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Autonomes Mulchen heute und in der Zukunft: Roboter übernehmen Grünschnitt an der Autobahn

Aufgabenstellung

Welche Maschinen mähen Grünstreifen an Straßen jetzt (oder in Zukunft) autonom und zuverlässig?


Challenge

2.200 Kilometer Autobahnen und Schnellstraßen bilden das Netz der Asfinag. Die ASFINAG Service GmbH sorgt für den reibungslosen Betrieb: Sie säubert Rast- und Parkplätze, räumt den Schnee, verantwortet Reparaturen und Erneuerungen an der Strecke, überwacht und reinigt die Tunnels etc. Eine weitere Aufgabe, die nicht jeder sofort mit dem Betrieb von Straßen verbindet: der Schnitt der Grünflächen entlang der Autobahnen und Schnellstraßen.

Die Ebenen Flächen und Böschungen müssen mindestens zwei Mal pro Jahr von Gras und allerlei wucherndem Unkraut befreit werden. Einfaches Terrain wird von Mitarbeitern mit klassischen 2-Achsen-Geräten gemulcht. Auf vielen Grünflächen mit Neigung können solche Traktoren nicht werken – zu stark wäre die Schräglage. Hier kommen auf den ersten Metern neben der Fahrbahn ferngesteuerte Roboterarme zum Einsatz. Ein Mitarbeiter / eine Mitarbeiterin steuert bis zu drei davon gleichzeitig von einem Fahrzeug aus. Das Fahrzeug kriecht dabei den Fahrbahnrand entlang. Oft und besonders im städtischen Gebiet stellen sich Steher von Lampen und Fahrzeugrückhaltesysteme („Leitplanken“) in den Weg. In solchen Situationen wird eine weitere Person für die komplexere Fahrzeuglenkung benötigt.

Den Schnitt von Grünflächen außerhalb der Reichweite der Roboterarme bewerkstelligen die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der ASFINAG mit ferngesteuerten Raupenmähgeräten. Stacheln auf den Fortbewegungsketten geben trotz der starken Hanglage der Böschungen den notwendigen Halt. Eine Person steuert die Maschinen (0,5 bis 1,5 Meter Schnittfläche) vom Fahrbahnrand aus. Auch die Fahrt der Raupen ist nicht frei von Hindernissen. Gelegentlich sind Bäume, Schachtdeckeln und dgl. im Weg. Der Nachteil sowohl der ferngesteuerten Arme als auch der Raupenmähgeräte: Teilweise muss eine Fahrbahn gesperrt werden.

Ein weiterer potentieller Anwendungsfall für eine autonome Mulchmaschine ist das Freihalten der Trasse des ASFINAG Coporate Netzwerkes (CN.as), einer Lichtwellenleitung. Dies betrifft  zig-Kilometer auf einer Breite von ca. 2-5 Metern.

Für alle Varianten (Traktoren, Roboterarme, Raupenmähgeräte) gilt: Der Beschnitt der Grünflächen ist zwar wichtig. Die Tätigkeit bindet allerdings Ressourcen von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, deren ausgeprägte technische Spezialisierungen anderwärtig gebraucht werden: z.B. bei der  Kontrolle an Bauwerken, Arbeiten an Gewässerschutzanlagen oder dem Ereignismanagement.


Gewünschtes Ergebnis

So stellt die ASFINAG Service GmbH sich die Mulchtätigkeit für ihr Personal vor: Der verantwortliche Mitarbeiter fährt zur Einsatzstelle, platziert den Roboter und startet ihn. Das war’s im Idealfall. Der Mitarbeiter hält sich nur kurz im Einsatzbereich auf. Die Maschine legt los, der Mitarbeiter kann in der Zwischenzeit andere wichtige Aufgaben erledigen. Zum Gerät kehrt er zurück, wenn dieses meldet, dass die Grünfläche gemulcht ist.

Die Personalressourcen sind dadurch effizient genutzt. Außerdem hat die Unterstützung durch Roboter positive Auswirkungen auf den Schutz der Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer: Der Aufenthalt im Gefahrenbereich der Maschine ist so kurz wie nötig, die Belastung durch Neophyten und der prallen Sonne ist minimiert.

Sollte ein Eingriff notwendig sein, wird der Anwender umgehend informiert (Status- und Alarmmeldungen auf das Mobiltelefon). Über eine Webanwendung kann auch die Leitstelle / Zentrale den Einsatz und Standort des Roboters monitoren. Statistische Auswertungen (big data) helfen, den Einsatz der Maschine zu optimieren.

