FAQ

Warum sollten Sie sich für uns entscheiden?(klick)

In den letzten Jahren, hat die Anzahl der Anbieter für MultiMultikopter deutlich zugelegt, dies erschwert für den Kunden natürlich den richtigen Anbieter zu finden. Wir nennen Ihnen einige Punkte, die für Sie wichtig sein könnten und erleichtern Ihnen dadurch evtl. eine Kaufentscheidung zu treffen.

Im Gegensatz zu vielen anderen Anbietern, die ein Dutzend oder mehr unterschiedliche Modelle anbieten, haben wir uns auf 4 modulare Grundmodelle festgelegt. Dadurch, dass wir die meisten Komponenten selber herstellen, können wir zusammen mit dem Kunden den Multikopter zusammenstellen, der perfekt auf seine Anwendungsgebiete zugeschnitten ist. Dies hat den Vorteil, dass der Kunde keine Kompromisse beim Kauf eingehen muss und gezielt und schnell seinen Multikopter findet. Bei neuen Aufgabengebieten, lassen sich unsere Multikopter auch problemlos erweitern.

Wir legen offen, welche Komponenten wir in unseren Multikopter verbauen, was leider keine Selbstverständlichkeit ist. Wir habe die Erfahrungen gemacht, dass viele Kunden von uns, die auch andere Anbieter besucht haben, oft keine Antwort darauf bekommen haben, welche Teile genau verbaut werden. Dies kann man damit vergleichen, dass man Sie bei einem Autokauf, nicht unter die Motorhaube schauen lässt.

Denn nur wenn Ihnen diese Daten bekannt sind, können Sie Technischen Daten der verschiedenen Anbieter vergleichen und gleichzeitig vermeiden, dass Ihnen veraltete Technik verkauft wird. Auch dies haben wir leider schon erleben müssen, dass Kunden Multikopter für über 30.000€ verkauft worden sind, mit einer Technik die zu dem Zeitpunkt schon über 3 Jahre alt war.

Lassen Sie sich die Multikopter im Flug zeigen, nehmen Sie diese Probeflüge ggf. auf um diese später zu vergleichen. Bei diesen Präsentationen wird dem Kunden oft viel erzählt, was der Multikopter alles für Funktionen hat usw. Dazu muss man wissen, dass die meisten Anbieter hier sich nicht groß unterscheiden. Das Flugverhalten und die Stabilität in der Luft sind zwischen den verschiedenen Modellen kaum zu unterscheiden. Auch die verschiedenen Sicherheitsfunktionen wie Care Free, GPS Position Hold, Coming Home usw. haben diese Multikopter bereits alle integriert. Eine genaue Erklärung dieser Punkte finden Sie in unter Funktionen.

Schauen Sie auf die Verarbeitung des Multikopters, wir haben unsere Produktreihe mit maximaler Leichtigkeit und Stabilität entwickelt. Dazu nehmen wir nur die besten Komponenten aus speziellem Carbon und verwenden u.a. auch Titanschrauben, einige Teile werden sogar per Lasersinterverfahren hergestellt.

Dies erlaubt uns ein Multikopter-System anzubieten, der selbst mit einer schwereren Kamera und entsprechender Kamerahalterung unter 5kg wiegt. Der Kunde hat dadurch den Vorteil, dass er keine allgemeine Aufstiegsegenehmigung benötigt und unter 10kg Abfluggewicht nicht jeden einzelnen Aufstieg bei der Luftfahrbehörde anmelden muss. Dies erlaubt dem Kunden eine flexible Möglichkeit seine Aufträge zu planen.

Ein ganz wichtiger Punkt für den Kunden sollte aber sein, neben der flexiblen Nutzung des MultiKopters für verschiedene Anwendungen, die Erweiterbarkeit des gesamten Systems. Deshalb haben wir unsere neue Serie EVO - steht für Evolution, genannt. Unsere Systeme verfügen über ausreichend neuartiger Schnittstellen, um auch in Zukunft für neue Sensoren etc. gerüstet zu sein, um diese mit unseren Systemen nutzen zu können. Auch neue Softwareupdates erweitern den Funktionsumfang laufend, so dass Sie immer auf dem neuesten Stand der MultiKoptertechnik sein können.

WISSEN zu UAV UAS Drohnen

Multikoptertypen – Vor- und Nachteile

Je nach geplantem Einsatzzweck gibt es verschiedene Drohnentypen, welche zum Einsatz kommen können. Um die Auswahl eines geeigneten Trägersystems zu erleichtern, werden hier im Einzelnen die verschiedenen Typen mit Ihren Vor- und Nachteilen aufgelistet.

Bicopter

Im technischen Bereich ein eher weniger vertretener „Exot“. Er verfügt über zwei Antriebsmotoren, bei denen über je ein Servo der Schubvektor geändert werden kann.

- Keine Redundanz
- Sehr aufwändige Mechanik

Tricopter

Dieser Copter verfügt über drei Rotoren, sowie über mindestens einen Servo, mit dem der Schubvektor eines Motors (meist des Heck-, bzw. Tailmotors) geändert werden kann. Aufgrund seines speziellen Flugverhaltens, der großen Gierautorität und des großen Winkels zwischen den Armen wird dieser gerne im Einsteiger-Segment als Kameraträger für leichte Kameras verwendet.

+ Einfacher, leichter Aufbau (abgesehen von der Heckmechanik)
+ Sehr kurze Ausleger möglich
+ Großer Winkel zwischen Auslegern ermöglicht einfache Verwendung von Weitwinkelobjektiven
+ Große Gierautorität
- Keine Redundanz
- Relativ aufwändige Mechanik
- Relativ geringe Nutzlast

Quadrocopter

Der Quadrocopter ist der Copter mit der geringsten Motoranzahl, der sich rein über die Drehzahländerung der einzelnen Motoren steuern lässt. Dies macht ihn mechanisch besonders einfach. Aufgrund der geringen Anzahl an Motoren und Reglern ist er relativ kostengünstig realisierbar, allerdings zu Lasten der Tragfähigkeit und der Redundanz.

+ Relativ leichter Frame möglich
+ Verhältnismäßig kostengünstig realisierbar
+ Geringste Anzahl an beweglichen Teilen
+ Lange Flugdauer mit vertretbaren Kosten erreichbar
- Keine Redundanz
- Bei Gier-Korrekturen sinkt die horizontale Stabilität
- Relativ geringe Nutzlast

Hexacopter (Flat)

+ Bedingte Redundanz (Ausfall eines Motors kann bei genügend Leistung teilweise kompensiert werden)
+ Bei Gier-Korrekturen bleibt die horizontale Stabilität erhalten
+ Kostengünstigste Lösung mit Redundanz
- Relativ groß
- Große Stromaufnahme
- Relativ schwer

Hexacopter (Y6)

Aufgrund seiner vielen positiven Eigenschaften wird ein Y6 gerne als Plattform für mittelgroße Kameras oder Sensor-Systeme genutzt. Fällt ein Motor aus, ist davon auszugehen, dass es zu einer schwer zu kontrollierenden Rotation um die Hochachse kommt. Trotzdem ist bei korrekter Auslegung der Traglast eine sichere Landung oft möglich.

+ Redundanz (Ausfall eines Motors kann bei genügend Leistung teilweise kompensiert werden)
+ Bei Gier-Korrekturen bleibt die horizontale Stabilität erhalten
+ Kostengünstigste Lösung mit Redundanz
+ Kleiner als ein vergleichbarer Hexacopter
+ Sehr kurze Ausleger möglich
+ Großer Winkel zwischen Auslegern ermöglichen einfache Verwendung von Weitwinkel- Objektiven
- Wirkungsgrad kleiner als bei einem klassischen Hexacopter
- Große Stromaufnahme

Oktokopter (Flat)

Ein Oktokopter bietet bei Ausfall eines Motors meist eine sehr gute Redundanz und kann in fast allen Fällen sicher gelandet werden. Die Traglast kann sehr groß sein, so dass er uneingeschränkt als Plattform für große Sensorarrays oder Kameras genutzt werden kann.

+ Redundanz (Ausfall eines Motors kann bei genügend Leistung gut kompensiert werden)
+ Große Traglast
+ Sehr stabiles Flugverhalten
- Sehr groß
- Sehr schwer
- Windanfällig
- Sehr große Stromaufnahme

Oktokopter (X8)

Bis auf den Vorteil eines geringeren Platzbedarfs auf Kosten einer etwas geringeren Effizienz ist der Einsatzbereich der gleiche wie bei einem Oktokopter in klassischer Bauweise.

+ Redundanz (Ausfall mehrerer nicht an einem Arm befindlicher Motoren kann sehr gut kompensiert werden)
+ Große Traglast
+ Sehr stabiles Flugverhalten
+ Kleiner als ein vergleichbarer Oktokopter
+ Recht wenig Windanfällig
+ Relativ schwer
- Schlechterer Wirkungsgrad als ein vergleichbarer Oktokopter (Flat)
- Sehr große Stromaufnahme

Dodekakopter

Wenn es darum geht hochwertigste Filmkameras mit schweren Gimbals und lichtstarken Objektiven zu nutzen, dann sind Kopter dieser Klasse erste Wahl.

+ Extrem gute Redundanz (Ausfall mehrerer Motoren kann kompensiert werden)
+ Besonders große Traglast
+ Besonders stabiles Flugverhalten
- Sehr groß
- Hohe Kosten
- Sehr schwer
- Hoher Stromverbrauch

Fazit

Generell kann man davon ausgehen, dass die Anschaffungskosten mit der Anzahl der Motoren und somit auch der Motorregler, steigen. Auf der anderen Seite steigen Betriebssicherheit, Traglast sowie Flugsicherheit und Flugstabilität ebenfalls mit der Anzahl der Motoren.

Will man sehr teure und schwere Sensorik oder eine große Kamera mit einem Gimbal nutzen, so sollte man eine Plattform mit mindestens 8 Motoren wählen, denn nur so kann bei korrekter Auslegung der Ausfall eines Antriebs sicher kompensiert werden. Neben der Anzahl und Anordnung der Rotoren gibt es selbstverständlich noch viele weitere Faktoren, welche bei der Auswahl eines Frames berücksichtigt werden müssen. Das Flugverhalten ist unter anderem sehr stark vom Gewicht des Kopters abhängig, wobei generell zu sagen ist, dass ein schwererer Kopter ruhiger fliegt.

Wie funktioniert ein Multikopter?

Drohnen Grundlagen

Um ein besseres Verständnis zu bekommen wie und warum ein Multikopter fliegt, sollte man einige technische Drohnen Grundlagen kennen, auf welche im Folgenden kurz eingegangen wird.

Ein Multikopter ist ein Fluggerät, bei dem der nötige Auf- und Vortrieb durch mehrere unabhängig steuerbare Motoren realisiert wird. Durch unterschiedliche Ansteuerung dieser wird der Schubvektor verändert, was zu einer Bewegung in der Roll- und Nickachse führt. Um zu steigen oder zu sinken wird der Gesamtschub aller Motoren gleichmäßig erhöht oder verringert.

Da die Anzahl aller rechts- sowie linksdrehenden Propeller gleich ist, neutralisiert sich das resultierende, um die Hochachse entstehende, Drehmoment. Um eine Drehung um die Gierachse zu erreichen, muss die Drehzahl aller rechtsdrehenden Motoren gegenüber der linksdrehenden Motoren verändert werden, was eine Änderung der Summe der Drehmomente der Motoren mit sich führt. Daraus resultiert, dass der Kopter sich dreht. Bei manchen Multikoptern werden zusätzlich die einzelnen Motoren leicht gegeneinander verdreht montiert, um diesen Effekt zusätzlich zu verstärken. Ein Sonderfall ist hier der Tricopter, bei welchem die Gierbewegung durch einen Schwenk des Heckrotors oder einer Steuerfläche erreicht wird.

Flight Controller gehört zu den Drohnen Grundlagen

Für den sicheren Flug wird der Flight-Controller zu den wichtigen Drohnen Grundlagen gezählt. Da es nicht möglich ist, einen stabilen Flug mittels manueller Kontrolle der einzelnen Motoren zu erreichen, kommt ein so genannter Flight-Controller zum Einsatz. Dieser misst permanent die Abweichung der aktuellen Fluglage zur gewünschten Fluglage mittels einer IMU (Inertial Measurement Unit – eine Sammlung verschiedener Sensoren, die die Bewegung und Lage im Raum messen) und regelt die einzelnen Motordrehzahlen dementsprechend nach. Da Brushless-Motoren ein elektrisches Drehfeld benötigen, hat jeder Motor als fester Bestandteil der Drohnen Grundlagen einen eigenen ESC (Electronic Speed Controller), welcher über Variation der Frequenz seines Drehfeldes die Drehzahl des Motors steuert. Die Daten weiterer Sensoren können bei der Berechnung der Steuerungsbefehle in die Drohnen Grundlagen mit einfließen, um dem Copter autonome Funktionen zu ermöglichen.

Abgestimmte Drohnen Grundlagen für einen sicheren Flug

Wie ruhig und stabil ein Copter fliegt, hängt also in großem Maße von den Drohnen Grundlagen und insbesondere von dem verwendeten Flight-Controller sowie der verwendeten Firmware ab. Moderne Kopter besitzen oftmals eine Vielzahl an weiteren Sensoren, welche genutzt werden können, um bestimmte Aufgaben zu erfüllen und dem Nutzer seine Arbeit zu erleichtern. Heutzutage ist GPS zum Halten der Position oder zum Abfliegen bestimmter Wegpunkte in einer Drohne fast Standard. Leider funktioniert dies nicht überall, wie zum Beispiel in den meisten Gebäuden.

Um die Position eines Kopters im Raum automatisch stabil zu halten und auch in Innenräumen autonom zu navigieren, kommen daher auch vermehrt Sonarsysteme, Laserscanner sowie in den Kopter integrierte Motion-Tracker als Drohnen Grundlagen zum Einsatz.

Antriebstechnik: Koaxial vs. Axial

Generell kann man feststellen, dass fast alle Multikopter heutzutage mit bürstenlosen Motoren (elektronisch kommutiert) angetrieben werden. Es gibt einige Exoten, welche mit Turbinen oder anderen Verbrennungsmotoren, sowie mit mechanisch kommutierten Motoren mit Kohlebürsten angetrieben werden. Diese werden jedoch in der folgenden Betrachtung außer Acht gelassen.

Bei einem Antrieb mit bürstenlosen Motoren ist zum einen die Anzahl der verwendeten Motoren, sowie deren Anordnung interessant. Diese soll im Folgenden näher betrachtet werden. Auf den Zusammenhang zwischen Motordrehzahl und Propellergröße wird im Artikel „Einfluss der Propellergröße auf das Flugverhalten einer Drohne“ näher eingegangen.

Radiale Motoranordnung

+ Bei Kontakt mit anderen Objekten fällt oft nur ein Antrieb aus
+ Höhere Effizienz als Koaxialantriebe
+ Geringere Bauhöhe
- Aufgrund der größeren projizierten Gesamt-Rotoren-Fläche windanfälliger
- Oft sehr große Gesamtabmessung
- Schwererer Frame

Wird ein Kopter mit weniger als 6 Rotoren verwendet, ist dies die einzig mögliche Konfiguration. Generell spricht für einen Kopter mit radialer Motoranordnung, dass dieser bei gleicher Rotoranzahl effektiver arbeitet als ein vergleichbarer Kopter mit koaxialem Antrieb. Wenn es nicht auf kleine Baugröße oder besondere Windstabilität ankommt, ist man mit diesem Koptertyp gut bedient.

Koaxiale Motoranordnung

+ Geringere Gesamtgröße möglich
+ Nutzung größerer Propeller leichter möglich
+ Bessere Windstabilität
+ Bei korrekter Auslegung sehr gute Redundanz
+ Leichterer Frameaufbau möglich
- Vibrationen durch die gegenläufigen Propeller an einem Arm kaum vermeidbar
- Bei Kontakt mit anderen Objekten fallen schnell zwei Antriebe aus was zum Absturz führt
- 10-15% geringerer Wirkungsgrad
- Propeller der unteren Ebene können leicht im Bild sein

Um den Wirkungsgradverlust so klein wie möglich zu halten, werden in der unteren Rotorebene meist kleinere Propeller mit größerer Steigung eingesetzt. Alternative Konzepte lassen die Rotoren der unteren Ebene schneller rotieren, um den Wirkungsgradverlust zu minimieren. Um den möglichen Totalausfall bei Kontakt mit anderen Objekten zu vermeiden, kann ein geeigneter Schutzrahmen um die Rotoren zum Einsatz kommen. Bevorzugte Anwendungsgebiete für Kopter mit koaxialer Motoranordnung sind der Einsatz bei Wind sowie Aufgaben, bei welchen es auf große Leistung bei geringer Größe ankommt, wie zum Beispiel dem Einsatz in Innenräumen.

