Optische Zustandserfassung von Kanalisationen - volldigital oder analog?

Die Zustandserfassung und -bewertung besitzen im Rahmen der Instandhaltung von Entwässerungssystemen eine zentrale Bedeutung. Ihre Aufgabe ist die Bereitstellung von Daten und Informationen über deren Istzustand und insbesondere Schäden und deren Ursachen frühzeitig zu erkennen, um mit möglichst geringem Aufwand für Unterhalt und Sanierung ein in allen seinen Teilen funktionstüchtiges Entwässerungssystem in der geplanten Nutzungsdauer zu erhalten [2]. Darüber hinaus findet die Zustandserfassung auch Anwendung bei der

• Vorbereitung von Sanierungsmaßnahmen
• Abnahme von Sanierungs- und Neubaumaßnahmen nach Abschluss der Arbeiten
• Abnahme von Sanierungsmaßnahmen vor Ablauf der Gewährleistungsfrist
• Beweissicherung.

Regel der Technik für die bauliche Zustandserfassung von Abwasserleitungen und -kanälen im Sinne der Mindestforderungen des Gesetzgebers ist die optische Inspektion.

Diese erfolgte bei nichtbegehbaren Kanälen bisher indirekt mit Hilfe des Kanalfernsehens unter Verwendung von Videokameras (CCTV-Kameras) [3, 4, 5]. Dabei sind der Zustand des Systems sowie Art und Ausmaß von Schäden sorgfältig festzustellen und nach ATV-M 143-2 [5] oder DIN EN 13508 [6] zu dokumentieren.

Seit Mai 2003 steht für die indirekte optische Zustandserfassung nun auch das neuartige Inspektionssystem PANORAMO zur Verfügung, welches an Stelle der Videokamera über zwei hochauflösende, digitale Fotokameras verfügt und somit eine völlig andere Arbeits- und Funktionsweise (insbesondere Bildaufnahmetechnik und -verarbeitung) aufweist. PANORAMO [7] wurde von der Fa. IBAK, Kiel mit dem Ziel entwickelt, dem allgemeinen Trend zur digitalen Datenaufnahme und -verarbeitung auch im Bereich der Kanalinspektion zu folgen und gleichzeitig die Zustandserfassung schneller, wirtschaftlicher und mit einer Qualität durchzuführen, die mindestens dem heutigen Standard entspricht.

Nachfolgend werden zusammenfassend die Ergebnisse einer vergleichenden Untersuchung des neuartigen PANORAMO-Inspektionssystems mit dem in der Praxis seit Jahren bewährten Standardverfahren ARGUS 4 des gleichen Herstellers vorgestellt [1]. Ziele dieser vom Ingenieurbüro Prof. Dr.-Ing. Stein & Partner GmbH, Bochum (S&P) im Auftrag des Herstellers IBAK Helmut Hunger GmbH & Co. KG, Kiel durchgeführten Untersuchung waren, zu überprüfen, ob die o.a. Ansprüche vom neuen System erfüllt werden, und die Einsatzmöglichkeiten von PANORAMO aufzuzeigen.

Inspektionssysteme ARGUS 4 und PANORAMO

Um die beiden in der Untersuchung eingesetzten, unterschiedlich arbeitenden Inspektionssysteme ARGUS 4 und PANORAMO besser einschätzen zu können, werden nachfolgend die für die Bewertung wichtigsten technischen Details und Daten vorgestellt.

ARGUS 4
Beim Argus 4-System (Bild 1) handelt es sich um eine selbstfahrende Farb-TV-Schwenkkopfkamera, die mit einer Zoom-Optik (2-fach) und einer Fernsehelektronik (CCD-Sensor) ausgestattet ist, und es ermöglicht, hochauflösende Bilder mit DVI (Digital Visual Interface) in S-Video-Qualität bzw. im MPEG 2-Format zur Verfügung zu stellen. Der Öffnungswinkel des Objektivs im Weitwinkelbereich beträgt in der Standardeinstellung (axiale bzw. perspektivische Ansicht) etwa 90° horizontal. Im gezoomten Zustand beträgt der verkleinerte Öffnungswinkel ca. 50°.

Der Kamerakopf kann motorisch um 340° gedreht und um 120° nach oben oder unten geneigt werden. Da die Beleuchtung (Halogen-Reflektorlampen) am Kopf mitgeführt wird, können z.B. auch Abzweige oder Schächte ausgeleuchtet werden. Mit Hilfe der Höhenverstellung wird die Kamera auf die Rohrleitungsachse bzw. auf die Höhe eines Abzweiges eingestellt.

Der CCD-Sensor im Kameragehäuse wird bei allen Bewegungen gegenläufig mitgeführt, so dass der Inspekteur immer ein aufrechtes, lage- und seitenrichtiges Bild auf dem Monitor erhält. In Abhängigkeit des TV-Standards (PAL oder NTSC) werden 25 bis 30 Bilder pro Sekunde aufgenommen.