Ein essentieller Effekt: Die Autofahrerinnen und Autofahrer sind von den Grünschnitttätigkeiten nicht beeinträchtigt. Die Fahrstreifen bleiben verfügbar.

Wichtig zu wissen:

  • Sicherheit und Zuverlässigkeit zählen. Auch die Grenzen der Maschinen in dieser Hinsicht dürfen in die Challenge eingebracht werden.
  • Die Mähflächen der Autobahnmeistereien sind geographisch im  GIS der ASFINAG in Form von Polygonen abgebildet. Die Daten können für Mulchroboter als ESRI Shape Dateien bereit gestellt werden. Die Lagegenauigkeit der Abgrenzung liegt bestenfalls bei +/- 0,5 Meter. Des Weiteren kann ein hochauflösendes Höhenmodel (Laserscan) übermittelt werden (Genauigkeit im cm Bereich). Es besteht der Wunsch, die Positionsdaten und sonstige Informationen zum Mähroboter über Schnittstellen direkt online in das GIS der ASFINAG zu übernehmen.
  • Mit Bodenunebenheiten muss effektiv umgegangen werden, gängige Größen und nicht zu breite Mulchköpfe bzw. Geräte sind vorteilhaft. Die Maschinen sind aktuell mit Schlegelmulchern oder Forstmulchern als Mähwerk ausgestattet. Durch geringeren Personaleinsatz könnten div. Flächen ggf. öfter gemäht und Forstmulcher so überflüssig werden. Alles in allem dürfen autonome Roboter einen Vergleich mit der Flächenleistung bisheriger Maschinen aber nicht scheuen.
  • Ein Gerät wird sich aus betrieblicher Sicht dann durchsetzen, wenn Anschaffung und Betrieb (Energie, Wartung, Personalbindung) schon nach wenigen Jahren unter den Kosten der derzeitigen Geräte sowie ihrer Betriebskosten liegen. Für größtmögliche Anwendbarkeit könnte ein zusätzlicher händischer oder ferngesteuerter Betrieb hilfreich sein.
  • Grünstreifen sind keine Verkehrsflächen (behördliche Zulassungen und Einsatzfreigaben könnten dennoch erforderlich sein).

Jetzt sind Sie an der Reihe

Trauen Sie sich über diese Challenge in den Dialog mit der ASFINAG, auch wenn ihr Gerät oder Ihre Entwicklung noch in den Kinderschuhen steckt oder der beschriebene Idealzustand nur mit kleinen Abstrichen erzielt wird. Reichen Sie auch ein, wenn Ihre Teillösung das Potential hat, im Verbund mit anderen ein autonomes Mulchen möglich zu machen. Ein früher Austausch hilft allen Seiten. Einreichungen im Konsortium sind möglich.

Klicken Sie auf den Button „Idee einreichen“. Posten Sie eine aussagekräftige Kurzbeschreibung Ihres Produkts oder Lösungsansatzes bis 08. August 2018. Sie können ein PDF-Dokument anhängen. Senden Sie zudem bitte an den Moderator dieser Challenge eine erste grobe Kostenschätzung sowie nur für die Jury bestimmte Inhalte als PDF-Datei. Jurymitglieder verpflichten sich zu Vertraulichkeit.

Wir befinden uns mit der Challenge in der Markterkundung. Die ASFINAG Service GmbH will sich einen Überblick verschaffen, was jetzt und was in Zukunft möglich ist und wo vielleicht die Grenzen liegen. Deshalb ist in der „Call for Ideas“-Phase, dem ersten Schritt, Folgendes nicht gesucht: völlig neu und extra für diese Challenge zur Gänze ausgearbeitete Konzepte, detaillierte technische Entwürfe oder Machbarkeitsstudien. Folgendes gilt daher für alle Teile der Einreichung: Halten Sie sich kurz (bis zu fünf A4-Seiten oder zehn Präsentationsfolien insgesamt). Gehen Sie vor allem darauf ein, wie Sie die unten angeführten Bewertungskriterien erfüllen und zum Erreichen des gewünschten Ergebnisses beitragen.

Reichen Sie zu dieser Challenge sowohl Geräte ein, die einfache ebene Flächen autonom mulchen als auch solche Geräte, die Hänge mit maximal 55° Steigung bewältigen. Bitte geben Sie allerdings bekannt, für welchen Einsatzbereich Ihre Maschine geeignet ist (Gelände-, Steigfähigkeit auf Grund Gewicht, Antriebstechnik,…..).