GPS Grundlagen

Das globale Navigationssatellitensystem (Global Positioning System) besteht aus 24 bis 30 Satelliten, die in einer mittleren Umlaufbahn von 20200 km die Erde umkreisen. Zunächst nur für den militärischen Sektor entwickelt, findet das System heutzutage breite Anwendung in vielen zivilen Bereichen.

Neben dem GPS, welches den höchsten Verbreitungsgrad aufweist, existieren noch andere Navigationssatellitensysteme, wie GLONASS (russisch), BeiDou (chinesisch) und das sich noch im Aufbau befindliche Galileo (europäisch).

Funktionsweise

Die Satelliten senden digital und codiert ihre Position und die aktuelle Zeit als Radiosignal zur Erde. Dabei ist stets eine Mindestverfügbarkeit von sechs Satelliten innerhalb des Horizontes des Empfängers gewährleistet – möglich macht das eine ausgeklügelte Trajektorie (Flugbahn) der einzelnen Satelliten.

In dem Prozessor des GPS-Empfängers wird nun das Zeitsignal eines Satelliten als Referenz genutzt und mit den Zeitsignalen der anderen (mindestens drei Satelliten) verglichen. ?Durch die unterschiedlichen Laufzeiten der Signale lässt sich der Abstand des Empfängers zu jedem Satellit bestimmen.

Mittels Triangulation und den Positionsdaten der GPS-Satelliten wird dann sowohl die Position und Höhe und bei Bewegung des Empfängers auch die Geschwindigkeit und Ausrichtung des GPS-Empfängers berechnet.

Die Genauigkeit liegt umso höher, je mehr Satelliten empfangen werden. Im besten Fall ist unter Verwendung des Differentialsignals (DGPS), welches weitere Korrekturdaten ortsfester Referenzstationen nutzt, eine horizontale Genauigkeit von bis zu 3cm erreichbar.

Anwendung in der Drohne

Wie das Navigationssystem in Ihrem Auto, so nutzt auch die Drohne das GPS-Modul, um die Position im Koordinatensystem der Erde zu ermitteln. Dabei überträgt das GPS-Modul die Längen- und Breitengrade, Geschwindigkeit, Höhe und weitere Daten an die Flugsteuerung. Diese filtert die Informationen über mehr oder minder komplexe Algorithmen und vergleicht die Ist-Position mit der von Ihnen oder dem Automatik Modus vorgegebenen Soll-Position. Sofern Abweichungen vorliegen, korrigiert die Drohne unter Zuhilfenahme der anderen Sensoren ihre Position.

Das ermöglicht nicht nur die präzise Positionierung des Flugroboters, sondern lässt auch den reproduzierbaren Abflug von Strecken und Flächen über einzelne Wegpunkte zu. Damit kann ihr Gerät bei Funkstörungen automatisch zum Start zurückfinden oder sogar selbstständig den Auftrag erledigen. Die Anwendungen sind zahllos und doch sollten sie einige Punkte dabei beachten.

- Die Ortsbestimmung mittels GPS kann ausfallen und entbindet nicht vom aktiven Fliegen im Notfall.
- Der Empfang kann durch einige Faktoren wie beispielsweise schlechtes Wetter, Nähe zu Gebäuden und elektromagnetische Abschattung gestört werden.
- Starke Sonnenstürme vermindern die Positionsgenauigkeit des GPS-Moduls drastisch. Informieren Sie sich regelmäßig über die Sonnenaktivität.
- Bei schwierigen äußeren Umständen (z.B. bei starkem Wind) kann ihre Drohne stärker als sonst von der Soll-Position abweichen. Es sollte auf ausreichend Abstand zu Hindernissen geachtet werden.

Einfluss des Wetters auf das Flugverhalten

Wie jedes andere Luftfahrzeug auch, ist eine Drohne selbstverständlich stark von den Wetter- und Windverhältnissen abhängig. Da eine Drohne im Normalfall deutlich kleiner und leichter als ein bemanntes Flugzeug ist, reagiert diese stärker auf Luftströmungen und Turbulenzen. Gerät man mit einer Drohne in einen starken Aufwind, so kann dies den Abstieg erschweren oder diesen sogar bei einem Starrflügler unmöglich machen. Da ein Copter bei einem senkrechten Abstieg durch seine selbst erzeugten Wirbel fliegt, ist es möglich, dass dieser relativ starken Eigenbewegungen unterworfen ist, was zum einen Messungen oder Kameraaufnahmen erschweren kann und in besonders extremen Fällen sogar zum Absturz führen kann. Da die relative Geschwindigkeit beim Abstieg in einem Aufwind zunimmt, verschärft sich hier diese Problematik. Des Weiteren kann die Selbststabilisierung der Drohne durch den Flight-Controller bei sehr geringer Rotordrehzahl, wie zum Beispiel beim Abstieg in einem starken Aufwind, an Wirkung verlieren, was ebenfalls zu berücksichtigen ist.

Auf- und Abwinde

Aufwinde können durch thermische oder dynamische Effekte entstehen. Ist eine Fläche durch die Sonne stark aufgeheizt worden, muss man mit statischen Aufwinden rechnen, da die erwärmte Luft über dieser Fläche aufsteigt. Berghänge zwingen eine Luftströmung aufzusteigen, was zu dem sogenannten Hangaufwind, einem dynamischen Aufwind führt. Je steiler der Berg und je stärker der Wind, desto stärker der daraus resultierende Hangaufwind. Ein weiterer dynamischer Aufwind entsteht durch die sogenannten Leewellen, welche sich hinter Gebirgszügen bilden können. Prinzipiell ist es natürlich möglich, diese Aufwinde für eine Verlängerung der Flugdauer zu nutzen, wie jeder Segelflugzeugpilot weiss. Leider bedarf dies jedoch einiger Erfahrung und ist speziell mit Multicoptern nur extrem schwer und unter bestimmen Bedingungen möglich. Abwinde hingegen sollten unter normalen Verhältnissen für einen Multicopter kein größeres Problem darstellen. Durch die höhere benötigte Auftriebsleistung werden jedoch alle Komponenten mehr belastet und der Stromverbrauch steigt, was eine Verkürzung der Einsatzdauer mit sich bringt. Bei einem Starrflügler können sich Abwinde deutlich stärker auswirken, da sich der durch die Abwinde entstehende Abwärtsvektor nicht einfach durch eine größere Rotordrehzahl kompensieren lässt. Die Folge ist, dass ein Starrflügler durch einen Abwind vertikal stärker versetzt werden kann, was unter Umständen dazu führt, dass man die vorgesehen Landezone nicht mehr erreichen kann.

Turbulenzen

Noch viel gravierender können sich turbulente Winde auswirken. Diese Verwirbelungen treten besonders häufig hinter Hindernissen oder in Bodennähe, speziell bei unebenen oder wechselnden Untergründen, auf. Da in dieser Situation die Reaktion der Drohne nur schwer vorauszusehen ist, muss man sehr schnell reagieren, was oft nur einem erfahrenen Piloten möglich ist. Die Drohne kann in kurzer Zeit sowohl horizontal als auch vertikal versetzt, oder gar um ihre Hochachse gedreht werden. Als unerfahrener Pilot kann dies besonders schwerwiegend sein, da man leicht die Orientierung verliert, was oft einen Absturz oder gar Totalverlust nach sich zieht.
Weitere Umweltbedingungen

Neben Turbulenzen, Auf- und Abwinden gibt es noch weitere Bedingungen, die sich stark auf die Flugeigenschaften einer Drohne auswirken können. Zum Beispiel ist die Umgebungstemperatur, welche bei niedriger Temperatur die Akkuleistung drastisch reduziert, ein nicht zu vernachlässigender Faktor. Weiterhin kann extrem hohe Luftfeuchtigkeit oder gar Regen den Betrieb einer Drohne stark einschränken oder gar verhindern. Die meisten Drohnen sind zwar geschützt aufgebaut, jedoch nicht für den Einsatz im Regen vorgesehen. Dies sollte unbedingt berücksichtigt werden. Ist man sich hier unsicher, so sollte man auf jeden Fall den Hersteller der Flugplattform zu Rate ziehen.

Es lohnt sich also, sich vor dem Start genau mit Wetter- und Umgebungsbedingungen vertraut zu machen, um keine bösen Überraschungen, wie zum Beispiel ausgeprägte Turbulenzen, oder einen vorzeitig erschöpften Akku, zu erleben.

Einfluss der Propellergröße auf das Flugverhalten

Für möglichst effizientes Arbeiten ist eine lange Flugdauer wünschenswert. Leider geht diese immer zu Lasten anderer Faktoren. Um eine möglichst lange Flugdauer zu erreichen, optimieren Drohnen-Hersteller folgende Parameter:

* Minimales Gesamtgewicht des Flugsystems
* Optimierte Aerodynamik des Systems
* Nutzung von effizienten Propellern mit großem Durchmesser
* Verwendung hochpoliger Antriebe
* Verwendung geeigneter Akkus (Gewicht, Typ, sowie Kapazität)
* Optimiertes Verhältnis von Akkugewicht zu Gesamtgewicht

Ein sehr wichtiger Faktor, welcher die Flugdauer stark beeinflusst, sind die verwendeten Propeller. Da die Betrachtung von Blattform, Blattprofil usw. zu weit führen würde, werden wir hier zur Bestimmung des Wirkungsgrades die Strahl-Theorie anwenden, welche von einem idealen Rotor ausgeht. Die Fluggeschwindigkeit eines Multikopters ist meist verhältnismäßig gering, daher kann man vereinfachend für die Betrachtung der Effizienz eines spezifischen Setups den Standschub betrachten.

Je grösser ein Propeller ist, desto langsamer muss dieser drehen um den gleichen Standschub zu erzeugen wie ein kleinerer mit höherer Drehzahl. Fasst man die Grundaussagen der Strahl-Theorie zusammen kommt man zu dem Schluss, dass ein größerer, langsam drehender Propeller bei gleichem Schub effizienter ist als der kleinere, schneller drehende.

Wie bereits erwähnt haben leider fast alle Maßnahmen, welche zu einer längeren Flugzeit führen auch ihre Nachteile. Die Propellergröße stellt hier leider keine Ausnahme dar. Die Manövrierfähigkeit eines Kopters ist abhängig davon, wie schnell die Drehzahl der einzelnen Rotoren, und damit der gesamt resultierende Schubvektor, verändert werden kann. Da ein kleinerer Propeller schneller beschleunigt und abgebremst werden kann, lässt sich die Lage eines Kopter mit kleineren Propellern schneller ändern, was letztendlich auch der Flugstabilität zugute kommt. Je grösser der Propeller ist, desto schwieriger wird es diesen zu beschleunigen und abzubremsen.

Um dem gerecht zu werden, werden in Verbindung mit großen Propellern meist Motoren mit größerer Polzahl eingesetzt, da diese neben geringerer Drehzahl auch ein größeres Drehmoment haben. Ab einer gewissen Propellergröße wird eine schnelle Drehzahländerung trotz eines großen Motordrehmomentes immer schwieriger. Dies ist neben der Redundanz einer der Gründe, warum für größere Traglasten nicht immer größere Quadrocopter eingesetzt werden, sondern die Wahl auf Flugplattformen mit mehr Rotoren, wie zum Beispiel einen Octocopter, fällt.

Ein weiterer großer Nachteil ist, dass mit steigendem Rotor-Durchmesser auch die Strahlgeschwindigkeit sinkt und die projizierte Fläche des Rotors steigt. Dies macht den Copter anfälliger für Beeinflussung durch Wind.

Neben dem Durchmesser des Propellers spielt auch die Steigung eine wichtige Rolle. Generell kann man sagen, dass ein Propeller mit größerer Steigung eher für schnellen, dynamischen Flug geeignet ist. Der Stromverbrauch des Copters steigt an, es sind aber aufgrund der höheren Strahlgeschwindigkeit größere Fluggeschwindigkeiten möglich. Für die Nutzung eines Copters als Trägerplattform für Kameras oder Sensor-Systeme sind Propeller mit großer Steigung meist weniger geeignet. Bei zu geringer Steigung wird hingegen die Strahlgeschwindigkeit so gering, dass die Windanfälligkeit deutlich steigt.

In besonderen Anwendungsfällen muss darüber hinaus berücksichtigt werden, dass größere Propeller auch eher zu Vereisung neigen, was nicht nur den Wirkungsgrad stark verringert, sondern auch zum Totalausfall der Drohne führen kann. Meist wird die maximal mögliche Flugdauer überbewertet.

Man muss sich also für seinen konkreten Anwendungsfall fragen, ob eine möglichst lange Flugdauer wirklich so wichtig ist, dass man die damit einhergehenden Nachteile in Kauf nehmen will.

Die ersten Flüge mit einer Drohne UAS

ollte man noch keine Erfahrung im Steuern von Drohnen haben, ist es sinnvoll, sich als erstes zu überlegen, ob man nicht eine Schulung beim Hersteller des Systems oder bei einem anderen professionellen Anbieter in Anspruch nehmen will. Generell besteht nicht nur das Risiko ein teures Flugsystem zu beschädigen, sondern auch schlimmstenfalls Sach- oder Personenschäden zu verursachen. Unabhängig davon ist es auf jeden Fall unabdingbar als erstes die Anleitung der Drohne genau zu studieren und sich mit allen Bedieneinrichtungen und Funktionen vertraut zu machen. Das Üben mit einem geeigneten Modellflugsimulator kann dabei sehr hilfreich sein, sich erste Grundkenntnisse in der Steuerung einer ferngesteuerten Flugplattform anzueignen. Des Weiteren ist es ratsam, sich für seine ersten Flugversuche eine kleinere und preisgünstige Drohne anzuschaffen, da man so im Fall eines Crashs die Kosten gering hält und nicht gleich sein hochwertiges Equipment beschädigt. Durch den Einsatz eines kostengünstigeren Modells lässt sich darüber hinaus der Stresspegel deutlich senken, was oft einem schnelleren Lernerfolg zugute kommt. Führt man Tests oder Änderungen der Einstellungen durch, so sind in jedem Fall alle Propeller zu demontieren, da von diesen eine erhebliche Gefahr ausgeht.

Die ersten Flugversuche sollten an einem geeigneten Ort stattfinden. Mehr hierzu können Sie in unserem Artikel „Auswahl des Start- und Landeplatzes“ nachlesen. Bis auf einen Helfer sollte man möglichst ungestört sein, auch um die Gefährdung anderer ausschließen zu können. Wenn die Drohne schwerer als 5kg ist braucht man selbst für die ersten kurzen Tests eine Aufstiegsgenehmigung. Wie sie diese beantragen können, lernen Sie im Artikel „Wie beantrage ich eine Aufstiegserlaubnis?“. Bei den ersten Flugversuchen kann es sinnvoll sein, teure Kameras oder andere, nicht direkt für den Flug notwendige Systeme durch „Dummys“, also vergleichbare Gewichte, auszutauschen, um das Flugverhalten möglichst nicht zu verändern.

Nun geht man genau nach Anleitung vor, schaltet Fernsteuerung, sowie die Drohne selbst ein und entfernt sich einige Meter. Es ist sehr wichtig, hierbei immer genau nach Anleitung vorzugehen. Meist ist die Fernsteuerung als erstes ein- und auch als letztes wieder auszuschalten. Dies ist wichtig, da es sonst im schlimmsten Fall zur Auslösung unerwünschter autonomer Funktionen kommen kann. Die Anleitung gibt auch Aufschluss über die verschiedenen „Flight Modes“, also die Einstellungen, die einen beim Flug unterstützen können. Dies kann von einfacher Stabilisierung, bezogen auf den Horizont, bis zu semi-autonomem Flug gehen, bei dem man die Drohne einfach GPS-gestützt „im Raum verschiebt“. Für die ersten Flüge kann dies sehr sinnvoll sein, generell ist es jedoch in Extremsituationen von großem Vorteil, wenn man in der Lage ist, die Drohne auch ohne diese Hilfssysteme zu kontrollieren. Normalerweise sollte das Fluggerät mit dem Heck zu einem selbst ausgerichtet sein, da sich die Steuerung meist auf die Ausrichtung der Drohne bezieht, d. h. wenn man die Drohne um 180° dreht, ist auch die Kontrolle dementsprechend gedreht bzw. gespiegelt.