ARGUS 4 ist nach Herstellerangaben [8] für den Einsatz in Abwasserleitungen und -kanälen mit folgendem Nennweitenbereich ausgelegt.

• Kreisquerschnitt 200 ≤ DN/ID ≤ 2000 (ggf. unter Verwendung eines entsprechenden Fahrwagenzusatzes für DN/ID ≥ 800
• Eiquerschnitt DN 250/375 bis DN 1600/2400 (ggf. unter Verwendung eines entsprechenden Eiprofilzusatzes für DN ≥ 300/450 sowie zusätzlich eines Fahrwagenzusatzes für DN ≥ 800/1200).

In der Praxis erfolgt der Einsatz von Videosystemen in der Regel bis etwa DN/ID 1200, da ab dieser Nennweite die Kanäle relativ problemlos zur direkten optische Zustandserfassung begangen werden können.

Typ PANORAMO
Der wesentliche Unterschied im Aufbau des Inspektionssystems PANORAMO (Bild 2) besteht gegenüber ARGUS 4 darin, dass die konventionelle TV-Farbkamera durch zwei unbewegliche, hochauflösende (1,4 Megapixel) Digital-Fotokameras mit einem Weitwinkelobjektiv (Fischaugenlinse), ersetzt wird [7]. Diese befinden sich zusammen mit einer Xenon-Blitzlichtbeleuchtung (Dauer 1/2000 s pro Bild) an den beiden Enden des zylinderförmigen Gehäuses der Antriebs- und Transporteinheit und sind durch jeweils eine lichtdurchlässige Schutzscheibe abgedeckt.

Die Objektive gestatten einen halbkugelförmigen Vorwärts- und Zurückblick von je 185°. Wird aus einem dieser halbkugelförmigen Gesichtsfelder ein Ausschnitt von 90° horizontal (Standardeinstellung) auf einem Monitor dargestellt, weist dieses Bild wie bei ARGUS 4 eine Auflösung von ca. 450 Zeilen auf [8].


Mit Hilfe des PANORAMO-Computerprogrammes werden die in den 5 cm-Intervallen über die komplette Haltungslänge aufgenommenen, diskreten Einzelbilder (Halbkugelbilder) der fotografierten Rohrinnenwand zu "Kugelbildern" zusammengesetzt und anschließend digital zu einer filmähnlichen Darstellung verarbeitet, die es dem Betrachter bei der späteren Auswertung der Inspektion ermöglicht, den Kanal mit kontinuierlich ablaufender Bildfolge zu untersuchen. Trotz der geringen Bildfrequenz der aufgenommenen diskreten Einzelbilder von 7 Bildern/s (bei einer Fahrgeschwindigkeit von 35 cm/s und einem räumlichen Bildabstand von 5 cm), werden diese durch real-virtuelle Zwischenbilder für das menschliche Auge gewohnt kontinuierlich wiedergegeben. Dabei lassen sich die optischen Informationen variabel abrufen, d.h. der Betrachter kann zur Schadensanalyse im Büro entscheiden, in welche Richtung er "sehen" will und ob er eine bestimmte Schadensstelle zur genaueren Beurteilung aus verschiedenen Perspektiven betrachten möchte [9].

Die rechnergestützte Bilddatenaufbereitung erlaubt zusätzlich zu der perspektivischen (vollsphärischen) Aufnahme eine 2-dimensionale Abwicklung (?aufgeklappte Ansicht?) der fotografierten Rohrinnenwand (s. Bilder 3c, 4c und 5c).

Die Aufgaben des Bedieners beschränken sich auf das Einsetzen bzw. die Entnahme der Kamera und die Funktionsüberwachung während der Inspektion. Die Schadenscodierung gemäß ATV-M 143-2 [5], DIN EN 13508 [6] o.a. erfolgt nach Abschluss der Inspektion anhand der fertigen Aufzeichnung in einem gesonderten Arbeitsprozess außerhalb des Inspektionsfahrzeuges, beispielsweise vom Kanalnetzbetreiber (z.B. Kommune) selbst oder einem von diesem beauftragten, fachkundigen Ingenieurbüro.

Der Einsatz des PANORAMO-Inspektionssystems erfolgt gegenwärtig nach Herstellerangaben [8] vorzugsweise in Abwasserleitungen und ?kanälen mit Kreisquerschnitt 200 ≤ DN/ID ≤ 800.

Untersuchungen

Im Dezember 2003 wurden von der Wuppertaler Stadtwerke AG (WSW AG), Abteilung Kanalbetrieb, Kanal-Befahrungen mit den Inspektionssystemen ARGUS 4 und PANORAMO ("Parallelinspektionen") gemäß ATV-M 143-2 [5] durchgeführt, um beide Systeme aus technischer und wirtschaftlicher Sicht miteinander vergleichen zu können und den Nachweis der prinzipiellen Eignung von PANORAMO für die bauliche Zustandserfassung von Abwasserleitungen und -kanälen zu führen. Die Feststellung der Grenzen der Erkennbarkeit von Schäden, z.B. von Rissen mit sehr kleinen Rissbreiten, war nicht Gegenstand der Untersuchungen.