Gewinn

Ziel dieser Challenge ist der Austausch und die Vorbereitung weiterer Schritte. Eine interne Jury prüft zunächst alle Einreichungen entlang der Bewertungskriterien. Die 3 – 5 am besten geeigneten Einreicherinnen und Einreicher erhalten eine Einladung zum Innovationsdialog (dabei handelt es sich um ein Markterkundungsgespräch). Bei diesem Gespräch haben Sie Zeit, die Fähigkeiten Ihre Geräte und den Anwendungsfall zu vertiefen.

Die Ergebnisse der Challenge fließen in allfällige Ausschreibungen nach Bundesvergabegesetz ein. Ein baldiger Einsatz ist Teil des Zukunftsbilds des Projektteams. Um die Einsetzbarkeit auf den vorhandenen Flächen (je nach eingereichtem Typ) beobachten zu können, zieht die ASFINAG Service GmbH abhängig von den Erkenntnissen der Challenge eine Teststellung in Erwägung.

Werbung für Ihre Lösung und Ihr Unternehmen

Die IÖB-Servicestelle bewirbt die Challenge und macht dadurch auch andere öffentliche Auftraggeberinnen und Auftraggeber auf die online geposteten Maschinen und Unternehmen aufmerksam. Darüber hinaus wird die Challenge im internationalen Netzwerk der IÖB-Servicestelle kommuniziert und präsentiert.


Kategorien

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27 Personen unterstützen diese Challenge
18.6.2018
Challenge - under construction
18.6.2018 - 8.8.2018
Call for ideas
9.8.2018 - 22.8.2018
Community Bewertung
23.8.2018 - 29.8.2018
Jury Bewertung
30.8.2018
Ergebnis

Mowing Concept 2030 with SOLEA

Kurzbeschreibung:
Ein Husqvarna Konzept für die urbane Parkpflege mit autonomen Mährobotern im Jahre 2030
Lange Beschreibung:

Wie werden urbane Grünflächen im Jahre 2030 aussehen? Welchen Herausforderungen muss sich die kommerzielle Garten- und Landschaftspflege in den kommenden Jahren stellen? Bieten aktuelle Technologien – allen voran die Robotertechnik - Potenzial für die Grünflächenpflege von morgen?

Mit diesen Fragen beschäftigten sich rund 100 Profis aus dem Garten- und Landschaftsbau beim 3. Silent City Kongress in Schottland. Die Stadt Edinburgh lud gemeinsam mit Husqvarna Vertreter aus Praxis, Forschung und Medien ein, die Möglichkeiten und Grenzen neuer Technologien für die urbane Grünflächenpflege zu diskutieren.

 

Neben Themen wie künstlicher Intelligenz und CO2 Fußabdruck widmete sich der erste Kongresstag von Silent City 3 hauptsächlich dem Einsatz von Robotern für die Pflege öffentlicher urbaner Grünflächen. Die drei Städte Edinburgh (UK), Aalborg (Dänemark) und Almere (Niederlande) berichteten von ihren Erfahrungen während eines Mähroboter-Tests in der Saison 2017. Auf verschiedenen Flächen, darunter ein Friedhof, eine Schule sowie ein öffentlicher Park, setzten die Städte Husqvarna Automower zur Rasenpflege ein – mit durchweg positiven Ergebnissen. Auszüge aus dem Nachbericht des Pilotprojekts finden Sie am Ende der Meldung.

Aufbauend auf diese Ergebnisse präsentierte Husqvarna ein Designkonzept für ein urbanes Mähroboter-System im Jahre 2030. Das Designkonzept SOLEA bedient sich der aktuellsten verfügbaren Technik und besteht aus einem Verbund von verschiedenen Sensoren und autonom mähenden Robotern, gesteuert und transportiert durch Drohnen. Diese sammeln zudem Informationen über den Zustand des Parks – z. B. Feuchtigkeit, Luftqualität, etc. SOLEA beschränkt sich jedoch nicht nur auf den Bereich des Mähens, sondern soll die Grünpfleger von morgen in vielen weiteren Bereichen unterstützten, damit diese Ihre Kenntnisse für anspruchsvollere Aufgaben einsetzen können. SOLEA ist eine Designstudie, eine Produktion des Systems ist aktuell nicht geplant.
 

GRUNDLAGE: FUTURE URBAN PARKS
Auf Grundlage des „Future Urban Parks Report“ geht Husqvarna davon aus, dass Parks im städtischen Bereich trotz des hohen Wettbewerbs um Flächen künftig zunehmen, aber gleichzeitig komplexer werden – z. B. als Dachgärten oder kleine separate Grünflächen. Dementsprechend werden wirtschaftliche Lösungen für die Pflege solch dezentraler Flächen gefragt sein. Hier setzt SOLEA mit einem innovativen Konzept an. 