Das Vorgehen bei Multicoptern ist anders als bei Nurflüglern. Im Folgenden wird darauf eingegangen, wie man sich die grundlegende Steuerung eines Multicopters aneignet, da Nurflügler entweder, aufgrund ihrer Eigenschaft große Strecken zurück zulegen, Flugkenntnisse voraussetzen, oder derart autonome Steuerungen besitzen, dass dies zu herstellerabhängig ist, um generelle Aussagen treffen zu können.

Da das Flugverhalten aufgrund des Bodeneffekts in sehr geringer Höhe meist recht instabil ist, sollte man nun versuchen, diesen gleich zu verlassen und die Drohne in eine Höhe von etwa 1,5m stabil auf der Stelle schweben zu lassen. Hat man dies sicher unter Kontrolle, so kann man als nächstes dazu übergehen, den Copter vor und zurück, sowie links und rechts zu steuern, wobei man immer darauf achten sollte, dass das Heck weiterhin zu einem gerichtet ist. Eventuell muss man geringe Korrekturen der Gierachse (auch als „yaw“ bekannt) durchführen, um dies sicher zu stellen. Ist auch dieser Schritt gemeistert, so kann man sich am besten mit der Gierachse vertraut machen, indem man mit seinem Copter durch die Gegend fliegt und dabei immer hinter dem Heck bleibt, in etwa so als würde man einen Hund an der Leine führen.

Der letzte, und auch mit Abstand schwierigste, Schritt ist, den Copter in verschiedenen Orientierungen sicher zu beherrschen, also nicht mehr nur mit dem Heck zu sich gerichtet zu fliegen. Dies lässt sich gut üben, indem man die Drohne mit einer Seite, also um 45° gedreht zu sich ausrichtet und dann startet. Bei diesen Übungen kann es erneut angeraten sein, diese mit einem kostengünstigeren Modell durchzuführen, da man hierbei leicht die Orientierung verlieren kann. Ist man in der Lage das Fluggerät sicher um 45° verdreht zu steuern, kann man die Drehung immer weiter vergrößern, bis man letzten Endes die Front zu sich ausgerichtet hat. Das so genannte „Nose in“ fliegen stellt größte Anforderungen an den Piloten und braucht oft lange Zeit bis es sicher beherrscht wird, da alle Steuerbefehle zum Piloten „komplett gedreht“ sind.

Oft hilft es, sich möglichst „in“ das Fluggerät hinein zu versetzen und die Steuerbefehle aus Sicht der Drohne zu sehen.
Selbst wenn man meint in der Lage zu sein die Drohne in jeder Situation sicher steuern zu können, ist und bleibt einer der wichtigsten Grundvoraussetzungen zum Erfüllen einer Mission das regelmäßige Flugtraining.

Auswahl des Start- und Landeplatzes

Da von den meisten Drohnen eine nicht unerhebliche Gefahr ausgehen kann, gibt es einige Grundregeln, welche man bei der Wahl des Start- und Landeplatzes berücksichtigen soll. Diese sind für Multicopter und Nurflügler leicht verschieden und werden im Folgenden näher erläutert.

Da ein Multicopter, und auch eine hybride Drohne, in der Lage sind, senkrecht zu starten und zu landen, wird für den Start- und Landeplatz generell deutlich weniger Platz als für einen Starrflügler benötigt. Obwohl die meisten Copter, unter manueller Kontrolle von einem guten Piloten, in der Lage sind auf einer Fläche von weniger als einem Quadratmeter zu starten und zu landen, sollte man generell eine Fläche von einigen Quadratmetern zur Verfügung haben, wobei sich in der Praxis eine Fläche von mindestens 3m x 3m bewährt hat. Dies ist jedoch abhängig von der Größe der Drohne. Diese Fläche sollte mit Baustellenband oder ähnlichem abgesperrt sein, um zu verhindern, dass sich Passanten der Drohne nähern können.
Sicherheit am Boden

Um in der Lage zu sein, den umgebenden Luftraum einzusehen, sollte man einen übersichtlichen Platz mit freier Sicht auch auf größere Entfernung wählen, um sich annähernde Flugobjekte sofort ausmachen zu können. Auch der Spotter, wenn ein solcher eingesetzt wird, sollte einen geeigneten Platz haben, von dem aus er das gesamte Einsatzgebiet, sowie den umgebenden Luftraum sicher einsehen kann. Darüber hinaus muss eine sichere Kommunikation zwischen Spotter und Pilot jederzeit durch geeignete Maßnahmen sicher gestellt sein. Es reicht hier auf keinen Fall aus ein Mobiltelefon einzusetzen, da oft eine schnelle Reaktion gefordert ist.

Jeder der die Start- und Landezone betreten könnte, sollte vorher instruiert werden, wie er sich in diesem Bereich zu verhalten hat. Während des Start- bzw. Landevorgangs selbst sollte diese Zone jedoch, wenn überhaupt nötig, ausschließlich vom Piloten betreten werden. Sollte der Auftraggeber mit vor Ort sein, so muss dieser sinnvoller Weise auch instruiert werden. Generell, auch bei Wahl der Start- und Landezone, hat der Pilot immer das letzte Wort. Der Einsatz des Flugsystems unterliegt seiner alleinigen Verantwortung, auch aus rechtlicher Sicht.

Sicherheit in der Luft

Größere Hindernisse in der Nähe oder die Lage an einem Hang o. ä. können darüber hinaus zu für die Drohne gefährlichen Luftströmungen führen, so dass diese bei der Wahl des Platzes unbedingt berücksichtigt werden müssen. Generell sollte man vor dem Start einer Drohne einen Reichweitentest durchführen um geeignete Start- und Landeplätze auswählen zu können. Sind in der Nähe Funkmasten vorhanden? Dies ist oft ein Zeichen für stärkere RF-Felder in der näheren Umgebung. Hier ist Vorsicht angesagt. Am sichersten ist die Verwendung eines Spektrum Analyzers, denn nur so kann man sichere Aussagen über eventuelle Störquellen in den verwendeten Funkfrequenzen treffen und diese eliminieren oder umgehen.

All diese Richtlinien gelten auch bei der Verwendung von Starrflüglern. Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass man fast immer eine geeignete, relativ lange Start- und Landebahn benötigt. Abhängig von der verwendeten Drohne kann diese unter Umständen auch aus der Hand oder von einem Katapult aus gestartet werden. Zum Landen ist aber fast immer eine lange, kurz gemähte Graspiste oder Straße nötig. Nicht vernachlässigen darf man hierbei auch die Windrichtung. Start und Landung sollten immer gegen den Wind erfolgen, da sich sonst die Start- und Landestrecke bei Rückenwind stark verlängern können oder Start und Landung durch Seitenwind stark erschwert werden. Es ist wichtig, auch weiter über die Landebahn hinaus zu denken, denn ein Starrflügler legt in der Regel in kurzer Zeit längere Distanzen zurück, so dass auch in weiterer Umgebung in Flugrichtung keine Hindernisse vorhanden sein sollten.

Abschließend ist noch anzumerken, dass man sich auf jeden Fall vor der Wahl und Auslegung der Start- und Landezone mit den lokalen Vorschriften und Gesetzen vertraut machen muss, denn diese können je nach Ort unterschiedlich sein. Des Weiteren muss man sich mit der Belegung des Luftraums (ICAO-Karten sind hier sehr hilfreich) vertraut machen und eine geeignete Versicherung haben.

Wo erhalte ich den Befähigungsnachweis

Im Gegensatz zum Betrieb eines Flugmodelles, welches die Nutzung zum Zwecke des Sports oder der Freizeitgestaltung (LuftVG, §1 Abs. 2 Nr. 9) vorsieht, benötigen Sie für den Betrieb eines unbemanntes Luftfahrtsystem eine allgemeine oder einzelne Aufstiegsgenehmigung. Mehr zu diesem Thema können Sie im Artikel „Wie beantrage ich eine Aufstiegserlaubnis?“ nachlesen. Um eine solche Genehmigung zu beantragen, ist es nötig, der zuständigen Landesbehörde für Luftfahrt eine Darstellung bzw. einen Nachweis der Eignung und Erfahrung des Steuers des UAS vorzulegen. Hierbei handelt es sich um den Befähigungsnachweis der Drohne. Da in diesen Fällen eine eigens verfasste Erläuterung oder Schriftstück Befähigungsnachweis der Drohne für Rückfragen und Verzögerungen in der Bearbeitung der Genehmigung sorgen kann, ist es ratsam auf einen unabhängigen Befähigungsnachweis für die Drohne durch Dritte zurückzugreifen.

Ausstellung des Befähigungsnachweises

Einen solchen Befähigungsnachweis der Drohne erhalten Sie in der Regel von unabhängigen Flugschulungen, aber auch bei den Herstellern der professionellen Drohnen selbst. Regionale Modellflugvereine können auch einen solchen Nachweis liefern, allerdings sollte man beachten, dass im rechtlichen Streitfall ein solcher Nachweis hinterfragt und der Lehrer im ungünstigsten Fall haftbar gemacht werden kann.
Setzen Sie daher auf eine professionelle Flugschulung und einen anerkannten Befähigungsnachweis durch Unternehmen, die schon länger am Markt sind. Die Landesbehörden kennen die Nachweise der Schulungszentren, was zu einer schnelleren Bearbeitung Ihres Antrages führen kann.

Gesetzliche Regelung für den Befähigungsnachweis der Drohne

In Deutschland ist bisher keine Fluglizenz für den Betrieb eines unbemannten Luftfahrzeuges erforderlich. Es wird allerdings darüber diskutiert, dass eine solche Anforderung gesetzlich verankert werden soll. Wie sich diese dann genau gestalten würde, bleibt allerdings abzuwarten. In den USA hat die amerikanische Luftfahrtbehörde (FAA) bereits im ersten Quartal 2015 eine solche Regelung für die USA vorgestellt. Es wird gefordert, dass der Steuerer des unbemannten Luftfahrtsystems mindestens das 17. Lebensjahr vollendet hat, eine theoretische Prüfung über Luftfahrtkenntnisse ablegt hat und zur Wahrung der Gültigkeit alle 24 Monate erneut die theoretischen Kenntnisse unter Beweis stellen muss.

Wie beantrage ich eine Aufstiegserlaubnis

Für den kommerziellen Betrieb von Drohnen in Deutschland muss eine sogenannte Aufstiegserlaubnis beantragt werden. Möglich ist dies zum einen für das einzelne Projekt als Einzelaufstiegserlaubnis, aber eine Aufstiegserlaubnis der Drohne kann in vielen Bundesländern auch für einen Zeitraum von ein bis zwei Jahren erteilt werden. Diese Aufstiegserlaubnis der Drohne wird allgemeine Aufstiegserlaubnis genannt.
Erteilung der Erlaubnis

Die Erteilung von Aufstiegserlaubnissen ist in Deutschland Ländersache. Daher ist es aktuell nicht möglich, eine allgemeine Aufstiegserlaubnis der Drohne für die gesamte Bundesrepublik zu erhalten. Sie müssen daher für jedes gewünschte Bundesland eine eigene Erlaubnis beantragen. Ein Großteil der Bundesländer erkennt die Genehmigung der jeweils anderen Länder untereinander an. Daher empfehlen wir nach Erhalt der ersten Aufstiegserlaubnis für die Drohne, diese von den gewünschten anderen Bundesländern „nur“ noch anerkennen zu lassen. Dies ist oftmals auch mit deutlich geringeren Gebühren verbunden! Vor Ablauf der allgemeinen Aufstiegserlaubnis kann diese meist zu geringeren Kosten als der Erstantrag verlängert werden. Einige Bundesländer haben fertige Formulare für die Beantragung der Aufstiegserlaubnis, welche Sie für das entsprechende Bundesland am Ende dieses Artikels abrufen können.
Erforderliche Unterlagen

Für die Beantragung der allgemeinen Aufstiegserlaubnis benötigen Sie meist folgende Unterlagen:

* Nachweis über eine ausreichende Haftpflichtversicherung
* Befähigungsnachweis des/der Steuerer/s (Mehr Informationen zu diesem Thema finden Sie in unserem Artikel „Wo erhalte ich den Befähigungsnachweis für eine Aufstiegserlaubnis?“.)
* Datenblatt der eingesetzten Drohne(n)
* Daten zum Antragsteller sowie Zweck des Betriebes (z. B. Film- und Fotoflüge)

Bei projektbezogenen Einzelgenehmigungen ist zusätzlich erforderlich:

* Einverständniserklärung des Grundstückseigentümers
* Unbedenklichkeitserklärung des Ordnungsamtes (nur bei innerörtlichem Aufstieg)
* Freigabe der DFS (Deutsche Flugsicherung), falls der Flug im kontrolliertem Luftraum stattfinden soll
* Genaue Angabe der Flughöhe, Datum des Aufstieges (bei wetterabhängigen Projekten ist es auch oftmals möglich einen flexiblen Zeitraum von z.B. zwei Wochen anzugeben)
* Karte oder Satellitenbild des Aufstiegsortes mit eingezeichnetem Flugsektor sowie Start- und Landefläche

Einige Luftfahrtämter haben vorgefertigte Formulare zur Beantragung der Aufstiegsgenehmigung erstellt. Ist für das von Ihnen gewünschte Land kein Formular verfügbar, reicht meist eine formlose E-Mail mit den o.g. Dokumenten an das Amt aus. Die Bearbeitungszeit für die Aufstiegserlaubnis für die Drohne liegt meist zwischen zwei und vier Kalenderwochen.

Welche Versicherungen werden benötigt?

Unabhängig von den Pflichtversicherungen für ein neues Gewerbe (wie etwa der Betriebshaftpflichtversicherung) sind für den Betrieb einer Drohne meist zusätzliche Versicherungen nötig.

Der Einsatz von Fluggeräten ist in einer normalen Betriebshaftpflichtversicherung nicht versichert. Daher muss für den Einsatz dieser Fluggeräte eine spezielle Luftfahrzeughalterhaftpflichtversicherung abgeschlossen werden. Die meisten Versicherungen bieten eine Mindestdeckungssumme von 1 Mio. EUR an. Wenn Sie einen Einsatz über Industrieanlagen oder ähnlichen kritischen Umgebungsbedingungen beabsichtigen, empfehlen wir zur eigenen Absicherung eine höhere Deckungssumme. Bei vielen Versicherern ist auch eine kurzfristige Anhebung der Deckungssumme auf z. B. 5 Mio. EUR für kritische Einzelprojekte gegen einen geringen Betrag möglich.

Neben der Haftpflichtversicherung bieten auch einige Anbieter eine Kaskoversicherung für Ihre Drohne und Nutzlast an. Dies ist für das oder die ersten Einsatzjahre, speziell bei preisintensiven Profidrohnen, eine sinnvolle Investition.

Versicherungsanbieter Deutschland

Deutsche Modellsport Organisation

Österreich

AIR&MORE Versicherungsagentur für Flugsport

Schweiz

Schweizerische Mobiliar Versicherungsgesellschaft AG

Was man beim Kauf einer Profidrohne beachten soll

Hat man sich entschieden, für ein bestimmtes Projekt oder einen Geschäftsbereich eine Flugplattform einzusetzen, fällt die Wahl zwischen den verschiedenen Systemen und Anbietern oft schwer. Um die Auswahl zu erleichtern, sind im Folgenden einige der Punkte, welche man beim Kauf unbedingt berücksichtigen sollte, zusammengestellt:

* Nutzlast
* Flugzeit
* Abfluggewicht mit den gewünschtem Sensorsystem
* Muss die Flugplattform auf der Stelle schweben sowie senkrecht starten und landen können?
* Einsatzbereich (Foto- / Filmaufnahmen / technische Anwendung / Kartographierung)
* Umgebungsbedingungen (Indoor / Outdoor / Wetter / Höhenlage)
* Muss eine Navigation in engen Räumen oder nah an Hindernissen möglich sein?
* Müssen bestimmte Sensoren montiert werden und wird ggf. eine Sonderanfertigung nötig?
* Sollen die Sensoren / Kameras im Feld austauschbar sein?
* Welche Redundanzen und Sicherheitseinrichtungen sind gewünscht?
* Umfang der Schulungen
* Sicherheiten des Herstellers und Support

Luftfahrzeugklasse

Nach Abwägung dieser Punkte sollte als Erstes die Entscheidung zwischen einem Multicopter und einem Starrflügler erfolgen. Wird ein Schweben auf der Stelle, der mögliche Indoor-Einsatz, oder senkrechtes Starten und Landen gefordert, spricht vieles für den Einsatz eines Multicopters. Aufgrund ihres relativ einfachen mechanischen Aufbaus und des breiten Einsatzspektrums haben Multicopter den größten Marktanteil bei zivil eingesetzten Profidrohnen.