Die Parallelinspektionen wurden ausnahmslos vom gleichen Inspektionsteam in 46, zuvor mittels Hochdruckspülverfahren [2, 10] gereinigten Haltungen (Gesamtlänge: 2400,5 m) durchgeführt (Tabelle 1).

Bei den inspizierten Haltungen entfiel ein Anteil von 19,2 % auf Betonrohre, 34,5 % auf Stahlbetonrohre, 40,7 % auf Steinzeugrohre und 5,6 % auf einen gemauerten Kanal der Nennweite DN/ID 720. Dies entspricht in etwa der in der ATV-DVWK-Umfrage 2001 [11] ermittelten Werkstoffverteilung in den Kanalisationen der Bundesrepublik Deutschland.

Die ausschließlich für die PANORAMO-Inspektionsdaten erforderliche Nachbereitung ("PANORAMO-Analyse"), d.h. die Sichtung der ipf-Dateien mit Zustandserfassung, die Eingabe der Schadenskürzel sowie die Erstellung des Inspektionsprotokolls, wurde von einem erfahrenen Mitarbeiter der WSW AG im Büro vorgenommen.

Nennweite	Anzahl der inspizierten Haltungen	Gesamthaltungslänge [m]	Anteil [%]
DN/ID 250	5	297,9	12,4
DN/ID 300	5	301,3	12,5
DN/ID 350	3	105,1	4,4
DN/ID 400	6	256,1	10,7
DN/ID 500	6	409,1	17,0
DN/ID 600	3	144,3	6,0
DN/ID 700	2	93,2	3,9
DN/ID 720	1	133,8	5,6
DN/ID 800	3	115,9	4,8
DN/ID 900	8	345,2	14,4
DN/ID 1000	4	198,6	8,3
Summe	46	2.400,5	100,00

Tabelle 1: Übersicht über die im Rahmen der Untersuchungen in Wuppertal inspizierten Haltungen

Untersuchungsergebnisse
Die Bewertung und Beurteilung der Untersuchungsergebnisse basieren ausschließlich auf den o.a. In-situ-Untersuchungen im Kanalnetz der WSW AG. Die Betrachtungen erfolgten werkstoffunabhängig unter den Aspekten

• Inspektionsleistung
• Inspektionsqualität und Informationsgehalt der Aufnahmen
• Wirtschaftlichkeit.

Inspektionsleistung
Ein wesentlicher Schwerpunkt der Untersuchungen bestand darin, die Zeiten für die einzelnen Arbeitsschritte während der Inspektion mit ARGUS 4 und PANORAMO zu ermitteln und miteinander zu vergleichen, um die Inspektionsleistungen beider Systeme zu ermitteln und auf Basis dieser Werte Aussagen bezüglich der Wirtschaftlichkeit treffen zu können. Neben der Inspektionsleistung sind in Tabelle 2 die Zeitanteile für die einzelnen Arbeitsschritte für die Durchführung der Inspektion dargestellt.

Tabelle 2: Ergebnisse der Zeitmessungen bei der In-situ-Inspektion 1) auf Basis von 2.400,5 m untersuchter Kanallänge nach [1]

Inspektions- system	Durchschnittl. Inspektions- leistung [cm/s]	Anteil der Netto- inspektionszeit (Fahrzeit im Kanal)[%]	Zeitanteil für Zu- und Abrüsten [%]	Zeitanteil für sonstige Tätigkeiten 2) [%]	Zeitanteil für Datennach- bereitung im Büro [%]
1	2	3	4	5	6
ARGUS 4	2,65	70,9	23,7	5,4	-
PANORAMO	5,30	23,2	24,3	5,5	47,0 3)

¹⁾ Die Angaben der Spalten 3 bis 6 sind Durchschnittswerte, bezogen auf die Bruttoinspektionszeit, d.h. der Gesamtzeit für alle Arbeiten, die der Kanalinspektion bzw. Zustandserfassung dienen.
²⁾ Die "sonstigen Tätigkeiten" waren zur Durchführung der Inspektion notwendig, aber keiner der Hauptaktivitäten zuzuordnen.
³⁾ Die Nachbereitung der Inspektionsdaten erfolgte bei PANORAMO von einer dritten Person außerhalb des Inspektionsfahrzeugs, lösgelöst von der eigentlichen Befahrung (Entkoppelung der Arbeitsschritte "Inspektionsfahrt (Scan)" und "Zustandserfassung und beschreibung").

