliefen sich auf rund 75 Millionen Dollar, ohne die zusätzlichen Kosten für Anwohner und umliegende Unternehmen infolge der Störung zu berücksichtigen.

Der Schlüssel zur Verhinderung solcher Katastrophen ist die regelmäßige Inspektion der Abwasserleitungen. Dabei müssen alle Risse und Spalten aufgespürt werden, die, wenn sie unbeachtet bleiben, zum Eindringen von Erde und schließlich zum Einsturz der Leitung führen können. Abwasserrohre können jedoch dunkel, eng und mit Gasblasen gefüllt sein. Daher ist die Inspektion großer Netze mit herkömmlichen Methoden (meist mit einem ferngesteuerten, mit einer Kamera ausgestatteten Raupenfahrzeug oder sogar persönlich) ein zeitaufwändiger, kostspieliger und oft gefährlicher Prozess.

Hier kommen Drohnen ins Spiel. Eine neue Generation fliegender Roboter, die für den Einsatz in engen Räumen konzipiert und konstruiert wurden, wird in die Kanalisation geschickt, um Inspektionen sicherer und effizienter durchzuführen.

Eine solche Drohne ist die Elios 3, die vom Schweizer Unternehmen Flyability entwickelt und hergestellt wird und von großen Branchengrößen wie Veolia eingesetzt wird. Standardmäßig ausgestattet mit einem Schutzkäfig, einem stoßfesten Exoskelett, einer 16.000-Lumen-Beleuchtungsanlage, einer 4K-Kamera und LiDAR kann sie durch dunkle und staubige Rohre navigieren und gleichzeitig ein Live-3D-Modell der Umgebung erstellen. Dank des modularen Designs kann sie auch mit speziellen Nutzlasten wie Sprenggassensoren oder Ultraschall-Dickenmessgeräten ausgestattet werden.

Eloise McMinn Mitchell, Kommunikationsmanagerin bei Flyability, erklärt, dass das Unternehmen aufgrund der Leistungsfähigkeit und Effizienz des Elios 3 im Vergleich zu persönlichen Inspektionen, insbesondere bei Abwasserkanälen, ein enormes Umsatzwachstum verzeichnet. „Um einen Abwasserabschnitt unter einer Straße zu inspizieren, benötigt man Teams von mindestens vier Personen und muss den Verkehr an mehreren Stellen umleiten. Mit der Drohne reichen zwei Personen, und niemand muss in den Kanal klettern. Dadurch entfallen die Risiken beengter Räume und die Gefährdung durch gefährliche Umgebungen.“

Infolgedessen sind die Sicherheitsvorschriften für Drohnen deutlich weniger streng als bei menschlichem Einsatz, was laut McMinn Mitchell die Inspektionskosten deutlich senkt. „Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden sinken die Kosten um durchschnittlich 40 Prozent, und mit der Drohne können 900 Meter pro Tag inspiziert werden, statt 400 Meter.“

Um seinen Inspektionsprozess zu optimieren, setzte Macomb County im Mai 2024 auf einen technologiebasierten Ansatz, der eine ferngesteuerte Asio X-Drohne des Flyability-Konkurrenten Flybotix mit einem Softwareprogramm namens SewerAI kombinierte. Die Gesamtkosten für beides beliefen sich auf rund 100.000 US-Dollar. Zuvor hatte der Bezirk alle drei Jahre eine Million US-Dollar für Inspektionen ausgegeben und Aufnahmen manuell auf Mängel untersucht, von denen viele aufgrund der schlechten Bildqualität übersehen werden konnten.

Mit einem Durchmesser von etwa 40 Zentimetern, leistungsstarken 40.000-Lumen-Leuchten, einer 4K-Kamera und einem Käfig zum Schutz vor Kollisionen kann der Asio X kristallklare Videos des Abwassersystems aufnehmen und dabei selbst durch die engsten Rohre navigieren. Astorino beschreibt dies als einen „Tag und Nacht-Unterschied“ zur alten Methode.