Wenn der Einsatz nah an Hindernissen und/oder bei hohen Windgeschwindigkeiten anvisiert ist, ist ein Multicopter mit leichten, kleineren Rotoren oft die beste Wahl. Das Abfluggewicht der Drohne sollte auch nicht zu niedrig sein, da sich die Massenträgheit förderlich auf die Flugruhe auswirken kann. Eine möglichst geringe Windangriffsfläche des Fluggerätes spielt eine große Rolle, um bei Windturbulenzen nicht zu stark von der Sollposition abzuweichen.

Gesetzliche Rahmenbedingungen

Generell ist es aus luftrechtlichen Bestimmungen in Deutschland sinnvoll mit dem Abfluggewicht unter 5kg zu bleiben, da dies das Genehmigungsverfahren für kommerzielle Flüge meist sehr vereinfacht. Wenn schwere Sensoren eingesetzt werden müssen und das Abfluggewicht dabei die 5kg-Grenze überschreitet, muss für jedes Projekt eine Einzelaufstiegserlaubnis beantragt werden.

Anforderungen an das Kamerasystem

Als nächstes sollte man sich überlegen, ob man für den geplanten Einsatz eine stabilisierte Kameraaufhängung (Gimbal) benötigt. So sollte zum Beispiel beim Einsatz für Filmaufnahmen ein 3-Achs-Brushless-Gimbal eingeplant werden. Darüber hinaus ist es hier oft auch sinnvoll den Copter gleich auf den Betrieb mit einem Piloten und einem dedizierten Kameramann auszulegen. Bei Inspektionsanwendungen ist hingegen meist eine 2-Achs Kameraaufhängung ausreichend, die Positionsgenauigkeit der Drohne ist aber von weit größerer Bedeutung.

Lassen Sie sich bei der Auswahl geeigneter Kamerasysteme/Sensoren von den Drohnenherstellern oder unabhängigen Institutionen (z. B. U-ROB) beraten. Fällt die Wahl auf einen Spezialsensor, der mit der gewünschten Drohne nicht lieferbar ist, sollten Sie mit dem Hersteller über die Möglichkeit einer Sonderanfertigung reden. Einige Drohnensysteme bieten zudem die praktische Möglichkeit, die gewünschten Sensoren auch beim Kunden innerhalb kurzer Zeit zu wechseln. Das bietet vor allem bei der gewünschten Nutzung diverser Sensoren eine große Flexibilität. Achten Sie bei solchen Schnellwechselsystem darauf, dass diese wenn möglich ohne Werkzeug auch mit einer Person (ohne Helfer) gewechselt werden können.

Sicherheitsanforderungen

Bei sicherheitskritischen Anwendungen wie etwa auf Chemieanlagen sind auch technischen Redundanzen der Drohne wichtig und oftmals vom Betreiber der Industrieanlage gefordert. Eine sinnvolle Redundanz bei Ausfall eines Antriebes bietet die Octocopter-Anordnung der Rotoren. Weiter gibt es diverse Redundanzsysteme von Fluglagenregler, Flugakku oder Funkstrecke. Rettungssysteme, wie etwa Fallschirme, sind auch auf dem Markt erhältlich. Dabei muss beachtet werden, dass diese aktiven Rettungssysteme eine gewisse Öffnungsdauer und damit auch Fallhöhe benötigen, um den Fall abzubremsen. Wenn zumeist in größerer Höhe operiert wird, kann dies auch eine gute Lösung darstellen.

Service und Support

Für den professionellen Anwender ist es meist einfacher, ein komplettes System aus einer Hand zu kaufen und nicht verschiedene Komponenten verschiedener Hersteller zu erwerben, da es Schwierigkeiten bei der Kompatibilität geben kann. Da Sie sich auch für die Wartung, Support und mögliche Reparaturen an Ihren gewünschten Hersteller fest binden, bedarf dies einer sorgfältigen Recherche. Der Markt der professionellen Drohnenhersteller ist noch jung und der aufstrebende Markt wird sich mittelfristig bereinigen. Wenn Sie daher eine langfristige Zusammenarbeit mit einem Hersteller anstreben, sind Indikatoren wie Entwicklung der Umsätze, Mitarbeiterstamm und Gründungsjahr der Unternehmung wichtige Daten.

Auch der möglicherweise vorhandene Erfahrungsgrad in der Anwendung von Drohnen ist ein wichtiger Faktor, denn selbst wenn viele moderne Drohnen „fast von selber fliegen“, sind Schulungen des Benutzers unumgänglich. Bei der Auswahl des Herstellers ist daher der Umfang der Theorie- und Praxisschulungen ein wichtiger Aspekt. Viele Drohnenhersteller bieten auch erweiterte Schulungspakete beispielsweise für die Photogrammetrie oder Spezialflugschulungen für den Industrieeinsatz an.

Wenn es einmal „brennen“ sollte und Sie kurzfristig technische Hilfe vom Support des Drohnenherstellers benötigen, muss darauf Verlass sein. Speziell bei hochpreisigen Systemen sollte ein schneller telefonischer Support inklusive sein. Es werden auch vermehrt 24/7-Supportpakete angeboten. Wenn für Ihre Geschäftsidee wichtig, können Sie bei Ihrem gewünschten Hersteller die Möglichkeiten und kurzfristige Verfügbarkeit von Ersatzsystemen im Falle des Falles erfragen. Empfehlenswert ist weiterhin die Kontaktaufnahme zu Referenzkunden des Herstellers, um Erfahrung mit dem Produkt und Support aus erster Hand zu erhalten.

Prinzipiell ist es sinnvoll, sich sehr gut bei der Auswahl der Drohne beraten zu lassen und verschiedene Anbieter zu vergleichen, selbst wenn dies erhöhten Zeit- und Kostenaufwand bedeutet. Letzten Endes ist die Anschaffung einer Drohne selbst mit dem dazu gehörigen Zubehör ebenfalls mit nicht zu unterschätzenden Kosten verbunden.

Praktischer Umgang mit LiPo Akkus

Dank des extrem hohen Leistungsgewichts moderner Lithium-Polymer-Akkus (kurz „LiPos“) ist der sinnvolle Einsatz von Drohnen wie wir ihn heute kennen erst möglich geworden. Prinzipiell handelt es sich bei einem LiPo-Akku um die Weiterentwicklung des Lithium-Ionen-Akkus, bei welchem eine festere Polymerbasis statt eines flüssigen Elektrolyten verwendet wird. Die große Energiedichte dieser Akkus bringt jedoch auch einige Gefahren mit sich, welche durch korrekte Handhabung jedoch minimiert werden können.

Grundlagen von Lithium-Polymer-Akkus

Eine LiPo-Zelle hat, bis auf wenige Ausnahmen, eine durch ihre Zellchemie bedingte Nennspannung von 3,7V. Um auf die für die Drohne benötigte Betriebsspannung zu kommen, werden mehrere dieser Zellen in einem Akkupack in Serie geschaltet. Wie viele Zellen intern in Serie geschaltet sind lässt sich an dem durch „S“ gekennzeichneten Faktor ablesen. Ein 6S LiPo hätte somit intern 6 Zellen mit je 3,7V in Serie geschaltet, was insgesamt eine Nennspannung von 22,2V ergeben würde.

Ein weiterer wichtiger Parameter bei der Auswahl eines LiPo-Akkus ist selbstverständlich seine Nennkapazität, da von dieser letztlich die maximal mögliche Flugdauer abhängt. Dieser wird für gewöhnlich in mAh angegeben, d. h. aus dem Produkt aus Strom und Zeit, und gibt die Dauer an, für die man einen bestimmten Strom entnehmen kann. Um vorzeitiges Altern oder gar eine permanente Schädigung des Akkus auszuschließen, sollte man nicht mehr als 80% dieser Nennkapazität entnehmen.

Der letzte für die Anwendung relevante Faktor ist die Strombelastbarkeit eines Akkupacks, die „C-Rate“. Diese gibt an, bei welchem Strom man den Akku maximal entladen kann, ohne dass dieser Schaden nimmt. Sie ist der Faktor, welcher multipliziert mit der Kapazität, den Maximalstrom ergibt. 30C bedeutet bei einem Akku mit einer Kapazität von 5000mAh somit einen maximalen Entladestrom von 150A (30 x 5000mA = 150A).
Einfluss von Temperatur

Die Leistungsfähigkeit von LiPo-Akkus ist stark von der Umgebungstemperatur abhängig. Da die optimale Betriebstemperatur bei ca. 40°C liegt, kann eine Vorwärmung der Akkus sinnvoll sein. Bei einer Umgebungstemperatur von unter 10° Celsius ist diese, aufgrund des ausgeprägten Leistungseinbruchs bei Kälte, unumgänglich. Zu diesem Zweck gibt es spezielle Wärmeboxen um die Akkus auf Betriebstemperatur zu bringen. Oft reicht es allerdings auch aus, die Akkus bis zum Einsatz im geheizten Auto aufzubewahren. Der Einsatz von zu kalten Akkus kann diese permanent schädigen oder sogar einen Absturz der Drohne verursachen.

Besonderheiten beim Laden

Da ein LiPo-Pack fast immer aus mehreren Zellen besteht und diese sehr empfindlich auf Über- sowie Tiefentladung reagieren, sollte immer ein spezielles LiPo-Ladegerät verwendet werden, welches die einzelnen Zellen in ihrer Spannung während des Ladevorgangs angleicht. Diesen Vorgang nennt man „balancen“. Benutzt man ein Ladegerät mit Balancer, kann man sicher sein, dass alle Zellen des Packs auf ihre maximale Ladeschlussspannung von ca. 4.2V geladen werden. Man sollte darauf achten, dass die Balancefunktion des Ladegerätes eine Genauigkeit von 15-20mV hat. Nur so ist sicher gestellt, das die Akkus bei maximaler Lebensdauer optimal genutzt werden können.

Bei manchen Akkupacks ist ein Batteriemanagementsystem eingebaut. Dies trifft besonders oft auf große und teure Akkupacks zu. Es stellt sicher, dass der betreffende Akkupack immer optimal ge- und entladen wird. Diese dürfen ausschließlich mit dem dazugehörigen Ladegerät geladen werden.

Damit die teuren LiPo-Akkus eine möglichst lange Lebensdauer haben, sollten diese vor dem Lagern auf 3,85V geladen bzw. bis 3,80V entladen werden und dann kühl und trocken aufbewahrt werden. Ein leerer Akku würde sich durch seine Selbstentladung schnell, mit einhergehender Schädigung der Zellen, tief entladen. Ist der Akku vor dem Einlagern voll geladen, weist er zum einen durch die große enthaltene Energiemenge ein deutlich höheres Gefahrenpotential auf, zum anderen wird er durch die in der Zelle ablaufenden Reaktionen spürbar schneller altern. Viele Ladegeräte besitzen aus diesem Grund ein spezielles „Storage“-Programm, mit welchem der Akku auf die korrekte Lagerspannung ge- bzw. entladen werden kann.

Bei grober Fehlbehandlung können sich LiPo-Akkus selbst entzünden und sogar explodieren. Sobald sich ein Akku stark erwärmt oder gar aufbläht, ist daher besondere Vorsicht angeraten.

Damit es gar nicht erst so weit kommt, sollte man folgende Grundregeln beachten:

* Nur mit geeignetem Ladegerät laden und Zellen möglichst immer balancen
* Maximalstrom keinesfalls überschreiten und nur auf 80% der Nennkapazität entladen
* Maximalen Ladestrom keinesfalls überschreiten (optimal <= 1C)
* Temperaturabhängigkeit der Akkus beachten
* Akkus vor dem Lagern auf die richtige Lagerspannung bringen
* Warme Akkus vor dem Laden abkühlen lassen
* LiPos nie großer Hitze aussetzen
* Mechanisch beschädigte Akkus nicht weiter benutzen
* Aufgeblähte Akkus sicher entsorgen

Aufgrund der möglichen schwerwiegenden Folgen im Fehlerfall sollten die Akkus auch in jedem Fall in einem geeigneten Container oder einem LiPo-Sack möglichst weit entfernt von brennbaren Gegenständen gelagert werden.

Drohnen mit Wärmebildkamera (Typen/Anwendungen)

Für den kommerziellen bzw. industriellen Einsatz von unbemannten Luftfahrzeugen ist eine Wärmebildkamera eine typische Nutzlast. Im Gegensatz zu klassisch optischen Aufnahmegeräten unterscheidet sich eine Wärmebildkamera im technischen Aufbau, um den Spektralbereich außerhalb des sichtbaren Lichtes aufnehmen zu können. Hier spricht man von einem Mikrobolometersensor.

Technische Grundlagen von Wärmebildkameras

Ein Bolometer, was die technische Grundlage darstellt, besteht aus einer dünnen Metallschicht, welche über einen thermischen Konduktor mit einem Wärmeenergiereservoir verbunden ist. Über die zeitlich definierte Änderung der Temperatur kann somit die Strahlungsenergie, die durch die Metallschicht absorbiert wird, ermittelt werden.

Ein ungekühlter Mikrobolometersensor ist eine spezielle Abwandlung und besteht aus einer Vanadiumoxid beziehungsweise amorphen Siliciumschicht mit einem darunter liegenden Siliciumraster. Oftmals werden die durch die obere Schicht durchdringenden Wellen zusätzlich über eine auf dem Siliciumraster befindliche Titaniumschicht reflektiert, um so die Signalausbeute zu verbessern. Eine spezielle Beschichtung sorgt für die Beschränkung des durchlässigen Spektrums, um nur die wärmerelevante Wellenlänge des Infrarotbereiches zu analysieren. Diese beträgt 3,5 bis 15 μm und ist damit als Mittel- bis Langwelleninfrarot klassifiziert.

Für Spezialanwendungen und Laborversuche werden auch sogenannte gekühle Wärmebildkameras eingesetzt. Dabei werden die Sensoren auf etwa -190° Grad Celsius gekühlt und erreichen damit eine enorme Temperaturempfindlichkeit. Aus Gewichts- und Kostengründen werden diese Wärmebildkameras an Drohnen nur vereinzelt eingesetzt.

Häufig finden Mikrobolometersensoren Anwendung mit einer Auflösung – also einem Raster aus einzelnen Messzellen – von bis zu 640 x 512 Pixel. Höhere Auflösungen, wie z. B. in FullHD für Filmproduktionen sind bisher nicht üblich oder gar erhältlich. Wärmebildkameras unterscheiden sich jedoch nicht nur in Auflösung, Bauform und Bildrate, sondern auch in der thermischen Empfindlichkeit. Hierbei werden die Werte in Millikelvin (mK) angeben. Je kleiner diese Zahl, desto genauer und detailreicher können kleinste Temperaturabweichung dargestellt werden.

In der Auswertung der Daten ist es möglich das Temperaturspektrum festzulegen, um so genau den Bereich darzustellen, der für den Einsatzzweck gewünscht oder notwendig ist. Um thermische Schwankungen im Gesamtsystem der Kamera auszugleichen, wird in regelmäßigen Abständen – auch während des Fluges – ein NUC-Verfahren genutzt. Die Non-Uniformity-Correction (NUC) schaltet mechanisch, hörbar durch ein Klacken in der Kamera, eine beschichtete Metallplatte vor den Sensor, um eine Kalibrierung des Systems vorzunehmen. Hierbei wird die Referenztemperatur angeglichen und genaue Messwerte können wieder aufgezeichnet werden.
Marktübersicht

Im Bereich der unbemannten Flugsysteme finden meist Produkte von FLIR, einem amerikanischen
Hersteller für Wärmebildtechnik, und Optris, einem deutschen Hersteller, Anwendung. Beide
Anbieter stellen seit einiger Zeit Lösungen für Drohnen zur Verfügung, welche unterschiedlich
umgesetzt werden.