„Husqvarna SOLEA demonstriert unser Engagement, neue Möglichkeiten zu erforschen, mit denen Städte grüner werden können und mit denen Landschaftsgestalter Zeit für anspruchsvolle Arbeiten freimachen können“, sagt Pavel Hajman, Präsident der Husqvarna Division. „Seit über 20 Jahren treiben wir die Entwicklung von Mährobotern voran und wir prognostizieren, dass diese in einigen Jahren einen festen Platz in den Teams der professionellen Landschaftspflege haben werden.“

 

WIE FUNKTIONIERT HUSQVARNA SOLEA?
Das Husqvarna SOLEA-Konzept steht für rasche, autonome Rasenpflege rund um die Uhr, bei der Parkbesucher kaum gestört werden. Während des Betriebs sammelt das System Daten und Informationen in Echtzeit und wertet diese unter Zuhilfenahme von künstlicher Intelligenz aus. Grünflächenpfleger erhalten so ganzheitliche Informationen über den aktuellen Zustand des Parks und wissen, wann und wo ihr Eingreifen nötig ist.

Das SOLEA-System besteht aus fünf Bestandteilen: einer Scout-Drohne, mehreren fest installierten Sensoren (z. B.

an Bäumen), einer Transportdrohne, neun Luftkissen-Mährobotern und einer KI-Cloud (KI = Künstliche Intelligenz).

  • Die Transportdrohne bringt die neun Luftkissen-Mähroboter und die kleinere Scout-Drohne an ihren Einsatzort. Auch das Erreichen von Dachgärten oder kleinerer Parks inmitten belebter Straßen und Fußgängerzonen ist somit kein Problem. Die KI-Cloud errechnet dafür die ideale Route für die zu pflegenden Grünflächen, unterwegs orientiert sich die Transportdrohne mittels GPS. Als Energiequelle kommt Solarenergie zum Einsatz, die die Transportdrohne während des Flugs zudem zum Aufladen von Mährobotern und Scout verwendet.
  • Die neun Mähroboter arbeiten im Verbund oder einzeln und schweben per Luftkissen-Technologie je nach Einstellung 3-5 cm über dem Boden. Für den Auftrieb ist in der Mitte der Roboter ein Ventilator verbaut. Durch zusätzliche kleine Ventilatoren an den Ecken steuern die Roboter wendig und präzise. Während der Arbeit kommunizieren sie kontinuierlich untereinander und mit der Scout-Drohne, um etwaige Veränderungen in der Umgebung sofort berücksichtigen zu können.
  • Die Scout-Drohne verfügt über Sensoren zur Untersuchung der Umgebung. Diese Informationen werden zur Auswertung an die KI-Cloud des Systems gesendet, z. B. zur Ermittlung der Arbeitszeit der Mähroboter oder falls ein Eingreifen der Landschaftspfleger erforderlich ist. Zudem beobachtet die Scout-Drohne die arbeitenden Mähroboter kontinuierlich aus der Vogelperspektive, um sie unmittelbar über Hindernisse und andere Veränderungen im Park zu informieren. 
  • Fest installierte Sensoren sammeln zusätzlich Daten über den Park, die der KI-Cloud durch Langzeit-Daten eine ganzheitliche Betrachtung des Zustands des Parks ermöglichen. 
  • Die KI-Cloud interpretiert unter Zuhilfenahme von künstlicher Intelligenz (KI) die gesammelten Daten, steuert den Mähvorgang und schätzt den Zeit- und Ressourcen-Aufwand für die Fertigstellung der Aufgaben ab. Nach dem Mähvorgang dokumentieren die in die Cloud hochgeladenen Daten außerdem die geleistete Arbeit und den aktuellen Zustand des Parks.

 

 

PRODUKTSPEZIFIKATIONEN
Der Name SOLEA stammt vom lateinischen Begriff für „Seezunge“, einem Plattfisch, der mit minimalem Energieaufwand leicht über dem Meeresboden schwebt. Ähnlich schweben auch die neun akkubetriebenen Mähroboter, das Herzstück von SOLEA, bei der Rasenpflege über die Grünfläche. 

Jeder der Roboter ist mit 20 kleinen, schwenkbaren und diamantbeschichteten Klingen ausgestattet, die jeweils eine Schnittbreite von 34 cm und eine Gesamtschnittbreite von 306 cm (9 x 34 cm) erreichen. Da die Roboter schweben, können sie rasch und ohne tiefe Schnitte mähen. Bei maximaler Drehzahl können sie gemeinsam eine Fläche von circa 10.000 m² in acht Minuten mähen (3 m²/Sekunde).