Bild 3a-c: Gegenüberstellung des mit ARGUS 4 und PANORAMO aufgenommenen Schadensbildes "Stutzen, einragend" (RW, STZ, DN/ID 350) [1]

Die Inspektionsleistung, gemessen in befahrener Kanalabschnittslänge pro Zeiteinheit ([Länge/Zeit], angegeben z.B. in [cm/s]), welche als Kalkulations- bzw. Abrechnungsgrundlage für Auftraggeber und Auftragnehmer dient, ist insbesondere abhängig von

• Werkstoff
• DN/ID von Abwasserleitung/-kanal
• Baulänge der Rohre (Anzahl der Rohrverbindungen)
• Schadens-/Objekthäufigkeit (Anzahl der Stopps zur Schadens-/Objektaufnahme und -beschreibung
• Anzahl der Anschlüsse, Abzweige, Stutzen etc.
• Haltungslänge bzw. beauftragte Gesamtlänge
• Reinigungsgrad des Kanals.

Bei den durchgeführten Versuchsauswertungen wurde vorausgesetzt, dass die vor Ort angetroffenen diesbezüglichen Randbedingungen in etwa die Situation in einem kommunalen Entwässerungssystem mit einer Einwohnerzahl > 250.000 Einwohner widerspiegelt [2].

Die Zu- und Abrüstzeiten waren bei beiden Inspektionssystemen nahezu gleich, d.h. es konnten keine signifikanten Zeitunterschiede festgestellt werden (Tabelle 2).

Gleiches gilt für die bei der Untersuchung ermittelten sonstigen Zeiten. Dieser Zeitanteil ist bei beiden Inspektionssystemen gleich und sehr gering (Tabelle 2).

Bild 4a-c: Gegenüberstellung des mit ARGUS 4 und PANORAMO aufgenommenen Schadensbildes "Riss im Verbindungsbereich" (RW, STZ, DN/ID 300) [1]

Bei den In-situ-Untersuchungen mit ARGUS 4 betrug die aus der Nettoinspektionszeit ermittelte Fahrgeschwindigkeit im zu inspizierenden Kanal, einschließlich aller Stopps zur Schadensbetrachtung und zur Schadenskürzeleingabe, durchschnittlich 3,75 cm/s. Für PANORAMO wurde erwartungsgemäß ein deutlich höherer Durchschnittswert von 24,25 cm/s gemessen. Dies resultiert aus der PANORAMO-spezifischen Bildaufnahmetechnik, die keine Stopps zur Schadens- bzw. Objektaufnahme erforderlich macht. Darüber hinaus ist PANORAMO nicht an die im Merkblatt ATV-M 143-2 [5] für herkömmliche Videosysteme angegebene Höchstgeschwindigkeit von 15 cm/s gebunden. Während z.B. PAL-Bilder 1/25 s lang belichtet werden , hat das PANORAMO-System eine Illumination von ca. 1/2000 s Dauer pro Bild und kann dadurch mit einer Geschwindigkeit von bis zu 35 cm/s fahren, ohne dass eine merkliche Bewegungsunschärfe auftritt [9].

Die Nachbereitung der PANORAMO-Daten im Büro erforderte einen relativ hohen Zeitaufwand. Insbesondere bei stark geschädigten Haltungen nutzte die Fachkraft im Interesse einer sorgfältigen Schadenserfassung und -beschreibung die zur Verfügung stehenden, umfangreichen Möglichkeiten der Schadensbetrachtung aus verschiedenen Perspektiven und Ansichten. Im vorliegenden Anwendungsfall wurde ein durchschnittlicher Zeitanteil für die Nachbereitung der PANORAMO-Daten von 47 % der Bruttoinspektionszeit ermittelt (Tabelle 2). Addiert man die Anteile für Nachbereitung und Nettoinspektion für PANORAMO (zusammen 70,2 %), dann erhält man in etwa die Nettoinspektionszeit von ARGUS 4, welche einen Anteil von 70,9 % ausmacht.

Bild 5a-c: Gegenüberstellung des mit ARGUS 4 und PANORAMO aufgenommenen Anlagenteils "Abzweig" (RW, STZ, DN/ID 300) [1]

Die eigentliche Inspektionsleistung setzt sich aus den in den Spalten 3 bis 6 der Tabelle 2 aufgeführten Zeitanteilen, bezogen auf die untersuchte Gesamthaltungslänge von 2.400,5 m, zusammen.

Mit ARGUS 4 wurde in Wuppertal eine durchschnittliche Inspektionsleistung von 2,65 cm/s erzielt. Dieser Wert liegt im oberen Bereich der in der Praxis üblichen durchschnittlichen Inspektionsleistungen von 1 cm/s bis 3 cm/s [12].

Für PANORAMO wurde mit 5,30 cm/s eine doppelt so hohe durchschnittliche Inspektionsleistung erreicht [1].