Anders als einige der neuesten Verbraucherdrohnen, die nahezu autonom fliegen, muss die Asio X größtenteils manuell gesteuert werden, und das auch an einigen sehr ungünstigen Orten, wie Astorino betont: „Es ist dunkel, der Luftstrom kann sich in einem engen Raum schnell ändern, und die Steuerung einer Flugroute über fließendem Wasser in einem engen Rohr ist eine Herausforderung.“ Deshalb überlässt er das Fliegen den Experten: „Unser Hauptbediener, Kapitän Zach, kann durch einige sehr schwierige Umgebungen fliegen.“

Der Inspektionsprozess selbst ist jedoch unkompliziert. „Eine Antenne wird in den Schacht hinabgelassen, um die Signalstärke von der Drohnensteuerung zur Drohne zu übertragen“, erklärt Astorino gegenüber WIRED. „Der Bediener fliegt die Drohne von einem Schacht zum nächsten und zeichnet während der Flugroute Videos auf.“ Mit einer Akkulaufzeit von etwa 20 Minuten kann die Asio X in einem einzigen Flug rund 300 Meter Rohrlänge dokumentieren. Dabei erfasst sie nicht nur Videos, sondern auch LiDAR- und Infrarot-Scans sowie Gaswerte während der Fahrt durch einen Kanalabschnitt.

Mit dem alten System wurden die Videodaten vor Ort analysiert, wobei der Kameramann beim Navigieren durch die Rohre Mängel protokollierte. Jetzt werden die von der Drohne erfassten Daten an die Auftragnehmer von SewerAI gesendet, die sie mit ihren KI-gestützten Algorithmen verarbeiten, um Mängel automatisch zu identifizieren. Astorino erzählt mir, dass dies ein entscheidender Unterschied war und seinem Team enorm viel Zeit und Geld spart.

„Wir haben monatelang vor Ort kodierte Videos von verschiedenen Auftragnehmern getestet und verglichen, was SewerAI mit demselben Filmmaterial anstellen konnte. Und jedes Mal war SewerAI in der Lage, die gefundenen und korrekt kodierten Daten zu übertreffen.“ Früher konnte die Inspektion eines Abwasserrohrabschnitts Monate dauern, SewerAI hat jedoch vereinbart, die Datenanalyse innerhalb von 10 Tagen an den Landkreis zurückzusenden. Laut Astorino geschieht dies normalerweise innerhalb von 24 Stunden.

Das Team war von dem Softwarepaket so beeindruckt, dass selbst in Bereichen, in denen Drohnen nicht eingesetzt werden können und herkömmliche Inspektionsmethoden erforderlich sind – beispielsweise bei Rohren mit kleinem Durchmesser – die Daten nun zur Analyse weitergeleitet werden, anstatt vor Ort kodiert zu werden. Auch alte Daten können schnell überprüft und neu analysiert werden, wodurch Mängel erkannt werden, die den ursprünglichen Auftragnehmern möglicherweise entgangen sind. So können Reparaturarbeiten dort durchgeführt werden, wo sie am dringendsten benötigt werden. So wird eine Verschlechterung der Bedingungen verhindert, die zu katastrophalen und kostspieligen Unfällen wie dem Erdfall 2016 führen kann.

Macomb County ist ein Pionier auf diesem Gebiet. Es ist der erste Bezirk in Michigan, der diese Kombination aus Drohnen und KI-Software zur Inspektion unterirdischer Infrastruktur einsetzt und dank seines zukunftsorientierten Denkens bereits zwei Auszeichnungen des Bundesstaates gewonnen hat. Vince Astorino erzählt mir jedoch, dass er und sein Team stets nach neuen Wegen zur Modernisierung ihrer Betriebsabläufe suchen. „Es ist schwer, große technologische Fortschritte in diesem Bereich auszuschließen, insbesondere angesichts des großen KI-Wettlaufs, der überall um uns herum stattfindet. Wir halten uns alle Optionen offen.“