Aus Sicherheitsgründen ist jeder Roboter mit Sensoren für die Erkennung von Hindernissen ausgestattet. Feuchtigkeits- und Nährstoffsensoren überwachen den Zustand des Rasens. Die Mähroboter laden sich über die Solarmembranbeschichtung auf der Oberseite und zwischen den Aufgaben mit Hilfe der Transportdrohne auf. 

Die autonome Transportdrohne ist aus einer ultraleichten Kohlefaserstruktur gefertigt. Sie hat einen Durchmesser von 150 cm und eine Höhe von 80 cm. Die Oberseite der Transportdrohne ist mit einer Solarzellenmembran für die schnelle tägliche Aufladung per Induktion an der Basisstation beschichtet.

 

MÄHROBOTER-EINSATZ AUF ÖFFENTLICHEN GRÜNFLÄCHEN: ERGEBNISSE DES PILOTPROJEKTS

In drei Städten, Edinburgh in UK, Aalborg in Dänemark und Almere in den Niederlanden, liefen in der vergangenen Mähsaison während eines Pilotprojekts Husqvarna Mähroboter auf verschiedenen Flächen, darunter ein Friedhof, eine Schule sowie ein öffentlicher Park. Zusammengefasst kamen die Testteilnehmer zu folgenden Ergebnissen:

Bedenken bezüglich Vandalismus und Diebstahl zerstreut
Eine der größten Bedenken der Teilnehmer vor Projektstart war die Angst vor Vandalismus und Diebstahl. Diese Bedenken bestätigten sich nicht, wie auch Gareth Edwards, Teamleiter des Bereichs Friedhöfe in Edinburgh, erklärt: „Ich bin erstaunt, wie gut alles geklappt hat. Zu Beginn des Projekts war ich zwar optimistisch – auch gegenüber dem Potenzial der Mähroboter - hatte aber auch Bedenken, ob sie den Aufgaben gewachsen wären und ob sie beschädigt oder gestohlen würden. Ich war sehr überrascht, wie wenig Störungen auftraten und welchen hohen Standard sie erreichten.“

Verbesserung des Rasenbilds und der Wirtschaftlichkeit
Auch andere Teilnehmer stellten fest, dass der Einsatz der Mähroboter das Rasenbild der gemähten Flächen bei gleichzeitig wirtschaftlichen Mähkosten verbesserte. „Ich […] bin beeindruckt von der Qualität des Grasschnittes“, erklärt Gareth Edwards. Hier kam den Automower Mährobotern auch ihr geringes Gewicht zu Gute, wodurch die Verdichtung der Grünflächen reduziert wurde. 

Mehr Zeit für anspruchsvolle Pflegetätigkeiten und Schonung der Mitarbeiter
Qualifizierte Mitarbeiter konnten sich durch den Einsatz von Mährobotern auf andere anspruchsvolle Tätigkeitsfelder konzentrieren. So stellte Jorn Juul, Operational Manager im dänischen Aalborg fest: „Automower sparen Zeit, in der meine Mitarbeiter andere Dinge erledigen können.“
Gleichzeitig reduzierte der Mähroboter-Einsatz nach Meinung der meisten Teilnehmer die Belastung und Verletzungsgefahr von Mitarbeitern. Ähnliches galt für Sachbeschädigungen durch Steinschlag: „Mit traditionellen Rasenmähern traten regelmäßig Beschädigungen durch herumfliegende Dingen an Autos und Fenstern auf,“ erläutert Mari Rujis, Manager Grünflächen in Almere.

Insgesamt zogen die Teilnehmer des Pilotprojekts ein positives Fazit des Mähroboter-Tests auf öffentlichen Grünflächen. Den besonderen Anforderungen, die durch das Projekt offensichtlich wurden, entspricht Husqvarna ab 2018 mit den neuen Automower Profi-Mährobotern der 500er-Serie, die speziell für öffentliche Rasenflächen angepasst wurden.

 

HUSQVARNA – WELTWEIT FÜHREND BEI MÄHROBOTERN
Husqvarna ist ein Vorreiter der Rasenmähroboter-Technologie und dank zahlreicher erfolgreicher Produkte und Lösungen der weltweite Marktführer im Bereich Mähroboter. 1995 hat Husqvarna den Markt für Mähroboter mit der Einführung des Solar Mower, des weltweit ersten Mähroboters, begründet.

 

Video: https://www.youtube.com/watch?v=divPKqjsmOI

Quelle: https://www.husqvarna.com/de/presse/solea/

Download:
Mowing Concept 2030 with SOLEA
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