Inspektionsqualität und Informationsgehalt der Aufnahmen
Sowohl ARGUS 4 als auch PANORAMO zählen zu den optischen Verfahren, mit denen der bauliche Istzustand von Abwasserleitungen und ?kanälen qualitativ erfasst und bewertet wird. Aus diesem Grund kommt der Qualität der Aufnahmen eine herausragende Bedeutung zu. Um eine diesbezügliche Bewertung vornehmen zu können, wurden die mit beiden Inspektionssystemen im Rahmen der Befahrung der Kanalhaltungen der WSW AG gewonnenen Aufnahmen von Schäden und Anlagenteilen gegenübergestellt und bezüglich Bildqualität bzw. -schärfe und Aussagekraft miteinander verglichen.

Die vom ARGUS 4-System aufgenommenen Bilder wurden jeweils als Haltungsvideo im MPEG 2-Format (MPEG = Motion Picture Experts Group) mit einer Datenrate von 4 Mbit/s digital abgespeichert. Sie wurden mit Hilfe der Software "Kanal-CD-Player Version 3.1." [8] betrachtet.

Die von den Digitalkameras aufgenommenen und von der Software verarbeiteten PANORAMO-Daten lagen im speziellen ipf-Dateiformat (ipf = IBAK-PANORAMO-Film) vor und wurden mit dem "PANORAMO-Viewer" betrachtet. Letzterer erlaubt eine dreidimensionale Fahrt durch den Kanal. Die Fachkraft steuert diese Fahrt gezielt und individuell und kann jede Stelle im Kanal aus beliebigem Sichtwinkel, aus der Perspektive oder auf der Abwicklung betrachten und analysieren.

Eine zusammenfassende Übersicht und Bewertung einiger Fallbeispiele hinsichtlich Bildqualität und -schärfe enthält Tabelle 3. Exemplarisch enthalten die Bilder 3 bis 5 die vergleichende Darstellung von Anlagenteilen bzw. Schadensarten.

Tabelle 3: Bewertung der Bildqualität und -schärfe anhand beispielhaft ausgewählter Schadensbilder/Anlagenteile [1]

Schadensbild/Anlagenteil/Phänomen	ARGUS 4	PANORAMO
		Perspektive	Abwicklung
Stutzen, einragend	+	++	++
Wurzeleinwuchs	++	+	++
Riss im Verbindungsbereich	++	+	+
Querriss	++	+	+
Scherbenbildung	+	+	+
Inkrustation	++	+	++
Einsturz	++	++	++
Abzweig	++	+	0
Abzweig verschlossen	+	+	+
Abflusshindernis im Abzweig	++	+	0
Absturzbauwerk	++	+	0
Nennweitenveränderung	++	++	+
Gekrümmte Linienführung	+	+	0
Einsteigschacht	++	-	-

++	Alle relevanten Details sind tiefenscharf und optimal ausgeleuchtet (Aufnahme optimal)
+	Schaden/Anlagenteil/Phänomen ist zu erkennen, Details sind weniger gut zu erkennen (Aufnahme o.k.)
0	Nur Abwicklung: keine zusätzlichen Erkenntnisse
-	Bild ist nicht verwertbar (Aufnahme ist nicht brauchbar)

Die durchgeführten Vergleichsuntersuchungen mit den Inspektionssystemen ARGUS 4 und PANORAMO haben gezeigt, dass beide Systeme bei fachgerechter und sorgfältiger Handhabung die Anforderungen an die optische Zustandserfassung und ?beschreibung von Abwasserleitungen und ?kanälen nach ATV-M 143-1 und -2 [5] erfüllen. Die in den untersuchten Haltungen vorhandenen Schäden, Objekte und Anlagenteile konnten erfasst und qualitativ beurteilt werden.

Das PANORAMO-System bot in der perspektivischen Ansicht in der überwiegenden Mehrzahl der Fälle, insbesondere bei Nennweiten ≤ DN/ID 500, eine mit ARGUS 4 gleichzusetzende Bildqualität (Öffnungswinkel jeweils 90°).

Beim ARGUS 4-System war ? bedingt durch die Schwenkkopfkamera mit integrierten Halogenscheinwerfern ? eine bessere Ausleuchtung sowohl von (angezoomten) Details als auch von dreidimensionalen Objekten wie z.B. Abzweige oder Schächte außerhalb des eigentlichen Rohrstranges gewährleistet. Diese Qualität wird in diesem Fall von PANORAMO nicht erreicht, da dessen Blitzlichtintensität speziell auf die Ausleuchtung der Rohrwandung ausgerichtet ist (Bild 5).

Hinsichtlich des optischen Zooms (2-fach, Öffnungswinkel ca. 50°) ergaben sich bei ARGUS 4 Vorteile bei der Detailansicht gegenüber der nicht verlustfreien digitalen Vergrößerungsmöglichkeit bei PANORAMO. Die Detailauflösung nahm hier mit zunehmendem Zoom ab.