Ausgestattet mit Sensoren der Firma FLIR sind folgende Lösungen auf dem Markt erhältlich:

FLIR Tau 2 mit dem ThermalCapture Modul von TeAx Technology UG (haftungsbeschränkt)
FLIR Vue (ohne Datenaufzeichnung)
FLIR Vue Pro (mit Datenaufzeichnung)
FLIR Vue Pro R (mit Datenaufzeichnung und radiometrischen Daten)

Die Produkte der Firma FLIR bieten für den Anwender außerhalb von den USA einen Nachteil: Aufgrund von Exportbeschränkungen, werden grundsätzlich nur Modelle mit bis zu 9Hz, genauer gesagt 9 Bilder pro Sekunde, ausgeliefert. Über eine Sonderregelung lässt sich allerdings auch ein Modell mit bis zu 30Hz importieren. Die Sensoren sind mit einer Auflösungen von 640×512, 336×256 bzw. 324×246 Pixel verfügbar und haben eine Spektralbandbreite von 7,5 – 13,5 μm. Zur Auswahl stehen verschiedene Brennweiten, um den geeignete Anwendungsfall optimal abdecken zu können. Die thermische Empfindlichkeit des Tau 2 Sensors liegt bei 50 mK.

Die Modelle „Vue Pro“ und „Vue Pro R“ verfügen zusätzlich über ein integriertes System-on-a-Chip (SoC) von Texas
Instrument, welches mit einem Linux die MAVLink-Integration und Aufzeichnung der Daten vornimmt. Die Auswertung der radiometrischen Werte kann am PC durch den Einsatz von „FLIR Tools“ erfolgen.Im Falle des ThermalCapture wird von TeAx eine eigene Software bereitgestellt.

Multikopter bietet auf Basis der FLIR VUE Serie günstige Wärmebild-Komplettlösungen mit fertiger Integration in unsere Modelle an.

Das von der Firma Optris angebotene „optris PI lightweight“ Bundle (380 g) besteht aus einem Wärmebildsensor und einer Rechnereinheit, welche die Daten der Wärmebildkamera und einer optionalen Videokamera inklusive radiometrischer Daten (Temperaturdaten zum späteren Auswerten) auf einem USB-Stick speichern kann. Eine Steuerung aus der Ferne ist auch möglich.
Das System basiert auf einem ODROID XU4 Minicomputer mit ARM-Prozessor und Linux als Betriebssystem. Durch die Möglichkeit einen 128GB USB-Stick anschließen zu können, stoßen Sie hier unter normalen Anwendungsbedingungen nicht an Kapazitätsgrenzen des Speichersystems. Die Auswertung der Bilddaten erfolgt dann über die Software „PI Connect“ an Ihrem PC. Die beim „optris PI lightweight“ verfügbaren Auflösungen betragen 640×480 oder 382×288 Pixel bei einer Spektralbandbreite von 7,5 – 13 μm und 32 Hz Bildrate. Die thermische Empfindlichkeit liegt bei diesem Sensor bei 40/80 mK. Auch bei Optris sind verschiedene Brennweiten für die Sensoren lieferbar.

Wärmebild Dachfläche
Einsatzbereiche von Wärmebildkameras

Im Bereich der Drohnen werden Wärmebildkameras für unterschiedlichste Zwecke eingesetzt. Parallel zur klassischen Thermografie in der Immobilien- und Baubranche, werden fliegende Wärmebildkameras für größere Gebäudestrukturen sowie für schwer zugängliche Dach- und Fassadenflächen herangezogen. Eine solche Kamera kann hier nicht nur thermische Undichtigkeiten, sondern auch Nässe in der Bausubstanz aufdecken. Bei der
Inspektion von industriellen Einrichtungen, wie z. B. Brenneranlagen einer Raffinerie, Windkraftanlagen oder Hochspannungskomponenten des Versorgungsnetzes, können luftgestützte Wärmebildkameras ebenfalls ihre Vorteile ausspielen. Oftmals ist eine Unterbrechung des Betriebes nicht notwendig und kann so parallel zum normalen Betrieb erfolgen.

Wärmebild Jagd

Aber auch in der Landwirtschaft, Forstwirtschaft und Jagd finden diese Sensoren eine Anwendung. Landwirtschaftlich lassen sich Auswertungen über den Bewässerungszustand sowie den Gesundheitszustand der Pflanzen ermitteln, aber auch in vorbeugenden Wildtierschutzmaßnahmen, wie das Lokalisieren von Rehkitzen, oder die Suche von Jagdwild.

Zivile Anwendungsbereiche, wie bei der Bergrettung, Polizei und Feuerwehr sind für die Zukunft ebenfalls ein großes Thema. Die Analyse des Brandherdes und Überwachung aus der Luft durch den Feuerwehreinsatzleiter kann eine sichere und schnelle Einsatzdurchführung unterstützen. Hierbei kommt es zu Gute, dass eine Wärmebildkamera hervorragend durch Nebel und Rauch sehen kann. Beim Personenschutz und bei der Personensuche kann durch den Einsatz von unbemannten Luftfahrzeugen oftmals auf einen kostenintensiven Helikoptereinsatz verzichtet
werden. Wenn Drohnen zur Basisausstattung von Einsatzkräften gehören, kann auch eine schnellere Reaktion im Notfall erfolgen.

Weiterführende Informationen:
• FLIR Vue Pro Review: https://www.youtube.com/watch?v=QFt4hJak5SE (Englisch)
• FLIR Vue Produktseite: http://www.flir.de/suas/content/?id=68335 (Deutsch)
• FLIR Vue Pro Produktseite: http://www.flir.de/suas/content/?id=70728 (Deutsch)
• FLIR Vue Pro R Produktseite: http://www.flir.com/suas/content/?id=75250 (Englisch)
• Optris PI lightweight Produktseite: http://optris.de/pi-lightweight-netbox (Deutsch)
• TeAx ThermalCapture Produktseite: http://teax.de/index.php?id=23 (Deutsch)

Auswirkung von Vibrationen auf den Bildsensor

In der Bildverarbeitung wird grundsätzlich zwischen zwei Arten von Lichtsensoren unterschieden. Es gibt CMOS-Sensoren (complementary metal-oxide-semiconductor) und CCD-Sensoren (charge-coupled device). Neben vielen technischen Unterschieden, Vor- und Nachteilen differenzieren sich beide Sensortypen insbesondere bei der Erzeugung der Abbildungsinformationen. Ein CCD-Sensor verfügt meist über einen „Global Shutter“, bei dem die gesamte Bildfläche zeitgleich über die Belichtungsdauer belichtet wird und die Informationen parallel zur Weiterverarbeitung übermittelt werden. Verwendet werden CCD-Sensoren heute meist nur in Spezialbereichen.

CMOS in aktueller Technik

Die in heutiger Zeit vermehrt verbreitete Bildsensortechnologie ist als CMOS-Sensor bekannt. Hier kommt ein „Rolling-Shutter“ zum Einsatz. Bei diesem Prinzip wird der Bildsensor zeilenweise ausgelesen. Dies ist vergleichbar mit der Verschlussmechanik einer Spiegelreflexkamera. In fast allen modernen Kameras, insbesondere in Spiegelreflex-, Smartphone- und Videokameras werden solche Sensoren verbaut. Die Bildinformationen werden dann seriell, also nacheinander, an die Elektronik übertragen und weiter verarbeitet.

Rolling-Shutter-Effekt

Hierbei stoßen wir auf eine Problematik, die sich wie folgt begründet. Wenn sich das abzubildende Objekt bewegt, verändert es über die Belichtungsdauer seine Position im Bildausschnitt und dadurch auch auf dem Bildsensor. Üblicherweise würde hier bei längeren Belichtungszeiten ein verwaschenes Abbild entstehen, welches mittels extrem kurzer Belichtungszeiten (1/1000s – 1/8000s) eingefroren werden kann. Da ein CMOS-Sensor teilweise kürzere Belichtungszeiten nutzen kann, als die Abfrage des gesamten Bildes über die einzelnen Zeilen andauert, ist es möglich, dass sich Objekte auf dem Bild verschieben können.

Während der Bildsensor die Informationen zeilenweise nacheinander aufzeichnet, befindet sich das Objekt, z. B. ein Fahrzeug welches von links nach rechts fährt, erst in der linken Hälfte des Ausschnittes. Über den Zeitraum des Auslesens hat das Fahrzeug aufgrund seiner hohen Geschwindigkeit seine Position verändert und ist nun in der rechten Hälfte des Bildes. Es wird immer die aktuell abgebildete Position des Objektes auf dem Bildsensor zum Zeitpunkt der Zeilenverarbeitung ausgelesen. Dementsprechend wird das Fahrzeug realitätsfremd abgebildet und wirkt verzerrt. Dieses Phänomen ist als „Rolling-Shutter“-Effekt bekannt.

Auswirkung von Vibrationen

Eine ähnliche Auswirkung haben Vibrationen auf die Kamera. Hierbei wird jedoch nicht das Objekt verändert, sondern die Ausrichtung und Position des Bildsensors selbst, z. B. ein auf einem Flugroboter montiertes Sensorsystem. Beispielsweise kann der Bildausschnitt durch hohe Vibrationsfrequenzen hoch und runter schwanken. Diese Vibrationen sind meist bedeutend höherfrequent als die Belichtungszeiten der Bildsensoren. Über den zeitlichen Verlauf der Aufnahme bewegt sich das Motiv auf bzw. ab und nimmt entsprechende Bereiche (horizontale Streifen) des Bildes öfter und weniger oft auf, als es tastsächlich der Fall sein sollte. Hierbei wirken Bereiche der Aufnahme gestaucht und andere gestreckt. In einem Foto ist dieses Phänomen selten zu erkennen, aber bei einer Videoaufnahme fällt es besonders stark auf, da sich die Einzelbilder einer Videoaufnahme voneinander stark unterscheiden.

Stehende Welle

Erläutern kann man die Auswirkungen an einer stehenden Welle. Hierbei ist die horizontale Achse der Zeichnung mit der Position auf dem Bild von oben nach unten vergleichbar. Der Ausschlag der Welle, die Amplitude, entspricht dem Verhältnis der Maßstabstreue zwischen Bild und Realität. Das jeweilige Maximum bzw. Minimum sind die Bereiche, in denen das Bild am stärksten gestaucht oder gestreckt ist. Die Schnittpunkte sind die horizontalen Streifensegmente auf dem Bild, bei denen die Abbildung maßstabsgetreu ist. Hier sind auch die Schärfe und das Detailreichtum gewährleistet. In einem statischen Einzelbild wirkt das Bild unförmig und in einer dynamischen Darstellung der Aufnahme als Video lassen sich die Schwingungsbereiche erkennen, da es zwischen einer Stauchung und einer Streckung der Abbildung schwankt. Vergleichbar ist das Ganze mit einem „Wackelpudding“ (engl. „jello“) und hat daher auch die Bezeichnung „Jello“-Effekt erhalten.

Ist ein Camoperator sinnvoll?

Oft wird speziell bei komplizierten Einsätzen mit Drohnen die Kamerasteuerung getrennt vom Piloten über eine zweite Bodenstation bzw. Fernsteuerung durchgeführt.

Meist wird mit einem Camoperator im Bereich der Filmproduktionen gearbeitet. Bei dieser Anwendung werden sehr hohe Anforderungen an den Bildausschnitt gelegt. Der Pilot kann sich komplett auf die Positionierung und Geschwindigkeit der Drohne konzentrieren während der Camoperator seinen Fokus auf den Kamerawinkeln hat.

Neben der Filmproduktion wird auch gerne in Industrieanwendungen auf den Camoperator zurückgegriffen. Meist muss der Pilot nah an dem zu inspizierenden Hindernis schweben und ist dadurch schon stark gefordert. Dabei beispielsweise noch präzise überlappende Aufnahmen zu erstellen ist eine große Herausforderung. In diesen Situationen bietet sich auch die Übergabe der Kamerasteuerung an den Kameramann / Assistenten an.

Bei Piloten mit viel Flugerfahrung können aber auch komplizierte Film- oder Industrieprojekte mit nur einer Person abgearbeitet werden. Um das sicher und effizient durchführen zu können, sollte auf eine Bodenstation mit der Möglichkeit der Kamerasteuerung und gleichzeitiger Drohnensteuerung geachtet werden. Das bedeutet, dass die wichtigsten Funktionen (z.b. Kamera nach unten schwenken und Bild auslösen) mit den Zeigefingern betätigt werden können, ohne dass die Steuerknüppel losgelassen werden müssen. Alternativ sind auf dem Markt auch Bodenstationen verfügbar, bei denen Taster oder Drehgeber direkt in den Steuerknüppeln integriert sind.

Auch wenn die Arbeit mit Drohnen mit nur einer Person günstig und effizient ist, sollte neben der meist erhöhten Präzision bei Arbeit mit einem Camoperator bedacht werden, dass die Arbeit als Duo auch Sicherheitsvorteile bringt. Der Camoperator kann den Piloten unter anderem bei der Überwachung des Luftraumes (mögliche Annäherung von Rettungshubschraubern o. ä.) und natürlich auch bei der Flugvorbereitung, Kundenbriefing, etc. unterstützen.

Vorteile und Typen von Kameraaufhängungen

Um ein Fluggerät im Raum zu bewegen oder auf äußere Störungen (z.B. durch Wind) zu reagieren, muss sein Schubvektor verändert werden. Dies geht fast immer mit einer Neigung des Rahmens der Drohne einher. Fest montierte Kameras oder Sensorsysteme neigen sich hierbei mit dem Rahmen- dies ist oft unerwünscht und kann Messergebnisse verfälschen. Um dies zu vermeiden werden Kameraaufhängungen (auch Gimbal genannt) eingesetzt. Dies sind meist aktive, elektronische Systeme, welche die Sensorik auf dem Copter in einer oder mehreren Achsen, bezogen auf den Horizont, stabilisieren.

Mit geeigneten Sensoren wird die Abweichung der Kamera zu der Horizontalen erfasst und über Bewegungen des Gimbals ausgeglichen. Meist lässt sich über die Fernsteuerung der Winkel der Pan- und Tilt-Achsen verstellen, um die Sensorik, bzw. die Kamera unabhängig von der Orientierung der Drohne auf das zu beobachtende Objekt auszurichten. Soll nur die Nick- und Rollbewegung eines Flugsystems ausgeglichen werden benötigt man ein 2-Achs-Gimbal, welches eben diese beiden Achsen stabilisiert. Um die Einflüsse der Bewegungen in der Gier-Achse ebenfalls auszuschließen, wird ein 3-Achs-Gimbal benötigt.

Speziell bei Filmaufnahmen ist für flüssige Aufnahmen ein 3-Achs-Gimbal so gut wie unverzichtbar, denn sobald Nick- und Rollachse stabilisiert sind, wird die Bewegungen in der Hochachse als deutlich störender wahrgenommen. Wird ein 3-Achs-Gimbal genutzt sollte man bedenken, dass ab einem gewissen Gier-Winkel das Landegestell ins Bild kommen kann. In Verbindung mit einem 3-Achs-Gimbal muss also unter Umständen ein einklappbares Landegestell verwendet werden, es sei denn man betreibt die Gier-Achse nur im sog. „Follow-Mode“, bei welchem die Kamera generell der Gierbewegung des Flugroboters folgt und nur kleinere Abweichungen in dieser Achse ausgleicht.

Derzeit sind zwei Gimbal-Systeme am Markt vorherrschend: Servo-Gimbals und Brushless-Gimbals.

Servo-Gimbals

Servo-Gimbals werden durch Servo-Motoren angetrieben und verfügen meist über aufwändige Mechaniken, bei denen die Achsen über spezielle Getriebe oder Riemenantriebe ausgerichtet werden. Viele moderne Flight-Controller verfügen direkt über Ausgänge zum Ansteuern von Servo-Gimbals, so dass hier eine Kostenersparnis möglich ist, da kein spezieller Gimbal-Controller nötig ist. Darüber hinaus lassen sich diese Systeme leichter realisieren, da keine schweren Brushless-Motoren benötigt werden. Nachteilig wirken sich bei diesen Systemen der im Vergleich zu Brushless-Kameraaufhängung geringere Dynamikumfang, sowie das nur sehr schwer zu eliminierende Getriebespiel in den Achsen aus. Dies führt oft dazu, dass die Stabilisierung in den Achsen nicht perfekt und oft auch vibrationsbehaftet ist, was die Tauglichkeit dieser Systeme für manche Anwendungen stark einschränkt.

