Karte in Echtzeit per Drohne

In dem Forschungsprojekt U:CON-CONNECTED DRONES arbeiten die Deutsche Telekom und die Deutsche Flugsicherung an der Steuerung von Drohnen außerhalb der Sichtweite. Für Microdrones ergeben sich durch die dort realisierte Kommunikationsanbindung zahlreiche Vorteile für verschiedenste Anwendungsgebiete.

Timotheus Höttges, Vorstandsvorsitzender der Deutschen Telekom, präsentierte Ende Februar auf dem Mobile World Congress in Barcelona seine Vision von der Zukunft des Unternehmens. Dabei stützte er sich nicht nur auf das Kerngeschäft des Telefonie- und Mobilfunkgeschäfts. Vor allem ging es um neue Geschäftsfelder, unter anderem jenes von unbemannten Luftfahrzeugen. Deren wirtschaftliches Potenzial ist allgemein bekannt, der Telekom-Chef hat aber weiter gedacht. Für ihn geht es um die sichere und reelle Integration von Drohnen in den deutschen Luftraum über das Mobilfunknetz. So nennt sich ein Gemeinschaftsprojekt der Deutschen Telekom und der DFS Deutsche Flugsicherung GmbH U:CON-CONNECTED DRONES, das in Barcelona am Telekom-Stand im Rahmen einer interaktiven Demonstration gezeigt wurde.

CONNECTED DRONES ist keine technische Zukunftsvision, sondern bereits sehr konkrete Realität. Das Projekt hat bereits mehrere Phasen durchlaufen und darin bewiesen, dass Drohnen via Mobilfunk in Echtzeit gesteuert werden können – und das außerhalb der Sichtweite (BVLOS, Beyond Visual Line of Sight) auf dem höchstmöglichen Sicherheitsniveau. Die Datenanbindung in Echtzeit ist dafür zwingend notwendig. Darüber hinaus ist sie auch einer der wichtigsten kommenden Entwicklungsschritte für den Drohnenmarkt. Denn von ihr können auch die professionellen Anwender stark profitieren. Vor diesem Hintergrund hat sich der Drohnenhersteller Microdrones in besonderem Maße bei dem Projekt Connected Drones engagiert.

Technisches Szenario

Auf dem Mobile World Congress zeigte die Deutsche Telekom die Anbindung von Drohnen an die Flugsicherungssysteme – am Beispiel einer md4-1000 von Microdrones. Foto: Microdrones GmbH

Ausgangspunkt von CONNECTED DRONES ist zunächst die Flugsicherheit. Flugzeuge werden üblicherweise per Radar von der DFS getrackt. Zum Einsatz kommt das System Phoenix, ein Multi-Sensor-Data-Fusion-System, dessen Kernstück ein Tracker ist, der Sensor- und Positionsdaten von bis zu fünfzig Sensoren verarbeitet.

Für Drohnen, die nur bis 100 Meter Höhe über Grund fliegen dürfen, ist Phoenix aber nicht geeignet, denn das radarbasierte System arbeitet in solchen Höhen nicht zuverlässig. Zu Beginn von CONNECTED DRONES war daher die Aufgabe, ein alternatives Setup für dieses Tracking zu entwickeln. Die Deutsche Telekom und die DFS haben daher einen GPS-basierten Tracker entwickelt, der als stand-alone-Komponente an einem UAS angebracht werden kann. Zwar haben heutige Drohnen wie auch jene von Microdrones üblicherweise einen integrierten GPS-Sensor, die Herausforderung bestand jedoch darin, die Positionsdaten auch ohne diese Zusatzkomponente innerhalb einer universellen Anwendung zu realisieren. So entwickelten die Deutsche Telekom und die DFS gemeinsam ein sogenanntes Hook-on-Device (HOD), bei dem ein integrierter GPS-Empfänger pro Sekunde ein Positionsdatum via LTE versendet.

Diese rund 50 Gramm schwere Komponente sendet die Positionsdaten der Drohne über das Mobilfunknetz an eine Leitstelle. Parallel dazu begannen die Unternehmen den Prototyp eines UAS-Air-Traffic-Management-Systems (UTM) zu entwickeln, das die gesendeten Daten aufnimmt und die Position der Drohne darstellt. Dieses UTM basiert auf dem Multisensortracker Phoenix, den die DFS entwickelt hat. Das UTM wurde so angepasst, dass es die von herkömmlichen Flugzeugen stark abweichenden Bewegungsmuster von Drohnen korrekt darstellt. In Zukunft sollen die erfassten Fluggeräte damit weitgehend automatisiert kontrolliert werden. Das UTM liefert dem Drohnenpiloten die jeweils aktuelle Luftlage und weitere Informationen, zum Beispiel zu Flugbeschränkungsgebieten oder zum Wetter.

Starkes Engagement durch Microdrones

Bei diesem Test des GPS-basierten Trackings waren aber verschiedene Hürden zu nehmen. Beispielsweise ging es darum, bestehende technische Barrieren auszuloten und zu überwinden. Größte Herausforderung war es, dass der Wechsel der Funkzellen reibungslos funktioniert. Hoch oben in der Luft empfängt eine Mobilfunkeinheit deutlich mehr Bodenstationen als in Bereichen, in denen normalerweise Daten gesendet und empfangen werden. Die eindeutige Zuordnung zu einer bestimmten Mobilfunkantenne ist hier daher deutlich schwieriger. Zusätzlich kommt es zu häufigeren Wechseln der durch die Antennen versorgten Funkzellen. Der grundsätzliche Empfangsbereich stellte kein Problem dar: „Wir hatten bei allen unseren Tests unterbrechungsfreien Empfang“, berichtet Systemingenieur Jonas Reitz, der das Entwicklungsprojekt für die Firma Microdrones begleitete.