Dem gegenüber werden die Zustandserfassung und -beschreibung bei PANORAMO erleichtert. Die jederzeit beliebig reproduzierbaren Daten ermöglichen dem fachkundigen Bearbeiter eine "virtuelle" Navigation im Kanal, so dass Schadensbetrachtungen auf vielfältige Weise (perspektivische Ansicht und Abwicklung, Wechsel der Blickrichtung und ?winkel, begrenzte Zoomfunktion, numerische Vermessungsfunktion) vorgenommen werden können. Darüber hinaus unterstützt die Abwicklungsansicht das schnelle Erkennen von signifikanten, örtlich begrenzten Schäden oder Streckenschäden. Wenn der Kanal zusätzlich restwasserführend ist, können anhand der Breite des Wasserspiegels oder des Vorhandenseins von Stauschwellen etwaige Hindernisse, Wurzeleinwuchs, Versätze, Unter- oder Oberbögen erkannt und mittels der perspektivischen Ansicht im Detail überprüft werden.

Bei Kanälen mit vielen Seiteneinläufen, Richtungsänderungen etc., welche häufig Detailaufnahmen mit verlustfreier Zoomfunktion erforderten, war die konventionelle Kameratechnik des ARGUS 4-Systems aussagekräftiger.

Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen
Ziel der Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen war es, die Kosten für Anschaffung, Betrieb und Wartung der Inspektionssysteme ARGUS 4 und PANORAMO zu quantifizieren sowie mit Hilfe einer Kostenvergleichsrechnung in Anlehnung an die KVR-Leitlinien [13] zu bewerten.

Mit Hilfe einer Kosten-Nutzwert-Analyse (KWA) wurden neben der Wirtschaftlichkeit der Inspektionssysteme auch ihr Nutzen für die Zustandserfassung ermittelt.

Kostenvergleichsrechnung
Die Kostenvergleichsrechnung ermöglicht den Vergleich monetär bezifferbarer Kostenbarwerte bzw. der Jahreskosten der beiden Inspektionssysteme [13]. Im vorliegenden Anwendungsfall wurde eine Nutzengleichheit vorausgesetzt (vgl. Abschnitt "Kosten-Nutzwert-Analyse (KWA)").

Bei PANORAMO wurde berücksichtigt, dass die Vorgänge Inspektionsfahrt und Nachbereitung der Inspektionsdaten entkoppelt sind, d.h. "parallel" erfolgen. Dabei übernahm das Inspektionsteam (Inspekteur und Hilfskraft) mit dem Inspektionsfahrzeug die Funktion der Aufnahme bzw. Sammlung von Inspektionsdaten, während eine dritte Person (Fachkraft) diese später im Büro am PC auswertete (Zustandserfassung und -beschreibung). Durch diese beim ARGUS 4-Kamerasystem nicht mögliche Arbeitsteilung ergab sich bei PANORAMO zwangsläufig eine höhere Verfügbarkeit von Inspektionsteam und ?fahrzeug und damit eine höhere effektive Inspektionsleistung. Zusätzlich fielen bei PANORAMO Personalkosten für den Bearbeiter zur Nachbereitung der Inspektionsdaten am PC im Büro an.

Das PANORAMO-Inspektionssystem wies unter den gegebenen Randbedingungen in Wuppertal einen Kostenvorteil gegenüber dem ARGUS 4-Kamerasystem auf [1].

Kosten-Nutzwert-Analyse (KWA)
Die Kosten-Nutzwert-Analyse (KWA) erlaubt die Bewertung direkter, monetär nicht bezifferbarer Nutzeneffekte im Rahmen eines Variantenvergleichs und ist eine in der Praxis häufig angewandte Methode zur Durchführung von Nutzen-Kosten-Untersuchungen (vgl. KVR-Leitlinien [13]). Die KWA beinhaltet eine subjektive Vorgehensweise und bietet bezüglich der Gewichtung der Kriterien bzw. Teilziele und der Bewertung des variantenabhängigen Teilnutzens einen breiten Interpretationsspielraum. Sie stellt jedoch in diesem 1. Ansatz eine sinnvolle Berücksichtigung und vernünftige Bewertung nicht monetär quantifizierbarer Kriterien dar.

Folgende Teilziele wurden bei der KWA entsprechend ihrer Bedeutung berücksichtigt [1]:

• Qualität der Darstellung am Bildschirm (Bildqualität)
• Zuverlässigkeit der Schadenserfassung und -beschreibung
• Quantifizierbarkeit des Schadensausmaßes
• Bedienbarkeit des Inspektionssystems
• Reproduzierbarkeit der Ergebnisse
• Flexibilität beim Einsatz
• Verfolgung der Schadensentwicklung im Rahmen von Wiederholungsinspektionen (Zustandsprognose).

Das PANORAMO-Inspektionssystem wies, bezogen auf die Verhältnisse in Wuppertal, gegenüber dem ARGUS 4-Kamerasystem ein höheres Nutzwertverhältnis von 142 % zu 100 % auf. Unter Berücksichtigung der anfallenden Kosten, einschließlich der zusätzlichen Kosten für die Auswertung der PANORAMO-Inspektionsdaten im Büro, konnte auch ein entsprechend großer Kosten-Nutzwert-Vorteil für PANORAMO erzielt werden [1].