Brushless-Gimbals

Brushless-Gimbals hingegen werden direkt durch einen speziellen bürstenlosen Drehstrom-Motor (daher brushless genannt) meist direkt ohne Getriebe angetrieben. Dieser ist auf sehr niedrige Drehzahl optimiert und weist im Gegensatz zu Antriebsmotoren meist einen höheren Innenwiderstand sowie eine größere Polzahl auf. Die Position der Kamera wird durch eine eigene IMU (Inertial Measurement Unit) mit Gyroskopen und Beschleunigungssensoren erfasst, und durch einen speziellen Controller optimal nachgeregelt. Moderne Entwicklungen gehen hier sogar einen Schritt weiter und referenzieren das Stabilisierungssystem mit zwei Sensoren, wobei einer an der Kamera montiert ist und der andere am Rahmen des Flugroboters. Hierbei kann eine wechselnde Orientierung der Kamera in Relation zur Drohne bedeutend besser stabilisiert werden. Der Vorteil dieser Systeme ist ihre präzise und annähernd verzögerungsfreie Nachregelung der Kamera. Um dies zu erreichen, muss das Kamerasystem in jeder Achse möglichst perfekt ausbalanciert sein, damit sich die Motoren frei und ohne Widerstand bewegen können. Ein Wechsel der Kamera ist oft sehr aufwändig, da das System erneut ausbalanciert werden muss. Es gibt Kameraaufhängungen auf dem Markt, bei dem die Kamera über einen Schnellwechseladapter gewechselt werden kann, dies macht eine Feinjustage überflüssig.

Aufgrund der optimalen Regeleigenschaften sind Brushless-Kameraaufhängungen für Videoaufnahmen nahezu unverzichtbar. Servo-Gimbals haben hingegen Vorteile, wenn es darum geht Gewicht und Kosten zu sparen und eine perfekte, konstante Stabilisierung nicht unbedingt nötig ist. Sollen zum Beispiel Foto- und nicht Videoaufnahmen gemacht werden, kann der Einsatz eines Servo-Gimbals sinnvoll sein. Darüber hinaus haben Servo-Gimbals oftmals Vorteile, wenn man das Sensorsystem während eines Einsatzes tauschen will, da das Ausrichten der Sensoren nicht von so entscheidender Bedeutung ist wie bei den Brushless-Gimbals.

Was ist ein Sonnensturm?

Sonnenstürme werden durch gigantische Eruptionen auf der Oberfläche der Sonne ausgelöst, die unter anderem das GPS Signal einer Drohne beeinträchtigen können. Bei einer Sonneneruption, unter Fachleuten auch „koronaler Massenauswurf“ genannt, schießen riesige Plasmafontänen in die Atmosphäre. Die dabei freigesetzten geladenen Teilchen erreichen bei passender Richtung in ein bis zwei Tagen die Erde.

Bei einer starken Sonneneruption kann unter anderem das Magnetfeld der Erde verformt werden, sowie die Genauigkeit von GPS Empfängern stark eingeschränkt sein. Vor allem in höheren Breitengraden kann die Erdatmosphäre durch eine Sonneneruption stärker als sonst ionisiert werden. Durch diese Ionisierung verändert sich die Laufzeit der GPS Signale. Dies kann zu einer Fehlberechnung der Position und damit zu großen Positionsabweichungen beim Flug mit Drohnen im GPS- und Wegpunktmodus führen.

Die geomagnetische Aktivität eines Sonnensturmes kann unter anderem mit dem Kp-Index angezeigt werden. Ein hoher Kp-Wert (maximal 9) bedeutet eine starke Aktivität. Wir empfehlen den Einsatz Ihrer Drohne bei einem Kp-Wert > 4 auf ein Minimum zu begrenzen. Rechnen Sie beim Flug während eines Sonnensturmes stets mit einer starken Positionsänderung der Drohne und seien Sie darauf vorbereitet, den Flug im manuellen Modus weiter zu führen.

Aktuelle Information über Sonnenstürme finden auf der Website der NOAA, eine Bundesbehörde der USA.

Eine hilfreiche App zur Anzeige der aktuellen Sonnensturm-Aktivität, Solar Activity Monitor Widget, können Sie im Google PlayStore für Android-Smartphones downloaden.

Einsatz von Drohnen im Vermessungswesen

Drohnen werden immer häufiger für die Vermessung von Straßen, Neubaugebieten oder auch im Tagebau eingesetzt. Dabei bestechen sie durch eine schnelle Arbeitsweise sowie eine gute Genauigkeit des Endproduktes.

In der Vermessung werden herkömmlich Tachymeter eingesetzt. Diese messen die Distanz und Winkel über die Laufzeit eines Infrarot-Lichtsignals zu einem Referenzpunkt. Heutzutage werden meist motorisierte elektronische Tachymeter, sogenannte Totalstationen, eingesetzt. Diese können auch bewegliche Ziele (beispielsweise wenn der Vermessungstechniker den zu messenden Referenzpunkt ändert) verfolgen und einmessen. Als Referenzpunkt wird dabei meist ein Tripel-Prisma (auch Reflektor genannt) auf einem sogenannten Lotstock verwendet. Damit kann sich der Vermesser frei bewegen und die gewünschten Messpunkte „abgehen“.

Eine Alternative zur Messung via Tachymeter bietet die Nutzung eines GPS-Rovers. Diese bestehen aus einem Antennenstab, auf dem eine spezielle GPS Antenne befestigt wird. Am Antennenstab kann zusätzlich ein kleiner PC zur Ansteuerung der Antenne sowie Speicherung der Daten genutzt werden. Die GPS Rover erreichen eine sehr hohe Positionsgenauigkeit von bis zu 1cm durch die Nutzung diverser GPS Kanäle und der Nutzung eines Korrekturdatendienstes. Diese Dienste betreiben sogenannte Referenzstationen und können dadurch einen Großteil der Störungen in der Laufzeit der GPS Signale herausrechnen. Diese Korrekturdaten werden dann meist über das Handynetz an den mobilen Rover gesendet.

Bei großen Flächen oder dem Bedarf nach vielen Messpunkten spielen Drohnen ihre Stärken voll aus. Mittels sogenannter Photogrammetrie können deutlich mehr Messpunkte in geringerer Zeit aufgenommen werden, als dies herkömmlich machbar ist. Zusätzlich muss der Vermesser nicht das zu vermessende Objekt oder einen Gefahrenbereich betreten, sondern fliegt einfach darüber hinweg. Es gibt mittlerweile Drohnen mit integrierten RTK-GPS (Funktionsweise ähnlich wie ein GPS Rover) welche Bodenpasspunkte unnötig machen können. Darauf gehen wir aber hier nicht näher ein, da die Technik noch nicht stark verbreitet ist.

Vorgehensweise der Luftvermessung

Normalerweise besteht eine Vermessungsbefliegung aus folgenden Schritten:

- Planung des Wegpunktfluges
- Auslegen und Einmessen der Bodenpasspunkte
- Durchführung des GPS gestützten Fluges, Erstellung der Senkrechtaufnahmen
- Photogrammetrische Postproduktion der Rohaufnahmen
- Export der Ergebnisse beispielsweise als Punktwolke, Volumenkalkulation oder Schnittkanten

Vor der eigentlichen „Feldarbeit“ wird der gewünschte Flug mittels einer Wegpunktsoftware geplant. Diese Software wird zumeist vom Drohnenhersteller geliefert. Darin wird ein mäanderförmiger Flug über die zu messende Fläche gelegt. Der Abstand der Streifen und der Bilder untereinander wird anhand der verwendeten Optik und Flughöhe festgelegt. Wichtig bei der Photogrammetrie ist, dass ein größerer Bereich als der eigentlich zu vermessende Bereich beflogen wird, damit die Genauigkeit der Punktwolke auch in den Randbereichen der Messfläche hoch bleibt.

Anschließend wird vor Ort eine gewisse Anzahl an Bodenpasspunkten ausgelegt. Bei einer normalen Drohnenbefliegung reichen hier Din A4 Maße aus. Diese „Karten“ bestehen entweder aus laminiertem Papier oder Kunstoff und verfügen ein Loch sowie ein aufgedrucktes „Target“ in der Mitte. Diese Bodenpasspunkte werden beispielsweise mit einem langen Nagel im Boden befestigt und anschließend z.b. mit einem GPS Rover vermessen. Für eine kleine Fläche reichen meist 5-7 Punkte aus, je größer das Projekt, desto mehr Passpunkte sind notwendig. Der Sinn dieser Passpunkte liegt an der präzisen metrischen Referenzierung des gewonnenen 3D Modells (ansonsten läge das Modell nur in einem lokalen Koordinatensystem) und im Qualitätsmanagement. Sollte das 3D Modell falsch generiert worden sein, würde dies im Normalfall über die Referenzpunkte als metrischer Fehler sichtbar gemacht werden. Die meisten Photogrammetrie-Produkte zeigen die Abweichung zwischen den Passpunkten in cm an, dadurch lassen sich schnell mögliche Fehler erkennen.

Nach dieser Vorarbeit wird der eigentliche Flug durchgeführt. Um eine möglichst gleichbleibende Längs- und Querüberlappung der Aufnahmen zu erreichen, wird dabei meist der automatische GPS- Flugmodus genutzt. Nach dem Flug sollten Sie die Schärfe der Aufnahmen sowie eine gute Erkennbarkeit der Bodenpasspunkte stichpunktartig überprüfen.

Datenverarbeitung in der Postproduktion

In dieser Phase werden die Bilder und wenn vorhanden die GPS-Lagedaten in eine Photogrammetriesoftware geladen. Diese fügt die Bilder im ersten Schritt wie ein Mosaik zusammen. Anschließend beginnt die sogenannte Triangulation. Durch die starke Überlappung der Aufnahmen kann ein Messpunkt gleich mehrmals in anderen Bildern gesehen werden. Photogrammetrische Algorithmen ermöglichen es dadurch der Software, die exakte Position und Lage der Drohne, Kamera und auch der Bodengeometrie zu messen. Die daraus entstehende sehr große Anzahl an Messpunkten am Boden nennt man auch Punktwolke. In dieser Punktwolke kann der Bediener nun manuell die Bodenpasspunkte (Targets) auswählen und den eingemessenen GPS-Positionen zuweisen. Dadurch kann das ganze 3D Modell dann „georeferenziert“ werden. Das bedeutet, dass der Vermesser nach diesem Arbeitsschritt an jedem beliebigen Punkt im Modell die präzise Position ablesen kann.

Dieses Produkt kann entweder weiter bearbeitet werden oder in diversen Dateiformen exportiert werden. Gängig ist beispielsweise der Export als Orthofoto. Dabei wird die Verzeichnung der Kamera sowie ein möglicher Positionsfehler durch unebene Bodentextur herausgerechnet und ein Bildmosaik (ähnlich eines Satellitenbildes) erstellt. Dieses kann beispielsweise als Grundlage für eine Planung einer Umgehungsstraße, Gewerbegebiet o. ä. genutzt werden.

Technisch hat die Photogrammetrie natürlich Einschränkungen. Da diese Form der Nachbearbeitung stark vom Detailreichtum und Kontrast in den Bilden abhängt, kommt diese Technik bei homogenen Oberflächen an ihre Grenze. Besonders bemerkbar macht sich das auf glatten Asphalt- / Wasser- oder Sandoberflächen.

Eine neue Alternative zur Einmessung von Oberflächen bietet das Laserscanning aus der Luft. Das ist aber eine sehr teure und aufwändige Technik, da neben dem Laserscanner noch ein hochpräzises GPS sowie eine IMU (Inertial Measurement Unit – Inertialsensor zur Lagemessung im Raum) mitgeführt werden muss.

Anwendungen in Landwirtschaft und Forstbetrieb

Die moderne Landwirtschaft setzt im Gegensatz zur bisherigen industriellen, monokulturellen und kapitalintensiven Landwirtschaft auf die vielfältige, lokale und regionale bäuerliche Wirtschaftsweise und deren traditionellem Wissen. Mit dieser neuen Herausforderung, ein nachhaltiges und erfolgreiches Agrarkonzept auch langfristig erfolgreich zu machen, müssen den regionalen Bauern auch die technischen Möglichkeiten der Großagrarindustrie zur Verfügung stehen. Hier spielen die Einsatzbereiche der technologisch fortschrittlichen Flugroboter eine bedeutende Rolle.

Weinbau

Beispielsweise finden Drohnen im Weinbau eine interessante Verwendung, bei denen diverse Flüge die Knochenarbeit der Winzer und Arbeiter ersetzen können. Die an Steilhängen angelegten Weinreben sind oft ein erhöhtes Risiko für die Arbeiter. Hier haben sich in den letzten Jahren durch Forschungsprojekte Drohnen als eine sehr hilfreiche und sichere Alternative zu bisherigen Methoden dargestellt. Ob ein Flug mittels unbemannten Hubschrauber, welcher pro Akkuladung auf einer Fläche von bis zu 500 m² Fläche sprühen kann, oder die Aufnahme von Nahinfrarotbildmaterial (NIR) zur Reifefeststellung durch Önologen. Die Möglichkeiten scheinen schier unendlich. Durch die kleinen Luftfahrzeuge werden lebensgefährliche Missionen von Großhubschrauber übernommen und können mit einem wesentlich geringeren Sicherheitsrisiko auch bedeutend leiser durchgeführt werden.

Schädlingsbekämpfung

Auch in der Insekten- und Schädlingsbekämpfung gewinnen Drohnen mehr Bedeutung. Auf Mallorca und in den USA werden z. B. Drohnen eingesetzt, um Moskitovorkommen ausfindig zu machen und diese dann gezielt an ihren Brutgebieten zu bekämpfen. Die Kombination von Flugrobotertechnik und der gerichteten Bekämpfung der Schädlinge ermöglicht es, die Zahl der Moskitos bspw. um bis zu 88 Prozent zu senken.

Trichogramma

Ein weiteres Projekt ist die natürliche Schädlingsbekämpfung von Maiszünslern durch das Aussetzen von Trichogramma. Hierbei handelt es sich um eine Schlupfwespe, welche als effizienter und natürlicher Feind des Maiszünslers gilt. In diesem Verfahren werden in kleinen Kapseln ruhende Schlupfwespen ausgesetzt. Diese parasitieren die Eier des Maiszünslers und verringern die Ausbreitung des Schädlings, der Schädigung der Pflanze und somit den Ernteausfall für Landwirt und Verbraucher. Ein Flugroboter eignet sich hier besonders, da eine rechtzeitige Ausbringung der Trichogramma sich mit der Getreideernte und somit sich mit der Hochsaison überschneidet. In nur einem Fünftel der Zeit kann ein solches unbemanntes Luftfahrtsystem bis zu 6 Hektar pro Akkuladung abfliegen. Nach einem schnellen Austausch des Akkus wird der Auftrag fortgesetzt. Die Drohnen fliegen, vergleichbar mit der Vorgehensweise bei einer Vermessung über Photogrammetrie (mehr zu diesem Thema können Sie in unserem Artikel „Einsatz von Drohnen im Vermessungswesen“ nachlesen), in einer mäanderförmigen Flugroute über die Felder und setzen alle 14 bis 18 Meter eine solche Trichogrammakugel aus. Eine manuelle Verteilung dauert bedeutend länger und eine maschinelle Alternative über einen Hochradtraktor setzt auf seltene und sehr kostenintensive Gerätschaft. Flugroboter sind schon seit einigen Jahren in der Schweiz und nun auch in Deutschland für Einsätze dieser Art in Gebrauch.

NIR Fotografie

Zur Analyse von Pflanzen wird auf die Nahinfrarottechnologie zurückgegriffen. Hier wird eine Eigenschaft von Pflanzen und deren Chlorophyllgehalt zu Nutzen gemacht. Der Unterschied im Reflexionsindex zwischen einer gesunden Pflanze und einer kranken Pflanze ist im sichtbaren Bereich des Lichts kaum feststellbar. Im Nahinfrarotbereich hingegen ist der jeweilige Unterschied bedeutend größer. Damit lässt sich der Zustand einer Pflanze an der reflektierten Menge des Lichtes im Bereich von 760-900nm Wellenlänge fest machen. Die Informationen werden in der Auswertung in Landwirtschaft, Forstbetrieb sowie Schädlings- und Pilzbekämpfung verwendet. Mit einem geringen Aufwand ist es nicht nur möglich, den Zustand und das Wachstum der Flora zu begutachten und zu überwachen, sondern auch für die Erkennung und Unterscheidung von Baum- und Pflanzenbeständen. Jede Pflanze hat ein unterschiedlich starkes Reflektionsvermögen und kann somit z. B. für eine Bestandsauswertung und –zählung einzelner Baumarten im Forstbetrieb eingesetzt werden.

