Offshore-Windkraftanlagen werden wie jede andere Baustruktur regelmäßig gewartet und inspiziert. Bislang sind diese Inspektionen teuer, zeitaufwändig und durchaus auch risikoreich, da sie meist von Tauchern vor Ort durchgeführt werden. Der Einsatz von Sensoren auf ferngesteuerten Unterwasserfahrzeugen (ROV, Remotly operated vehicle) nimmt daher seit Jahren zu, beschränkt sich aber meist auf RGB-basierte Videokameras oder Sonargeräte. Deshalb ist eine umfassende Quantifizierung der Schäden nur begrenzt möglich. Der neue Sensorträger MISO-Inspector (Multi Input Single Output) eröffnet neue Möglichkeiten hierfür. Zentraler Bestandteil ist dabei eine multivariate Signalanalyse, d.h. Daten von unterschiedlichen Sensoren werden verarbeitet und für eine Schadensanalyse fusioniert. Das auf einem ROV angebrachte System führt Inspektionsaufgaben über und unter Wasser durch. Einer der eingesetzten Sensoren ist dabei eine hyperspektrale Snapshotkamera von Cubert. Diese ermöglicht die Detektion, Analyse und letztlich auch Unterscheidung von relevanten Materialien. Da es für die Ingenieure eine Herausforderung ist, Rost oder andere Schäden von Meeresbewuchs, Verunreinigungen usw. alleine anhand von RGB-Bildern unter Wasser zu unterscheiden, eröffnen sich mit hyperspektrale Bildgebung völlig neue Möglichkeiten zur Identifizierung von Schäden.
Stahlrohr-Spektroskopie
Als Testobjekte wurden verschiedene Materialien (Stahlrohr mit/ohne Korrosion, mit Aluminiumbeschichtung oder Farbbeschichtung) verwendet, welche für Offshore-Bauwerke repräsentativ sind. Für die Messungen wurde die HSI-Kamera Firefleye 185 in ein modifiziertes wasserdichtes Gehäuse eingebaut, wodurch eine Tauchtiefe von bis zu 60m möglich ist. Die Untersuchungen unter Wasser wurden zunächst in einem Testbecken in einer Tiefe von 1m durchgeführt, um die Differenzierbarkeit relevanter Oberflächen, den Einfluss verschiedener Lichtquellen sowie die Praxistauglichkeit der Refletanzkalibrierung unter Wasser zu untersuchen.
Zur Bestimmung der Reflektanz unter Wasser wurde eine Weißreferenz mit dem Sensor mitgeführt. Dabei wurde festgestellt, dass eine Unterscheidung zwischen den Materialien sowohl mit LED- als auch mit Halogen-Lichtquellen möglich ist. Bild 3 zeigt die RGB-Darstellung der Stahlrohre mit den entsprechenden Spektralsignaturen, wie sie mit der Cuvis Software von Cubert aufgenommen werden. Der weiße Kreis (u.l.) ist das Weißtarget, welches für die Reflektanzkalibrierung verwendet wurde. Die spektralen Signaturen repräsentieren die Mittelung aller Pixel innerhalb der jeweiligen farbigen Rechtecke, die im Bild links eingezeichnet sind. Die Fehlerbalken zeigen die Standardabweichung für jede Wellenlänge. Der Wellenlängenbereich oberhalb von 780nm ist nicht in die Darstellung einbezogen, da Wasser im Infrarot stark bis vollständig absorbiert, sowie die verwendete LED-Beleuchtung diesen Spektralbereich nicht abdeckt.
Bild: Cubert GmbH 
Bild 2 | Offshore-Struktur in einer Tiefe von 30m mit verschiedenen Materialien: Aluminiumstruktur in RGB (l.), s/w (M.) und HSI-Falschfarben (r.). – Bild: Cubert GmbH 
Bild 3 | RGB-Darstellung der Test-Stahlrohre (l.) mit den entsprechenden Spektralsignaturen (r.). – Bild: Cubert GmbH
Testlauf im Hafenbecken
Nach den erfolgreichen Tests im Testbecken wurde die Spektralkamera mit SubConn-Unterwasserkabeln ausgestattet und in den MISO-Inspector integriert. Der nächste Test fand im Hafen von Rostock statt. Dabei wurde ein modifizierter Rohrknoten in das Hafenbecken getaucht. Die Prüfung des MISO-Inspectors wurde somit unter realen Bedingungen an einer Offshore-Struktur durchgeführt. Bild 2 zeigt die Offshore-Struktur in einer Tiefe von 30m mit verschiedenen Materialien, wie Farbbeschichtungen, organischen Materialien und nicht eindeutig identifizierbaren hellen Bereichen, die entweder Aluminiumbereiche oder organischen Ursprungs sind. Die Aluminiumflächen sind ein Indikator für mögliche Schäden an der Offshore-Struktur. Daher ist die Identifizierung dieser Oberflächen von entscheidender Bedeutung, was jedoch mit RGB- oder s/w-Bildern alleine nicht möglich ist. Erst die hyperspektrale Bildgebung erlaubt die Identifizierung dieser Materialien. In Kombination mit weiteren Informationen über die Offshore-Struktur ermöglicht die Auswertung eine bessere Beurteilung des aktuellen Zustands der Anlage und eine zuverlässigere Grundlage für Entscheidungen über weitere Maßnahmen. Der MISO-Inspector hat mittlerweile auch den Seewassertest erfolgreich bestanden und wird nun an seinem endgültigen Bestimmungsort, d.h. in Offshore-Windparks in Nord- und Ostsee, weiter evaluiert.