Zusammenfassung

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass mit PANORAMO erstmals in der Bundesrepublik Deutschland eine volldigitale Bildaufnahme und -verarbeitung sowie eine vollständig im Büro durchführbare Auswertung für die optische Zustandserfassung und -bewertung von Abwasserleitungen und -kanälen geschaffen wurde. Die vergleichenden Untersuchungen in Wuppertal haben gezeigt, dass dieses Inspektionssystem gegenüber dem ARGUS 4-Kamerasystem eine sehr leistungsfähige und wirtschaftliche Alternative mit hohem Nutzwert ist.

Basierend auf den bei In-situ-Untersuchungen in Wuppertal gewonnenen Erkenntnissen enthält Tabelle 4 Empfehlungen für den optimalen Einsatz der Inspektionssysteme ARGUS 4 oder vergleichbarer Schwenkkopfkamerasysteme und PANORAMO.

In den Fällen, in denen PANORAMO nicht die erforderliche optimale Qualität und Aussagekraft der Bilder erreichen kann, sollte dem ARGUS 4-System oder vergleichbaren Schwenkkopfkamerasystemen der Vorzug gegeben werden.

Die Fragestellung der Grenzen der Erkennbarkeit von feinen Rissen mit dem PANORAMO-System war nicht Gegenstand des hier behandelten Untersuchungsprogrammes. Ergebnisse zur Risserkennbarkeit enthält ein Bericht der Berliner Wasserbetriebe [14].

Tabelle 4: Empfehlungen für den optimalen Einsatz der Inspektionssysteme ARGUS 4 und PANORAMO auf Basis der durchgeführten Untersuchungen [1]

Einsatzbereich	Argus 4	Panoramo	Bemerkungen
Vom Kreisquerschnitt abweichende Form (z.B. Eiquerschnitt)	+ +	+ - 1)	Zur Zeit nur eingeschränkte Nutzung der Abwicklung. Neue Software für formgetreue Darstellung von Eiquerschnitten lt. Herstellerangabe in Bearbeitung.
Mauerwerkskanal	+ +	+ + 1)	-
Bauabnahme	+ -	+ +	Höhere Inspektionsleistung von PANORAMO
DN/ID /ID des Kanals < 500	+ +	+ +	-
DN/ID /ID des Kanals >= 500	+ +	+	Bildqualität (Auflösung) bei PANORAMO nimmt mit größer werdender Nennweite ab
Stark geschädigter Kanal, mind. Zustandsklasse 1 nach ATV-M 149 [15]	+ -	+ +	Trotz hoher Nachbereitungszeit (wg. vielfältigeren Möglichkeiten der detaillierten Schadensbetrachtung) hohe Wirtschaftlichkeit für PANORAMO
Hohe Anzahl an Rohrverbindungen (kurze Baulängen)	+ -	+ +	Jede Muffe wird vorschriftskonform abgeschwenkt (Dauer hierfür bei ARGUS 4 ca. 20 s, bei PANORAMO 10 s)
Fortlaufend einheitliche Haltungsstruktur	+	+ +	Kanäle, die relativ neu sind und nach neuesten technischen Standards gebaut wurden
Haltungen mit zahlreichen, nicht fachgerecht hergestellten Anschlüssen	+ +	- 2)	Insbesondere Haltungen mit zahlreichen, insbesondere nachträglich und nicht fachgerecht eingebauten Anschlüssen (Abzweige/Einläufe), die sehr verzweigt verlaufen und teilweise offen oder verschlossen sein können
Kanäle mit großen Haltungslängen unter hochfrequentierten Verkehrswegen/Straßenkreuzungen	+	+ +	Evtl. verkehrsbehindernde Standzeiten des Inspektionsfahrzeuges werden bei PANORAMO so gering wie möglich gehalten
Routine- und Wiederholungsinspektionen	+	+ +	PANORAMO-Aufnahmen aussagekräftiger im Hinblick auf Schadensrückverfolgung und -entwicklung
Haltungen mit gekrümmterLinienführung	+ +	+ + 1)	-

+	Einsatz empfohlen aus wirtschaftlichen Erwägungen (Zustandserfassung gut, aber nicht optimal im Vergleich zum anderen System)
+ +	Einsatz empfohlen aus wirtschaftlichen Erwägungen sowie hinsichtlich einer hochqualitativen Zustandserfassung
+ -	Einsatz empfohlen hinsichtlich einer hochqualitativen Zustandserfassung (der wirtschaftliche Aspekt rückt in den Hintergrund)
-	Einsatz nicht empfohlen

¹⁾ Perspektivische Ansicht ist gut, die Abwicklung ist nur eingeschränkt brauchbar (verzerrte Ansicht, damit keine Schadensvermessung möglich)
²⁾ In der Regel ist es bei den PANORAMO-Aufnahmen wegen der begrenzten Reichweite bzw. vorherrschenden Lichtverhältnisse der Aufnahmen nicht möglich, den weiteren Verlauf der Anschlussleitungen zu verfolgen (unzureichende Ausleuchtung), um deren Zustand oder ggf. festzustellen, ob die Anschlüsse offen oder evtl. verschlossen und außer Betrieb sind.