Rehkitzrettung

Ein branchenübergreifender Einsatz von Drohnen hilft auch den Wildbestand zu schützen. Häufig sind Rehkitze in Feldern der Landwirte unterwegs und ruhen während das Elternteil auf Nahrungssuche ist. Für die Menschen ebenso wichtig ist es, die Ernte zeitgerecht einzuholen, um den Ertrag und die Effizienz der Landwirtschaft zu maximieren. Leider passiert es, dass der Rehnachwuchs den Erntefahrzeugen zum Opfer fällt, was für die Natur einen bedauernswerten Verlust und für die Landwirte eine Verzögerung in der Ernte darstellt. Hier arbeiten Forst- und Landwirtschaft gemeinsam an einer Strategie, die die Vertreibung der jungen Rehe aus den Felder direkt vor der Ernte vorsieht. Ziel ist es, die Todesfälle der Rehe auf ein Minimum zu reduzieren. Um dies zu ermöglichen, werden Multirotordrohnen mit Kamera und Live-Bildübertragung vor der Ernte und Vertreibung über die Felder geflogen und mittels Wärmebildsensorik und normalen Kameras eine Ortung der Rehkitze zu ermöglichen. Diese werden dann gezielt aus den Feldern getrieben, um eine entspannte Ernte auch für die Rehe zu garantieren.

Drohneneinsatz in der Industrie

Gerade schwer zugängliche Bereiche einer Industrieanlage können mit Drohnen schnell und ohne die Gefährdung von Kletterern inspiziert werden. Daher wird diese Technologie vermehrt an bspw. Schornsteinen, Rohrleitungen und Großmaschinen eingesetzt.

Chemieanlagen

Der Einsatz an Anlagen in der Chemie verlangt höchste Konzentration und lässt keine Fehler zu. Eine der wichtigsten Anwendungen ist dabei die Inspektion von Hochfackeln. Dabei handelt es sich um eine Art großen Gasbrenner, über den Abgase oder sogenannte Spaltgase aus der Produktion verbrannt werden. Bei Notfällen werden diese Fackeln genutzt, um kurzzeitig sehr viel Gas zu verbrennen. Daher ist bei solchen Projekten immer ein Vertreter des Betreibers anwesend, der den Drohnensteuerer möglichst rechtzeitig vor einer solchen Betriebsstörung mit resultierendem massivem Gasaustritt warnt. Hauptfokus der Inspektion liegt auf den Pilotbrennern und dem Fackelkopf selbst, nebensächlich werden meist auch das Tragwerk sowie die Zuleitungen des Turmes inspiziert. Zum Einsatz kommen durch die Hitze am Fackelkopf und dem dadurch nötigen Sicherheitsabstand meist Kameras mit Brennweiten von 50-100mm (auf KB bezogen), auch Zoomkameras werden genutzt. Vor allem für die Überprüfung der Isolierung von den Zuleitungen eignen sich Wärmebildkameras hervorragend. Neben den Fackelköpfen werden diverse Schornsteintypen sowie die Rohrleitungsnetze auf solchen Anlagen per Drohne überprüft.

Großgeräte und Großbauten Inspektion

Großgeräte aus dem Tagebau oder bspw. Containerterminals sind durch ihre Größe und den oftmals 24/7 Betrieb heikel in der Inspektion. Bei Nutzung von Drohnen muss die Anlage meist nicht ausgeschaltet werden und dies spart enorme Kosten. Da die Geräte aus hunderten Tonnen Stahl bestehen, können die Kompasssensoren der meisten Drohnen dadurch beeinträchtigt werden. Die daraus resultierende Ungenauigkeit im GPS-Modus muss bedacht werden und im Notfall manuell weiter geflogen werden. Die Inspektion dieser Anlagen besteht meist aus einem Komplettscan der Struktur zur Einschätzung von Korrosion und Planung von Sanierungsarbeiten. Oftmals werden dabei auch Tragseile und deren Aufnahmen unter die Lupe genommen. Große Betonbauwerke, wie etwa Kühltürme bestechen durch eine riesige Oberfläche, die akribisch untersucht werden muss. Zusammen mit dem Kunden werden die gewünschten technischen Parameter, wie etwa die Objektauflösung (mm/pix) festgelegt. Dadurch kann der optimale Abstand zwischen Objekt und Drohne einfach berechnet werden. Wichtig ist, dass dieser Abstand nicht überschritten wird, da ansonsten Haarrisse o. ä. nicht erkannt werden würden. Eine Hilfe dazu können sich überkreuzende Punktlaser sein, die an der Drohne angebracht werden. Eine Nützliche Entwicklung in der Drohnentechnik ist die Nutzung von Radar-, Laser- oder Ultraschallsensoren zur Abstandsmessung. Es wird aber wohl noch einige Zeit dauern, bis diese Technik an Industrieanlagen robust und zuverlässig einsetzbar ist. Die Oberfläche des Bauwerks wird nun in überlappenden senkrechten Streifen abgeflogen. Dadurch sind Schadstellen oft auf mehreren Aufnahmen zu finden und lassen damit eine präzise Fehlerklassifizierung zu.

Inspektion Industrieanlage

Gemauerte Schornsteine können leicht eine Höhe von über 250m erreichen. Der untere Bereich dieser hohen Schornsteine besteht meist aus Beton. Wenn Bereiche außerhalb der Besteigeinrichtung (eine Art Leiter seitlich am Turm) inspiziert werden müssen, wird dafür oft eine Befahreinrichtung eingesetzt. Das ist eine Art begehbarer Ring, der mit einem Kran oder Seilwinde am Objekt angebracht wird. Die sehr hohen Kosten sind wohl selbsterklärend. Mit einer Drohne kann ein Schornstein innerhalb von wenigen Stunden in der kompletten Höhe 360° gescannt werden. Auch wird hier wieder streifenförmig geflogen, ein spiralförmiger Flug um das Objekt macht aufgrund der nicht vorhandenen Sichtbarkeit der Drohne hinter dem Schornstein keinen Sinn. Die Inspektion mittels Drohne eignet sich hervorragend für die Begutachtung der Besteigeinrichtungen und deren Sicherung, Flugbefeuerung und der Einschätzung von Fugenausbrüchen. Die Betreiber von Industrieanlagen haben aus gutem Grund sehr hohe Sicherheitsanforderungen an die verwendete Technik und das Team am Boden. Daher kommen in den meisten Industrieanwendungen oft nur Octocopter vielmals gepaart mit weiteren Redundanzauflagen zum Einsatz. Da ein Absturz einer Drohne fatale Schäden an einer Anlage zur Folge haben kann, muss der Steuerer und Assistent viel Erfahrung aufweisen. Es ist empfehlenswert, für spezielle Anlagen, beispielsweise in der Chemie, spezielle Checklisten zu erarbeiten. Die PSA (Persönliche Schutzausrüstung), meist bestehend aus Industrieoverall, Schutzhelm und Schutzbrille ist auf allen Industrieanlagen Pflicht. Sie sollten auf jeden Fall einen Feuerlöscher und auf Chemieanlagen ein Gaswarngerät mit sich tragen.

Bedenken Sie: Das Auftreten und die Professionalität vor Ort bestimmt oftmals darüber, ob Sie von einem Industriekunden Folgeaufträge zu erwarten haben. Eine Gefährdungsanalyse sollte für jedes größere Industrieprojekt schriftlich erstellt werden. Darin werden unter anderem Start-, Lande- und Notlandeplätze sowie Notfallprozedere festgelegt. Prüfen Sie Ihr Equipment, Genehmigungen, etc. vor einem Auftrag akribisch und bereiten Sie sich in Ruhe auf den Einsatz vor. An der Anlage ist kein Platz für Fehler.

Wie funktioniert eine Elektrolumineszenzmessung?

Die sogenannte Elektrolumineszenzmessung ist eine neuartige Messmethode zur Überprüfung von Solarmodulen. Diese Technik würde über die letzten Jahre in statischen Prüfständen unter anderem für die Endkontrolle genutzt. Mittlerweile wurde aber ein Verfahren entwickelt, bei dem diese Messung auch mobil auf Dach- oder auch Freiflächenanlagen durchgeführt werden kann.

Zur Messung der Solarmodule werden diese rückbestromt, das heißt es wird eine Spannung an die Module angelegt. Dadurch fangen die angeschlossenen Module einer Reihe (String) an zu glimmen. Da dieses Glimmen im Nahinfrarotbereich von ca. 1000-1500nm „sichtbar“ ist, kann dies nicht mit normalen Foto- oder auch Wärmebildkameras aufgenommen werden. Für diese Messung sind daher spezielle Nahinfrarotkameras nötig. Aktuell können die EL-Messungen nur nachts durchgeführt werden, es werden aber auch Methoden zur Inspektion bei Tageslicht entwickelt.

Die mit der Drohne erstellten EL-Aufnahmen werden durch Gutachter ausgewertet. Diese können mit spezieller Nachbearbeitungssoftware auch kleinste Schäden an den Modulen erkennen. Modulbereiche mit hellem Grauwert sind i.d.R. technisch tadellos, wogegen dunkle Bereiche Schadstellen aufweisen. Hagelschlag oder sonstige mechanische Belastung kann viemals solche Schäden hervorrufen. Ein immer stärker werdendes Problem sind die sogenannten PID Fehler. Die „Potential Induzierte Degradation (PID)“ tritt vor allem bei modernen Modulen mit hohen Systemspannungen auf, es können dabei Leckströme vom Modul gegen Erde abfließen. Dadurch sammeln sich an der Zelloberfläche freie Ladungsträger, die diesen Zellbereich quasi kurzschliessen. Geschädigte Zellen können daraufhin weniger oder keinen Strom mehr erzeugen.

Wissenswertes über verschiedene Akkutypen

Von den heutzutage verwendeten Akkutypen sind nur wenige, aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften, für die Verwendung in einer Drohne geeignet. Für die Versorgung der Bodenstation können andere Akkutypen in Betracht kommen, da es hier meist nicht auf die maximale Leistungsdichte ankommt.

Beim Vergleich der verschiedenen, kommerziell verfügbaren Akkutypen wird schnell klar, warum dies so ist.

Je nach Herstellungsverfahren können sich die Eigenschaften der Akkus deutlich unterscheiden, so dass man selbst bei gleichen Akkutypen noch genau selektieren muss, in wie weit dieser für die geplante Anwendung geeignet ist. Manche LiPo-Akkus haben zum Beispiel eine besonders flache Entladekurve. Dies ist von Vorteil, da man diesen ihre Nennkapazität ohne größere Leistungseinbuße gegen Entladeende entnehmen kann. Allen Akkus ist gemein, dass die Leistungsfähigkeit bei niedrigen Temperaturen abnimmt. Dies muss bei der Auslegung der Energieversorgung eines Flugsystems berücksichtigt werden. Eventuell kann sogar eine Temperierung des Akkus sinnvoll sein.

Der wahrscheinlich wichtigste Faktor bei der Auswahl des Akkus für die Flugplattform ist die Energiedichte. Diese ist der Quotient aus der in dem Akku enthaltenen Energiemenge und seinem Gewicht, meist angegeben in Wh/kg oder MJ/kg. Je höher diese ist, desto mehr Energie kann ein Akku bei gleichem Gewicht speichern.

Ein weiterer wichtiger Faktor, insbesondere bei Multicoptern mit ihrer hohen Stromaufnahme, ist der maximale Strom, welcher ein Akku liefern kann. Beim Vergleich der Akkutypen zeigt sich, dass in Multicoptern eigentlich nur LiPo-Akkus, sowie in Flugplattformen mit vergleichsweise geringer Stromaufnahme auch LiIonen-Akkus, zum Einsatz kommen sollten.

Ein entscheidender Nachteil speziell bei Lithium-Akkus ist jedoch ihre vergleichsweise hohe Empfindlichkeit gegenüber Fehlbehandlungen. Hierzu gehören zu schnelles Laden sowie ein Überlasten des Akkus durch einen zu hohen Entladestrom. Auch eine Tiefentladung kann zu irreparablen Schäden an den Zellen führen. Im Extremfall kann die Fehlbehandlung eines Lithium-Akkus zu einem Totalversagen und sogar zu einer Entzündung oder Explosion führen. Generell dürfen nur für den jeweiligen Akkutyp geeignete Ladegeräte verwendet werden und der Akku sollte auf jeden Fall innerhalb seiner Betriebsparameter genutzt werden.

In der Bodenstation können auch Akkutypen mit geringerer Leistungsdichte verwendet werden, zumal ein Verzicht auf den Einsatz von Lithium-Akkus die Handhabungssicherheit erhöhen kann. Besonders niedrige Selbstentladung, sowie eine lange Lebensdauer sind hier eher Faktoren welche berücksichtigt werden sollten.

Transport von Drohnen im Flugzeug

Grundsätzlich kann der Transport von Drohnen in Passagierflugzeugen in ein anderes Land in zwei Kernthemen aufgeteilt werden: Besonderheiten beim Transport der LiPo-Akkus (Lithium-Polymer-Akkus) sowie die Export- und Importbestimmungen des jeweiligen Landes.

Transport von LiPo Akkus

Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Akkus gelten laut den international gültigen IATA Bestimmungen als Gefahrgut. Daher sind spezielle Auflagen und Grenzwerte bei deren Transport einzuhalten. Die Grenzwerte in diesen Bestimmungen sind entweder auf die Menge des verwendeten Lithiums oder die Wattstunden bezogen. Da es von den Herstellern der meisten in Drohnen genutzten Akkus keine Angaben zum Lithiumanteil gibt, wird meist die Wattstundenzahl als Grenzwert genutzt. Wenn dieser Wert nicht schon direkt auf den Akkus aufgedruckt ist, ist dieser einfach zu berechnen: P = U x I

Betrachten wir beispielsweise einen LiPo-Akku mit 14,8V Spannung und einer Kapazität laut Hersteller von 5800mAh (5,8Ah): 14,8V x 5,8A = 85,84 Volt-Ampere-Stunden = 85,84Wh

Die meisten in Drohnen eingesetzten Akkus haben auch aus Gründen des vereinfachten Lufttransports eine Wattstundenzahl von unter 100Wh. Akkus dieser Größe dürfen meist ohne zusätzliche Bestimmungen der Fluggesellschaft im Handgepäck mitgeführt werden. Insofern Akkus mit einer Kapazität von über 100Wh transportiert werden sollen, bedarf dies einer Sondergenehmigung der Fluggesellschaft. Für alle Akkus gilt: Die Akkus müssen gegen Kurzschluss gesichert werden (z. B. Isolierband, auch über den Balanceranschluss!) und einzeln verpackt werden. Die Verpackung kann über eine Luftpolsterfolie oder ähnliches erfolgen. Achten Sie bitte ebenfalls auf eine stoßsichere Lagerung.

Die meisten Fluggesellschaften verlangen den Transport von Akkus im Handgepäck, es gibt aber Ausnahmen. Auch ist bei einigen Fluggesellschaften die Anzahl der LiPo-Akkus pro Person limitiert. Erkundigen Sie sich daher bitte vorab bei Ihrer Fluggesellschaft über die aktuellen Regelungen.

Transport der Drohne und Equipment

Um unnötige Kosten bei der Versendung als Luftfracht-Cargo zu vermeiden, werden kleinere Drohnen meist im aufgegebenen Gepäck oder als Sportgepäck eingecheckt. Der Transport der Drohne im Handgepäck sollte nur vorgenommen werden, wenn dies von der Fluggesellschaft genehmigt worden ist und spitze oder scharfe Gegenstände wie etwa Propeller und Werkzeug sich nicht im Handgepäck befindet. Überschreitet der Transportkoffer der Drohne die maximalen Maße für das aufgegebene Gepäck, bietet sich die Aufgabe als Sport- bzw. Sondergepäckstück an. Nach vorheriger Anmeldung bei der Fluggesellschaft ist dies meist unproblematisch machbar. Beachten Sie bitte, dass hierfür meist ein Aufpreis fällig wird.

