DRoB - Drohnen und Robotik für effizientes Monitoring und Pflegemanagement von Gebäudebegrünungen

Grüne Infrastruktur wird in der zeitgemäßen Stadtplanung immer wichtiger. Die damit verbundene Zunahme von Gebäudebegrünungen bzw. begrünten Fassadenflächen erfordert auch klare Rahmenbedingungen bezüglich der Wartung und Pflege. Eine seit langer Zeit bekannte Aufgaben-stellung stellt zum Beispiel das Eindämmen des Wuchses von selbstklimmenden Pflanzen an vertikalen Flächen dar. Der Einsatz von kosteneffizienten Methoden, so auch der Einsatz von Drohnen und/oder Robotern, für die Begutachtung und Pflege hat diesbezüglich großes Potenzial. Methoden und Anwendungsbereiche aus anderen Fachdisziplinen zeigen bereits verfügbare technische Möglichkeiten auf, sind aber für die Anwendung im Bereich der Gebäudebegrünung zu adaptieren. Ein Roboter zur Pflege begrünter Fassaden geht derzeit noch über den Stand der Technik hinaus. Die Bilderkennung von Pflanzen und eine robotische Reaktion, wie z.B. der Rückschnitt von Jungtrieben, ist innovativ und prinzipiell auch machbar.

Die Ziele des vorliegenden Projektes umfassen: (1) Analyse des aktuellen Marktes sowie die Erhebung der Kosten für Monitoring und Pflege von Gebäudebegrünung, (2) Evaluierung unterschiedlicher Fernerkundungssensoren für vegetations- und pflegerelevante Fragestellungen, (3) Untersuchung des Einsatzes von Drohnen als neue und innovative Methode für das Monitoring von Gebäude-begrünungen, (4) Erhebung des Potentials von Robotik für die Pflege von Gebäudebegrünung, (5) Konzeptionierung eines schienengeführten Schneidroboters zur Pflege von selbstklimmenden Pflanzen, (6) Erhebung der Akzeptanz des Einsatzes von Drohen und Robotik für Anwendungen im Bereich Gebäudebegrünung.

Der wachsende Markt in der Fassadenbegrünung ergibt in Summe ein höheres Pflegevolumen. Um diesen Trend weiterzuverfolgen, müssen die Akzeptanz für Pflege- und Monitoringmaßnahmen erhöht und die Kosten dafür so effizient wie möglich gestaltet werden. Bei der Pflege von Fassadenbegrünungen ist darauf zu achten, dass spezialisierte und qualifizierte Unternehmen für die Pflege eingesetzt werden. Es ist daher künftig von einer Spezialisierung der Betriebe auszugehen, wodurch auch die Akzeptanz und Notwendigkeit für effizientere Arbeitsvorgänge, z.B. durch den Einsatz von Robotern und Drohnen, steigen wird. Des Weiteren zeigt sich, dass sich resiliente und wartungsarme Begrünungsformen durchsetzen und die Verbreitung von Gebäudebegrünungen vorantreiben.

Die Sensorevaluierung umfasste RGB-, Multispektral- und Thermalkameras und zeigte, dass mehrere relevante Parameter zur Evaluierung des Pflanzenzustandes erfassbar sind. So wurden Vegetationsdeckungsgrad, 3D-Modellierungen der Pflanzen, aber auch Vitalitätsunterschiede bzw. Wasserstress erhoben. Bei der Umlegung der unter Laborbedingungen durchgeführten Sensorevaluierungen müssen zusätzliche Herausforderung bei der Datenaufnahme mittels Drohnen berücksichtigt werden. Die Versuche zeigten, dass die genaue Planung einer Befliegung in Abstimmung mit der Ausrichtung der Fassaden sowie den Sonnenstand erfolgen muss. Neben der Ableitung der relevanten Parameter stellen Bilddaten objektive Unterlagen für eine nachvollziehbare Dokumentation dar. Eine Drohnenbefliegung wird dann sinnvoll sein, wenn diese für die Erfassung der gesamten Begrünung unumgänglich ist, also z.B. bei höheren Gebäuden bzw. Gründächern. Der weitere Forschungsbedarf im Bereich Sensorik und Drohneneinsatz für das Monitoring von Gebäudebegrünung wird in der weiteren Evaluierung der Einsatzmöglichkeiten mit Fokus auf die wirtschaftlichen Verwertungs¬möglichkeiten gesehen. Die Aufnahme von Bilddaten zur Erfassung des Deckungsgrades auf Grün¬dächern und Vertikalbegrünungen könnte auch die laufende Fernüberwachung durch Pflegebeauftragte maßgeblich unterstützten.

Eine automatisierte Pflege muss auf die Vielzahl an verwendeten Begrünungssystemen zugeschnitten sein, weshalb die Konzeptionierung eines Roboters herausfordernd ist. Die datenbasierte Verortbarkeit am Gebäude würde die digitale Dokumentation für Mängelbehebungen, Wartung und Inspektion erlauben, da sowohl Schadensfeststellung als auch der Pflege- und Wartungsbedarf nachvollziehbarer wären. Im vorliegenden Projekt wurde ein schienengeführter Schneideroboter zur Pflege von selbstklimmenden Pflanzen konzeptioniert. Für die Führung des Roboters könnte die bereits in Verwendung befindliche Überwuchsleiste herangezogen werden. Für andere Anwendungen bzw. Pflegeeingriffe auf der gesamten Fläche sind für die sichere Fortbewegung weitere Sensoren bzw. Schienen oder Seile notwendig. Das zukünftige Ziel ist die Entwicklung eines Roboters, welcher zwischen den Arten, dem Wachstum, der Positionierung, dem Zustand und den Pflegebedürfnissen der Pflanzen unterscheidet und den Pflegeeingriff dementsprechend anpasst. Eine weitere Empfehlung ist, den Bereich Robotereinsatz auch auf die Dachbegrünung, speziell in Kombinationsbauweise mit Photovoltaikanlagen, auszuweiten (Rückschnitt, Nährstoffgabe, Kontrolltätigkeiten). Das Projektteam wird mit den gewonnenen Daten weitere Forschung in Richtung professioneller Serviceroboter für die automatisierte Pflege von begrünten Wänden betreiben. Schwerpunkte werden die Applikation auf möglichst viele verschiedene Begrünungssysteme sein, sowie die Datenverwaltung mithilfe von Clouds und selbstlernenden Algorithmen.

Die Erhebungen zur Fassadenbegrünung zeigen, dass die Akzeptanz für den Einsatz von Robotern und Drohnen in der derzeitigen Pflegebranche noch gering ist. Jedoch ergibt sich aufgrund des generell wachsenden Marktes in der Fassadenbegrünung in Zukunft auch mehr Pflegevolumen, weshalb künftig von einer Spezialisierung der Betriebe auszugehen ist. Dies wird auch die Akzeptanz und Notwendigkeit für effizientere Arbeitsvorgänge, z.B. durch den Einsatz von Robotern und Drohnen, steigern.

Paper: Water-Stressed Plants Do Not Cool: Leaf Surface Temperature of Living Wall Plants under Drought Stress (Februar 2021)

Projektleitung

Universität für Bodenkultur Wien

• Institut für Geomatik
• Institut für Ingenieurbiologie und Landschaftsbau (IBLB)

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

• LEHI - Copters KG
• GrünStattGrau Forschungs- und Innovations-GmbH
• alchemia-nova GmbH

Universität für Bodenkultur Wien,
Institut für Geomatik
Markus Immitzer
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A-1190 Wien
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Fax: +43 1 47654 85709
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