Literatur

[1] Stein, D., Körkemeyer, K., Brauer, A.: Vergleichende Analyse des neuartigen PANORAMO-Inspektionssystems mit den Standardverfahren zur Inspektion von Abwasserleitungen und kanälen am Beispiel des ARGUS 4-Kamerasystems. Expertise der Prof. Dr.-Ing. Stein & Partner GmbH, Bochum im Auftrag der IBAK Helmut Hunger GmbH & Co. KG, Kiel. Bochum, Mai 2004 (veröffentlicht unter www.unitracc.de, kostenlose Registrierung für Einsicht erforderlich).

[2] Stein, D.: Instandhaltung von Kanalisationen. 3., überarbeitete und erweiterte Auflage, Verlag Ernst & Sohn, Berlin 1998.

[3] Stein, D., Körkemeyer, K.: Entwicklungen bei der TV-Inspektion von Abwasserkanälen. Beitrag zur 36. Essener Tagung vom 26. bis 28. März 2003 in Aachen.

[4] Stein, R.: Trends und Entwicklungen der Zustandserfassung. bi umweltbau (2004), H. 3, S. 64?72.

[5] ATV-M 143:
Teil 1: Inspektion, Instandsetzung, Sanierung und Erneuerung von Entwässerungskanälen und leitungen ? Grundlagen (12.1989).
Teil 2: Inspektion, Instandsetzung, Sanierung und Erneuerung von Abwasserkanälen und leitungen ? Optische Inspektion (04.1999).

[6] DIN EN 13508: Zustandserfassung von Entwässerungssystemen außerhalb von Gebäuden.
Teil 1: Allgemeine Anforderungen (02.2004).
Teil 2: Kodiersystem für die optische Inspektion (09.2003)

[7] Hunger, W.: Optische Kanalinspektion mit Panoramo. Beitrag 12. Europäisches Wasser-, Abwasser- und Abfall-Symposium ?TV-Inspektion für Betrieb und Instandhaltung (EWA)? am 14. Mai 2002 im Rahmen der IFAT 2002 in München.

[8] Firmeninformation IBAK Helmut Hunger GmbH & Co. KG, Kiel.

[9] Hunger, W.: PANORAMO ? neues Kamerasystem für die optische Inspektion. Beitrag zur Tagung ?Entwicklungen in der Kanalisationstechnik? am 22. und 23, Juni 2004 im Maternushaus, Köln.

[10] Stein, D. und Stein, R.: Fachinformationssystem Instandhaltung von Kanalisationen (CD-ROM). Verlag Ernst & Sohn, Berlin 2000.

[11] Berger, C., Lohaus, J., Wittner, A., Schäfer, R.: Zustand der Kanalisation in Deutschland ? Ergebnis der ATV-DVWK-Umfrage 2001. KA ? Wasserwirtschaft, Abwasser Abfall 49 (2002), H. 3, S. 302?311.

[12] Ergänzungen zum ATV-M 143 Teil 2: Inspektion, Instandhaltung, Sanierung und Erneuerung von Abwasserkanälen und leitungen ? Teil 2: Optische Inspektion. Korrespondenz Abwasser (KA) 41 (1994), H. 6, S. 983.

[13] Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) (Hrsg.): Leitlinien zur Durchführung dynamischer Kostenvergleichsrechnungen (KVR-Leitlinien). 6. überarbeitete Auflage, Kulturbuchverlag Berlin GmbH, 1998.

[14] Hilpert, R., Kramer, D.: Auswertung des Einsatzes der PANORAMO-Kameratechnik bei den Berliner Wasserbetrieben. Unveröffentlichter Bericht der Berliner Wasserbetriebe (BWB), Berlin 2003.

[15] Merkblatt ATV-M 149: Zustandserfassung, klassifizierung und ?bewertung von Entwässerungssystemen außerhalb von Gebäuden (04.1999).

Autoren

Prof. Dr.-Ing. Dietrich Stein
Ruhr-Universität Bochum
Fakultät für Bauingenieurwesen, Geb. IA 5/132
Universitätsstraße 150, 44780 Bochum
E-Mail:dietrich.stein@rub.de

Dipl.-Ing. Ansgar Brauer
Prof. Dr.-Ing. Stein & Partner GmbH
Technologie-Quartier
Konrad-Zuse-Straße 6, 44801 Bochum
E-Mail: ansgar.brauer@stein.de

Andreas Broziewski
Wuppertaler Stadtwerke AG, Abteilung Kanalbetrieb
Bromberger Straße 39-41, 42281 Wuppertal
E-Mail: andreas.broziewski@stadt.wuppertal.de