Akkus vom Fluggerät, Kameras und Bodenstation müssen meist im Handgepäck mitgeführt werden. Ist der Akku in der Bodenstation nicht demontierbar, bietet sich ein Transport der gesamten Bodenstation im Handgepäck an. Der interne Akku muss dann deutlich sichtbar „abgeklemmt“ sein und die Kontakte müssen gegen Kurzschluss gesichert werden.

Export- und Importbestimmungen

In der EU fallen die meisten Drohnen unter die „Dual-Use“ Bestimmungen. Das besagt, dass diese Technologie für zivile aber auch militärische Anwendungen eingesetzt werden kann. Aus diesem Grund wird der Import und Export solcher Produkte (darunter fallen neben der gesamten Drohne auch teilweise Einzelbaugruppen wie beispielsweise IMU/GPS Platine) streng von den jeweiligen Ländern überwacht. Soll eine Baugruppe oder ein Produkt, welches laut der Regelung der EC Nr. 428/2009 unter die Dual-Use Bestimmungen fällt, in ein Land außerhalb der EU exportiert werden, muss eine Ausfuhrgenehmigung beantragt werden. Weiterführende Informationen zu den Dual-Use Bestimmungen finden Sie hier.

Bei einem Export, aber auch bei einem temporären Aufenthalt (Dienstleistungsflüge, Vorführungen oder Messe) einer Drohne in ein Land außerhalb der EU muss ein ATA Carnet-Zertifikat beantragt werden. Durch diese Zollunterlagen wird die Abfertigung deutlich vereinfacht und bei temporärem Aufenthalt müssen die Einfuhrabgaben nicht als Sicherheit hinterlegt werden.

Wenn Sie Mitglied bei Ihrer lokalen Industrie- und Handelskammer sind, können Sie dort meist kostenlose Hilfe zum Thema Carnet erhalten. Informationen zum Thema Carnet finden Sie auch auf der Website des Zolls.

Bitte beachten Sie die Sicherheits- und Rechtslage beim Einsatz von Drohnen in Ihrem Zielland. Vor allem bei Ländern außerhalb der EU kann Ihnen beim Mitführen einer Drohne mit Kameratechnik schnell Spionage vorgeworfen werden. Dies gilt auch, wenn das System nicht zum Einsatz gekommen ist. Sie sollten die gewünschten Flüge oder auch nur den Transport des Fluggerätes in dem jeweiligem Land schriftlich genehmigen lassen. Wenn dieses offizielle Schriftstück stets mitgeführt wird, können viele Probleme vermieden werden.

Wichtige Dokumente

Die folgenden Dokumente sollten Sie beim Transport von Drohne und Equipment mit sich führen.

- CE Erklärung für das/die Produkte
- Liste der genutzten Frequenzen und Sendeleistungen (vorher auf Legalität im Zielland prüfen)
- IATA Bestimmungen für Akkus, falls sich die Sicherheitsbeamten unsicher sind
- falls erforderlich: ATA Carnet Zertifikat
- Rechnung über Produkte um deren Wert nachzuweisen
- Wenn nicht auf den Akkus aufgedruckt – technische Daten, vor allem zum Akkutyp und Wattstundenanzahl
- E-Mail Verkehr, wenn eine Genehmigung bei Fluggesellschaft oder Behörden eingeholt wurde

Besonderheit Verbrennungsmotor

Bei dem Transport von Drohnen mit Verbrennungsmotoren gilt besondere Aufmerksamtkeit, da die Motoren und die Kraftstoffversorgung zumeist Rückstände von Öl und Treibstoff aufweisen, ist dieser Transport auch im aufgegebenen Gepäck strengstens verboten. Ausnahmen werden teilweise erteilt, wenn eine komplette Säuberung des Antriebsstranges nachgewiesen werden kann. Kontaktieren Sie vor einem solchen Transport bitte Ihre Fluggesellschaft.

Filmproduktion mit Drohnen

Durch die Miniaturisierung hochwertiger Kameras und die Entwicklung von stabilisierten Kameraaufhängung haben Drohnen frühzeitig den Einzug in die Filmproduktion gehalten. Heutzutage geht die Bandbreite bis hin zu großen unbemannten Hubschraubern mit 180kg Abfluggewicht für die High-End Kinoproduktion.

Für einfache Imagefilm- oder Fernsehproduktionen wird vielmals der DJI Phantom und Inspire eingesetzt. Durch die geringen Anschaffungskosten und der trotzdem sehr guten Kamerastabilisierung werden die Systeme gerne genutzt. Nachteilig sind die relativ einfachen Kamerasysteme, die sich für hochwertige Produktionen meist nicht eignen. Auch neigen die neuen Kameras des Inspire 1 und Phantom 3 zum Moiré-Effekt, da aktuell leider kein Tiefpassfilter verbaut ist.

In höherwertigen Produktionen werden oft Oktokopter mit 5-10kg Abfluggewicht eingesetzt. Dabei werden meist 3-Achs-Kameraaufhängungen mit einziehbaren Landegestellen verwendet. Als Kameras kommen diverse Modelle, wie etwa die Canon 5D, Sony FS700 oder die Blackmagic Design Camera zum Einsatz. Diese Drohnen werden für einfache Kinoproduktionen und Fernsehfilme gerne eingesetzt. Dabei ist ein Kameraoperator meist unerlässlich.

Große Drohnen in Oktokopter oder Dodeka-Anordnung (12 Rotoren) sind für RED Epic / Scarlet oder Alexa Kameras konzipiert und erreichen Abfluggewichte bis 25 Kg. Die Produktion mit solch großen Drohnen ist sehr aufwändig und natürlich auch mit hohen Sicherheitsauflagen verbunden. Das größte Drohnensystem ist aktuell der Schiebel S100 Hubschrauber mit einem Cineflex Kamerasystem und einem Abfluggewicht von ca. 180kg.

Die Archäologie setzt Drohnen ein

Es gibt viele Technologien und fortschrittliche Arbeitsmethoden, welche auch für die Archäologie von bedeutendem Interesse sind, jedoch in den vergangenen Jahren kaum praktische Anwendungen gefunden haben. Zurückzuführen ist die Problematik auf die enormen Kosten für Satellitenaufnahmen oder aufwändige Flüge mit Helikoptern und Flugzeugen, die oftmals durch natürliche Gegebenheiten kein zufriedenstellendes Ergebnis liefern konnten. Der aufstrebende Markt der unbemannten Luftfahrtsysteme, umgangssprachlich als Drohnen bezeichnet, hat für die Archäologie einen immensen Vorteil gebracht. Mithilfe neuartiger Technologien und Flugplattformen lassen sich Sensorsysteme, wie z. B. für die klassische Fotografie, für Nahinfrarotaufnahmen, für die Thermalfotografie, aber auch Laserscanner effizient und äußert präzise einsetzen.

Die Vielseitigkeit der Drohnen ermöglichte überhaupt erst solch eine große Nachfrage. Trotz anfänglich kurzer Flugzeiten und gelegentlichen Ausfällen der Technik hat sich der Trend immer mehr zur professionellen Nutzung dieser Multirotordrohnen in der Archäologie entwickelt. Der momentane Stand der Technik ist bereits an einem Punkt angelangt, an dem auch der Einsatz solcher unbemannten Luftfahrtsysteme bedeutend ausfallsicherer geworden ist und die lange Flugzeit von teilweise mehr als 45 oder 60 Minuten keine Einschränkung mehr darstellt.

Thermodrohnen erfolgreich eingesetzt

Eingesetzt wurde ein solches unbemanntes Luftfahrtsystem bspw. im nordwestlichen Teil des Bundesstaates New Mexiko in den USA. Hier wurde die Entdeckung einer alten, indianischen Stadt ermöglicht, die sonst kaum denkbar gewesen wäre. In wenigen Stunden hatte das Team das gesamte Gebiet abgedeckt und mit nicht-invasiven, also nicht in den Boden eindringenden, Methoden analysiert, etwas das mit konventionellen Methoden mehrere Jahre gedauert hätte. Die Entdeckung von Strukturen unter Pflanzen bzw. Erdschichten ist besonders durch den Einsatz von luftgestützten Thermokameras möglich. Damit ist es auch möglich Bauwerke, welche ganz oder teilweise unter der Erdoberfläche angelegt wurden, zu analysieren. Hierbei wird die unterschiedliche spezifische Wärmekapazität der Materialien und Substanzen zu Nutze gemacht, welche insbesondere bei starken Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht in den Übergangszeiten zum Vorschein kommen. In besonders heißen und trockenen Regionen, wie Saudi Arabien und Zypern, wird dieses Verfahren ebenso verwendet, um unter Sand vergrabene Objekte und Mauern ausfindig zu machen. Auch in Ägypten konnte man durch den Einsatz von Drohnentechnik neue Informationen gewinnen, obwohl die Ausgrabungsstätte bereits ausgiebig analysiert wurde und bekannt war.
Schutz kultureller Güter

Der Einsatz in der Archäologie kann einen wichtigen Teil zum Schutze kultureller Schätze beitragen, denn ohne einer Entdeckung können diese auch nicht durch entsprechende, öffentliche Maßnahmen geschützt werden. Dies kann sich aber auch insbesondere bei Großvorhaben, wie der Förderung von Öl, Kohle und Uran positiv auswirken, da eine spätere Entdeckung während der Förderung oftmals zu massiven Schwierigkeiten und Verlusten führt, weil eine Gewinnung der Ressourcen vermutlich nicht fortgesetzt werden kann.
Fotografie mittels NIR

Pflanzen haben eine Eigenschaft, Licht im Bereich von 760-900nm Wellenlänge bedeutend besser zu reflektieren als sichtbares Licht, wobei der Gesundheitszustand der jeweiligen Pflanze einen bemerkenswerten Einfluss auf die reflektierte Menge des Lichts hat. Dieses Merkmal kann man sich auch in der Archäologie zu Nutze machen, um damit unter Wiesen, Feldern und bewachsenen Flächen eine Struktur zu erkennen. Im Bereich von Bodenverdichtungen, welche z. B. durch Trampelpfade entstanden sind, oder bei unterliegenden Mauern werden Pflanzen in ihrem Wachstumszustand und demnach auch in ihrem Nahinfrarotreflektionsindex beeinträchtigt. Diese Auswirkung lässt sich sehr gut auf NIR-Aufnahmen sehen und kann somit die Archäologen aktiv bei der Suche unterstützen.

Archäologische Vermessung

Zusätzlich hat neben der Anwendung von Thermal- oder NIR-Kameras auch das klassische Luftbild einen besonderen Wert in der Archäologie. Oftmals sind die Ausmaße der Ausgrabungen oder historischen Stätte nur aus der Luft verständlich und greifbar. In der sizilianischen Stadt Siracusa macht man sich den Einsatz der Drohnen auf eine andere Weise zu Nutzen. Eine Gratis-App bietet Interessenten und Touristen die Möglichkeit, Luftaufnahmen und virtuelle 3D-Modelle der jeweiligen Sehenswürdigkeiten der Umgebung auf ihrem Tablet oder Smartphone zu begutachten. Hierzu wurden in aufwändiger, detailgetreuer Arbeit die Objekte mittels Photogrammetrie vermessen und in 3D-Modelle umgewandelt. Solche detailgetreuen und georeferenzierten Modelle können weiterführend auch im Denkmalschutz, bei Sanierungsarbeiten oder in Bildung und Forschung verwendet werden. Für noch präzisere und von Lichtverhältnissen unabhängige Vermessungen werden Laserscanner eingesetzt, um Höhenprofile erstellen zu können und potentielle Ausgrabungsstätte per Reliefauswertung zu entdecken. Diese Systeme sind allerdings bedeutend kostspieliger, schwerer und erfordern daher ein anspruchsvolleres Drohnensystem.

Sind Drohnenflüge über Flüssen oder Seen verboten?

Viele Landesluftfahrtämter verbieten in der allgemeinen Aufstiegsgenehmigung bspw. für kommerzielle Drohnenflüge den Überflug von sogenannten Bundeswasserstraßen. Dies sorgt oftmals für Verwirrung.

Bundeswasserstraßen sind See- oder dem allgemeinem Verkehr dienende Binnenwasserstraßen des Bundes. Dazu gehören z. B. auch die Elbe, der Main oder die Donau. Wie der Name schon besagt, liegen diese Wasserstraßen nicht in der Verwaltung der Länder sondern des Bundes. In vielen allgemeinen Aufstiegsgenehmigungen ist daher der Flug über Bundeswasserstraßen explizit untersagt. In diesem Fall muss für einen solchen Flug bei der jeweiligen Landesluftfahrtbehörde eine Einzelgenehmigung eingeholt werden. Als einfache Faustregel ist festzuhalten, dass kleinere Seen oder Flüsse, die nicht mit Frachtschiffen befahrbar sind, normalerweise auch keine Bundeswasserstraßen darstellen.

Wenn Sie sich unsicher sind, ob der Flug über einem gewünschten Gewässer einer Einzel-Aufstiegserlaubnis bedarf, sollten Sie bei Ihrer zuständigen Landesbehörde fragen. Die Kontaktdaten der Behörden können Sie gerne bei uns anfragen!

Neue Luftverkehrsordnung (LuftVO) für Drohnenpilot

18.01.2017 – Heute hat Verkehrsminister Dobrint die gewünschten Änderungen der Luftverkehrsordnung an das Kabinett übergeben.

Wir erwarten eine Entscheidung im März 2017, es wird aber vorraussichtlich eine Übergangsphase für alle bestehenden Drohnen und Piloten von 6 Monaten geben.

Die wichtigsten Punkte im Überblick:

Kennzeichnungspflicht: Jedes Modellflugzeug und unbemanntes Luftfahrtsystem mit einem Abfluggewicht über 250 Gramm (um Spielzeuge auszunehmen) hat eine Kennzeichnung mit Namen und Anschrift des Luftfahrtzeughalters zu führen. Die „Plakette“ muss feuerfest sein (z.b. Aluminiumplättchen).
Flugkundenachweis: Ab einem Abfluggewicht von 2Kg (beispielsweise DJI Inspire) muss ein Nachweis über Flugkunde geführt werden (Drohnenführerschein). Der Flugkundenachweis kann in ähnlicher Form wie der Grundlagenschulung für Drohnen bei U-ROB gebucht werden. Schulungsunternehmen werden sich in den nächsten Monaten beim Luftfahrtbundesamt akkreditieren lassen
Aufstiegserlaubnispflicht > 5Kg: Ab einem Abfluggewicht von 5Kg benötigen Modellflugzeuge und unbemannte Luftfahrsysteme eine Aufstiegserlaubnis. Diese wird vorraussichtlich gehandhabt wie die bisherige Aufstiegserlaubnis für unbemannte Luftfahrtsysteme (bisher unabhängig vom Abfluggewicht immer notwendig) und durch die Landesluftfahrtbehörde ausgestellt.
100m maximale Flughöhe: Modellflugzeuge und unbemannte Luftfahrtsysteme werden in Zukunft gleichgestellt und der Betrieb in einer Höhe von über 100m über Grund darf nur auf zugelassenen Modellflugplätzen oder per Aufstiegserlaubnis durchgeführt werden.
Ausnahme für BOS: Drohnen im Einsatz von Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben können mit verringerten Auflagen betrieben werden.
Mindestabstände: Die Abstände zu Menschenansammlungen, Unglücksorten, Katastrophengebieten, sowie Einsatzorten von BOS oder Bundeswehr wurde auf 100m festgelegt. Dies gilt auch für diverse Behördenstandorte sowie Bundesfernstraßen, Bundeswasserstraßen und Bahnanlagen, soweit diese Stellen den Betrieb nicht ausdrücklich gestattet haben.
Naturschutzgebiete: Nationalparks und Naturschutzgebiete sind im Normalfall Flugverbotszonen.
Wohngebiete: Der Betrieb von Geräten über 250 Gramm über Wohngrundstücken bedarf der Erlaubnis des Eigentümers oder eines Nutzungsberechtigten.
FPV: Der FPV Flug mit Beobachter wird bei einem Abfluggewicht von unter 250 Gramm erlaubt.
Betrieb außerhalb der Sichtweite: Für Drohnen mit einem Abfluggewicht von über 5Kg ist es grundsätzlich möglich, Erlaubnisse für einen Betrieb außerhalb der Sichtweite zu beantragen.

Einen ersten Übersicht finden Sie in dieser Broschüre des Bundesverkehsministeriums.