Bei dem Projekt waren mehrere UAV-Anbieter involviert. Das Microdrones-Team hat sich dabei aufgrund des Supports, dem außerordentlich hohen Engagement und der Lösung technischer Probleme außerordentlich positiv präsentiert. „Wir konnten immer zeitgerechte und zufriedenstellende Ergebnisse liefern, auch bei den hohen Ansprüchen in diesem Projekt“, so Reitz.

Use Case

Claudia Nemat, Vorstandsmitglied für Technologie und Innovation bei der Deutschen Telekom AG, sprach auf dem Mobile World Congress in Barcelona über Microdrones und CONNECTED DRONES. Foto: Telekom Deutschland GmbH

Microdrones war dann auch in den weiteren Projektphasen eng integriert. Dabei ging es bereits um konkrete Anwendungen des BVLOS-Flugs. Im Fokus stand dabei die Lebensrettung. Die Deutsche Lebens-Rettungs-Gesellschaft (DLRG) e.V. testete gemeinsam mit der DFS und der Deutschen Telekom den Einsatz im Oktober letzten Jahres auf einer Elbinsel in der Nähe von Hamburg. Das Szenario: Im dichten Schilf wird nach einer vermissten Person gesucht. Eine mit Wärmebildkamera bestückte Drohne überträgt ihre Positionsdaten und die Wärmebilder direkt an die Einsatzleitstelle, wo die vermisste Person unmittelbar lokalisiert werden kann, ohne dass viele Rettungstrupps in das unwegsame Gelände gesendet werden müssen.

Die Drohnen von Microdrones (md4-1000) wurden dafür mit einem extra entwickelten LTE-Modem ausgestattet. Mit dieser Kommunikationsschnittstelle lässt sich die Drohne aus der Ferne über das LTE-Netz der Telekom steuern. Position und Bilddaten werden in Echtzeit an eine Bodenstation übermittelt. „Das Wärmebild der Insel baut sich dadurch in Echtzeit in dem Einsatzleitwagen auf“, beschreibt Reitz. Mit Erfolg: Innerhalb von zehn Minuten hatte das Gerät die fiktive Person geortet. Ohne den Drohnen-Einsatz hätte man dafür laut Angaben der DLRG 40 Retter einsetzen müssen, die für die Suche etwa 20 Minuten gebraucht hätten.

Anwendungsfall Korridor Mapping

Ein weiterer Anwendungsfall von CONNECTED DRONES findet sich aktuell bei der ThyssenGas. Der Betreiber von Gastransportleitungen testet den BVLOS-Flug bei der Inspektion seiner Leitungstrassen in Bezug auf Vegetation und Baustellenmanagement. Heute werden die Leitungen noch alle zwei Wochen per Helikopter beflogen.

ThyssenGas nutzt bei dem Test die Lösung mdLiDAR1000 und mdMapper1000, zwei schlüsselfertige Drohnenpakete für die Erfassung von Geodaten. Microdrones hat für das Projekt einen Minicomputer mit dem LTE-Modem kombiniert, um die Drohne so per Mobilfunk zu steuern und die Daten in Echtzeit austauschen zu können. Bei Letzterem fordert ThyssenGas eine hohe Performance, denn via Laserscanner werden 3D-Punktwolken generiert, womit der Pipeline-Betreiber die Vegetation rings um die Leitung überwachen will. „Die Drohne soll genau herausfinden, wo beispielsweise Bäume über der Leitung zusammenwachsen“, so Reitz.

Fazit: Konnektivität als Fortschritt

Die „connectete“ Drohne liefert also nicht nur die Technik für den BVLOS-Flug, die Konnektivität sorgt auch für eine schnellere und einfachere Datenkommunikation. „Die Daten stehen unmittelbar zur Verfügung, es fallen keine Zwischenspeicher an und die Handhabung ist bei weitem einfacher“, sagt Jonas Reitz. Aktuell werden in anderen Projekten, etwa bei der Universität Hohenheim oder der Strabag, weitere Einsatzszenarien getestet. Microdrones arbeitet dabei mit dem Ziel, die BVLOS-Flüge durch die Risikobestimmung der bereits erstellten SORA GER zu genehmigen. Dazu kooperiert Microdrones mit der Firma Eisenschmidt, einem Tochterunternehmen der DFS, das amtliche Luftfahrtpublikationen und Ausbildungsmaterial sowie technisches Zubehör für die Flugvorbereitung und Flugdurchführung herausgibt. Eisenschmidt sorgt für die anspruchsvolle Erstellung der Unterlagen für die SORA GER-Genehmigung. So sollen in Zukunft auch kommerzielle BVLOS-Flüge einfacher und schneller genehmigt werden können — und auch bestehende Barrieren künftig niedriger gemacht werden.

 

Wegpunkte via LTE

Mit der Anwendung mdCockpit von Microdrones können bereits heute Wegpunktmissionen für den BVLOSFlug erstellt werden. Diese wurden bei der Demonstration auf dem Mobile World Congress beispielsweise auf einen Server (anstatt direkt auf die Drohne) hochgeladen. In der Simulation kann der Server die Wegpunktmission und die Koordinaten über das bestehende LTE-Netz der Deutschen Telekom an die DFS übermitteln, so dass das Flugverkehrsmanagementsystem (ATM) die Drohne über das Flugverkehrsmanagement für Unmanned Aircraft Systems verfolgen und überwachen kann.

www.microdrones.com
www.dfs.de
www.telekom.de