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Technische Anforderungen für den Einsatz von Drohnen im urbanen Personen- und Güterverkehr

Erstellt am: 12.08.2021 | Stand des Wissens: 19.07.2023
Synthesebericht gehört zu:

Drohnen müssen für eine Zulassung technische Anforderungen erfüllen. Hierzu zählen eine Vielzahl verschiedener Sensoren für die autonome, als auch manuell gesteuerte Flugsteuerung. Mithilfe dieser Sensoren können Objekte und Hindernisse erkannt werden. Ziel ist es, Kollisionen zu vermeiden. Hierbei kommen unter anderem diese Sensortypen zum Einsatz:
  • Sichtkameras: Kombination mehrerer Kamerabilder in Echtzeit
  • Infrarotkameras: Erkennung von Hindernissen auf kurze Distanzen von einigen Metern
  • Lichterkennungs- und Entfernungsmessungs-Sensoren (Light-detection-and-ranging-Sensoren, LiDar-Sensoren): Vermessung der Umgebung mithilfe von Licht- oder Laserstrahlen
  • Optische Fluss-Sensoren (Optical-flow-Sensoren): Vergleich von zeitlich kurz hintereinander aufgenommenen Fotos anhand von Bildpunkten
  • Radar: Ermittlung des Abstands zu Objekten durch Messung des Laufwegs ausgestrahlter Wellen
  • Satellitennavigation: Berechnung der Position über die Laufzeit von Datenströmen codierter Radiosignale von Satelliten zu den Navigationssensoren.
 Des Weiteren muss für eine sichere Nutzung verschiedene Sensoren zur Motorüberwachung verbaut sein. Dazu zählen unter anderem Spannungs-, Drehzahl-, barometrische Drucksensoren und Kompasse. [Dieckert18]
Das Ziel der Forschung ist es, autonome Drohnen zur Beförderung von Personen und Gütern zu entwickeln. Hierfür werden hochmoderne Assistenzsysteme, Mikroprozessoren und ein Autopilot benötigt. [Volo21b] Der Autopilot von Drohnen nutzt die Übertragung von Messwerten eines an einem Messort befindlichen Sensors zu einer Empfangsstelle, die sich an einem anderen Ort befindet, für den Soll-Ist-Abgleich zwischen den eingegebenen Missionsdaten und den aktuellen Flugdaten. In online bereitgestellten Karten können Wegpunkte, das durchflogene Gebiet und Aufgaben eingetragen werden. Diese eingetragenen Daten werden mit den Betriebsdaten der Drohne verglichen. Bei Unstimmigkeiten in Bezug auf die Zeit, die Flugstrecke oder -höhe wird dies angezeigt. Durch die Kontrolle von Soll-Ist-Werten aus den Sensordaten ist der Autopilot in der Lage, der Flugsteuerung Navigationsbefehle zu erteilen. Dies ermöglicht ein Ausweichen oder Stehenbleiben vor Hindernissen. Außerdem ist ein Flug mit konstantem Abstand von einem Objekt möglich. [Dieckert18]
Für die autonome Nutzung von Drohnen wird zudem eine selbstlernende Software genutzt, die aus den absolvierten Flugdaten einen besseren Umgang mit verschiedenen Situationen lernt. Diese neu erlernten Funktionen müssen durch eine validiert werden, um sicherzustellen, dass die autonome Drohne keine falschen Regelungen erlernt hat. Damit soll das technische Versagen von Drohnen verhindert werden. Eine Drohne muss so ausgestattet sein, dass sie, auch wenn eine Funktion, ein System oder eine Hardware ausfällt, noch sicher landen kann. Die Funktionsfähigkeit der selbstlernenden Software und gezielte Manipulationsversuche sollen in zentralen Kontrollstationen überwacht werden. [Dieckert18]
Die genaue Verortung von Drohnen in urbanen Räumen wird mit Hilfe des Mobilfunknetzes ermöglicht. Hierfür ist eine lückenlose Verfügbarkeit des Mobilfunknetzes in Deutschland notwendig, damit Drohnen punktgenau starten und landen können und eine sichere Identifikation der einzelnen Drohnen im Luftraum erreicht werden kann. [Autom18]
Die Witterungsabhängigkeit und das Verhalten von Drohnen bei verschiedenen Windgeschwindigkeiten, Temperaturen, Witterungsbedingungen und bei Dunkelheit werden stetig weiterentwickelt, um einen sicheren Flug zu gewährleisten. Für eine sichere Durchführung von Flügen ist es notwendig, dass eine Drohne bei zu starken Böen, Blitzschlag oder Hagel den Flug nicht startet und ein aktueller Flug unterbrochen wird. [Dieckert18]
Ansprechpartner
Bauhaus-Universität Weimar, Professur Verkehrssystemplanung, Prof. Dr.-Ing. Plank-Wiedenbeck
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Integration von Drohnen als Ergänzung des Verkehrssystems zum Transport von Personen und Gütern (Stand des Wissens: 25.08.2021)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?539652
Literatur
[Autom18] Drohnen brauchen Mobilfunk: Vodafone und Flugtaxi-Anbieter EHang vereinbaren 5G-Kooperation, 2019/10/18
[Dieckert18] Dieckert, Dr. Ulrich, Eich, Dipl.-Ing. (FH) Stephan, Drohnen - Technik und Recht bei gewerblicher und behördlicher Nutzung, 2018
[Volo21b] VoloCity - The superior air taxi, 2021
Glossar
Lidar Lidar (Light Detection And Ranging) oder auch Laserentfernungsmessung funktioniert im Prinzip ähnlich wie Radar, nur dass anstatt der elektromagnetischen Wellen Laserstrahlen verwendet werden. Im Gegensatz zu Radar wird die Objektgeschwindigkeit gewöhnlich über mehrere Entfernungsmessungen bestimmt und nicht direkt durch Auswertung des Dopplereffektes. Ein Nachteil der Lidar-Systeme ist die Empfindlichkeit gegenüber Witterung (Nebel, Schnee und Regen, aber auch Gischtfahnen von vorausfahrenden Fahrzeugen) und die mögliche Verschmutzung der Empfangsoptik.
Radar Radio Detecting and Ranging Dieses elektromagnetische Ortungsverfahren beruht auf dem Prinzip des Echos. Man unterscheidet zwischen Primär- und Sekundärradar.
Laufweg Der Laufweg eines Zuges stellt den geografischen Fahrtverlauf auf einer konkreten Strecke bzw. Infrastruktur während einer Zugfahrt dar.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?539518

Gedruckt am Sonntag, 16. Juni 2024 22:48:25